KR101488731B1 - 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치는, 제1 스위칭부와, 제1 스위칭부에 연결된 제1 릴레이부와, 제1 릴레이부를 통해 제1 스위칭부에 연결된 제1 워킹코일부와, 제2 스위칭부와, 제2 스위칭부에 연결된 제2 릴레이부와, 제2 릴레이부를 통해 제2 스위칭부에 연결된 제2 워킹코일부와, 제1 스위칭부의 출력측과 제2 스위칭부의 출력측과의 결합을 단속하는 제3 릴레이부와, 및 제1 릴레이부와 제2 릴레이부를 제어하여 어느 하나의 워킹코일부를 선로에 연결시키고 제3 릴레이부를 제어하여 제1 스위칭부와 제2 스위칭부를 병렬 구성하여 제1 스위칭부를 통한 고주파 전류와 제2 스위칭부를 통한 고주파 전류가 결합되어 어느 하나의 워킹코일부에 인가되도록 하는 제어부를 포함한다.

Description

복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치{INDUCTION HEATER HAVING MULTIPLE WORKING COIL}

본 발명은 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 워킹코일을 선택적으로 선로에 결합시킬 수 있도록 구성하고 정상적으로 유도가열을 수행하는 워킹코일에 대해서만 선로와의 연결을 허용하여 유도가열 동작을 유지하도록 구성한 유도가열 장치에 관한 것이다.

유도가열 장치는, 고주파 전류를 워킹코일에 흘려 워킹코일에 고주파 자계를 발생시키고, 이 자계를 통해 워킹코일과 자기 결합하고 있는 용기에 와전류를 발생시킴으로써, 용기가 와전류에 의해 발생하는 주울열로 인해 발열하도록 하여 음식물을 가열하는 장치이다.

한편, 최근의 유도가열 장치는, 복수의 워킹코일을 구비한 다출력형으로 진화하고 있는데, 이에 대해서는 도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 다출력형 유도가열 조리기의 회로 및 동작을 설명한다.

교류전원(AC Source)에는 복수의 인버터(10-1,10-2,…)가 병렬 연결되어 구성되어져 있다.

인버터(10-1,10-2,…)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 브리지 정류회로(11)와, 브리지 정류회로(11)를 통해 정류된 직류전원을 일정하게 평활시키는 필터 인덕터(Lf) 및 필터 캐패시터(Cf)로 이루어진 LC 평활회로(12)와, LC 평활회로(12)의 출력 전압을 공진시키는 유도가열 코일(Lr) 및 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 LC 공진회로(13)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 유도가열 코일(Lr)이 가열 동작을 수행할 수 있도록 전원을 공급하는 제1, 제2 스위치(S1)(S2)로 구성되어져 있다.

이와 같이 구성된 종래 다출력형 유도가열 조리기의 교류전원(AC Source)은 복수의 인버터(10-1,10-2,…)에 각각 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, 제2 스위치(S2)가 제어 신호에 따라 온(ON)되어 LC 평활회로(12)의 출력 전압이 LC 공진회로(13)로 입력되면 유도가열 코일(Lr)에 흐르는 전류가 공진에 의해 증가되어 공진 캐패시터(Cr)가 충전된다.

그리고, 일정 시간 경과 후 제어 신호에 따라 제2 스위치(S2)가 오프(Off)됨과 동시에 제1 스위치(S1)가 온(ON)되면 공진 캐패시터(Cr)의 충전 에너지가 방전되어 유도가열 코일(Lr)에 역방향으로 전류가 흐르게 된다.

따라서, 상기와 같은 충방전 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복하게 되면 유도가열 코일(Lr)로부터 발생된 자장에 기인한 전자기 유도 효과로 인하여 가열판(도시 생략됨) 위의 가열용기(도시 생략됨)에 적절한 출력이 전달된다.

하지만, 이러한 종래 기술에서의 유도가열 조리기는, 각 유도가열 코일마다 제1 및 제2 스위치를 개별적으로 구성하고 또한 개별적으로 제어 신호를 공급하여 스위칭 동작을 제어해야 하므로 제어부 또는 마이컴의 동작에 큰 부하가 된다.

또한, 각 유도가열 코일마다 개별적으로 인버터를 구성해야하므로 회로 설계가 복잡하고 비용이 많이 들며, 많은 공간을 필요로한다.

따라서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 워킹코일을 구비하더라도 최소 개수의 스위칭 소자 및 제어부를 이용하여 워킹코일들을 동작시킬 수 있는 유도가열 장치를 제공하고자 한다.

또한, 복수의 워킹코일이 인접하여 배치된 상태에서, 어느 워킹코일에 용기가 위치하고 있는지를 자동으로 판단하고, 해당 워킹코일만을 선택적으로 동작시킴으로써, 복수의 워킹코일을 이용하여 최적의 가열 효과를 얻고자 한다.

또한, 내압이 낮은 저렴한 스위칭 소자를 사용하더라도, 스위칭 소자의 내압을 넘어서는 고출력 가열 동작이 이루어질 수 있도록 하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치는, 전원부로부터의 전류의 인가를 온오프하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부에 연결된 제1 릴레이부와, 상기 제1 릴레이부를 통해 상기 제1 스위칭부에 연결된 제1 워킹코일부와, 상기 전원부로부터의 전류의 인가를 온오프하는 제2 스위칭부와, 상기 제2 스위칭부에 연결된 제2 릴레이부와, 상기 제2 릴레이부를 통해 상기 제2 스위칭부에 연결된 제2 워킹코일부와, 상기 제1 스위칭부의 출력측과 상기 제2 스위칭부의 출력측과의 결합을 단속하는 제3 릴레이부와, 및 상기 제1 릴레이부와 상기 제2 릴레이부를 제어하여 어느 하나의 워킹코일부를 선로에 연결시키고, 상기 제3 릴레이부를 제어하여 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부를 병렬 구성하고, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부를 동시에 고주파로 온오프시킴으로써, 상기 제1 스위칭부를 통한 고주파 전류와 상기 제2 스위칭부를 통한 고주파 전류가 결합되어 상기 어느 하나의 워킹코일부에 인가되도록 하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제1 워킹코일부에 흐르는 전류값에 대응하는 측정값을 출력하는 제1 감지부와, 상기 제2 워킹코일부에 흐르는 전류값에 대응하는 측정값을 출력하는 제2 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 워킹코일부만을 구동시켰을때의 상기 제1 감지부로부터의 측정값과 상기 제2 워킹코일부만을 구동시켰을때의 상기 제2 감지부로부터의 측정값에 기초하여, 상기 제1 릴레이부와 상기 제2 릴레이부를 제어하여 정상적으로 유도가열을 수행하는 워킹코일부에 대해서만 고주파 전류가 인가되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 전원부와 GND 사이에 직렬로 배치된 제1 커패시터 및 제2 커패시터와, 제3 커패시터 및 제4 커패시터를 더 포함하고, 상기 제1 스위칭부는, 상기 전원부와 상기 GND 사이에서 직렬 연결된 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제2 스위칭부는, 상기 전원부와 상기 GND 사이에서 직렬 연결된 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 릴레이부와 상기 제1 워킹코일부는 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결점과 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터의 연결점 사이에 배치되고, 상기 제2 릴레이부와 상기 제2 워킹코일부는 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결점과 상기 제3 커패시터와 상기 제4 커패시터의 연결점 사이에 배치되고, 상기 제어부는 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 교대로 온오프시키고, 또한 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자를 교대로 온오프시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 릴레이부 및 상기 제2 릴레이부의 각각은, 상기 스위칭부에 연결된 입력측을 복수의 출력측에 각각 또는 동시에 연결시키도록 구성되고, 상기 제1 워킹코일부는, 상기 제1 릴레이부의 각 출력측에 일단들이 각각 연결되고 타단들이 결합되어 병렬 구성된 제1 워킹코일 및 제2 워킹코일을 포함하고, 상기 제2 워킹코일부는, 상기 제2 릴레이부의 각 출력측에 일단들이 각각 연결되고 타단들이 결합되어 병렬 구성된 제3 워킹코일 및 제4 워킹코일을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 릴레이부를 제어하여 상기 제1 및 제2 워킹코일 각각의 유도가열 동작 상태를 판단하고, 정상적으로 유도가열이 수행되는 워킹코일부에 대해서만 상기 제1 및 제2 릴레이부를 제어하여 유도가열을 유지시킬 수 있다.

상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치는, 복수의 워킹코일을 구비하더라도 최소 개수의 스위칭 소자 및 제어부를 이용하여 워킹코일들을 동작시킬 수 있다.

또한, 복수의 워킹코일이 인접하여 배치된 상태에서, 어느 워킹코일에 용기가 위치하고 있는지를 자동으로 판단하고, 해당 워킹코일만을 선택적으로 동작시킴으로써 최적의 가열 효과를 얻을 수 있다.

또한, 내압이 낮은 저렴한 스위칭 소자를 사용하더라도, 스위칭 소자의 내압을 넘어서는 고출력 가열 동작이 이루어질 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 다출력형 유도가열 조리기의 회로 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치에 있어서, 워킹코일의 배치 형태를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열 장치를 구현한 회로도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 유도가열 장치를 구현한 회로도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치에 있어서, 워킹코일의 배치 형태를 보여주는 도면이다. 도면은 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치(A)에 있어서, 유도가열 코일(즉, 워킹코일)의 배치 형태를 상부에서 본 모양을 개념적으로 도시하고 있다.

즉, 도면의 오른쪽 큰 워킹코일(WC5)은 단독으로 동작할 수 있으며, 용기는 워킹코일(WC5)의 원형 내부에 위치하게 될 것이다.

한편, 도면의 왼쪽의 구역은 4개의 워킹코일(WC1, WC2, WC3 및 WC4)이 인접하게 배치되어 있으며, 이하, 프리존(F)으로 지칭된다. 이 프리존에는, 임의 크기의 용기가 놓여질 때, 용기가 하나 또는 복수의 워킹코일의 위에 올려지게 되며, 용기의 하부에 위치하는 워킹코일이 자동으로 용기를 감지하고 동작되어 용기를 가열하도록 구성된다. 즉, 프리존 내에서는 어느 위치에 용기가 놓여져도 용기를 유도가열시킬 수 있다.

만일, 용기가 워킹코일(WC2)과 워킹코일(WC3)을 덮도록 놓여진 상태에서 사용자가 프리존의 가열 동작을 실행시키면, 용기가 놓여진 워킹코일(WC2 및 WC3)만이 동작하여 유도가열이 실행될 것이며, 용기가 놓여지지 않은 다른 2개의 워킹코일은 동작하지 않을 것이다.

도 3은, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 복수의 워킹코일을 구비하고 용기가 놓여진 워킹코일을 감지하여 선택적으로 동작시킬 수 있는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치는, 전원부(10)와, 스위칭부(20)와, 릴레이부(30)와, 제1 워킹코일(41) 및 제2 워킹코일(42)과, 감지부(50)와, 제어부(60)를 포함하여 구성된다.

전원부(10)는, 상용으로 제공되는 교류 전원을 입력받아 정류하여 직류 전원을 생성한다. 생성된 직류 전원은 스위칭부(20)의 단속에 의해 유도가열을 실행하는 코일(예를 들면, 제1 및/또는 제2 워킹코일)에 공급될 수 있다.

스위칭부(20)는 입력되는 스위칭 신호에 대응하여 온오프되는 스위칭 소자를 포함한다. 스위칭 소자는 전원부(10)로부터의 직류 전원을 가청 주파수 이상의 고주파로 온오프시켜 워킹코일에 인가할 수 있도록, 내압이 높고 동작 속도가 빠른 IGBT를 포함할 수 있다.

스위칭 소자는, 후술하는, 제어부(60)에서 제공하는 고주파 스위칭 신호에 대응하여 동작할 수도 있으나, 스위칭부(20)가 특수한 고주파 스위칭 소자(도시하지 않음)를 구비하고, 고주파 스위칭 소자의 동작에 의해 스위칭 소자가 고주파 온오프 제어될 수도 있다.

릴레이부(30)는 하나의 입력측과 복수의 출력측을 구비할 수 있으며, 입력되는 제어 신호에 대응하여, 입력측을 어느 하나 또는 복수의 출력측과 연결시키도록 구성된다.

만일, 릴레이부(30)가 제1 워킹코일(41)의 출력측을 온시키고 제2 워킹코일(42)의 출력측을 오프시키면, 스위칭부(20)로부터의 고주파 전류는 제1 워킹코일(41)에 대해서만 인가될 것이다. 만일, 릴레이부가 2개의 출력츨을 동시에 입력측과 연결시키면, 고주파 전류는 분할되어 제1 워킹코일과 제2 워킹코일에 동시에 인가될 것이다.

한편, 제1 워킹코일(41)과 제2 워킹코일(42)의 각각의 일단들은 릴레이부(30)에 연결되고 각각의 타단들은 공통으로 결합되는 방식으로 병렬 구성된다.

제1 워킹코일(41) 및 제2 워킹코일(42)은 동일한 출력을 갖도록 동일한 규격일 수 있으나, 서로 다른 규격을 가질 수도 있다.

감지부(50)는 제1 및 제2 워킹코일들의 타단의 연결점과 접지 사이에 배치되어, 임의의 워킹코일에 의해 흐르는 공진 전류를 감지한다. 감지부(50)는 전류를 감지하여 특정의 측정값을 출력할 수 있으며, 측정값은 제어부(60)로 입력될 수 있다.

여기서, 감지부(50)를 제1 워킹코일(41) 및 제2 워킹코일(42)의 연결점과 접지 사이에 배치함으로써, 하나의 감지부만으로도 2개의 워킹코일의 각각으로 흐르는 전류를 감지할 수 있게 된다.

감지부(50)는, 큰 값인 워킹코일의 공진 전류에 비례하는 소전류를 생성하고, 생성된 소전류를 제어부로 직접 입력시키거나 생성된 전류의 값에 대응하는 또다른 신호(예를 들면, 전압값 또는 디지털 레벨)를 제어부(60)에 제공할 수도 있다.

제어부(60)는, 스위칭부(20)의 특정 스위칭 소자를 고주파로 온오프시켜 워킹코일측에 고주파 전류가 인가되도록 한다. 또한, 스위칭부(20)가 고주파 스위칭 소자를 구비하는 경우에는 고주파 스위칭 소자의 동작을 제어한다.

또한, 제어부(60)는, 릴레이부(30)를 제어하여, 제1 워킹코일(41) 및 제2 워킹코일(42)의 어느 하나 또는 양자를 선택적으로 선로에 온시킬 수 있다.

이러한 구성에서, 제어부(60)는, 사용자로부터 유도가열 장치의 동작이 요청되면, 하나씩의 워킹코일에 고주파 전류를 인가하고, 감지부(50)에서 제공하는 측정값을 참고하여 각 워킹코일의 유도가열 동작 상태를 검사한다. 유도가열이 정상적으로 일어나는 워킹코일에는 용기가 위치하고 있는 것으로 간주될 수 있다. 제어부(60)는, 정상적으로 전류 공진이 발생하여 유도가열이 이루어지는 워킹코일에 연결된 릴레이를 선택적으로 동작시켜, 해당 워킹코일만으로 고주파 전류를 인가하도록 제어하여 유도가열을 수행하게 된다. 이때, 용기가 위치하는 워킹코일은 하나일 수도 있으며 복수일 수도 있다.

이러한 구성의 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치에 있어서, 제1 워킹코일(41)과 제2 워킹코일(42)을 인접하게 배치하여 프리존(F)을 구성함으로써, 사용자는 프리존의 어느 위치에 용기를 놓더라도, 제어부(60)가 용기가 놓여진 위치에 해당하는 워킹코일을 자동으로 선택하고 해당 워킹코일만을 구동시켜 용기를 가열할 수 있다.

또한, 릴레이부(30)에 병렬 연결되는 워킹코일의 개수를 2개뿐만 아니라, 3개 이상의 다수 개 병렬로 연결하고, 각 워킹코일의 결합을 제어한다면, 프리존(F)을 더 넓게 구성할 수도 있을 것이다. 또한, 각 워킹코일의 크기를 소형화하여 사방으로 밀집시켜 배치하면, 프리존을 더욱 다양한 형태로 구성할 수 있으며, 용기의 바닥 모양에 제약받지 않으면서 효율적으로 가열할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열 장치를 전류 공진 방식으로 동작하도록 구성한 개략적인 회로도이다.

본 발명에 따른 유도가열 장치는, 2개의 스위칭 소자를 직렬 연결하여 하프브리지 전류 공진 방식으로 각 워킹코일을 구동시킬 수 있다. 이를 위해서는, 구동 전류를 제공하는 전원부(10)측과 접지(또는, GND)측 사이에 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)를 직렬로 배치하고, 전원부(10)측과 접지측 사이에 직렬로 배치된 제1 커패시터(81) 및 제2 커패시터(82)를 배치하고, 릴레이부(30)의 입력측을 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)의 연결점에 결합시키고, 워킹코일들의 타단측을 제1 커패시터(81)와 제2 커패시터(82)의 연결점에 결합시킨다. 감지부(50)는 워킹코일과 커패시터들의 연결점 사이에 배치될 수 있다.

그리고, 제어부(60)가 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)를 교대로 온오프시킴으로써 워킹코일들에서 전류 공진이 발생하게 된다.

또한, 상기의 릴레이부(30)는, 제1 워킹코일(41)을 선로(스위치부와 연결되는 선로)에 온오프시키는 제1 릴레이(31)와, 제2 워킹코일(42)을 선로에 온오프시키는 제2 릴레이(32)를 포함할 수 있다.

제1 릴레이(31)와 제2 릴레이(32)는, 스위칭부(20)에 연결되는 하나의 입력측과, 하나는 워킹코일의 일단측과 연결되고 다른 하나는 오픈된 2개의 출력측을 가질 수 있다.

상용 교류 전원(AC)은 전원부(10)에 입력된다.

전원부(10)에서 정류하여 출력하는 직류 전원은, 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)를 통해 접지로 연결되고, 또한 제1 커패시터(81)와 제2 커패시터(82)를 통해 접지로 연결된다.

제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)의 연결점에는, 제1 릴레이(31)와 제2 릴레이(32)의 입력단측의 연결점이 결합된다. 제1 릴레이(31)에는 제1 워킹코일(41)이 직렬 연결되고, 제2 릴레이(32)에는 제2 워킹코일(42)이 직렬로 연결되어 있다.

제1 워킹코일(41)과 제2 워킹코일(42)의 타단측들의 연결점은 감지부(50)의 일단측에 결합되고, 감지부(50)의 타단측은 제1 커패시터(81)와 제2 커패시터(82)의 연결점에 결합된다.

이러한 구성에서, 제어부(60)가 제1 릴레이(31) 및/또는 제2 릴레이(32)를 온시키고 또한 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)를 교대로 고속 스위칭하면, 고주파 직류 전류가 선택된 워킹코일에 순방향 및 역방향으로 교대로 인가되어 유도가열이 실행된다.

즉, 제1 릴레이(31)가 온되고 제2 릴레이(32)가 오프된 상태를 상정할 때, 제1 스위칭 소자(21)가 온되면, 전류는 제1 스위칭 소자를 통해 제1 릴레이 → 제1 워킹코일 → 감지부 → 제2 커패시터를 통해 접지로 흐르고, 제2 스위칭 소자(22)가 온되면, 전류는 제1 커패시터 → 감지부 → 제1 워킹코일 → 제1 릴레이 → 제2 스위칭 소자를 통해 접지로 흐르게 된다.

감지부(50)의 측정값은 제어부로 제공되어, 제어부(60)가 어느 워킹코일이 용기를 정상적으로 가열시키고 있는지 감지할 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 본 실시예에서는, 제1 워킹코일부(410)에 고주파 전류를 인가하는 제1 스위칭부(210)와, 제2 워킹코일부(420)에 고주파 전류를 인가하는 제2 스위칭부(220)를 병렬로 연결될 수 있도록 함으로써, 제1 스위칭부(210)에서 인가하는 전류와 제2 스위칭부(220)에서 인가하는 전류가 더해질 수 있도록 구성하고 있다.

전원부(10)에서 생성한 직류 전원은 병렬 구성된 제1 스위칭부(210)와 제2 스위칭부(220)에 동시에 공급될 수 있다.

제1 스위칭부(210)는 제어부(60)에서 제공하는 고주파 스위칭 신호에 따라 온오프되어 직류 전원을 고주파 전류로 변환한다.

제1 릴레이부(310)는 제1 워킹코일부(410)의 선로에 대한 온 또는 오프를 제어함으로써, 제1 워킹코일부(410)로의 고주파 전류의 인가를 단속할 수 있다.

제1 워킹코일부(410)는 하나 또는 복수의 워킹코일을 포함할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 릴레이부(310)는 입력단에 연결될 수 있는 복수의 출력단을 구비할 수 있으며, 하나 또는 복수의 워킹코일의 일단측이 각 출력단에 결합될 수 있다.

제1 워킹코일부(410)의 하나 또는 복수의 워킹코일들의 타단측은 제1 감지부(510)를 통해 접지에 연결된다.

제1 감지부(510)는 제1 워킹코일부(410)를 통해 흐르는 공진 전류를 감지한다. 이때, 공진 전류는 매우 큰 값을 갖는 전류이기 때문에, 제1 감지부(510)는 공진 전류에 비례하는 소전류를 생성하여 제어부에 전송하거나, 공진 전류에 비례하는 전압값을 출력할 수 있다.

제2 스위칭부(220)와, 제2 릴레이부(320)와, 제2 워킹코일부(420)와, 제2 감지부(520)는 상술한 구성과 동일하다.

여기서, 제1 워킹코일부(410)와 제2 워킹코일부(420)는, 프리존(F)을 구성하도록 인접하게 배치될 수 있다.

제3 릴레이부(70)는, 제1 스위칭부(210)의 출력단측과 제2 스위칭부(220)의 출력단측을 선택적으로 연결시킨다. 제3 릴레이부(70)가 제1 스위칭부(210)의 출력단측과 제2 스위칭부(220)의 출력단측을 연결시키면, 제1 스위칭부(210)와 제2 스위칭부(220)는 서로 병렬연결된다.

제어부(60)는, 제1 스위칭부(210)와 제2 스칭부(220)를 동일한 타이밍으로 온오프 스위칭 제어할 수 있다. 이러한 구성에서, 사용자에 의해 유도가열의 실행이 요청되면, 제어부는 먼저, 어느 워킹코일에 용기가 위치하고 있는지 확인하는 절차를 수행한다.

먼저, 제1 릴레이부(310)를 제어하여 제1 워킹코일부(410)를 선로에 연결시키고, 제1 스위칭부(210)를 동작시킴으로써 제1 워킹코일부(410)에 고주파 전류를 인가한다. 이때, 제1 감지부(510)를 통해 공진 전류를 검사하여 유도가열이 정상적으로 실행되는지 판정한다.

이어서, 제1 릴레이부(310)를 오프시키고, 제2 릴레이부(320)를 제어하여 제2 워킹코일부(420)를 선로에 연결시키고, 제2 스위칭부(220)를 동작시킴으로써 제2 워킹코일부(420)에 고주파 전류를 인가한다. 그리고 제2 감지부(520)를 통해 공진 전류를 검사하여 유도가열이 정상적으로 실행되는지 판정한다.

모든 워킹코일부에 대한 동작 여부를 검사한 후, 제어부(60)는, 정상적으로 유도가열이 수행되고 있는 워킹코일에 대해서만 고주파 전류를 인가하여 유도가열을 실행시킨다.

한편, 제1 워킹코일부(410) 또는 제2 워킹코일부(420) 중 어느 한쪽에만 용기가 위치하여 어느 한쪽의 워킹코일부만을 동작시키는 경우에는, 제3 릴레이부(70)를 온시켜서 제1 스위칭부(210)와 제2 스위칭부(220)가 병렬 구성되도록 한다. 이때, 동작시키지 않는 워킹코일부의 릴레이부는 오프로 제어한다.

이렇게, 제1 스위칭부(210)와 제2 스위칭부(220)가 병렬로 구성되면, 어느 한쪽의 워킹코일부에는 제1 스위칭부(210)에 의한 고주파 전류와 제2 스위칭부(220)에 의한 고주파 전류가 결합되어 인가되기 때문에, 하나의 스위칭부를 이용하는 경우에 비하여 최대 2배의 전류가 인가될 수 있다. 이는 워킹코일부의 출력을 향상시키는 효과를 가져온다. 이러한 동작 방식은 이하 '파워 부스트'라고 지칭된다.

도 6은 도 5에 도시된 유도가열 장치를 구현한 회로도이다. 도시된 회로도는, 제1 스위칭부(210)를 전류를 제공하는 전원부(10)측과 접지(GND)측 사이에서 직렬 연결된 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)로 구성하고, 제2 스위칭부(220)를 전원부(10)측과 접지측 사이에서 직렬 연결된 제3 스위칭 소자(23)와 제4 스위칭 소자(24)로 구성하고 있다.

또한, 전원부(10)측과 접지측 사이에, 제1 커패시터(81)와 제2 커패시터(82), 또한 제3 커패시터(83)와 제4 커패시터(84)를 각각 직렬로 배치하였다.

그리고, 제1 릴레이(31)와 제1 워킹코일(41)의 쌍과 제2 릴레이(32)와 제2 워킹코일(42)의 쌍을 병렬로 연결하여, 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)의 연결점과 제1 커패시터(81)와 제2 커패시터(82)의 연결점 사이에 배치하였다.

제1 감지부(510)는 제1 및 제2 워킹코일의 타단들의 연결점과 제1 커패시터(81)와 제2 커패시터(82)의 연결점 사이에 배치될 수 있다.

제2 스위칭부(220)와, 제2 릴레이부(320)와, 제2 워킹코일부(420)와, 제2 감지부(520)와, 제3 커패시터(83) 및 제4 커패시터(84)는, 상기한 구성과 대칭되게 구성될 수 있다.

여기서, 제3 릴레이부(70)는, 제1 스위칭부(210)와 제1 릴레이부(310)의 연결을 단속하는 제5 릴레이(75)와, 제2 스위칭부(220)와 제2 릴레이부(320)의 연결을 단속하는 제6 릴레이(76)를 포함한다.

제5 릴레이(75)의 접점과 제6 릴레이(76)의 접점은, 도 6에 도시한 바와 같이, 서로 교차되게 연결할 수 있다. 이러한 구성에서, 제5 릴레이 및 제6 릴레이를 제어하여, 제1 워킹코일(41) 및/또는 제2 워킹코일(42)을 구동시키고자 할 때, 제1 스위칭부(210)를 통해 인가되는 고주파 구동 전류와 제2 스위칭부(220)를 통해 인가되는 고주파 구동 전류가 동시에 제1 워킹코일 및/또는 제2 워킹코일에 인가될 수 있다.

즉, 도 6에 도시된 방식으로 제5 릴레이(75) 및 제6 릴레이(76)의 접점이 선택되면, 파워 부스트는 동작하지 않는 상태이며, 어느 하나의 접점이 옮겨지면, 파워 부스트가 동작하는 상태가 된다.

상세한 동작은 다음과 같다. 만일, 제1 워킹코일(41)만을 구동시키고자 할 때에는, 제어부(60)는, 제5 릴레이(75)의 접점(a)을 선택하고 제1 릴레이(31)의 접점(a)을 선택하고 제2 릴레이(32)의 접점(b)을 선택한다. 또한, 제3 릴레이(33) 및 제4 릴레이(34)의 접점(a)을 선택한다.

이러한 연결에서는, 제1 스위칭 소자(21)와 제2 스위칭 소자(22)를 통한 고주파 구동 전류에 의해 제1 워킹코일(41)이 유도가열을 실행된다.

한편, 이때, 제6 릴레이(76)의 접점(b)가 선택되면, 제3 스위칭 소자(23)와 제4 스위칭 소자(24)에 의한 고주파 구동 전류가 제5 릴레이(75)를 통해 제1 워킹코일(41)에 인가될 수 있게 된다.

즉, 제1 스위칭 소자(21)가 온될 때에는 제3 스위칭 소자(23)로부터의 구동 전류가 워킹코일에 중첩되어 인가될 것이고, 제2 스위칭 소자(22)가 온될 때에는 제4 스위칭 소자(24)로부터의 구동 전류가 워킹코일에 중첩되어 인가될 것이다.

이렇게 2개씩의 스위칭 소자로부터 동시에 구동 전류를 공급받게 되면, 제1 워킹코일(41)은 파워 부스트되어 더 강력한 유도가열을 수행할 수 있게 된다.

이러한 파워 부스트는, 본 발명에 따른 유도가열 방식이 전류공진 방식이기 때문에 가능하다. 즉, 전압은 유지되면서, 전류를 스위칭하여 유도가열을 발생시키는 방식이므로, 스위칭 소자가 병렬로 연결됨에 따라 전류의 양이 향상될 수 있다.

또한, 인가할 수 있는 고주파 구동 전류에 대한 내압이 낮은 스위칭 소자를 사용하더라도 스위칭 소자를 병렬 구성함에 따라 각 스위칭 소자의 내압 이상의 구동 전류를 특정의 워킹코일에 인가할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유도가열 장치의 동작은 다음과 같다.

제1 내지 제4 워킹코일은 다양한 방식으로 배치되어 프리존을 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 일렬로 배치될 수도 있으며, 사방으로 밀집 배치될 수도 있다. 먼저, 사용자가 프리존의 임의의 위치에 임의의 용기를 올려놓고 유도가열 장치의 동작을 실행시킨다.

그러면, 제어부에서는 릴레이들을 제어하여, 제1 워킹코일에 대해서만 구동 전류를 인가하고 감지부를 통해 유도가열이 정상적으로 수행되는지를 판정한다.

이어서 제어부는 제2 워킹코일만을 구동시키고 유도가열의 정상 동작 여부를 판정한다. 또한, 제어부는 순차적으로 제3 워킹코일 및 제4 워킹코일의 동작을 감시한다. 이때, 상기의 판정 동작에서는 파워 부스트가 동작하지 않도록 제5 릴레이 및 제6 릴레이를 제어하는 것이 바람직하다.

모든 워킹코일들에 대해서 유도가열 동작 여부를 판정하고나면, 어느 워킹코일에 용기가 위치하고 있는지 인식할 수 있다. 만일, 제1 워킹코일 및/또는 제2 워킹코일에 용기가 위치한다면(경우 1), 해당하는 하나 또는 양자의 워킹코일을 구동시켜 용기를 가열하도록 제어할 수 있다. 이 경우에, 제5 릴레이 및 제6 릴레이를 제어하여 파워 부스트를 가동시킬 수 있다. 즉, 제5 릴레이 및 제6 릴레이를 제어하여, 제1 및 제2 스위칭 소자와 제3 및 제4 스위칭 소자가 병렬 연결된 상태를 구현함으로써, 특정의 워킹코일(제1 워킹코일 및/또는 제2 워킹코일)에 부스트된 구동 전류를 인가할 수 있게 된다.

만일, 제2 워킹코일과 제3 워킹코일에 걸쳐서 용기가 위치하게 된 상태에서는(경우 2), 제1 및 제2 스위칭 소자에 의한 구동 전류에 의해 제2 워킹코일이 구동하게 되고, 제3 및 제4 스위칭 소자에 의한 구동 전류에 의해 제3 워킹코일이 각각 구동하게 되므로, 상술한 경우 1과 동일한 출력으로 유도가열이 이루어질 수 있게 될 것이다.

그리고, 제3 및/또는 제4 워킹코일에 용기가 위치하는 경우에는(경우 3), 상기한 경우 1과 같이, 파워 부스트를 이용하여 제3 및 제4 워킹코일의 하나 또는 양자를 구동시킬 수 있을 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 전원부로부터의 전류의 인가를 온오프하는 제1 스위칭부,
   상기 제1 스위칭부에 연결된 제1 릴레이부,
   상기 제1 릴레이부를 통해 상기 제1 스위칭부에 연결된 제1 워킹코일부,
   상기 전원부로부터의 전류의 인가를 온오프하는 제2 스위칭부,
   상기 제2 스위칭부에 연결된 제2 릴레이부,
   상기 제2 릴레이부를 통해 상기 제2 스위칭부에 연결된 제2 워킹코일부,
   상기 제1 스위칭부의 출력측과 상기 제2 스위칭부의 출력측과의 결합을 단속하는 제3 릴레이부, 및
   상기 제1 릴레이부와 상기 제2 릴레이부를 제어하여 어느 하나의 워킹코일부를 선로에 연결시키고, 상기 제3 릴레이부를 제어하여 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부를 병렬 구성하고, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부를 동시에 고주파로 온오프시킴으로써, 상기 제1 스위칭부를 통한 고주파 전류와 상기 제2 스위칭부를 통한 고주파 전류가 결합되어 상기 어느 하나의 워킹코일부에 인가되도록 하는 제어부를 포함하는 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 워킹코일부에 흐르는 전류값에 대응하는 측정값을 출력하는 제1 감지부, 및
   상기 제2 워킹코일부에 흐르는 전류값에 대응하는 측정값을 출력하는 제2 감지부를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 제1 워킹코일부만을 구동시켰을때의 상기 제1 감지부로부터의 측정값과 상기 제2 워킹코일부만을 구동시켰을때의 상기 제2 감지부로부터의 측정값에 기초하여, 상기 제1 릴레이부와 상기 제2 릴레이부를 제어하여 정상적으로 유도가열을 수행하는 워킹코일부에 대해서만 고주파 전류가 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전원부와 GND 사이에 직렬로 배치된 제1 커패시터 및 제2 커패시터와, 제3 커패시터 및 제4 커패시터를 더 포함하고,
   상기 제1 스위칭부는, 상기 전원부와 상기 GND 사이에서 직렬 연결된 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하고,
   상기 제2 스위칭부는, 상기 전원부와 상기 GND 사이에서 직렬 연결된 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하고,
   상기 제1 릴레이부와 상기 제1 워킹코일부는 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결점과 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터의 연결점 사이에 배치되고, 상기 제2 릴레이부와 상기 제2 워킹코일부는 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결점과 상기 제3 커패시터와 상기 제4 커패시터의 연결점 사이에 배치되고,
   상기 제어부는 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 교대로 온오프시키고, 또한 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자를 교대로 온오프시키는 것을 특징으로 하는 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 릴레이부 및 상기 제2 릴레이부의 각각은, 상기 스위칭부에 연결된 입력측을 복수의 출력측에 각각 또는 동시에 연결시키도록 구성되고,
   상기 제1 워킹코일부는, 상기 제1 릴레이부의 각 출력측에 일단들이 각각 연결되고 타단들이 결합되어 병렬 구성된 제1 워킹코일 및 제2 워킹코일을 포함하고,
   상기 제2 워킹코일부는, 상기 제2 릴레이부의 각 출력측에 일단들이 각각 연결되고 타단들이 결합되어 병렬 구성된 제3 워킹코일 및 제4 워킹코일을 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 릴레이부를 제어하여 상기 제1 및 제2 워킹코일 각각의 유도가열 동작 상태를 판단하고, 정상적으로 유도가열이 수행되는 워킹코일부에 대해서만 상기 제1 및 제2 릴레이부를 제어하여 유도가열을 유지시키는 것을 특징으로 하는 복수의 워킹코일을 구비한 유도가열 장치.

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