KR100301463B1 - Circuit for controlling inverter output of resonance-type high frequency heating apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공진형 고주파 가열 장치의 인버터 출력 제어 회로에 관한 것으로, 종래에는 2석식 인버터 회로로서, 현재 일정주파수의 PWM 출력제어기술의 적용이 곤란하고, 인버터 회로에서 처리할 수 있는 부하의 용량이 제한되어 있으며 또한, 인버터 제어시에 발생하는 잡음등에 의해 주변기기와 상호 전자간섭이 발생할 가능성이 많은 문제점이 있었다. 이러한 점을 개선하기 위한 본 발명은 전력 제어시 일정한 주파수로 유지하여 펄스폭 변조를 수행하므로써 광범위한 전력 제어가 가능하고 또한, 일정 주파수에서 전력 제어가 가능하므로 주변기기와의 상호 전자기 간섭을 방지할 수 있어 시스템이 안정적으로 동작하도록 구성한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inverter output control circuit of a resonant high frequency heating apparatus. In the related art, a two-seat inverter circuit is conventionally difficult to apply a PWM output control technique of a constant frequency. In addition, there is a problem that there is a lot of possibility of mutual interference with the peripheral device due to noise generated during the inverter control. The present invention for improving this point is possible to control a wide range of power by performing a pulse width modulation by maintaining a constant frequency at the time of power control, and also to control power at a constant frequency to prevent mutual electromagnetic interference with peripheral devices The system is configured to work reliably.
Description
제1도는 종래의 인버터 출력 제어 회로도.1 is a conventional inverter output control circuit diagram.
제2도는 제1도에서 모드에 따른 파형도.2 is a waveform diagram according to the mode in FIG.
제3도는 본 발명의 인버터 출력 제어 회로도.3 is an inverter output control circuit diagram of the present invention.
제4도는 제4도에서 모드에 따른 동작을 보인 예시도.4 is an exemplary view illustrating an operation according to a mode in FIG. 4.
제5도는 제4도에서 모드에 따른 파형도.5 is a waveform diagram according to the mode in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
SWa,Swb : 스위칭 소자 D1a,D1b,D2 : 다이오드SWa, Swb: switching elements D1a, D1b, D2: diodes
L20 : 쵸크 코일 Lr : 가열 코일L20: Choke Coil Lr: Heating Coil
C20,C1a,C1b : 콘덴서C20, C1a, C1b: Capacitor
본 발명은 전압 공진형 고주파 가열 장치의 인버터 회로에 관한 것으로 특히, 일정한 주파수하에서 펄스폭 변조 제어가 가능하고 기존의 장치보다 용이하게 고출력을 낼 수 있도록 하는 공진형 고주파 가열 장치의 인버터 출력 제어 회로에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter circuit of a voltage resonant high frequency heating device, and more particularly, to an inverter output control circuit of a resonant high frequency heating device capable of controlling pulse width modulation under a constant frequency and producing a higher output than a conventional device. It is about.
제1도는 종래 고주파 가열 장치의 인버터 출력 제어 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 상용 전원을 브릿지 다이오드(BD1)에서 정류하여 쵸크 코일(Lc)과 콘덴서(Cs)에서 필터링하고 그 필터링된 전원을 다이오드및 콘덴서(D1,C1)(D2,C2)가 각기 병렬 접속된 스위칭 소자(S1)(S2)를 통해 스위칭함에 의해 저항(R), 워킹 코일(Lr), 공진 콘덴서(Cr)을 통해 고주파 전류를 흐르게 하여 피가열체에 유도 기전력을 인가하도록 구성된다.1 is an inverter output control circuit diagram of a conventional high frequency heating apparatus, as shown therein, rectifying a commercial power source from a bridge diode BD1, filtering the choke coil Lc and a capacitor Cs, and filtering the filtered power source into a diode and The capacitors D1, C1, D2, and C2 are switched through the switching elements S1 and S2 connected in parallel to each other to generate a high frequency current through the resistor R, the working coil Lr, and the resonant capacitor Cr. And apply induced electromotive force to the heated object.
이와같은 종래회로의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the conventional circuit as follows.
상용 교류 전원이 입력되면 브릿지 다이오드(BD1)에서 정류된 후 초크 코일(Lc)에서 잡음을 제거함과 아울러 콘덴서(Cs)에서 평활하게 된다.When the commercial AC power is input, the rectifier is rectified by the bridge diode BD1 and the noise is removed from the choke coil Lc and smoothed in the capacitor Cs.
이 정류 평활된 직류 전원은 구동 신호에 따라 스위칭 소자(S1)(S2)이 교대로 스위칭함에 의해 잡음 감쇄용 콘덴서(C1)(C2)가 충방전됨과 아울러 프리 휠 다이오드(D1)(D2)가 교대로 도통되어 워킹 코일(Lr)에 제2(d)도와 같은 고주파 전류(iL)가 흐르게 된다.In the rectified smooth DC power supply, the switching elements S1 and S2 alternately switch according to the drive signal to charge and discharge the noise reduction capacitors C1 and C2, and the freewheel diodes D1 and D2. In turn, conduction is conducted so that a high frequency current i L such as the second (d) flows through the working coil Lr.
즉, 스위칭 소자(S1)(S2)가 교대로 스위칭 됨에 의해 제2(a)도와 같이 전류(Is)가 흐르고 제2(b)도와 같이 전압(Vs)이 충반전되며 공진 콘덴서(Cr)에는 제2(c)도와 같은 전압(Vc)이 충방전되어 워킹 코일(Lr)에는 제2(d)도와 같은 전류(iL)가 흐르게 된다.That is, as the switching elements S1 and S2 are alternately switched, the current Is flows as shown in FIG. 2 (a), the voltage Vs is charged and reversed as shown in FIG. 2 (b), and the resonant capacitor Cr The voltage Vc as shown in FIG. 2 (c) is charged and discharged so that the current i L as shown in FIG. 2d as in the working coil Lr flows.
이에 따라, 공진 콘덴서(Cr)와 워킹 코일(Lr)이 공진하여 유도 기전력을 발생시킴에 의해 상기 워킹 코일(Lr)에 결합된 용기를 유도 가열하게 된다.Accordingly, the resonant capacitor Cr and the working coil Lr resonate to generate an induced electromotive force, thereby induction heating the vessel coupled to the working coil Lr.
여기서, 스위칭 소자(S1)(S2)의 턴오프시의 dead-time 중에 유도성 부하인 워킹 코일(Lr)의 특성을 이용한 부분 공진 현상에 의해 영전압 스위칭 촉진을 위한 콘덴서(C1)(C2)를 충방전시킴으로써 영전압 스위칭이 가능하게 되는 lossless snubber로 동작하게 된다.Here, the capacitor C1 (C2) for promoting zero voltage switching by a partial resonance phenomenon using the characteristics of the working coil Lr, which is an inductive load, during the dead-time at the time of turning off the switching elements S1 and S2. It works as a lossless snubber that enables zero voltage switching by charging and discharging.
이러한 동작을 하는 회로는 극히 좁은 범위의 부하변동밖에 허용하지 않으므로 특정 부하에 대해 사용하는 경우에만 유효한 회로 형태라고 할 수 있다.The circuits that do this only allow a very narrow range of load variations, so they are only valid when used for a specific load.
그러나, 종래에는 2석식 인버터 회로로서, 현지 일정주파수의 PWM 출력제어기술의 적용이 곤란하고, 인버터 회로에서 처리할 수 있는 부하의 용랑이 제한되어 있으며 인버터 제어시어 발생하는 잡음등에 의해 주변기기와 상호 전자간섭이 발생할 가능성이 많은 문제점이 있었다.However, conventionally, as a two-seat inverter circuit, it is difficult to apply a local frequency PWM output control technique, the load of the load that can be processed in the inverter circuit is limited, and the noise generated by the inverter control, etc. There was a problem that interference is likely to occur.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 스위칭 듀티비를 펄스폭 변조 제어함에 의해 전력 제어하므로써 파워 가변시에도 일정 주파수를 유지하게 하는 도록 하여 고주파 가열 장치의 출력 제어 회로를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention is to create an output control circuit of a high frequency heating device to maintain a constant frequency even when the power is changed by controlling the power by switching the switching duty ratio to the pulse width modulation control in order to improve such a conventional problem, attached to this Referring to the drawings in detail as follows.
상기의 목적 달성을 위한 본 발명은 영전압 스위칭 펄스폭 변조 방식의 공진형 인버터에 있어서, 상용 교류전원을 정류시키는 정류 수단과, 상기 정류된 전압에서 고주파 전류 성분을 제거하는 필터링 수단과, 구동 신호에 의해 상기 필터링 수단을 통과한 전류를 스위칭하는 스위칭 수단과, 이 스위칭 수단의 역저지 전압을 영전압 이하로 낮추고 시비율(Da=Ta/To)의 변화폭을 확장하여 공진함에 의해 유도 기전력을 발생시키는 가열 수단으로 구성하게 된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a zero voltage switching pulse width modulation type resonant inverter comprising: rectifying means for rectifying a commercial AC power supply; filtering means for removing high frequency current components from the rectified voltage; Switching means for switching the current passing through the filtering means, and generating an induced electromotive force by resonating by lowering the reverse blocking voltage of the switching means below zero voltage and extending the variation range of the ratio (Da = Ta / To). It consists of a heating means to make.
이하, 본 발명을 첨부한 도면에서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in the accompanying drawings.
제3도는 본 발명의 실시예 회로도로서, 상용 교류전원을 브릿지 다이오드(BD1)에서 정류하여 초크 코일(L20)및 콘덴서(C20)에서 고주파 전류 성분을 필터링하고 스위칭 소자(SWa)(SWb)가 교대로 턴온되어 상기 필터링된 전류를 스위칭함에 의해 워크 코일(Lr)과 공진 콘덴서(C1b)로 고주파전류(iL)을 인가하여 용기에 유도 기전력을 발생시키도록 구성한다.3 is a circuit diagram of an exemplary embodiment of the present invention, in which commercial AC power is rectified in the bridge diode BD1 to filter high-frequency current components in the choke coil L20 and the capacitor C20, and the switching elements SWa and SWb alternate. It is configured to generate an induced electromotive force in the container by applying a high frequency current (i L ) to the work coil (Lr) and the resonant capacitor (C1b) by turning on the filtered current.
도면의 미설명 부호 D1a는 스위칭 소자(SWa)에 직렬 접속된 역지지용 다이오드이고, D1b는 스위칭 소자(SWb)에 병렬 접속된 역도통용 다이오드이며, D2는 공진 콘덴서(C1b)에 병렬 접속된 시비율(Da=Ta/To)의 변화폭을 확장하는 다이오드이고, C1a는 스위칭소자(SWb)에 인가된 전압을 “0”으로 하여 소프트 스위칭이 가능하도록 하는 콘덴서이다.In the drawing, reference numeral D1a is a reverse support diode connected in series to the switching element SWa, D1b is a reverse conducting diode connected in parallel to the switching element SWb, and D2 is a ratio of parallel connection to the resonant capacitor C1b. (Da = Ta / To) is a diode that extends the variation range, and C1a is a capacitor that enables soft switching by setting the voltage applied to the switching element SWb to "0".
여기서, C1a 〈〈 C1b 로 가정한다.It is assumed here that C1a < C1b.
가열 코일(Lr)과 용기 상호간의 인덕턴스는 M이다.The inductance between the heating coil Lr and the vessel is M.
이와같이 구성한 본 발명 실시예의 동작및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail the operation and operation effects of the embodiment of the present invention configured as described above.
본 발명은 펄스폭 변조 제어 기능을 갖고 영전압 스위칭 방식의 부분 공진형 고주파 인버터이다.The present invention is a zero-frequency switching type part resonant high frequency inverter having a pulse width modulation control function.
상용 교류 전원이 입력되어 브릿지 다이오드(BD1)에서 정류된 후 초크 코일(Lc)에서 잡음을 제거함과 아울러 콘덴서(Cs)에서 평활할 때 스위칭 소자(SWa)(SWb)가 구동신호에 따라 교대로 턴온,턴오프하게 된다.When commercial AC power is input and rectified by the bridge diode BD1, the noise is removed from the choke coil Lc, and the switching element SWa SWb is alternately turned on according to the driving signal when the capacitor Cs is smooth. Will turn off.
상기 스위칭 소자(SWa)(SWb)가 턴온턴오프됨에 의해 제5(c)도와 같은 전류(ia)가 상기 스위칭 소자(SWa)로 흐르게 되고 제5(e)도와 같은 전류(ib)가 상기 스위칭 소자(SWb)로 흐르게 된다.When the switching element SWa (SWb) is turned on and off, a current (i a ) such as the fifth (c) flows to the switching element SWa, and a current (i b ) such as the fifth (e) It flows to the switching element SWb.
이에, 스위칭 소자(SWa)(SWb)가 스위칭됨에 따라 콘덴서(C1a)(C1b)가 충방전되고 다이오드(D1a)(D1b)가 교대로 도통되어 워킹 코일(Lr)에는 제5(e)도와 같은 고주파 전류(iL)가 흐르게 된다.Accordingly, as the switching elements SWa and SWb are switched, the capacitors C1a and C1b are charged and discharged, and the diodes D1a and D1b are alternately connected to each other so that the working coil Lr may have the same shape as the fifth (e). The high frequency current i L flows.
따라서, 공진 콘덴서(Cr)와 워킹 코일(Lr)이 공진하여 유도 기전력을 발생시킴에 의해 상기 워킹 코일(Lr)에 결합된 용기를 유도 가열하게 된다.Therefore, the resonant capacitor Cr and the working coil Lr resonate to generate an induced electromotive force, thereby induction heating the vessel coupled to the working coil Lr.
상기와 같은 동작은 모드별로 제4도와 같이 실행되어진다.The above operation is performed as shown in FIG. 4 for each mode.
먼저, 전력 공급 모드(m1)에서 스위칭 소자(SWa)와 다이오드(D1a)가 도통되어 콘덴서(C1a)가 전원전압(E)까지 충전되어진다.First, in the power supply mode m1, the switching element SWa and the diode D1a are conducted so that the capacitor C1a is charged up to the power supply voltage E.
이 후 설정된 시간(Ta)동안 스위칭 소자(SW1a)와 다이오드(D1a)가 온상태를 유지한 후 상기 스위칭 소자(SW1a)가 턴오프되어 전력 환류 모드(m2)가 되며, 상기 설정 시간(Ta)을 제어함에 의해 출력 측의 전력 제어가 가능하게 된다.After a set time (T a) after being kept in a state that the switching element (SW1a) and a diode (D1a) on for is a turn-off the switching element (SW1a), and a power reflux mode (m2), wherein the set time (Ta ), Power control on the output side becomes possible.
상기 전력 환류 모드(m2)가 되면 전원전압(E[V])까지 충전되어 있는 콘덴서(C1a)의 전하가 방전되어 가열 코일(Lr)에 에너지가 축적되고 아울러 콘덴서(C1b)가 충전되어진다.When the power reflux mode m2 is reached, the charge of the capacitor C 1a charged up to the power supply voltage E [V] is discharged to accumulate energy in the heating coil Lr, and the capacitor C 1b is charged. Lose.
상기 콘덴서(C1a)가 방전하여 그 단자전압이 0[V]가 되면 전력 환류 모드(m3a)가 되어 스위칭 소자(SWb)에 병렬 접속된 다이오드(D1b)가 도통되어진다.The capacitor (C1a) is discharged to the terminal voltage is 0 [V] when a power mode is the reflux (m3a) switching elements of the diode (D 1b) connected in parallel to the (SWb) that is the continuity.
이 후, 전력 환류 모드(m3b)가 되어 다이오드(D1b)의 전류(iD1b)가 “0”가 되기 전까지 스위칭 소자(SWb)를 온시켜 그 스위칭 소자(SWb)를 영전압 스위칭(Zero-Boltage Switching)으로 턴온시키게 된다.Subsequently, the switching element SWb is turned on until the power reflux mode m3b becomes the current iD1b of the diode D1b becoming “0”, thereby switching the switching element SWb to zero voltage switching. To turn it on.
이때, 콘덴서(C1b)의 충전 전하가 스위칭 소자(SWb)를 통해 방전하여 “0”[V]가 되고 콘덴서(C1b)에 병렬 접속된 다이오드(D2)가 온되어 전력 환류 모드(m4)가 된다.At this time, the charging charge of the capacitor C1b is discharged through the switching element SWb to become "0" [V], and the diode D 2 connected in parallel to the capacitor C1b is turned on to turn on the power reflux mode m4. do.
상기 다이오드(D2)는 일정한 주파수에서 시비율(Da = Ta/To)을 확장하므로서 펄스폭 변조 제어에 의해 전력 제어가 가능하게 된다.The diode D2 can control power by pulse width modulation control by extending the ratio Da = Ta / To at a constant frequency.
이후, 스위칭 소자(SWb)를 턴오프시키면 콘덴서(C1a)가 충전을 시작하여 전력 환류 모드(m5)가 된다.Thereafter, when the switching element SWb is turned off, the capacitor C1a starts charging to enter the power reflux mode m5.
상기 콘덴서(C1a)의 충전 전위(VC1a)가 전원전압(E)보다 크게 되면 부하의 전류방향이 바뀌어서 그 콘덴서(C1a)가 방전하고 다시 콘덴서(C1b)가 충전하기 시작한다.When the charging potential VC1a of the capacitor C1a is larger than the power supply voltage E, the current direction of the load is changed, the capacitor C1a discharges, and the capacitor C1b starts to charge again.
이러한 전력 변환모드(m6)에서 콘덴서(C1a)의 전하가 방전하여 그 충전 전위가 전원전압(E)의 전위로 되는 중에 스위칭 소자(SWa)를 턴온시키면 전력 공급 모드(m1)이 다시 시작되어진다.In this power conversion mode m6, when the charge of the capacitor C1a is discharged and its charging potential becomes the potential of the power supply voltage E, the switching element SWa is turned on to start the power supply mode m1 again. .
상기 동작은 주기적으로 반복되어지며 그 동작 파형은 제5도에 도시한 바와 같다.The operation is repeated periodically and the operation waveform is as shown in FIG.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전력 제어시 일정한 주파수로 유지하여 펄스폭 변조를 수행하므로써 광범위한 전력 제어가 가능하고 또한, 일정 주파수에서 전력 제어가 가능하므로 주변 기기와의 상호 전자기 간섭을 방지할 수 있어 시스템이 안정적으로 동작하게 하는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention enables a wide range of power control by performing pulse width modulation by maintaining a constant frequency during power control, and can also control power at a constant frequency, thereby preventing mutual electromagnetic interference with peripheral devices. This has the effect of making the system run stably.
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Legal Events
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