KR20210112180A - 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로, 제어신호에 기초하여 상기 인버터 회로에 스위칭 신호를 공급하는 구동 회로, 상기 워킹 코일의 출력을 감지하는 출력 감지기 및 목표출력이 일정 이하인 저단 동작에서, 상기 워킹 코일의 현재출력을 기초로 상기 워킹 코일의 온 타임(On Time)을 설정하여 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법 {INDUCTION HEATING DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

전기 에너지를 이용하여 용기를 가열하는 방식은 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 분류된다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류가 흐를 때 발생하는 열 에너지가 용기에 전달됨으로써 용기가 가열되는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 워킹 코일에 전기 에너지가 공급될 때 워킹 코일 주변에 발생하는 자계에 의하여 용기에 발생하는 와전류(eddy current)에 의해서 용기가 가열되는 방식이다.

유도 가열 장치는 유도 가열 방식을 이용하여 용기를 가열하는 장치이다. 유도 가열 장치의 가열 영역에는 워킹 코일이 구비되고, 워킹 코일은 용기에 내재된 코일과 자기적 결합을 통하여 유도 가열을 수행한다.

유도 가열 장치에 사용된 스위치 소자의 파손을 방지하기 위하여, 유도 가열 장치는 제한된 영역에서 스위칭 주파수를 사용하고 있다. 즉, 지나치게 높은 주파수에서의 동작은 유도 가열 장치의 스위칭 소자의 파손을 유발할 수 있으므로, 스위칭 주파수에 상한 주파수를 설정하여 구동하고 있다.

한편, 다양한 용기가 사용됨에 따라, 용기에 내재된 코일 또한 다양한 사이즈나 다양한 물적 특성을 가지고 있다. 그에 따라, 유도 가열 장치가 동일한 스위칭 주파수로 동작을 수행하더라도, 사용되는 용기에 따라 그 출력이 다르게 나오는 문제가 있다.

특히, 목표 출력이 일정 이하인 저단에서 동작하는 경우, 유도 가열 장치의 스위칭 주파수가 상한값이 한정되므로, 사용되는 용기에 따라 그 출력이 각각 다르게 출력되고 있어, 사용자가 원하는 가열 성능을 안정적으로 제공하지 못하는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 제10-2019-0051726호

본 발명의 일 목적은, 목표 출력이 일정 이하인 저단 동작 시, 사용되는 용기의 종류에 무관하게 일정하게 목표 출력을 제공할 수 있는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 일 목적은, 목표 출력이 일정 이하인 저단 동작 시, 스위칭 주파수를 고정하고 워킹 코일의 온 타임과 오프 타임을 조절하여 원하는 저단 출력을 정확하게 제공할 수 있는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 일 목적은, 목표 출력이 일정 이하인 저단 동작 시, 온-오프 주기를 조절함으로써 오프 타임이 연속하여 발생하지 않도록 함으로써, 저온에서도 안정적이고 효율적으로 가열이 가능한 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로, 제어신호에 기초하여 상기 인버터 회로에 스위칭 신호를 공급하는 구동 회로, 상기 워킹 코일의 출력을 감지하는 출력 감지기 및 목표출력이 일정 이하인 저단 동작에서, 상기 워킹 코일의 현재출력을 기초로 상기 워킹 코일의 온 타임(On Time)을 설정하여 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 저단 동작이면 상기 인버터 회로의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정하고, 상기 워킹 코일의 상기 온 타임을 조절하여 출력을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력 이하이면 상기 목표출력과 상기 임계출력을 기초로 상기 온 타임을 결정 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 목표출력을 상기 임계출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력을 초과하면 상기 목표출력과 상기 현재출력을 기초로 상기 온 타임을 결정 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 목표출력을 상기 현재출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 한 주기에서의 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 감소시켜 제어 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 결정된 상기 온 타임이 한 주기에서 일정 이하인 경우, 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 정수배로 나누어 설정 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법은, 목표출력이 일정 이하인 저단 동작인지 확인하는 단계, 워킹 코일의 출력을 감지하는 단계 및 상기 워킹 코일의 현재출력을 기초로 상기 워킹 코일의 온 타임(On Time)을 설정하여 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계를 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계는, 인버터 회로의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정하는 단계 및 상기 워킹 코일의 상기 현재출력을 기 설정된 임계출력과 비교하여, 상기 온 타임의 결정 방법을 설정하는 단계를 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 온 타임을 결정하는 단계는, 상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력 이하이면, 상기 목표출력과 상기 임계출력을 기초로 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 온 타임을 결정하는 단계는, 상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력 이하이면, 상기 목표출력을 상기 임계출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 온 타임을 결정하는 단계는, 상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력을 초과하면, 상기 목표출력과 상기 현재출력을 기초로 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 온 타임을 결정하는 단계는, 상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력을 초과하면, 상기 목표출력을 상기 현재출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 온 타임을 결정하는 단계는, 한 주기에서의 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 감소시키는 단계를 더 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 온 타임을 결정하는 단계는, 결정된 상기 온 타임이 한 주기에서 일정 이하인 경우, 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 정수배로 나누어 설정하는 단계를 더 포함 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 목표 출력이 일정 이하인 저단 동작 시, 사용되는 용기의 종류에 무관하게 일정하게 목표 출력을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 목표 출력이 일정 이하인 저단 동작 시, 스위칭 주파수를 고정하고 워킹 코일의 온 타임과 오프 타임을 조절하여 원하는 저단 출력을 정확하게 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 목표 출력이 일정 이하인 저단 동작 시, 온-오프 주기를 조절함으로써 오프 타임이 연속하여 발생하지 않도록 함으로써, 저온에서도 안정적이고 효율적으로 가열이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성도이다.
도 3은 용기에 적용된 코일의 종류에 따른 유도 가열 장치의 스위칭 주파수와 출력 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 제어기의 온 타임 조절을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 온-오프(On-Off) 주기의 조절을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 도 6에 도시된 단계 S630에 대한 일 실시예를 설명하는 순서도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.

아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등 은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(10)는 본체를 구성하는 케이스(102) 및 케이스(102)와 결합되어 케이스(102)를 밀폐하는 커버 플레이트(104)를 포함한다.

커버 플레이트(104)는 케이스(102)의 상면과 결합하여 케이스(102) 내부에 형성되는 공간을 외부로부터 밀폐한다. 커버 플레이트(104)는 음식물의 조리를 위한 용기가 놓일 수 있는 상판부(106)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상판부(106)는 세라믹 글래스와 같은 강화 유리 재질로 이루어질 수 있으나 상판부(106)의 재질은 실시예에 따라 달라질 수 있다.

상판부(106)에는 워킹 코일 어셈블리(122, 124)와 각각 대응되는 가열 영역(12, 14)이 형성된다. 사용자가 가열 영역(12, 14)의 위치를 명확하게 인식할 수 있게 하기 위하여, 가열 영역(12, 14)에 대응되는 선이나 도형이 상판부(106) 상에 인쇄 또는 표시될 수 있다.

케이스(102)는 상부가 개방된 육면체 형상을 가질 수 있다. 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 용기를 가열하기 위한 워킹 코일 어셈블리(122, 124)가 배치된다. 또한 케이스(102) 내부에는 사용자로 하여금 전원을 인가하게 하거나 워킹 코일 어셈블리(122, 124)의 출력을 조절하게 하는 기능과, 유도 가열 장치(10)와 관련된 정보를 표시하는 기능을 갖는 인터페이스부(114)가 구비된다. 인터페이스부(114)는 터치에 의한 정보 입력 및 정보 표시가 모두 가능한 터치 패널로 이루어질 수 있으나, 실시예에 따라서 다른 구조를 갖는 인터페이스부(114)가 사용될 수도 있다.

또한 상판부(106)에는 인터페이스부(114)와 대응되는 위치에 배치되는 조작 영역(118)이 구비된다. 사용자의 조작을 위하여, 조작 영역(118)에는 문자나 이미지 등이 미리 인쇄될 수 있다. 사용자는 조작 영역(118)에 미리 인쇄된 문자나 이미지를 참고하여 조작 영역(118)의 특정 지점을 터치함으로써 원하는 조작을 수행할 수 있다. 또한 인터페이스부(114)에 의해서 출력되는 정보는 조작 영역(118)을 통해서 표시될 수 있다.

또한 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 워킹 코일 어셈블리(122, 124)나 인터페이스부(114)에 전력을 공급하기 위한 전원부(112)가 배치된다.

참고로 도 1의 실시예에서는 케이스(102) 내부에 배치된 두 개의 워킹 코일 어셈블리(122, 124)가 예시적으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 케이스(102) 내부에 하나의 워킹 코일 어셈블리가 배치되거나 두 개 이상의 워킹 코일 어셈블리가 배치될 수도 있다.

워킹 코일 어셈블리(122, 124)는 전원부(112)에 의해 공급되는 고주파 교류 전류를 이용하여 유도 자계를 형성하는 워킹 코일 및 용기에 의해 발생하는 열로부터 코일을 보호하기 위한 단열 시트를 포함한다. 예를 들어 도 1에서 제1 워킹 코일 어셈블리(122)는 제1 가열 영역(12)에 놓여지는 용기를 가열하기 위한 제1 워킹 코일(132) 및 제1 단열 시트(130)를 포함한다. 또한 도시되지는 않았으나, 제2 워킹 코일(124)는 제2 워킹 코일 및 제2 단열 시트를 포함한다. 실시예에 따라서는 단열 시트가 배치되지 않을 수도 있다.

또한 도 1에는 도시되지 않았으나 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 후술하는 제어기 및 보호 회로를 포함한 다수의 회로 또는 소자가 실장되는 기판이 배치될 수 있다. 제어기는 인터페이스부(114)를 통해서 사용자의 명령을 입력받고, 사용자의 명령에 따라서 워킹 코일의 구동을 제어함으로써 용기에 대한 가열 동작이 수행된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(10)는 정류 회로(202), 평활 회로(L, C1), 인버터 회로(204), 워킹 코일(132), 제어기(222), 구동 회로(224)를 포함한다.

정류 회로(202)는 입력 전원(20)으로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 맥동 파형을 갖는 전압을 출력한다.

평활 회로(L, C1)는 정류 회로(202)에 의해서 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력한다. 평활 회로(L, C1)는 인덕터(L) 및 직류 링크 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서는 LC 평활 회로를 개시하나, 실시예에 따라 다양한 평활 회로가 적용 가능하다.

인버터 회로(204)는 평활 회로(L, C1)로부터 출력되는 직류 링크 전압을 워킹 코일(132)의 구동을 위한 교류 전압으로 변환한다. 인버터 회로(204)는 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3), 제1 스위칭 소자(212), 제2 스위칭 소자(214)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서는 2개의 스위칭 소자를 이용한 인버터 회로를 개시하나, 실시예에 따라 다양한 인버터 회로가 적용 가능하다.

인버터 회로(204)에 포함되는 제1 스위칭 소자(212) 및 제2 스위칭 소자(214)는 구동 회로(224)로부터 출력되는 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)에 의해서 교번적으로 턴 온/턴 오프된다. 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)는 각각 미리 정해진 듀티 비(duty ratio)를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다. 제1 스위칭 소자(212) 및 제2 스위칭 소자(214)에 각각 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)가 인가되면 제1 스위칭 소자(212) 및 제2 스위칭 소자(214)가 교번적으로 턴 온/턴 오프되면서 직류 링크 전압이 교류 전압으로 변환된다.

인버터 회로(204)에 의하여 생성된 교류 전압은 워킹 코일(132)에 인가된다. 교류 전압이 인가되면 워킹 코일(132)이 구동된다. 워킹 코일(132)이 구동되면 워킹 코일(132)의 상부에 놓인 용기에 와전류가 흐르면서 용기가 가열된다. 워킹 코일(132)이 구동될 때 워킹 코일(132)에 의하여 발생하는 전력의 크기, 즉 워킹 코일의 출력 전력에 따라서 용기에 공급되는 열 에너지의 크기가 달라진다.

제어기(222)는 인버터 회로(204)의 구동 주파수, 즉, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 결정하고, 결정된 스위칭 주파수에 대응되는 제어신호(DS)를 구동 회로(224)에 공급한다.

사용자가 유도 가열 장치의 제어 인터페이스를 조작하여 유도 가열 장치를 전원 온(Power On) 상태로 변경하면, 입력 전원(20)으로부터 유도 가열 장치에 전력이 공급되면서 유도 가열 장치는 구동 대기 상태가 된다. 이어서 사용자는 유도 가열 장치의 워킹 코일(132) 상부에 용기를 올려 놓고 용기에 대한 가열 레벨을 설정함으로써 워킹 코일(132)에 대한 가열 시작 명령을 내린다. 사용자가 가열 시작 명령을 내리면, 사용자가 설정한 가열 레벨에 따라서 워킹 코일(132)에 요구되는 출력 전력, 즉 목표 전력이 결정된다.

사용자에 의한 가열 시작 명령을 수신한 제어기(222)는 요구 전력값에 대응되는 구동 주파수를 설정하고, 설정된 구동 주파수에 대응되는 제어신호를 구동 회로(224)에 공급한다. 이에 따라서 구동 회로(224)로부터 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)가 출력되면서 워킹 코일(132)이 구동된다. 워킹 코일(132)이 구동되면 용기에 와전류가 흐르면서 용기가 가열된다.

출력 감지기(220)는 워킹 코일(132)의 출력을 감지한다. 일 예로, 출력 감지기(220)는 워킹 코일(132)에 입력되는 전류를 저항(R)을 이용하여 감지하고 이를 기초로 워킹 코일(132)의 출력을 산출할 수 있다. 이러한 예 외에도, 실시예에 따라 출력 감지기(220)는 다양한 방식으로 워킹 코일(132)의 출력을 감지할 수 있다.

도 3은 용기에 적용된 코일의 종류에 따른 유도 가열 장치의 스위칭 주파수와 출력 간의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 3에는 4 종류의 용기 코일에 대한 스위칭 주파수와 출력 간의 상관관계를 도시하고 있다.

이하, 도 3을 더 참조하여, 제어기의 동작에 대하여 설명한다.

제어기(222)는 인버터 회로(204)의 스위칭 주파수를 조절하여 워킹 코일(132)의 출력을 제어할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 용기 코일의 종류에 상관없이 스위칭 주파수가 낮을수록 출력이 높아지고, 스위칭 주파수가 높을수록 출력은 낮아지는 경향을 가진다.

따라서, 제어기(222)는 사용자가 높은 출력을 입력한 경우, 즉, 고단 동작인 경우에는 스위칭 주파수를 낮춰 사용자가 요구한 출력을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 제어기(222)는 특정 스위칭 주파수로 워킹 코일(132)을 구동시키고, 그 때 출력 감지기(220)에서 감지된 현재 출력을 확인하여 용기의 특성을 확인할 수 있다. 예컨대, 스위칭 주파수를 40KHz로 설정하여 워킹 코일(132)을 구동시켰을 때 감지된 출력이 1130W이면, 제어기(222)는 용기가 6인치 원형 코일(303)임을 확인할 수 있으며, 이후의 제어에서 6인치 원형 코일의 특성에 맞추어 스위칭 주파수를 조절할 수 있다. 즉, 용기에 적용되는 코일의 종류는 복수 종류이지만 제한적으로 설정되어 있으므로, 제어기(222)는 각 용기 코일 별 스위칭 주파수 및 출력 특성 데이터를 사전에 구비할 수 있으며, 이러한 특성 데이터를 이용하여 용기를 식별할 수 있다.

제어기(222)는 사용자가 낮은 출력을 입력한 경우, 즉, 목표 출력이 일정 이하인 저단 동작인 경우에는 워킹 코일(132)의 현재출력을 기초로 워킹 코일(132)의 온 타임(On Time)을 설정하여 워킹 코일의 출력을 제어할 수 있다. 이하에서는, 목표 출력이 600W 이하인 경우를 저단 동작으로 가정하여 설명하나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.

더 상세히 설명하면, 인버터 회로(204)의 스위치 소자(212, 214)의 파손을 방지하기 위하여, 유도 가열 장치는 제한된 영역에서 스위칭 주파수를 사용하고 있다. 즉, 지나치게 높은 주파수에서의 동작은 유도 가열 장치의 스위칭 소자의 파손을 유발할 수 있으므로, 제어기(222)는 스위칭 주파수에 상한 주파수를 설정하여 구동한다. 도 3에 도시된 예를 들면, 제어기(222)는 65KHz를 상한 주파수로서 설정할 수 있다. 한편, 용기 코일의 종류에 따라, 상한 주파수에서 구동하더라도 충분히 낮은 출력을 얻지 못할 수 있다. 저단에서는 목표 출력이 600W 이하이므로, 도 3에 도시된 8인치 원형 코일(301)과 7인치 원형 코일(302)은 상한 주파수 65KHz에서 구동되더라도 각각 최저 출력이 1100W와 900W이다. 따라서, 원하는 목표 출력을 얻기 위하여 제어기(222)는 워킹 코일(132)을 하나의 주기에서 온-오프 동작 시킴으로써 원하는 출력을 제공할 수 있다. 한편, 용기 코일의 종류에 따라 온 타임의 설정 시간이 달라지므로, 제어기(222)는 워킹 코일(132)의 현재출력을 기초로 워킹 코일(132)의 온 타임(On Time)을 설정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(222)는 저단 동작에서 인버터 회로(204)의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정하고, 워킹 코일의 온 타임을 조절하여 출력을 제어할 수 있다. 도 3의 예를 들면, 제어기(222)는 동작 주파수를 상한 주파수인 65KHz로 워킹 코일(132)을 구동시키고, 워킹 코일(132)의 현재출력이 600W를 초과하는 경우, 워킹 코일(132)을 한 주기에서 온 상태와 오프 상태를 교번적으로 설정함으로써 출력을 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 제어기(222)는 인버터 회로(204)의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정하였을 때 워킹 코일(132)의 출력이 기 설정된 임계출력 이하인 경우, 즉, 상술한 예에서 600W 이하인 경우에는, 스위칭 주파수를 조절하여 워킹 코일(132)의 출력이 임계출력 600W에 대응되도록 설정할 수 있다. 도 3의 예로 들면, 인버터 회로(204)의 동작 주파수를 상한 주파수 65KHz로 설정하였을 때 워킹 코일(132)의 출력이 600W 이하인 6인치 원형 코일(303)과 8인치 이너 코일(304)에 대해서는, 스위칭 주파수를 55KHz로 조절하여 출력을 600W로 설정할 수 있다. 출력을 600W로 설정한 후, 워킹 코일(132)의 온 타임을 조절하여 원하는 출력으로 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 제어기의 온 타임 조절을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 4를 더 참조하여, 제어기의 온 타임 제어에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(222)는 워킹 코일(132)의 현재출력이 기 설정된 임계출력 이하이면, 목표출력과 임계출력을 기초로 온 타임을 결정할 수 있다.

일 예로, 제어기(222)는 아래의 수학식 1을 이용하여 온 타임을 결정할 수 있다.

[수학식 1]

일 예로, 임계출력이 저단의 최대 출력인 600W이고, 사용자에 의하여 입력된 목표 출력이 300W이고, 워킹 코일(132)의 현재출력이 600W이며 1주기의 시간이 3sec인 예를 들어 설명한다. 제어기(222)는 워킹 코일(132)의 현재출력이 600W이므로, 목표 출력이 300W과 임계출력 600W을 기초로 온 타임을 결정할 수 있다. 즉, 목표 출력 300W을 임계출력 600W으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기 3sec에 반영하면 온 타임은 1.5sec가 된다. 따라서, 1주기 중 절반인 1.5sec 동안 워킹 코일(132)을 600W로 구동시키고(온 타임) 나머지 1.5sec 동안에는 워킹 코일(132)을 구동시키지 않는다(오프 타임). 따라서, 1주기 동안에는 총 300W가 출력된다. 이러한 예 에서의 온타임 오프 타임은 도 4의 그림 (a)에 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(222)는 워킹 코일(132)의 현재출력이 기 설정된 임계출력을 초과하면, 목표출력과 현재출력을 기초로 상기 온 타임을 결정할 수 있다.

일 예로, 제어기(222)는 아래의 수학식 2를 이용하여 온 타임을 결정할 수 있다.

[수학식 2]

일 예로, 도 3의 7인치 원형 코일과 같이, 임계출력이 저단의 최대 출력인 600W이고, 사용자에 의하여 입력된 목표 출력이 300W이고, 워킹 코일(132)의 현재출력이 900W이며1주기의 시간이 3sec인 예를 들어 설명한다. 제어기(222)는 워킹 코일(132)의 현재출력이 900W이므로, 목표 출력이 300W과 현재출력이 900W을 기초로 온 타임을 결정할 수 있다. 즉, 목표 출력 300W을 현재출력이 900W으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기 3sec에 반영하면 온 타임은 1sec가 된다. 따라서, 1주기 중 1sec 동안 워킹 코일(132)을 900W로 구동시키고(온 타임) 나머지 2sec 동안에는 워킹 코일(132)을 구동시키지 않는다(오프 타임). 따라서, 1주기 동안에는 총 300W가 출력된다. 이러한 예 에서의 온타임 오프 타임은 도 4의 그림 (b)에 도시되어 있다.

즉, 상술한 예와 같이, 스위칭 주파수를 상한 주파수인 65KHz로 동작시키는 경우, 용기 코일의 종류에 따라 현재출력이 임계출력을 초과하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 임계 출력이 아닌 현재출력을 이용하여 온 타임을 설정하여야 정확하게 출력이 제어된다. 이러한 경우에, 수학식 2가 아닌 수학식 1을 적용하게 되면, 현재출력이 900W인데 온 타임이 1.5sec가 되여 실제 출력은 450W가 되며, 이는 실제 목표출력인 300W보다 150W가 높게 설정되는 것이다. 따라서, 현재 출력이 임계출력을 초과하는 경우에는 제어기(222)는 수학식 2를 이용하여 온 타임을 적용함으로써 보다 정확한 온도 제어를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(222)는 오프 타임의 기간이 일정 이상 지속되는 것을 방지하기 위하여, 한 주기에서의 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 감소하도록 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 온-오프(On-Off) 주기의 조절을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 5를 더 참조하여, 제어기의 온-오프(On-Off) 주기 제어에 대하여 설명한다.

도 5의 그림 (a)는 도 4의 그림 (b)와 같이, 온 타임의 1주기가 3초 일 때 1초 동안 온타임을 가지고 2초 동안 오프 타임을 가지는 예를 도시하고 있다. 이와 같이 동작하는 경우, 실제로 오프 타임(T1) 2초 동안 가열 동작이 이루어지지 않게 되므로 음식이 식거나 가열 효율이 낮아지는 문제가 있다. 따라서, 오프 타임의 기간이 일정 이상 지속되는 것을 방지하기 위하여, 제어기(222)는 도 5의 그림 (b)와 같이 한 주기에서의 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 감소하도록 제어할 수 있다.

제어기(222)는 1주기 동안 1회 반복되던 온 타임과 오프 타임을 정수배로 증가시킬 수 있다. 즉, 온-오프(On-Off) 주기를 정수배로 나누어 설정할 수 있다. 도 5의 그림 (b)는 온-오프 주기를 2배로 나누어 1주기가 1.5초가 되도록 설정한 예를 도시한다. 따라서, 기존의 1주기, 즉, 3초에 대하여, 제어기(222)는 각각 0.5초의 온 타임과 1초의 오프타임(T2)이 2회 반복되도록 제어할 수 있다. 이와 같이 제어함으로써, 도 5의 그림 (a)에서 2초간 지속되던 오프타임(T1)과 달리, 그림 (b)에서는 오프타임(T2)가 1초가 되며 중간에 온 타임이 발생하게 되므로, 조리 시 음식물이 식는 것을 방지할 수 있고 가열 효율을 높일 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(222)는 온 타임이 한 주기에서 일정 이하인 경우, 온 타임과 오프 타임 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 정수배로 나누어 설정할 수 있다. 예컨대, 제어기(222)는 온 타임이 한 주기에서 50% 이하인 경우 도 5의 그림 (b)와 같이 온-오프 주기를 감소시키도록 제어하고, 온 타임이 한 주기에서 50%를 초과하는 경우에는 주기 변경을 수행하지 않을 수 있다. 상술한 예에서는 50%의 예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 그 외에도, 오프 시간이 일정 시간 이상 지속되는 경우 온-오프 주기를 조절하는 등과 같이 다양하게 변형 실시 가능하다.

이상에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 대하여 설명하였다. 이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법에 대하여 설명한다. 다만, 이하에서 설명할 유도 가열 장치의 제어 방법은 상술한 유도 가열 장치에서 수행되므로, 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 설명을 참고하여 쉽게 이해할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 제어기(222)는 목표출력이 일정 이하인 저단 동작인지 확인할 수 있다(S610).

제어기(222)는 워킹 코일의 출력을 감지하고(S620), 워킹 코일의 현재출력을 기초로 워킹 코일의 온 타임(On Time)을 설정하여 워킹 코일의 출력을 제어할 수 있다(S630).

단계 S630에 대한 일 실시예에서, 제어기(222)는 인버터 회로의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정하고, 워킹 코일의 현재출력을 기 설정된 임계출력과 비교하여, 온 타임의 결정 방법을 설정할 수 있다.

도 7은 도 6에 도시된 단계 S630에 대한 일 실시예를 설명하는 순서도로서, 이하 도 7을 더 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(222)는 인버터 회로의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정할 수 있다(S710). 이후, 제어기(222)는 워킹 코일의 현재출력을 기 설정된 임계출력과 비교하여(S720), 상기 온 타임의 결정 방법을 설정할 수 있다(S730, S740).

즉, 제어기(222)는 워킹 코일의 현재출력이 임계출력 이하이면(S720, 아니오), 목표출력과 임계출력을 기초로 상기 온 타임을 결정할 수 있다(S730). 예컨대, 제어기(222)는 워킹 코일의 현재출력이 임계출력 이하이면, 목표출력을 임계출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 온 타임을 결정할 수 있다.

한편, 제어기(222)는 워킹 코일의 현재출력이 임계출력을 초과하면(S720, 예), 목표출력과 현재출력을 기초로 상기 온 타임을 결정할 수 있다(S740). 예컨대, 제어기(222)는 워킹 코일의 현재출력이 임계출력을 초과하면, 목표출력을 현재출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 온 타임을 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(222)는 한 주기에서의 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 감소시킬 수 있다(S640).

일 예로, 제어기(222)는 결정된 온 타임이 한 주기에서 일정 이하인 경우, 온 타임과 오프 타임 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 정수배로 나누어 설정할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10 : 유도 가열 장치
12, 14 : 워킹 코일 어셈블리
102 : 케이스 104 : 커버 플레이트
106 : 상판부
112 : 전원부 114 : 인터페이스부
118 : 조작 영역
122, 124 : 워킹 코일 어셈블리
130 : 제1 단열 시트 132 : 제1 워킹 코일
134 : 제2 워킹 코일
202 : 정류 회로 204 : 인버터 회로
212 : 제1 스위칭 소자 214 : 제2 스위칭 소자
220 : 출력 감지기
222 : 제어기
224 : 구동회로

Claims (16)

1. 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로;
   제어신호에 기초하여 상기 인버터 회로에 스위칭 신호를 공급하는 구동 회로;
   상기 워킹 코일의 출력을 감지하는 출력 감지기; 및
   목표출력이 일정 이하인 저단 동작에서, 상기 워킹 코일의 현재출력을 기초로 상기 워킹 코일의 온 타임(On Time)을 설정하여 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 제어기를 포함하는
   유도 가열 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는
   상기 저단 동작이면 상기 인버터 회로의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정하고, 상기 워킹 코일의 상기 온 타임을 조절하여 출력을 제어하는
   유도 가열 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제어기는
   상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력 이하이면, 상기 목표출력과 상기 임계출력을 기초로 상기 온 타임을 결정하는
   유도 가열 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는
   상기 목표출력을 상기 임계출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정하는
   유도 가열 장치.
   
5. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
   상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력을 초과하면, 상기 목표출력과 상기 현재출력을 기초로 상기 온 타임을 결정하는
   유도 가열 장치.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는
   상기 목표출력을 상기 현재출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정하는
   유도 가열 장치.
   
7. 제5항에 있어서, 상기 제어기는
   한 주기에서의 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 감소시켜 제어하는
   유도 가열 장치.
   
8. 제5항에 있어서, 상기 제어기는
   결정된 상기 온 타임이 한 주기에서 일정 이하인 경우, 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 정수배로 나누어 설정하는
   유도 가열 장치.
   
9. 목표출력이 일정 이하인 저단 동작인지 확인하는 단계;
   워킹 코일의 출력을 감지하는 단계; 및
   상기 워킹 코일의 현재출력을 기초로 상기 워킹 코일의 온 타임(On Time)을 설정하여 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계를 포함하는
   유도 가열 장치의 제어 방법.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계는,
    인버터 회로의 동작 주파수를 상한 주파수로 설정하는 단계; 및
    상기 워킹 코일의 상기 현재출력을 기 설정된 임계출력과 비교하여, 상기 온 타임의 결정 방법을 설정하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
    
11. 제9항에 있어서, 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계는,
    상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력 이하이면, 상기 목표출력과 상기 임계출력을 기초로 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
    
12. 제9항에 있어서, 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계는,
    상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력 이하이면, 상기 목표출력을 상기 임계출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
    
13. 제9항에 있어서, 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계는,
    상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력을 초과하면, 상기 목표출력과 상기 현재출력을 기초로 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
    
14. 제9항에 있어서, 상기 워킹 코일의 출력을 제어하는 단계는,
    상기 워킹 코일의 상기 현재출력이 기 설정된 임계출력을 초과하면, 상기 목표출력을 상기 현재출력으로 제산한 값을 온-오프(On-Off) 주기에 반영하여 상기 온 타임을 결정하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
    
15. 제9항에 있어서, 상기 유도 가열 장치의 제어 방법은,
    한 주기에서의 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 감소시키는 단계를 더 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
    
16. 제15항에 있어서, 상기 온-오프(On-Off) 주기를 감소시키는 단계는,
    결정된 상기 온 타임이 한 주기에서 일정 이하인 경우, 상기 온 타임과 오프 타임(Off Time) 간의 비율을 유지하면서 온-오프(On-Off) 주기를 정수배로 나누어 설정하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
    

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