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전자레인지용 LLC 공진형 인버터의 입력전류 고조파 억제
Harmonic Suppression of the Input Current in Microwave Oven Using LLC Resonant Inverter 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.23 no.3, 2018년, pp.225 - 230  

강계룡 (H&A Control R&D Lab., LG Electronics Inc.) ,  김흥근 (Dept. of Electrical Eng., Kyungpook National University) ,  차헌녕 (School of Energy Eng., Kyungpook National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a parametric design of an LLC resonant inverter used for a microwave oven. To improve the harmonic performance of the microwave oven, a current controller with a variable PI gain is proposed. Due to the recent strengthening of harmonics regulations, inverter control technology fo...

주제어

#HFT(High Frequency Transformer)   #Magnetron   #LLC resonant inverter   #Variable current controller  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 전자레인지용 인버터의 고조파 성능을 개선하기 위해 LLC 공진형 인버터의 파라미터 개선과 가변 PI 이득을 갖는 전류 제어기를 제안하였다. LLC 공진형 인버터는 마그네트론 전압, 출력, 입력 전압에 따라 이득 곡선이 크게 변하므로 고조파 성능을 만족시키기 위해서는 ZVS 영역의 확보와 이득 곡선의 변화를 추종하는 제어기가 요구된다.
  • 본 논문은 전자레인지용 인버터의 고조파 억제 능력을 개선하기 위한 LLC 공진형 인버터의 파라미터 설계와 가변 PI 이득을 갖는 전류 제어기를 제안한다. LLC 공진형 인버터의 파라미터 설계는 마그네트론이 가열된 상태에서도 ZVS 영역 확보가 가능하고, 가변 이득 전류 제어기는 순시 이득 곡선 변화에 따른 고조파 억제 능력을 개선한다.
  • 본 연구에서는 부하에 따라 가변되는 전압 이득에 대해 가변 PI 이득을 갖는 전류 제어기를 이용하여 순시 부하 변화에 따른 고조파 성능을 개선한다. 그림 10은 전체 제어기의 블록 다이어그램을 나타낸다.
  • 동일한 제어 성능을 구현하기 위해서는 전압 이득 Mv의 역수 항을 피드백 전류에 보상하는 방법이 있으나, 50μs전류 제어 기내에서 순시적으로 Mv의 역수 항을 연산해야 하고, 임피던스 산포에 따른 오차, 공진 전압을 감지해야 하는 문제를 가지고 있어 적용하기가 어렵다. 본 연구에서는 연산이 간단한 무부하에서의 전압 이득의 역수 항을 이 용하여 PI 제어기의 가변 이득을 제안한다.

가설 설정

  • LLC 공진형 인버터는 공진 네트워크의 순환 전류는 단일 주파수이고, 그 전류는 정현적이라는 가정을 바탕으로 FHA(First Harmonic Approximation) 기법을 이용 하여 모델링하는데 등가 모델은 그림 1(b)와 같이 나타낼 수 있다[7]-[9].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PI 이득을 갖는 전류 제어기는 어떻게 구성되는가? 그림 10은 전체 제어기의 블록 다이어그램을 나타낸다. 제안된 출 력 제어 방식은 출력 지령으로부터 순시 전류 지령을 발생시키는 순시 전류 지령 발생기와 전류 제어기, 지령 주파수에 따라 PI 제어기의 이득을 가변하는 가변 제어 이득 발생기로 구성된다.
인버터를 이용한 전자레인지용 마그네트론 구동 방식의 장점은 무엇인가? 최근 인버터를 이용한 전자레인지용 마그네트론 구동 방식은 높은 효율, 빠른 가열 속도, 넓은 출력 제어 범위 등의 장점으로 기존의 성층 철심형 HVT(High Voltage Transformer)를 이용한 구동 방식을 빠르게 대체해 가고 있다[10]-[18] . 가전 기기에 인버터 적용이 증가함에 따라 입력단 정류기에 의한 입력전류의 왜곡으로 전력품질 저하 문제가 발생하여 이를 규제하기 위해서 유럽 주요 국가의 경우 2005년부터 입력 전류에 대한 고조파 규제를 강화하고 있고, 따라서 고조파 규제를 만족하기 위한 추가적인 전자레인지 인버터 제어 기술이 필요하다.
입력 전류에 대한 고조파 규제가 강화된 이유는 무엇인가? 최근 인버터를 이용한 전자레인지용 마그네트론 구동 방식은 높은 효율, 빠른 가열 속도, 넓은 출력 제어 범위 등의 장점으로 기존의 성층 철심형 HVT(High Voltage Transformer)를 이용한 구동 방식을 빠르게 대체해 가고 있다[10]-[18] . 가전 기기에 인버터 적용이 증가함에 따라 입력단 정류기에 의한 입력전류의 왜곡으로 전력품질 저하 문제가 발생하여 이를 규제하기 위해서 유럽 주요 국가의 경우 2005년부터 입력 전류에 대한 고조파 규제를 강화하고 있고, 따라서 고조파 규제를 만족하기 위한 추가적인 전자레인지 인버터 제어 기술이 필요하다.
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참고문헌 (18)

  1. E. Miyata, S. Hishikawa, K. Matsumoto, M. Nakaoka, D. Bessyo, K. Yasui, I. Hirota, and H. Omori, "Quasi-resonant ZVS-PWM inverter-fed DC-DC converter for microwave oven and its input harmonic current evaluations," IEEE IECON Rec., Vol. 2, pp. 773-778, 1999. 

  2. Y. Defuchi, S. Moisseev, M. Nakaoka, I. Hirota, H.. Yamashita, H. Omori, and H. Terai, "New current topology of single-ended soft-switching PWM high frequency inverter and its performance evaluations," International Conference on Power Electronics, pp. 247-250, 2001. 

  3. H. Kako, T. Nakagawa, and R. Narita, "Development of compact inverter power supply for microwave oven," IEEE Transactions on Consumer Electronics, pp. 611-616, 1991. 

  4. M. Ishitobi, et al. "A novel type soft switching PWM DC-DC converter with high voltage transformer link for magnetron drive," Industrial Electronics Society, IECON 2000, 2000. 

  5. K. Kang, H. G. Kim, and H. Cha, "Digital power control of LLC resonant inverter for microwave oven," The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 22, No. 5, Oct. 2017. 

  6. K. Kang, H. G. Kim, and H. Cha, "Start-up control of LLC resonant inverter for microwave oven application," The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 22, No. 5, Oct. 2017. 

  7. S. D. Simone, C. Adragna, C. Spini, and G. Gattavari, "Design oriented steady state analysis of LLC resonant converter based on FHA," SPEEDAM 2006, pp. 200-207, 2006. 

  8. H. Choi, "Analysis and design of LLC resonant converter with integrated transformer," in APEC 2007, pp. 1630-1635, 2007. 

  9. B. Lu, W. Liu, Y. Lian, F. C. Lee, and J. D. van Wyk, "Optimal design methodology for LLC resonant converter," in APEC 2006, pp. 533-538, 2006. 

  10. D. J. Oh and H. J. Kim, “Development of power supply for driving high power magnetron in a microwave oven,” The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 5, No. 3, pp. 300-306, Jun. 2000. 

  11. W. Y. Lee, G. B. Chung, and P. S. Shin, "A design of phase-shifted FB-ZVS PWM converter for driving magnetron and its average anode current controller," in ICPE 2001, pp. 140-145, 2001. 

  12. T. Miyauchi, I. Hirota, H. Omori, H. Terai, M. Abdullah Al, and M. Nakaoka, "Constant frequency adjustable power active voltage clamped soft switching high frequency inverter using the 4th-generation trench-gate IGBTs," in International Conference on Power Electronics, pp. 236-241, 2001. 

  13. J. B. Jeong, J. E. Yeon, and H. J. Kim, “Single stage resonant power supply for driving magnetron device,” The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B, Vol. 53, No. 10, pp. 625-633, 2004. 

  14. L. P. Pietta, et al., "Modelling and control of a high-frequency magnetron power supply for microwave heating applications," in Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), 2015 IEEE 13th Brazilian, IEEE, 2015. 

  15. Y. J. Woo, et al., “One-chip class-E inverter controller for driving a magnetron,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 56, No. 2, pp. 400-407, 2009. 

    상세보기 crossref

  16. M. Pahlevaninezhad, H. Farzanefard, R. Motahari, H. Pahlevaninezhad, A. R. Jeyhani, and H. Askaripoor, "Analysis and implementation of a LLC resonant converter for magnetron modulator," in ICIT 2006, pp. 998-1003, 2006. 

  17. B. Yang, F. C. Lee, A. J. Zhang, and G. Huang, "LLC resonant converterfor front-end DC to DC conversion," in APEC 2003, pp. 605-609, 2003. 

  18. D. Huang, S. Ji, and F. C. Lee, “LLC resonant converter with matrix transformer,” IEEE Trans. PE, Vol. 29, No. 8, pp. 464-469, 2014. 

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