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KR101074485B1 - 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치 - Google Patents

유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치 Download PDF

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KR101074485B1
KR101074485B1 KR1020090077049A KR20090077049A KR101074485B1 KR 101074485 B1 KR101074485 B1 KR 101074485B1 KR 1020090077049 A KR1020090077049 A KR 1020090077049A KR 20090077049 A KR20090077049 A KR 20090077049A KR 101074485 B1 KR101074485 B1 KR 101074485B1
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voltage
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signal
current
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곽동후
배호준
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쿠쿠전자주식회사
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Abstract

본 발명은 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 스위칭 소자로의 구동 전압의 공급 시간 및 구동전압의 크기에 반응하는 감지값을 이용하여, 스위칭 소자의 온 시간을 단축시키는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치에 관한 것이다.
본 발명인 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치는 공진부와, 상용교류전원을 인가 받아, 공진부에 구동전압을 인가하는 전원부와, 온신호 및 오프 신호에 따라 공진부로의 전류의 공급 및 차단을 수행하는 스위칭 소자부와, 공진부로 전류가 공급될 경우, 구동전압에 의한 전류의 공급 시간 또는 구동전압의 크기에 대응하는 전압값을 인가하는 전압 감지부와, 마이컴으로부터의 제어신호에 대응하여, 스위칭 소자부로 온 신호 및 오프 신호를 인가하고, 마이컴의 제어신호가 온 신호이고 전압 감지부로부터의 전압값이 기준 크기 이상인 경우, 오프 신호를 스위칭 소자부에 인가하는 구동부와, 공진부에 의한 유도 가열을 제어하기 위해, 제어 신호를 생성하여 구동부로 인가하는 마이컴으로 이루어진다.

Description

유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치{SWITCHING ELEMENT PROTECTING APPARATUS FOR INDUCTION HEATING COOKER}
본 발명은 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 스위칭 소자로의 구동 전압의 공급 시간 및 구동전압의 크기에 반응하는 감지값을 이용하여, 스위칭 소자의 온 시간을 단축시키는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치에 관한 것이다.
유도가열조리기는 워킹코일에서 발생하는 자력선이 솥을 통과할 때 와전류가 흘러 솥 자체가 가열되는 방식에 의해서 조리 기능을 수행하고 있다. 유도가열조리기의 기본적인 가열원리를 살펴보면, 워킹코일에 전류가 인가되면 자성체인 오븐은 유도(induction) 가열에 의하여 열이 가해지면서, 오븐 내부에서는 가열 및 조리가 이루어지게 된다.
따라서, 유도가열조리기의 경우에는 자력선을 발생시키기 위하여 일정크기의 고주파전압을 워킹코일에 인가해야 한다. 이때 인가되는 고주파전압에 의해서 워킹코일은 약 1300W의 강한 화력을 갖게 된다. 워킹코일로 고주파 전압을
인가하기 하도록 하는 것이 스위칭 소자이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치의 구성도이다.
유도가열 조리기는 상용교류전원(AC전원)(1)을 직류전압으로 정류 및 평활하는 전원부(2)와, 전원부(2)로부터 직류전압(또는 구동전압)을 공급받는 공진부(캐패시터(C) 및 워킹 코일(L))와, 공진부로의 직류전압의 공급 및 차단을 수행하는 스위칭 소자(IGBT)와, 스위칭 소자(IGBT)의 C-G 단 사이에 연결되어, 스위칭 소자(IGBT)를 보호하는 보호부(제너다이오드(ZD1)와 다이오드(D)의 직렬 연결 회로)와, 마이컴(5)으로부터의 제어 신호를 수신하여, 제어 신호에 대응하는 온신호 및 오프 신호를 스위칭 소자(IGBT)에 인가하여, 스위칭 소자(IGBT)로의 구동전압의 공급 및 차단을 수행하는 구동부(3)와, AC전원(1)과 공진 전압을 인가 받아, AC전원(1)의 크기와 공진 전압의 크기 간의 비교를 통한 비교 신호를 마이컴(5)에 인가하는 재트리거부(4)와, 유도 가열 조리기의 전체 공정을 제어하며, 구동부(3)로 제어 신호를 인가하여, 유도 가열을 제어하며, 재트리거부(4)로부터의 비교 신호에 따라 제어 신호(온 및 오프)를 조절하는 마이컴(5)으로 이루어진다.
도 1의 마이컴(5)은 스위칭 소자(IGBT)의 공진전압과 AC 전원(1)의 레벨을 비교한, 비교 신호를 재트리거부(4)로부터 수신하여, 만약 공진전압이 높으면, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 감소시켜 감소된 온 신호에 해당하는 제어 신호를 구동부(3)로 인가한다. 만약 공진 전압이 낮으면, 마이컴(5)은 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 증가시켜 증가된 온 신호에 해당하는 제어 신호를
구동부(3)로 인가한다.
스위칭 소자(IGBT)를 제어하는 마이컴(5)에서, 오동작으로 인한 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간이 길어지면, 스위칭 소자(IGBT)가 파손되는 문제가 있다. 즉, 온 시간을 조정해 주지만, 순간적으로 공진전압이 높아지는 것은 방지 못하고, 공진 전압이 높아진 이후에, 서서히 공진전압을 낮출 수 있을 뿐이다.
또한, 전원왜곡이 들어오거나 전원전압이 평상시보다 올라갈 경우 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 감소시켜야 스위칭 소자(IGBT)의 과전류, 과공진 전압을 방지할 수 있으나, 종래 회로는 FEEDBACK되어 돌아오는 시간의 지연으로 인해 전원전압이 오르는 시점에서 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 제어할 수 없어 과전류 및 과공진 전압이 발생하고 이 때 역시 스위칭 소자(IGBT)의 파손으로 이어질 수 있다.
또한, 전원왜곡이나 순간정전이 발생하면 공진전압이 스위칭 소자(IGBT)의 내전압 보다 높이 올라가 스위칭 소자의 파손우려가 있어 보호부를 사용하였으나 보호부 내의 제너 다이오드(ZD1)의 오차로 인해, 공진전압이 스위칭 소자(IGBT)의 내전압 이상 높아질 우려가 있다.
본 발명은 AC 전압(전원전압)에 연동하여 가변하는 구동전압에 대해서도, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 직접적으로 조정하여, 공진전압이 스위칭 소자(IGBT)의 내전압 이하로 유지되도록 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마이컴의 제어 없이도, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 구동부에서 독립적으로 조절할 수 있는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구동전압(또는 AC전원)의 크기의 변동에도, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 신속하고 정확하게 제어할 수 있는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치는 공진부와, 상용교류전원을 인가 받아, 공진부에 구동전압을 인가하는 전원부와, 온신호 및 오프 신호에 따라 공진부로의 전류의 공급 및 차단을 수행하는 스위칭 소자부와, 공진부로 전류가 공급될 경우, 구동전압에 의한 전류의 공급 시간 또는 구동전압의 크기에 대응하는 전압값을 인가하는 전압 감지부와, 마이컴으로부터의 제어신호에 대응하여, 스위칭 소자부로 온 신호 및 오프 신호를 인가하고, 마이컴의
제어신호가 온 신호이고 전압 감지부로부터의 전압값이 기준 크기 이상인 경우, 오프 신호를 스위칭 소자부에 인가하는 구동부와, 공진부에 의한 유도 가열을 제어하기 위해, 제어 신호를 생성하여 구동부로 인가하는 마이컴으로 이루어진다.
또한, 구동부는 마이컴의 제어신호가 오프신호인 경우, 전압 감지부로부터의 전압값에 대하여 독립적으로, 오프신호를 스위칭 소자부에 인가하고, 마이컴의 제어신호가 온신호이고 전압 감지부로부터의 전압값이 기준 크기 미만인 경우, 온신호를 스위칭 소자부에 인가하는 것이 바람직하다.
또한, 전압 감지부는 구동전압이 제1크기 이상인 경우, 구동전압의 크기에 따른 전류를 인가하는 제1전류 인가부와, 제1전류 인가부로부터의 전류와, 구동부로부터의 일정 전류를 인가 받아 충전되는 캐패시터부를 구비하고, 구동부는 캐패시터부에 충전된 전압값을 인가받는 것이 바람직하다.
또한, 구동부는 마이컴의 제어신호가 온신호인 경우, 일정 전류를 캐패시터부에 인가하는 것이 바람직하다.
또한, 제1전류 인가부는 캐패시터부에 직렬로 연결되는 제1저항을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 전압 감지부는 제1전류 인가부에 병렬로 연결되며, 제2저항을 구비하고, 구동전압이 제1크기보다 큰 제2크기 이상인 경우, 구동전압의 크기에 따른 전류를 인가하는 제2전류 인가부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 구동부는 마이컴으로부터 제어 신호를 인가받는 입력부와, 마이컴으로부터의 제어 신호에 따라 동작하며 전압 감지부로부터의 전압값과 기준
크기를 비교하는 비교부와, 입력부로부터의 제어 신호와 비교부로부터의 비교 결과에 따라, 또는 입력부로부터의 제어 신호에 따라 온신호 및 오프신호를 스위칭 소자부로 인가하는 출력부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 AC 전압(전원전압)에 연동하여 가변하는 구동전압에 대해서도, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 직접적으로 조정하여, 공진전압이 스위칭 소자(IGBT)의 내전압 이하로 유지되도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 마이컴의 제어 없이도, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 구동부에서 독립적으로 조절하여, 마이컴의 오동작에도 신속하고 정확하게 유도 가열 조리기의 스위칭 소자(IGBT)를 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구동전압(또는 AC전원)의 크기의 변동에도, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간을 신속하고 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
이하에서, 본 발명은 실시예와, 도면들을 통하여 상세하게 기재된다.
도 2는 본 발명에 따른 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치의 구성도이다.
도 2의 스위칭 소자 보호 장치는 상용교류전원(AC전원)(11)을 직류전압으로 정류 및 평활하는 전원부(12)와, 전원부(12)로부터 구동전압(또는 직류전압)을 공급받는 공진부(캐패시터(C) 및 워킹 코일(L))와, 공진부로 직류전압에 의한 전류의 공급 및 차단을 수행하는 스위칭 소자부와, 공진부로 전류가 흐를 경우, 즉 공진부로 전류가 공급될 경우, 구동전압에 의한 전류의 공급 시간 또는 구동 전압의 크기에 대응하는 전압값을 인가하는 전압 감지부와, 마이컴(15)으로부터의 제어신호에 대응하여, 스위칭 소자(IGBT)로 온신호 및 오프 신호를 인가하고, 전압 감지부로부터의 전압값을 인가 받아, 인가된 전압값을 고려하여 스위칭 소자(IGBT)의 온 신호를 변환시키는 구동부(13)와, AC전원(11)과 공진 전압을 인가 받아, AC전원(11)의 크기와 공진 전압의 크기 간의 비교를 통한 비교 신호를 마이컴(15)에 인가하는 재트리거부(14)와, 공진부에 의한 유도 가열을 제어하여, 유도 가열 조리기의 전체 공정을 제어하며, 제어 신호를 생성하여 구동부(13)로 인가하는 마이컴(15)으로 이루어진다. 유도 가열 조리기는 구동부(13), 재트리거부(14) 및 마이컴(15) 등의 구성요소들에 필요한 전원을 공급하는 추가적인 전원부를 구비하거나, 전원부(12)가 필요한 전원을 공급할 수 있다.
AC 전원(11), 전원부(12), 공진부는 일반적인 유도 가열 조리기에 구비되어, 상세한 설명은 생략된다.
스위칭 소자부는 구동부(13)로부터의 온신호 및 오프 신호에 따라 공진부로의 전류 공급 및 차단을 수행하는 스위칭 소자(IGBT)와, 스위칭 소자(IGBT)의 C-G 단 사이에 연결되어, 스위칭 소자(IGBT)를 보호하는 기본 보호부(제너다이오드(ZD1)과 다이오드(D)의 직렬 연결 회로)를 포함한다. 다만,
스위칭 소자부는 기본 보호부를 포함하지 않을 수도 있다.
전압 감지부는 전원부(12)로부터 공진부로의 구동 전압에 대응하는 전류의 공급 시간 및/또는 구동 전압의 크기에 대응하는 전압값을 구동부(13)에 인가한다. 이러한 작용을 위해, 전압 감지부는 구동부(13)의 S단자로부터 일정한 크기의 전류를 인가받고, 제1전류 인가부(24) 또는 제2전류 인가부(26)로부터의 전류를 인가받는 캐패시터부(22)와, 공진부에 인가되는 구동전압의 크기가 제1크기 이상인 경우, 전류가 도통되도록 하는 제1전류 인가부(24)와, 공진부에 인가되는 구동전압의 크기가 제2크기 이상인 경우, 전류가 도통되도록 하는 제2전류 인가부(26)을 구비한다.
캐패시터부(22)는 일단이 구동부(13)의 S단자와, 제1 및 제2전류 인가부(24), (26)에 연결되고 타단이 접지된 캐패시터(C1)와, 캐패시터(C1)에 병렬로 연결된 제너 다이오드(ZD2)로 이루어진다. 이에 캐패시터부(22)는 공진부에 대한 온 제어 시에, 구동부(13)와, 제1전류 인가부(24) 또는 제2전류 인가부(26)로부터 전류를 인가 받아 충전된다.
제1전류 인가부(24)는 제너 다이오드(ZD3)와, 제너 다이오드(ZD3)에 직렬로 연결된 저항(R1)으로 이루어진다. 제1전류 인가부(24)는 제너 다이오드(ZD3)의 항복전압 이상의 크기(즉, 제1크기)를 지닌 구동전압이 공진부에 인가되는 경우, 전류가 흐르게 된다. 제1전류 인가부(24)만을 통하여 전류가 인가되는 경우, 제1전류 인가부(24)로부터의 전류와, 구동부(13)로부터의 정전류가 캐패시터부(22)에 인가되어 캐패시터(C1)가 충전된다.
제2전류 인가부(26)는 직렬로 연결된 2개의 제너 다이오드(ZD4) 및 (ZD5)와, 제너 다이오드(ZD4) 및 (ZD5)에 직렬로 연결된 저항(R2)으로 이루어진다. 제2전류 인가부(26)는 2개의 제너 다이오드(ZD4) 및 (ZD5)의 항복전압 이상의 크기(즉, 제2크기)를 지닌 구동전압이 공진부에 인가되는 경우, 전류가 흐르게 된다. 즉, 제2전류 인가부(26)에서의 제2크기는 제1전류 인가부(24)의 제1크기에 비하여 상대적으로 큰 값이 된다.
구동전압이 제1크기 미만인 경우에는 제1전류 인가부(24) 및 제2전류 인가부(26)를 통하여 어떠한 전류도 인가되지 않는다.
구동전압이 제1크기 이상이고 제2크기 미만인 경우(예를 들면, 저전압)에는 상술된 바와 같이, 제1전류 인가부(24)만을 통하여 전류가 인가되고, 구동전압이 제2크기 이상인 경우(예를 들면, 고전압), 제1 및 제2전류 인가부(24) 및 (26)를 통하여 전류가 인가된다. 저전압의 경우, 캐패시터(C1)의 충전 시의 시정수는 캐패시터(C1)과 저항값(R1+제너 다이오드(ZD3)의 내부저항)의 영향을 받는다. 반면에 고전압의 경우, 캐패시터(C1)의 충전 시의 시정수는 캐패시터(C1)과 저항값{(R1+제너 다이오드(ZD3)의 내부저항)과(R2+제너 다이오드(ZD4, ZD5)의 내부저항) 간의 병렬 연결 저항}의 영향을 받는다. 이에 따라, 저전압에서의 저항값이 고전압에서의 저항값보다 크게 되므로, 고전압에서 캐패시터(C1)의 충전이 보다 신속하게 이루어지게 되며, 이러한 신속한 충전은 구동부(13)가 보다 신속하게 구동전압이 차단되도록 할 수 있다.
제2전류 인가부(26)는 선택적으로 구비될 수 있으나, 고전압 시에 보다
신속한 캐패시터부(22)의 충전이 이루어지도록 하는 유리한 효과가 있다. 또한, 캐패시터부(22)에 충전되는 전압의 크기 또는 전압값은 구동전압이 공급되는 시간(즉, 전류가 도통하여 전류가 공급되는 시간)에 대응하며, 아울러 구동전압의 크기에 대응하여, 증가됨을 알 수 있다. 전압 감지부는 구동전압에 의한 전류가 공진부에 흐를 경우에, 상술된 동작을 수행하게 된다.
구동부(13)는 마이컴(15)으로부터 입력단자(I)를 통하여 제어 신호를 인가받는 입력부(13a)와, 전압 감지부로부터의 전압값과 기준 크기를 비교하는 비교부(13b)와, 입력부(13a)로부터의 제어 신호 및/또는 비교부(13b)로부터의 비교 결과에 따라, 온신호 및 오프신호를 스위칭 소자부로 인가하는 출력부(13c)로 이루어진다.
자세하게는, 입력부(13a)가 마이컴(15)으로부터 오프 신호를 인가받은 경우, 출력부(13c)로 오프 신호를 인가한다. 이때, 입력부(13a)는 적절한 신호를 비교부(13b)에 인가하거나 아무런 신호를 인가하지 않음으로써, 비교부(13b)가 정전류를 전압 감지부에 인가하지 않도록 한다. 즉, 오프 제어 동안에는, 구동 전압이 공진부에 인가되지 않으므로, 전압 감지부가 구동할 필요가 없다. 이에 따라, 구동부(13)는 오프 신호인 제어 신호를 마이컴(15)으로부터 수신하는 경우, 전압 감지부로부터의 전압값을 감지할 필요없이, 즉 전압 감지부로부터의 전압값에 대하여 독립적으로 오프 신호를 스위칭 소자에 인가한다.
입력부(13a)가 마이컴(15)으로부터 온 신호를 받은 경우, 출력부(13c)로 온 신호를 인가하며, 적절한 신호를 비교부(13b)에 인가하거나 아무런 신호를
인가하지 않음으로써, 비교부(13b)가 정전류를 전압 감지부에 인가하고, 비교부(13b)가 캐패시터부(22)에 충전된 전압값을 감지하도록 한다. 비교부(13b)는 전압값의 기준 크기를 저장하고 있으며, 감지된 전압값의 크기와 기준 크기를 비교한다. 예를 들면, 기준 크기는 6V 등과 같이 설정될 수 있다. 이 기준 크기는 구동전압으로 인하여 스위칭 소자(IGBT)가 파괴되거나 파괴될 가능성이 높은 때의, 또는 안전성이 보장될 수 있을 때에, 감지될 수 있는 전압값에 해당될 수 있다.
비교부(13b)는 감지된 전압값의 크기와 기준 크기를 비교하여, 감지된 전압값의 크기가 기준 크기 미만인 경우, 그에 대응하는 비교 결과 또는 비교 신호를 출력부(13b)에 인가한다. 이에, 출력부(13c)는 입력부(13a)로부터의 온신호가 스위칭 소자부에 인가될 수 있도록 한다.
반면, 비교부(13b)는 감지된 전압값의 크기와 기준 크기를 비교하여, 감지된 전압값의 크기가 기준 크기 이상인 경우, 그에 대응하는 비교 결과 또는 비교 신호를 출력부(13c)에 인가한다. 이에, 출력부(13c)는 입력부(13a)로부터의 온신호를 수신하였으나, 스위칭 소자부로는 오프 신호를 인가하여, 구동전압에 의한 전류가 공진부에 공급되는 것을 차단한다.
이에, 출력부(13c)는 입력부(13a)로부터 오프 신호를 수신한 경우에는 입력부(13a)로부터의 신호에 따라서 제어 신호를 출력단자(O)를 통하여 스위칭 소자부에 인가하고, 입력부(13a)로부터 온 신호를 수신한 경우에는 입력부(13a)로부터의 제어 신호와 비교부(13b)로부터의 비교 결과를 모두 고려하여, 제어 신호를 스위칭 소자부에 인가한다. 이러한 과정을 통하여, 구동부(13)는
마이컴(15)으로부터 온 신호를 수신하더라도, 스위칭 소자부로는 오프 신호를 인가하여, 스위칭 소자부의 실제 온 시간을 직접적으로 제어할 수 있다.
재트리거부(14)와, 마이컴(15)은 일반적인 유도 가열 조리기의 스위칭 보호 장치에서 적용되는 구성요소들이 사용될 수 있다. 이에 따라, 추가적인 설명은 생략된다.
도 3은 유도 가열 조리기의 대기시의 스위칭 소자(IGBT) 보호 장치의 동작 그래프들이다. (a)는 마이컴(15)의 출력 신호이고, (b)는 구동부(13)의 출력 신호이고, (c)는 캐패시터(C1)에 충전되어 비교부(13b)에서 감지되는 전압 그래프이고, (d)는 스위칭 소자(IGBT)의 공진 전압(Vce) 그래프이다.
도 3에서, AC 전원(11)이 220V이고, 유도 가열 조리기가 대기 상태에 있는 상태에서, 마이컴(15)이 오동작하여, 구동부(13)로 온 제어 신호(전압 레벨은 LOW)를 지속적으로 인가하는 경우에서의 스위칭 소자 보호 장치의 동작이 도시된다.
시간(0~t1)에서, 마이컴(15)은 대기 상태에 따라 오프 제어 신호(전압 레벨은 HIGH)를 구동부(13)에 인가한다. 이에 따라 구동부(13)는 오프 신호(전압 레벨은 LOW)를 스위칭 소자부에 인가하고, 스위칭 소자부의 스위칭 소자(IGBT)는 오프가 되어, 공진부에 전류가 공급되지 않는다. 따라서, 스위칭 소자(IGBT)의 공진 전압(Vce)은 일정한 값을 유지하게 되며, 비교부(13b)가 정전류를 캐패시터부(22)에 인가하지 않고, 제1 및 제2전류 인가부(24, 26)를 통하여 전류가 인가되지 않아 캐패시터(C1)에는 충전이 되지 않는다.
시간(t1~t2) 구간을 설명한다. 시간(t1)에서, 마이컴(15)이 오동작하여, 온 제어 신호(전압 레벨은 LOW)를 구동부(13)에 인가한다. 이에 따라 구동부(13)는 온 신호(전압 레벨은 HIGH)를 스위칭 소자부에 인가하고, 스위칭 소자부의 스위칭 소자(IGBT)는 온 되어, 공진부에 전류가 공급된다. 이후에, 공진부에 전류가 흐르게 되므로, 전압 감지부로 S단자를 통하여 정전류를 인가한다. 따라서, 스위칭 소자부의 스위칭 소자(IGBT)가 온 상태가 되어 공진부에 전류가 흐르게 되고, 구동 전압의 크기에 따라 제1전류 인가부(24)를 통하여, 또는 제1전류 인가부(24) 및 제2전류 인가부(26)를 통하여 전류가 캐패시터부(22)에 인가된다. 스위칭 소자(IGBT)의 온 상태로 도 3의 (d)와 같이, 공진 전압(Vce)이 변화되며, 캐패시터부(22)에는 충전이 이루어지며, 구동부(13)의 비교부(13b)는 시간에 따라 증가하는 전압값을 감지할 수 있다.
시간(t2 이후) 구간에서, 구동부(13)의 비교부(13b)는 기준 전압과, 감지된 전압값을 비교하여, 감지된 전압값이 기준 전압 이상인 경우, 출력부(13c)로 비교 결과를 전송하고, 이에 따라 출력부(13c)는 마이컴(15)에서 지속적으로 온 제어 신호(LOW)를 전송하더라도, 스위칭 소자부로 오프 신호(LOW)를 인가하여, 스위칭 소자(IGBT)가 시간(t2)에서, 오프되도록 한다. 이에 따라, 공진 전압(Vce)도 어느 정도의 시간이 지난 이후에, 급격하게 감쇠된다. 이에 따라, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간(TURN ON 시간)을 제한하여 과전류 및 과공진 전압으로부터 스위칭 소자(IGBT)를 보호할 수 있다.
도 4는 저전압시 스위칭 소자 보호 장치의 동작 그래프들이다. 도 4는, AC전원(11)이 저전압(예를 들면, 180V)일 때, 그에 따른 구동전압도 낮게 된 때,
마이컴(15)이 오동작하여, 구동부(13)로 온 제어 신호(전압 레벨은 LOW)를 지속적으로 인가하는 경우에서의 스위칭 소자 보호 장치의 동작이 도시된다.
도 4의 시간(0~t1)은 도 3의 대응하는 시간 구간과 동일하나, (d)의 공진전압(Vce)이 다소 낮아진 것만이 차이점이다.
시간(t1~t2) 구간을 설명한다. 시간(t1)에서, 마이컴(15)이 오동작하여, 온 제어 신호(전압 레벨은 LOW)를 구동부(13)에 인가한다. 이에 따라 구동부(13)는 온 신호(전압 레벨은 HIGH)를 스위칭 소자부에 인가하고, 스위칭 소자부의 스위칭 소자(IGBT)는 온 되어, 공진부에 전류가 공급된다. 이후에, 공진부에 전류가 흐르게 되므로, 전압 감지부로 S단자를 통하여 정전류를 인가한다. 따라서, 스위칭 소자부의 스위칭 소자(IGBT)가 온 상태가 되어 공진부에 전류가 흐르게 되고, 구동 전압의 크기에 따라 저전압이기에(즉, 구동전압이 제1크기이상이고 제2크기 미만인 경우), 제1전류 인가부(24)만을 통하여, 전류가 캐패시터부(22)에 인가된다. 스위칭 소자(IGBT)의 온 상태로 도 4의 (d)와 같이, 공진 전압(Vce)이 변화되며, 캐패시터부(22)에는 충전이 이루어지며, 구동부(13)의 비교부(13b)는 시간에 따라 증가하는 전압값을 감지할 수 있다.
시간(t2 이후) 구간의 시간(t2)에서, 도 3의 대응하는 구간과 동일하게 동작하여, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간(TURN ON 시간)을 제한하여 과전류 및 과공진 전압으로부터 스위칭 소자(IGBT)를 보호할 수 있다.
도 5는 고전압시 스위칭 소자 보호 장치의 동작 그래프들이다.
도 5는, AC전원(11)이 고전압(예를 들면, 250V)일 때, 그에 따른 구동전압도
높게 된 때, 마이컴(15)이 오동작하여, 구동부(13)로 온 제어 신호(전압 레벨은 LOW)를 지속적으로 인가하는 경우에서의 스위칭 소자 보호 장치의 동작이 도시된다. 도 5의 시간(0~t1)은 도 3의 대응하는 시간 구간과 동일하나, (d)의 공진전압(Vce)이 다소 높거나 같은 것만이 차이점이다.
시간(t1~t2) 구간을 설명한다. 시간(t1)에서, 마이컴(15)이 오동작하여, 온 제어 신호(전압 레벨은 LOW)를 구동부(13)에 인가한다. 이에 따라 구동부(13)는 온 신호(전압 레벨은 HIGH)를 스위칭 소자부에 인가하고, 스위칭 소자부의 스위칭 소자(IGBT)는 온 되어, 공진부에 전류가 공급된다. 이후에, 공진부에 전류가 흐르게 되므로, 전압 감지부로 S단자를 통하여 정전류를 인가한다. 따라서, 스위칭 소자부의 스위칭 소자(IGBT)가 온 상태가 되어 공진부에 전류가 흐르게 되고, 구동 전압의 크기가 고전압이기에(즉, 구동전압이 제2크기 이상인 경우), 제1전류 인가부(24) 및 제2전류 인가부(26)를 통하여, 전류가 캐패시터부(22)에 인가된다.
이에 따라, 캐패시터부(22)에 충전되는 정도가 도 4의 저전압 시보다 급격하게 이루어지게 되며, 따라서 AC전원(11)의 크기 또는 구동전압의 크기에 대응하여, 또는 비례하여, 보다 신속하고 정확하게 반응할 수 있게 된다. 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(IGBT)의 온 구간이 도 4의 온 구간에 비하여 현저하게 작게 된다.
스위칭 소자(IGBT)의 온 상태로 도 5의 (d)와 같이, 공진 전압(Vce)이 변화되며, 캐패시터부(22)에는 충전이 이루어지며, 구동부(13)의 비교부(13b)는 시간에 따라 증가하는 전압값을 감지할 수 있다.
시간(t2 이후) 구간의 시간(t2)에서, 도 3의 대응하는 구간과 동일하게 동작하여, 스위칭 소자(IGBT)의 온 시간(TURN ON 시간)을 제한하여 과전류 및 과공진 전압으로부터 스위칭 소자(IGBT)를 보호할 수 있다.
도 6은 전원 왜곡시 스위칭 소자 보호 장치의 동작 그래프들이다. 유도 가열 조리기의 조리 과정 등의 수행으로, 유도 가열이 수행 중일 때, 구동전압에 왜곡이 생겼을 경우, 스위칭 소자 보호 장치의 동작이 설명된다.
시간(0~t1) 구간에서는 마이컴(15)으로부터의 온 제어 신호 및 오프 제어 신호에 대응하여, 구동부(13)의 온 신호 및 오프 신호가 스위칭 소자부에 인가되고 있다. 즉, 이 구간에서는, 도 6의 (c)에서 알 수 있는 바와 같이, 캐패시터부(22)에 충전되는 전압값이 기준 전압 미만으로 유지되는 것을 의미한다.
시간(t1~t2) 구간을 살펴본다. 시간(t1)부근에서 왜곡이 있는 구동전압이 인가된다. 여기서, 왜곡이 있는 구동전압은 예를 들면, 도 7에 도시된 파형과 같이 왜곡이 생긴 경우이다. 이러한 왜곡에 의해, 마이컴(15)이 온 제어 신호를 인가하여 구동부(13)가 스위칭 소자(IGBT)를 온 상태로 변환시킬 때, 캐패시터부(22)의 충전 속도(또는 충전 정도)가 이전보다 현저하게 빠르게 진행되는 것이 (c)에서 확인된다. 이에 따라, 시간(t2)에서, 캐패시터부(22)에 충전되는 전압값이 기준 전압 이상으로 됨에 따라, 구동부(13)는 마이컴(15)으로부터 온 제어 신호를 수신함에도 불구하고, 스위칭 소자(IGBT)에 오프 신호를 인가한다.
시간(t2~t3) 구간만큼 스위칭 소자(IGBT)의 온 구간이 감축되며, 이로
인하여 과전류 및 과공진 전압으로부터 스위칭 소자(IGBT)를 보호하게 된다.
시간(t3~t4) 구간은, 마이컴(15)이 구동부(13)로 오프 제어 신호를 인가하는 구간이므로, 구동부(13)는 캐패시터부(22)의 충전된 전압값에 무관하게, 오프 신호를 스위칭 소자부에 인가한다.
시간(t4~t5) 구간에서, 시간(t4)에서도 왜곡이 있는 구동전압이 인가되며, 그 왜곡 정도가 심하여서(즉, 구동전압이 더 높아지므로), 캐패시터부(22)의 충전 속도가 시간(t1~t2)보다 빠른 것이 확인된다. 이러한 캐패시터부(22)의 빠른 충전에 의해, 구동부(13)는 보다 신속하게 스위칭 소자(IGBT)로 오프 신호를 인가하게 된다.
이후의 시간 구간에서 확인할 수 있는 바와 같이, 더 큰 왜곡 전압 또는 전원이 인가될 때, 더 신속하게 캐패시터부(22)가 충전됨으로써, 구동부(13)가 왜곡 정도에 대응하여, 또는 비례하여 신속한 오프 제어가 가능하다. 이러한 신속한 제어는 공진부에 인가되는 구동전압으로 인한 전류 공급 시간을 이용하기 때문에 가능할 뿐만 아니라, 제1전류 인가부(24) 이외에도 제2전류 인가부(26)가 구비되어, 구동전압의 크기(AC전원(11)의 크기)에 대응하여 또는 비례하여, 캐패시터부(22)의 충전시의 시정수를 가변할 수 있는 구성으로 인하여 가능하다.
이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 이하의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에
의해서만 제한될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치의 구성도이다.
도 3은 유도 가열 조리기의 대기시의 스위칭 소자 보호 장치의 동작 그래프들이다.
도 4는 저전압시 스위칭 소자 보호 장치의 동작 그래프들이다.
도 5는 고전압시 스위칭 소자 보호 장치의 동작 그래프들이다.
도 6은 전원 왜곡시 스위칭 소자 보호 장치의 동작 그래프들이다.
도 7은 왜곡이 있는 구동전압의 실시예이다.

Claims (7)

  1. 공진부와;
    상용교류전원을 인가 받아, 공진부에 구동전압을 인가하는 전원부와;
    온신호 및 오프 신호에 따라 공진부로의 전류의 공급 및 차단을 수행하는 스위칭 소자부와;
    공진부로 전류가 공급될 경우, 구동전압에 의한 전류의 공급 시간 또는 구동전압의 크기에 대응하는 전압값을 인가하는 전압 감지부와;
    마이컴으로부터의 제어신호에 대응하여, 스위칭 소자부로 온 신호 및 오프 신호를 인가하고, 마이컴의 제어신호가 온 신호이고 전압 감지부로부터의 전압값이 기준 크기 이상인 경우, 오프 신호를 스위칭 소자부에 인가하는 구동부와;
    공진부에 의한 유도 가열을 제어하기 위해, 제어 신호를 생성하여 구동부로 인가하는 마이컴으로 이루어지되,
    전압 감지부는 구동전압이 제1크기 이상인 경우, 구동전압의 크기에 따른 전류를 인가하는 제1전류 인가부와, 제1전류 인가부에 병렬로 연결되며, 구동전압이 제1크기보다 큰 제2크기 이상인 경우, 구동전압의 크기에 따른 전류를 인가하는 제2전류 인가부, 및 제1전류 인가부로부터의 전류 또는 제1 및 제2전류인가부로부터의 전류와, 구동부로부터의 일정 전류를 인가 받아 충전되는 캐패시터부를 구비하고,
    구동부는 캐패시터부에 충전된 전압값을 인가받는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    구동부는 마이컴의 제어신호가 오프신호인 경우, 전압 감지부로부터의 전압값에 대하여 독립적으로, 오프신호를 스위칭 소자부에 인가하고, 마이컴의 제어신호가 온신호이고 전압 감지부로부터의 전압값이 기준 크기 미만인 경우, 온신호를 스위칭 소자부에 인가하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    구동전압이 제1크기 또는 제2크기를 이상인 경우, 구동부는 스위칭 소자의 온 시간을 구동 전압의 크기에 따라 감소시키는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    구동부는 마이컴의 제어신호가 온신호인 경우, 일정 전류를 캐패시터부에 인가하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제1전류 인가부는 적어도 하나 이상의 제너 다이오드를 포함하는 제너 다이오드부와, 제너 다이오드부에 직렬로 연결된 제1저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    제2전류 인가부는 적어도 하나 이상의 제너 다이오드를 포함하는 제너 다이오드부와 제너 다이오드부에 직렬로 연결된 제2저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    구동부는 마이컴으로부터 제어 신호를 인가받는 입력부와, 마이컴으로부터의 제어 신호에 따라 동작하며 전압 감지부로부터의 전압값과 기준 크기를 비교하는 비교부와, 입력부로부터의 제어 신호와 비교부로부터의 비교 결과에 따라, 또는 입력부로부터의 제어 신호에 따라 온신호 및 오프신호를 스위칭 소자부로 인가하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭 소자 보호 장치.
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