KR101191297B1

KR101191297B1 - 유도 가열 장치 및 그의 제어 방법

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Publication number: KR101191297B1
Application number: KR1020100089908A
Authority: KR
Inventors: 조영철
Original assignee: 주식회사 리홈
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-10-16
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: KR20120027981A

Abstract

본 발명은, 직류 전원부와; 인버터부와; 공진 커패시터와; 워킹 코일과; 상기 인버터부로 상기 스위칭 신호를 출력하여 상기 고주파 전류를 발생시키도록 함으로써 소정의 제1 출력 전력으로 유도 가열 동작의 실행을 제어하고, 유도 가열 동작을 실행하는 회로 각부에서 발생한 오류를 표시하는 오류 감지 신호를 입력받는 오류 입력단자를 구비하고, 상기 스위칭 신호를 출력하여 유도 가열을 제어하는 중에 상기 오류 입력단자로 상기 오류 감지 신호가 입력되면 상기 스위칭 신호의 출력을 중지하고, 상기 발생한 오류가 해소되어 상기 스위칭 신호의 출력을 재개하고자 하는 경우, 상기 유도 가열의 출력 전력이 소정의 최소 출력 전력으로부터 단계적으로 상승하여 상기 제1 출력 전력에 이르도록 상기 스위칭 신호의 주파수를 단계적으로 변화시키는 스위칭 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치를 제공한다.

Description

유도 가열 장치 및 그의 제어 방법{INDUCTION HEATING APPATUS AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}

유도 가열의 재시작시 출력 전력을 단계적으로 상승시키는 기능을 구비한 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 어떠한 이유에 의해 유도 가열 장치가 유도 가열을 일시적으로 중지시킨 후 재시작할 때에 있어서 유도 가열의 출력 전력을 저출력으로부터 단계적으로 상승시키도록 변화시키는 기능을 구비한 유도 가열 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

유도 가열 장치는, 전기 밥솥 또는 전기 오븐 등과 같은 전력 이용 조리 기구에 널리 사용되고 있는, 일상 생활에서 쉽게 접할 수 있는 기기이다.

유도 가열 장치는, 고주파 전원이 워킹 코일에 인가됨에 따라, 워킹 코일에서 발생하는 전자기력이 조리 용기에 와전류를 발생시켜 조리 용기 자체가 발열하도록 하는 원리를 이용한다.

이와 같은 유도 가열 장치는, 유도 가열 동작을 행하도록 하는 각종 회로 구성 요소를 포함하고 있으며, 구성 요소의 개수가 많아질수록 회로 내에서의 고장 또는 동작 오류의 발생 가능성도 커지게 된다.

이와 같이 회로 내에서 고장 또는 동작 오류가 발생하면, 유도 가열 장치는 워킹 코일로 인가하는 고주파 전원을 즉시 또는 서서히 정지시켜 유도 가열을 중지하게 되고, 발생한 고장 또는 오류가 해소될 때까지 유도 가열을 중지한 상태로 대기한다. 또한, 조리 용기가 워킹 코일과 정확하게 결합되지 않았거나, 유도 가열 장치가 올바르게 조작되지 않은 경우에도 오류가 발생한 것으로 간주하고, 유도 가열을 정지시킬 수 있다.

한편, 사용자가 유도 가열 장치의 회로 내에 발생한 고장 또는 오류를 해소하게 되면, 유도 가열 장치는 유도 가열을 재개하게 되는데, 이 경우 유도 가열이 정지하기 이전의 상태로 즉시 복귀하여 조리 동작이 신속하게 정상화될 수 있도록 하고 있다.

하지만, 이와 같이 유도 가열을 재시작할 때, 정지하기 이전의 상태로 즉시 복귀시키고자 하면, 이전에 비교적 높은 전력으로 유도 가열을 행하고 있던 경우에는 고주파 전원을 발생시키는 인버터에 순간적으로 높은 전압(또는 전류)이 인가되어, 인버터를 손상시킬 가능성이 크다.

따라서, 유도 가열이 정지하였다가 재시작하는 경우에, 고주파 전원의 출력을 적절하게 제어하여 인버터에 무리를 주지 않도록 하는 방안이 필요하다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유도 가열 장치에 발생한 고장 또는 동작 오류에 의해 유도 가열이 일시적으로 정지하였다가 재시작하는 경우에, 고주파 전원을 적절하게 제어하여 인버터를 구성하는 회로 소자에 무리를 주지 않도록 하는 방안을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상용 교류 전원을 입력받아 정류하고 평활화하여 직류 전원을 출력하는 직류 전원부와; 임의의 주파수를 갖는 스위칭 신호의 입력에 따라 상기 직류 전원을 스위칭함으로써 고주파 전류를 출력하는 인버터부와; 상기 인버터부로부터 출력된 상기 고주파 전류가 인가되는 공진 커패시터와; 상기 공진 커패시터와 연결되어 있으며, 상기 고주파 전류의 공진에 의해 조리 용기를 유도 가열하는 워킹 코일과; 상기 인버터부로 상기 스위칭 신호를 출력하여 상기 고주파 전류를 발생시키도록 함으로써 사용자에 의해 임의로 설정된 제1 출력 전력으로 유도 가열 동작의 실행을 제어하고, 유도 가열 동작을 실행하는 회로 각부에서 발생한 오류를 표시하는 오류 감지 신호를 입력받는 오류 입력단자를 구비하고, 상기 스위칭 신호를 출력하여 유도 가열을 제어하는 중에 상기 오류 입력단자로 상기 오류 감지 신호가 입력되면 상기 스위칭 신호의 출력을 중지하고, 상기 발생한 오류가 해소되어 상기 오류 감지 신호가 소거되면, 상기 유도 가열의 출력 전력이 최소 출력 전력으로부터 단계적으로 상승하여 상기 제1 출력 전력에 이르도록 상기 스위칭 신호의 주파수를 단계적으로 변화시키는 스위칭 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치를 제공한다.

또한, 상기 스위칭 제어부는, NCP1396 칩(ON Semiconductor®)을 포함한다.

또한, 상기 복수의 오류 감지부로부터 각각의 상기 오류 감지 신호가 입력되는 입력단과 상기 NCP1396 칩의 스위칭 신호를 제어하기 위하여 Feed Back(FB) 단자에 연결된 출력단을 가지며, 상기 출력단으로 상기 유도 가열의 출력 전력이 상기 제1 출력 전력으로 유지되도록 피드백 전압을 출력하는 피드백 제어부를 더 포함하고, 상기 피드백 제어부는, 상기 입력단으로부터의 신호를 통해 상기 오류가 해소됨을 확인한 경우, 상기 FB 단자로 상기 유도 가열을 상기 최소 출력 전력으로 동작시키기 위한 제1 피드백 전압을 출력하고, 이후 상기 유도 가열을 상기 제1 출력 전력까지 상승시키기 위해 상기 피드백 전압의 크기를 변화시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 피드백 전압은 5~6V인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 직류 전원부로부터의 직류 전원에 의해 상기 인버터부에 인가되는 전압(VDC)을 감시하고, 상기 VDC가 제1 허용 전압을 초과한 경우에 상기 오류 감지 신호를 출력하는 제1 오류 감지부를 더 포함한다.

또한, 상기 인버터부의 전류 스위칭 동작에 따라 상기 공진 커패시터에 인가되는 전압이 제2 허용 전압을 초과한 경우에 상기 오류 감지 신호를 출력하는 제2 오류 감지부를 더 포함한다.

또한, 상기 인버터부는, 상기 스위칭 신호에 의해 각각 온오프되도록 하프 브리지 방식으로 연결된 2개의 IGBT를 포함하여 이루어지고, 상기 유도 가열 장치는, 상기 직류 전원부로부터의 직류 전원에 의해 상기 2개의 IGBT 중 어느 하나의 IGBT의 양단에 인가되는 전압이 제3 허용 전압을 초과하는 경우에 상기 오류 감지 신호를 출력하는 제3 오류 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오류 입력단자는, Fast Fault(FF) 단자, Slow Fault(SF) 단자 및 Brown Out(BO) 단자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 워킹 코일로 공급되는 전류 전류를 인버터가 소정의 주파수로 스위칭함으로써 제1 출력 전력으로 유도 가열을 행하는 도중에, 유도 가열 동작을 실행하는 회로 각부에서 발생한 오류를 표시하는 오류 감지 신호를 입력받는 단계; 상기 인버터의 전류 스위칭 동작을 정지시키고 상기 오류의 해소 여부를 감시하는 단계; 상기 오류가 해소되면, 상기 유도 가열의 출력 전력이 소정의 최소 출력 전력으로부터 단계적으로 상승하여 상기 제1 출력 전력에 이르도록 상기 인버터의 전류 스위칭 동작을 제어하는 단계;를 포함하는 유도 가열 장치의 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 유도 가열의 출력 전력의 제어는, 상기 인버터의 전류 스위칭 동작의 상기 주파수를 제어함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 피드백 제어부에 의한 제어에 의하면, 회로의 어떠한 오류가 발생하여 유도 가열 장치에 이상 동작할 가능성이 큰 경우, 스위칭 동작을 즉시 정지시킴으로써 유도 가열을 중지시키게 되어 유도 가열 장치의 회로 손상을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 이후 오류 상황이 해소되어 유도 가열이 재개될 때, 출력 전력이 즉시 최대 전력까지 높아지지 않고 서서히 높아지도록 함으로써, 출력 전력을 급격히 상승시킴으로써 인버터의 IGBT가 손상되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 유도 가열 장치의 구성을 간략하게 블록으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 스위칭 제어부 및 그와 관련된 구성 요소만을 발췌하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 회로 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에서 피드백 제어부의 회로 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에서의 피드백 전압의 크기 변화 및 이와 관련한 유도 가열 전력의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 제어하는 방법에 대한 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 일반적인 유도 가열 장치의 구성을 간략하게 블록으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 유도 가열 장치는, 직류 전원부(20)와, 인버터부(30)와, 전자파 감쇄부(35)와, 공진 커패시터(40)와, 워킹 코일(WC)과, 스위칭 제어부(60)를 포함하여 이루어진다.

직류 전원부(20)는, 주로 가정용 상용 교류 전원(AC)을 입력받고, 입력받은 교류 전원(AC)을 정류하고 평활화하여 직류 전압 및 직류 전류를 갖는 직류 전원으로 변환한다. 이를 위하여, 직류 전원부(20)는, 정류를 위한 브리지 다이오드(도시하지 않음)와 평활화를 위한 인덕터 또는 커패시터를 구비한 평활 회로(도시하지 않음)를 포함하여 이루어진다.

한편, 직류 전원부(20)는, 교류 전원(AC)으로부터 입력되는 교류 전류의 크기를 감지하여 유도 가열의 동작을 제어할 수 있도록, 감시용 교류 전류(CT01)(도 4 참조)를 출력한다. 또한, 직류 전원부(20)는 유도 가열 장치의 내부 회로에서 제어 동작에 대한 기준 전압(V15)(도 3 및 도 4 참조)을 출력한다.

인버터부(30)는, 직류 전원부(20)로부터 출력되는 직류 전원을 스위칭하여 고주파 전류를 출력함으로써, 연결되어 있는 워킹 코일(WC) 및 공진 커패시터(40)가 공진하여 전자기파를 방출하도록 한다. 이때, 본 발명에 따른 인버터부(30)는, 2개의 IGBT를 하프 브리지 방식으로 배치하고, 각각의 IGBT를 교대로 온/오프시킴으로써 직류 전류를 스위칭한다. 여기에서 스위칭되어 생성되는 고주파 전류는, 2개의 IGBT가 서로 결합된 접속점을 통해 출력된다.

전자파 감쇄부(35)는, 인버터부(30)에서 각각의 IGBT를 고주파수로 스위칭함에 따라 발생하는 인체에 유해한 전자기파를 감쇄시키기 위해, 각각의 IGBT의 콜렉터와 이미터 양단에 연결된 하나 또는 복수의 커패시터(도 3 참조)를 포함한다. 이 전자파 감쇄부(35)에 적용된 커패시터는 약 22㎋ 내지 300㎋의 범위의 용량을 갖도록 선택되는 것이 바람직하다.

워킹 코일(WC)과 공진 커패시터(40)는, 인버터부(30)에서 출력하는 고주파 전류에 대하여 서로 직렬로 연결되어 있다. 워킹 코일(WC)에는 조리 용기(52)가 근접하게 배치되어 있으며, 워킹 코일(WC)과 공진 커패시터(40)와의 전류 공진 현상에 의해 발생하는 전자기력이 조리 용기에 작용하게 되고, 조리 용기(52)는 전자기력의 영향에 의해 유도 가열된다.

스위칭 제어부(60)는, 임의의 주파수를 갖는 스위칭 신호를 생성하고, 생성된 스위칭 신호를 인버터부(30)의 각각의 IGBT에 입력하여 직류 전류를 스위칭하도록 한다. 이때, 고주파 전류의 주파수에 따라 조리 용기(52)에 대한 유도 가열의 출력 전력이 제어될 수 있으므로, 스위칭 제어부(60)는 사용자가 선택한 조리 강도(출력 전력)에 따라 미리 설정된 주파수의 스위칭 신호를 출력할 수 있다.

여기에서, 스위칭 제어부(60)는, IGBT를 스위칭하기 위한 스위칭 소자로서, 공진 회로의 제어에 널리 사용되고 있는 NCP1396 칩(ON Semiconductor®)을 포함하여 이루어진다.

도 2는, 이와 같이 NCP1396 칩을 포함하는 스위칭 제어부(60)와, NCP1396 칩의 다양한 입력단자에 연결된 각종 구성 요소들을 나타내고 있다. 도 2를 참조하면, 스위칭 제어부(60)의 NCP1396 칩에는, 예를 들면, 도 1의 ⓐ지점, ⓑ지점 및 ⓒ지점의 각각을 감시하고, 각각의 감시 결과에 따라 오류 감지 신호를 출력하는 제1 오류 감지부(61), 제2 오류 감지부(62) 및 제3 오류 감지부(63)가 연결되어 있다. 또한, NCP1396 칩에는, 피드백 제어부(70)가 연결되어 있다. 한편, NCP1396 칩은 인버터부(30)를 제어할 스위칭 신호를 출력하고 있다.

NCP1396 칩은, 제1 오류 감지부(61), 제2 오류 감지부(62) 및 제3 오류 감지부(63)로부터 각각의 오류 감지 신호를 입력받으면, 즉시 스위칭 신호의 출력을 중지하여 유도 가열 동작을 정지시키거나 임의의 비율로 유도 가열의 출력 전력을 감소시킨 후 최종적으로 유도 가열을 정지시킬 수도 있다.

또한, NCP1396 칩은, 복수의 오류 감지 신호 입력단자를 구비하고, 유도 가열을 즉시 정지시키거나 또는 일정 시간 이후 정지시키는 것을 각 단자별로 설정해 둘 수도 있다. 또한, 어떠한 오류 감지부로부터 오류 감지 신호가 입력되었는지를 확인하고, 확인 결과에 따라 즉시 정지시킬 것인지 또는 천천히 정지시킬 것인지를 결정할 수도 있다.

제1 오류 감지부(61)는, 직류 전원부(20)로부터 인버터부(30)(특히, 어느 하나 또는 각각의 IGBT)로 인가되는 직류 전류의 크기 또는 직류 전압의 크기를 감시하고, 감시중인 직류 전류 또는 전압의 크기가 임의의 허용 한계값을 초과하는 경우 오류 감지 신호를 생성하여 출력한다. 이와 같은 제1 오류 감지부(61)에 의하여, 직류 전원부(20)의 이상 동작 또는 직류 전원부의 후단에 결합된 다양한 전원 공급 회로에서의 고장을 감지하는 것이 가능하다.

이 제1 오류 감지부(61)의 오류 감지 신호는 NCP1396 칩의 SF(Slow Fault) 단자로 출력된다.

제2 오류 감지부(62)는, 공진 커패시터(40)의 양단에 인가되는 전압의 크기를 감시하고, 감시중인 전압의 크기가 임의의 허용 한계값을 초과하는 경우 오류 감지 신호를 생성하여 출력한다. 즉, 제2 오류 감지부(62)는, 워킹 코일(WC)에 근접하게 배치된 조리 용기(52)에 의해 에너지가 적절하게 소모되었는지를 감시하기 위한 역할을 한다.

이 제2 오류 감지부(62)의 오류 감지 신호는, 제1 오류 감지부와 마찬가지로 NCP1396 칩의 SF 단자로 출력된다.

제3 오류 감지부(63)는, 인버터부(30)의 출력단자에 연결되어, 인버터부(30)의 출력 전압의 크기 또는 출력 전류의 크기를 감시하고, 감시중인 전류 또는 전압의 크기가 임의의 허용 한계값을 초과하는 경우에 오류 감지 신호를 생성하여 출력하게 된다. 이와 같은 제3 오류 감지부(63)에 의하면, 워킹 코일(WC)이 공장 제조시 회로 내에 정확하게 결합되도록 조립되지 않은 경우에 있어서 인버터부(30)의 출력 전압이 전자파 감쇄부(35)에 포함된 하나 또는 복수의 커패시터(예를 들면, 전자파 감쇄부를 구성하는 커패시터)와 공진하여 급격하게 상승하게 되는 현상을 감지할 수 있게 된다.

이 제3 오류 감지부(63)의 오류 감지 신호는, NCP1396 칩의 FF(Fast Fault) 단자로 입력된다.

피드백 제어부(70)는, 유도 가열 장치의 회로 각부로부터 각종 정보(예를 들면, 각 소자에 인가되는 전압 또는 전류의 크기)를 입력받아 인버터부(30)의 전류 스위칭 동작이 안정적으로 유지될 수 있도록, 또는 원하는 출력으로 유도 가열을 행할 수 있도록 제어하기 위한 피드백 전압을 생성하여 출력한다.

피드백 제어부(70)의 출력은 NCP1396 칩의 FB(Feed Back) 단자로 입력된다.

피드백 제어부(70)는 각 오류 감지부에서 스위칭 제어부(60)로 입력되는 각각의 오류 감지 신호를 입력받을 수 있으며, 어느 하나의 오류 감지부로부터라도 오류 감지 신호가 입력되면 제1 피드백 전압을 출력하여 스위칭 제어부(60)의 NCP1396 칩에서 스위칭 신호의 출력을 정지시키도록 함으로써 인버터부(30)의 동작을 정지시키고, 오류 감지 신호가 유지되는 동안 제어 동작을 지속하고, 이후 오류 상황이 해소되어 오류 감지 신호가 제거되면, 제1 피드백 전압을 제2 피드백 전압의 크기에 이르도록 피드백 전압을 서서히 변경시키면서 FB 단자로 출력한다. 이때, 제1 피드백 전압은 5~6V, 특히 5.3V인 것이 바람직하며, 제2 피드백 전압은 제1 피드백 전압 이하의 임의의 크기를 가질 수 있으나, 1.2V 이하의 값은 가질 수 없도록 하는 것이 바람직하다.

제2 피드백 전압은 제1 피드백 전압으로부터 인버터부(30)가 최저 주파수로 동작하도록 하는 전압(약 1.2V) 사이의 값을 갖는 것이 바람직하며, 이로써, 피드백 전압이 1.2~5.3V의 범위에서 변화함으로써 유도 가열의 출력 전력이 최대 출력으로부터 최저 출력 사이의 임의의 출력으로 제어될 수 있게 된다.

이와 같이, 피드백 제어부(70)는 유도 가열이 정지되면, 유도 가열이 정지하기 이전의 출력 전력을 갖도록 스위칭 신호를 제어하도록 한다. 이때, 제2 피드백 전압은 유도 가열이 정지하기 이전에 설정된 피드백 전압의 크기가 될 수 있다.

한편, 피드백 전압은 임의의 미리 설정된 양자화된 크기를 갖는 값에 따라 단계적으로 변화할 수 있으며, 곡선 또는 직선형으로 점진적으로(또는 연속적으로) 상승 또는 하강하도록 할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 제1 내지 제3 오류 감지부의 각각의 출력은 스위칭 제어부(60)의 NCP1396 칩으로 직접 연결되어 스위칭 동작이 제어되도록 할 수 있으며, 또한, 피드백 제어부(70)로 입력되어 피드백 전압을 통해 NCP1396 칩의 스위칭 동작이 제어될 수도 있게 된다.

여기에서, 오류 감지 신호는, 상술한 바와 같이, 오류를 감지한 이후로부터 오류가 존재하는 동안 지속적으로 출력되는 일정 수준의 전압일 수 있다. 물론 이와 반대로, 정상 상태인 경우에 일정 수준의 전압을 출력하고, 오류가 발생한 경우에 출력되는 전압을 제거하는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 오류가 발생한 경우에 특정 전압을 일정 시간 동안 출력하고, 발생한 오류가 제거된 경우에 또다른 전압을 일정 시간 동안 출력하는 구성으로도 가능하다.

또한, 오류 감지 신호는 디지털 정보를 포함하는 디지털 신호로 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 있어서의 스위칭 제어부를 중심으로 하는 회로 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.

먼저, NCP1396 칩의 Mup 단자 및 Mlo 단자에서는 인버터부(30)를 제어하기 위한 스위칭 신호가 출력되며, 하프 브리지 형태로 배치된 상부측 IGBT(IGBT1)와 하부측 IGBT(IGBT2)의 각각의 베이스로 연결되어 각각의 온오프를 제어하게 된다. HB 단자는 인버터부(30)의 출력단자에 연결된다.

SF 단자로는, VDC를 입력으로 하는 제1 오류 감지부(61)와, 공진 커패시터 양단의 전압을 입력으로 하는 제2 오류 감지부(62)가 공통으로 연결되어 있다. 제1 오류 감지부(61)와 제2 오류 감지부(62)는 각각의 입력을 적정 수준으로 분압한 후, 분압한 값의 각각이 기준 전압을 초과할 때 SF 단자로 HIGH 신호가 입력되도록 하고 있다.

FF 단자로는, 인버터부(30)의 출력 전압을 입력으로 하는 제3 오류 감지부(63)의 출력이 연결된다. 즉, HB 단자로부터의 전압이 적정 수준으로 분압된 후, 분압된 값이 기준 전압을 초과할 때 FF 단자로 HIGH 신호가 입력되도록 하고 있다.

BO(Brown Out) 단자로는 기준 전압(V15)이 연결된다. 본 발명의 일 실시예에서는 BO 단자로 항상 기준 전압(V15)에 의한 일정한 전압이 입력되도록 설정하고 있다.

FB 단자로는 피드백 제어부(70)로부터의 피드백 전압이 연결된다.

NCP1396 칩의 이외의 단자들에 대해서는 도시 및 설명을 생략하였다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에서 피드백 제어부의 회로 구성을 간략하게 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 피드백 제어부(70)는, 감시용 교류 전류(CT01)와 기준 전압(V15)과 SF와 FF를 입력으로 하고 있다. 이들 입력은 비반전 증폭기를 통하여 출력되며, 각 입력 중 SF 또는 FF로부터 출력이 HIGH 레벨의 출력 전압이 감지되면, FB 단자로 HIGH 레벨(5V 내외의 값을 가지며, 최대 5.3V)의 전압(제1 피드백 전압)이 출력되며, SF 또는 FF로부터의 HIGH 레벨의 출력 전압이 제거되면 FB 단자는 LOW 레벨의 전압값으로 유지된다(최저 1.2V).

NCP1396 칩에서는 FB 단자로 최대 주파수로 제어하도록 하는 피드백 전압(예를 들면, 5.3V)이 입력되면 인버터부(30)의 전류 스위칭 동작을 정지시키고, 그 이하의 크기를 갖는 피드백 전압이 입력되면 입력된 크기에 대응하는 주파수를 갖는 스위칭 신호를 출력하도록 설계되어 있다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에서의 피드백 전압의 크기 변화 및 이와 관련한 유도 가열 전력의 크기 변화를 나타낸 그래프이다. 시간(T2) 이전에는 피드백 제어부(70)가 임의의 크기를 갖는 피드백 전압을 출력함으로써 임의의 전력으로 유도 가열이 행해지도록 스위칭 신호를 제어하고 있다. 이때, 시간(T2)에서 유도 가열의 전력이 갑자기 상승하여 허용 전력을 초과하게 되면(실제로는 각 오류 감지부에서 감시하는 전압과 기준 전압을 비교함으로써 판단하게 됨), 피드백 전압이 HIGH 레벨(제1 피드백 전압)까지 상승하게 되고, 유도 가열은 정지된다.

이후, 시간(T3)에서 오류가 해소되면 피드백 전압은 임의의 LOW 레벨(제2 피드백 전압)까지 낮아지게 되고, 스위칭 신호도 변경된다. 이에 따라 유도 가열의 출력 전력은 상승하게 된다.

시간(T4)에서는 피드백 전압이 안정화되어 원하는 출력 전력(이전에 동작하던 출력 전력 또는 새로 설정된 출력 전력)으로 유도 가열이 실행된다.

이와 같은 피드백 제어부에 의한 제어에 의하면, 회로에 어떠한 오류가 발생하여 유도 가열 장치가 이상 동작하는 경우, 인버터부의 전류 스위칭 동작을 즉시 정지시킴으로써 유도 가열을 중지시키게 되어 유도 가열 장치를 구성하는 각 부품의 회로 손상, 특히 IGBT의 손상을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 이후 오류 상황이 해소되어 유도 가열이 재개될 때, 출력 전력이 즉시 최대 전력까지 높아지지 않고 소정의 최소 출력 전력(예를 들면, 0W)으로부터 서서히 높아지도록 함으로써, 출력 전력을 오류 상황이 발생하기 이전의 상태로 상승시키고자 할 때 출력 전력이 급격히 상승하여 인버터부의 IGBT가 손상되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 제어하는 방법에 대한 흐름도이다. 먼저, 사용자의 조작에 의해 유도 가열이 시작되면(S12), 사용자가 조작 스위치 등을 조정하여 설정한 출력 전력량에 대응하는 스위칭 신호에 따라 인버터부(30)가 동작하여 유도 가열이 실행된다(S13).

이러한 유도 가열 동작 중에, 유도 가열 장치 내부 회로의 어떠한 부분에서 오류가 발생하여 이상 상승한 전압이 감지되면, 제1 내지 제3 오류 감지부 중 이상 상승한 전압을 감지한 오류 감지부에서 오류 감지 신호를 출력하게 되고, 출력된 오류 감지 신호는 스위칭 제어부(60)로 입력된다(S22). 스위칭 제어부(60)는 오류 감지 신호를 입력받으면, 즉시 또는 일정 시간 이후 스위칭 신호의 출력을 중지하여 유도 가열을 정지하고(S24), 오류 상황의 해소 여부를 감시한다(S26).

그리고 오류 상황이 해소되어 이상 상승한 전압이 제거되면(S27), 피드백 전압의 조정에 의해 최저 출력 전력으로부터 유도 가열 동작의 정지 이전에 설정되어 동작하던 출력 전력까지 연속적으로(또는 단계적으로) 출력 전력을 증가시킨다(S28). 이로써 유도 가열 장치 내부 회로를 구성하는 각 소자의 손상을 방지하면서 유도 가열을 지속할 수 있게 된다(S32).

이와 같은 본 발명에 따른 유도 가열 장치는, 회로의 어떠한 오류가 발생하여 유도 가열 장치가 이상 동작하거나 이상 동작할 가능성이 큰 경우, 스위칭 동작을 즉시 정지시킴으로써 유도 가열을 중지시키게 되어 유도 가열 장치의 회로 손상을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 이후 오류 상황이 해소되어 유도 가열이 재개될 때, 출력 전력이 즉시 최대 전력까지 높아지지 않고 서서히 높아지도록 함으로써, 출력 전력이 급격히 상승할 때 인버터의 IGBT가 손상되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

20 : 직류 전원부
30 : 인버터부
35 : 전자파 감쇄부
40 : 공진 커패시터
WC : 워킹 코일
60 : 스위칭 제어부
70 : 피드백 제어부

Claims

상용 교류 전원을 입력받아 정류하고 평활화하여 직류 전원을 출력하는 직류 전원부와;
임의의 주파수를 갖는 스위칭 신호의 입력에 따라 상기 직류 전원을 스위칭함으로써 고주파 전류를 출력하는 인버터부와;
상기 인버터부로부터 출력된 상기 고주파 전류가 인가되는 공진 커패시터와;
상기 공진 커패시터와 연결되어 있으며, 상기 고주파 전류의 공진에 의해 조리 용기를 유도 가열하는 워킹 코일과;
상기 인버터부로 상기 스위칭 신호를 출력하여 상기 고주파 전류를 발생시키도록 함으로써 사용자에 의해 임의로 설정된 제1 출력 전력으로 유도 가열 동작의 실행을 제어하고, 유도 가열 동작을 실행하는 회로 각부에서 발생한 오류를 표시하는 오류 감지 신호를 입력받는 오류 입력단자로서 FF(Fast Fault) 단자 및 SF(Slow Fault) 단자를 구비하고, 상기 스위칭 신호를 출력하여 유도 가열을 제어하는 중에 상기 FF 단자 또는 상기 SF 단자로부터 상기 오류 감지 신호가 입력되면 상기 스위칭 신호의 출력을 중지하는 NCP1396 칩을 포함하는 스위칭 제어부; 및
상기 FF 단자 및 상기 SF 단자로부터의 상기 오류 감지 신호가 입력되는 제1 입력단과 기준 전압(V15)이 입력되는 제2 입력단, 및 상기 NCP1396 칩의 Feed Back(FB) 단자에 피드백 전압을 출력하는 출력단을 갖고, 상기 FF 단자 및 상기 SF 단자에 HIGH 레벨의 상기 오류 감지 신호가 입력되면 HIGH 레벨의 상기 피드백 전압을 출력하여 상기 스위칭 제어부에서 상기 스위칭 신호의 출력을 중지시키고, 상기 FF 단자 및 상기 SF 단자에서 상기 오류 감지 신호가 소거되면 상기 피드백 전압을 상기 HIGH 레벨로부터 변화시켜 출력함으로써 상기 유도 가열의 출력 전력이 최소 출력 전력으로부터 단계적으로 상승하도록 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
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제1항에 있어서,
상기 제1 피드백 전압의 상기 HIGH 레벨은 5~6V인 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 직류 전원부로부터의 직류 전원에 의해 상기 인버터부에 인가되는 전압(VDC)을 감시하고 상기 VDC가 제1 허용 전압을 초과한 경우에 상기 NCP1396 칩의 상기 SF 단자로 상기 오류 감지 신호를 출력하는 제1 오류 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 인버터부의 전류 스위칭 동작에 따라 상기 공진 커패시터에 인가되는 전압이 제2 허용 전압을 초과한 경우에 상기 NCP1396 칩의 상기 SF 단자로 상기 오류 감지 신호를 출력하는 제2 오류 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 인버터부는, 상기 스위칭 신호에 의해 각각 온오프되도록 하프 브리지 방식으로 연결된 2개의 IGBT를 포함하여 이루어지고,
상기 유도 가열 장치는, 상기 직류 전원부로부터의 직류 전원에 의해 상기 2개의 IGBT 중 어느 하나의 IGBT의 양단에 인가되는 전압이 제3 허용 전압을 초과하는 경우에 상기 NCP1396 칩의 상기 FF 단자로 상기 오류 감지 신호를 출력하는 제3 오류 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
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