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KR20200116712A - 유도 가열 장치 - Google Patents

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KR20200116712A
KR20200116712A KR1020190038454A KR20190038454A KR20200116712A KR 20200116712 A KR20200116712 A KR 20200116712A KR 1020190038454 A KR1020190038454 A KR 1020190038454A KR 20190038454 A KR20190038454 A KR 20190038454A KR 20200116712 A KR20200116712 A KR 20200116712A
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KR
South Korea
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induction heating
driving
circuit
heating coil
current
Prior art date
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KR1020190038454A
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Inventor
윤창선
강홍주
이현관
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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Priority to US16/838,943 priority patent/US20200323048A1/en
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Abstract

하나의 인쇄 기판 어셈블리(printed board assembly, PBA) 상에 복수의 유형의 스위칭 토폴로지로 구성된 복수의 인버터를 포함하는 유도 가열 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 쿠킹 플레이트; 상기 쿠킹 플레이트의 아래에 설치되어, 자기장을 생성하도록 구성되는 복수의 유도 가열 코일; 상기 복수의 유도 가열 코일에 각각 연결되어 대응하는 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 복수의 구동 회로; 및 교류 전원을 정류하여 상기 복수의 구동 회로에 상기 정류된 교류 전원을 공급하도록 구성되는 정류 회로;를 포함하고, 상기 복수의 구동 회로 각각은, 상기 정류 회로의 출력 단자에 병렬로 연결되고, 상기 복수의 구동 회로는, 하나의 스위칭 소자를 포함하는 적어도 하나의 제1 구동 회로 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 적어도 하나의 제2 구동 회로를 포함한다.

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}
본 발명은 복수의 코일을 포함하는 유도 가열 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도 가열 장치는 유도 가열의 원리를 이용하여 식품을 가열 조리하는 조리 장치이다. 유도 가열 장치는 조리 용기가 올려 놓이는 쿠킹 플레이트와, 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 코일을 구비한다.
코일에 전류가 인가되어 자기장이 발생되면 조리 용기에 2 차 전류가 유도되고, 조리 용기 자체의 저항 성분에 의해 줄열(joule heat)이 발생하게 된다. 따라서, 고주파 전류에 의해 조리 용기가 가열되고 조리 용기에 담긴 식품이 조리된다.
이러한 유도 가열 조리기기는, 조리 용기 자체를 발열원으로 이용하므로, 화석 연료를 연소시켜 그 연소열을 통해 조리 용기를 가열하는 가스 레인지 또는 등유 풍로 등에 비하여 열 전달율이 높으며, 유해 가스의 발생이 없으며, 화재 발생의 위험이 없다는 장점이 있다.
하나의 인쇄 기판 어셈블리(printed board assembly, PBA) 상에 복수의 유형의 스위칭 토폴로지로 구성된 복수의 인버터를 포함하는 유도 가열 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 쿠킹 플레이트; 상기 쿠킹 플레이트의 아래에 설치되어, 자기장을 생성하도록 구성되는 복수의 유도 가열 코일; 상기 복수의 유도 가열 코일에 각각 연결되어 대응하는 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 복수의 구동 회로; 및 교류 전원을 정류하여 상기 복수의 구동 회로에 상기 정류된 교류 전원을 공급하도록 구성되는 정류 회로;를 포함하고, 상기 복수의 구동 회로 각각은, 상기 정류 회로의 출력 단자에 병렬로 연결되고, 상기 복수의 구동 회로는, 하나의 스위칭 소자를 포함하는 적어도 하나의 제1 구동 회로 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 적어도 하나의 제2 구동 회로를 포함한다.
상기 제1 구동 회로는, 상기 복수의 유도 가열 코일 중 어느 하나의 유도 가열 코일과 병렬로 연결된 하나의 제1 캐패시터와, 상기 제1 캐패시터 측 노드와 접지측 노드 사이에 마련되어 상기 제1 캐패시터와 직렬로 연결되는 제1 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 제2 구동 회로는, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자 및 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터를 포함하는 하프 브리지(half bridge) 형태의 구동 회로 또는 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자 및 서로 직렬로 연결된 다른 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 풀 브리지(full bridge) 형태의 구동 회로에 해당할 수 있다.
상기 제2 구동 회로가 하프 브리지 형태의 구동 회로에 해당하는 경우, 상기 한 쌍의 스위칭 소자는, 상기 한 쌍의 캐패시터와 병렬로 연결되고, 상기 복수의 유도 가열 코일 중 어느 하나의 유도 가열 코일은, 양단 중 일단이 상기 한 쌍의 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 상기 양단 중 타단이 상기 한 쌍의 캐패시터가 직렬로 연결되는 노드에 연결될 수 있다.
상기 제2 구동 회로가 풀 브리지 형태의 구동 회로에 해당하는 경우, 상기 한 쌍의 스위칭 소자는, 상기 다른 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬로 연결되고, 상기 복수의 유도 가열 코일 중 어느 하나의 유도 가열 코일은, 양단 중 일단이 상기 한 쌍의 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 상기 양단 중 타단이 상기 다른 한 쌍의 캐패시터가 직렬로 연결되는 노드에 연결될 수 있다.
상기 복수의 구동 회로 각각은, 상기 정류 회로로부터 정류된 전원을 균일하게 유지시키도록 구성되는 평활 회로를 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 외부 전원으로부터 교류 전원을 인가 받도록 구성되는 전원 공급 회로;를 더 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 상기 전원 공급 회로 및 상기 정류 회로 사이에 마련되어, 상기 교류 전원에 포함된 고주파 잡음을 차단하도록 구성되는 EMI(electromagnetic interference) 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 사용자로부터 상기 유도 가열 장치의 출력에 관한 정보를 수신하도록 구성되는 유저 인터페이스;를 더 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 상기 유도 가열 장치의 출력에 관한 정보에 기초하여 상기 복수의 구동 회로 중 적어도 하나의 구동 회로에 전달되는 교류 구동 전류의 크기를 결정하고, 상기 결정된 교류 구동 전류의 크기에 기초하여 상기 구동 회로에 포함된 스위칭 소자의 개폐 주기를 결정하고, 상기 결정된 개폐 주기에 기초하여 상기 스위칭 소자를 개폐하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서;를 더 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 상기 쿠킹 플레이트에 놓여진 조리 용기의 온도를 감지하도록 구성되는 제1 온도 센서; 및 상기 제1 온도 센서의 출력을 상기 적어도 하나의 프로세서로 전달하도록 구성되는 제1 온도 감지 회로;를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 조리 용기의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하는 경우, 상기 복수의 유도 가열 코일에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감소하는 방향으로 상기 복수의 구동 회로를 제어할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 상기 정류 회로 또는 상기 구동 회로 중 적어도 하나와 접촉하여 마련되는 히트 싱크(heat sink);를 더 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 상기 히트 싱크의 온도를 감지하도록 구성되는 제2 온도 센서; 및 상기 제2 온도 센서의 출력을 상기 적어도 하나의 프로세서로 전달하도록 구성되는 제2 온도 감지 회로;를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 히트 싱크의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하는 경우, 상기 복수의 유도 가열 코일에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감소하는 방향으로 상기 복수의 구동 회로를 제어할 수 있다.
상기 유도 가열 장치는, 상기 쿠킹 플레이트에 놓여진 조리 용기를 검출하도록 구성되는 용기 센서; 및 상기 용기 센서의 출력을 상기 적어도 하나의 프로세서로 전달하도록 구성되는 용기 감지 회로;를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 구동 회로 각각은, 유도 가열 코일에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감지하도록 구성되는 전류 감지 회로;를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 용기 감지 회로 및 상기 전류 감지 회로 중 적어도 하나로부터 전달받은 출력값에 기초하여 상기 복수의 구동 회로 각각에 대응하는 유도 가열 코일에 조리 용기가 올려져 있는지 여부를 결정할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 복수의 구동 회로 각각의 전류 감지 회로로부터 검출된 전류값과 미리 정해진 기준 전류값을 비교하여 상기 복수의 구동 회로 각각에 대응하는 유도 가열 코일에 조리 용기가 올려져 있는지 여부를 결정할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 유저 인터페이스를 통하여 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일 상에 조리 용기가 올려져 있는 경우, 상기 선택된 유도 가열 코일에 교류 구동 전류를 공급하도록 상기 선택된 유도 가열 코일에 대응하는 구동 회로를 제어할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 유저 인터페이스를 통하여 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일 상에 조리 용기가 올려져 있지 않은 경우, 조리 용기가 감지되지 아니함을 나타내는 메시지를 출력하도록 상기 유저 인터페이스를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 쿠킹 플레이트; 상기 쿠킹 플레이트의 아래에 설치되어, 자기장을 생성하도록 구성되는 복수의 유도 가열 코일; 상기 복수의 유도 가열 코일에 각각 연결되어 대응하는 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 복수의 구동 회로; 및 교류 전원을 정류하여 상기 복수의 구동 회로에 상기 정류된 교류 전원을 공급하도록 구성되는 정류 회로;를 포함하고, 상기 복수의 구동 회로 각각은, 상기 정류 회로의 출력 단자에 병렬로 연결되고, 상기 복수의 구동 회로는, 하나의 스위칭 소자를 포함하여 상기 복수의 유도 가열 코일 중 제1 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 제1 구동 회로, 복수의 스위칭 소자를 포함하여 상기 복수의 유도 가열 코일 중 제2 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 제2 구동 회로 및 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하여 상기 복수의 유도 가열 코일 중 제3 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 제3 구동 회로를 포함한다.
일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 의하면, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(printed board assembly, PBA) 상에 복수의 유형의 스위칭 토폴로지로 구성된 복수의 인버터를 포함함으로써, 재료비가 절감되며, 생산성이 향상된 유도 가열 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 외관도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 내부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치가 조리 용기를 가열하는 원리를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함된 유도 가열 코일, 용기 센서 및 온도 센서를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함된 인쇄 기판 어셈블리(printed board assembly, PBA)의 배치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 회로도의 일 예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함된 제1 구동 회로의 제1 인버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 구동 회로의 제2 인버터 회로가 하프 브리지(half bridge)인 경우의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 구동 회로의 제2 인버터 회로가 풀 브리지(full bridge)인 경우의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 유도 가열 장치에 포함된 제2 구동 회로의 개폐 주기에 따른 유도 가열 코일의 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA(field-programmable gate array) / ASIC(application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
각 단계들에 붙여지는 부호는 각 단계들을 식별하기 위해 사용되는 것으로 이들 부호는 각 단계들 상호 간의 순서를 나타내는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 외관도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 내부를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치가 조리 용기를 가열하는 원리를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 유도 가열 장치(1)는, 유도 가열 장치(1)의 외관을 형성하고, 유도 가열 장치(1)를 구성하는 각종 부품이 설치되는 본체(10)를 포함할 수 있다.
본체(10)의 상면에는 조리 용기가 놓여질 수 있는 평판 형상을 갖는 쿠킹 플레이트(11)가 마련될 수 있다. 쿠킹 플레이트(11)는 쉽게 파손되지 않도록 세라믹 글라스(ceramic glass) 등의 강화 유리로 구성될 수 있다.
이 때, 쿠킹 플레이트(11) 상에는 사용자에게 조리 용기가 가열될 수 있는 위치를 안내하는 안내 마크(M1-1, M1-2, M2)가 형성될 수 있다. 이하에서는, 안내 마크(M)의 개수가 세 개에 해당하는 것으로 설명하나, 안내 마크(M)의 개수는, 이에 한정되는 것은 아니며, 둘 이상의 개수이면 제한없이 포함될 수 있다.
또한, 쿠킹 플레이트(11)의 일 측에는 사용자로부터 제어 명령을 수신하고, 사용자에게 유도 가열 장치(1)의 동작 정보를 표시하는 유저 인터페이스(250)가 마련될 수 있다. 다만, 유저 인터페이스(250)의 위치는, 쿠킹 플레이트(11) 상에 한정되는 것은 아니며, 본체(10)의 정면 및/또는 측면 등 다양한 위치에 마련될 수 있다.
도 2를 참조하면, 유도 가열 장치(1)는, 쿠킹 플레이트(11)의 아래에 마련되어, 쿠킹 플레이트(11) 상에 놓여진 조리 용기를 가열하는 복수의 유도 가열 코일(211-1, 211-2, 212; 210) 및 유저 인터페이스(250)를 구현하는 메인 어셈블리(253)를 포함하는 가열층(20)을 포함한다.
이 때, 복수의 유도 가열 코일(210) 각각은, 안내 마크(M1-1, M1-2, M2)에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
구체적으로, 복수의 유도 가열 코일(210)은, 하나의 제1 유도 가열 코일(211-1), 다른 하나의 제1 유도 가열 코일(211-2) 및 하나의 제2 유도 가열 코일(212)을 포함할 수 있다.
이 때, 제1 유도 가열 코일(211)은, 하나의 스위칭 소자를 포함하는 인버터 회로에 의하여 구동될 수 있으며, 제2 유도 가열 코일(212)은, 복수의 스위칭 소자(예: 2개(하프 브리지(half bridge)), 4개(풀 브리지(full bridge)))를 포함하는 인버터 회로에 의하여 구동될 수 있다.
따라서, 제1 유도 가열 코일(211)은, 제2 유도 가열 코일(212)에 비하여 낮은 전력(예: 2.6kW 이하)을 출력할 수 있으며, 제2 유도 가열 코일(212)은, 제1 유도 가열 코일(211)에 비하여 높은 전력(예: 3.6kW 이하)을 출력할 수 있다. 제1 유도 가열 코일(211) 및 제2 유도 가열 코일(212)에 대한 설명은 뒤에서 다시 자세하게 설명하기로 한다.
다만, 도 2는, 두 개의 제1 유도 가열 코일(211)과 하나의 제2 유도 가열 코일(212)이 마련되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 유도 가열 장치(1)는, 적어도 하나의 제1 유도 가열 코일(211) 및 적어도 하나의 제2 유도 가열 코일(212)을 포함할 수 있다.
즉, 유도 가열 장치(1)에 포함되는 제1 유도 가열 코일(211)의 개수 및 제2 유도 가열 코일(212)의 개수 각각은 하나 이상이면 제한없이 포함될 수 있다.
또한, 복수의 유도 가열 코일(210) 각각은, 조리 용기를 가열하기 위한 자기장 및/또는 전자기장을 생성할 수 있다.
예를 들어, 유도 가열 코일(210)에 구동 전류가 공급되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 유도 가열 코일(210)의 주변에 자기장(B)이 유도될 수 있다.
특히, 유도 가열 코일(210)에 시간에 따라 크기와 방향이 변화하는 전류, 즉 교류 전류가 공급되면, 유도 가열 코일(210)의 주변에 시간에 따라 크기와 방향이 변화하는 자기장(B)이 유도될 수 있다.
유도 가열 코일(210) 주변의 자기장(B)은 강화 유리로 구성된 쿠킹 플레이트(11)를 통과할 수 있으며, 쿠킹 플레이트(11) 위에 놓여진 조리 용기(C)에 도달할 수 있다.
시간에 따라 크기와 방향이 변화하는 자기장(B)으로 인하여 조리 용기(C)에는 자기장(B)을 중심으로 회전하는 와전류(eddy current) (EI)가 발생할 수 있다. 이와 같이, 시간적으로 변화하는 자기장(B)으로 인하여 와전류가 발생하는 현상을 전자기 유도 현상이라 한다. 와전류(EI)로 인하여 조리 용기(C)에는 전기 저항 열이 발생할 수 있다. 전기 저항 열은 저항체에 전류가 흐를 때 저항체에 발생하는 열로써, 줄 열(joule heat)이라고도 한다. 이러한 전기 저항 열에 의하여 조리 용기(C)가 가열되며, 조리 용기(C)에 담긴 조리물이 가열될 수 있다.
이처럼, 복수의 유도 가열 코일(210) 각각은, 전자기 유도 현상과 전기 저항 열을 이용하여 조리 용기(C)를 가열할 수 있다.
또한, 가열층(20)은, 쿠킹 플레이트(11)의 일측에 마련된 유저 인터페이스(250)의 하부에 위치하고, 유저 인터페이스(250)를 구현하는 메인 어셈블리(253)를 포함할 수 있다.
메인 어셈블리(253)는, 유저 인터페이스(250)를 구현하기 위한 디스플레이, 스위칭 소자, 집적 회로 소자 등과, 이들이 설치되는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함하는 인쇄 기판 어셈블리(printed board assembly, PBA)일 수 있다.
메인 어셈블리(253)의 위치는, 도 2에 도시된 바에 한정되지 않으며, 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 유저 인터페이스(250)가 본체(10)의 전면에 설치되는 경우, 메인 어셈블리(253)는, 가열층(20)과 별도로 본체(100)의 전면 후방에 배치될 수 있다.
가열층(20)의 아래에는 복수의 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급하기 위한 회로를 구현하는 인쇄 기판 어셈블리(300)를 포함하는 구동층(30)이 마련될 수 있다.
구동층(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300) 및 구동층(30) 내부의 방열을 위한 팬(fan)(320)을 포함할 수 있으며, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)는, 복수의 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급하기 위한 스위칭 소자, 집적 회로 소자 및 소자의 방열을 위한 히트 싱크(heat sink)(310) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)에는, 제1 유도 가열 코일(211)에 구동 전류를 공급하는 적어도 하나의 제1 구동 회로와, 제2 유도 가열 코일(212)에 구동 전류를 공급하는 적어도 하나의 제2 구동 회로와, 복수의 구동 회로 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 전원 공급 회로와, 전원 공급 회로를 통하여 외부로부터 입력된 교류 전원에 포함된 고주파 잡음을 차단하도록 구성되는 EMI(electromagnetic interference) 필터와, 공급된 교류 전원을 정류하도록 구성되는 정류 회로가 설치될 수 있다.
또한, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)는, 조리 용기(C)의 존부를 검출하는 용기 감지 회로와, 조리 용기(C)의 온도 또는 히트 싱크(310)의 온도를 감지하는 온도 감지 회로와, 과전류를 차단하기 위한 보호 회로와, 제1 구동 회로 및 제2 구동 회로 상의 스위칭 소자를 제어하고, 제1 구동 회로 및 제2 구동 회로 상의 전류 감지 회로로부터 출력값을 수신하는 제어부가 설치될 수 있다.
이처럼, 구동 회로, 전원 공급 회로, EMI 필터, 정류 회로, 감지 회로, 보호 회로 및 제어부를 하나의 인쇄 기판 어셈블리에 설치함으로 인하여, 유도 가열 장치(1)의 제조 공정에 있어서 생산성 및 조립성이 향상될 수 있으며, 재료비가 절감될 수 있다.
다시 말해, 구동 회로와, 전원 공급 회로와, EMI 필터와, 정류 회로와, 감지 회로와, 보호 회로와, 적어도 하나의 프로세서 및 적어도 하나의 메모리를 포함하는 제어부를 각각 서로 다른 인쇄 기판 어셈블리로 제작하는 경우보다, 상기 구성들을 하나의 인쇄 기판 어셈블리에 설치하는 것이 인쇄 기판 어셈블리의 개수를 줄일 수 있으며, 서로 다른 인쇄 기판 어셈블리를 연결해야 하는 커넥터 개수를 줄일 수 있어, 생산성 및 조립성이 향상될 수 있고, 재료비가 절감될 수 있다.
즉, 구동 회로와, 전원 공급 회로와, EMI 필터와, 정류 회로와, 감지 회로와, 보호 회로와, 적어도 하나의 프로세서 및 적어도 하나의 메모리를 포함하는 제어부를 각각 서로 다른 인쇄 기판 어셈블리로 제작하는 경우, 장치의 제작에 소요되는 인쇄 기판 어셈블리의 개수가 많고, 복수의 인쇄 기판 어셈블리 사이를 연결해야 하는 커넥터의 개수가 많아져, 장치의 조립성이 떨어지고, 장치의 제작에 필요한 재료비가 높아질 수 있다.
이에 따라, 유도 가열 장치(1)는, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급할 수 있는 스위칭 소자 및 집적 회로를 모두 실장하여, 장치의 조립성 및 생산성을 높일 수 있으며, 장치의 제작에 필요한 재료비를 줄일 수 있다.
즉, 감지 회로, 구동 회로 및 전원 공급 회로 등이 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)에 설치됨으로 인하여, 유도 가열 장치(1)의 제조 및 조립이 용이해지고, 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)는, 하나의 스위칭 소자를 포함하는 제1 구동 회로 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 구동 회로를 모두 포함할 수 있어, 유도 가열 장치(1)의 설계 단계에서 출력 전력의 용량에 맞추어 제1 구동 회로 및 제2 구동 회로의 개수를 조절함으로써, 다양한 출력 전력을 제공하는 유도 가열 코일(210)을 제공할 수 있다.
이 때, 제1 구동 회로 및 제2 구동 회로의 개수는, 각각 제1 유도 가열 코일(211)의 개수 및 제2 유도 가열 코일(212)의 개수에 대응할 수 있다. 즉, 복수의 구동 회로 각각은, 하나의 유도 가열 코일(210)과 전기적으로 연결되어 연결된 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급할 수 있다.
구체적으로, 하나의 제1 구동 회로는, 하나의 제1 유도 가열 코일(211)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 구동 회로는, 하나의 제2 유도 가열 코일(212)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 말해, 유도 가열 장치(1)에 포함된 복수의 구동 회로(150, 160) 각각은 복수의 유도 가열 코일(210) 중 어느 하나에 연결되어 연결된 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급하도록 구성될 수 있다.
이상에서는 유도 가열 장치(1)의 구조 및 기능이 간략히 설명되었다. 이하에서는 유도 가열 장치(1)의 구성 및 각 구성의 기능이 자세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)의 제어 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)에 포함된 유도 가열 코일(210), 용기 센서 및 온도 센서를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)에 포함된 인쇄 기판 어셈블리의 배치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는, 외부 전원으로부터 교류 전원을 인가 받도록 구성되는 전원 공급 회로(110)와, 쿠킹 플레이트(11) 상에 놓여진 조리 용기(C)를 검출하도록 구성되는 용기 감지부(120)와, 쿠킹 플레이트(11) 상에 놓여진 조리 용기(C)의 온도 또는 히트 싱크(310)의 온도를 감지하도록 구성되는 온도 감지부(130)와, 사용자의 입력에 기초하여 유도 가열 장치(1)를 제어하는 제어부(140)와, 제1 유도 가열 코일(211)에 구동 전류를 공급하는 제1 구동 회로(150)와, 제2 유도 가열 코일(212)에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 회로(160)와, 쿠킹 플레이트(11)의 아래에 설치되어, 자기장을 생성하도록 구성되는 복수의 유도 가열 코일(211, 212; 210)과, 사용자로부터 입력을 수신하고, 각종 메시지를 표시하는 유저 인터페이스(250)를 포함할 수 있다.
도 4는, 유도 가열 장치(1)가 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)를 하나만 포함하는 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 유도 가열 장치(1)는, 적어도 하나의 제1 구동 회로(150) 및 적어도 하나의 제2 구동 회로(160)를 포함할 수 있다.
즉, 유도 가열 장치(1)는, 복수의 구동 회로(150, 160)를 포함할 수 있으며, 제1 유도 가열 코일(211) 및 제2 유도 가열 코일(212) 또한 각각 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)의 개수에 대응하는 개수로 마련될 수 있다. 즉, 유도 가열 장치(1)는, 복수의 구동 회로(150, 160)에 대응하는 개수를 갖는 복수의 유도 가열 코일(210)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전원 공급 회로(110)는, 외부 전원으로부터 교류 전원을 인가 받을 수 있으며, 인가된 교류 전원을 구동 회로(150, 160)에 공급할 수 있다.
예를 들어, 전원 공급 회로(110)는, 외부의 교류 전원을 제공 받아 3상 교류 전원으로 변환할 수 있으며, 변환된 교류 전원은, 보호 회로, EMI 필터 및 정류 회로를 거쳐 구동 회로(150, 160)에 공급될 수 있다.
이 때, 전원 공급 회로(110)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 구동층(30)에 마련된 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 설치될 수 있다.
일 실시예에 따른 용기 감지부(120)는, 쿠킹 플레이트(11) 상에 놓여진 조리 용기(C)를 감지할 수 있다.
용기 감지부(120)는, 조리 용기(C)의 위치를 감지하기 위한 복수의 용기 센서(121)와, 용기 센서(121)의 출력을 처리하고 조리 용기(C)의 위치에 관한 정보를 제어부(140)로 출력하는 용기 감지 회로(122)를 포함할 수 있다.
복수의 용기 센서(121) 각각은, 복수의 유도 가열 코일(210)의 인근에 설치되며, 인근의 유도 가열 코일(210) 상에 위치하는 조리 용기(C)를 검출할 수 있다. 예를 들어, 용기 센서(121)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 유도 가열 코일(210)의 중심에 위치할 수 있으며, 유도 가열 코일(210)의 중심과 중첩되어 위치하는 조리 용기(C)를 검출할 수 있다. 다만, 용기 센서(121)의 위치는, 도 5에 도시된 바에 한정되지 않으며, 유도 가열 코일(210)의 인근 어디라도 설치될 수 있다.
용기 센서(121)는, 조리 용기(C)를 검출하기 위한 정전용량 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 용기 센서(121)는, 조리 용기(C)에 의한 정전용량의 변화를 감지할 수 있다. 다만, 용기 센서(121)는, 정전용량 센서에 한정되지 않으며, 적외선 센서, 무게 센서, 마이크로 스위치, 멤브레인 스위치 등 쿠킹 플레이트(11)에 놓여진 조리 용기(C)를 검출할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
용기 센서(121)는, 조리 용기(C)의 검출에 관한 정보를 용기 감지 회로(122)로 출력할 수 있다.
용기 감지 회로(122)는, 복수의 용기 센서(121)로부터 조리 용기(C)의 검출 결과를 수신하고, 검출 결과에 따라 조리 용기(C)가 놓여진 위치, 구체적으로 조리 용기(C)와 중첩되는 유도 가열 코일(210)을 판단할 수 있다.
용기 감지 회로(122)는, 복수의 용기 센서(121)로부터 검출 결과를 순서대로 수신하기 위한 멀티플렉서(multiplexer)와, 복수의 용기 센서(121)의 검출 결과를 처리하기 위한 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함할 수 있다.
또한, 용기 감지 회로(122)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 구동층(30)에 위치하는 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)에 설치될 수 있다.
용기 감지 회로(122)는, 복수의 용기 센서(121)의 검출 결과를 처리한 용기 위치 데이터를 제어부(140)로 출력할 수 있다.
이처럼, 용기 감지부(120)는, 조리 용기(C)와 중첩되는 유도 가열 코일(210)을 판단할 수 있으며, 감지 결과를 제어부(140)로 출력할 수 있다. 이 때, 제어부(140)는, 용기 감지부(120)의 감지 결과를 기초로 조리 용기(C)의 위치를 표시하도록 유저 인터페이스(250)를 제어할 수 있으며, 조리 용기(C)와 중첩되는 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급하도록 대응하는 구동 회로(150, 160)를 제어할 수도 있다.
선택적으로, 용기 감지부(120)는, 생략될 수 있으며, 제어부(140)는, 직접 조리 용기(C)와 중첩된 유도 가열 코일(210)을 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)는, 조리 용기(C)의 접근에 의한 유도 가열 코일(210)의 인덕턴스 변화를 기초로 조리 용기(C)와 중첩된 유도 가열 코일(210)을 판단할 수 있다.
제어부(140)는, 미리 정해진 시간 마다 조리 용기(C)를 감지하기 위한 감지 신호를 복수의 유도 가열 코일(210)에 출력하도록 복수의 구동 회로(150, 160)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(140)는, 감지 신호에 의하여 복수의 유도 가열 코일(210) 각각에 흐르는 전류를 감지하도록 복수의 구동 회로(150, 160)의 전류 감지 회로(152, 162)를 제어할 수 있다.
조리 용기(C)와 중첩된 유도 가열 코일(210)의 인덕턴스와 조리 용기(C)에 의하여 점유되지 아니한 유도 가열 코일(210)의 인덕턴스는 서로 상이하다. 예를 들어, 조리 용기(C)와 중첩된 유도 가열 코일(210)의 인덕턴스가 조리 용기(C)에 의하여 점유되지 아니한 유도 가열 코일(210)의 인덕턴스보다 크다. 이는 코일의 인덕턴스는 주변(특히 코일의 중심)의 매질의 투자율에 비례하는데 통상적으로 조리 용기(C)의 투자율은 공기의 투자율보다 크기 때문이다.
또한, 조리 용기(C)와 중첩된 유도 가열 코일(210)에 흐르는 교류 전류는 조리 용기(C)에 의하여 점유되지 아니한 유도 가열 코일(210)에 흐르는 교류 전류보다 작다.
따라서, 제어부(140)는, 유도 가열 코일(210)에 흐르는 교류 전류의 크기를 측정하고, 측정된 전류의 크기와 기준 전류 크기를 비교함으로써, 조리 용기(C)와 중첩된 유도 가열 코일(210)을 판단할 수 있다. 구체적으로, 측정된 전류의 크기가 기준 전류 크기보다 작으면 제어부(140)는, 유도 가열 코일(210)이 조리 용기(C)와 중첩된 것으로 판단할 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며 유도 가열 장치(1)는, 유도 가열 코일(210)에 흐르는 교류 전류의 주파수, 위상 등을 측정함으로써 조리 용기(C)와 중첩된 유도 가열 코일(210)을 판단할 수 있다.
일 실시예에 따른 온도 감지부(130)는, 쿠킹 플레이트(11) 상에 놓여진 조리 용기(C)의 온도 또는 히트 싱크(310)의 온도를 감지할 수 있다.
조리 용기(C)는, 유도 가열 코일(210)에 의하여 가열되며, 재질에 따라 과열될 수 있다. 따라서, 안전한 동작을 위하여 유도 가열 장치(1)는, 쿠킹 플레이트(11)에 놓여진 조리 용기(C)의 온도를 감지하고, 조리 용기(C)가 과열되면 유도 가열 코일(210)의 동작을 차단할 수 있다.
이를 위해, 온도 감지부(130)는, 조리 용기(C)의 온도를 감지하기 위한 복수의 제1 온도 센서(131-1)와, 제1 온도 센서(131-1)의 출력을 처리하고 조리 용기(C)의 온도에 관한 정보를 제어부(140)로 출력하는 제1 온도 감지 회로(132-1)를 포함할 수 있다.
복수의 제1 온도 센서(131-1) 각각은, 복수의 유도 가열 코일(210)의 인근에 설치되며, 유도 가열 코일(211)에 의하여 가열되는 조리 용기(C)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 온도 센서(131-1)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 유도 가열 코일(21)의 중심에 위치할 수 있으며, 조리 용기(C)의 온도를 직접 측정하거나 조리 용기(C)의 온도를 추정할 수 있는 쿠킹 플레이트(11)의 온도를 측정할 수 있다. 다만, 제1 온도 센서(131-1)의 위치는, 도 5에 도시된 바에 한정되지 않으며, 유도 가열 코일(210)의 인근 어디라도 설치될 수 있다.
제1 온도 센서(131-1)는, 온도에 따라 전기적 저항값이 변화하는 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다.
제1 온도 센서(131-1)는, 조리 용기(C)의 온도를 나타내는 신호를 제1 온도 감지 회로(132-1)로 출력할 수 있다.
제1 온도 감지 회로(132-1)는, 복수의 제1 온도 센서(131-1)로부터 조리 용기(C)의 온도를 나타내는 신호를 수신하고, 수신된 신호로부터 조리 용기(C)의 온도를 판단할 수 있다.
제1 온도 감지 회로(132-1)는, 복수의 제1 온도 센서(131-1)로부터 온도를 나타내는 신호를 순서대로 수신하기 위한 멀티플렉서와, 온도를 나타내는 신호를 디지털 온도 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(analog-digital converter, ADC)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 온도 감지 회로(132-1)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 구동층(30)에 마련된 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 설치될 수 있다.
제1 온도 감지 회로(132-1)는, 복수의 제1 온도 센서(131-1)가 출력한 조리 용기(C)의 온도를 나타내는 신호를 처리하고, 온도 데이터를 제어부(140)로 출력할 수 있다.
이처럼, 온도 감지부(130)는, 조리 용기(C)의 온도를 감지하고, 감지 결과를 제어부(140)로 출력할 수 있다. 제어부(140)는, 온도 감지부(130)의 감지 결과를 기초로 조리 용기(C)의 과열 여부를 판단하고, 조리 용기(C)의 과열이 감지되면 조리 용기(C)의 가열을 중단할 수 있다.
또한, 히트 싱크(310)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 인쇄 기판 어셈블리(300)에 마련되어, 교류 전원을 정류하는 정류 회로(190) 및 구동 회로(150, 160) 상의 스위칭 소자에서 발생한 열을 방열함에 따라 과열될 수 있다.
구체적으로, 정류 회로(190) 및 구동 회로(150, 160)는, 출력 전력의 크기에 따라 과열될 수 있으며, 이에 따라, 정류 회로(190) 및 구동 회로(150, 160)를 방열하는 히트 싱크(310) 역시 과열될 수 있다.
따라서, 안전한 동작을 위하여 유도 가열 장치(1)는, 히트 싱크(310)의 온도를 감지하고, 히트 싱크(310)가 과열되면 유도 가열 코일(210)의 동작을 차단할 수 있다.
이를 위해, 온도 감지부(130)는, 히트 싱크(310)의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 제2 온도 센서(131-2)와, 제2 온도 센서(131-2)의 출력을 처리하고 히트 싱크(310)의 온도에 관한 정보를 제어부(140)로 출력하는 제2 온도 감지 회로(132-2)를 포함할 수 있다.
제2 온도 센서(131-2)는, 히트 싱크(310)의 인근에 설치되며, 히트 싱크(310)의 온도를 측정할 수 있다. 이를 위해, 제2 온도 센서(131-2)는, 온도에 따라 전기적 저항값이 변화하는 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다.
제2 온도 센서(131-2)는, 히트 싱크(310)의 온도를 나타내는 신호를 제2 온도 감지 회로(132-2)로 출력할 수 있다.
제2 온도 감지 회로(132-2)는, 제2 온도 센서(131-2)로부터 히트 싱크(310)의 온도를 나타내는 신호를 수신하고, 수신된 신호로부터 히트 싱크(310)의 온도를 판단할 수 있다. 이 때, 제2 온도 감지 회로(132-2)는, 온도를 나타내는 신호를 디지털 온도 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함할 수 있다.
또한, 제2 온도 감지 회로(132-1)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 구동층(30)에 마련된 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 설치될 수 있다.
제2 온도 감지 회로(132-2)는, 제2 온도 센서(131-2)가 출력한 히트 싱크(310)의 온도를 나타내는 신호를 처리하고, 온도 데이터를 제어부(140)로 출력할 수 있다.
이처럼, 온도 감지부(130)는, 히트 싱크(310)의 온도를 감지하고, 감지 결과를 제어부(140)로 출력할 수 있다. 제어부(140)는, 온도 감지부(130)의 감지 결과를 기초로 히트 싱크(310)의 과열 여부를 판단하고, 히트 싱크(310)의 과열이 감지되면 유도 가열 코일(210)의 동작을 차단할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(140)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 수신되는 사용자 입력에 따라 유도 가열 장치(1)의 동작을 총괄 제어할 수 있으며, 적어도 하나의 프로세서(141) 및 적어도 하나의 메모리(142)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 적어도 하나의 프로세서(141)는, 유저 인터페이스(250)로부터 수신된 출력 레벨에 따라 유도 가열 코일(210)의 자기장의 세기를 제어하기 위한 출력 제어 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 사용자로부터 입력된 복수의 유도 가열 코일(210) 중 제어의 대상으로 선택된 유도 가열 코일(210)에 대한 정보를 수신할 수 있다.
이 때, 선택된 유도 가열 코일(210)은, 상대적으로 출력 전력이 낮은 제1 유도 가열 코일(211) 중 상대적으로 출력 전력이 높은 제2 유도 가열 코일(212) 적어도 하나에 해당할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 사용자로부터 입력된 선택된 유도 가열 코일(210)에 대한 출력 레벨에 대한 정보를 수신할 수 있다.
이 때, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 사용자가 입력한 출력 레벨로부터 유도 가열 코일(210)이 출력하는 자기장의 세기(또는 유도 가열 장치(1)의 출력 전력)를 판단할 수 있다. 이를 위해, 제어부(140)의 적어도 하나의 메모리(142)에는 사용자의 출력 레벨 및 출력 레벨에 대응하는 유도 가열 장치(1)의 출력 전력을 포함하는 룩업 테이블(lookup table)이 저장될 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(141)는, 룩업 테이블을 이용하여 사용자가 입력한 출력 레벨로부터 유도 가열 장치(1)의 출력 전력을 판단할 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(141)는, 유도 가열 장치(1)의 출력 레벨을 나타내는 출력 제어 신호로부터 제1 구동 회로(150)에 포함된 제1 인버터 회로(151)의 스위칭 소자 또는 제2 구동 회로(160)에 포함된 제2 인버터 회로(161)의 스위칭 소자의 개폐 주기(턴온/턴오프 주파수)를 산출할 수 있으며, 산출된 개폐 주기에 따라 스위칭 소자를 턴온/턴오프하기 위한 구동 제어 신호를 생성할 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(141)는, 구동 제어 신호를 제1 구동 회로(150) 또는 제2 구동 회로(160)에 송신함으로써, 각 구동 회로(150, 160)에 포함된 스위칭 소자를 제어할 수 있으며, 이를 통하여, 각 구동 회로(150, 160)가 구동 전류를 유도 가열 코일(210)에 공급하도록 제어할 수 있다.
즉, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 사용자로부터 유저 인터페이스(250)를 통하여 사용자로부터 입력된 유도 가열 장치(1)의 출력에 관한 정보(예: 복수의 유도 가열 코일(210) 중 제어의 대상으로 선택된 유도 가열 코일(210)에 대한 정보, 선택된 유도 가열 코일(210)에 대한 출력 레벨에 대한 정보)에 기초하여 복수의 구동 회로(150, 160) 중 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일(210)에 대응하는 적어도 하나의 구동 회로의 교류 구동 전류의 크기를 결정할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 결정된 교류 구동 전류의 크기에 기초하여 상기 적어도 하나의 구동 회로에 포함된 스위칭 소자의 개폐 주기를 결정하고, 결정된 개폐 주기에 기초하여 상기 적어도 하나의 구동 회로에 포함된 각각의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 적어도 하나의 프로세서(141)는, 조리 용기(C) 또는 히트 싱크(310)의 온도에 따라 구동 회로(150, 160)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 과열 방지 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 제1 온도 감지 회로(132-1)의 출력값에 기초하여 조리 용기(C)의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하는 경우, 복수의 유도 가열 코일(210)에 공급되는 구동 전류의 크기를 감소하는 방향으로 복수의 구동 회로(150, 160)를 제어할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 제2 온도 감지 회로(132-2)의 출력값에 기초하여 히트 싱크(310)의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하는 경우, 복수의 유도 가열 코일(210)에 공급되는 구동 전류의 크기를 감소하는 방향으로 복수의 구동 회로(150, 160)를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 적어도 하나의 프로세서(141)는, 조리 용기(C)가 유저 인터페이스(250)를 통하여 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일(210) 상에 올려져 있는지 여부에 기초하여 복수의 구동 회로(150, 160)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 용기 감지 회로(122) 및 전류 감지 회로(152, 162) 중 적어도 하나로부터 전달받은 출력값에 기초하여 복수의 구동 회로(150, 160) 각각에 대응하는 유도 가열 코일(210)에 조리 용기(C)가 올려져 있는지 여부를 결정할 수 있다.
이 때, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 복수의 구동 회로(150, 160) 각각의 전류 감지 회로(152, 162)로부터 검출된 전류값과 미리 정해진 기준 전류값을 비교하여 복수의 구동 회로(150, 160) 각각에 대응하는 유도 가열 코일(210)에 조리 용기가 올려져 있는지 여부를 결정할 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(141)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일(210) 상에 조리 용기(C)가 올려져 있는 경우, 선택된 유도 가열 코일(210)에 교류 구동 전류를 공급하도록 선택된 유도 가열 코일(210)에 대응하는 구동 회로를 제어할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일(210) 상에 조리 용기(C)가 올려져 있지 않은 경우, 조리 용기(C)가 감지되지 아니함을 나타내는 메시지를 출력하도록 유저 인터페이스(250)를 제어할 수도 있다.
이를 위해, 적어도 하나의 프로세서(141)는, 각종 논리 회로와 연산 회로를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 메모리(142)로부터 제공된 프로그램에 따라 데이터를 처리하고 처리 결과에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.
적어도 하나의 메모리(142)는, 유도 가열 장치(1)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램과 제어 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 메모리(142)는, 유저 인터페이스(250)로부터 수신되는 사용자 입력과, 용기 감지부(120)로부터 수신되는 조리 용기(C)의 위치 데이터와, 온도 감지부(130)로부터 수신되는 조리 용기(C) 또는 히트 싱크(310)의 온도 데이터 및 구동 회로(150, 160)의 전류 감지 회로(152, 162)가 측정한 전류값 등을 일시적으로 기억할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 메모리(142)는, 적어도 하나의 프로세서(141)의 제어 신호에 따라 제어 프로그램 및/또는 제어 데이터를 적어도 하나의 프로세서(141)에 제공하거나, 사용자 입력, 조리 용기(C)의 위치 데이터 및/또는 조리 용기(C) 또는 히트 싱크(310)의 온도 데이터 등을 적어도 하나의 프로세서(141)에 제공할 수 있다.
이를 위해, 적어도 하나의 메모리(142)는, 데이터를 일시적으로 기억할 수 있는 S-RAM(static random access memory), D-RAM(dynamic random access memory) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있으며, 구동 프로그램 및/또는 구동 데이터를 장기간 저장할 수 있는 ROM(read only memory), EPROM(erasable programmable read only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read only memory), 플래시 메모리(flash memory) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(141) 및 적어도 하나의 메모리(142)는, 각각 별도의 집적 회로(integrated circuit, ic)로 구현되거나, 일체로 하나의 집적 회로로 구현될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(141) 및 적어도 하나의 메모리(142)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 구동층(30)에 마련되는 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 설치될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제1 구동 회로(150) 및 적어도 하나의 제2 구동 회로(160)는, 적어도 하나의 프로세서(141) 및 적어도 하나의 메모리(142)를 공유할 수 있다. 다시 말해, 적어도 하나의 프로세서(141) 및 적어도 하나의 메모리(142)에 의하여 적어도 하나의 제1 구동 회로(150) 및 적어도 하나의 제2 구동 회로(160)의 동작이 제어될 수 있다.
이처럼, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)는, 제어부(140)의 제어에 따라 복수의 유도 가열 코일(210)에 선택적으로 구동 전류를 공급할 수 있다.
즉, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)는, 외부 전원으로부터 전력을 공급받고, 제어부(140)의 구동 제어 신호에 따라 유도 가열 코일(210)에 전류를 공급할 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 구동 회로(150)는, 제어부(140)의 제어에 따라, 전원 공급 회로(110)를 통하여 공급된 전력을 이용하여 제1 유도 가열 코일(211)에 교류 구동 전류를 공급할 수 있다.
이를 위해, 제1 구동 회로(150)는, 제1 유도 가열 코일(211)로의 구동 전류를 공급하거나 차단하는 제1 인버터 회로(151)를 포함할 수 있다.
이 때, 제1 인버터 회로(151)는, 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 제어부(140)의 제어에 따라 스위칭 소자를 턴오프하여 제1 유도 가열 코일(211)로의 구동 전류 공급을 차단하거나, 스위칭 소자의 개폐 주기를 제어하여 제1 유도 가열 코일(211)에 공급되는 전류의 크기를 다르게 할 수 있다.
즉, 제1 인버터 회로(151)는, 하나의 스위칭 소자를 이용하여 제1 유도 가열 코일(211)에 구동 전류를 공급하는 싱글 스위칭 토폴로지(single ended) 회로에 해당할 수 있다.
구체적으로, 제1 인버터 회로(151)는, 제1 유도 가열 코일(211)과 병렬로 연결된 하나의 공진 캐패시터와, 공진 캐패시터 측 노드와 접지측 노드 사이에 마련되어 공진 캐패시터와 직렬로 연결되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제2 구동 회로(160)는, 제어부(140)의 제어에 따라, 전원 공급 회로(110)를 통하여 공급된 전력을 이용하여 제2 유도 가열 코일(212)에 교류 구동 전류를 공급할 수 있다.
이를 위해, 제2 구동 회로(160)는, 제2 유도 가열 코일(212)로의 구동 전류를 공급하거나 차단하는 제2 인버터 회로(161)를 포함할 수 있다.
이 때, 제2 인버터 회로(161)는, 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 제어부(140)의 제어에 따라 복수의 스위칭 소자 각각의 턴온/턴오프를 제어하여 제1 유도 가열 코일(211)에 공급되는 전류의 크기 및 방향을 다르게 할 수 있다.
즉, 제2 인버터 회로(161)는, 두 개의 스위칭 소자를 이용하여 제2 유도 가열 코일(212)에 구동 전류를 공급하는 하프 브리지 회로에 해당할 수 있으며, 네 개의 스위칭 소자를 이용하여 제2 유도 가열 코일(212)에 구동 전류를 공급하는 풀 브리지 회로에 해당할 수도 있다.
구체적으로, 제2 인버터 회로(161)는, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자 및 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터를 포함하는 하프 브리지 형태의 회로 또는 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자 및 서로 직렬로 연결된 다른 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 풀 브리지 형태의 회로에 해당할 수 있다.
제2 인버터 회로(161)가 하프 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우, 제2 인버터 회로(161)에서의 한 쌍의 스위칭 소자는, 한 쌍의 캐패시터와 병렬로 연결되고, 제2 유도 가열 코일(212)은, 양단 중 일단이 한 쌍의 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 양단 중 타단이 한 쌍의 캐패시터가 직렬로 연결되는 노드에 연결된다.
또한, 제2 인버터 회로(161)가 풀 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우, 제2 인터버 회로(161)에서의 한 쌍의 스위칭 소자는, 다른 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬로 연결되고, 제2 유도 가열 코일(212)은, 양단 중 일단이 한 쌍의 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 양단 중 타단이 다른 한 쌍의 캐패시터가 직렬로 연결되는 노드에 연결된다.
이와 같이, 제2 인버터 회로(161)는, 제1 인버터 회로(151)와 달리 복수의 스위칭 소자를 사용하여 보다 높은 전력을 유도 가열 코일(210)에 공급할 수 있다.
따라서, 제1 유도 가열 코일(211)은, 제2 유도 가열 코일(212)에 비하여 낮은 전력(예: 2.6kW 이하)을 출력할 수 있으며, 제2 유도 가열 코일(212)은, 제1 유도 가열 코일(211)에 비하여 높은 전력(예: 3.6kW 이하)을 출력할 수 있다.
이 때, 각 인버터 회로(151, 152)에 포함된 각각의 스위칭 소자는, 20kHz 내지 70kHz의 고속으로 턴온/턴오프되므로, 스위칭 소자는 응답속도가 빠른 3단자 반도체 소자 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자는 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT), 사이리스터(thyristor) 등을 포함할 수 있다.
제어부(140)의 제어에 따른 제1 인버터 회로(151) 및 제2 인버터 회로(161)의 동작에 대하여는 뒤에서 다시 자세하게 설명하기로 한다.
또한, 제1 구동 회로(150)는, 제1 인버터 회로(151)로부터 출력되는 전류를 측정하는 제1 전류 감지 회로(152)를 포함할 수 있으며, 제2 구동 회로(160) 역시 제2 인버터 회로(161)로부터 출력되는 전류를 측정하는 제2 전류 감지 회로(162)를 포함할 수 있다.
즉, 전류 감지 회로(152, 162)는, 유도 가열 코일(210)에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감지할 수 있다.
유도 가열 장치(1)의 자기장에 의하여 조리 용기(C)가 생성하는 열량을 조절하기 위하여, 사용자는 유저 인터페이스(250)를 통하여 유도 가열 장치(1)의 출력을 제어할 수 있다. 이때, 유도 가열 코일(210)이 출력하는 자기장(B)의 세기에 따라 조리 용기(C)가 생성하는 열량이 제어되며, 유도 가열 코일(210)에 공급되는 전류의 크기에 따라 유도 가열 코일(210)이 출력하는 자기장의 세기가 제어될 수 있다. 따라서, 유도 가열 장치(1)는 조리 용기(C)가 생성하는 열량을 제어하기 위하여 유도 가열 코일(210)에 공급되는 전류의 크기를 제어할 수 있으며, 유도 가열 코일(210)에 공급되는 전류의 크기를 제어하기 위하여 유도 가열 코일(210)에 공급되는 전류의 크기 즉 인버터 회로(151, 161)로부터 출력되는 전류의 크기를 측정할 수 있다.
이 때, 전류 감지 회로(152, 162)는 다양한 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전류 감지 회로(152, 162)는 유도 가열 코일(210)로 전류를 공급하는 전선의 주변에 생성되는 자기장의 세기를 측정하기 위한 홀 센서를 포함할 수 있으며, 홀 센서가 측정한 자기장의 세기를 기초로 인버터 회로(151, 161)로부터 출력되는 전류의 크기를 산출할 수 있다.
제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160) 각각은, 도 6에 도시된 바와 같이, 구동층(30)에 마련된 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 설치될 수 있다.
또한, 도 4에서는, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)가 각각 하나로 마련된 것으로 도시하였으나, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160) 각각의 개수는 이에 한정되지 않으며, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)는 각각 하나 이상의 개수로 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 유도 가열 장치(1)는, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 하나의 제1 구동 회로(150-1) 및 다른 하나의 제1 구동 회로(150-2)를 포함하여 총 두 개의 제1 구동 회로(150)가 마련될 수 있으며, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 하나의 제2 구동 회로(160)가 마련될 수 있다.
각각의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)는, 하나의 유도 가열 코일(210)과 전기적으로 연결되어, 연결된 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급할 수 있으므로, 이 경우, 유도 가열 장치(1)는, 제1 구동 회로(150-1, 150-2)로 구동되는 두 개의 화구 및 제2 구동 회로(160)로 구동되는 하나의 화구를 포함하여, 총 세 개의 화구를 포함하는 3구 유도 가열 장치에 해당할 수 있다.
다만, 상기 예는, 일 실시예에 불과할 뿐, 제1 구동 회로(150)가 하나로 마련되며, 제2 구동 회로(160)가 두 개로 마련될 수도 있다. 또한, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160) 각각이 하나로 마련될 수도 있으며, 각각 두 개로 마련될 수도 있다.
이처럼, 유도 가열 장치(1)는, 적어도 하나의 제1 구동 회로(150) 및 적어도 하나의 제2 구동 회로(160)를 포함할 수 있다. 즉, 유도 가열 장치(1)에 포함되는 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)는, 하나 이상의 개수이면 그 제한이 없다.
즉, 유도 가열 장치(1)는, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 스위칭 토폴로지를 달리하는 구동 회로가 복수로 마련될 수 있으며, 유도 가열 장치(1)의 설계 단계에서 출력 전력의 용량에 맞추어 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)의 개수를 조절함으로써, 다양한 출력 전력을 제공하는 유도 가열 코일(210)을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 복수의 유도 가열 코일(210)은, 앞서 설명한 바와 같이, 쿠킹 플레이트(11) 상에 놓여진 조리 용기(C)를 가열하기 위한 자기장 및/또는 전자기장을 생성할 수 있다.
이 때, 복수의 유도 가열 코일(210)은, 적어도 하나의 제1 유도 가열 코일(211)을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 제2 유도 가열 코일(212)을 포함할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 달리, 유도 가열 장치(1)에 포함되는 제1 유도 가열 코일(211)의 개수 및 제2 유도 가열 코일(212)의 개수 각각은 하나 이상이면 제한없이 포함될 수 있다.
제1 유도 가열 코일(211)은, 하나의 스위칭 소자를 포함하는 제1 구동 회로(150)로부터 구동 전류를 공급받을 수 있으며, 제2 유도 가열 코일(212)은, 복수의 스위칭 소자(예: 2개(하프 브리지), 4개(풀 브리지))를 포함하는 제2 구동 회로(160)에 의하여 구동될 수 있다.
따라서, 제1 유도 가열 코일(211)은, 제2 유도 가열 코일(212)에 비하여 낮은 전력(예: 2.6kW 이하)을 출력할 수 있으며, 제2 유도 가열 코일(212)은, 제1 유도 가열 코일(211)에 비하여 높은 전력(예: 3.6kW 이하)을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 유저 인터페이스(250)는, 본체(10)의 전면에 마련되어 사용자로부터 전원의 입력, 동작의 개시/정지 등의 제어 명령뿐만 아니라, 각각의 유도 가열 코일(210)이 생성하는 자기장의 세기를 조절하기 위한 출력 레벨 선택 명령을 입력 받을 수 있다.
출력 레벨은, 각각의 유도 가열 코일(210)이 생성하는 자기장의 세기를 이산적으로(discretely) 구분한 것이다. 자기장의 세기는, 유도 가열 코일(210)에 인가되는 전류의 세기에 상응하므로, 출력 레벨은, 유도 가열 코일(210)에 인가되는 전류의 세기를 이산적으로 구분한 것일 수 있다.
출력 레벨은, 복수의 레벨로 구분될 수 있으며, 예를 들어 레벨 0 내지 레벨 10로 구분될 수 있다. 이 경우, 출력 레벨이 높을수록, 즉 출력 레벨이 레벨 10에 가까울수록 유도 가열 코일(210)이 상대적으로 큰 자기장을 생성하도록 설정될 수 있으며, 이에 따라 조리 용기(C)는 보다 신속하게 가열될 수 있다. 물론 설계자의 선택에 따라서 출력 레벨이 낮을수록 유도 가열 코일(210)이 더 작은 자기장을 생성하도록 설정되는 것도 가능하다.
각각의 레벨은, 인가되는 전류의 크기를 등간격으로 분할하여 정의된 것일 수 있다. 다시 말해서 각각의 레벨 사이의 전류의 차이는 동일할 수 있다.
예를 들어, 레벨0은 인가되는 전류가 0A이고, 레벨 1 내지 레벨 10 각각에 대응하는 전류의 차이는 1.6A로 정의될 수 있다. 이 경우 레벨 10은 16A로 정의될 수 있을 것이다. 물론 설계자의 선택에 따라서 각 레벨 사이의 전류의 차이는 임의적으로 정의될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 각 레벨 사이의 전류의 차이는 동일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 레벨 사이의 전류의 차이 중 일부는, 다른 레벨 사이의 전류의 차이보다 더 클 수도 있다.
유저 인터페이스(250)는, 사용자에게 조리 장치의 동작 상태를 표시하는 디스플레이(251) 및 사용자로부터 각종 제어 명령을 입력 받을 수 있는 입력 장치(252)를 포함할 수 있다.
디스플레이(251)는, 예를 들어, 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 또는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 등을 채용하여 구현된 것일 수 있다.
입력 장치(252)는, 물리 버튼, 터치 버튼, 터치 패드, 노브, 조그 셔틀, 조작 스틱, 트랙볼 및 트랙 패드 등 다양한 입력 수단을 이용하여 구현된 것일 수 있다.
또한, 유저 인터페이스(250)는, 디스플레이(251) 및 입력 장치(252)가 일체형으로 구현된 터치 스크린 패널(touch screen panel, TSP)을 포함할 수도 있다.
유저 인터페이스(250)는, 입력 장치(252)를 통하여, 유도 가열 장치(1)의 전체적인 전원을 온/오프하는 사용자의 제어 명령을 입력 받을 수 있다.
또한, 유저 인터페이스(250)는, 입력 장치(252)를 통하여, 유도 가열 장치(1)에 마련된 복수의 유도 가열 코일(210) 중 제어할 유도 가열 코일에 대한 선택을 입력 받을 수 있다. 구체적으로, 사용자는, 입력 장치(252)를 통하여 상대적으로 출력 전력이 높은 제2 유도 가열 코일(212)에 대한 선택을 입력할 수 있으며, 상대적으로 출력 전력이 낮은 제1 유도 가열 코일(211)에 대한 선택을 입력할 수도 있다.
또한, 유저 인터페이스(250)는, 입력 장치(252)를 통하여, 선택된 유도 가열 코일(210)의 출력 레벨을 입력할 수 있다. 구체적으로, 사용자는 제어할 유도 가열 코일(210)을 선택하고, 해당 유도 가열 코일(210)의 출력을 증가시키거나 감소시키는 제어 명령을 입력할 수 있다.
또한, 유저 인터페이스(250)는, 제어부(140)의 제어에 기초하여, 디스플레이(251)를 통하여, 해당 유도 가열 코일(210)의 입력된 출력 레벨을 사용자가 인지할 수 있도록 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는, 유선 또는 무선으로 네트워크와 연결되어 다른 전자 장치나 서버 등과 통신을 수행하도록 구성되는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신부는, 홈 서버를 통해 연결된 서버나 가정 내의 다른 전자 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 통신부는 홈 서버의 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
통신부는 네트워크를 통해 원격 조정과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, 다른 전자 장치의 동작과 관련된 정보 등을 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부는 서버로부터 사용자의 생활 패턴에 대한 정보를 수신하여 유도 가열 장치(1)의 동작에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부는 가정 내의 서버나 리모컨뿐만 아니라, 사용자 장치(예: 휴대용 단말)와 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
즉, 통신부는 유선 또는 무선으로 네트워크와 연결되어 서버, 리모컨, 사용자 장치 또는 다른 전자 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다.
이를 위해, 통신부는 외부 다른 전자 장치와 통신하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부는 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈은, 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈일 수 있다. 근거리 통신 기술로는 무선 랜(wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스TM, 지그비(zigbee)TM, WFD(Wi-Fi direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(infrared data association, IrDA), BLE(bluetooth low energy) 또는 NFC(near field communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유선 통신 모듈은, 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미한다. 유선 통신 기술은 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷(ethernet) 케이블 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무선 통신 모듈은, 무선 통신망 상에서 기지국, 외부의 사용자 장치, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 무선 신호는 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
이상에서는 유도 가열 장치(1)에 포함된 구성들 및 각 구성들의 기능이 설명되었다. 이하에서는 유도 가열 장치(1)에 포함된 인쇄 기판 어셈블리(300)에 대하여 자세하게 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 구동층(30)에는, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)와 구동층(30) 내부의 방열을 위한 팬(320)이 마련될 수 있다. 이 때, 팬(320)의 개수 및 위치는, 도 6에 한정되지 않으며, 실시예에 따라 다양한 개수로 다양한 위치에 마련될 수 있다.
인쇄 기판 어셈블리(300)는, 유도 가열 장치(1)를 구동하기 위한 각종 구성을 포함할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 유도 가열 장치(1)의 전원 공급 회로(110), 용기 감지 회로(122), 제1 온도 감지 회로(132-1), 제2 온도 감지 회로(132-2), 제어부(140), 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160) 각각은, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 실장되어 설치될 수 있다.
이 때, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 제1 구동 회로(150-1) 및 다른 하나의 제1 구동 회로(150-2)를 포함하여 총 두 개의 제1 구동 회로(150)가 마련될 수 있으며, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 하나의 제2 구동 회로(160)가 마련될 수 있다.
각각의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)는, 하나의 유도 가열 코일(210)과 전기적으로 연결되어, 연결된 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급할 수 있으므로, 이 경우, 유도 가열 장치(1)는, 제1 구동 회로(150-1, 150-2)로 구동되는 두 개의 화구 및 제2 구동 회로(160)로 구동되는 하나의 화구를 포함하여, 총 세 개의 화구를 포함하는 3구 유도 가열 장치에 해당할 수 있다.
다만, 상기 예는, 일 실시예에 불과할 뿐, 제1 구동 회로(150)가 하나로 마련되며, 제2 구동 회로(160)가 두 개로 마련될 수도 있다. 또한, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160) 각각이 하나로 마련될 수도 있으며, 각각 두 개로 마련될 수도 있다.
이처럼, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에는, 적어도 하나의 제1 구동 회로(150) 및 적어도 하나의 제2 구동 회로(160)가 설치될 수 있다. 즉, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 마련되는 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)는, 하나 이상의 개수이면 그 제한이 없다.
또한, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에는, 보호 회로(170), EMI 필터(180) 및 정류 회로(190)가 설치될 수 있다.
일 실시예에 따른 보호 회로(170)는, 전원 공급 회로(110) 및 EMI 필터(180) 사이에 마련되어, 과전류를 차단할 수 있다.
이를 위해, 보호 회로(170)는, 퓨즈 및 릴레이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다만, 보호 회로(170)가 마련되는 위치가 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 유도 가열 장치(1)의 전체 회로 상에서 과전류를 차단할 수 있는 위치이면, 제한없이 위치할 수 있다.
일 실시예에 따른 EMI 필터(180)는, 전원 공급 회로(110)를 통하여 외부 전원으로부터 공급되는 교류 전력에 포함된 고주파 잡음(예를 들어, 교류 전력의 고조파)을 차단하고, 미리 정해진 주파수(예를 들어, 50Hz 또는 60Hz)의 교류 전압과 교류 전류를 통과시킬 수 있다.
EMI 필터(180)는, 필터의 입력과 출력 사이에 마련된 인덕터와 캐패시터로 구성될 수 있으며, 인덕터는 고주파 잡음의 통과를 차단하고, 캐패시터는 고주파 잡음을 외부 전원으로 바이패스시킬 수 있다.
또한, EMI 필터(180)는, 실시예에 따라, 공통 모드 필터, 노말 모드 필터, X-CAP(across the line capacitor), Y-CAP(line bypass capacitor) 및 배리스터(varistor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
EMI 필터(180)에 의하여 고주파 잡음이 차단된 교류 전력은 정류 회로(190)에 공급된다.
일 실시예에 따른 정류 회로(190)는, 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다.
구체적으로, 정류 회로(190)는, 시간에 따라 크기와 극성(양의 전압 또는 음의 전압)이 변화하는 교류 전압을 크기와 극성이 일정한 직류 전압으로 변환하고, 시간에 따라 크기와 방향(양의 전류 또는 음의 전류)이 변화하는 교류 전류를 크기가 일정한 직류 전류로 변환할 수 있다.
이를 위해, 정류 회로(190)는 브리지 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정류 회로(190)는, 4개의 다이오드를 포함할 수 있다. 다이오드는 2개씩 직렬 연결된 다이오드 쌍을 형성하고, 2개의 다이오드 쌍은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 브리지 다이오드는 시간에 따라 극성이 변화하는 교류 전압을 극성이 일정한 양의 전압으로 변환하고, 시간에 따라 방향이 변화하는 교류 전류를 방향이 일정한 양의 전류로 변환할 수 있다.
정류 회로(190)를 통하여 정류된 전원은, 각각의 구동 회로(150, 160)에 인가될 수 있으며, 최종적으로 유도 가열 코일(210)에 전달될 수 있다. 또한, 정류 회로(190)를 통하여 정류된 전원은, 팬(320) 및 제어부(140) 등 전력을 요하는 각 구성에 전달될 수 있다.
구체적으로, 정류 회로(190)의 출력 단자는, 복수의 구동 회로(150, 160)와 연결될 수 있다. 즉, 복수의 구동 회로(150, 160)는, 정류 회로(190)의 출력 단자에 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에는 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 설치된 회로 및 소자를 방열하기 위한 히트 싱크(310)가 설치될 수 있다.
구체적으로, 히트 싱크(310)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 인쇄 기판 어셈블리(300)에 마련되어, 교류 전원을 정류하는 정류 회로(190) 및 구동 회로(150, 160) 상의 스위칭 소자 중 적어도 하나에서 발생한 열을 방열할 수 있다.
이를 위해, 히트 싱크(310)는, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에서 정류 회로(190) 또는 구동 회로(150, 160) 중 적어도 하나와 접촉하여 마련될 수 있다. 즉, 히트 싱크(310)의 위치는, 정류 회로(190) 또는 구동 회로(150, 160) 중 적어도 하나와 접촉할 수 있는 위치이면 제한없이 위치할 수 있다.
또한, 히트 싱크(310)는, 인쇄 기판 어셈블리(300)의 표면 또는 내층에 위치할 수 있으며, 일종의 금속판 즉, 방열판에 해당할 수 있다.
인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 마련된 것으로 도시된 각각의 구성들은, 실시예에 따라 생략될 수 있으며, 각각의 구성들이 배치된 순서는, 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
이처럼, 전원 공급 회로(110), 감지 회로(122, 132), 제어부(140), 구동 회로(150, 160), 보호 회로(170), EMI 필터(180) 및 정류 회로(190) 등을 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)에 설치함으로 인하여, 유도 가열 장치(1)의 제조 공정에 있어서 생산성 및 조립성이 향상될 수 있으며, 재료비가 절감될 수 있다.
다시 말해, 전원 공급 회로(110), 감지 회로(122, 132), 제어부(140), 구동 회로(150, 160), 보호 회로(170), EMI 필터(180), 정류 회로(190) 등을 각각 서로 다른 인쇄 기판 어셈블리로 제작하는 경우보다, 상기 구성들을 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)에 설치하는 것이 인쇄 기판 어셈블리의 개수를 줄일 수 있으며, 서로 다른 인쇄 기판 어셈블리를 연결해야 하는 커넥터 개수를 줄일 수 있어, 생산성 및 조립성이 향상될 수 있고, 재료비가 절감될 수 있다.
또한, 하나의 인쇄 기판 어셈블리(300)는, 하나의 스위칭 소자를 포함하는 제1 구동 회로(150) 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 구동 회로(160)를 모두 포함할 수 있어, 유도 가열 장치(1)의 설계 단계에서 출력 전력의 용량에 맞추어 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)의 개수를 조절함으로써, 다양한 출력 전력을 제공하는 유도 가열 코일(210)을 제공할 수 있다.
이상에서는 유도 가열 장치(1)에 포함된 인쇄 기판 어셈블리(300)가 설명되었다. 이하에서는 유도 가열 장치(1)의 회로 구성 및 구동 회로(150, 160)의 동작 원리에 대하여 자세하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)의 회로도의 일 예이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)에 포함된 제1 구동 회로(150)의 제1 인버터 회로(151)를 나타내는 도면이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 구동 회로(160)의 제2 인버터 회로(161)가 하프 브리지인 경우의 전류 흐름을 나타내는 도면이고, 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 구동 회로(160)의 제2 인버터 회로(161)가 풀 브리지인 경우의 전류 흐름을 나타내는 도면이고, 도 13 및 도 14는 본 발명의 유도 가열 장치(1)에 포함된 제2 구동 회로(160)의 개폐 주기에 따른 유도 가열 코일(210)의 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는, 두 개의 제1 구동 회로(150-1, 150-2) 및 하나의 제2 구동 회로(160)를 포함할 수 있다.
이 때, 각각의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)는, 하나의 유도 가열 코일(210)에 전기적으로 연결되어 교류 구동 전류를 공급할 수 있다.
구체적으로, 하나의 제1 구동 회로(150-1)는, 하나의 제1 유도 가열 코일(211-1)과 연결될 수 있으며, 다른 하나의 제1 구동 회로(150-2)는, 다른 하나의 제1 유도 가열 코일(211-2)과 연결될 수 있으며, 제2 구동 회로(160)는, 제2 유도 가열 코일(212)과 연결될 수 있다.
즉, 상기 예의 유도 가열 장치(1)는, 세 개의 화구를 제공하는 3구 유도 가열 장치에 해당할 수 있다.
다만, 상기 예는, 일 실시예에 불과할 뿐, 제1 구동 회로(150)가 하나로 마련되며, 제2 구동 회로(160)가 두 개로 마련될 수도 있다. 또한, 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160) 각각이 하나로 마련될 수도 있으며, 각각 두 개로 마련될 수도 있다.
이처럼, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에는, 적어도 하나의 제1 구동 회로(150) 및 적어도 하나의 제2 구동 회로(160)가 설치될 수 있다. 즉, 인쇄 기판 어셈블리(300) 상에 마련되는 제1 구동 회로(150) 및 제2 구동 회로(160)는, 하나 이상의 개수이면 그 제한이 없다.
즉, 유도 가열 장치(1)에 포함된 복수의 구동 회로(150, 160) 각각은 복수의 유도 가열 코일(210) 중 어느 하나에 연결되어 연결된 유도 가열 코일(210)에 구동 전류를 공급하도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 유도 가열 장치(1)가 제1 구동 회로(150)가 두 개로 마련되며, 제2 구동 회로(160)가 하나로 마련되는 3구 유도 가열 장치에 해당하는 것으로 설명하도록 한다.
유도 가열 장치(1)에 포함되는 복수의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)는, 각각 정류 회로(190)에 연결될 수 있다. 즉, 복수의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)는, 정류 회로(190)의 출력 단자를 기준으로 서로 병렬로 연결될 수 있으며, 각각의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)는, 정류 회로(190)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
구체적으로, 정류 회로(190)의 출력 단자는, 복수의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)와 연결될 수 있다. 즉, 복수의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)는, 정류 회로(190)의 출력 단자에 병렬로 연결될 수 있다.
이 때, 정류 회로(190)를 통하여 각각의 구동 회로(150-1, 150-2, 160)에 공급되는 전력은, 전원 공급 회로(110), EMI 필터(180) 및 정류 회로(190)를 순차적으로 거침에 따라, 외부 전원에서 고주파 잡음이 제거되고 정류된 상태에 해당할 수 있다.
또한, 유도 가열 장치(1)는, 실시예에 따라, 전원 공급 회로(110) 및 EMI 필터(180) 사이에 마련되어, 과전류를 차단할 수 있는, 보호 회로(170)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 보호 회로(170)는, 퓨즈(F) 및 릴레이(R) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
복수의 구동 회로(150-1, 150-2, 160) 각각은, 정류 회로(190)를 통하여 변환된 직류 전원을 균일하게 유지시키는 평활 회로(153-1, 153-2, 163)를 포함할 수 있다. 즉, 평활 회로(153-1, 153-2, 163)는, 시간에 따라 변화하는 양의 전압을 일정한 크기의 직류 전압으로 변환할 수 있으며, 변환된 직류 전압을 각각의 인버터 회로(151-1, 151-2, 161)에 인가할 수 있다.
이 때, 평활 회로(153-1, 153-2, 163) 각각은, 정류 회로(190)의 출력 단자에 병렬로 연결된 캐패시터(C1, C2, C3)를 포함할 수 있으며, 제1 구동 회로(150-1, 150-2)의 평활 회로(153-1, 153-2)는, 제1 인버터 회로(151-1, 151-2) 상의 공진 캐패시터(CR1, CR2)가 제1 유도 가열 코일(211-1, 211-2)과 공진할 수 있도록 정류 회로(190)의 출력 단자의 상부 단자와 캐패시터(C1, C2) 사이에 인덕터(L1, L2)를 더 포함할 수 있다.
또한, 복수의 구동 회로(150-1, 150-2, 160) 각각은, 유도 가열 코일(211-1, 211-2, 212)에 교류 구동 전류를 공급하는 인버터 회로(151-1, 151-2, 161)을 포함할 수 있다.
하나의 제1 구동 회로(150-1)에 포함된 하나의 제1 인버터 회로(151-1)는, 다른 하나의 제1 구동 회로(150-2)에 포함된 다른 하나의 제1 인버터 회로(151-2)와 포함된 소자의 구성 및 구성 간 연결관계가 동일할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 제1 인버터 회로(151-1)를 설명한다.
제1 구동 회로(150-1)의 제1 인버터 회로(151-1)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 유도 가열 코일(211)과 병렬로 연결된 하나의 공진 캐패시터(CR1)와, 공진 캐패시터(CR1) 측 노드와 접지측 노드 사이에 마련되어 공진 캐패시터(CR1)와 직렬로 연결되는 스위칭 소자(Q1)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 인버터 회로(151-1)는, 실시예에 따라, 서지 억제부(SN1)가 병렬로 연결될 수 있다.
이 때, 서지 억제부(SN1)는, 캐패시터를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라 저항을 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 서지 억제부(SN1)는, 스위칭 소자(Q1)의 개방(턴오프) 시 발생할 수 있는 서지(Surge) 또는 스파크를 억제할 수 있다.
제1 인버터 회로(151-1)에 포함되는 스위칭 소자(Q1)는, 제어부(140)의 제어에 따라 개폐될 수 있으며, 스위칭 소자(Q1)가 폐쇄(턴온)되는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 유도 가열 코일(211)로 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 제1 유도 가열 코일(211)을 통과한 전류는, 공진 캐패시터(CR1)으로 전달되어, 공진 캐패시터(CR1)를 충전할 수 있다.
이후, 스위칭 소자(Q1)가 개방(턴오프)되는 경우, 공진 캐패시터(CR1)에 저장된 전하가 방전되며, 제1 유도 가열 코일(211) 상에 전류가 흐를 수 있으며, 제1 유도 가열 코일(211)을 통과한 전류는 다시 공진 캐패시터(CR1)를 충전할 수 있다.
이처럼, 스위칭 소자(Q1)의 개방 시에는, 공진 캐패시터(CR1) 및 제1 유도 가열 코일(211)이 공진할 수 있으며, 제1 유도 가열 코일(211)에는, 시간에 따라 방향 및 크기가 달라지는 교류 구동 전류가 흐를 수 있다.
이를 통해, 제1 유도 가열 코일(211) 상에는 자기장이 발생할 수 있으며, 제1 유도 가열 코일(211)의 자기장에 기초하여 조리 용기(C)가 가열될 수 있다.
이 때, 제어부(140)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 입력된 출력 레벨에 대응하는 스위칭 소자(Q1)의 개폐 주기를 결정할 수 있으며, 결정된 개폐 주기에 기초하여 스위칭 소자(Q1)를 개폐하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 출력 레벨이 높아질수록 스위칭 소자(Q1)의 개폐 주기가 길어질 수 있으며, 이를 통해, 공진 캐패시터(CR1)에 충전되는 전하량이 높아짐에 따라, 제1 유도 가열 코일(211) 상에 피크점이 높은 교류 구동 전류가 제공될 수 있다.
또한, 제어부(140)는, 스위칭 소자(Q1)의 개폐 주기를 시간이 지남에 따라 짧게 조정함으로써, 제1 유도 가열 코일(211) 상에 제공되는 교류 구동 전류의 크기가 임계 전류 크기를 초과하는 것을 방지할 수 있다.
제2 구동 회로(160)의 제2 인버터 회로(161)는, 도 7, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 하프 브리지 형태의 회로에 해당할 수 있다.
구체적으로, 제2 구동 회로(160)는, 하프 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3) 및 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 공진 캐패시터(CR3, CR4)를 포함한다.
이 때, 한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3)는, 한 쌍의 공진 캐패시터(CR3, CR4)와 병렬로 연결되고, 제2 유도 가열 코일(212)은, 양단 중 일단이 한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3)가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 양단 중 타단이 한 쌍의 공진 캐패시터(CR3, CR4)가 직렬로 연결되는 노드에 연결된다.
한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3)에 포함된 제1 스위칭 소자(QH3)와 제2 스위칭 소자(QL3)는 제어부(140)의 제어에 따라 폐쇄(턴온)되거나 개방(턴오프)될 수 있다.
또한, 제1 스위칭 소자(QH3)와 제2 스위칭 소자(QL3)의 턴온/턴오프에 따라 제1 스위칭 소자(QH3) 및/또는 제2 스위칭 소자(QL3)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 구동 전류가 흘러 나가거나, 제1 스위칭 소자(QH3) 및/또는 제2 스위칭 소자(QL3)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로부터 구동 전류가 흘러 들어올 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 폐쇄(턴 온)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 개방(턴오프)되면, 전류가 제1 스위칭 소자(QH3)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 흐를 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 개방(턴오프)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 폐쇄(턴온)되면, 전류가 제2 유도 가열 코일(212)로부터 제2 스위칭 소자(QL3)를 거쳐 흐를 수 있다.
한 쌍의 공진 캐패시터(CR3, CR4)는, 제1 공진 캐패시터(CR3)와 제2 공진 캐패시터(CR4)를 포함하며, 제1 공진 캐패시터(CR3)와 제2 공진 캐패시터(CR4)는 플러스 라인과 마이너스 라인 사이에서 직렬로 연결된다.
제1 스위칭 소자(QH3)와 제2 스위칭 소자(QL3)의 개폐에 따라 제1 공진 캐패시터(CR3) 및/또는 제2 공진 캐패시터(CR4)로부터 제2 유도 가열 코일(212)로 전류가 출력되거나, 제2 유도 가열 코일(212)로부터 제1 공진 캐패시터(CR3) 및/또는 제2 공진 캐패시터(CR4)로 전류가 입력될 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 폐쇄(턴온)되고 제2 스위칭 소자(QL3)가 개방(턴오프)되면, 전류가 제2 유도 가열 코일(212)로부터 제1 공진 캐패시터(CR3) 및/또는 제2 공진 캐패시터(CR4)로 공급될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 개방(턴오프)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 폐쇄(턴온)되면, 전류가 제1 공진 캐패시터(CR3) 및/또는 제2 공진 캐패시터(CR4)로부터 제2 유도 가열 코일(212)로 공급될 수 있다.
이처럼, 제2 인버터 회로(161)는, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제2 인버터 회로(161)에 포함된 제1 스위칭 소자(QH3)와 제2 스위칭 소자(QL3)의 개폐에 따라 제2 유도 가열 코일(212)에 흐르는 전류의 크기 및 방향이 변화할 수 있다. 다시 말해, 제2 유도 가열 코일(212)에는 교류 전류가 공급될 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 폐쇄(턴온)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 개방(턴오프)되면, 정류 회로(190)로부터 공급된 전류는 제1 스위칭 소자(QH3)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 공급될 수 있다. 제2 유도 가열 코일(212)로 공급된 전류는, 제2 유도 가열 코일(212)을 거쳐 제2 공진 캐패시터(CR4)로 공급되며, 제2 공진 캐패시터(CR4)에 전기 에너지가 저장된다. 이때, 제2 유도 가열 코일(212)에는 양의 전류(도 9에서 제2 유도 가열 코일(212)의 좌측에서 우측으로 흐르는 전류)가 흐를 수 있다. 또한, 제2 공진 캐패시터(CR4)에 전기 에너지가 저장됨에 따라 제1 공진 캐패시터(CR3)로부터 제1 스위칭 소자(QH3)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 전류가 공급될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 개방(턴오프)되고 제2 스위칭 소자(QL3)가 폐쇄(턴온)되면, 전류는 제2 공진 캐패시터(CR4)로부터 제2 유도 가열 코일(212)로 공급될 수 있다. 제2 유도 가열 코일(212)로 공급된 전류는 제2 유도 가열 코일(212)과 제2 스위칭 소자(QL3)를 거쳐 정류 회로(190)로 흐를 수 있다. 이때, 제2 유도 가열 코일(212)에는 음의 전류(도 10에서 제2 유도 가열 코일(212)의 우측에서 좌측으로 흐르는 전류)가 흐를 수 있다. 또한, 제2 공진 캐패시터(CR4)로부터 전류가 출력됨으로 인하여 제2 공진 캐패시터(CR4)에 저장된 전기 에너지는 감소하고, 정류 회로(190)로부터 제1 공진 캐패시터(CR3)로 전류가 공급될 수 있다.
제2 구동 회로(160)의 제2 인버터 회로(161)는, 도 7에 도시된 바와 달리, 풀 브리지 형태의 회로에 해당할 수 있다.
구체적으로, 제2 구동 회로(160)는, 풀 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3) 및 서로 직렬로 연결된 다른 한 쌍의 스위칭 소자(QH4, QL4)를 포함한다.
이 때, 한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3)는, 다른 한 쌍의 스위칭 소자(QH4, QL4)와 병렬로 연결되고, 제2 유도 가열 코일(212)은, 양단 중 일단이 한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3)가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 양단 중 타단이 다른 한 쌍의 스위칭 소자(QH4, QL4)가 직렬로 연결되는 노드에 연결된다.
한 쌍의 스위칭 소자(QH3, QL3)에 포함된 제1 스위칭 소자(QH3)와 제2 스위칭 소자(QL3)는, 제어부(140)의 제어에 따라 폐쇄(턴온)되거나 개방(턴오프)될 수 있다.
또한, 다른 한 쌍의 스위칭 소자(QH4, QL4)에 포함된 제3 스위칭 소자(QH4) 및 제4 스위칭 소자(QL4)도 제어부(140)의 제어에 따라 폐쇄(턴온)되거나 개방(턴오프)될 수 있다.
제1 스위칭 소자(QH3) 내지 제4 스위칭 소자(QL4)의 턴온/턴오프에 따라, 제2 유도 가열 코일(212)로 공급되는 구동 전류의 크기 및 방향이 시간에 따라 변할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제4 스위칭 소자(QL4)가 폐쇄(턴 온)되고, 제2 스위칭 소자(QL3) 및 제3 스위칭 소자(QH4)가 개방(턴오프)되면, 전류가 제1 스위칭 소자(QH3)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 흐를 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제4 스위칭 소자(QL4)가 개방(턴오프)되고, 제2 스위칭 소자(QL3) 및 제3 스위칭 소자(QH4)가 폐쇄(턴온)되면, 전류가 제3 스위칭 소자(QH4)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 흐를 수 있다.
이처럼, 제2 인버터 회로(161)는, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제2 인버터 회로(161)에 포함된 제1 스위칭 소자(QH3) 내지 제4 스위칭 소자(QL4)의 개폐에 따라 제2 유도 가열 코일(212)에 흐르는 전류의 크기 및 방향이 변화할 수 있다. 다시 말해, 제2 유도 가열 코일(212)에는 교류 전류가 공급될 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제4 스위칭 소자(QL4)가 폐쇄(턴온)되고, 제2 스위칭 소자(QL3) 및 제3 스위칭 소자(QH4)가 개방(턴오프)되면, 정류 회로(190)로부터 공급된 전류는 제1 스위칭 소자(QH3)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 공급될 수 있다. 제2 유도 가열 코일(212)로 공급된 전류는, 제2 유도 가열 코일(212)을 거쳐 제4 스위칭 소자(QL4)로 공급된다. 이때, 제2 유도 가열 코일(212)에는 양의 전류(도 11에서 제2 유도 가열 코일(212)의 좌측에서 우측으로 흐르는 전류)가 흐를 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제4 스위칭 소자(QL4)가 개방(턴오프)되고 제2 스위칭 소자(QL3) 및 제3 스위칭 소자(QH4)가 폐쇄(턴온)되면, 정류 회로(190)로부터 공급된 전류는 제3 스위칭 소자(QH4)를 거쳐 제2 유도 가열 코일(212)로 공급될 수 있다. 제2 유도 가열 코일(212)로 공급된 전류는 제2 유도 가열 코일(212)과 제2 스위칭 소자(QL3)를 거쳐 정류 회로(190)로 흐를 수 있다. 이때, 제2 유도 가열 코일(212)에는 음의 전류(도 12에서 제2 유도 가열 코일(212)의 우측에서 좌측으로 흐르는 전류)가 흐를 수 있다.
이와 같이, 제2 구동 회로(160)에서는, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제2 스위칭 소자(QL3)의 개폐 주기(제2 인버터 회로(161)가 하프 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우) 또는 제1 스위칭 소자(QH3) 내지 제4 스위칭 소자(QL4)의 개폐 주기(제2 인버터 회로(161)가 풀 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우)에 따라 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류의 크기가 변화할 수 있으며, 제2 유도 가열 코일(212)이 출력하는 자기장의 세기가 변화할 수 있다.
이를 위해, 제어부(140)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 입력된 출력 레벨에 대응하는 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제2 스위칭 소자(QL3)의 개폐 주기 또는 제1 스위칭 소자(QH3) 내지 제4 스위칭 소자(QL4)의 개폐 주기를 결정할 수 있으며, 결정된 개폐 주기에 기초하여 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제2 스위칭 소자(QL3)를 개폐하도록 제어하거나 제1 스위칭 소자(QH3) 내지 제4 스위칭 소자(QL4)를 개폐하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제2 인버터 회로(161)가 하프 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 폐쇄(턴온)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 개방(턴오프)되면 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류(제2 유도 가열 코일(212)에 흐르는 전류)는 음의 전류로부터 양의 전류로 증가할 수 있다.
이 때, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류는 제1 시간(T1) 동안 제1 진폭(A1)까지 증가할 수 있다. 제1 시간(T1)이 경과한 이후, 제1 스위칭 소자(QH3)가 개방(턴오프)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 폐쇄(턴온)되면, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류는 양의 전류로부터 음의 전류로 감소한다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 소자(QH3)가 폐쇄(턴온)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 개방(턴오프)되면, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류(제2 유도 가열 코일(212)에 흐르는 전류)는 음의 전류로부터 양의 전류로 증가할 수 있다.
이 때, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류는 제1 시간(T1)보다 큰 제2 시간(T2) 동안 증가하며, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류는 제1 진폭(A1)보다 큰 제2 진폭(A2)까지 증가할 수 있다. 제2 시간(T2)이 경과한 이후, 제1 스위칭 소자(QH3)가 개방(턴오프)되고, 제2 스위칭 소자(QL3)가 폐쇄(턴온)되면, 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류는 양의 전류로부터 음의 전류로 감소한다.
이처럼, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제2 스위칭 소자(QL3)의 스위칭 동작에 따라 제2 유도 가열 코일(212)에 사인파 형태의 교류 전류가 공급된다. 또한, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제2 스위칭 소자(QL3)의 개폐 주기가 길수록 즉, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제2 스위칭 소자(QL3)의 스위칭 주파수가 작을수록 제2 유도 가열 코일(212)에 공급되는 전류가 커질 수 있으며, 제2 유도 가열 코일(212)이 출력하는 자기장의 세기(유도 가열 장치(1)의 출력)이 커질 수 있다.
또한, 제2 인버터 회로(161)가 풀 브리지 형태의 회로에 해당하는 경우, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제4 스위칭 소자(QL4) 각각의 개폐 동작을 동일하게 제어할 수 있으며, 제2 스위칭 소자(QL3) 및 제3 스위칭 소자(QH4) 각각의 개폐 동작을 동일하게 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부(140)는, 유저 인터페이스(250)를 통하여 입력된 출력 레벨에 대응하여, 제1 스위칭 소자(QH3) 및 제2 스위칭 소자(QL3)의 개폐 주기를 결정함으로써, 제2 유도 가열 코일(212)이 출력하는 자기장의 세기를 결정할 수 있다.
또한, 복수의 구동 회로(150-1, 150-2, 160) 각각은, 인버터 회로(151-1, 151-2, 161)로부터 출력되는 전류를 측정하는 전류 감지 회로(152-1, 152-2, 162)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 구동 회로(150-1, 150-2)는, 제1 인버터 회로(151-1, 151-2)로부터 출력되는 전류를 측정하는 제1 전류 감지 회로(152-1, 152-2)를 포함할 수 있으며, 제2 구동 회로(160) 역시 제2 인버터 회로(161)로부터 출력되는 전류를 측정하는 제2 전류 감지 회로(162)를 포함할 수 있다.
즉, 전류 감지 회로(152-1, 152-2, 162)는, 유도 가열 코일(211-1, 211-2, 212)에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감지할 수 있다.
이 때, 제어부(140)는, 각각의 전류 감지 회로(152-1, 152-2, 162)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 각각의 전류 감지 회로(152-1, 152-2, 162)가 유도 가열 코일(211-1, 211-2, 212)에 공급되는 전류의 크기를 감지하도록 제어할 수 있으며, 각각의 전류 감지 회로(152-1, 152-2, 162)로부터 출력되는 유도 가열 코일(211-1, 211-2, 212)에 공급되는 전류의 크기에 대한 정보를 수신할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 제어부(140)는, 전류 감지 회로(152, 162)의 출력값에 기초하여 조리 용기(C)의 존재여부를 판단할 수 있으며, 유도 가열 코일(210) 상에 의도한 전류가 흐르는지 여부를 판단하여 유도 가열 장치(1)의 고장 여부를 판단할 수도 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1: 유도 가열 장치 10: 본체
20: 가열층 30: 구동층
110: 전원 공급 회로 120: 용기 감지부
130: 온도 감지부 140: 제어부
150: 제1 구동 회로 160: 제2 구동 회로
170: 보호 회로 180: EMI 필터
190 정류 회로 210: 유도 가열 코일
250: 유저 인터페이스

Claims (22)

  1. 쿠킹 플레이트;
    상기 쿠킹 플레이트의 아래에 설치되어, 자기장을 생성하도록 구성되는 복수의 유도 가열 코일;
    상기 복수의 유도 가열 코일에 각각 연결되어 대응하는 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 복수의 구동 회로; 및
    교류 전원을 정류하여 상기 복수의 구동 회로에 상기 정류된 교류 전원을 공급하도록 구성되는 정류 회로;를 포함하고,
    상기 복수의 구동 회로 각각은,
    상기 정류 회로의 출력 단자에 병렬로 연결되고,
    상기 복수의 구동 회로는,
    하나의 스위칭 소자를 포함하는 적어도 하나의 제1 구동 회로 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 적어도 하나의 제2 구동 회로를 포함하는 유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동 회로는,
    상기 복수의 유도 가열 코일 중 어느 하나의 유도 가열 코일과 병렬로 연결된 하나의 제1 캐패시터와, 상기 제1 캐패시터 측 노드와 접지측 노드 사이에 마련되어 상기 제1 캐패시터와 직렬로 연결되는 제1 스위칭 소자를 포함하는 유도 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동 회로는,
    서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자 및 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터를 포함하는 하프 브리지(half bridge) 형태의 구동 회로 또는 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 소자 및 서로 직렬로 연결된 다른 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 풀 브리지(full bridge) 형태의 구동 회로에 해당하는 유도 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 구동 회로가 하프 브리지 형태의 구동 회로에 해당하는 경우, 상기 한 쌍의 스위칭 소자는,
    상기 한 쌍의 캐패시터와 병렬로 연결되고,
    상기 복수의 유도 가열 코일 중 어느 하나의 유도 가열 코일은,
    양단 중 일단이 상기 한 쌍의 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 상기 양단 중 타단이 상기 한 쌍의 캐패시터가 직렬로 연결되는 노드에 연결되는 유도 가열 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 구동 회로가 풀 브리지 형태의 구동 회로에 해당하는 경우, 상기 한 쌍의 스위칭 소자는,
    상기 다른 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬로 연결되고,
    상기 복수의 유도 가열 코일 중 어느 하나의 유도 가열 코일은,
    양단 중 일단이 상기 한 쌍의 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 노드에 연결되고, 상기 양단 중 타단이 상기 다른 한 쌍의 캐패시터가 직렬로 연결되는 노드에 연결되는 유도 가열 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 구동 회로 각각은,
    상기 정류 회로로부터 정류된 전원을 균일하게 유지시키도록 구성되는 평활 회로를 포함하는 유도 가열 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    외부 전원으로부터 교류 전원을 인가 받도록 구성되는 전원 공급 회로;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    상기 전원 공급 회로 및 상기 정류 회로 사이에 마련되어, 상기 교류 전원에 포함된 고주파 잡음을 차단하도록 구성되는 EMI(electromagnetic interference) 필터;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    사용자로부터 상기 유도 가열 장치의 출력에 관한 정보를 수신하도록 구성되는 유저 인터페이스;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    상기 유도 가열 장치의 출력에 관한 정보에 기초하여 상기 복수의 구동 회로 중 적어도 하나의 구동 회로에 전달되는 교류 구동 전류의 크기를 결정하고, 상기 결정된 교류 구동 전류의 크기에 기초하여 상기 구동 회로에 포함된 스위칭 소자의 개폐 주기를 결정하고, 상기 결정된 개폐 주기에 기초하여 상기 스위칭 소자를 개폐하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    상기 쿠킹 플레이트에 놓여진 조리 용기의 온도를 감지하도록 구성되는 제1 온도 센서; 및
    상기 제1 온도 센서의 출력을 상기 적어도 하나의 프로세서로 전달하도록 구성되는 제1 온도 감지 회로;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 조리 용기의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하는 경우, 상기 복수의 유도 가열 코일에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감소하는 방향으로 상기 복수의 구동 회로를 제어하는 유도 가열 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    상기 정류 회로 또는 상기 구동 회로 중 적어도 하나와 접촉하여 마련되는 히트 싱크(heat sink);를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    상기 히트 싱크의 온도를 감지하도록 구성되는 제2 온도 센서; 및
    상기 제2 온도 센서의 출력을 상기 적어도 하나의 프로세서로 전달하도록 구성되는 제2 온도 감지 회로;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 히트 싱크의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하는 경우, 상기 복수의 유도 가열 코일에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감소하는 방향으로 상기 복수의 구동 회로를 제어하는 유도 가열 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는,
    상기 쿠킹 플레이트에 놓여진 조리 용기를 검출하도록 구성되는 용기 센서; 및
    상기 용기 센서의 출력을 상기 적어도 하나의 프로세서로 전달하도록 구성되는 용기 감지 회로;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 구동 회로 각각은,
    유도 가열 코일에 공급되는 교류 구동 전류의 크기를 감지하도록 구성되는 전류 감지 회로;를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 용기 감지 회로 및 상기 전류 감지 회로 중 적어도 하나로부터 전달받은 출력값에 기초하여 상기 복수의 구동 회로 각각에 대응하는 유도 가열 코일에 조리 용기가 올려져 있는지 여부를 결정하는 유도 가열 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 복수의 구동 회로 각각의 전류 감지 회로로부터 검출된 전류값과 미리 정해진 기준 전류값을 비교하여 상기 복수의 구동 회로 각각에 대응하는 유도 가열 코일에 조리 용기가 올려져 있는지 여부를 결정하는 유도 가열 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 유저 인터페이스를 통하여 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일 상에 조리 용기가 올려져 있는 경우, 상기 선택된 유도 가열 코일에 교류 구동 전류를 공급하도록 상기 선택된 유도 가열 코일에 대응하는 구동 회로를 제어하는 유도 가열 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 유저 인터페이스를 통하여 사용자로부터 선택된 유도 가열 코일 상에 조리 용기가 올려져 있지 않은 경우, 조리 용기가 감지되지 아니함을 나타내는 메시지를 출력하도록 상기 유저 인터페이스를 제어하는 유도 가열 장치.
  22. 쿠킹 플레이트;
    상기 쿠킹 플레이트의 아래에 설치되어, 자기장을 생성하도록 구성되는 복수의 유도 가열 코일;
    상기 복수의 유도 가열 코일에 각각 연결되어 대응하는 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 복수의 구동 회로; 및
    교류 전원을 정류하여 상기 복수의 구동 회로에 상기 정류된 교류 전원을 공급하도록 구성되는 정류 회로;를 포함하고,
    상기 복수의 구동 회로 각각은,
    상기 정류 회로의 출력 단자에 병렬로 연결되고,
    상기 복수의 구동 회로는,
    하나의 스위칭 소자를 포함하여 상기 복수의 유도 가열 코일 중 제1 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 제1 구동 회로, 복수의 스위칭 소자를 포함하여 상기 복수의 유도 가열 코일 중 제2 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 제2 구동 회로 및 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하여 상기 복수의 유도 가열 코일 중 제3 유도 가열 코일에 구동 전류를 공급하도록 구성되는 제3 구동 회로를 포함하는 유도 가열 장치.
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