KR101004113B1 - 고주파 유전가열 장치 및 서미스터를 포함하는 인쇄기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반도체 스위칭 소자를 이용한 인버터부를 포함하는 마이크로파 출력부, IGBT에 의해 발생된 열을 방출하는 방열핀, 인홰 기판의 납땜면 측에서 반도체 스위칭 소자의 다리 또는 그 다리 근처에서 납땜 접합되어 있으며 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하기 위한 서미스터를 구비한 인쇄기판, 승압 트랜스포머, 고전압 정류기부, 및 마그네트론과 마그네트론으로부터 방출되는 마이크로파가 공급되는 가열 조리실을 포함하는 고주파 유전가열 장치를 제공한다. 서미스터가 소정의 저항값이 되면, 파워다운 제어 동작에 의해 반도체 스위칭 소자에 공급되는 전력을 크게 감소시킨다. 이후, 반도체 스위칭 소자에 공급되는 전력은 서미스터의 저항에 기초하여 변화한다.

서미스터, IGBT

Description

고주파 유전가열 장치 및 서미스터를 포함하는 인쇄기판{HIGH-FREQUENCY DIELECTRIC HEATING DEVICE AND PRINTED BOARD WITH THERMISTOR}

본 발명은 전자렌지의 마그네트론 등을 이용하는 고주파 유전 가열에 관한 것이며, 특히 인버터에 사용되는 IGBT(insulated gate bipolar transistor) 등의 반도체 스위칭 소자의 과열 보호에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 인버터에 사용되는 반도체 스위칭 소자의 과열을 방지하기 위한 서미스터에 관한 것이다.

도 9는 종래의 마그네트론 구동 전원의 구성을 나타낸 도면이다. 도 9에서, 상용 전원(11)으로부터의 교류 전류는, 정류회로(13)를 통해 직류 전류로 정류되고, 정류회로(13)의 출력측 초크 코일(14) 및 평활 커패시터(15)를 통과함으로써 평활되고, 인버터(16)의 입력측에 인가된다. 직류 전류는 인버터(16) 내의 IGBT를 온/오프함으로써 소망하는 고주파(예를 들면, 20 ~ 40KHz)로 변환된다. 인버터(16)는, 직류 전류를 고속으로 스위칭하는 IGBT와, IGBT를 구동 및 제어하는 인버터 제어회로(161)에 의해 구동되고, 이에 의해 승압 트랜스포머(18)의 1차측을 흐르는 전류는 고속으로 온/오프 스위칭된다.

제어회로(161)의 입력 신호는 CT(17)에 의해 정류회로(13)의 1차측 전류를 검출함으로써 검출되고, 그 검출된 신호는 인버터 제어회로(161)에 입력되어 인버터(16)의 전력제어에 이용된다. 또한, IGBT를 냉각하기 위한 냉각핀에 온도센서(9'; 서미스터)를 설치하고, 이 온도센서에 의한 검출 온도 정보를 인버터 제어회로(161)에 입력하여, 인버터(16)의 제어에 이용한다.

승압 트랜스포머(18)에서, 인버터(16)의 출력인 고주파 전압이 1차 권선(181)에 인가되어, 2차 권선(182)에서는 권선비에 따른 고전압을 얻게 된다. 또한, 승압 트랜스포머(18)의 2차측에는 권회수가 적은 권선(183)이 설치되어 마그네트론(12)의 필라멘트(121)를 가열하기 위해 이용된다. 승압 트랜스포머(18)의 2차 권선(182)은 그 출력을 정류하기 위한 배전압 반파 정류회로(19)를 구비한다. 배전압 반파 정류회로(19)는 고압 커패시터(191) 및 2개의 고압 다이오드(192, 193)로 구성된다.

여기에서, 전자렌지가 벽면에 붙여 설치되어 환기 포트가 막히기 쉽고, 또는 젓가락 등의 물체가 전자렌지의 냉각팬에 끼이게 되어 냉각팬이 정지될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.

이러한 경우에 인버터 전원의 스위칭을 수행하는 IGBT가 열손상되는 것을 방지하기 위한 방법으로서, 서미스터를 이용하여 열손상되기 전에 반도체 IGBT를 정지시키거나 전력을 감소시킴으로써 온도 상승을 방지하였다.

이러한 경우, 다음과 같은 방법으로 서미스터를 부착함으로써 온도 검출이 이루어진다.

(1) 스펙터클 단자(spectacle terminal)와 서미스터 리드 플러그(U)를 이용 하여 패키지와 서미스터를 결합하는 방법은, 사람에 의한 작업에 의해서만 실현 가능한 것으로서 제조 공정의 수가 많고 비용이 높다.

(2) 또한, IGBT의 다리에 래디얼 서미스터를 삽입하는 방법에 있어서, 사람의 작업에 의해서만 래디얼 서미스터를 IGBT의 다리에 부착할 수 있기 때문에 제조 공정의 수가 많고, 또한 냉각풍의 영향을 직접 받게 되어 서미스터의 열시정수(thermal time constant)가 악화되었다.

(3) 또한, 방열핀의 온도를 검출하기 위해 서미스터를 방열핀에 별도의 나사못으로 결합하는 방법은, 나사못을 조이기 위한 제조 공정이 추가되고 비용이 높아진다. 또한, 온도를 IGBT에서 직접 검출하는 것이 아닌 방열핀을 통해 검출하는 것이기 때문에 온도 검출의 정확성 및 감도가 악화된다.

일본특허 제2892454호는 (2)의 예를 개시하고 있다. 도 13B는 상기 일본특허 제2892454호에 개시된 장착 방법을 도시하고 있다. 도 13B에서 참조번호(306)는 인쇄 기판, 참조번호(307)는 방열핀, 308은 IGBT, 참조번호(309')는 서미스터를 가리킨다. 래디얼 서미스터가 사람의 작업에 의한 추가적인 공정에 의해서 인쇄 기판에 근접하게 고정되는 이러한 방법은, 제조 공정의 수가 증가하고, 냉각풍에 의해 직접 영향을 받게 되어 서미스터의 열시정수가 악화된다.

JP-A-2-312182는 (3)의 예를 개시하고 있다. 도 13A는 JP-A-2-312182에 개시된 장착 방법을 나타내고 있으며, 서미스터가 방열핀에 나사못에 의해 고정된 상태를 나타내고 있다. 도 13A에서, 참조번호(306)는 인쇄 기판, 307은 방열핀, 308은 IGBT, 309'은 서미스터를 가리킨다.

고온을 발생하는 IGBT(308)의 방열부는 방열핀(307)에 고정되며, IGBT의 세개의 다리는 인쇄 기판의 연통홀에 삽입되어 반대쪽에서 납땜 접합된다. 마찬가지로, 서미스터(309')는 방열핀(307)에 나사못에 의해 결합되어 방열핀의 온도를 검출한다.

그러나 나사못에 의해 방열핀에 고정하는 방법은, 제조 공정의 수 및 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 온도를 IGBT에서 직접 검출하는 것이 아닌 방열핀을 통해 검출하는 것이어서, 온도 검출의 정확성 및 감도가 악화된다.

따라서, 본 출원인은 방열핀에 고정되어 고열을 발생하는 IGBT의 방열부와 그 IGBT의 세개의 다리가 인쇄기판의 연통홀에 삽입되어 반대측(뒷면, 또는 납땜측)에서 납땜 접합되어 있다는 것에 주목하고, 그 IGBT에서 납땜측의 다리 또는 이 다리 근방에서 납땜되거나 , 특히 이미터측의 다리 또는 이 다리 근방에 칩서미스터가 자동화기기에 의해서 납땜 접합되어 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 본 출원인은, 이 서미스터가 IGBT의 정션 온도에 대해 열전도율이 높고, 시정수가 작고, 또한 IGBT의 다리에 흐르는 전류를 직접 수용함으로써 IGBT의 정션 온도에 의존하는 온도를 작은 시정수로(또한, 높은 추종성으로) 검출할 수 있고, 또한, 서미스터는 냉각핀측에 부착되는 것이 아닌 냉각풍의 영향을 거의 받지 않는 인쇄기판의 뒤쪽 납땜면에 부착되어 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 열용량이 작은 칩서미스터가 열용량이 작은 IGBT 다리 또는 이 다리 근방에 부착됨으로써 작은 열시정수를 갖는다는 특성에 의해, 고속의 파워다운 제어가 가능하게 된다.

한편, IGBT를 제어하는 종래의 제어회로는, 통상적인 방법으로 배치된 위와 같은 서미스터를 이용하며, 큰 열시정수를 가지므로 신속한 제어 동작을 수행하기는 불가능하였다. 또한, 그 제어회로 자체에서도 후술하는 바와 같이 서미스터의 온도 정보를 인버터 제어회로에 입력시키지 않고, 중앙의 마이크로컴퓨터에 입력하여 온도제어를 수행하였다.

도 10A 및 10B는 마그네트론의 구동을 제어하는 회로를 나타낸 도면으로서, 도 10A는 회로도이고, 도 10B는 비교기의 동작을 설명하는 도면이다.

도 10A에서, 비교기(CO1)의 2개의 입력단자 중의 하나인 단자(A)에는 IGBT의 컬렉터 전압이 분압저항(R3 및 R4)에 의해 분압된 점(P3)에서의 전위가 입력되고, 최초 기동시에는 스위치(S1)가 단자(a)측에 있기 때문에 또다른 단자(B)에는 3V가 인가된다. 마그네트론이 가열되어 정상 상태로 안정화된 이후에는, 스위치(S1)가 단자(b)측으로 스위칭되고, 단자(B)에는 Vcc전압이 분압저항(R1 및R2)에 의해 분압된 점(Pc)의 전위가 입력된다.

또한, 기동중에 점(P3)의 전위가 3V보다 낮은 경우에는 오프되고, 3V보다 높은 경우 온되도록 온/오프를 반복한다. 이러한 정보를 기초로 인버터 제어회로(161)는 P3에서의 전위가 3V와 대략 일치하도록 IGBT의 온/오프 듀티를 제어함으로써, IGBT의 컬렉터 전압은 정상 상태보다 낮게 된다.

한편, 정상 상태에서는, 비교기(CO1)의 단자(B)에는 기동시의 3V에 비교하여 매우 높은 Pc 전위가 입력된다. 따라서, 인버터 제어회로(161)는 상기 P3 전위가 Pc 전위에 거의 일치하도록 IGBT의 온/오프 제어 중의 온 듀티를 높임으로써, IGBT의 컬렉터 전압도 상승한다.

그러나 도시하지는 않았지만, 인버터 제어회로(161)에 의해 제공되며 다른 입력신호(예를 들면, 종래예에서 설명한 입력 전류 정보)를 기초로 하는 전력 제어 기능에 의해 상기 온 듀티의 상승이 제한된다. 또한, 도 10A 및 10B에 나타난 바와 같이, PC 전위는 항상 P3 전위보다 높게 유지되고, 비교기(CO1)의 출력은 항상 온 상태로 유지된다.

이에 의하면, 도 10A 및 10B의 마그네트론 기동 제어회로는, 마그네트론의 필라멘트에 가열전류가 흘러 인버터 회로가 동작을 개시한 후 마그네트론이 발진을 개시하기까지의 기간 동안(즉, 기동시), IGBT의 컬렉터 전압을 소정값으로 제어함으로써 마그네트론에 과도한 전압이 인가되는 것을 방지한다.

본 발명의 파워다운 제어는, 도 10A 및 10B의 마그네트론 기동 제어회로에 이용된다.

어떠한 원인으로 이물질이 팬에 끼어 팬이 갑자기 정지하게 되는 경우, 종래에는 이를 고장으로 판단하고 조리를 중지시킴으로써, 조리하는 사람에게 장치가 고장나 버렸다는 큰 심리적인 불안감을 주었다.

도 1은 본 발명에 따른 서미스터를 포함하는 마그네트론을 구동하기 위한 전원의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 인쇄기판을 나타낸 도면이다.

도 3A 및 3B는 본 발명에 따른 제1 파워다운 제어 시스템을 나타낸 도면으로서, 도 3A는 회로도이고 도 3B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4A 및 4B는 본 발명에 따른 제1 파워다운 제어 시스템을 나타낸 도면으로서, 도 4A는 회로도이고 도 4B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5A 및 5B는 본 발명에 따른 제1 파워다운 제어 시스템을 나타낸 도면으로서, 도 5A는 회로도이고 도 5B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 전자렌지의 환기 포트가 막힌 경우에, 본 발명의 제 3 제어 시스템에 따른 장치의 동작을 설명하는 그래프이다.

도 7은 전자렌지의 팬이 정지된 경우에, 본 발명의 제 3 제어 시스템에 따른 장치의 동작을 설명하는 그래프이다.

도 8A 및 8B는 본 발명에 따른 제 4 파워다운 제어 시스템을 나타내는 도면으로서, 도 8A는 회로도이고 도 8B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 서미스터를 포함하는 마그네트론을 구동하기 위한 종래의 전원을 나타내는 도면이다.

도 10A 및 10B는 마그네트론의 기동 제어 회로를 나타낸 도면으로서, 도 10A는 회로도이고 도 10B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 본 발명에 따른 인쇄 기판의 정면도이다.

도 12A, 12B, 및 12C는, 서미스터가 다이오드 브리지의 다리 부근에 위치되는 (A)경우의 IGBT의 입력 전류 제어 파형, 서미스터가 IGBT의 다리 부근에 위치하는 (B)경우의 IGBT의 입력 전류 제어 파형, 및 이러한 경우의 IGBT의 온도 제어 파형(C)을 나타내는 도면이다.

도 13A 및 13B는 서미스터가 장착된 종래의 인쇄기판을 나타낸 도면으로서, 도 13A는 JP-A-2-312182에 기재된 서미스터가 장착된 인쇄기판의 정면도이고 도 13B는 일본특허 제2892454호에 기재된 서미스터가 장착된 인쇄기판의 사시도이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

7 : 방열핀

8 : IGBT

9 : 서미스터

11 : 상용 전원

12 : 마그네트론

13 : 정류회로

14 : 초크코일

15 : 평활 커패시터

16 : 인버터

18 : 승압 트랜스포머

19 : 배전압 반파 정류회로

161 : 인버터 제어회로

181 : 제1 권선

182 : 제2 권선

183 : 필라멘트 가열용 권선

307 : 방열핀

308 : IGBT

309 : 서미스터

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, IGBT는 열에 의해 쉽게 손상되지 않는다는 점에 착안하여, 이물질이 팬에 기어 팬의 회전이 멈춘 경우에도 조리를 계속할 수 있도록 한다. 즉, IGBT의 온도가 IGBT가 열손상되는 값에 도달할 때까지 상승하면 비로소 전력을 절반으로 감소시킴으로써, 조리자는 가열 속도가 조금 늦어진다고 느낄 뿐 불편함을 느끼지 않고 조리를 계속할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 대상물을 가열하기 위한 고주파 유전가열 장치로서, 고주파 유전가열 장치는:

인버터 제어회로에 의해 반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정의 주파수를 갖는 교류 전류로 변환하는 인버터부, 반도체 스위칭 소자가 장착되며, 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀, 기판의 납땜 접합면 측에서 반도체 스위칭 소자의 다리 또는 그 다리 부근에 납땜 접합되며 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하기 위한 서미스터를 포함하는 인쇄기판, 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스포머, 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하는 고전압 정류부, 및 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로써 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부와

마그네트론에 의해 방출된 마이크로파가 공급되는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

인버터부는, 마그네트론이 기동한 후, 서미스터의 저항값에 기초하여 인버터부의 출력을 변화시키는 파워다운 제어기능을 갖는다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 대상물을 가열하기 위한 고주파 유전가열 장치로서, 고주파 유전가열 장치는:

인버터 제어회로에 의해 반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정의 주파수를 갖는 교류 전류로 변환하는 인버터부, 반도체 스위칭 소자가 장착되며, 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀, 기판의 납땜 접합면 측에서 반도체 스위칭 소자의 다리 또는 그 다리 부근에 납땜 접합되며 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하기 위한 서미스터를 포함하는 인쇄기판, 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스포머, 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하는 고전압 정류부, 및 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로써 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부와

마그네트론에 의해 방출된 마이크로파가 공급되는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

인버터부는, 서미스터가 소정 저항값이 되면, 인버터부의 출력 전력을 소정값으로 낮추는 파워다운 제어기능을 갖는다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 고주파 유전가열 장치는, 마그네트론의 기동시에, 반도체 스위칭 소자의 컬렉터 전압을 정상 상태보다 낮게 제어하는 기동 제어회로를 인버터부에 더 구비하고, 인버터부의 출력 전력을 소정값으로 낮추는 경우에 기동 제어회로를 이용한다.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 대상물을 가열하기 위한 고주파 유전가열 장치로서, 상기 고주파 유전가열 장치는:

인버터 제어회로에 의해 반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정의 주파수를 갖는 교류 전류로 변환하는 인버터부, 반도체 스위칭 소자가 장착되며 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀, 기판의 납땜 접합면 측에서 반도체 스위칭 소자의 다리 또는 그 다리 부근에 납땜 접합되며 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하기 위한 서미스터를 포함하는 인쇄기판, 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스포머, 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하는 고전압 정류부, 및 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로써 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부와

마그네트론에 의해 방출된 마이크로파가 공급되는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

인버터부는, 서미스터가 소정 저항값이 되면, 인버터부의 출력 전력을 소정값으로 낮추고, 그 후 서미스터의 저항값에 기초하여 인버터부의 출력을 변화시키는 파워다운 제어기능을 갖는다.

본 발명의 제5 측면에 따르면, 제1 측면 내지 제4 측면 중의 어느 하나에 따른 고주파 유전가열 장치로서, 서미스터가 소정 저항값을 갖게 되는 경우, 인버터부의 출력 전력을 소정값으로 낮추는 제어를 수행한다.

제6 측면에 있어서, 본 발명은 서미스터를 포함하는 인쇄기판으로서, 인쇄기판은 반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정 주파수를 갖는 교류로 변환하는 인버터부, 반도체 스위칭 소자가 장착되며 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 방열핀, 및 스위칭 소자의 온도를 검출하기 위한 서미스터를 포함하여 이루어지고, 서미스터는 인쇄기판의 납땜 접합면 측에 노출된 스위칭 소자의 다리 또는 상기 다리 부근에 납땜 접합된다.

제7 측면에 있어서, 본 발명은 제6 측면의 서미스터를 포함하는 인쇄기판에 관한 것으로서 반도체 스위칭 소자는 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)이다.

제8 측면에 있어서, 본 발명은 제1 측면 내지 제7 측면 중의 어느 하나에 따른 서미스터를 포함한 인쇄기판에 관한 것으로서, 상기 다리는 IGBT의 이미터측 다리이다.

제9 측면에 있어서, 본 발명은 제1 측면 내지 제8 측면 중의 어느 하나에 따른 서미스터를 포함한 인쇄기판에 관한 것으로서, 서미스터는 칩서미스터이다.

제10 측면에 있어서, 본 발명은 대상물을 가열처리하기 위한 고주파 유전가열 장치에 관한 것으로서, 고주파 유전가열 장치는:

인버터부를 탑재한 인쇄기판, 방열핀 및 서미스터, 인버터부의 출력 전압을 승압하기 위한 승압 트랜스포머, 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하기 위한 고전압 정류부, 및 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로써 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부와

마그네트론으로부터 방출되는 마이크로파의 공급하여 가열할 대상물을 가열처리하기 위해, 가열할 대상물을 수용하는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

인버터부는 제1 측면 내지 제9 측면 중의 어느 하나에 따른 서미스터를 포함하는 인쇄기판에 장착된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 서미스터는 자동화기기에 의해 신속하게 장착될 수 있는 하나의 칩이다. 또한, 서미스터는 IGBT의 다리를 통해 흐르는 전류를 직접 공급받으므로 IGBT의 정션 온도에 가까운 값을 측정할 수 있게 된다.

또한, 서미스터는 방열핀 측이 아닌 냉각풍의 영향을 받지 않는 인쇄기판의 뒷면 납땜 접합면에 장착된다. 또한, 이러한 방법은 제조 비용을 증가시키지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 구동 전원의 구성도이다. 도 1에 있어서, 상용 전원(11)으로부터의 교류는 정류 회로(13)에 의해 직류로 정류되고, 정류 회로(13)의 출력측의 초크 코일(14) 및 평활 커패시터(15)를 통해 평활되어, 인버터(16)의 입력측에 입력된다. 직류 전류는 인버터(16) 내의 반도체 스위칭 소자(IGBT)의 온/오프에 의해 소망하는 고주파(20 ~ 40kHz)로 변환된다. 인버터(16)는 직류 전류를 고속으로 스위칭하는 IGBT(16a)와 이 IGBT(16a)를 제어하는 인버터 제어 회로(161)에 의해 구동되고, 승압 트랜스포머(18)의 1차측을 통해 흐르는 전류가 고속으로 온/오프 스위칭된다.

승압 트랜스포머(18)에서는, 인버터(16)로부터 출력된 고주파 전압이 1차 권선(181)에 인가되고, 권선비에 따른 고전압이 2차 권선(182)에서 얻어진다. 또한, 승압 트랜스포머(18)의 2차측에는 권회수가 적은 권선(183)이 설치되어 마그네트론(12)의 필라멘트(121)의 가열용으로 이용된다. 승압 트랜스포머(18)의 2차 권선 (182)은 그 출력을 정류하기 위한 배전압 전파 정류 회로(20; voltage doubler full-wave recdtifier)를 구비하고 있다. 배전압 전파 정류 회로(20)는, 고압 커패시터(201 및 202)와 2개의 고압 다이오드(203, 204)에 의해 구성된다.

본 발명은, IGBT(16a)의 온도를 검출하는 서미스터(9)를 종래에서와 같이 방열핀에 설치하는 것이 아니라, IGBT(16a)의 다리 또는 이 다리 근방에 직접 부착하는 것을 특징으로 한다. 또한, 그 다리는 에미터 다리이고, 칩서미스터는 방열핀측이 아닌 인쇄기판(6) 뒤쪽의 납땜면에 납땜 접합되어 있다.

서미스터에 의한 온도 정보는 인버터(16)의 제어에 이용하기 위해 인버터 제어 회로(161)에 입력된다.

도 2는 본 발명에 따른 인쇄기판을 나타내고 있다.

도 2에서 참조번호(7)는 방열핀, 참조번호(8)는 IGBT, 참조번호(9)는 서미스터를 나타낸다.

고열을 발생하는 IGBT(8)의 방열부는 방열 팬(7)에 고정되어 있고, 그 3개의 다리는 인쇄기판의 연통홀에 삽입되어 반대측(뒤쪽, 납땜측)에서 납땜 접합되어 있다. 서미스터(9)는, 인쇄기판(6) 뒤쪽의 납땜면에서 IGBT(16a)의 다리에 직접 납땜 접합된 칩서미스터이다.

이러한 서미스터를 이용한 본 발명에 따른 파워다운 제어를 이하에서 설명한다.

(1) 본 발명의 검출 이후의 파워다운 제어에 따르면, IGBT 온도가 검출 온도가 되면 전력 공급을 정지시키는 것이 아니라, 전력을 우선 제1 소정값(예를 들면, 절반 정도)으로 낮춘다. 이후, IGBT 온도가 더욱 낮아져서 검출 온도 이하가 되면, 전력을 다시 소정값으로 되돌린다. IGBT 온도가 상승하여 검출 온도가 되면, 전력은 다시 감소된다. 이러한 동작은 검출 온도를 유지하기 위해 반복된다.

(2) 마이크로컴퓨터 측에서는 소정의 제어 폭 신호(control width signal)가 항상 발생되고, IGBT의 온도는 인버터측에서 서미스터에 의해 검출되며, 이 검출값은 인버터 제어회로에 전송되어 IGBT의 온도를 낮추도록 인버터가 제어된다.

(3) 서미스터는 저항-분할 회로의 일측에 삽입되어, 서미스터가 과열 온도를 검출한 경우의 분압비에 기초하여 점진적인 제어를 수행한다.

(4) 점진적인 제어에 있어서, 소정 시점에 도달하면 목표값을 크게 낮추도록 하고, 이 동작은 반복된다. 이러한 제어 동작의 한 주기는, 예를 들면, 1 ~ 2초 정도로 짧다. 이미 설명한 바와 같이, 이러한 제어는, IGBT의 단자 뒤쪽에 칩서미스터를 설치하고 열시정수를 작게 함으로써 비로소 가능해진다.

따라서, 어떠한 원인으로 이물질이 팬에 끼어 팬의 회전이 갑자기 멈춘 경우, 종래에는 장치를 고장으로 판단하고 조리를 중지시켰다. 그러나 본 발명에 따르면, 팬이 고장나더라도 IGBT는 열에 의해 쉽게 손상되지 않는다는 점에 주목하였다. 즉, 조리는 그대로 지속되었으며, IGBT의 온도가 IGBT가 열손상될 수 있는 온도까지 상승한 경우에 전력을 대략 절반 정도로 감소시킨다는 점이 크게 다르다. IGBT는 위와 같은 동작에서도 열손상되지 않는다는 것이 확인되었다. 이후, 평소대로 조리하고 있는 사람은, 장치에 고장이 발생하였다는 심리적인 불안감을 느끼지 않으면서 가열 속도가 조금 늦다고 느끼는 정도로 조리를 계속할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 의해 수행되는 파워다운 제어 동작에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

(제1 실시예)

도 3A 및 3B는 본 발명에 따른 제1 파워다운 제어 시스템을 나타낸 도면으로서, 도 3A는 회로도이고 도 3B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 3A에 있어서, 비교기(CO1)의 두개의 단자 중의 하나의 단자(A)에는 IGBT의 컬렉터 전압을 분압저항(R3 및 R4)에 의해 분압한 점(P3)의 전위가 입력되고, 기동중에는 스위치(S1)가 a단자측에 위치하여 또다른 단자(C)에는 3V가 인가된다. 이후, 마그네트론이 가열되어 정상 상태가 되면, 스위치(S1)가 b단자측으로 스위칭되어, 단자(C)에는 Vcc 전압을 분압저항(R1)과 서미스터(T1)에 의해 분압한 점(Pc)의 전위가 입력되는 것은 이미 설명한 바와 같다.

도 10A의 기동 제어회로와의 차이점은, Vcc 전압을 분압저항(R1)과 서미스터(T1)에 의해 분압한 점(Pc)의 전위(도 10A 및 10B에서는 분압저항(R1 및 R2)에서 분압된 값)가 입력된다는 것이다. 서미스터는 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 특성을 갖는다. 따라서, 도 3B의 (C)에 나타난 바와 같이, 서미스터의 검출 온도가 소정값이 되면 그 시점으로부터 컬렉터 전압은 서서히 감소하게 된다. 기동시에는, 인버터 제어회로(161)가 P3의 전위가 3V와 대략 일치하도록 비교기(CO1)의 온/오프 정보를 기초로 IGBT의 온/오프 듀티를 제어한다. 따라서, IGBT의 컬렉터 전압은 정상 상태보다 낮게 된다. 정상 상태에서는, 비교기(CO1)의 단자(C)는 기동시의 3V보다 충분히 높은 Pc 전위가 입력된다. 따라서, 인버터 제어회로(161)는 P3 전위 (A)가 Pc 전위 (C)에 대략 일치하도록 IGBT의 온/오프 제어 중의 온 듀티를 증가시키고, IGBT의 컬렉터 전압도 높아지게 된다. 다만, 도시하지는 않았지만, 인버터 제어회로(161)에 포함되어 있으며 다른 입력 신호(예를 들면, 종래 예에서 나타난 입력 전류 정보)를 기초로 동작하는 전력 제어 기능에 의해, 온 듀티의 증가가 제한된다. 또한, 도 3A 및 3B에 나타난 바와 같이, Pc 전위 (C)는 항상 P3 전위(A)보다 높게 유지되고, 비교기(CO1)의 출력은 항상 온 상태로 유지된다. 그러나 IGBT가 가열됨에 따라 서미스터(T1)의 저항은 감소한다. 따라서, 전위가 P3 전위 (A)와 동일하게 되면, 온/오프 동작이 다시 시작되고, 인버터 제어회로(161)는 IGBT의 온/오프 제어 중의 온 듀티를 낮춤으로써, P3 전위 (A)가 Pc 전위 (C)의 저하를 따라서 감소하도록 하고, 인버터의 출력은 감소된다.

상기한 바와 같은, 제1 실시예의 파워다운 제어 동작에서, 인버터부의 출력 전력은 상기 마그네트론이 기동하여 정상 상태가 된 후의 서미스터의 저항값에 따라 변화된다. 따라서, 어떠한 원인으로 팬의 회전이 정지하더라도, 종래와 같이 전원이 차단되지 않고, 인버터부는 동작을 지속한다. 그리고 IGBT의 온도가 상승하게 되면, 서미스터의 저항이 감소함에 따라 인버터의 출력이 감소한다. 따라서, 조리중인 사람은 가열 속도가 천천히 낮아지는 것을 느끼면서도 조리를 계속 수행할 수 있다.

(제2 실시예)

도 4A 및 4B는 본 발명에 따른 제1 파워다운 제어 시스템을 나타낸 도면으로서, 도 4A는 회로도이고 도 4B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

제2 시스템에서, 컬렉터 전압을 제한하기 위한 회로는 서미스터의 검출온도가 소정값보다 작은 경우에는 동작하지 않는다. 그러나 상기 소정값을 넘게 되면, 회로가 컬렉터 전압을 제한하기 위해 동작한다. 여기에서, 도 10A의 기동 제어회로가 컬렉터 전압을 제한하기 위해 이용된다.

도 4A에서, 비교기(CO1)의 두 입력 단자 중의 하나의 단자(A)에는 IGBT의 컬렉터 전압을 분압저항(R3 및 R4)에 의해 분압한 점(P3)의 전위가 입력되고, 최초 기동시에는 스위치(S1)가 a단자측에 있으므로 또다른 단자(D)에는 3V가 인가된다. 마그네트론이 가열되어 정상 상태가 되면, 스위치(S1)는 b단자측으로 스위칭되어, E2(=6V)의 전압이 인가된다. 그러나 Vcc 전압을 분압저항(R1)과 서미스터(T1)에 의해 분압한 점(Pc)의 전위는, IGBT의 온도가 상승함에 따라 서미스터(T1)의 저항값이 감소하는 데에 기인하여 (3+α)V보다 작아지고, 이때 스위치(S1)는 다시 a단자측으로 스위칭되어 3V가 인가된다.

기동시에, 인버터 제어회로(161)는 P3 전위가 3V와 대략 일치하도록 비교기(CO1)의 온/오프의 정보를 기초하여 IGBT의 온/오프 듀티를 제어한다. 따라서, IGBT의 컬렉터 전압은 정상 상태보다 낮게 된다. 이후 정상 상태가 되면, 인버터 제어회로(161)는 P3 전위 (A)가 6V에 대략 일치하도록 IGBT의 온/오프 제어의 온 듀티를 높임으로써, IGBT의 컬렉터 전압도 높아진다. 다만, 도시하지는 않았지만, 인버터 제어회로(161)에 포함되어 있으며 다른 입력 신호(예를 들면, 종래 예에서 나타난 입력 전류 정보)를 기초로 동작하는 전력 제어 기능에 의해, 온 듀티의 증가가 제한된다. 또한, 도 4A 및 4B에 나타난 바와 같이, P3 전위 (A)는 비교기의 일측 입력 단자(D)에서의 6V보다 항상 낮게 되고, 비교기(CO1)의 출력은 항상 온 상태로 유지된다. 그러나 IGBT가 가열됨에 따라 서미스터(T1)의 저항은 감소한다. 점(Pc)의 전위(Vpc)가 소정값((3+α)V)보다 낮아지게 되면, 스위치(S1)의 가동 접점(K1)은 6V인 b단자 측으로부터 3V인 a단자 측으로 스위칭되어, 비교기(CO1)의 '+' 입력단자(D)의 전위를 급격하게 저하시키고 다시 온/오프 동작을 시작한다. 이후, 인버터 제어회로(161)는 P3 전위가 3V에 거의 일치도록 비교기(CO1)의 온/오프 정보에 기초하여 IGBT의 온/오프 듀티를 제어함으로써, 인버터의 출력은 크게 감소한다.

이에 의하면, 제2 실시예에 따른 파워다운 제어 동작에서, 인버터는, 상기 서미스터가 소정 저항값으로 되는 경우, 상기 인버터부의 출력 전력을 제1 소정값으로 크게 낮춘다. 따라서, 어떠한 원인으로 팬의 회전이 정지하더라도 종래와 같이 전원이 차단되지 않고, 인버터부는 동작을 지속한다. 그리고 IGBT의 온도가 상승함에 따라 서미스터의 저항이 소정값까지 감소하면, 인버터는 출력을 크게 감소시킨다. 따라서, 조리중인 사람은 가열 속도가 천천히 낮아지는 것을 느끼면서도 조리를 계속 수행할 수 있다.

(제 3 실시예)

도 5A 및 5B는 본 발명에 따른 제1 파워다운 제어 시스템을 나타낸 도면으로서, 도 5A는 회로도이고 도 5B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

제 3 시스템은 제2 시스템의 제어 동작의 변형예이다. 서미스터의 검출 온도가 더욱 상승하면, 제2 시스템에서 이용되는 3V의 기준신호는 서미스터에 의해 검 출되는 온도에 따라 낮아진다.

도 5A에서, 기동시에 스위치(S1 및 S2)의 각 가동접점(K1 및 K2)은 각각 a단자에 접촉되고, Vcc를 저항(R5 및 R6)에 의해 분압한 점(P5)의 전위인 3V가 비교기(CO1)의 하나의 입력 단자(b)에 입력된다.

또한, 기동시에, 비교기(CO1)의 다른 입력단자(A)에는 IGBT의 컬렉터 전압을 저항(R3 및 R4)에 의해 분압한 점(P3)의 전위가 입력된다. 정상 상태에서 서미스터(T1) 양단의 전위가 E3((3+α)V)보다 높아지면, 스위치(S1 및 S2)의 가동접점(K1 및 K2)는 각각 b단자에 접촉한다.

정상 상태에서 서미스터(T1) 양단의 전위(Vpc)가 E3((3+α)V)보다 낮아지면, 스위치(S1)의 가동접점(K1)은 다시 a단자측으로 이동하여 3V가 인가되고(이때, 트랜지스터(Tr1)는 오프된 상태임), 비교기(CO1)의 '+' 입력 단자(D)의 전위는 급격히 낮아지고 다시 온/오프 동작이 시작된다. 이후, 인버터 제어회로(161)가 P3의 전위는 대략 3V에 근접하게 되도록 비교기(CO1)의 온/오프 정보에 기초하여 IGBT의 온/오프 듀티를 제어함으로써, 인버터의 출력이 크게 감소하게 된다.

서미스터(T1)의 저항이 더욱 감소하여 트랜지스터(Tr1)가 온되면, 저항(R6)에 병렬로, 트랜지스터(Tr1)의 이미터-베이스를 통하여, 서미스터(T1)의 전위가 가해진다. 이에 의해, 인버터 제어회로(161)는 IGBT의 온/오프 제어 중의 온 듀티를 낮추고, P3의 전위(A)는 Pc에서의 전위(C)를 따라 감소한다. 따라서, IGBT의 컬렉터 전압은 더욱 낮아진다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 파워다운 제어 동작에서, 서미스터가 소정 저항값으로 되면, 인버터부의 출력 전력은 소정값으로 크게 낮아진다. 또한, 서미스터가 또다른 소정 저항값으로 되면(도 5B에서 ①), 인버터부의 출력은 그 저항값에 따라 변화된다. 따라서, 어떠한 원인으로 팬의 회전이 정지하더라도 종래와 같이 전원이 차단되지 않고, 인버터부는 동작을 지속한다. 그리고 IGBT의 온도가 상승함에 따라 서미스터의 저항이 소정값까지 감소하면, 인버터는 출력을 크게 감소시키고 그 출력의 감소를 지속한다. 따라서, 조리중인 사람은 가열 속도가 천천히 낮아지는 것을 느끼면서도 조리를 계속 수행할 수 있다.

종래의 회로에서, 온도가 급격히 상승하여 과열되면 일시에 전원을 차단하였다. 그러나 본 발명의 이러한 실시형태에서는, 전력을 일시에 급격히 감소시켜 온도 변화를 급격히 감소시킨다. 이후, 온도가 계속 상승하면, 온도 변화를 더욱 완화한다.

또한, 과열시 전원을 차단하는 대신에 본 발명과 같이 출력 전력을 감소시키기 위한 종래의 회로에서는, 이러한 제어를 중앙의 마이크로프로세서를 이용하여 수행하였다. 그러나 종래의 회로에서 중앙 마이크로프로세서를 이용하여 이러한 제어룰 수행하기 위해서는, 인버터가 사용하는 제어 전위를 상기 마이크로프로세서에 입력하여야만 하였다.

그러나 인버터에서 사용하는 제어 전위(이미터 전위)는 접지 전위(0V)가 아니라 어떠한 전위값을 갖는다. 따라서, 이 제어 전위는 마이크로컴퓨터에 직접 입력될 수 없고, 포토-커플러 등과 같은 어떠한 개재물을 이용하여야만 한다.

따라서, 종래의 회로를 이용하여 본 발명에 의한 파워다운 제어를 수행할 수 는 있을지라도, 그 응답 속도가 늦으며 정확한 제어를 보장할 수 없다.

도 6 및 7은 본 발명에 다른 파워다운 제어의 실험 결과를 나타내고 있다.

도 6은 본 발명의 제 3 제어 시스템을 이용하고, 냉각용 흡기구를 막고 120V/60Hz에서 최대 출력을 지속적으로 제공하여, 물 부하(water load)를 이용한 실험 결과를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 온도 센서인 서미스터를 이용한 온도 검출 회로는 전원(Vcc)과 저항(16㏀)과 서미스터(150㏀)의 직렬 회로를 이용하고, V1은 접속점(SS)의 전위이다. T1은 IGBT 케이스의 온도이다.

전자렌지가 위와 같은 조건 하에서 동작하게 되면, T1은 급격하게 상승하지만 서미스터의 저항은 감소한다. 따라서, V1이, 정상 상태에서의 6.4V 근방으로부터 제1 단계의 점(C) 근방에서 본 발명에 따라 3.5V에 가까워지면, IGBT로의 전력 공급은 반으로 줄어든다. 따라서, 급격하게 증가하던 IGBT의 온도(T1) 변화는, 점(C)에서 크게 완화된다. IGBT의 온도는 이 변화가 완화되더라도 여전히 상승한다. 그러나 제2 단계의 점(D)에서, 제3 시스템의 서미스터의 값은 비교기로의 입력이 되고, IGBT의 온도는 120℃ 근방에서 완만하게 변화한다. 따라서, IGBT는 열손상되지 않고, 동작을 지속할 수 있다.

전자렌지의 흡기구가 막힌 경우일지라도, 본 발명은 IGBT가 열에 의해 쉽게 파손되지 않는다는 것에 주목하였다. 또한, 본 발명의 서미스터 검출부는, 온도가 신속히 검출될 수 있도록 작은 열시정수를 갖는다. 또한, 본 발명은 가열을 즉시 중단하지 않는 파워다운 제어모드로 동작을 지속한다. 따라서, 사용자는 조리 시간 이 다소 길어지더라도 불편함을 느끼지 않고 조리를 수행할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제3 제어 시스템을 이용하고, 냉각팬을 정지시키고 120V/60Hz에서 최대 출력을 지속적으로 제공하여, 물 부하(water load)를 이용한 실험 결과를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 온도 센서인 서미스터를 이용한 온도 검출 회로는, 전원(Vcc)과 저항(16㏀)과 서미스터(150㏀)의 직렬 회로를 이용하고, V1은 접속점(SS)의 전위이다. T1은 IGBT 케이스의 온도이다. T2는 마그네트론의 양극 온도이다.

전자렌지가 위와 같은 조건에서 동작하게 되면, T1 및 T2는 급격하게 증가하지만(이때의 IGBT의 전류는 16A), 서미스터의 저항은 감소한다. 따라서, V1이, 정상 상태에서의 6.4V 근방으로부터 제1 단계의 점(C) 근방에서 본 발명에 따라 3.5V에 가까워지면, IGBT로의 전력 공급은 반으로 줄어든다(이때의 IGBT의 전류는 8.5A). 따라서, 급격하게 증가하던 IGBT의 온도(T1 및 T2) 변화는 점(C)에서 크게 완화된다.

그러나 IGBT의 온도는 T1의 변화가 완화되더라도 여전히 상승한다. V1은 잠시(30초 내지 40초)동안 일정하게 유지되지만, 서미스터의 값은 감소하기 시작하고, V1 역시 감소하여 제2 단계의 점(D)에서 비교기의 입력이 된다. 따라서, T1의 변화도 완만하게 되고, 상승하던 T2도 감소하기 시작하며, 동작은 지속된다(이때의 IGBT의 전류는 4A). 이후, T1이 변화가 줄어들었음에도 여전히 변화하는 동안, 150℃를 초과하면, 동작은 점(E; 가열동작의 시작 후 6분)에서 정지된다.

상기한 바와 같이, 전자렌지의 팬이 정지하는 등의 경우에도, 본 발명은 IGBT가 열에 의해 쉽게 파손되지는 않는다는 것에 주목하였다. 또한, 본 발명의 서미스터 검출부는 신속한 온도 검출이 가능하도록 작은 열시정수를 갖는다. 또한, 본 발명은 가열을 즉시 중단하지 않는 파워다운 제어모드로, 예를 들면 최장 6분 동안, 동작을 지속한다. 6분의 가열 동작은 대부분의 음식물을 조리할 수 있게 한다. 따라서, 사용자는 전혀 불편함을 느끼지 않고 조리를 수행할 수 있게 된다.

(제4 실시예)

도 8A 및 8B는 본 발명에 따른 제1 파워다운 제어 시스템을 나타낸 도면으로서, 도 8A는 회로도이고 도 8B는 비교기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

제4 시스템은 제3 제어 시스템의 변형예이다. 이 제3 시스템의 방식에서, 트랜지스터(Tr2)가 비교기(CO1)의 출력 단자와 접지 사이에 삽입되고, 트랜지스터(Tr1)의 출력 신호(컬렉터 전류)는 트랜지스터(Tr2)의 베이스측에 온/오프 제어신호로서 인가된다. 다른 부분의 회로는 모두 동일하다. 도 5A 및 5B에서, 서미스터에 의해 검출된 온도가 더욱 상승하면(도 5B에서 ①), 기준신호(3V)는 서미스터에 의해 검출된 온도에 따라 더욱 낮춰진다. 한편, 도 8A 및 8B에서, 서미스터에서 검출한 온도가 더욱 상승하면(도 8B에서 ①), 트랜지스터(Tr2)는 트랜지스터(Tr1)에 의해 온되고, 이에 의해 비교기(CO1)의 출력은 트랜지스터(Tr2)의 이미터-컬렉터 전도 전위까지 강제적으로 낮아지게 되어, 전력은 더욱 낮아진다.

상기한 바와 같이, 어떠한 이유에 의해 팬이 회전하지 않는 경우에도, 인버터부는 종래와 같이 전원을 오프하지 않고, 동작을 지속한다. IGBT의 온도 상승에 따라 서미스터의 저항이 소정값까지 낮아지면, 인버터의 출력은 2 단계로 크게 낮 아진다. 따라서, 요리하는 사람은, 고주파 유전 가열 장치의 IGBT를 고장내지 않고, 온도가 다소 낮아졌다고 느끼면서도 조리를 지속할 수 있게 된다.

(제5 실시예)

다음으로, 도 11 내지 도 12C를 참조하여 본 발명에 따른 IGBT를 보호하기 위한 서미스터를 포함하는 인쇄기판을 설명한다.

본 발명에서, IGBT(16a)의 온도를 검출하기 위한 서미스터(309; 도 11 참조)는 IGBT(16a)의 패키지부 또는 종래의 방열핀에 부착되는 것이 아니라 IGBT(16a)의 이미터 다리측에 직접 부착되고, 방열핀측이 아닌 인쇄기판(306)의 뒷면인 납땜면 측에서 납땜 접합되며, 또한, 서미스터는 칩서미스터가 이용된다.

서미스터의 온도 정보(저항)는 IGBT(16a)의 온도에 따라 접점에서의 전위를 저항(163)까지 낮춘다. 접점에서의 전위는 가열을 제어하기 위해 인버터 제어회로(161)에 입력된다.

도 11은 칩서미스터가 인쇄기판에 장착된 것을 나타낸다. 도 11에서, 참조번호(307)는 방열핀을, 참조번호(308)는 IGBT를, 참조번호(309)는 서미스터를 나타낸다.

고열을 발생하는 IGBT(308)의 방열부는 방열핀(307)에 고정되어 있고, IGBT의 세개의 다리는 인쇄기판의 연통홀에 삽입되어 반대측(뒷면, 납땜면)에서 납땜 접합되어 있다. 서미스터(309)는, 방열핀측이 아닌 인쇄기판(306) 뒷면의 납땜면 측의 IGBT(308)의 다리 근방(동일한 전위(pattern potential)를 갖도록)에 직접 납땜된 칩서미스터이다.

상기한 설명과 같은 구성에 따르면, 서미스터는 자동화기기에 의해 신속하게 장착될 수 있다. 또한, 서미스터는 IGBT의 다리를 통해 전류를 직접 인가받으며, 이것은 IGBT의 정션 온도에 가까운 값을 검출할 수 있게 한다.

또한, 서미스터는 방열핀측에 장착되는 것이 아니라 냉각풍의 영향을 받지 않는 인쇄기판의 뒤쪽 납땜면에 장착된다. 또한, 이러한 방법은 제조 비용의 불필요한 상승을 없앨 수 있다.

도 12A, 12B,및 12C는, 서미스터가 다이오드 브리지의 다리 근방에 위치한 (A)경우와 서미스터가 IGBT의 다리 근방에 위치한 (B)경우의 IGBT의 전력 제어 파형, 및 이러한 경우들의 IGBT의 온도 제어 파형(C)을 나타낸 도면이다.

도 12A 및 도 12B에서, 세로축은 입력 전류를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 12C에서 세로축은 IGBT의 온도를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, T0는 IGBT의 목표(기준) 온도를 나타내고, T1 및 T1'은 도 12B의 온도 제어 파형에서 최대값 및 최소값을 나타내고, T2 및 T2'는 도 12A의 경우의 온도 제어 파형에서 최대값 및 최소값을 나타낸다.

도 12C에서, 인버터를 동작시키기 위해 IGBT에 전류를 흘려보내면, IGBT의 온도가 상승하여 시간(t0) 이후에 목표 온도(T0)에 도달한다.

(A): 서미스터가 다이오드 브리지의 다리 근방에 배치된 경우, IGBT의 온도가 목표 온도(T0)에 도달하더라도 열이 서미스터에 전도되기 어려워서, 서미스터는 신속하게 온도를 검출할 수 없게 된다. 시간(t2)에서, 비로소 서미스터가 목표 온도에 도달한 온도를 검출하고(그러나 이때 IGBT의 온도는 T2 까지 크게 상승한 상 태임), IGBT의 내부에 흐르는 전류를 감소시킨다(도 12A에서 t2). 이때부터, IGBT의 온도는 감소하기 시작하며, 목표 온도(T0)보다 낮은 온도(T2')에서 서미스터가 비로소 목표 온도(T0)보다 낮은 온도를 검출하고(그러나 이때 IGBT의 온도는 T2' 까지 크게 낮아진 상태임), 입력 전류를 증가시킨다. 이러한 동작을 계속 반복한다. 이와 같은 종래의 온도 검출 방법에 따르면, 검출되는 온도는 최대 온도(T2)와 최저 온도(T2')사이의 넓은 범위로 변화한다. 또한, IGBT의 전력 제어의 시간 간격이 넓어져서(도 12A 참조), 입력 전류를 정밀하게 제어하기 어렵게 된다.

(B): 또한, 본 발명에 따라 서미스터가 IGBT의 다리 근방에 배치된 경우, IGBT의 온도는 서미스터로 잘 전도되어 양호한 감도를 갖게 된다. 서미스터는 시간(t1) 이후에 곧 목표 온도(T0)에 도달한 것을 검출하고(이때, IGBT의 온도는 T1을 조금 상회하는 상태임), 입력 전류를 낮춘다(도 12B에서 t1). 이때부터, IGBT의 온도는 감소하기 시작한다. 목표 온도(T0)보다 낮아진 온도(T1')는 서미스터에 의해 신속히 검출되고(이때, IGBT의 온도는 T1' 까지 조금 낮아진 상태임), 입력 전류는 낮아진다(도 12B 참조).

상기한 바와 같은 본 발명에 따라 IGBT의 다리 근방에 배치된 서미스터를 이용하여 온도를 검출하는 방법에 따르면, IGBT의 온도는 최대 온도(T1)와 최저 온도(T1') 사이의 좁은 범위로 유지된다.

상기한 바와 같이, IGBT의 이미터 단자측 근방에 서미스터를 배치하여, IGBT의 온도 변화를 검출하도록 한다. 따라서, 동일한 전위인 다이오드 브리지의 다리에 서미스터가 배치된 경우와 비교하여 정확하게 온도 검출을 수행할 수 있고, 온 도 검출 레벨이 IGBT의 온도와 매우 근접하게 설정될 수 있게 된다.

또한, IGBT 온도는 정확하고 신속하게 검출될 수 있어서, IGBT의 출력을 정밀하게 제어할 수 있게 되고, 파워다운 구간을 짧게 할 수 있으며, 인버터의 출력을 최대한 안정화시킬 수 있게 된다. 또한, IGBT의 온도가 정밀하게 감시되어, 도 12C의 목표 온도가 정확하게 측정되고, 도 12B의 전력 제어가 도 12A에 비하여 정밀하게 수행될 수 있다. 또한, IGBT의 온도는, 도 12C에서 (B)로 나타난 IGBT 온도와 같이 안정되고, 이에 의해, 전력이 쉽게 제어되고 요리 동작에는 영향을 거의 미치지 않게 된다.

본 발명은 일본 특허 출원번호 2003-117072 및 2003-117073호에 기초하여 작성되었다. 여기에서는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형 및 수정을 가할 수 있음은 당연한 것이다.

어떠한 원인으로 이물이 팬에 끼어 팬이 갑자기 회전하지 않게 되었을 경우, 종래에는 고장이라고 판단하여 조리를 중지시켰다. 그러나 본 발명에서는, 팬이 고장나더라도 IGBT는 쉽게 열에 의해 손상되지 않는 점에 주목하였다. 또한, 본 발명에 따른 서미스터 검출부는 작은 열시정수를 갖기 때문에 신속한 온도 검출이 가능하다. 또한, 그대로 조리를 속행시킬 수 있게 된다. 즉, IGBT의 온도가 상승하여 IGBT의 열 손상에 이르는 온도에 도달하면 비로소 파워를 크게 감소시키므로, 조리자는 가열 속도가 조금 늦기는 하더라도 장치가 고장났다는 불안함을 느끼지 않으 면서 조리를 계속할 수 있게 된다.

또한, 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 직류를 IGBT로 스위칭하여 소정 주파수의 교류로 변환하는 인버터 회로와 이 IGBT가 부착되고 이 IGBT로부터 나오는 열을 방출하기 위한 방열팬과 IGBT의 온도를 검출하기 위한 서미스터를 포함하는 인쇄기판을 구비하고, 서미스터를 IGBT의 다리 또는 인쇄기판의 납땜면 측에 노출된 다리 근방에 납땜 접합한다. 따라서, 서미스터가 IGBT 다리부로 흐르는 전류를 직접 입력받게 되므로 IGBT의 정션 온도에 가까운 값을 검출할 수 있게 된다. 또한, 서미스터는 방열핀측이 아닌 냉각풍의 영향을 받지 않는 인쇄기판의 뒤쪽 납땜면에 장착되므로, IGBT의 온도를 정확하게 검출할 수 있게 된다.

또한, 부착 장소가 IGBT의 이미터 다리이므로 높은 절연성을 요구하지 않고, 서미스터가 저가이고 초소형의 칩서미스터이므로, 자동화기기로 신속하게 장착할 수 있어서 종래와 같이 비용 상승이 되지 않는 효과도 있다.

Claims (10)

1. 대상물을 가열하기 위한 고주파 유전가열 장치로서,

   상기 고주파 유전가열 장치는:

   인버터 제어 회로에 의해 반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정의 주파수를 갖는 교류 전류로 변환하는 인버터부와, 상기 반도체 스위칭 소자가 장착되며 상기 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀과, 기판의 납땜 접합면 측에서 상기 반도체 스위칭 소자의 다리 또는 그 다리 부근에 배치되고 상기 반도체 스위칭 소자의 이미터측에 상기 이미터와 동일 전위가 되도록 납땜 접합되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하는 서미스터를 포함하는 인쇄기판과, 상기 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스포머와, 상기 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하는 고전압 정류부와, 및 상기 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로서 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부; 및

   상기 마그네트론에 의해 방출된 마이크로파가 공급되는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

   상기 인버터부는, 상기 서미스터의 저항값의 변화에 의해 변화한 전압을 상기 인버터 제어 회로에 직접 입력함으로써, 상기 마그네트론이 기동한 후, 상기 서미스터의 저항값에 기초하여 상기 인버터부의 출력을 변화시키는 파워다운 제어기능을 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 유전가열 장치.
2. 대상물을 가열하기 위한 고주파 유전가열 장치로서,

   상기 고주파 유전가열 장치는:

   인버터 제어 회로에 의해 반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정의 주파수를 갖는 교류 전류로 변환하는 인버터부와, 상기 반도체 스위칭 소자가 장착되며 상기 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀과, 기판의 납땜 접합면 측에서 상기 반도체 스위칭 소자의 이미터측 다리 또는 그 이미터측 다리 부근에서 상기 이미터와 동일 전위가 되도록 납땜 접합되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하는 서미스터를 포함하는 인쇄기판과, 상기 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스포머와, 상기 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하는 고전압 정류부와, 및 상기 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로서 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부; 및

   상기 마그네트론에 의해 방출된 마이크로파가 공급되는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

   상기 인버터부는, 상기 서미스터의 저항값의 변화에 의해 변화한 전압을 상기 인버터 제어 회로에 직접 입력함으로써, 상기 입력되는 전압이 소정 전압값이 되면, 상기 인버터부의 출력 전력을 소정값으로 낮추는 파워다운 제어기능을 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 유전가열 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 고주파 유전가열 장치는, 상기 마그네트론의 기동시에, 상기 반도체 스위칭 소자의 컬렉터 전압을 정상 상태보다 낮게 제어하는 기동 제어회로를 상기 인버터부에 더 구비하고,

   상기 인버터부의 출력 전력을 소정값으로 낮추는 경우에 상기 기동 제어회로를 이용하는 것을 특징으로 하는 고주파 유전가열 장치.
4. 대상물을 가열하기 위한 고주파 유전가열 장치로서,

   상기 고주파 유전가열 장치는:

   인버터 제어 회로에 의해 반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정의 주파수를 갖는 교류 전류로 변환하는 인버터부와, 상기 반도체 스위칭 소자가 장착되며 상기 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀과, 기판의 납땜 접합면 측에서 상기 반도체 스위칭 소자의 이미터측 다리 또는 그 이미터측 다리 부근에서 상기 이미터와 동일 전위가 되도록 납땜 접합되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하는 서미스터를 포함하는 인쇄기판과, 상기 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스포머와, 상기 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하는 고전압 정류부와, 및 상기 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로서 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부; 및

   상기 마그네트론에 의해 방출된 마이크로파가 공급되는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

   상기 인버터부는, 상기 서미스터의 저항값의 변화에 의해 변화한 전압을 상기 인버터 제어 회로에 직접 입력함으로써, 상기 서미스터가 소정 저항값이 되는 것으로 감지되면, 상기 인버터부의 출력 전력을 소정값으로 낮추고, 그 후 상기 서미스터의 저항값에 기초하여 상기 인버터부의 출력을 변화시키는 파워다운 제어기능을 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 유전가열 장치.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 서미스터가 소정 저항값을 갖게 되는 경우, 상기 인버터부의 출력 전력을 상기 소정값 이하의 제2 소정값으로 낮추는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 고주파 유전가열 장치.
6. 서미스터를 포함하는 인쇄기판으로서,

   상기 인쇄기판은:

   반도체 스위칭 소자를 스위칭함으로써 직류를 소정 주파수를 갖는 교류로 변환하는 인버터부;

   상기 반도체 스위칭 소자의 제어 단자로 스위칭 전압을 출력하는 인버터 제어 회로;

   상기 반도체 스위칭 소자의 온도를 검출하는 서미스터와 소정의 저항과의 직렬 접속으로 이루어진 직렬 회로;

   상기 반도체 스위칭 소자가 장착되며, 상기 반도체 스위칭 소자에 의해 발생된 열을 방출하기 위한 방열핀을 포함하여 이루어지고,

   상기 직렬 회로는 상기 인버터 제어 회로의 양단에 접속되고, 상기 직렬 회로에서 상기 저항과 접속된 상기 서미스터의 일단의 전위는 상기 인버터 제어 회로로 입력되고, 상기 서미스터의 타단은 상기 반도체 스위칭 소자의 이미터측 다리에 직접 접속되도록 상기 인쇄기판 납땜면측으로 노출된 상기 반도체 스위칭 소자의 이미터측 다리 부근의 동일 전위를 갖는 지점에 납땜 접합되고, 상기 서미스터의 저항값의 변화에 의해 변화한 상기 서미스터의 일단의 전위를 상기 인버터 제어 회로에 직접 입력함으로써 상기 반도체 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 서미스터를 포함하는 인쇄기판.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 반도체 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 서미스터를 포함하는 인쇄기판.
8. 삭제
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 서미스터는 칩서미스터인 것을 특징으로 하는 서미스터를 포함하는 인쇄기판.
10. 대상물을 가열처리하기 위한 고주파 유전가열 장치로서,

    상기 고주파 유전가열 장치는:

    인버터부, 방열핀 및 서미스터를 탑재한 인쇄기판과, 상기 인버터부의 출력 전압을 승압하기 위한 승압 트랜스포머와, 상기 승압 트랜스포머의 출력 전압을 배압 및 정류하기 위한 고전압 정류부와, 및 상기 고전압 정류부의 출력을 마이크로파로서 방출하기 위한 마그네트론을 포함하는 마이크로파 출력부; 및

    상기 가열할 대상물을 수용하고 상기 마그네트론으로부터 방출되는 마이크로파를 공급함으로써 상기 대상물을 가열처리하는 가열 조리실을 포함하여 이루어지고,

    상기 인쇄기판은 상기 제6항 또는 제7항에 따른 서미스터를 포함하는 인쇄기판인 것을 특징으로 하는 고주파 유전가열 장치.

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