유도 가열용 직렬 공진형 인버터의 동작 주파수 변동 최소화를 위한 하이브리드 스위칭 기법에 관한 연구

Abstract

유도 가열은 빠른 가열속도, 화석연료를 사용하지 않는 친환경, 직접 가열에 따른 고효율의 이점으로 인해 가정과 산업에서 널리 사용되고 있다. 유도 가열 인버터로 직렬 공진형 토폴로지가 주로 사용되며 주파수 변조 기법 (Pulse Frequency Modulation, PFM)에 의해 전력이 제어된다. PFM은 직렬 공진형 인버터를 유도성 부하 영역에서 동작시킴으로써 ZVS를 달성할 수 있는 이점이 있다. 그러나 저부하 영역에서는 높은 스위칭 주파수로 인한 큰 스위칭 손실을 초래한다. 또한 넓은 스위칭 주파수 변동 범위는 유도 가열 시스템에서 소음을 유발할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 풀-브리지 구조에서 PFM과 위상 천이 변조 (Phase Shift Modulation; PSM)를 결합한 하이브리드 스위칭 알고리즘을 제안하고자 한다. PFM+PSM을 통해 IH 인버터가 저부하에서도 비교적 낮은 스위칭 주파수에서 동작할 수 있어 작은 스위칭 주파수 변동을 달성할 수 있다. 3.3-kW급 직렬 공진형 유도 가열 시스템 시작품을 통해 제안하는 스위칭 알고리즘의 효율성과 타당성을 검증한다.