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KR100253558B1 - 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기 - Google Patents

자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기 Download PDF

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KR100253558B1 KR1019970078608A KR19970078608A KR100253558B1 KR 100253558 B1 KR100253558 B1 KR 100253558B1 KR 1019970078608 A KR1019970078608 A KR 1019970078608A KR 19970078608 A KR19970078608 A KR 19970078608A KR 100253558 B1 KR100253558 B1 KR 100253558B1
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Abstract

본 발명은 단일의 인버터로 복수의 부하를 제어하여 시스템의 코스트와 크기가 최소화되도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 입력전압을 분기시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)로 이루어진 전압 분기부(101)와, 공진 캐패시터(Cr) 및 복수의 워킹 코일(Lr11,Lr12,Lr21,Lr22)이 복수의 공진회로를 이뤄 상기 전압 분기부(101)를 통하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열판(도시 생략됨)위의 가열용기(도시 생략됨)를 가열하는 가열부(102)와, 상기 가열부(102)와 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 동작 모드 제어 신호에 따라 복수의 릴레이(Ry1,Ry2)가 스위칭되어 상기 복수의 공진회로 중에서 상기 복수의 워킹 코일(Lr11,Lr12,Lr21,Lr22) 중 소정의 워킹 코일이 공진회로를 이루는 소정의 공진회로를 선택하는 제 1 스위칭부(103)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되는 제 1 내지 제 4 스위치(S1∼S4)에 제 1 내지 제 4 댐핑 다이오드(D1∼D4)가 각각 역 병렬 연결됨과 아울러 제 1 내지 제 4 보조공진 캐패시터(Ca1∼Ca4)가 각각 병렬 연결되어 스위칭 작용에 따라 상기 가열부(102)가 상기 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭부(104)로 구성된다.

Description

자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기
본 발명은 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 단일의 인버터로 복수의 부하를 제어하여 시스템의 코스트와 크기가 최소화되도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다.
종래 다출력형 유도가열 조리기는 도 1에 도시된 바와 같이, 교류전원(AC Source)에 복수의 인버터(10-1,10-2)가 병렬 연결되어 구성되어져 있다.
각각의 상기 인버터(10-1,10-2)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 브리지 정류회로(11)와, 상기 브리지 정류회로(11)를 통해 정류된 직류전원을 일정하게 평활시키는 필터 인덕터(Lf) 및 필터 캐패시터(Cf)로 이루어진 LC 평활회로(12)와, 상기 LC 평활회로(12)의 출력 전압을 공진시키는 워킹 코일(Lr) 및 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 LC 공진회로(13)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 상기 워킹 코일(Lr)이 가열 동작을 수행할 수 있도록 전원을 공급하는 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)로 구성되어져 있다.
도면 중 미설명 부호인 D1과 D2는 상기 LC 공진회로(13)의 대역폭과 위상 특성을 개선하는 댐핑 다이오드이다.
이와 같이 구성된 종래 다출력형 유도가열 조리기의 동작을 첨부한 도면 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 교류전원(AC)은 각각의 인버터(10-1,10-2)에 구비된 브리지 정류회로(11)를 통하여 맥동 직류전압으로 정류된 후 필터 인덕터(Lf) 및 필터 캐패시터(Cf)로 이루어진 LC 평활회로(12)를 통하여 일정하게 평활된다.
이때, 제 2 스위치(S2)가 제어 신호에 따라 온(ON)되어 LC 평활회로(12)의 출력 전압이 LC 공진회로(13)로 입력되면 워킹 코일(Lr)에 흐르는 전류가 공진에 의해 증가되어 공진 캐패시터(Cr)가 충전된다.
그리고, 일정 시간 경과 후 제어 신호에 따라 제 2 스위치(S2)가 오프(Off)됨과 동시에 제 1 스위치(S1)가 온(ON)되면 공진 캐패시터(Cr)의 충전 에너지가 방전되어 워킹 코일(Lr)에 역방향으로 전류가 흐르게 된다.
즉, 이와 같은 스위칭을 반복하여 워킹 코일(Lr)을 가열하되 제 1, 제 2 스위치(S1,S2)의 턴-온 시간 즉, 듀티(Duty)비를 변화시켜 워킹 코일(Lr)에 흐르는 전류를 제어한다.
따라서, 상기와 같은 충방전 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복하게 되면 워킹 코일(Lr)로부터 발생된 자장에 기인한 전자기 유도 효과로 인하여 가열판(도시 생략됨) 위의 가열용기(도시 생략됨)에 적절한 출력이 전달된다.
그러나, 이러한 종래 다출력형 유도 가열 조리기는 각 가열용기의 크기와 재질에 따라 인접한 가열판 사이에서 동작 주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생되어 워킹 코일의 정확한 출력 제어가 어려울 뿐만 아니라 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 유도가열 코일에 전력을 공급하기 때문에 시스템의 크기와 코스트가 상승되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로서, 단일의 인버터로 복수의 부하를 제어하여 시스템의 코스트와 크기가 최소화되도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 복수의 필터 캐패시터를 통해 입력전압을 분기시키는 전압 분기수단과, 복수의 워킹 코일과 단일의 공진 캐패시터로 이루어진 복수의 공진회로가 전압 분기수단에 의하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열용기를 가열하는 가열수단과, 복수의 릴레이 소자가 복수의 공진회로와 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 릴레이 소자가 스위칭되어 복수의 워킹 코일 중 소정의 워킹 코일이 동작하는 소정의 공진회로를 선택하여 가열용기가 가열되게 하는 제 1 스위칭수단과, 릴레이 소자 개수의 배수개의 스위치 소자가 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 교번으로 스위칭되어 가열수단이 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.
도 1은 종래 다출력형 유도가열 조리기의 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로도.
도 3과 도 4는 도 2에 도시된 유도가열 조리기의 동작에 따른 전류 전압 파형도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
101 : 전압 분기부 102 : 가열부
103 : 제 1 스위칭부 104 : 제 2 스위칭부
이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로도를 나타낸 것으로서, 입력전압을 분기시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)로 이루어진 전압 분기부(101)와, 공진 캐패시터(Cr) 및 복수의 워킹 코일(Lr11,Lr12,Lr21,Lr22)이 복수의 공진회로를 이뤄 상기 전압 분기부(101)를 통하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열판(도시 생략됨)위의 가열용기(도시 생략됨)를 가열하는 가열부(102)와, 상기 가열부(102)와 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 동작 모드 제어 신호에 따라 복수의 릴레이(Ry1,Ry2)가 스위칭되어 상기 복수의 공진회로 중에서 상기 복수의 워킹 코일(Lr11,Lr12,Lr21,Lr22) 중 소정의 워킹 코일이 공진회로를 이루는 소정의 공진회로를 선택하는 제 1 스위칭부(103)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되는 제 1 내지 제 4 스위치(S1∼S4)에 제 1 내지 제 4 댐핑 다이오드(D1∼D4)가 각각 역 병렬 연결됨과 아울러 제 1 내지 제 4 보조공진 캐패시터(Ca1∼Ca4)가 각각 병렬 연결되어 스위칭 작용에 따라 상기 가열부(102)가 상기 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭부(104)로 구성되어져 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 2 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 교류전원(AC Source)이 브리지 정류회로(도시 생략됨)에 의하여 맥동 직류전압으로 정류되어 LC 평활회로(도시 생략됨)를 통하여 일정하게 평활된 후 입력되면 전압 분기부(101)의 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)는 입력전압을 분기시키게 된다.
이때, 가열부(102)의 복수의 공진회로 중 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)과 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 공진회로를 이용하여 비자성 부하를 가열하고자 할 경우에는 도 3에 도시된 제 1 내지 제 4 스위치(S1∼S4)의 스위칭 상태 및 전류 전압 파형도와 같이, 외부로부터 입력되는 동작 모드 제어 신호에 의하여 제 1 스위칭부(103)의 복수의 릴레이(Ry1,Ry2) 중 제 1 릴레이(Ry1)는 오프(off)됨과 동시에 제 2 릴레이(Ry2)는 접점1에 위치되어 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)을 선택한다.
그리고, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 2 스위칭부(104)의 제 2, 제 3 스위치(S2,S3)는 오프됨과 동시에 제 1, 제 4 스위치(S1,S4)가 온되면 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)과 공진 캐패시터(Cr)는 일련의 공진회로를 이뤄 입력 전압(Vd)이 인가되면 공진을 시작하여 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)에 흐르는 전류가 선형적으로 상승된다.
이후, 공진 반주기가 지나기 전에 제 1, 제 4 스위치(S1,S4)를 오프시키면 제 1 내지 제 4 보조공진 캐패시터(Ca1∼Ca4)와 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12) 및 공진 캐패시터(Cr)가 보조공진을 해서 제 2, 제 3 보조공진 캐패시터(Ca2,Ca3)의 전압은 Vd에서 0까지 떨어지고, 그 사이 제 1, 제 4 보조공진 캐패시터(Ca1,Ca4)의 전압은 0에서 Vd까지 상승한다.
그리고, 제 2, 제 3 스위치(S2,S3)의 댐핑 다이오드(D2,D3)가 도통되어 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)과 공진 캐패시터(Cr)가 이루는 공진회로에는 입력전압 Vd가 역으로 가해져 입력전압 Vd와 공진 캐패시터(Cr)에 충전된 전압에 의하여 계속 공진이 일어난다.
이때, 제 2, 제 3 스위치(S2,S3)를 영전압의 조건에서 온시키면 계속된 공진에 의하여 공진 전류가 영으로 떨어지고, 이번에는 반대 방향으로 공진을 하여 공진 전류가 증가한다.
다시, 공진 반주기가 지나기 전에 제 2, 제 3 스위치(S2,S3)를 오프시키면 제 1 내지 제 4 보조공진 캐패시터(Ca1∼Ca4)와 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12) 및 공진 캐패시터(Cr)가 다시 보조공진을 해서 제 1, 제 4 보조공진 캐패시터(Ca1,Ca4)의 전압은 Vd에서 0까지 떨어지고, 그 사이 제 2, 제 3 보조공진 캐패시터(Ca1,Ca4)의 전압은 0에서 Vd까지 상승한다.
이후, 제 1, 제 4 스위치(S1,S4)의 댐핑 다이오드(D1,D4)가 도통되어 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)과 공진 캐패시터(Cr)가 이루는 공진회로는 입력전압 Vd가 가해지면 계속 공진이 일어난다.
이때, 제 1, 제 4 스위치(S1,S4)를 영전압의 조건에서 온시키면 계속된 공진에 의하여 공진 전류가 영으로 떨어져 한 주기의 동작이 끝나고 이와 같은 주기 동작이 반복된다.
이와 같이, 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)에 유기된 전류에 의하여 자속이 발생되고, 이 자속이 가열판(도시 생략됨) 위의 가열 용기(도시 생략됨)와 쇄교하여 가열 용기의 바닥에는 와전류(Eddy Current)가 발생된다. 따라서, 이 와전류에 의한 주울(Joule)열에 의하여 가열 용기가 가열된다.
다음으로, 자성부하를 가열하고자 할 경우에는 도 5에 도시된 제 1 내지 제 4 스위치(S1∼S4)의 스위칭 상태 및 전류 전압 파형도와 같이, 제 3, 제 4 스위치(S3,S4)의 오프상태에서 제 1, 제 2 스위치(S1,S2)가 교번으로 동작하되 제 1 릴레이(Ry1)는 접점1에 위치됨과 동시에 제 2 릴레이(Ry2)는 오프되어 제 1 워킹 코일(Lr11)만이 선택되므로 하프 브릿지로 동작된다.
상술하면, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 2 스위치(S2)는 오프됨과 동시에 제 1 스위치(S1)가 온되면 제 1 워킹 코일(Lr11)과 공진 캐패시터(Cr)는 일련의 공진회로를 이뤄 입력 전압의 반(Vd/2)이 인가되면 공진을 시작하여 제 1 워킹 코일(Lr11)에 흐르는 전류가 선형적으로 상승된다.
이후, 제 1 워킹 코일(Lr11)에 흐르는 전류의 크기가 설정된 값에 이르러 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 1 스위치(S1)가 영전압의 조건으로 오프되면 제 2 보조공진 캐패시터(Ca2)의 전압이 Vd에서 0으로 떨어진다.
그리고, 제 2 보조공진 캐패시터(Ca2)의 전압이 0이 되면 제 2 스위치(S2)의 댐핑 다이오드(D2)가 온되고, 제 1 워킹 코일(Lr11)에 흐르는 전류는 선형적으로 감소한다.
이때, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 2 스위치(S2)가 영전압의 조건으로 온되면 제 1 워킹 코일(Lr11)에 흐르는 전류는 영까지 떨어졌다가 다음에는 반대 방향으로 증가된다. 그리고, 이 전류가 설정치에 이르면 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 2 스위치(S2)가 영전압의 조건으로 오프된다.
그러면, 제 1 보조공진 캐패시터(Ca1)의 전압이 Vd에서 0으로 감소되고, 제 2 보조공진 캐패시터(Ca2)의 전압이 0이 되면 제 1 스위치(S1)의 댐핑 다이오드(D1)가 온됨과 아울러 제 1 워킹 코일(Lr11)에 흐르는 전류는 선형적으로 증가된다.
그리고, 이 전류가 영이 되면 한 공진 주기가 끝나고 상술한 공진 동작이 반복된다.
아래의 표 1에는 제 1, 제 2 릴레이의 스위칭 상태와 가열 동작 모드에 따른 회로 방식과 공진 동작되는 워킹 코일을 나타내었다.
릴레이 상태 동작 모드 회로 방식 동작 코일
Ry1=1,Ry2=0 자성 모드 하프 브릿지 Lr11
Ry1=0,Ry2=1 비자성 모드 풀 브릿지 Lr11+Lr12
Ry1=2,Ry2=0 자성 모드 하프 브릿지 Lr21
Ry1=0,Ry2=2 비자성 모드 풀 브릿지 Lr21+Lr22
즉, 가열부(102)의 복수의 공진회로 중 제 3, 제 4 워킹 코일(Lr21,Lr22)과 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 공진회로를 이용하여 비자성 부하를 가열하고자 할 경우에는 외부로부터 입력되는 동작 모드 제어 신호에 의하여 제 1 스위칭부(103)의 복수의 릴레이(Ry1,Ry2) 중 제 1 릴레이(Ry1)는 오프(off)됨과 동시에 제 2 릴레이(Ry2)는 접점2에 위치되어 제 3, 제 4 워킹 코일(Lr21,Lr22)이 선택되므로 풀 브릿지로 동작되고, 자성 부하를 가열하고자 할 경우에는 제 1 릴레이(Ry1)는 접점2에 위치됨과 동시에 제 2 릴레이(Ry2)는 오프되어 제 3 워킹 코일(Lr21)이 선택되므로 하프 브릿지로 동작된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로도를 나타낸 것으로서, 도 4에 도시된 유도가열 조리기의 회로도와 비교하여 도 4의 공진 캐패시터(Cr)가 제 1, 제 2 워킹 코일(Lr11,Lr12)과 공진회로를 이루는 제 1 공진 캐패시터(Cr1)와 제 3, 제 4 워킹 코일(Lr21,Lr22)과 공진회로를 이루는 제 2 공진 캐패시터(Cr2)로 대체되고 이외의 구성 소자는 동일하다.
그러므로, 외부로부터 입력되는 동작 모드 제어 신호에 따라 제 1, 제 2 릴레이(Ry1,Ry2)와 제 1 내지 제 4 스위치(S1∼S4)가 스위칭되면 도 4에 도시된 유도가열 조리기의 회로도와 동일한 원리에 따라 동작된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 단일의 인버터로 복수의 부하를 제어하여 시스템의 코스트와 크기가 최소화되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 복수의 필터 캐패시터를 통해 입력전압을 분기시키는 전압 분기수단과,
    복수의 워킹 코일과 단일의 공진 캐패시터로 이루어진 복수의 공진회로가 상기 전압 분기수단에 의하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열용기를 가열하는 가열수단과,
    복수의 릴레이 소자가 상기 복수의 공진회로와 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 상기 릴레이 소자가 스위칭되어 상기 복수의 워킹 코일 중 소정의 워킹 코일이 동작하는 소정의 공진회로를 선택하여 상기 가열용기가 가열되게 하는 제 1 스위칭수단과,
    상기 릴레이 소자 개수의 배수개의 스위치 소자가 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 교번으로 스위칭되어 상기 가열수단이 상기 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열수단의 상기 공진 개패시터의 개수는 상기 워킹 코일 개수의 1/2개인 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.
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