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WO2022191354A1 - 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

유도 가열 방식의 쿡탑 Download PDF

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Publication number
WO2022191354A1
WO2022191354A1 PCT/KR2021/004470 KR2021004470W WO2022191354A1 WO 2022191354 A1 WO2022191354 A1 WO 2022191354A1 KR 2021004470 W KR2021004470 W KR 2021004470W WO 2022191354 A1 WO2022191354 A1 WO 2022191354A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dead time
cooktop
container
induction heating
control unit
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/004470
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정경훈
김의성
문현욱
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to US18/277,194 priority Critical patent/US20240098852A1/en
Priority to EP21930454.0A priority patent/EP4258816A1/en
Publication of WO2022191354A1 publication Critical patent/WO2022191354A1/ko

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them
    • H05B6/1236—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them adapted to induce current in a coil to supply power to a device and electrical heating devices powered in this way
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2206/00—Aspects relating to heating by electric, magnetic, or electromagnetic fields covered by group H05B6/00
    • H05B2206/02—Induction heating

Definitions

  • the present disclosure relates to an induction heating type cooktop, and more particularly, to an induction heating type cooktop capable of heating both a magnetic material and a nonmagnetic material.
  • a method of heating an object to be heated using electricity is largely divided into a resistance heating method and an induction heating method.
  • the resistance heating method is a method of heating by transferring heat generated when a current flows through a metal resistance wire or a non-metal heating element such as silicon carbide to the cooking vessel through radiation or conduction.
  • the induction heating method is a method of generating an eddy current in a cooking vessel made of a metal component using a magnetic field generated around the coil when high-frequency power of a predetermined size is applied to the coil, thereby heating the cooking vessel itself.
  • the non-magnetic container has a lower resistivity in the same operating frequency band due to a lower magnetic permeability than the magnetic container, and accordingly, the output of the non-magnetic container is smaller than that of the magnetic container.
  • An object of the present disclosure is to solve the above-mentioned problem.
  • An object of the present disclosure is to provide a cooktop capable of heating both a magnetic container and a non-magnetic container with high output.
  • An object of the present disclosure is to minimize switching loss in a cooktop including a SiC device.
  • An object of the present disclosure is to minimize a heating problem of a switching device in a cooktop including a SiC device.
  • the cooktop according to an embodiment of the present disclosure may vary the dead time.
  • the cooktop according to an embodiment of the present disclosure may vary the dead time according to the driving frequency.
  • the cooktop according to an embodiment of the present disclosure may vary the dead time according to the type of the cooking container.
  • a cooktop includes a working coil, an inverter including a plurality of switching elements driven to allow current to flow in the working coil, and a controller for adjusting the duty of the plurality of switching elements, and the plurality of switching elements
  • the dead time when all are turned off may be variable.
  • the controller may adjust the dead time based on the driving frequency of the inverter.
  • the controller may calculate a preset ratio according to the driving frequency as a dead time.
  • the controller may calculate the dead time whenever the driving frequency is changed.
  • the controller may set the dead time to a preset dead time.
  • the controller may set the dead time as the calculated dead time.
  • the controller may adjust the dead time according to the type of the cooking vessel.
  • the controller may set the dead time to the first value, and if the cooking vessel is the second vessel, the controller may set the dead time to the second value.
  • the first value may be greater than the second value.
  • the controller may vary the dead time so that the dead time decreases as the driving frequency of the inverter increases.
  • the switching loss as the dead time is varied, particularly the switching loss that increases as the driving frequency increases, is minimized.
  • the dead time is variable, the dead time is too short, so it is possible to reduce the possibility of distortion of the gate voltage waveform due to the influence of parasitics, and thus the problem of lowering inverter driving reliability. There are advantages to being minimized.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a cooktop and a cooking container according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a cooktop and a cooking container according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit diagram of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating output characteristics of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating output characteristics of a cooktop according to a driving frequency for each type of cooking container.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a drop voltage of an internal diode according to a gate voltage of a SiC device.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a dead time section and a reverse current generation section of an inverter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a control block diagram of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of operating a cooktop according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 10 to 11 are diagrams for explaining an example of a method of calculating a dead time by the cooktop according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of operating a cooktop according to a second exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a cooktop and a cooking container according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the cooktop and the cooking container according to an embodiment of the present disclosure.
  • the cooking container 1 may be positioned on the cooktop 10 , and the cooktop 10 may heat the cooking container 1 positioned on the top.
  • the cooktop 10 may generate a magnetic field 20 so that at least a part of it passes through the cooking vessel 1 .
  • the magnetic field 20 may induce an eddy current 30 in the cooking vessel 1 .
  • the eddy current 30 heats the cooking vessel 1 itself, and this heat is conducted or radiated and transferred to the inside of the cooking vessel 1 , so that the contents of the cooking vessel 1 can be cooked.
  • the eddy current 30 does not occur. Accordingly, in this case, the cooktop 10 cannot heat the cooking vessel 1 .
  • the cooking container 1 that can be heated by the cooktop 10 may be a stainless steel container or a metal container such as an enamel or cast iron container.
  • the cooktop 10 may include at least one of a top glass 11 , a working coil 12 , and a ferrite 13 .
  • the upper glass 11 may support the cooking vessel 1 . That is, the cooking container 1 may be placed on the upper surface of the upper glass 11 .
  • the upper glass 11 may be formed of tempered glass made of a ceramic material obtained by synthesizing various minerals. Accordingly, the upper glass 11 may protect the cooktop 10 from external impact or the like.
  • the upper glass 11 may prevent a problem of foreign substances such as dust from being introduced into the cooktop 10 .
  • the working coil 12 may be positioned under the upper glass 11 .
  • the working coil 12 may or may not be supplied with current to generate the magnetic field 20 .
  • current may or may not flow in the working coil 12 according to on/off of the internal switching element of the cooktop 10 .
  • a magnetic field 20 When a current flows through the working coil 12 , a magnetic field 20 is generated, and the magnetic field 20 may meet an electrical resistance component included in the cooking vessel 1 to generate an eddy current 30 .
  • the eddy current heats the cooking vessel 1 , so that the contents of the cooking vessel 1 can be cooked.
  • the heating power of the cooktop 10 may be adjusted according to the amount of current flowing through the working coil 12 .
  • the ferrite 13 is a component for protecting the internal circuit of the cooktop 10 . Specifically, the ferrite 13 serves as a shield to block the influence of the magnetic field 20 generated from the working coil 12 or the electromagnetic field generated from the outside on the internal circuit of the cooktop 10 .
  • the ferrite 13 may be formed of a material having very high permeability.
  • the ferrite 13 serves to induce the magnetic field flowing into the cooktop 10 to flow through the ferrite 13 without being radiated.
  • the movement of the magnetic field 20 generated in the working coil 12 by the ferrite 13 may be as shown in FIG. 2 .
  • the cooktop 10 may further include other components in addition to the above-described upper glass 11 , the working coil 12 , and the ferrite 13 .
  • the cooktop 10 may further include a heat insulating material (not shown) positioned between the upper glass 11 and the working coil 12 . That is, the cooktop according to the present disclosure is not limited to the cooktop 10 shown in FIG. 2 .
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit diagram of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • the induction heating type cooktop includes a power supply unit 110 , a rectifier unit 120 , a DC link capacitor 130 , an inverter 140 , a working coil 150 , a resonance capacitor 160 , and an SMPS 170 ). may include at least some or all of.
  • the power supply unit 110 may receive external power. Power that the power supply unit 110 receives from the outside may be AC (Alternation Current) power.
  • AC Alternation Current
  • the power source 110 may supply an AC voltage to the rectifier 120 .
  • the rectifier 120 (rectifier) is an electrical device for converting alternating current to direct current.
  • the rectifier 120 converts the AC voltage supplied through the power supply 110 into a DC voltage.
  • the rectifier 120 may supply the converted voltage to both ends of DC 121 .
  • the output terminal of the rectifier 120 may be connected to both DC ends 121 .
  • the DC both ends 121 output through the rectifier 120 may be referred to as a DC link.
  • a voltage measured at both ends of DC 121 is referred to as a DC link voltage.
  • the DC link capacitor 130 serves as a buffer between the power supply unit 110 and the inverter 140 . Specifically, the DC link capacitor 130 is used to maintain the DC link voltage converted through the rectifier 120 and supply it to the inverter 140 .
  • the inverter 140 serves to switch the voltage applied to the working coil 150 so that a high-frequency current flows through the working coil 150 .
  • the inverter 140 may include a semiconductor switch, and the semiconductor switch may be an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) or a SiC device, but this is only exemplary and is not limited thereto.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • SiC SiC device
  • current may or may not flow depending on whether the switching element is driven.
  • a current flows through the working coil 150 , a magnetic field is generated.
  • the working coil 150 may heat the cooking appliance by generating a magnetic field as current flows.
  • One side of the working coil 150 is connected to the connection point of the switching element of the inverter 140 , and the other side is connected to the resonance capacitor 160 .
  • the switching element is driven by a driving unit (not shown), and a high-frequency voltage is applied to the working coil 150 while the switching elements operate alternately by controlling the switching time output from the driving unit.
  • the voltage supplied to the working coil 150 changes from a low voltage to a high voltage because the on/off time of the switching element applied from the driving unit (not shown) is gradually compensated.
  • the resonant capacitor 160 may be a component to serve as a buffer.
  • the resonance capacitor 160 controls a saturation voltage increase rate during turn-off of the switching element, thereby affecting energy loss during turn-off time.
  • SMPS Switching Mode Power Supply
  • the SMPS 170 converts a DC input voltage into a square wave voltage, and then obtains a controlled DC output voltage through a filter.
  • the SMPS 170 may minimize unnecessary loss by controlling the flow of power by using a switching processor.
  • the resonance frequency is determined by the inductance value of the working coil 150 and the capacitance value of the resonance capacitor 160 .
  • a resonance curve is formed based on the determined resonance frequency, and the resonance curve may represent the output power of the cooktop 10 according to a frequency band.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating output characteristics of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • the Q factor may be a value indicating sharpness of resonance in a resonance circuit. Accordingly, in the case of the cooktop 10 , the Q factor is determined by the inductance value of the working coil 150 included in the cooktop 10 and the capacitance value of the resonance capacitor 160 . The resonance curve is different depending on the Q factor. Accordingly, the cooktop 10 has different output characteristics according to the inductance value of the working coil 150 and the capacitance value of the resonance capacitor 160 .
  • a horizontal axis of the resonance curve may indicate a frequency, and a vertical axis may indicate output power.
  • the frequency at which the maximum power is output in the resonance curve is called the resonance frequency (f0).
  • the cooktop 10 uses the frequency of the right region based on the resonance frequency f0 of the resonance curve.
  • the cooktop 1 may have a preset minimum operating frequency and a maximum operating frequency.
  • the cooktop 10 may operate at a frequency corresponding to a range from a maximum operating frequency fmax to a minimum operating frequency fmin. That is, the operating frequency range of the cooktop 10 may be from the maximum operating frequency fmax to the minimum operating frequency fmin.
  • the maximum operating frequency fmax may be the IGBT maximum switching frequency.
  • the maximum IGBT switching frequency may mean a maximum frequency that can be driven in consideration of the withstand voltage and capacity of the IGBT switching element.
  • the maximum operating frequency fmax may be 75 kHz.
  • the minimum operating frequency fmin may be about 20 kHz. In this case, since the cooktop 10 does not operate at an audible frequency (about 16Hz to 20kHz), noise of the cooktop 10 can be reduced.
  • the set values of the above-described maximum operating frequency fmax and minimum operating frequency fmin are merely exemplary and are not limited thereto.
  • the cooktop 10 may determine an operating frequency according to the heating power level set in the heating command. Specifically, the cooktop 10 may adjust the output power by lowering the operating frequency as the set heating power level is higher and increasing the operating frequency as the set heating power level is lower. That is, upon receiving the heating command, the cooktop 10 may perform a heating mode operating in any one of the operating frequency ranges according to the set thermal power.
  • the cooktop 10 requires a large current in order to increase the heating efficiency of the cooking container 1 which is not only a magnetic material but also a non-magnetic material. This will be described in more detail with reference to FIG. 5 .
  • FIG. 5 is a diagram illustrating output characteristics of a cooktop according to a driving frequency for each type of cooking container.
  • Clad is an example of the cooking vessel 1 which is a ferromagnetic material
  • STS304 is an example of the cooking vessel 1 which is a weak magnetic material
  • AL is an example of the cooking vessel 1 which is a non-magnetic material.
  • the frequency for generating the maximum power increases in the order of a ferromagnetic material, a weak magnetic material, and a nonmagnetic material.
  • a high current is required at some driving frequencies for heating the cooking vessel 1, which is particularly a weak magnetic material and a non-magnetic material.
  • the SiC device can tolerate a high current, the voltage drop of the internal diode varies according to the magnitude of the gate voltage. Next, a voltage drop characteristic of the internal diode according to the gate voltage of the SiC device will be described with reference to FIG. 6 .
  • FIG. 6 is a graph illustrating a drop voltage of an internal diode according to a gate voltage of a SiC device.
  • the operation period of the inverter 140 may be divided into a channel conduction period, a switch turn-off period, and a dead time period.
  • the channel conduction section may be a section in which current flows through a channel inside the SiC device.
  • the switch turn-off period may be a period in which a switch turn-off loss occurs during the turn-off period of the SiC device.
  • the dead time period is a period for a safe operation when the SiC element is turned on, and may be a period corresponding to a time difference between when the first switching element is turned off and before the second switching element is turned on.
  • the dead time may be a period in which all of the plurality of switching elements are turned off.
  • the dead time section may include a reverse conduction section in which current flows through the internal diode.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a dead time section and a reverse current generation section of an inverter according to an embodiment of the present disclosure.
  • a period in which the upper gate voltage and the lower gate voltage are both zero (0) may be a dead time period in which all of the plurality of switching elements are turned off. And, in the dead time section, a section in which the reverse current of the first switching element (upper element) flows or the reverse current of the second switching element (lower element) flows may occur, and power consumption increases by this reverse current do.
  • the reverse current increases as the voltage drop decreases, and as described above, the voltage drop decreases as the gate voltage increases.
  • the conventional cooktop 10 is driven by fixing the dead time to time when the gate voltage is driven.
  • the conventional cooktop 10 drives the gate voltage by fixing the dead time to 1us.
  • the dead time by varying the dead time, the loss is reduced and the temperature rise problem of the switching element is improved.
  • FIG. 8 is a control block diagram of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 shows only an example of a configuration necessary to explain a method of controlling the cooktop 10 according to an embodiment of the present disclosure, and some of the configurations shown in FIG. 8 are omitted or other components not shown in FIG. 8 are shown. Additional configurations may be added.
  • the cooktop 10 may include a container determining unit 191 , a control unit 193 , and an inverter 140 .
  • the inverter 140 may include a plurality of switching elements driven so that a current flows through the working coil 150 .
  • the plurality of switching devices may be a silicon carbide (SiC) device, but is not limited thereto.
  • the plurality of switching elements may be GaN elements. That is, the plurality of switching devices may be wide band-gap (WBG) devices.
  • the inverter 140 includes a first switching element (upper switching element) and a second switching element (lower switching element).
  • the container determining unit 191 may determine the type of the cooking container 1 .
  • the container determining unit 191 may determine the material of the cooking container 1 .
  • the container determining unit 191 may acquire the type of the cooking container 1 or the material of the cooking container 1 .
  • the type of the cooking vessel 1 may be a concept including the material of the cooking vessel 1 .
  • a method for the container determining unit 191 to determine the type of the cooking container 1 may be various.
  • the controller 193 may control the operation of the cooktop 10 .
  • the control unit 193 may control each component constituting the cooktop 10 , such as the inverter 140 and the container determining unit 191 .
  • the controller 193 may adjust the duty of a plurality of switching elements included in the inverter 140 .
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of operating a cooktop according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the dead time may vary according to the driving frequency. Accordingly, the controller 193 may adjust the dead time based on the driving frequency of the inverter 140 .
  • the dead time in the cooktop 10 is varied according to the driving frequency.
  • the controller 193 may calculate the dead time according to the driving frequency (S110).
  • the dead time may be set to a value corresponding to a preset ratio based on the driving frequency. Accordingly, the controller 193 may calculate a predetermined ratio according to the driving frequency as the dead time.
  • the controller 193 may calculate the dead time whenever the driving frequency is changed. According to another embodiment, the control unit 193 may change the driving frequency every preset period.
  • 10 to 11 are diagrams for explaining an example of a method of calculating a dead time by the cooktop according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the controller 193 may set 2us, which is 20% of the period, as the total dead time for one period, and accordingly, the dead time for each switching element.
  • Each interval may be 1us.
  • the period is 5 us, so 1us, which is 20% of the period, can be set as the total dead time for one period, and accordingly,
  • the dead time interval may be 0.5 us.
  • the dead time period becomes shorter as the frequency increases, so that loss can be reduced.
  • FIG. 9 will be described.
  • the controller 193 may determine whether the calculated dead time is equal to or less than a preset minimum dead time ( S120 ).
  • the controller 193 may set the minimum dead time in advance in order to minimize the case where the dead time is excessively shortened.
  • the minimum dead time may be 0.2 us, but this is only exemplary and is not limited thereto.
  • the controller 193 may set the dead time to a preset minimum dead time ( S130 ).
  • the controller 193 may set the dead time as the calculated dead time ( S14 ).
  • the controller 193 may set the dead time as the calculated dead time.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of operating a cooktop according to a second exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the dead time may vary according to the type of the cooking vessel 1 .
  • the control unit 193 may adjust the dead time according to the type of the cooking vessel 1 .
  • a method in which the dead time in the cooktop 10 is varied according to the cooking vessel 1 will be described in detail.
  • the controller 193 may determine the material of the cooking vessel 1 ( S210 ).
  • the controller 193 may obtain whether the cooking container 1 is a magnetic body or a non-magnetic body. As another example, the controller 193 may obtain whether the cooking container 1 is a ferromagnetic body, a weak magnetic body, or a non-magnetic body. That is, the number of types of cooking vessels 1 that can be discriminated by the cooking vessel 1 is not limited. Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that the control unit 193 can discriminate the material of the cooking vessel 1 into three types.
  • the controller 193 may determine whether the determined cooking container 1 is the first container ( S220 ).
  • the controller 193 may set the dead time to the first value ( S230 ).
  • the controller 193 may determine whether the determined cooking vessel 1 is the second vessel ( S240 ).
  • the controller 193 may set the dead time to the second value ( S250 ).
  • the controller 193 may determine whether the determined cooking container 1 is the third container ( S260 ).
  • the controller 193 may set the dead time to the third value ( S270 ).
  • the controller 193 may determine the material of the cooking vessel 1 again ( S210 ).
  • the controller 193 may set the dead time to a preset basic value (eg, the first value).
  • the first container may be more magnetic than the second container, and the second container may be more magnetic than the third container. That is, the first container may be a ferromagnetic material, the second container may be a weak magnetic material, and the third container may be a nonmagnetic material. And, in this case, the first value may be greater than the second value, and the second value may be greater than the third value. For example, the first value may be 1us, the second value may be 0.7us, and the third value may be 0.5us.
  • the controller 193 may vary the dead time so that the dead time decreases as the driving frequency of the inverter 140 increases.
  • the cooktop 10 Since the cooktop 10 according to the above-described first and second embodiments has a variable dead time, it is possible to operate at a high frequency while minimizing the loss and heat generation of the switching element, so that the types of the cooking vessel 1 that can be heated can be expanded. And there is an advantage of increasing the output to the non-magnetic material. In addition, since the temperature rise problem of the switching element is minimized, the number and size of the cooling system components can be reduced, and accordingly, the size of the cooktop 10 can be reduced.
  • a magnetic material may mean a material having ferromagnetism (ferromagnetic material), and the nonmagnetic material may include a material having a weak magnetism (weak magnetic material) other than a ferromagnetic material and a material having no magnetism at all.

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Abstract

본 개시는 데드 타임이 가변되는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것으로, 워킹 코일, 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터, 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절하는 제어부를 포함하고, 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임은 가변될 수 있다.

Description

유도 가열 방식의 쿡탑
본 개시는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것으로, 보다 상세하게 자성체 및 비자성체를 모두 가열할 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 조리 용기에 전달함으로써 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 조리 용기에 와전류(eddy current)를 발생시켜 조리 용기 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
한편, 이러한 유도 가열 방식의 경우 동일한 전류가 코일에 인가되더라도 조리 용기의 재질에 따라서 출력 파워가 달라지는 문제가 있다. 구체적으로, 비자성체 용기는 자성체 용기 보다 낮은 투자율로 인해 동일한 동작 주파수 대역에서 비저항이 작고, 이에 따라 비자성체 용기의 출력이 자성체 용기의 출력 보다 작다.
이에, 자성체 용기뿐만 아니라 비자성체 용기에 대한 출력을 높이기 위한 방안이 요구된다. 즉, 자성체 용기와 비자성체 용기를 모두 높은 출력으로 가열할 수 있는 쿡탑이 요구되고 있다.
본 개시는 상술한 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는 자성체 용기 및 비자성체 용기 모두를 고출력으로 가열할 수 있는 쿡탑의 제공을 일 목적으로 한다.
본 개시는 SiC 소자를 포함하는 쿡탑에서의 스위칭 손실을 최소화는 것을 일 목적으로 한다.
본 개시는 SiC 소자를 포함하는 쿡탑에서의 스위칭 소자의 발열 문제를 최소화하는 것을 일 목적으로 한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 데드 타임을 가변시킬 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 구동 주파수에 따라 데드 타임을 가변시킬 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 조리 용기의 종류에 따라 데드 타임을 가변시킬 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 워킹 코일, 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터, 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절하는 제어부를 포함하고, 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임은 가변될 수 있다.
제어부는 인버터의 구동 주파수에 기초하여 데드 타임을 조절할 수 있다.
제어부는 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 데드 타임으로 연산할 수 있다.
제어부는 구동 주파수가 변경될 때마다 데드 타임을 연산할 수 있다.
제어부는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 이하이면, 데드 타임을 기설정된 데드 타임으로 설정할 수 있다.
제어부는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 초과이면, 데드 타임을 연산된 데드 타임으로 설정할 수 있다.
제어부는 조리 용기의 종류에 따라 데드 타임을 조절할 수 있다.
제어부는 조리 용기가 제1 용기이면 데드 타임을 제1 값으로 설정하고, 조리 용기가 제2 용기이면 데드 타임을 제2 값으로 설정할 수 있다.
제1 용기가 자성체이고 제2 용기가 비자성체인 경우, 제1 값은 제2 값 보다 클 수 있다.
제어부는 인버터의 구동 주파수가 증가할수록 데드 타임이 감소하도록 데드 타임을 가변시킬 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 데드 타임이 가변됨에 따라 스위칭 손실, 특히 구동 주파수가 증가함에 따라 증가되는 스위칭 손실이 최소화되는 이점이 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 데드 타임이 가변되기 때문에 데드 타임이 너무 짧아 기생성분들의 영향으로 인한 게이트 전압 파형의 왜곡 발생 가능성을 줄일 수 있고, 이에 따라 인버터 구동 신뢰성이 저하되는 문제를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 데드 타임이 가변됨에 따라 스위칭 소자의 발열 문제가 최소화되는 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 구동 주파수에 따른 쿡탑의 출력 특성을 조리 용기의 종류별로 도시한 도면이다.
도 6은 SiC 소자의 게이트 전압에 따른 내부 다이오드의 드롭 전압이 도시된 그래프이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 인버터의 데드 타임 구간과 역방향 전류의 발생 구간이 도시된 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑의 제어 블록도이다.
도 9는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
도 10 내지 도 11은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑이 데드 타임을 연산하는 방법의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
이하, 본 개시와 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑 및 그의 동작 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해, “유도 가열 방식의 쿡탑”을 “쿡탑”으로 일컫는다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.
조리 용기(1)는 쿡탑(10) 상부에 위치할 수 있고, 쿡탑(10)은 상부에 위치하고 있는 조리 용기(1)를 가열시킬 수 있다.
먼저, 쿡탑(10)이 조리 용기(1)를 가열시키는 방법을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 적어도 일부가 조리 용기(1)를 통과하도록 자기장(20)을 발생시킬 수 있다. 이 때, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되어 있다면, 자기장(20)은 조리 용기(1)에 와류 전류(30)를 유도할 수 있다. 이러한 와류 전류(30)는 조리 용기(1) 자체를 발열시키고, 이러한 열은 전도 또는 방사되어 조리 용기(1)의 내부까지 전달되므로, 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.
한편, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되지 않은 경우에는 와류 전류(30)가 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 경우 쿡탑(10)은 조리 용기(1)를 가열시킬 수 없다.
따라서, 이러한 쿡탑(10)에 의해 가열될 수 있는 조리 용기(1)는 스테인리스 계열 혹은 법랑이나 주철 용기 같은 금속 재질 용기일 수 있다.
다음으로, 쿡탑(10)이 자기장(20)을 발생시키는 방법을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 상판 글래스(11), 워킹 코일(12) 및 페라이트(13) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상판 글래스(11)는 조리 용기(1)를 지지할 수 있다. 즉, 조리 용기(1)는 상판 글래스(11)의 상면에 놓일 수 있다.
그리고, 상판 글래스(11)는 여러 광물질을 합성한 세라믹 재질의 강화 유리로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상판 글래스(11)는 쿡탑(10)을 외부 충격 등으로부터 보호할 수 있다.
또한, 상판 글래스(11)는 쿡탑(10) 내부로 먼지 등의 이물질이 인입되는 문제를 방지할 수 있다.
워킹 코일(12)은 상판 글래스(11)의 아래에 위치할 수 있다. 이러한 워킹 코일(12)은 자기장(20)을 발생시키도록 전류가 공급되거나 공급되지 않을 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10) 내부 스위칭 소자의 온/오프에 따라 워킹 코일(12)에 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있다.
워킹 코일(12)에 전류가 흐르면 자기장(20)이 발생하고, 이러한 자기장(20)은 조리 용기(1)에 포함된 전기 저항 성분을 만나 와류 전류(30)를 발생시킬 수 있다. 와류 전류는 조리 용기(1)를 가열시키고, 이에 따라 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.
또한, 워킹 코일(12)에 흐르는 전류의 양에 따라 쿡탑(10)의 화력이 조절될 수 있다. 구체적인 예로, 워킹 코일(12)을 흐르는 전류가 많을수록 자기장(20)이 많이 발생하게 되고, 이에 따라 조리 용기(1)를 통과하는 자기장이 증가하므로 쿡탑(10)의 화력이 높아질 수 있다.
페라이트(13)는 쿡탑(10)의 내부 회로를 보호하기 위한 구성 요소이다. 구체적으로, 페라이트(13)는 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장(20) 또는 외부에서 발생한 전자기장이 쿡탑(10)의 내부 회로에 미치는 영향을 차단하는 차폐 역할을 한다.
이를 위해, 페라이트(13)는 투자율(permeability)이 매우 높은 물질로 형성될 수 있다. 페라이트(13)는 쿡탑(10)의 내부로 유입되는 자기장이 방사되지 않고, 페라이트(13)를 통해 흐르도록 유도하는 역할을 한다. 페라이트(13)에 의해 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장(20)이 이동하는 모습은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다.
한편, 쿡탑(10)은 상술한 상판 글래스(11), 워킹 코일(12) 및 페라이트(13) 외에 다른 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 쿡탑(10)은 상판 글래스(11)와 워킹 코일(12) 사이에 위치하는 단열재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 즉, 본 개시에 따른 쿡탑은 도 2에 도시된 쿡탑(10)으로 제한되지 않는다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.
도 3에 도시된 쿡탑(10)의 회로도는 설명의 편의를 예시적으로 든 것에 불과하므로, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
도 3을 참조하면, 유도 가열 방식의 쿡탑은 전원부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 인버터(140), 워킹 코일(150), 공진 커패시터(160) 및 SMPS(170) 중 적어도 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
전원부(110)는 외부 전원을 입력받을 수 있다. 전원부(110)가 외부로부터 입력받는 전원은 AC(Alternation Current) 전원일 수 있다.
전원부(110)은 정류부(120)로 교류 전압을 공급할 수 있다.
정류부(120, Rectifier)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전기적 장치이다. 정류부(120)는 전원부(110)을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 정류부(120)는 변환된 전압을 DC 양단(121)으로 공급할 수 있다.
정류부(120)의 출력단은 DC 양단(121)으로 연결될 수 있다. 정류부(120)를 통해 출력되는 DC 양단(121)을 DC 링크라고 할 수 있다. DC 양단(121)에서 측정되는 전압을 DC 링크 전압이라고 한다.
DC 링크 커패시터(130)는 전원부(110)과 인버터(140) 사이의 버퍼 역할을 수행한다. 구체적으로, DC 링크 커패시터(130)는 정류부(120)를 통해 변환된 DC 링크 전압을 유지시켜 인버터(140)까지 공급하기 위한 용도로 사용된다.
인버터(140)는 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르도록 워킹 코일(150)에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 한다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 포함할 수 있고, 반도체 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 SiC 소자일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않음이 타당하다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 구동시킴으로써 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르게 하고, 이에 따라 워킹 코일(150)에 고주파 자계가 형성된다.
워킹 코일(150)은 스위칭 소자의 구동 여부에 따라 전류가 흐르거나 전류가 흐르지 않을 수 있다. 워킹 코일(150)에 전류가 흐르면 자기장이 발생한다. 워킹 코일(150)은 전류가 흐름에 따라 자기장을 발생시켜 조리기기를 가열시킬 수 있다.
워킹 코일(150)의 일측은 인버터(140)의 스위칭 소자의 접속점에 연결되어 있고, 다른 일측은 공진 커패시터(160)에 연결된다.
스위칭 소자의 구동은 구동부(미도시)에 의해서 이루어지며, 구동부에서 출력되는 스위칭 시간에 제어되어 스위칭 소자가 서로 교호로 동작하면서 워킹 코일(150)로 고주파의 전압을 인가한다. 그리고, 구동부(미도시)로터 인가되는 스위칭 소자의 온/오프 시간은 점차 보상되는 형태로 제어되기 때문에 워킹 코일(150)에 공급되는 전압은 저전압에서 고전압으로 변한다.
공진 커패시터(160)는 완충기 역할을 하기 위한 구성요소일 수 있다. 공진 커패시터(160)는 스위칭 소자의 턴오프 동안 포화 전압 상승 비율을 조절하여, 턴오프 시간 동안 에너지 손실에 영향을 준다.
SMPS(170, Switching Mode Power Supply)는 스위칭 동작에 따라 전력을 효율적으로 변환시키는 전원공급장치를 의미한다. SMPS(170)는 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후, 필터를 통하여 제어된 직류 출력 전압을 획득한다. SMPS(170)는 스위칭 프로세서를 이용하여, 전력의 흐름을 제어함으로써 불필요한 손실을 최소화할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같은 회로도로 구성되는 쿡탑(10)의 경우, 공진 주파수(resonance frequency)는 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 결정된다. 그리고, 결정된 공진 주파수를 중심으로 공진 곡선이 형성되며, 공진 곡선은 주파수 대역에 따라 쿡탑(10)의 출력 파워를 나타낼 수 있다.
다음으로, 도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
먼저, Q 팩터(quality factor)는 공진 회로에서 공진의 예리함을 나타내는 값일 수 있다. 따라서, 쿡탑(10)의 경우, 쿡탑(10)에 포함된 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 Q 팩터가 결정된다. Q 팩터에 따라 공진 곡선은 상이하다. 따라서, 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 따라 쿡탑(10)은 상이한 출력 특성을 갖는다.
도 4에는 Q 팩터에 따른 공진 곡선의 일 예가 도시되어 있다. 일반적으로, Q 팩터가 클수록 곡선의 모양이 샤프(sharp)하고, Q 팩터가 작을수록 곡선의 모양이 브로드(broad)하다.
공진 곡선의 가로축은 주파수(frequency)를 나타내고, 세로축은 출력되는 전력(power)을 나타낼 수 있다. 공진 곡선에서 최대 전력을 출력하는 주파수를 공진 주파수(f0)라고 한다.
일반적으로, 쿡탑(10)은 공진 곡선의 공진 주파수(f0)를 기준으로 오른쪽 영역의 주파수를 이용한다. 그리고, 쿡탑(1)은 동작 가능한 최소 동작 주파수와 최대 동작 주파수가 미리 설정되어 있을 수 있다.
일 예로, 쿡탑(10)은 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)의 범위에 해당하는 주파수로 동작할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)의 동작 주파수 범위는 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)까지일 수 있다.
일 예로, 최대 동작 주파수(fmax)는 IGBT 최대 스위칭 주파수일 수 있다. IGBT 최대 스위칭 주파수란 IGBT 스위칭 소자의 내압 및 용량 등을 고려하여, 구동 가능한 최대 주파수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 최대 동작 주파수(fmax)는 75kHz일 수 있다.
최소 동작 주파수(fmin)는 약 20kHz일 수 있다. 이 경우, 쿡탑(10)이 가청 주파수(약 16Hz~ 20kHz)로 동작하지 않으므로, 쿡탑(10)의 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
한편, 상술한 최대 동작 주파수(fmax) 및 최소 동작 주파수(fmin)의 설정 값은 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않는다.
이러한 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 가열 명령에서 설정된 화력 단계에 따라 동작 주파수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10)은 설정된 화력 단계가 높을수록 동작 주파수를 낮추고, 설정된 화력 단계가 낮을수록 동작 주파수를 높임으로써 출력 파워를 조절할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 설정된 화력에 따라 동작 주파수 범위 중 어느 하나로 동작하는 가열 모드를 실시할 수 있다.
이러한 쿡탑(10)은 자성체뿐만 아니라 비자성체인 조리 용기(1)에 대해서도 가열 효율을 높이기 위해, 큰 전류를 필요로 한다. 이에 대해, 도 5를 참조하여 더 자세히 설명한다.
도 5는 구동 주파수에 따른 쿡탑의 출력 특성을 조리 용기의 종류별로 도시한 도면이다.
도 5에서, Clad는 강자성체인 조리 용기(1)의 일 예이고, STS304는 약자성체인 조리 용기(1)의 일 예이고, AL은 비자성체인 조리 용기(1)의 일 예이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 최대 출력(Max Power)을 내기 위한 주파수는 강자성체, 약자성체, 비자성체 순으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 특히 약자성체와 비자성체인 조리 용기(1)를 가열하기 위한 일부 구동 주파수에서는 높은 전류가 요구됨을 확인할 수 있다.
한편, IGBT 소자는 주파수가 높아질수록 허용 전류가 작기 때문에 비자성체인 조리 용기(1)에 대한 가열 효율에 한계가 발생할 수 있다.
SiC 소자는 높은 전류를 허용 가능하나, 게이트 전압의 크기에 따라 내부 다이오드의 전압 강하(voltage drop)가 변화하는 특징이 있다. 다음으로, 도 6을 참조하여, SiC 소자의 게이트 전압에 따른 내부 다이오드의 전압 강하 특징을 설명한다.
도 6은 SiC 소자의 게이트 전압에 따른 내부 다이오드의 드롭 전압이 도시된 그래프이다.
도 6의 화살표를 참조하면, 게이트 전압이 증가하는 방향으로 갈수록 내부 다이오드의 전압 강하가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 전압 강하가 감소하면 역방향 전류가 증가하고, 역방향 전류로 인해 데드 타임 구간에서 전력 소비가 크게 증가하는 문제가 발생하게 된다. 이에 대해, 인버터의 동작과 연관시켜 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 인버터(140)의 동작 구간은 채널 컨덕션 구간, 스위치 턴 오프 구간, 데드 타임 구간으로 구분될 수 있다.
채널 컨덕션(Channel Conduction) 구간은, 전류가 SiC 소자 내부의 채널(Channel)을 통해 흐르는 구간일 수 있다.
스위치 턴 오프 구간은 SiC 소자의 턴-오프 구간 중 스위치 턴 오프(Switch Turn off) 손실이 발생하는 구간일 수 있다.
데드 타임(Dead time) 구간은, SiC 소자가 턴 온 될 때 안전 동작을 위한 구간으로, 제1 스위칭 소자가 오프된 후 제2 스위칭 소자가 온되기 전까지의 시간 차에 해당하는 구간일 수 있다. 데드 타임은 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 구간일 수 있다. 한편, 데드 타임 구간에서는 내부 다이오드를 통해 전류가 흐르는 리버스 컨덕션(Reverse Conduction) 구간이 포함될 수 있다.
리버스 컨덕션 구간에서는 내부 다이오드를 통해 전류가 흐르기 때문에, 특히 조리 용기(1)가 비자성체인 경우 SiC 소자에 높은 전류가 흐르는 바, 리버스 컨덕션 구간에서 큰 전력 손실이 발생할 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 인버터의 데드 타임 구간과 역방향 전류의 발생 구간이 도시된 도면이다.
도 7에서, 상단 게이트 전압과 하단 게이트 전압이 모두 제로(0)인 구간은, 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임 구간일 수 있다. 그리고, 데드 타임 구간에서는 제1 스위칭 소자(상단 소자)의 역방향 전류가 흐르거나, 제2 스위칭 소자(하단 소자)의 역방향 전류가 흐르는 구간이 발생할 수 있고, 이러한 역방향 전류에 의해 전력 소비가 증가하게 된다.
특히, 역방향 전류는 전압 강하가 감소할수록 증가하는데, 상술한 바와 같이 전압 강하는 게이트 전압이 증가할수록 감소한다.
한편, 종래 쿡탑(10)은 게이트 전압을 구동시 데드 타임을 시간으로 고정시켜 구동하고 있다. 예를 들어, 종래 쿡탑(10)은 데드 타임을 1us로 고정시켜 게이트 전압을 구동하고 있다.
그런데, 이 경우 주파수가 증가할수록 인버터의 동작 구간 중 데드 타임이 차지하는 비율이 증가하게 되어, 전력 손실이 더 증가하는 문제가 있다. 그렇다고, 데드 타임을 단순히 감소시킨다면, 고주파수 영역에서 기생성분들의 영향으로 게이트 전압 파형의 왜곡 발생 가능성이 높아, 인버터(140)의 신뢰도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다.
이에, 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑(10)은 데드 타임을 가변시킴으로써, 손실을 줄이고 스위칭 소자의 온도 상승 문제 등을 개선하고자 한다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑의 제어 블록도이다.
도 8에서는 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑(10)의 제어 방법을 설명하기 위해 필요한 구성의 일 예만 도시된 것으로, 도 8에 도시된 구성 중 일부가 생략되거나, 도 8에 도시되지 않은 다른 구성들이 더 추가될 수도 있다.
쿡탑(10)은 용기 판별부(191), 제어부(193) 및 인버터(140)를 포함할 수 있다.
인버터(140)는 워킹 코일(150)에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 일 예로, 복수의 스위칭 소자는 SiC(Silicon carbide) 소자일 수 있으나, 이에 제한되지 않음이 타당하다. 예를 들어, 복수의 스위칭 소자는 GaN 소자일 수도 있다. 즉, 복수의 스위칭 소자는 WBG(Wide Band-Gap) 소자일 수 있다.
본 명세서에서는, 인버터(140)가 제1 스위칭 소자(상단 스위칭 소자) 및 제2 스위칭 소자(하단 스위칭 소자)를 포함하는 것으로 가정한다.
용기 판별부(191)는 조리 용기(1)의 종류를 판별할 수 있다. 보다 상세하게, 용기 판별부(191)는 조리 용기(1)의 재질을 판별할 수 있다. 정리하면, 용기 판별부(191)는 조리 용기(1)의 종류 또는 조리 용기(1)의 재질을 획득할 수 있다. 조리 용기(1)의 종류는 조리 용기(1)의 재질을 포함하는 개념일 수 있다.
용기 판별부(191)가 조리 용기(1)의 종류를 판별하는 방법은 다양할 수 있다.
제어부(193)의 쿡탑(10)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(193)는 인버터(140), 용기 판별부(191) 등 쿡탑(10)을 구성하는 각 구성요소들을 제어할 수 있다.
제어부(193)는 인버터(140)에 포함된 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절할 수 있다.
도 9는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
제1 실시 예에 따르면, 데드 타임은 구동 주파수에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 제어부(193)는 인버터(140)의 구동 주파수에 기초하여 데드 타임을 조절할 수 있다. 이하, 쿡탑(10)에서 데드 타임이 구동 주파수에 따라 가변되는 방법을 상세히 설명한다.
제어부(193)는 구동 주파수에 따른 데드 타임을 연산할 수 있다(S110).
데드 타임은 구동 주파수를 기준으로 기설정된 비율에 해당하는 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 제어부(193)는 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 데드 타임으로 연산할 수 있다.
한편, 일 실시 예에 따르면, 제어부(193)는 구동 주파수가 변경될 때마다 데드 타임을 연산할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 제어부(193)는 기 설정된 주기마다 구동 주파수를 변경할 수 있다.
다음으로, 기설정된 비율이 20%인 경우를 예시로 하여 데드 타임을 연산하는 방법을 설명한다.
도 10 내지 도 11은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑이 데드 타임을 연산하는 방법의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 제어부(193)는 구동 주파수가 100kHz인 경우 주기는 10us이므로, 주기의 20%인 2us를 한 주기 동안의 총 데드 타임으로 설정할 수 있고, 이에 따라 각 스위칭 소자에 대한 데드 타임 구간은 각 1us일 수 있다.
그리고, 도 11을 참조하면, 제어부(193)는 구동 주파수가 200kHz인 경우 주기는 5us이므로, 주기의 20%인 1us를 한 주기 동안의 총 데드 타임으로 설정할 수 있고, 이에 따라 각 스위칭 소자에 대한 데드 타임 구간은 0.5us일 수 있다.
이와 같이, 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 데드 타임으로 조절할 경우, 주파수가 높아질수록 데드 타임 구간이 짧아지므로 손실을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
다시, 도 9를 설명한다.
제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 이하인지 판단할 수 있다(S120).
구체적으로, 제어부(193)는 데드 타임이 과도하게 짧아지는 경우를 최소화하기 위해, 미리 최소 데드 타임을 설정하고 있을 수 있다. 예를 들어, 최소 데드 타임은 0.2us일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않는다.
제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드타임 이하이면, 데드 타임을 기설정된 최소 데드 타임으로 설정할 수 있다(S130).
한편, 제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임보다 클 경우, 데드 타임을 연산된 데드 타임으로 설정할 수 있다(S14).
즉, 제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 초과이면, 데드 타임을 연산된 데드 타임으로 설정할 수 있다.
다음으로, 도 12는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
제2 실시 예에 따르면, 데드 타임은 조리 용기(1)의 종류에 따라 가변될 수 있다. 제어부(193)는 조리 용기(1)의 종류에 따라 데드 타임을 조절할 수 있다. 이하, 쿡탑(10)에서 데드 타임이 조리 용기(1)에 따라 가변되는 방법을 상세히 설명한다.
제어부(193)는 조리 용기(1)의 재질을 판별할 수 있다(S210).
예를 들어, 제어부(193)는 조리 용기(1)가 자성체인지 비자성체인지 여부를 획득할 수 있다. 다른 예로, 제어부(193)는 조리 용기(1)가 강자성체인지, 약자성체인지 또는 비자성체인지 여부를 획득할 수 있다. 즉, 조리 용기(1)가 판별 가능한 조리 용기(1)의 종류의 수에는 제한되지 않는다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제어부(193)는 조리 용기(1)의 재질을 3가지로 판별 가능한 것으로 가정한다.
제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제1 용기인가 판단할 수 있다(S220).
제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제1 용기이면 데드 타임을 제1 값으로 설정할 수 있다(S230).
제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제1 용기가 아니면, 판별된 조리 용기(1)가 제2 용기인가 판단할 수 있다(S240).
제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제2 용기이면 데드 타임을 제2 값으로 설정할 수 있다(S250).
제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제2 용기가 아니면, 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기인가 판단할 수 있다(S260).
제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기이면, 데드 타임을 제3 값으로 설정할 수 있다(S270).
제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기가 아니면, 다시 조리 용기(1)의 재질을 판별할 수 있다(S210).
혹은, 제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기가 아니면, 데드 타임을 기 설정된 기본 값(예를 들어, 제1 값)으로 설정할 수도 있다.
상술한 방법에서, 제1 용기는 제2 용기 보다 자성이 강하고, 제2 용기는 제3 용기 보다 자성이 강할 수 있다. 즉, 제1 용기는 강자성체이고, 제2 용기는 약자성체이고, 제3 용기는 비자성체일 수 있다. 그리고, 이 경우 제1 값은 제2 값 보다 크고, 제2 값은 제3 값보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 값은 1us이고, 제2 값은 0.7us이고, 제3 값은 0.5us일 수 있다. 정리하면, 용기의 자성이 강할수록 데드 타임은 길게 설정되고, 용기의 자성이 약할수록 데드 타임은 짧게 설정될 수 있다. 즉, 제어부(193)는 인버터(140)의 구동 주파수가 증가할수록 데드 타임이 감소하도록 데드 타임을 가변시킬 수 있다.
상술한 제1 및 제2 실시 예에 따른 쿡탑(10)은 데드 타임이 가변되므로 스위칭 소자의 손실 및 발열이 최소화되면서 고주파수에서 구동이 가능하기 때문에, 가열 가능한 조리 용기(1)의 종류를 확대 가능하며, 비자성체에 대한 출력을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 스위칭 소자의 온도 상승 문제가 최소화되므로 냉각 시스템의 부품 수 및 크기의 축소가 가능하고, 이에 따라 쿡탑(10)의 크기 축소가 가능한 이점이 있다.
본 명세서에서, 자성체는 강자성을 띠는 물질(강자성체)를 의미하고, 비자성체는 강자성체 이외의 자성이 약한 물질(약자성체)과 전혀 자성을 갖지 않는 물질을 포함하는 의미일 수 있다.
그리고, 본 명세서에서, 조리 용기(1)가 자성체인 경우 전압/전류/저항/전력 등이 크다(높다)/작다(낮다) 등의 표현은 조리 용기(1)가 비자성체인 경우와 비교하여 전압/전류/저항/전력 등이 크거나(높거나), 작다(낮다)는 것이고, 반대로, 조리 용기(1)가 비자성체인 경우 전압/전류/저항/전력 등이 크다(높다)/작다(낮다) 등의 표현은 조리 용기(1)가 자성체인 경우와 비교하여 전압/전류/저항/전력 등이 크거나(높거나), 작다(낮다)는 것을 의미할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 워킹 코일;
    상기 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
    상기 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임은 가변되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 인버터의 구동 주파수에 기초하여 상기 데드 타임을 조절하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 상기 데드 타임으로 연산하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 구동 주파수가 변경될 때마다 상기 데드 타임을 연산하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는
    연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 이하이면, 데드 타임을 상기 기설정된 데드 타임으로 설정하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는
    연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 초과이면, 데드 타임을 상기 연산된 데드 타임으로 설정하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    조리 용기의 종류에 따라 상기 데드 타임을 조절하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 조리 용기가 제1 용기이면 데드 타임을 제1 값으로 설정하고,
    상기 조리 용기가 제2 용기이면 데드 타임을 제2 값으로 설정하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 용기가 자성체이고 상기 제2 용기가 비자성체인 경우, 상기 제1 값은 상기 제2 값 보다 큰
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 인버터의 구동 주파수가 증가할수록 상기 데드 타임이 감소하도록 상기 데드 타임을 가변시키는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
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