고주파 유도가열(Induction Heating)장치의 설계

국제테크노정보연구소 제2 연구그룹

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고주파 유도가열 장치는 고주파 전류를 흘린 코일을 금속에 접근시키면, 그 금속에 와전류가 발생하고, 와전류 손실이나 히스테리시스 손실이 발생하여 발열하는 원리를 이용한 가열 장치이다. 유도가열은 IH(Induction Heating)라고도 부른다.
순간 가열이 필요한 의료장비를 비롯하여, 공업 용도에서는 쇠 파이프의 용접, 고주파 담금질 등의 분야에서 응용되고 있으며, 취급하는 전력은 수 kW이다. 잘 알고 있듯이, 일반 가정용으로서는 전자조리기, IH 밥솥, 전기주전자 등에 응용되고 있다. 이러한 장치는 수백 W~1kW 정도의 전력을 소비한다.
본고에서는 가정용이나 소출력 장치용으로 적합한, 출력전력 200~300W, 스위칭 주파수 200k~300kHz의 발진회로와 가열용 코일의 설계 방법 등을 해설하고, 소형 IH 시스템을 시험 제작하여 성능을 테스트한 결과를 소개한다.

■ 주요내용

■ 고주파 유도가열(IH: Induction Heating) 장치의 설계 개요

■ 가열용 코일의 사양

    □ 평판 코일
    □ 솔레노이드 코일

■ 가열용 코일의 설계 방법 해설

    □ Q가 높은 코일을 사용
    □ 직렬공진회로에 의한 높은 Q의 부하를 실현

■ 평판 코일 자체의 교류 특성

    □ 등가직렬저항의 주파수 특성
    □ Q의 주파수 특성

    □ 직렬공진시켰을 때 공진주파수와 가열용 코일의 인덕턴스 계산

■ 솔레노이드 코일의 교류 특성

    □ 등가직렬저항의 주파수 특성
    □ 직렬공진시켰을 때의 주파수와 임피던스 특성

■ 구동회로의 설계와 동작 확인

    □ 하프브리지(half-bridge) 출력회로와 LC 직렬공진회로
    □ 게이트 구동회로
■ PLL 회로의 동작과 설계

    □ VCO(Voltage Control Oscillator) 회로
    □ PSD(Phase Sensitive Detector) 회로

    □ 정전류 제어회로

■ 전원회로의 설계

■ 고주파 유도가열의 성능 평가


 

 

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