TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich insbesondere auf eine Induktions-Heizeinrichtung für die Induktions-Erwärmung eines zu erwärmenden Objektes, das auf einer oberen bzw. Oberplatte angeordnet bzw. platziert ist.More particularly, the present disclosure relates to an induction heater for induction heating of an object to be heated, which is placed on an upper plate.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIKRELATED PRIOR ART
In den letzten Jahren ist eine Induktions-Heizeinrichtung bekannt geworden, die eine Vielzahl von scheibenförmigen Heizspulen hat, die in einer Matrix unter einer Oberplatte angeordnet sind, und die in der Lage ist, die Induktions-Erwärmung eines zu erhitzenden Objektes durchzuführen, wie beispielsweise eines Metalltopfes, der in irgend einer Lage auf die Oberplatte aufgesetzt ist, indem ein Hochfrequenzstrom einer oder mehreren Heizspulen bzw. Heizwicklungen zugeführt wird, die unter einer Fläche angeordnet sind, auf die der Topf aufgesetzt ist. Gemäß der Induktions-Heizeinrichtung dieses Typs gibt es weniger Beschränkungen für die Platzierungs-Position des Topfs, wodurch die Nutzbarkeit verbessert wird.In recent years, an induction heater has been known which has a plurality of disk-shaped heating coils arranged in a matrix under a top plate and capable of performing the induction heating of an object to be heated, such as one Metal pot, which is placed in any position on the top plate by a high-frequency current is supplied to one or more heating coils or heating windings, which are arranged below a surface on which the pot is placed. According to the induction heater of this type, there are less restrictions on the placement position of the pot, thereby improving the usability.
Da bei dieser Art von Induktions-Heizeinrichtung die scheibenförmigen Heizspulen bzw. Heizwicklungen auf einer Ebene verlegt sind, gibt es zwangsläufig Stellen, unter denen sich Heizwicklungen befinden, sowie Stellen, unter denen sich keine Heizwicklungen befinden. Die Heizspulen müssen so nahe wie möglich beieinander angeordnet werden, so dass keine ungleichmäßige Erwärmung auftritt, die durch diese strukturelle Charakteristik verursacht wird.Since the disc-shaped heating coils or heating coils are laid on a plane in this type of induction heater, there are inevitably places under which heating coils are located, as well as bodies, under which there are no heating coils. The heating coils must be arranged as close to each other as possible so that no uneven heating caused by this structural characteristic occurs.
Wegen der oben erwähnten Struktur interferieren bzw. stören jedoch die Magnetfelder einander, die von den Heizwicklungen erzeugt werden. Wenn eine Frequenzdifferenz in den hochfrequenten Magnetfeldern existiert, die von den Heizwicklungen erzeugt werden, die nahe beieinander liegen, wird in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz ein unangenehmes Interferenz- bzw. Störgeräusch erzeugt.However, because of the above-mentioned structure, the magnetic fields interfere with each other generated by the heating coils interfere with each other. When a frequency difference exists in the high-frequency magnetic fields generated by the heating coils which are close to each other, an unpleasant interference noise is generated depending on the frequency difference.
Eine herkömmliche Technologie, die in der Lage ist, das obige Problem zu lösen, wird in der PTL 1 offenbart. Der herkömmliche Stand der Technik enthält mehrere Heizspulen bzw. Heizwicklungen, die parallel zu einer Wechselrichter-Schaltung mit zwei in Reihe geschalteten Schaltelementen verbunden bzw. geschaltet sind, sowie ein Hilfs-Schaltelement, das in Reihe zu jeder Heizwicklung geschaltet ist. Bei dieser herkömmlichen Technik wird das Hilfs-Schaltelement gesteuert, um so eine Sektion zur Verfügung zu stellen, bei der für eine bestimmte Periode kein Strom in der Heizwicklung fließt.A conventional technology capable of solving the above problem is disclosed in PTL 1. The conventional art includes a plurality of heating coils connected in parallel with an inverter circuit having two series-connected switching elements, and an auxiliary switching element connected in series with each heating coil. In this conventional technique, the auxiliary switching element is controlled so as to provide a section in which no current flows in the heating coil for a certain period.
Da gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik die Energie durch eine Wechselrichter-Schaltung der Vielzahl von Heizwicklungen zugeführt wird, hat der durch die Vielzahl der Heizwicklungen fließende Strom die gleiche Frequenz wie die Betriebsfrequenz der Wechselrichter-Schaltung. Deshalb wird sogar dann, wenn sich die Betriebsfrequenz der Wechselrichter-Schaltung ändert, das Störgeräusch bzw. Interferenz-Geräusch nicht erzeugt.According to the conventional art, since the power is supplied to the plurality of heating coils through an inverter circuit, the current flowing through the plurality of heating coils has the same frequency as the operating frequency of the inverter circuit. Therefore, even if the operating frequency of the inverter circuit changes, the noise will not be generated.
Im Folgenden wird aus Vereinfachungsgründen die Bestimmung, ob ein zu erwärmendes Objekt über der Heizwicklung angeordnet ist, als „Topf-Detektion” bezeichnet. Zusätzlich wird der Zustand, der präziser als „ein zu erwärmendes Objekt wird auf der Oberplatte über der Heizwicklung angeordnet” oder „ein zu erwärmendes Objekt wird über der Heizwicklung angeordnet” bezeichnet wird, ausgedrückt als „ein zu erwärmendes Objekt wird auf der Heizwicklung angeordnet”.In the following, for reasons of simplification, the determination of whether an object to be heated is arranged above the heating coil is referred to as "pot detection". In addition, the state more precisely as "an object to be heated is placed on the top plate above the heating coil" or "an object to be heated is disposed above the heating coil" is expressed as "an object to be heated is placed on the heating coil". ,
Liste der EntgegenhaltungenList of citations
Patentliteraturpatent literature
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PTL 1: Deutsche Patentveröffentlichung Nr. 9054582 PTL 1: German Patent Publication No. 9054582
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik wird es bei einem Zustand, bei dem eine Heizwicklung, die mit elektrischer Energie versorgt wird, und eine Heizwicklung, die nicht mit elektrischer Energie versorgt wird, gemischt wird, schwierig, festzustellen, ob ein Topf auf der Heizwicklung angeordnet ist, der keine Energie zugeführt wird.In the conventional technique described above, in a state in which a heating coil which is supplied with electric power and a heating coil which is not supplied with electric power is mixed, it is difficult to detect whether a pot is arranged on the heating coil is that no energy is supplied.
Eine spezifische Beschreibung erfolgt weiter unten. Wenn die beiden Schaltelemente, die eine Wechselrichter-Schaltung bilden, mit der gewünschten Betriebsfrequenz und Auslastung bzw. Einschaltdauer getrieben werden, wird aus der Vielzahl der Heizwicklungen, die mit der Wechselrichter-Schaltung verbunden sind, der Strom für die Induktions-Erwärmung der Heizwicklung zugeführt, für die ein Hilfs-Schaltelement eingeschaltet wird.A specific description will be given below. When the two switching elements constituting an inverter circuit are driven at the desired operating frequency and duty, of the plurality of heating coils connected to the inverter circuit, the induction heating current is supplied to the heating coil for which an auxiliary switching element is turned on.
Wenn in diesem Fall das Hilfs-Schaltelement, das mit einer Heizwicklung verbunden ist, die keine Induktions-Erwärmung durchführt, eingeschaltet wird, um festzustellen, ob ein Topf auf der Heizwicklung angeordnet ist, kann der Strom für die Induktions-Erwärmung auch in dieser Heizwicklung fließen.In this case, when the auxiliary switching element which is connected to a heating coil which does not conduct induction heating is turned on to determine whether a pot is arranged on the heating coil, the current for the induction heating can also be in this heating coil flow.
Wenn ein Topf auf der Heizwicklung angeordnet ist, wird ein Topf erwärmt, für den eine Erwärmung unnötig ist. Wenn kein Topf auf der Heizwicklung angeordnet ist, kann ein hoher Strom in der Heizwicklung fließen, was zu der Zerstörung der Schaltungs-Komponenten oder zu einer Erhöhung der Leckage der Magnetfelder führen kann.When a pot is placed on the heating coil, a pot is heated for which heating is unnecessary. If no pot is placed on the heating coil, a high current in the Heating coil flow, which can lead to the destruction of the circuit components or increase the leakage of the magnetic fields.
Bei einer Schaltungs-Konfiguration, bei der eine Wechselrichter-Schaltung für jede Heizwicklung bzw. Heizspule vorgesehen ist, wird kein Interferenz- bzw. Störungsgeräusch erzeugt, wenn alle Inverter-Stromkreise mit der gleichen Frequenz betrieben werden. Wenn die Wechselrichter-Schaltung jedoch mit einer kleineren Auslastung bzw. Ausschaltdauer als in dem Fall der Zuführung der elektrischen Energie für die Induktions-Erwärmung getrieben wird, um Energie für die Topf-Bestimmung zuzuführen, fließt der Strom, der durch ein Schaltelement fließt, in einer umgekehrt bzw. in Gegenrichtung leitenden Diode, die parallel zu dem Schaltelement geschaltet ist.In a circuit configuration in which an inverter circuit is provided for each heating coil, no interference noise is generated when all the inverter circuits are operated at the same frequency. However, when the inverter circuit is driven with a smaller duty cycle than in the case of supplying the electric power for the induction heating to supply power for the pot determination, the current flowing through a switching element flows in a reverse conducting diode connected in parallel with the switching element.
Wenn das Schaltelement während dieser Periode ausgeschaltet ist bzw. wird, ändern sich deshalb der durch das Schaltelement fließende Strom und die an das Schaltelement angelegte Spannung abrupt. Diese abrupte Änderung im Strom oder in der Spannung verursacht Schaltverluste und Geräusche bzw. Rauschen.Therefore, when the switching element is turned off during this period, the current flowing through the switching element and the voltage applied to the switching element abruptly change. This abrupt change in current or voltage causes switching losses and noise.
Die vorliegende Offenbarung soll die oben erwähnten, beim Stand der Technik auftretenden Probleme lösen, und sogar dann, wenn die gleiche Betriebsfrequenz im Fall einer Topf-Feststellung und in dem Fall der Induktions-Erwärmung verwendet wird, kann verhindert werden, dass sich der Strom oder die Spannung in dem Schaltelement abrupt verändert. Als Ergebnis hiervon ist es ein Ziel, eine Induktions-Heizeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, Schaltverluste und -geräusche bzw. -rauschen zu unterdrücken.The present disclosure is intended to solve the above-mentioned problems encountered in the prior art, and even if the same operating frequency is used in the case of a pot detection and in the case of induction heating, the current can be prevented the voltage in the switching element changes abruptly. As a result, it is an object to provide an induction heater capable of suppressing switching losses and noises.
Um die oben angesprochenen Probleme zu lösen, hat die Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Oberplatte, mehrere Heizspulen bzw. Heizwicklungen, eine Gleichstrom-Energiequelle, mehrere resonante Kondensatoren, eine Wechselrichter-Schaltung, ein Hilfs-Schaltelement und einen Topf-Detektor.In order to solve the above-mentioned problems, according to one aspect of the present disclosure, the induction heater has a top plate, a plurality of heating coils, a DC power source, a plurality of resonant capacitors, an inverter circuit, an auxiliary switching element, and a plug. Detector.
Ein zu erwärmendes Objekt wird auf der Oberplatte angeordnet. Die Heizspulen bzw. Heizwicklungen sind unter der Oberplatte vorgesehen. Die Gleichstrom-Energiequelle wandelt Wechselstrom von einer kommerziellen Energiequelle in Gleichstrom-Energie um. Jeder aus der Vielzahl der Resonanz-Kondensatoren ist mit einer entsprechenden der Vielzahl von Heizwicklungen verbunden und bildet einen Resonanzkreis.An object to be heated is placed on the top plate. The heating coils or heating coils are provided under the top plate. The DC power source converts AC power from a commercial power source to DC power. Each of the plurality of resonance capacitors is connected to a corresponding one of the plurality of heating coils and forms a resonance circuit.
Die Wechselrichter-Schaltung enthält ein erstes Haupt-Schaltelement für die Steuerung der Verbindung eines Strompfades zwischen der Gleichstrom-Energiequelle und der Heizspule bzw. Heizwicklung sowie ein zweites Haupt-Schaltelement, das in Reihe mit dem ersten Haupt-Schaltelement geschaltet ist, wodurch Energie einer oder mehreren Heizwicklungen zugeführt wird.The inverter circuit includes a first main switching element for controlling the connection of a current path between the DC power source and the heating coil and a second main switching element connected in series with the first main switching element, thereby generating energy or more Heizwicklungen is supplied.
Das Hilfs-Schaltelement ist in Reihe zwischen der Wechselrichter-Schaltung und dem Resonanz-Stromkreis geschaltet. Ein Controller treibt das erste Haupt-Schaltelement, das zweite Haupt-Schaltelement und das Hilfs-Schaltelement an. Der Topf-Detektor führt eine Topf-Ermittlung bzw. -Bestimmung gemäß der Informationen auf einem Strom oder einer Spannung durch, die dem Resonanz-Stromkreis zugeordnet ist.The auxiliary switching element is connected in series between the inverter circuit and the resonant circuit. A controller drives the first main switching element, the second main switching element and the auxiliary switching element. The pot detector performs pot detection according to the information on a current or voltage associated with the resonant circuit.
Der Controller ist konfiguriert, um das erste Haupt-Schaltelement, das zweite Haupt-Schaltelement und das Hilfs-Schaltelement mit der gleichen Frequenz anzutreiben und den Strom zu steuern, der durch die Heizwicklung fließt, indem eine Überlappungs-Periode zwischen einer Einschaltungs- bzw. EIN-Periode des ersten Haupt-Schaltelementes und einer Einschaltungs- bzw. EIN-Periode des Hilfs-Schaltelementes eingestellt wird.The controller is configured to drive the first main switching element, the second main switching element and the auxiliary switching element at the same frequency and to control the current flowing through the heating coil by an overlapping period between a Einschaltungs- ON period of the first main switching element and an ON period of the auxiliary switching element is set.
Gemäß diesem Aspekt kann eine Änderung des durch das Haupt-Schaltelement während des Schaltvorgangs fließenden Stroms unterdrückt werden, und als Ergebnis hiervon können die Schaltverluste reduziert werden.According to this aspect, a change in the current flowing through the main switching element during the switching operation can be suppressed, and as a result, the switching losses can be reduced.
Da weiterhin gemäß diesem Aspekt die Wechselrichter-Schaltung und das Hilfs-Schaltelement synchron angetrieben werden, wird die Energiesteuerung der Heizwicklung leicht durchgeführt.Further, according to this aspect, since the inverter circuit and the auxiliary switching element are driven synchronously, the power control of the heating coil is easily performed.
Weiterhin kann gemäß diesem Aspekt die Grundfrequenz des durch die Heizwicklung fließenden Stroms gleich der Betriebsfrequenz der Wechselrichter-Schaltung gemacht werden. So kann beispielsweise sogar dann, wenn mehrere Heizwicklungen, die nahe beieinander vorgesehen sind, gleichzeitig getrieben werden, kein Interferenz- bzw. Störgeräusch erzeugt werden.Furthermore, according to this aspect, the fundamental frequency of the current flowing through the heating coil can be made equal to the operating frequency of the inverter circuit. For example, even if a plurality of heating coils provided close to each other are driven simultaneously, no interference noise will be generated.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 ist eine schematische Draufsicht einer Induktions-Heizeinrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 1 FIG. 10 is a schematic plan view of an induction heater according to a first exemplary embodiment of the present disclosure. FIG.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration der Induktions-Heizeinrichtung gemäß der ersten exemplarischen Ausführungsform zeigt. 2 FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of the induction heater according to the first exemplary embodiment. FIG.
3 ist ein Wellenform-Diagramm, das bei der ersten beispielhaften Ausführungsform Steuersignale für die Haupt-Schaltelemente und ein Hilfs-Schaltelement sowie den Strom zeigt, der durch eine Heizwicklung bzw. Heizspule fließt. 3 is a waveform diagram that in the first exemplary embodiment Control signals for the main switching elements and an auxiliary switching element and shows the current flowing through a heating coil or Heizspule.
4 ist ein Diagramm, das Kriterien für die Topf-Ermittlung bei der ersten exemplarischen Ausführungsform zeigt. 4 FIG. 15 is a diagram showing criteria for pot detection in the first exemplary embodiment. FIG.
5 ist ein Wellenform-Diagramm, das der bei der ersten exemplarischen Ausführungsform Steuersignale für die Schaltelemente sowie den Strom zeigt, durch die Heizwicklung strömt. 5 FIG. 15 is a waveform diagram showing control signals for the switching elements as well as the current through which heating coils flow in the first exemplary embodiment.
6 ist ein Wellenform-Diagramm, das bei der ersten exemplarischen Ausführungsform Steuersignale für die Schaltelemente und den Strom zeigt, der im Fall der Induktions-Erwärmung eines zu erwärmenden Objektes mit einem hohen Widerstand durch die Heizwicklung fließt. 6 FIG. 12 is a waveform diagram showing, in the first exemplary embodiment, control signals for the switching elements and the current flowing through the heating coil in the case of induction heating of a high-resistance object to be heated. FIG.
7 ist ein Wellenform-Diagramm, das bei der ersten exemplarischen Ausführungsform Steuersignale für die Schaltelemente und den Strom zeigt, der im Fall der Induktions-Erwärmung eines zu erwärmenden Objektes mit niedrigem Widerstand durch die Heizwicklung fließt. 7 FIG. 15 is a waveform diagram showing, in the first exemplary embodiment, control signals for the switching elements and the current flowing through the heating coil in the case of induction heating of a low resistance object to be heated. FIG.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Schaltungs-Konfiguration der Induktions-Heizeinrichtung gemäß der ersten exemplarischen Ausführungsform zeigt. 8th FIG. 10 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the induction heater according to the first exemplary embodiment. FIG.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration einer Induktions-Heizeinrichtung gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 9 FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of an induction heater according to a second exemplary embodiment of the present disclosure. FIG.
10 ist ein Wellenform-Diagramm, das bei der zweiten exemplarischen Ausführungsform Steuersignale für die Haupt-Schaltelemente und ein Hilfs-Schaltelement sowie den durch eine Heizwicklung fließenden Strom und eine Spannung zeigt, die an das Hilfs-Schaltelement angelegt wird. 10 FIG. 15 is a waveform diagram showing, in the second exemplary embodiment, control signals for the main switching elements and an auxiliary switching element, and the current flowing through a heating coil and a voltage applied to the auxiliary switching element.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Schaltungs-Konfiguration der Induktions-Heizeinrichtung gemäß der zweiten exemplarischen Ausführungsform zeigt. 11 FIG. 10 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the induction heater according to the second exemplary embodiment. FIG.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration einer Induktions-Heizeinrichtung gemäß einer dritten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 12 FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of an induction heater according to a third exemplary embodiment of the present disclosure. FIG.
13 ist ein Wellenform-Diagramm, das bei der dritten exemplarischen Ausführungsform Steuersignale für die Schaltelemente sowie einen durch eine Heizwicklung fließenden Strom und eine an ein Schaltelement angelegte Spannung zeigt. 13 FIG. 15 is a waveform diagram showing control signals for the switching elements and a current flowing through a heating coil and a voltage applied to a switching element in the third exemplary embodiment.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Schaltungs-Konfiguration der Induktions-Heizeinrichtung gemäß der dritten exemplarischen Ausführungsform zeigt. 14 FIG. 10 is a block diagram showing another circuit configuration of the induction heater according to the third exemplary embodiment. FIG.
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration einer Induktions-Heizeinrichtung gemäß einer vierten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 15 FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of an induction heater according to a fourth exemplary embodiment of the present disclosure. FIG.
16 ist ein Wellenform-Diagramm, das bei der vierten exemplarischen Ausführungsform Steuersignale für die Schaltelemente sowie einen durch eine Heizwicklung fließenden Strom und eine an ein Schaltelement angelegte Spannung zeigt. 16 FIG. 15 is a waveform diagram showing control signals for the switching elements and a current flowing through a heating coil and a voltage applied to a switching element in the fourth exemplary embodiment.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Eine Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine obere bzw. Oberplatte, mehrere Heizspulen bzw. Heizwicklungen, eine Gleichstrom-(Direct Current = DC)Energiequelle, mehrere Resonanz-Kondensatoren, eine Wechselrichter-Schaltung, ein Hilfs-Schaltelement und einen Topf-Detektor.An induction heater according to a first aspect of the present disclosure includes a top plate, a plurality of heating coils, a direct current (DC) power source, a plurality of resonance capacitors, an inverter circuit, an auxiliary switching element and a pot detector.
Ein zu erwärmendes Objekt wird auf die Oberplatte gelegt bzw. gestellt. Mehrere Heizwicklungen sind unter der Oberplatte angeordnet. Die Gleichstrom-Energiequelle wandelt Wechselstrom-(Alternating Current = AC)Energie von einer kommerziellen Energiequelle in Gleichstrom-Energie um. Jeder aus der Vielzahl der Resonanz-Kondensatoren ist mit einer entsprechenden aus der Vielzahl der Heizwicklungen verbunden und bildet einen Resonanz-Kreis.An object to be heated is placed on the top plate. Several heating coils are arranged under the top plate. The DC power source converts alternating current (AC) energy from a commercial power source into DC power. Each of the plurality of resonance capacitors is connected to a corresponding one of the plurality of heating coils, and forms a resonance circuit.
Die Wechselrichter-Schaltung enthält ein erstes Haupt-Schaltelement für die Steuerung der Verbindung eines Strompfades zwischen der Gleichstrom-Energiequelle und der Heizwicklung sowie ein zweites Haupt-Schaltelement, das in Reihe mit dem ersten Haupt-Schaltelement geschaltet ist, wodurch einer oder mehreren Heizwicklung(en) Energie zugeführt wird.The inverter circuit includes a first main switching element for controlling the connection of a current path between the DC power source and the heater winding, and a second main switching element connected in series with the first main switching element, thereby providing one or more heater coils. en) energy is supplied.
Das Hilfs-Schaltelement ist in Reihe zwischen die Wechselrichter-Schaltung und den Resonanz-Stromkreis geschaltet. Der Controller treibt das erste Haupt-Schaltelemente, das zweite Haupt-Schaltelement und das Hilfs-Schaltelement. Der Topf-Detektor führt eine Topf-Feststellung gemäß der Information an einem Strom oder einer Spannung durch, die dem Resonanz-Stromkreis zugeordnet sind.The auxiliary switching element is connected in series between the inverter circuit and the resonance circuit. The controller drives the first main switching element, the second main switching element and the auxiliary switching element. The pot detector performs a pot detection in accordance with the information at a current or voltage associated with the resonant circuit.
Der Controller ist konfiguriert, um das erste Haupt-Schaltelement, das zweite Haupt-Schaltelement und das Hilfs-Schaltelement mit der gleichen Frequenz zu treiben und den durch die Heizwicklung fließenden Strom durch Justierung bzw. Einstellung der Überlappungs-Periode zwischen der Einschaltungs- bzw. EIN-Periode des ersten Haupt-Schaltelementes und der Einschaltungs- bzw. EIN-Periode des Hilfs-Schaltelementes zu steuern.The controller is configured to the first main switching element, the second main switching element and the auxiliary switching element with the same To drive frequency and to control the current flowing through the heating coil by adjusting the overlapping period between the ON period of the first main switching element and the ON period of the auxiliary switching element.
Gemäß diesem Aspekt kann eine Änderung des durch das Haupt-Schaltelement während des Schaltvorgangs fließenden Stroms unterdrückt werden, und als Ergebnis hiervon können Schaltverluste reduziert werden.According to this aspect, a change of the current flowing through the main switching element during the switching operation can be suppressed, and as a result, switching losses can be reduced.
Da weiterhin gemäß diesem Aspekt die Wechselrichter-Schaltung und das Hilfs-Schaltelement synchron angetrieben werden, lässt sich die Energie-Steuerung der Heizwicklung leicht durchführen.Further, according to this aspect, since the inverter circuit and the auxiliary switching element are driven synchronously, the power control of the heating coil can be easily performed.
Weiterhin kann gemäß diesem Aspekt die fundamentale bzw. Grundfrequenz des durch die Heizwicklung fließenden Stroms gleich der Betriebsfrequenz der Wechselrichter-Schaltung gemacht werden. Damit werden beispielsweise sogar dann, wenn mehrere Heizwicklungen, die nahe beieinander angeordnet sind, gleichzeitig angetrieben werden, keine Interferenz- bzw. Störungsgeräusche erzeugt.Furthermore, according to this aspect, the fundamental frequency of the current flowing through the heating coil can be made equal to the operating frequency of the inverter circuit. Thus, for example, even if a plurality of heating coils arranged close to each other are driven simultaneously, no interference noise is generated.
Die Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so konfiguriert, dass der Topf-Detektor die Feststellung bzw. Ermittlung eines Topfes gemäß der Informationen zu der Zeit durchführt, wenn bei dem ersten Aspekt das erste Schaltelement abgeschaltet wird bzw. ist.The induction heater according to a second aspect of the present invention is configured such that the pot detector performs the detection of a pot according to the information at the time when the first switching element is turned off in the first aspect.
Da gemäß diesem Aspekt der durch die Heizwicklung während der Topf-Feststellung fließende Strom reduziert werden kann, lässt sich die Topf-Feststellung mit einem kleinen Schaltungsverlust durchführen.According to this aspect, since the current flowing through the heating coil during the pot detection can be reduced, the pot detection can be performed with a small circuit loss.
Da der durch die Heizspulen während der Topf-Feststellung fließende Strom reduziert wird, wenn das zu erwärmende Objekt auf die Heizwicklung gelegt ist, kann eine unnötige Erwärmung des Topfes verhindert werden, und wenn kein zu erwärmendes Objekt auf die Heizwicklung gelegt ist bzw. wird, kann eine Leckage des magnetischen Feldes unterdrückt werden.Since the current flowing through the heating coils during the pot detection is reduced when the object to be heated is placed on the heating coil, unnecessary heating of the pot can be prevented, and when no object to be heated is placed on the heating coil, a leakage of the magnetic field can be suppressed.
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung treibt der Controller das erste Haupt-Schaltelement, das zweite Haupt-Schaltelement und das Hilfs-Schaltelement so, um einen Status, bei dem ein Strom durch die Heizwicklung fließt, um einen Status zur Verfügung zu stellen, bei dem kein Strom während eines Operations-Zyklus der Wechselrichter-Schaltung nach dem ersten Aspekt durch die Heizwicklung fließt.In the induction heater according to a third aspect of the disclosure, the controller drives the first main switching element, the second main switching element, and the auxiliary switching element to provide a state in which a current flows through the heating coil to a status in which no current flows through the heating coil during an operation cycle of the inverter circuit according to the first aspect.
Da gemäß diesem Aspekt der durch die Heizwicklung fließende Strom immer bei jedem Operationszyklus der Wechselrichter-Schaltung zurück gesetzt wird, kann die Topf-Feststellung bei dem nächsten Operations-Zyklus der Anordnungszeit (placement time) sogar für jedes zu erwärmende Objekt durchgeführt werden.According to this aspect, since the current flowing through the heating coil is always reset every operation cycle of the inverter circuit, the pot detection at the next operation cycle of the placement time can be performed even for each object to be heated.
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung treibt der Controller das Hilfs-Schaltelement so, dass ein Strom durch das Hilfs-Schaltelement zu dem Zeitpunkt fließt, wenn das erste Haupt-Schaltelement bei dem ersten Aspekt abgeschaltet wird bzw. ist.In the induction heater according to a fourth aspect of the present disclosure, the controller drives the auxiliary switching element so that a current flows through the auxiliary switching element at the time when the first main switching element is turned off in the first aspect.
Gemäß diesem Aspekt kann verhindert werden, dass das Rauschen, das während des Schaltvorgangs des Haupt-Schaltelementes erzeugt wird, an das zweite Hilfs-Schaltelement angelegt wird, und damit kann eine Zerstörung des Hilfs-Schaltelementes verhindert werden.According to this aspect, the noise generated during the switching operation of the main switching element can be prevented from being applied to the second auxiliary switching element, and thus destruction of the auxiliary switching element can be prevented.
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Offenbarung steuert der Controller das Hilfs-Schaltelement so, dass zu dem Zeitpunkt ein maximaler Strom durch die Heizwicklung bzw. Heizspule fließt, wenn das erste Haupt-Schaltelement bei dem vierten Aspekt abgeschaltet wird. Gemäß diesem Aspekt kann eine Topf-Feststellung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.In the induction heater according to a fifth aspect of the present disclosure, the controller controls the auxiliary switching element so that a maximum current flows through the heating coil at the time when the first main switching element in the fourth aspect is turned off. According to this aspect, pot detection can be performed with high accuracy.
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung führt der Controller eine solche Einstellung durch, dass wenigstens eines von Betriebsfrequenz und der EIN-Periode des ersten Haupt-Schaltelements die gleiche ist für die Topf-Feststellungszeit und für die Induktions-Heizzeit bei dem ersten Aspekt.In the induction heater according to a sixth aspect of the present disclosure, the controller makes such a setting that at least one of the operation frequency and the ON period of the first main switching element is the same for the pot detection time and the induction heating time the first aspect.
Sogar dann, wenn gemäß diesem Aspekt die Topf-Feststellung für eine von zwei Heizwicklungen durchgeführt wird, die nahe beieinander angeordnet bzw. installiert sind, und eine Induktions-Erwärmung für die andere durchgeführt wird, kann verhindert werden, dass Interferenz- bzw. Störgeräusche auftreten.Even if, according to this aspect, the pot detection is performed for one of two heating coils arranged close to each other and induction heating is performed for the other, interference noise can be prevented from occurring ,
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Offenbarung steuert der Controller die Energie, die dem zu erwärmenden Objekt zugeführt werden soll, durch Verwendung eines intermittierenden Erregungsmodus mit einem Zustand, bei dem kein Strom während einer bestimmten Zeitspanne durch die Heizwicklung fließt, und einem kontinuierlichen Erregungs-Modus, der keinen Zustand hat, bei dem kein Strom für eine bestimmte Zeitspanne während eines Operation-Zyklus der Wechselrichter-Schaltung nach dem ersten Aspekt durch die Heizwicklung fließt.In the induction heating device according to a seventh aspect of the present disclosure, the controller controls the power to be supplied to the object to be heated by using an intermittent energization mode having a state in which no current flows through the heating coil for a certain period of time, and a continuous excitation mode having no state in which no current flows through the heating coil for a certain period during an operation cycle of the inverter circuit according to the first aspect.
Gemäß diesem Aspekt kann die Nenn-Energie oder eine Energie nahe bei der Nenn-Energie ohne jede Probleme sowohl einem Objekt, das mit einem hohen Widerstand erwärmt werden soll, als auch einem Objekt zugeführt werden, das mit niedrigem Widerstand erwärmt werden soll. According to this aspect, the rated power or an energy close to the rated power can be supplied without any problems both to an object to be heated with a high resistance and to an object to be heated with a low resistance.
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Spannungs-Reduziereinrichtung weiterhin in Reihenschaltung oder Parallelschaltung zu dem Hilfs-Schaltelement vorgesehen, um bei dem ersten Aspekt die maximale Spannung zu reduzieren, die an das Hilfs-Schaltelement angelegt wird.In the induction heater according to an eighth aspect of the present disclosure, a voltage reducing means is further provided in series or in parallel with the auxiliary switching element to reduce the maximum voltage applied to the auxiliary switching element in the first aspect.
Da gemäß diesem Aspekt die an das Hilfs-Schaltelement angelegte Spannung aufgrund von parasitären Oszillationen, die in dem Hilfs-Schaltelement erzeugt werden, unter die Haltespannung (withstand voltage) des Hilfs-Schaltelements reduziert werden kann, lässt sich eine Zerstörung des Hilfs-Schaltelementes vermeiden.According to this aspect, since the voltage applied to the auxiliary switching element can be reduced below the withstand voltage of the auxiliary switching element due to parasitic oscillations generated in the auxiliary switching element, destruction of the auxiliary switching element can be avoided ,
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Spannungs-Reduktionseinrichtung eine Zener-Diode, die parallel zu dem Hilfs-Schaltelement bei dem achten Aspekt geschaltet ist.In the induction heater according to a ninth aspect of the present disclosure, the voltage-reduction device includes a Zener diode connected in parallel to the auxiliary switching element in the eighth aspect.
Da gemäß diesem Aspekt eine Spannung, die die Durchschlag- bzw. Ausfall-Spannung übersteigt, nicht an das Hilfs-Schaltelement angelegt wird, kann die Zerstörung des Hilfs-Schaltelementes durch Verwendung einer Zener-Diode mit einer Durchschlag-Spannung verhindert werden, die gleich dem oder kleiner als der Wert der Haltespannung des Hilfs-Schaltelementes ist.According to this aspect, since a voltage exceeding the breakdown voltage is not applied to the auxiliary switching element, the destruction of the auxiliary switching element can be prevented by using a Zener diode having a breakdown voltage equal to or less than the value of the holding voltage of the auxiliary switching element.
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Spannungs-Reduktionseinrichtung Kondensatoren, die parallel zu dem Hilfs-Schaltelement bei dem achten Aspekt geschaltet sind.In the induction heater according to a tenth aspect of the present disclosure, the voltage-reduction means includes capacitors connected in parallel with the auxiliary-switching element in the eighth aspect.
Gemäß diesem Aspekt kann die kombinierte Kapazität der parasitären Kapazität des Hilfs-Schaltelementes und der Kapazität des Kondensators gemäß diesem Aspekt größer gemacht werden als die parasitäre Kapazität des Hilfs-Schaltelementes. Da der Gütefaktor bzw. Q-Faktor des Resonanzkreises reduziert wird und dann der Spannungswert, der durch die parasitären Oszillationen verursacht wird, reduziert werden kann, lässt sich als Ergebnis hiervon die Zerstörung des Hilfs-Schaltelementes verhindern.According to this aspect, the combined capacitance of the parasitic capacitance of the auxiliary switching element and the capacitance of the capacitor according to this aspect can be made larger than the parasitic capacitance of the auxiliary switching element. As a result, since the Q factor of the resonance circuit is reduced and then the voltage value caused by the parasitic oscillations can be reduced, destruction of the auxiliary switching element can be prevented as a result.
Bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Spannungs-Reduktionseinrichtung eine Diode, die in Reihe zu dem Hilfs-Schaltelement bei dem achten Aspekt geschaltet ist.In the induction heater according to an eleventh aspect of the present disclosure, the voltage-reduction device includes a diode connected in series with the auxiliary switching element in the eighth aspect.
Wenn gemäß diesem Aspekt die Spannung, die an das Hilfs-Schaltelement angelegt wird, die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Energiequelle übersteigt, wird die Diode leitend. Dementsprechend kann die Spannung, die an das Hilfs-Schaltelement angelegt wird, gleich der Ausgangsspannung der Gleichstrom-Energiequelle gemacht werden. Wenn die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Energiequelle kleiner als die Halte-Spannung des Hilfs-Schaltelementes ist, kann deshalb die Zerstörung des Hilfs-Schaltelementes verhindert werden.According to this aspect, when the voltage applied to the auxiliary switching element exceeds the output voltage of the DC power source, the diode becomes conductive. Accordingly, the voltage applied to the auxiliary switching element can be made equal to the output voltage of the DC power source. Therefore, when the output voltage of the DC power source is smaller than the holding voltage of the auxiliary switching element, the destruction of the auxiliary switching element can be prevented.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die exemplarischen Ausführungsformen beschränkt ist. In allen der folgenden Figuren sind die gleichen oder entsprechende Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, um redundante Beschreibungen zu vermeiden.Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. It should be noted that the present disclosure is not limited to the exemplary embodiments. In all of the following figures, the same or corresponding parts are identified by the same reference numerals to avoid redundant descriptions.
ERSTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMFIRST EXAMPLE EMBODIMENT
1 ist eine Draufsicht auf eine Induktions-Heizeinrichtung 10 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 1 is a plan view of an induction heater 10 According to a first exemplary embodiment of the present disclosure.
Wie in 1 gezeigt wird, enthält die Induktions-Heizeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine Ober- bzw. Herdplatte 13 für die Anordnung bzw. Platzierung eines zu erwärmenden Objektes, 45 Heizspulen bzw. Heizwicklungen 11, die in einer Matrix unter der Oberplatte 13 angeordnet sind, und eine Operationseinheit 12 für das Bedienen des Startes und des Stopps der Erwärmung sowie eine Verbrennungssteuerung (combustion control).As in 1 is shown contains the induction heater 10 according to the present exemplary embodiment, a top or stovetop 13 for the arrangement or placement of an object to be heated, 45 Heating coils or heating coils 11 in a matrix under the top plate 13 are arranged, and an operation unit 12 for operating the start and stop of the heating and a combustion control (combustion control).
Die Operationseinheit 12 kann mit einer Anzeigeeinrichtung versehen werden, um visuell die Anordnungs- bzw. Platzierungs-Positionen der zu erwärmenden Objekte und den Heiz-Zustand eines jeden zu erwärmenden Objektes anzugeben, wenn mehrere zu erwärmende Objekte auf die Oberplatte 13 gestellt werden.The operation unit 12 can be provided with a display device to visually indicate the placement positions of the objects to be heated and the heating state of each object to be heated, when a plurality of objects to be heated on the top plate 13 be put.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration für die Zuführung von elektrischer Energie zu der Heizspule bzw. Heizwicklung 11 zeigt, die in der Induktions-Heizeinrichtung 10 vorgesehen ist. D. h., die Induktions-Heizeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält die in 2 gezeigte Schaltungs-Konfiguration, die für jede Heizwicklung 11 vorgesehen ist. 2 FIG. 12 is a block diagram showing a circuit configuration for supplying electric power to the heating coil. FIG 11 shows that in the induction heater 10 is provided. That is, the induction heater 10 According to the present exemplary embodiment, the in 2 shown circuit configuration, which for each heating coil 11 is provided.
Hier wird nun die Schaltungs-Konfiguration beschrieben werden, die in 2 gezeigt ist. Gemäß 2 enthält eine Gleichstrom-(Direct Current = DC)Energiequelle 42 eine Diodenbrücke und einen LC-Filter und wandelt Wechselstrom-(Alternating Current = AC)Energie von einer kommerziellen Energiequelle (nicht dargestellt) in Gleichstrom-Energie um, indem die Wechselstrom-Energie gleichgerichtet und geglättet wird. Here, the circuit configuration described in FIG 2 is shown. According to 2 contains a direct current (DC) power source 42 a diode bridge and an LC filter and converts alternating current (AC) energy from a commercial power source (not shown) to DC power by rectifying and smoothing the AC power.
Eine Wechselrichter-Schaltung 61 ist mit den Ausgangs-Anschlüssen der Gleichstrom-Energiequelle 42 verbunden. In der Wechselrichter-Schaltung 61 sind ein Schaltelement 43, das das erste Haupt-Schaltelement ist, und ein Schaltelement 44, das das zweite Haupt-Schaltelement ist, in Reihe geschaltet. Eine reverse bzw. umgekehrt leitende bzw. Gegen-Diode 51 ist parallel zu dem Schaltelement 43 geschaltet, und eine reverse bzw. umgekehrt leitende bzw. Gegen-Diode 52 ist parallel zu dem Schaltelement 44 geschaltet.An inverter circuit 61 is with the output terminals of the DC power source 42 connected. In the inverter circuit 61 are a switching element 43 which is the first main switching element, and a switching element 44 , which is the second main switching element, connected in series. A reverse or reverse conducting or counter diode 51 is parallel to the switching element 43 switched, and a reverse or reverse diode 52 is parallel to the switching element 44 connected.
Durch ausschließlich Ein- und Ausschalten des Schaltelementes 43 und des Schaltelementes 44 wandelt die Wechselrichter-Schaltung 61 die Gleichstrom-Energie, die von der Gleichstrom-Energiequelle 42 ausgegeben wird, in Hochfrequenz-Wechselstrom-Energie um. Im Folgenden wird das Ausgeben eines Steuersignals zum Ein- und Ausschalten des Schaltelementes als Durchführung einer EIN/AUS-Steuerung des Schaltelementes bezeichnet.By exclusively switching on and off of the switching element 43 and the switching element 44 converts the inverter circuit 61 the DC power coming from the DC power source 42 is converted into high frequency AC power. Hereinafter, outputting a control signal for turning on and off the switching element will be referred to as performing an ON / OFF control of the switching element.
Die Inverter-Schaltung 61 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält einen Dämpferkondensator 48 (snubber capacitor), der parallel zu dem Schaltelement 44 geschaltet ist. Der Dämpferkondensator 48 kann einen Schaltverlust unterdrücken, der auftritt, wenn das Schaltelement 43 und das Schaltelement 44 ausgeschaltet werden.The inverter circuit 61 According to the present exemplary embodiment includes a damper capacitor 48 (snubber capacitor), which is parallel to the switching element 44 is switched. The damper capacitor 48 can suppress a switching loss that occurs when the switching element 43 and the switching element 44 turned off.
Die Heizwicklung 11, der Resonanz-Kondensator 46 und das Schaltelement 45, das das Hilfs-Schaltelement ist, sind in Reihe zu dem Ausgangs-Anschluss der Wechselrichter-Schaltung 61 geschaltet. Die in Umkehr- bzw. Gegenrichtung leitende Diode 53 ist parallel zu dem Schaltelement 45 geschaltet. Der ResonanzStromkreis 62 wird durch die Heizwicklung 11 und den Resonanz-Kondensator 46 aufgebaut.The heating coil 11 , the resonant capacitor 46 and the switching element 45 , which is the auxiliary switching element, are in series with the output terminal of the inverter circuit 61 connected. The in reverse or opposite direction conductive diode 53 is parallel to the switching element 45 connected. The resonance circuit 62 is through the heating coil 11 and the resonant capacitor 46 built up.
Ein Strom-Detektor 47 zur Ermittlung des durch die Heizwicklung 11 fließenden Stroms ist an den Verbindungspfad zwischen dem Ausgangs-Anschluss der Wechselrichter-Schaltung 61 und die Heizwicklung 11 geschaltet.A current detector 47 for determining by the heating coil 11 flowing current is connected to the connection path between the output terminal of the inverter circuit 61 and the heating coil 11 connected.
Der Topf-Detektor 50 empfängt den Ausgangswert des Strom-Detektors 47 und stellt fest, ob das zu erwärmende Objekt auf der Heizwicklung 11 aufgestellt bzw. angeordnet ist.The pot detector 50 receives the output value of the current detector 47 and determines whether the object to be heated on the heating coil 11 is placed or arranged.
Der Controller 49 ist mit den Schaltelementen 43 bis 45 verbunden und treibt die Schaltelemente 43 bis 45 durch Ausgabe von Steuersignalen an, um die Schaltelemente 43 bis 45 ein- und auszuschalten. Der Controller 49 und der Topf-Detektor 50 werden durch Software konfiguriert, die in einem Mikrocomputer abläuft.The controller 49 is with the switching elements 43 to 45 Connected and drives the switching elements 43 to 45 by outputting control signals to the switching elements 43 to 45 switch on and off. The controller 49 and the pot detector 50 are configured by software that runs in a microcomputer.
Der Topf-Detektor 50 kann auch das Material des zu erwärmenden Objektes erkennen bzw. feststellen, das auf der Heizwicklung 11 angeordnet ist. Im Folgenden werden die Informationen über das Vorhandensein oder das Fehlen des zu erwärmenden Objektes, das Material des Objektes und die Lage der Anordnung des Objektes, die durch den Topf-Detektor 50 festgestellt werden, als Zustand des zu erwärmenden Objektes bezeichnet, und die Topf-Detektion soll nicht nur das Vorhandensein oder das Fehlen eines zu erwärmenden Objektes, sondern auch die Bestimmung des Materials des Objektes oder ähnliche Parameter umfassen.The pot detector 50 can also detect or determine the material of the object to be heated, that on the heating coil 11 is arranged. The following is the information about the presence or absence of the object to be heated, the material of the object and the location of the arrangement of the object by the pot detector 50 are referred to as the state of the object to be heated, and the pot detection is intended to include not only the presence or absence of an object to be heated, but also the determination of the material of the object or similar parameters.
Der Strom-Detektor 47 kann den Wert des in dem Resonanz-Stromkreis 62 fließenden Stroms oder einen Wert zur Bestimmung der Phasendifferenz zwischen dem in dem Resonanz-Stromkreis fließenden Strom und der EIN/AUS-Steuerung des Schaltelementes 43, des Schaltelementes 44 oder des Schaltelementes 45 feststellen. Statt des Strom-Detektors kann ein Spannungs-Detektor zur Feststellung der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Resonanz-Kondensators 46 vorgesehen sein, und der Topf-Detektor 50 kann die Topf-Detektion unter Verwendung der festgestellten Spannung durchführen.The current detector 47 may be the value of in the resonant circuit 62 flowing current or a value for determining the phase difference between the current flowing in the resonant circuit current and the ON / OFF control of the switching element 43 , of the switching element 44 or the switching element 45 determine. Instead of the current detector, a voltage detector for detecting the voltage between both terminals of the resonant capacitor 46 be provided, and the pot detector 50 can perform the pot detection using the detected voltage.
Im Folgenden wird der Betriebsablauf der Induktions-Heizeinrichtung mit der obigen Konfiguration beschrieben werden.Hereinafter, the operation of the induction heater having the above configuration will be described.
3 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Steuersignale für die Schaltelemente 43 bis 45 und den Strom zeigt, der bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform durch die Heizwicklung 11 fließt. 3 is a waveform diagram showing the control signals for the switching elements 43 to 45 and showing the current through the heating coil in the present exemplary embodiment 11 flows.
In 3 stellt Vm1 ein Steuersignal für das Schaltelement 43, Vm2 stellt ein Steuersignal für das Schaltelement 44, Vs stellt ein Steuersignal für das Schaltelement 45 und Ic stellt den durch die Heizwicklung 11 fließenden Strom dar.In 3 Vm1 provides a control signal for the switching element 43 , Vm2 provides a control signal for the switching element 44 , Vs represents a control signal for the switching element 45 and Ic puts that through the heating coil 11 flowing stream.
Jedes Schaltelement wird eingeschaltet, wenn das Steuersignal hoch (H, wie in der Figur gezeigt) ist, und wird ausgeschaltet, wenn das Steuersignal niedrig (L, wie in der Figur gezeigt) ist. Mit anderen Worten wird das Schaltelement 43 während der EIN-Periode Tm1 eingeschaltet, und das Schaltelement 44 wird während der EIN-Periode Tm2 eingeschaltet. Im Folgenden wird die Periode, während der das Schaltelement eingeschaltet ist, als EIN-Periode bezeichnet.Each switching element is turned on when the control signal is high (H as shown in the figure) and is turned off when the control signal is low (L as shown in the figure). In other words, the switching element 43 during the ON period Tm1 is turned on, and the switching element 44 is turned on during the ON period Tm2. The following is the period during which the switching element is turned on, referred to as ON period.
Um eine Hochfrequenz-Spannung auf der Ausgabeseite der Wechselrichter-Schaltung 61 zu erzeugen, werden, wie in 3 gezeigt ist, das Schaltelement 43 und das Schaltelement 44 exklusiv einer EIN/AUS-Steuerung beim Operationszyklus Tf (d. h., bei der Betriebsfrequenz 1/Tf) unterworfen. Weiterhin wird eine Totzeit-Periode Td, während der das Schaltelement 43 und das Schaltelement 44 zusammen ausgeschaltet sind, vorgesehen, so dass die Ausgabe-Anschlüsse der Gleichstrom-Energiequelle 42 sogar dann nicht kurzgeschlossen werden, wenn durch irgendwelche Vorgänge eine Verzögerungszeit verursacht wird, bevor das Schaltelement tatsächlich aus- oder eingeschaltet wird, nachdem das Steuersignal den Schaltelementen zugeführt worden ist.To a high-frequency voltage on the output side of the inverter circuit 61 to generate, as in 3 is shown, the switching element 43 and the switching element 44 exclusively subjected to ON / OFF control at the operation cycle Tf (ie, at the operation frequency 1 / Tf). Further, a dead time period Td during which the switching element 43 and the switching element 44 are turned off together, so that the output terminals of the DC power source 42 even when short-circuiting is caused by any processes before the switching element is actually turned off or on after the control signal has been supplied to the switching elements.
Wenn das Schaltelement 43, das ein Schaltelement auf der Seite des hohen Potentials ist, während des Betriebs der Gleichstrom-Energiequelle 42 eingeschaltet wird, wird eine Spannung zwischen die Ausgabe-Anschlüsse der Wechselrichter-Schaltung 61 angelegt. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Schaltelement 45 ausgeschaltet ist, fließt kein Strom durch die Heizwicklung 11. Wenn andererseits das Schaltelement 45 eingeschaltet ist, wird ein Strompfad durch das Schaltelement 45 gebildet, und ein Strom fließt durch die Heizwicklung 11.When the switching element 43 which is a switching element on the high potential side during operation of the DC power source 42 is turned on, a voltage is applied between the output terminals of the inverter circuit 61 created. If at this time the switching element 45 is switched off, no current flows through the heating coil 11 , On the other hand, if the switching element 45 is turned on, a current path through the switching element 45 formed, and a current flows through the heating coil 11 ,
Auf diese Weise wird bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform der in der Heizwicklung 11 fließende Strom durch Einstellung von Ta1 gesteuert, das eine Periode ist, in der die EIN-Periode des Schaltelementes 43 und die EIN-Periode des Schaltelementes 45 überlappt werden (im Folgenden wird dies als Überlappungs-Periode bezeichnet).In this way, in the present exemplary embodiment, the one in the heating coil 11 flowing current controlled by adjustment of Ta1, which is a period in which the ON period of the switching element 43 and the ON period of the switching element 45 overlapping (hereafter referred to as the overlap period).
Da mehr Strom durch die Heizwicklung 11 fließt, wenn die Überlappungs-Periode Ta1 größer wird, wird dem zu erwärmenden Objekt, das auf der Heizwicklung 11 angeordnet ist, eine größere bzw. höhere elektrische Energie zugeführt.Because more current through the heating coil 11 flows as the overlap period Ta1 becomes larger, the object to be heated on the heating coil 11 is arranged, a larger or higher electrical energy supplied.
Wenn das Schaltelement 43 ausgeschaltet wird und die Totzeit-Periode Td abgelaufen ist, wird das Schaltelement 44 eingeschaltet. Wenn das Schaltelement 44 eingeschaltet wird, wird in dem Resonanz-Stromkreis 62 eine Resonanz-Operation erzeugt, und die Richtung des durch den Resonanz-Stromkreis 62 fließenden Stroms Ic wird umgekehrt.When the switching element 43 is turned off and the dead time period Td has expired, the switching element 44 switched on. When the switching element 44 is turned on, is in the resonant circuit 62 generates a resonance operation, and the direction of the through the resonant circuit 62 flowing current Ic is reversed.
Während der Periode Tc1, wenn der Strom Ic in dem Schaltelement 44 fließt, fließt der Strom Ic durch die in Gegenrichtung leitende Diode 53, und nicht durch das Schaltelement 45. Deshalb kann durch Ausschalten des Schaltelementes 45 in der Periode Tc1 ein Verlust vermieden werden, der durch den Schaltvorgang in dem Schaltelement 45 verursacht wird.During the period Tc1 when the current Ic in the switching element 44 flows, the current Ic flows through the diode in the opposite direction 53 , and not by the switching element 45 , Therefore, by switching off the switching element 45 in the period Tc1, a loss caused by the switching operation in the switching element 45 is caused.
Obwohl der Strom Ic eine Tendenz zur erneuten Umkehr durch den Resonanz-Vorgang des Resonanz-Stromkreises 62 zeigt, fließt der Strom Ic nicht während der Periode Tg1 in dem Resonanz-Stromkreis 62, wenn das Schaltelement 45 abgeschaltet ist, um den Strompfad in der Periode Tc1 abzuschneiden bzw. abzusperren.Although the current Ic has a tendency to revert by the resonance process of the resonant circuit 62 shows, the current Ic does not flow during the period Tg1 in the resonant circuit 62 when the switching element 45 is turned off to cut off the current path in the period Tc1 or shut off.
Wenn während der Topf-Detektion die Schaltelemente 45 wenigstens während der Überlappungs-Periode Ta1 eingeschaltet werden, ist der Strom Ic auf dem maximalen Wert Ip1, wenn das Schaltelement 43 abgeschaltet wird.If, during the pot detection, the switching elements 45 at least during the overlap period Ta1, the current Ic is at the maximum value Ip1 when the switching element 43 is switched off.
Wenn das Schaltelement 43 abgeschaltet wird, kann deshalb der maximale Wert Ip1 ohne eine Abtasthalte-Schaltung für den Strom Ic festgestellt werden, indem der Wert des Stroms Ic durch den Strom-Detektor 47 ermittelt wird.When the switching element 43 Therefore, the maximum value Ip1 can be detected without a sample hold circuit for the current Ic by the value of the current Ic through the current detector 47 is determined.
Bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform wird das Schaltelement 45 so gesteuert, dass ein Strom durch das Schaltelement 45 während der gesamten Periode einschließlich des Zeitpunktes des Abschaltens des Schaltelementes 43 und des Zeitpunktes des Einschaltens des Schaltelementes 44 fließt.In the present exemplary embodiment, the switching element 45 so controlled that a current through the switching element 45 during the entire period including the timing of turning off the switching element 43 and the time of switching on the switching element 44 flows.
Dies macht das Verhalten des Stroms und der Spannung zum Zeitpunkt des Zustandsübergangs der Schaltelemente 43 und 44 äquivalent zu denen der Schaltungs-Konfiguration in dem Fall, dass das Schaltelement 45 nicht vorgesehen wird, und Rauschen und Schaltverluste in den Schaltelementen 43 und 44 können reduziert werden, um vergleichbar denen der Schaltungs-Konfiguration in dem Fall zu sein, dass das Schaltelement 45 nicht vorgesehen wird.This makes the behavior of the current and the voltage at the time of state transition of the switching elements 43 and 44 equivalent to those of the circuit configuration in the case that the switching element 45 is not provided, and noise and switching losses in the switching elements 43 and 44 can be reduced to be comparable to those of the circuit configuration in the case that the switching element 45 is not provided.
Gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform wird vor dem Start des Erwärmungsvorgangs aufgrund eines Befehls von der Operationseinheit 12 festgestellt, ob das zu erwärmende Objekt auf der Heizwicklung 11 angeordnet ist, und das Material des zu erwärmenden Objektes wird festgestellt, wenn das zu erwärmende Objekt auf der Heizwicklung 11 angeordnet wird. So können beispielsweise Informationen für die Angabe einer Anordnungs-Lage des zu erwärmenden Objektes visuell auf der Operationseinheit 12 erzielt werden.According to the present exemplary embodiment, before the start of the heating operation, a command from the operation unit is made 12 determined whether the object to be heated on the heating coil 11 is arranged, and the material of the object to be heated is detected when the object to be heated on the heating coil 11 is arranged. For example, information for indicating an arrangement position of the object to be heated can be visually displayed on the operation unit 12 be achieved.
Wenn die Sensoren für die Topf-Detektion nicht vorgesehen werden, kann selbstverständlich die Induktions-Heizeinrichtung 10 mit geringeren Kosten hergestellt werden. Wenn jedoch die Schaltung für die Induktions-Erwärmung für die Bestimmung des Zustandes des zu erwärmenden Objektes verwendet wird, kann die Benutzung eine Zerstörung der Schaltungs-Komponenten eine Erhöhung der Energie oder die Leckage von Magnetfeldern während der Zustandsbestimmung verursachen.If the sensors for the pot detection are not provided, of course, the induction heater 10 be produced at a lower cost. However, when the induction heating circuit for determining the state of the object to be heated may be used, the use of a destruction of the circuit components may cause an increase in energy or the leakage of magnetic fields during the state determination.
Um dieses Problem zu lösen, wird dafür gesorgt, dass in der Heizwicklung 11 zur Zeit der Topf-Feststellung ein kleinerer Strom fließt als zur Zeit der Induktions-Erwärmung. Bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform wird der Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelementes 45 so gesteuert, dass die in 3 gezeigte Überlappungs-Periode Ta1 kürzer wird. Damit wird die Zustands-Bestimmung des zu erwärmenden Objektes möglich, während die Energie reduziert wird, die von der Wechselrichter-Schaltung 61 der Heizwicklung 11 und dem zu erwärmenden Objekt zugeführt wird, und Schaltverluste werden unterdrückt.To solve this problem, care is taken in the heating coil 11 at the time of pot detection, a smaller current flows than at the time of induction heating. In the present exemplary embodiment, the timing of turning on the switching element 45 so controlled that in 3 shown overlapping period Ta1 becomes shorter. Thus, the state determination of the object to be heated becomes possible while the power is reduced by the inverter circuit 61 the heating coil 11 and the object to be heated is supplied, and switching losses are suppressed.
Um die Energie zu verringern, die dem zu erwähnenden Objekt zur Zeit der Topf-Detektion zugeführt wird, ist erstrebenswert, dass die Überlappungs-Periode Ta1 der Hälfte der EIN-Periode Tm1 oder weniger entspricht.In order to reduce the power supplied to the object to be mentioned at the time of the pot detection, it is desirable that the overlap period Ta1 be half the ON period Tm1 or less.
Sogar wenn die EIN-Periode Tm1 und die Überlappungs-Periode Ta1 konstant sind, unterscheidet sich der Maximalwert Ip1 des in dem Resonanz-Stromkreis 62 fließenden Stroms in Abhängigkeit von dem Zustand des zu erwärmenden Objektes, das auf die Oberplatte 13 gelegt wird.Even if the ON period Tm1 and the overlap period Ta1 are constant, the maximum value Ip1 of the resonant circuit differs 62 flowing current depending on the state of the object to be heated, that on the top plate 13 is placed.
Unter Verwendung dieses Aufbaus kann der Topf-Detektor 50 eine Topf-Detektion durchführen, beispielsweise auf der Basis der Beziehung zwischen dem Strom, der von der Wechselstrom-Energiequelle 41 zu der Wechselrichter-Schaltung 61 fließt, und dem Maximalwert Ip1 des Stroms, der durch die Resonanz-Schaltung 62 fließt, indem die EIN-Periode Tm1 und die Überlappungs-Periode Ta1 konstant oder variabel gemacht werden. Wie oben beschrieben wurde, wird der Maximalwert Ip1 zu dem Zeitpunkt festgestellt, wenn das Schaltelement 43 ausgeschaltet wird bzw. ist.Using this construction, the Pot Detector can 50 perform a pot detection, for example, based on the relationship between the current from the AC power source 41 to the inverter circuit 61 flows, and the maximum value Ip1 of the current flowing through the resonant circuit 62 flows by making the ON period Tm1 and the overlapping period Ta1 constant or variable. As described above, the maximum value Ip1 is detected at the time when the switching element 43 is turned off or is.
Als die Information für die Bestimmung des zu erwärmenden Objektes kann der Spannungswert verwendet werden, der in der Resonanz-Schaltung 62 erzeugt wird, zusätzlich zu dem Strom, der durch die Resonanz-Schaltung 62 fließt. Wenn eine Schaltung, die in der Lage ist, die Informationen über den Maximalwert Ip1 aufrecht zu erhalten, hinzugefügt wird, muss die Zeit, wenn der Strom Ic festgestellt wird, nicht der Zeitpunkt sein, wenn das Schaltelement 43 ausgeschaltet wird.As the information for the determination of the object to be heated, the voltage value used in the resonance circuit can be used 62 is generated, in addition to the current passing through the resonant circuit 62 flows. When a circuit capable of maintaining the information about the maximum value Ip1 is added, the time when the current Ic is detected need not be the time when the switching element 43 is turned off.
Wenn bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform die Überlappungs-Periode Ta1 eliminiert wird, fließt kein Strom durch die Heizwicklung 11. D. h., gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform ist eine Steuerung möglich, so dass kein Strom durch die Heizwicklung 11 sogar dann fließt, wenn das Schaltelement 43 eingeschaltet wird.In the present exemplary embodiment, when the overlap period Ta1 is eliminated, no current flows through the heater coil 11 , That is, according to the present exemplary embodiment, control is possible so that no current flows through the heating coil 11 even then flows when the switching element 43 is turned on.
Während der Topf-Feststellung wird ein Modus mit intermittierender Erregung implementiert, wie in 3 gezeigt ist, bei der die Perioden Tb1, Tc1, wenn Strom durch die Heizwicklung fließt, und die Periode Tg1, wenn kein Strom durch die Heizwicklung 11 fließt, vorhanden sind. Damit wird der durch die Heizwicklung 11 fließende Strom durch den Resonanz-Vorgang unterdrückt. Als Ergebnis hiervon kann der Energieverbrauch während der Topf-Detektion reduziert werden.During pot detection, a mode with intermittent excitation is implemented as in 3 is shown in which the periods Tb1, Tc1 when current flows through the heating coil, and the period Tg1 when no current through the heating coil 11 flows, are present. This is the by the heating coil 11 flowing current is suppressed by the resonance process. As a result, the power consumption during the pot detection can be reduced.
Üblicher Weise ändert sich bei Induktions-Heizeinrichtungen die Resonanz-Frequenz entsprechend dem Zustand des zu erwärmenden Objektes bzw. Gegenstandes. Gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform wird jedoch ein Zustand, bei dem kein Strom fließt, erzeugt, nachdem der Strom durch die Heizwicklung 11 während eines Zyklus durch den Resonanzvorgang fließt. Dann kann während der nächsten Überlappungs-Periode Ta1 ein Strom-Detektionswert entsprechend dem neuen Zustand des zu erwärmenden Objektes erreicht werden. Damit kann die Topf-Bestimmung exakt durchgeführt werden, ohne durch die Änderung in den Resonanz-Charakteristiken aufgrund des Zustandes des zu erwärmenden Objektes beeinflusst zu werden.Conventionally, in induction heaters, the resonance frequency changes according to the state of the object to be heated. However, according to the present exemplary embodiment, a state in which no current flows is generated after the current through the heating coil 11 flows through the resonance process during one cycle. Then, during the next overlap period Ta1, a current detection value corresponding to the new state of the object to be heated can be achieved. Thus, the pot determination can be accurately performed without being affected by the change in the resonance characteristics due to the state of the object to be heated.
Da die Schaltelemente 43 bis 45 mit der gleichen Frequenz betätigt werden, ist die fundamentale bzw. Grundfrequenz des durch die Heizwicklung 11 fließenden Stromes die Betriebsfrequenz der Schaltelemente. Wenn die Betriebsfrequenzen der Schaltungen gleich sind, kann das Stör- bzw. Interferenz-Geräusch sogar dann unterdrückt werden, wenn mehrere Heizwicklungen 11 und andere Schaltungen nahe beieinander angeordnet werden und beispielsweise verschiedene zu erwärmende Objekte erhitzt werden.Because the switching elements 43 to 45 operated at the same frequency is the fundamental frequency of the heating coil 11 flowing current, the operating frequency of the switching elements. If the operating frequencies of the circuits are the same, the interference noise can be suppressed even if multiple heating coils 11 and other circuits are placed close to each other and, for example, various objects to be heated are heated.
Wenn die der Heizwicklung zugeführte Energie klein ist, gibt es eine Periode Tg1, in der kein Strom in der Heizwicklung 11 fließt. Deshalb ändert sich nur die Länge der Periode Tg1 sogar dann, wenn die Resonanzfrequenz des Resonanz-Stromkreises 62 sich entsprechend dem Zustand des zu erwärmenden Objektes ändert, und das Schaltelement 45 wird nicht kurzgeschlossen, wodurch keine Änderung in seinen Betriebszustand verursacht wird. Als Ergebnis hiervon kann die Schaltung effizient betrieben werden.When the energy supplied to the heating coil is small, there is a period Tg1 in which no current is in the heating coil 11 flows. Therefore, only the length of the period Tg1 changes even when the resonance frequency of the resonance circuit 62 changes according to the state of the object to be heated, and the switching element 45 is not short-circuited, causing no change in its operating state. As a result, the circuit can be operated efficiently.
Bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform kann die Zustands-Bestimmung des zu erwärmenden Objektes auf der Basis der Beziehung zwischen dem Maximalwert des Ausgabewertes des Stromdetektors 47 und der überlappten Periode Ta1 durchgeführt werden, indem die Topf-Feststellung zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn der Strom, der zu dem Zeitpunkt fließt, wenn das Schaltelement 43 abgeschaltet wird, den maximalen Wert des durch das Schaltelement 45 fließenden Stroms hat. Deshalb ist eine exakte Topf-Feststellung bei geringen Kosten ohne Verwendung einer Spitzenhalte-Schaltung möglich.In the present exemplary embodiment, the state determination of the object to be heated may be based on the relationship between the maximum value of the output value of the object current detector 47 and the overlapped period Ta1 are performed by the pot detection at the time when the current flowing at the time when the switching element 43 is turned off, the maximum value of the by the switching element 45 has flowing electricity. Therefore, accurate pot detection at a low cost is possible without using a peak hold circuit.
Wie in 3 gezeigt ist, haben das Steuersignal Vm1 für das Schaltelement 43, das Steuersignal Vm2 für das Schaltelement 44 und das Steuersignal Vs für das Schaltelement 45 alle die gleiche Frequenz. Deshalb kann der durch die Heizwicklung fließende Strom Ic unterdrückt werden. Als Ergebnis hiervon kann ein Strom-Detektor 47 mit einer kleineren Kapazität verwendet werden, um den Brumm bzw. die Welligkeit der Ausgangsspannung der Gleichstrom-Energiequelle 42 zu reduzieren.As in 3 is shown have the control signal Vm1 for the switching element 43 , the control signal Vm2 for the switching element 44 and the control signal Vs for the switching element 45 all the same frequency. Therefore, the current Ic flowing through the heating coil can be suppressed. As a result, a current detector can be used 47 be used with a smaller capacity to the ripple of the output voltage of the DC power source 42 to reduce.
Da die fundamentale bzw. Grundfrequenz des durch die Heizwicklung 11 fließenden Stroms die gleiche ist wie die Betriebsfrequenz der Schaltelemente 43 bis 45, ist sogar dann, wenn mehrere Heizwicklungen oder andere Schaltungen, die nahe beieinander vorgesehen sind, gleichzeitig betrieben werden, eine Topf-Feststellung ohne ein Interferenzgeräusch möglich.Because the fundamental frequency of the heating coil 11 flowing current is the same as the operating frequency of the switching elements 43 to 45 That is, even if a plurality of heating coils or other circuits provided close to each other are operated simultaneously, a pot detection without an interference noise is possible.
Wenn das Schaltelement 43 eingeschaltet wird (Ansteigen von Vm1), fließt ein Strom in der in Gegenrichtung leitenden Diode 51, die parallel zu dem Schaltelement 43 geschaltet ist, und es fließt kein Strom in dem Schaltelement 43. Da die Nullspannungs-Schaltung und die Nullstrom-Schaltung in dem Schaltelement 43 auf diese Weise durchgeführt werden, kann ein Schaltverlust unterdrückt werden.When the switching element 43 is turned on (rise of Vm1), a current flows in the diode in the opposite direction 51 parallel to the switching element 43 is switched, and no current flows in the switching element 43 , Because the zero voltage circuit and the zero current circuit in the switching element 43 can be performed in this way, a switching loss can be suppressed.
Wenn das Schaltelement 43 abgeschaltet wird (Abfallen von Vm1), steigt aufgrund des Dämpfer-Kondensators 48, der parallel zu dem Schaltelement 44 vorgesehen ist, die Spannung, die an das Schaltelement 43 angelegt wird, allmählich an. Deshalb wird ein Nullspannungs-Schalten durchgeführt, und der Schaltverlust kann unterdrückt werden.When the switching element 43 is switched off (Vm1 drops), increases due to the damper capacitor 48 , which is parallel to the switching element 44 is provided, the voltage applied to the switching element 43 is created, gradually. Therefore, zero-voltage switching is performed, and the switching loss can be suppressed.
In ähnlicher Weise wie bei dem Schaltelement 43 kann dadurch ein Schaltverlust unterdrückt werden, wenn das Schaltelement 44 eingeschaltet wird (Ansteigen von Vm2), indem ein Nullspannungs-Schalten und ein Nullstrom-Schalten durchgeführt werden. Wenn das Schaltelement 44 abgeschaltet wird (Abfallen von Vm1), wird ein Nullspannungs-Schalten durchgeführt, und dadurch kann ein Schaltungsverlust unterdrückt werden.In a similar manner as in the switching element 43 thereby a switching loss can be suppressed when the switching element 44 is turned on (increase of Vm2) by performing a zero-voltage switching and a zero-current switching. When the switching element 44 is turned off (Vm1 falls), a zero-voltage switching is performed, and thereby a circuit loss can be suppressed.
D. h., da der durch die Heizwicklung 11 fließende Strom reduziert wird, kann sogar dann, wenn die EIN-Periode Tm1 und die Überlappungs-Periode Ta1 verkürzt werden, der Schaltungsverlust in den Schaltelementen 43 bis 45 reduziert werden, da wenigstens eines von Nullspannungs-Schalten und Nullstrom-Schalten in den Schaltelementen 43 bis 45 durchgeführt wird.That is, because of the heating coil 11 flowing current is reduced, even if the ON period Tm1 and the overlap period Ta1 are shortened, the circuit loss in the switching elements 43 to 45 be reduced because at least one of zero voltage switching and zero-current switching in the switching elements 43 to 45 is carried out.
Wenn das Schaltelement 45 eingeschaltet wird (Ansteigen von Vs), steigt der durch das Schaltelement 45 fließende Strom allmählich von Null mit einem konstanten Gradienten an. Deshalb wird ein Nullstrom-Schalten durchgeführt, und dadurch können Schaltverluste reduziert werden. Wenn das Schaltelement 45 abgeschaltet wird (Abfallen von Vs), fließt ein Strom in der in Gegenrichtung leitenden Diode 53, die parallel zu dem Schaltelement 45 geschaltet ist, und fließt nicht in dem Schaltelement 45. Damit werden ein Nullspannungs-Schalten und ein Nullstrom-Schalten in dem Schaltelement 45 durchgeführt, wodurch ein Schaltverlust unterdrückt werden kann.When the switching element 45 is turned on (increase of Vs), which rises through the switching element 45 flowing current gradually from zero at a constant gradient. Therefore, a zero-current switching is performed, and thereby switching losses can be reduced. When the switching element 45 is turned off (drop of Vs), a current flows in the diode in the opposite direction 53 parallel to the switching element 45 is switched, and does not flow in the switching element 45 , Thus, a zero-voltage switching and a zero-current switching in the switching element 45 performed, whereby a switching loss can be suppressed.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine Periode Tg1 zur Verfügung gestellt, in der kein Strom durch die Heizwicklung 11 fließt. Dementsprechend wird unabhängig von der Resonanzfrequenz des Resonanz-Stromkreises 62 und der Betriebsfrequenz der Wechselrichter-Schaltung 61 ein Nullspannungs-Schalten oder ein Nullstrom-Schalten in den Schaltelementen 43 bis 45 durchgeführt.As described above, according to the present exemplary embodiment, a period Tg1 is provided in which no current passes through the heating coil 11 flows. Accordingly, regardless of the resonant frequency of the resonant circuit 62 and the operating frequency of the inverter circuit 61 a zero-voltage switching or a zero-current switching in the switching elements 43 to 45 carried out.
Deshalb können der Schaltverlust und das Rauschen sogar dann unterdrückt werden, wenn die Wechselrichter-Schaltung 61 unter Verwendung der gleichen Betriebsfrequenz während der Topf-Feststellung und während der Induktions-Erwärmung getrieben wird. Als Ergebnis hiervon kann ein Interferenz-Geräusch sogar dann unterdrückt werden, wenn mehrere Heizwicklungen 11, die nahe beieinander installiert sind, gleichzeitig mit Energie versorgt werden.Therefore, the switching loss and the noise can be suppressed even when the inverter circuit 61 is driven using the same operating frequency during pot detection and during induction heating. As a result, interference noise can be suppressed even if multiple heater windings 11 which are installed close to each other, at the same time be supplied with energy.
Nun wird beschrieben werden, wie bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform der Topf-Detektor 50 die Topf-Detektion durchführt.Now, as in the present exemplary embodiment, the pot detector will be described 50 performs the pot detection.
Wie man aus der obigen Beschreibung leicht verstehen kann, wird in dem Fall, dass die EIN-Periode Tm1 konstant ist, die Überlappungs-Periode Ta1 länger, wenn das Schaltelement 45 früher eingeschaltet wird, und die Überlappungs-Periode Ta1 wird kürzer, wenn das Schaltelement 45 später eingeschaltet wird. Auf diese Weise wird der durch die Heizwicklung 11 fließende Strom Ic durch Einstellen der EIN-Periode Tm1 und der Überlappungs-Periode Ta1 gesteuert.As can be easily understood from the above description, in the case that the ON period Tm1 is constant, the overlap period Ta1 becomes longer when the switching element 45 is turned on earlier, and the overlap period Ta1 becomes shorter when the switching element 45 will be turned on later. In this way, the through the heating coil 11 flowing current Ic controlled by setting the ON period Tm1 and the overlap period Ta1.
Die Impedanz bzw. der Scheinwiderstand der Heizwicklung 11, gesehen von der Wechselrichter-Schaltung 61, unterscheidet sich in den Fällen, bei denen ein zu erwärmendes Objekt aufgelegt ist und kein zu erwärmendes Objekt aufgelegt ist. Die Impedanz unterscheidet sich auch entsprechend dem Material des aufgelegten zu erwärmenden Objektes. Wenn die Impedanz der Heizwicklung 11 sich ändert, ändert sich der Maximalwert Ip1 des Stromwertes Ic sogar dann, wenn die Überlappungs-Periode Ta1 konstant ist. Unter Verwendung dieser Beziehung kann der Zustand des zu erwärmenden Objektes festgestellt werden.The impedance or the impedance of the heating coil 11 , seen from the inverter circuit 61 , differs in cases when where an object to be heated is placed and no object to be heated is placed. The impedance also differs according to the material of the launched object to be heated. When the impedance of the heating coil 11 changes, the maximum value Ip1 of the current value Ic changes even if the overlap period Ta1 is constant. Using this relationship, the state of the object to be heated can be determined.
4 ist ein Diagramm, das für die vorliegende exemplarische Ausführungsform die Kriterien für die Topf-Detektion zeigt. In 4 stellt die horizontale Achse die Überlappungs-Periode Ta1 dar, und die vertikale Achse stellt den Maximalwert Ip1 des Stroms Ic dar. 4 FIG. 12 is a diagram showing the pot detection criteria for the present exemplary embodiment. In 4 For example, the horizontal axis represents the overlap period Ta1, and the vertical axis represents the maximum value Ip1 of the current Ic.
Wie in 4 dargestellt ist, erkennt man Folgendes: Wenn die Überlappungs-Periode Ta1 beispielsweise auf den Wert X1 eingestellt wird, werden drei Bereiche entsprechend dem Fall, bei dem der Strom Ic kleiner als der Wert Y1 (Bereich A1), dem Fall, bei dem der Strom Ic den Wert Y1 oder mehr und weniger als den Wert Y2 (Bereich A2) hat, und den Fall eingestellt, bei dem der Strom Ic den Wert Y2 oder mehr (Bereich A3) hat.As in 4 When the overlapping period Ta1 is set to the value X1, for example, three areas corresponding to the case where the current Ic becomes smaller than the value Y1 (area A1) become the case where the current Ic has the value Y1 or more and less than the value Y2 (range A2), and sets the case where the current Ic has the value Y2 or more (range A3).
Der Zustand des zu erwärmenden Objektes wird auf der Basis davon ermittelt, welcher Bereich den Punkt enthält, der durch die Überlappungs-Periode Ta1 und den Maximalwert Ip1 des Strom Ic zu jeder Zeit bestimmt wird.The state of the object to be heated is determined on the basis of which area contains the point determined by the overlap period Ta1 and the maximum value Ip1 of the current Ic at each time.
Bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform ergibt sich Folgendes: Wenn der Bereich A1 den Punkt enthält, wird festgestellt, dass das aufgelegte, zu erwärmende Objekt ein magnetisches Material ist, wenn der Bereich A2 den Punkt enthält, wird festgestellt, dass das aufgelegte, zu erwärmende Objekt ein nicht-magnetisches Material ist; und wenn der Bereich A3 den Punkt enthält, wird festgestellt, dass kein zu erwärmendes Objekt aufgelegt ist.In the present exemplary embodiment, if the area A1 includes the point, it is determined that the object to be heated is a magnetic material, if the area A2 contains the point, it is determined that the object to be heated is placed is a non-magnetic material; and if the area A3 contains the point, it is determined that no object to be heated is hung up.
Auf diese Weise kann der Zustand des zu erwärmenden Objektes ermittelt werden, ohne dass ein spezieller Sensor oder Schaltungskomponenten für die Zustandsbestimmung des zu erwärmenden Objektes vorgesehen werden.In this way, the state of the object to be heated can be determined without providing a special sensor or circuit components for determining the state of the object to be heated.
Im Folgenden wird der Betrieb der Induktions-Heizeinrichtung 10 beschrieben werden, wenn die Überlappungs-Periode Ta2 länger als Ta1 ist.The following is the operation of the induction heater 10 when the overlap period Ta2 is longer than Ta1.
5 ist ein Wellenform-Diagramm, dass die Steuersignale Vm1, Vm2 und Vs für die Schaltelemente 43 bis 45 und den durch die Heizwicklung 11 fließenden Strom Ic der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform in ähnlicher Weise wie 3 darstellt. Wie in 5 gezeigt ist, wird die Überlappungs-Periode so eingestellt, dass Ta2 bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform länger als Ta1 ist. 5 is a waveform diagram showing the control signals Vm1, Vm2 and Vs for the switching elements 43 to 45 and through the heating coil 11 flowing current Ic of the present exemplary embodiment in a similar manner as 3 represents. As in 5 12, the overlap period is set so that Ta2 is longer than Ta1 in the present exemplary embodiment.
Beispielsweise in einem Zustand, bei dem das Aufsetzen des zu erwärmenden Objektes bestätigt worden ist, wird das aufgesetzte zu erwärmende Objekt induktiv erhitzt, wenn der Start der Erwärmung durch die Operationseinheit 12 in Auftrag gegeben wird und die Wechselrichter-Schaltung 61 und das Schaltelement 45 entsprechend der Heizwicklung 11, auf die das zu erwärmende Objekt aufgesetzt worden ist, getrieben werden.For example, in a state in which the placement of the object to be heated has been confirmed, the attached object to be heated is inductively heated when the start of heating by the operation unit 12 commissioned and the inverter circuit 61 and the switching element 45 according to the heating coil 11 on which the object to be heated has been placed are driven.
Die Betriebsfrequenz der Wechselrichter-Schaltung 61 wird für die Zeit der Topf-Detektion und für die Zeit der Induktions-Erwärmung gleich gemacht. Die EIN-Periode des Schaltelementes 43 kann so eingestellt werden, dass sie die gleiche für die Zeit der Induktions-Erwärmung und für die Zeit der Topf-Detektion ist.The operating frequency of the inverter circuit 61 is made equal for the time of pot detection and induction heating time. The ON period of the switching element 43 can be set to be the same for the time of induction heating and for the time of pot detection.
Wie in 5 gezeigt ist, wird die Periode, in der der Strom Ic fließt, länger (Tb2 + Tc2 > Tb1 + Tc1), und der Maximalwert des Stroms nimmt ebenfalls zu (Ip2 > Ip1), wenn die Überlappungs-Periode zu Ta2, die länger als Ta1 ist, gemacht wirdAs in 5 is shown, the period in which the current Ic flows becomes longer (Tb2 + Tc2> Tb1 + Tc1), and the maximum value of the current also increases (Ip2> Ip1) when the overlap period to Ta2 longer than Ta1 is done
D. h. also, dass die Energie, die dem zu erwärmenden Objekt zugeführt wird, zunimmt, wenn die Überlappungs-Periode länger wird. Weiterhin wird in dem Fall, dass die Überlappungs-Periode Ta2 Null ist, die dem zu erwärmenden Objekt zugeführte Energie Null. Wenn die Überlappungs-Periode Ta1 mit der EIN-Periode Tm1 übereinstimmt, wird die dem zu erwärmenden Objekt zugeführte Energie maximiert. In dem letzteren Fall wird ein Modus mit kontinuierlicher Erregung durchgeführt, bei dem der Strom Ic durch die Heizwicklung 11 kontinuierlich ohne einen Zustand fließt, bei dem für eine bestimmte Zeitspanne (siehe 6) kein Strom Ic durch die Heizwicklung 11 fließt.Ie. that is, the energy supplied to the object to be heated increases as the overlap period becomes longer. Further, in the case where the overlap period Ta2 is zero, the energy supplied to the object to be heated becomes zero. When the overlap period Ta1 coincides with the ON period Tm1, the energy supplied to the object to be heated is maximized. In the latter case, a continuous excitation mode is performed in which the current Ic through the heating coil 11 continuously flows without a condition in which for a certain period of time (see 6 ) No current Ic through the heating coil 11 flows.
Gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform führt der Controller 49 den Modus mit intermittierender Erregung und den Modus mit kontinuierlicher Erregung durch Einstellung des Zeitpunktes für die Einschaltung des Schaltelementes 45 und der EIN-Periode des Schaltelementes 45 durch und steuert kontinuierlich die Energie, die dem zu erwärmenden Objekt zugeführt werden soll, von Null bis zu dem maximalen Wert.In accordance with the present exemplary embodiment, the controller performs 49 the mode with intermittent excitation and the mode with continuous excitation by adjusting the timing for the switching element switching on 45 and the ON period of the switching element 45 and continuously controls the energy to be supplied to the object to be heated, from zero to the maximum value.
Gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform wird sowohl im Fall der Topf-Detektion als auch im Fall der Induktions-Erwärmung des zu erhitzenden Objektes die gleiche Betriebsfrequenz in allen Wechselrichter-Schaltungen 61 verwendet, die in der Induktions-Heizeinrichtung 10 vorhanden sind. Dementsprechend wird sogar dann, wenn eine Heizwicklung 11, die die Zustands-Bestimmung durchführt, und eine Heizwicklung 11, die die Induktions-Erwärmung durchführt, zur gleichen Zeit vorhanden sind, kein Interferenzgeräusch erzeugt, da keine Frequenzdifferenz des hochfrequenten magnetischen Feldes erzeugt wird.According to the present exemplary embodiment, both in the case of the pot detection and in the case of the induction heating of the object to be heated, the same operating frequency in all the inverter circuits 61 used in the induction heater 10 available. Accordingly, even then, if a heating coil 11 which performs the state determination, and a heater coil 11 that performs the induction heating, present at the same time, generates no interference noise because no frequency difference of the high-frequency magnetic field is generated.
6 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Steuersignale Vm1, Vm2, Vs und den Strom Ic im Falle der Induktions-Erwärmung eines Topfes mit einem hohen elektrischen Widerstandswert, wie beispielsweise eines Topfes, der aus einem magnetischen rostfreien Stahl hergestellt ist, bei der Nennenergie oder einer Energie nahe bei der Nennenergie zeigt. 7 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Steuersignale Vm1, Vm2, Vs und den Strom Ic in dem Fall der Induktions-Erwärmung eines Topfes mit einem kleinen elektrischen Widerstandswert bei der Nennenergie zeigt, wie beispielsweise eines Topfes, der aus Eisen hergestellt ist. 6 FIG. 15 is a waveform diagram showing the control signals Vm1, Vm2, Vs and the current Ic in the case of induction heating of a high electrical resistance pot, such as a pot made of a magnetic stainless steel, at the rated power or showing an energy next to the target energy. 7 FIG. 12 is a waveform diagram showing the control signals Vm1, Vm2, Vs, and the current Ic in the case of induction heating a pot having a small electric resistance at the rated power, such as a pot made of iron.
Für ein zu erhitzendes Objekt mit einem hohen Widerstandswert ist die Energie, die dem zu erwärmenden Objekt zugeführt werden kann, klein, da der Strom kaum durch die Heizwicklung 11 in den Resonanz-Stromkreis 62 fließt. Deshalb ist es notwendig, die Überlappungs-Periode im Vergleich mit dem Fall eines zu erwärmenden Objektes mit einem kleinen Widerstandswert zu erhöhen, um einem zu erwärmenden Objekt mit einem großen Widerstandswert die gewünschte Energie zuzuführen.For a high-resistance object to be heated, the energy that can be supplied to the object to be heated is small because the current is hardly affected by the heating coil 11 in the resonant circuit 62 flows. Therefore, it is necessary to increase the overlap period with a small resistance value as compared with the case of an object to be heated in order to supply the desired energy to a high resistance object to be heated.
Wie in 6 dargestellt ist, wird deshalb die Steuerung so durchgeführt, um den Modus mit kontinuierlicher Erregung an die Heizwicklung 11 anzulegen, indem die Überlappungs-Periode Ta3 so eingestellt wird, dass sie die gleiche wie die EIN-Periode Tm1 des Schaltelementes 43 ist. Dementsprechend wird es möglich, ein zu erhitzendes Objekt mit einem großen Widerstandswert bei der Nennenergie oder einer Energie, die nahe bei der Nennenergie ist, zu erwärmen.As in 6 Therefore, the control is performed so as to apply the continuous excitation mode to the heating coil 11 by setting the overlap period Ta3 to be the same as the ON period Tm1 of the switching element 43 is. Accordingly, it becomes possible to heat an object to be heated having a large resistance value at the rated power or an energy close to the rated power.
Gemäß 6 kann das Schaltelement 45 ausgeschaltet werden, wenn ein Strom kontinuierlich durch die Heizwicklung 11 fließt, obwohl das Schaltelement 45 kontinuierlich im eingeschalteten Zustand gehalten wird.According to 6 can the switching element 45 be turned off when a current is continuously passing through the heating coil 11 flows though the switching element 45 is kept continuously in the on state.
Andererseits fließt im Fall eines zu erwärmenden Objektes mit einem kleinen Widerstandswert ein Strom in der Heizwicklung 11 leicht im Vergleich mit dem Fall, dass das zu erwärmende Objekt einen großen Widerstandswert hat, und der Maximalwert des Stroms wird auch größer (Ip4 > Ip3), wie in 7 gezeigt ist.On the other hand, in the case of an object to be heated having a small resistance value, a current flows in the heating coil 11 easily compared with the case where the object to be heated has a large resistance, and the maximum value of the current also becomes larger (Ip4> Ip3) as in 7 is shown.
Deshalb werden in dem Fall eines zu erwärmenden Objektes mit einem kleinen Widerstandswert die Schaltelemente 43 bis 45 so gesteuert, dass sie die Überlappungs-Periode Ta4 kürzer als Tm1 machen und eine Periode Tg4 zur Verfügung stellen, in der der Strom Ic nicht fließt, und zwar sogar dann, wenn die Energie bei dem Nennwert zugeführt wird. Dies stellt sicher, dass die dem zu erwärmenden Objekt zugeführte Energie nicht den Nennwert übersteigt. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass im Falle eines zu erwärmenden Objektes mit einem kleinen Widerstandswert die Überlappungs-Periode nach einer bevorzugten Ausführungsform kürzer als die oder gleich der Hälfte der EIN-Periode Tm1 ist.Therefore, in the case of an object to be heated having a small resistance value, the switching elements become 43 to 45 so controlled as to make the overlap period Ta4 shorter than Tm1 and to provide a period Tg4 in which the current Ic does not flow, even if the power is supplied at the rated value. This ensures that the energy supplied to the object to be heated does not exceed the nominal value. It should be noted that, in the case of an object to be heated having a small resistance value, the overlapping period in a preferred embodiment is shorter than or equal to one half of the ON period Tm1.
Bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform ist die in 8 gezeigte Konfiguration ebenfalls verfügbar, da die Wechselrichter-Schaltung 61 mit der gleichen Betriebsfrequenz für die Zeit der Topf-Feststellung und für die Zeit der Induktions-Erwärmung getrieben wird. 8 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Schaltungs-Konfiguration der Induktions-Heizeinrichtung 10 zeigt.In the present exemplary embodiment, the in 8th configuration shown also available as the inverter circuit 61 is driven at the same operating frequency for the pot detection time and the induction heating time. 8th Fig. 10 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the induction heater 10 shows.
Wie in 8 gezeigt wird, ist zusätzlich zu der Schaltungs-Konfiguration, die in 2 dargestellt ist, ein Reihenaufbau eines anderen Systems, das aus dem Strom-Detektor 47, dem Resonanz-Stromkreis 62 und dem Schaltelement 45, das parallel zu der in Gegenrichtung leitenden Diode 53 angeschlossen ist, mit dem Ausgangsanschluss der Wechselrichter-Schaltung 61 verbunden. Bei dieser Konfiguration kann eine Wechselrichter-Schaltung 61 gleichzeitig zwei Heizwicklungen 11 treiben, und es wird möglich, eine weniger kostspielige Induktions-Heizeinrichtung 10 aufzubauen.As in 8th is shown in addition to the circuit configuration that is in 2 is shown, a series construction of another system, consisting of the current detector 47 , the resonant circuit 62 and the switching element 45 parallel to the diode conducting in the opposite direction 53 is connected to the output terminal of the inverter circuit 61 connected. In this configuration, an inverter circuit 61 two heating coils simultaneously 11 drive, and it becomes possible, a less expensive induction heater 10 build.
Wenn der gleiche Reihenaufbau wie der Reihenkörper, der in 8 hinzugefügt wurde, zu der Schaltungs-Konfiguration hinzugefügt wird, die in 8 gezeigt ist, kann in ähnlicher Weise eine größere Zahl von Heizwicklungen 11 gleichzeitig durch eine Wechselrichter-Schaltung 61 getrieben bzw. gespeist werden, und eine weitere kostengünstige Induktions-Heizeinrichtung 10 kann aufgebaut werden.If the same series construction as the series body, the in 8th was added to the circuit configuration that is in 8th Similarly, a larger number of heating coils can be shown 11 at the same time by an inverter circuit 61 be driven, and another inexpensive induction heater 10 can be built.
ZWEITE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMSECOND EXEMPLARY EMBODIMENT
Bei der in PTL 1 offenbarten Schaltungs-Konfiguration bauen sogar dann, wenn das Hilfs-Schaltelement abgeschaltet ist bzw. wird. eine parasitäre Kapazität, wie beispielsweise eine Sperrschicht-Kapazität, und eine elektrostatische Kapazität, die in dem Hilfs-Schaltelement vorhanden ist, zusammen mit einer Heizwicklung einen Resonanz-Stromkreis auf, weil das Hilfs-Schaltelement durch ein Halbleitermaterial gebildet wird.In the circuit configuration disclosed in PTL 1, build even when the auxiliary switching element is turned off. a parasitic capacitance, such as a junction capacitance, and an electrostatic capacitance present in the auxiliary switching element, together with a heating coil, form a resonant circuit because the auxiliary switching element is formed by a semiconductor material.
Deshalb wird eine Ringing-Vorspannung in dem Hilfs-Schaltelement aufgrund des Resonanzvorgangs erzeugt, der entsteht, weil eine Spannung, die an die Heizwicklung und das Hilfs-Schaltelement angelegt wird, wenn der durch die Heizwicklung fließende Strom Null wird, von dem Zustand verändert wird, bevor der in der Heizwicklung fließende Strom Null wird.Therefore, a ringing bias is generated in the auxiliary switching element due to the resonance process that arises because of a voltage applied to the heating coil and the auxiliary switching element when the current flowing through the heating coil becomes zero, the state is changed before the current flowing in the heating coil becomes zero.
D. h., bei der im PTL 1 offenbarten Schaltungs-Konfiguration geschieht Folgendes: Wenn der durch die Heizwicklung fließende Strom auf Null eingestellt wird, indem das Hilfs-Schaltelement abgeschaltet wird, wird die Summe aus der Spannung der Energiequelle und der Spannung des Resonanz-Kondensators zusammen mit einer Spannung an das Hilfs-Schaltelement angelegt, die durch die parasitären Schwingungen, wie beispielsweise eine Klingel- oder Ringing-Spannung erzeugt wird. Dabei besteht ein Problem darin, dass diese Spannung, die an das Hilfs-Schaltelement angelegt wird, die Stehspannung (withstand voltage) übersteigen kann, um das Hilfs-Schaltelement zu zerstören.That is, in the circuit configuration disclosed in PTL 1, when the current flowing through the heating coil is set at zero by turning off the auxiliary switching element, the sum becomes the voltage of the power source and the voltage of the resonance Capacitor together with a voltage applied to the auxiliary switching element, which is generated by the parasitic vibrations, such as a ringing or ringing voltage. There is a problem that this voltage applied to the auxiliary switching element may exceed the withstand voltage to destroy the auxiliary switching element.
Insbesondere in dem Fall, bei dem der in der Heizwicklung fließende Strom für eine Zeitspanne auf Null gehalten wird, wenn versucht wird, eine hohe elektrische Energie zuzuführen, wird der Spannungswert, der durch parasitären Oszillationen verursacht wird, groß, und es ist wahrscheinlich, dass das Hilfs-Schaltelement zerbrochen bzw. zerstört wird. Eine zweite exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll die obigen Probleme lösen.Particularly, in the case where the current flowing in the heating coil is kept at zero for a period of time when trying to supply a high electric power, the voltage value caused by parasitic oscillations becomes large, and it is likely that the auxiliary switching element is broken or destroyed. A second exemplary embodiment of the present invention is intended to solve the above problems.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration für die Zuführung von elektrischer Energie zu der Heizwicklung bzw. Heizspule 11 zeigt, die in der Induktions-Heizeinrichtung 10 vorgesehen ist. D. h. also, dass die Induktions-Heizeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform mit einer in 9 gezeigten Schaltungs-Konfiguration für jede der Heizwicklungen 11 versehen ist, in ähnlicher Weise wie die erste exemplarische Ausführungsform. Da die Schaltungs-Konfiguration, die in 9 gezeigt ist, im Wesentlichen die gleiche wie die Schaltungs-Konfiguration ist, die in 2 gezeigt ist, werden nur die Unterschiede beschrieben werden. 9 Fig. 10 is a block diagram showing a circuit configuration for supplying electric power to the heating coil 11 shows that in the induction heater 10 is provided. Ie. so that the induction heater 10 according to the present exemplary embodiment with an in 9 shown circuit configuration for each of the heating coils 11 in a manner similar to the first exemplary embodiment. Because the circuit configuration, which in 9 is substantially the same as the circuit configuration shown in FIG 2 shown, only the differences will be described.
Bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform sind ein Schaltelement 45, das aus einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET) oder einem ähnlichen Bauelement und einer Zener-Diode 71 als einer Spannungs-Reduziereinrichtung für die Reduktion einer an das Schaltelement 45 angelegten Spannung parallel geschaltet. Dementsprechend kann verhindert werden, dass die Kollektor/Emitter-Spannung Vce1 des Schaltelementes 45 die Durchbruchspannung der Zener-Diode 71 übersteigt.In the present exemplary embodiment, a switching element 45 made of a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or a similar device and a zener diode 71 as a voltage reducing means for reducing one to the switching element 45 applied voltage connected in parallel. Accordingly, it can be prevented that the collector / emitter voltage Vce1 of the switching element 45 the breakdown voltage of the zener diode 71 exceeds.
Um den durch die Heizwicklung 11 fließenden Strom festzustellen, ist in dem Verbindungspfad zwischen einer Ausgangsseite der Wechselrichter-Schaltung 61 und dem Resonanz-Stromkreis 62 einschließlich der Heizwicklung 11 ein Strom-Detektor 47 vorgesehen, der durch einen Stromtransformator, einen Shunt-Widerstand (Strom-Detektor-Widerstand) oder ein ähnliches Bauteil gebildet wird.To the through the heating coil 11 detecting flowing current is in the connection path between an output side of the inverter circuit 61 and the resonant circuit 62 including the heating coil 11 a current detector 47 provided by a current transformer, a shunt resistor (current detector resistor) or a similar component is formed.
Der Topf-Detektor 50 führt die Feststellung eines Topfes gemäß einem Stromwert, der von dem Strom-Detektor 47 ermittelt wird, und dem Wert der Spannung durch die in dem Resonanz-Kondensator 46 erzeugt wird. Statt des Wertes der in dem Resonanz-Kondensator 46 erzeugten Spannung können auch die Werte zur Bestimmung der Phasendifferenz zwischen dem in dem Resonanz-Stromkreis 62 fließenden Strom und der EIN/AUS-Steuerung der Schaltelemente 43, 44 oder 45 oder der Wert des durch den Resonanz-Stromkreis 62 fließenden Stroms verwendet werden.The pot detector 50 performs the detection of a pot according to a current value supplied by the current detector 47 is determined, and the value of the voltage by in the resonant capacitor 46 is produced. Instead of the value of the resonant capacitor 46 The voltage generated can also be used to determine the phase difference between that in the resonant circuit 62 flowing current and the ON / OFF control of the switching elements 43 . 44 or 45 or the value of the resonant circuit 62 flowing electricity can be used.
Das Ausgangssignal des Strom-Detektors 47 wird ebenfalls dem Controller 49 zugeführt.The output signal of the current detector 47 will also be the controller 49 fed.
Nun wird der Betrieb der Induktions-Heizeinrichtung 10 nach der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform beschrieben werden. 10 ist ein Wellenform-Diagramm, dass die Steuersignale Vm1, Vm2 und Vs für die Schaltelemente 43 bis 45, den durch die Heizwicklung 11 fließenden Strom Ic und die Kollektor/Emitter-Spannung Vce1 des Schaltelementes 45 bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform zeigt. Da in 10 die Steuersignale Vm1, Vm2 und Vs und der Strom Ic die gleichen Werte wie die in 3 haben, werden nur die Unterschiede zu 3 im Folgenden beschrieben werden.Now the operation of the induction heater 10 according to the present exemplary embodiment will be described. 10 is a waveform diagram showing the control signals Vm1, Vm2 and Vs for the switching elements 43 to 45 through the heating coil 11 flowing current Ic and the collector / emitter voltage Vce1 of the switching element 45 in the present exemplary embodiment. Because in 10 the control signals Vm1, Vm2 and Vs and the current Ic have the same values as those in FIG 3 only the differences become 3 will be described below.
Wenn das Schaltelement 45 durch einen MOSFET gebildet wird, existieren elektrostatische Kapazitäten zwischen dem Gate-Terminal und dem Drain-Terminal sowie zwischen dem Gate-Terminal und dem Source-Terminal. Außerdem tritt eine Sperrschicht-Kapazität zwischen den Drain- und Source-Terminals aufgrund der Bildung eines PN-Übergangs auf.When the switching element 45 is formed by a MOSFET, electrostatic capacitances exist between the gate terminal and the drain terminal and between the gate terminal and the source terminal. In addition, a junction capacitance between the drain and source terminals occurs due to the formation of a PN junction.
Sogar dann, wenn ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (IGBT für insulated gate bipolar trasistor) statt eines MOSFET verwendet wird, existiert in ähnlicher Weise eine parasitäre Kapazität, wie beispielsweise eine elektrostatische Kapazität und eine Sperrschicht-Kapazität. Aufgrund dieser parasitären Kapazität wird sogar dann, wenn das Schaltelement 45 abgeschaltet wird, ein neuer Resonanz-Stromkreis durch das Schaltelement 45 gebildet.Even if an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used instead of a MOSFET, similarly, a parasitic capacitance such as an electrostatic capacitance and a junction capacitance exists. Due to this parasitic capacitance, even when the switching element 45 is turned off, a new resonant circuit through the switching element 45 educated.
Wenn ein neuer Resonanz-Stromkreis, der eine parasitäre Kapazität enthält, gebildet wird, fließt der Resonanzstrom sogar dann kaum, wenn ein neuer Resonanz-Stromkreis gebildet wird, da der durch die Heizwicklung 11 fließende Strom Null oder im Wesentlichen Null ist. Da jedoch die parasitäre Kapazität sehr klein ist und wenigstens kleiner als die Kapazität des Resonanz-Kondensators 46 ist, oszilliert die Spannung durch einen Resonanzvorgang, wenn die an die parasitäre Kapazität angelegte Spannung zunimmt, d. h., die an das Schaltelement 45 angelegte Spannung.When a new resonant circuit containing a parasitic capacitance is formed, the resonant current hardly flows even when a new resonant circuit is formed because of the heating coil 11 flowing current is zero or substantially zero. However, because the parasitic capacitance is very small and at least smaller than the capacitance of the resonant capacitor 46 is, the voltage oscillates through a resonance process when the voltage applied to the parasitic capacitance increases, that is, to the switching element 45 applied voltage.
Wie in 10 gezeigt ist, kann durch Reduzieren des Maximalwertes Vp1 der oszillierenden Spannung auf die oder unter die Stehspannung des Schaltelementes 45 unter Verwendung der Zener-Diode 71 eine Zerstörung des Schaltelementes 45 verhindert werden. Als Konsequenz hieraus kann die Energie kontinuierlich von dem Modus der intermittierenden Erregung bis zur Zuführung der Nenn-Energie bei dem Modus der kontinuierlichen Erregung eingestellt werden.As in 10 can be shown by reducing the maximum value Vp1 of the oscillating voltage to or below the withstand voltage of the switching element 45 using the zener diode 71 a destruction of the switching element 45 be prevented. As a consequence, the energy can be adjusted continuously from the mode of intermittent excitation to the supply of the rated energy in the mode of continuous excitation.
Da bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform die Wechselrichter-Schaltung 61 mit der gleichen Betriebsfrequenz für die Zeit der Topf-Detektion und für die Zeit der Induktion-Erwärmung getrieben bzw. gespeist wird, steht die Konfiguration, die in 11 dargestellt ist, ebenfalls zur Verfügung. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Schaltungs-Konfiguration der Induktions-Heizeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform zeigt.In the present exemplary embodiment, because the inverter circuit 61 is driven at the same operating frequency for the time of the pot detection and for the time of the induction heating, the configuration is that in 11 is shown, also available. 11 Fig. 10 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the induction heater 10 according to the present exemplary embodiment.
Wie in 11 dargestellt wird, ist mit dem Ausgangs-Anschluss der Wechselrichter-Schaltung 61 zusätzlich zu der in 9 gezeigten Schaltungs-Konfiguration eine Reihen-Schaltung aus einem weiteren System verbunden, das aus einem Resonanz-Stromkreis 62, einer in Gegenrichtung leitenden Diode 53 und einem Schaltelement 45 aufgebaut bzw. zusammengesetzt ist, das parallel zu der Zener-Diode 71 geschaltet ist. Bei dieser Konfiguration kann eine Wechselrichter-Schaltung 61 gleichzeitig zwei Heizwicklungen 11 treiben bzw. speisen, und es wird möglich, eine weniger teure Induktions-Heizeinrichtung 10 aufzubauen.As in 11 is shown with the output terminal of the inverter circuit 61 in addition to the in 9 shown circuit configuration connected to a series circuit of another system consisting of a resonant circuit 62 , a diode conducting in the opposite direction 53 and a switching element 45 constructed or assembled in parallel with the Zener diode 71 is switched. In this configuration, an inverter circuit 61 two heating coils simultaneously 11 drive, and it becomes possible, a less expensive induction heater 10 build.
Wenn die gleiche Reihenschaltung wie die Reihenschaltung, die in 11 hinzugefügt wurde, zu der in 11 gezeigten Schaltungs-Konfiguration hinzugefügt wird, kann eine größere Zahl von Heizwicklungen 11 gleichzeitig durch eine Wechselrichter-Schaltung 61 getrieben bzw. gespeist werden, und es wird möglich, eine weitere weniger kostspielige Induktions-Heizeinrichtung 10 aufzubauen.If the same series connection as the series connection, in 11 was added to the in 11 added circuit configuration can be a larger number of heating coils 11 at the same time by an inverter circuit 61 be driven, and it becomes possible, another less expensive induction heater 10 build.
DRITTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMTHIRD EXAMPLE EMBODIMENT
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration für die Zuführung von elektrischer Energie zu einer Heizspule bzw. Heizwicklung 11 zeigt, die in einer Induktions-Heizeinrichtung 10 gemäß einer dritten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist. D. h., in der Induktions-Heizeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden exemplarischen Offenbarung ist die in 12 gezeigte Schaltungs-Konfiguration an jeder der Heizwicklungen 11 ähnlich wie bei der ersten und der zweiten exemplarischen Ausführungsform vorgesehen. Da die in 12 gezeigte Schaltungs-Konfiguration im Wesentlichen die gleiche ist wie die Schaltungs-Konfiguration, die in 9 dargestellt ist, werden nur die Unterschiede beschrieben werden. 12 FIG. 10 is a block diagram illustrating a circuit configuration for supplying electric power to a heating coil. FIG 11 shows that in an induction heater 10 According to a third exemplary embodiment of the present disclosure is provided. That is, in the induction heater 10 According to the present exemplary disclosure, the in 12 shown circuit configuration on each of the heating coils 11 similar to the first and second exemplary embodiments. Since the in 12 The circuit configuration shown is substantially the same as the circuit configuration shown in FIG 9 only the differences will be described.
Wie in 12 dargestellt ist, wird bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform ein Kondensator 72 parallel zu dem Schaltelement 45 statt der Zener-Diode 71 nach 9 vorgesehen. Hierbei wird die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Kondensators 72, d. h., die Kollektor/Emitter-Spannung des Schaltelementes 45, als Vce2 bezeichnet.As in 12 is illustrated in the present exemplary embodiment, a capacitor 72 parallel to the switching element 45 instead of the zener diode 71 to 9 intended. Here, the voltage between both terminals of the capacitor 72 , ie, the collector / emitter voltage of the switching element 45 referred to as Vce2.
13 ist ein Wellenform-Diagramm, das Steuersignale Vm1, Vm2 und Vs für die Schaltelemente 43 bis 45, den durch die Heizwicklung 11 fließenden Strom Ic und die Kollektor/Emitter-Spannung Vce2 des Schaltelementes 45 nach der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform zeigt. Da in 13 die Steuersignale Vm1, Vm2 und Vms und der Strom die gleichen wie die in 3 und 10, werden nur die Unterschiede zu 10 beschrieben werden. 13 is a waveform diagram showing the control signals Vm1, Vm2 and Vs for the switching elements 43 to 45 through the heating coil 11 flowing current Ic and the collector / emitter voltage Vce2 of the switching element 45 according to the present exemplary embodiment shows. Because in 13 the control signals Vm1, Vm2 and Vms and the current are the same as those in 3 and 10 , only the differences become too 10 to be discribed.
Durch Schalten des Kondensators 72 parallel zu dem Schaltelement 45 nimmt die kombinierte Kapazität der parasitären Kapazität des Schaltelementes 45 und der Kapazität des Kondensators 72 zu. Deshalb kann der Maximalwert Vp2 der Kollektor/Emitter-Spannung Vce2 reduziert werden, wenn der Resonanzstrom fließt. Als Ergebnis hiervon kann eine Zerstörung des Schaltelementes 45 verhindert werden.By switching the capacitor 72 parallel to the switching element 45 takes the combined capacitance of the parasitic capacitance of the switching element 45 and the capacitance of the capacitor 72 to. Therefore, the maximum value Vp2 of the collector-emitter voltage Vce2 can be reduced as the resonance current flows. As a result, destruction of the switching element 45 be prevented.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Schaltungs-Konfiguration für die Zuführung von Energie zu der Heizwicklung 11 bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform zeigt. Wie in 14 dargestellt wird, ist ein Widerstand 73 zur Vermeidung einer Entladung der elektrischen Ladung, die in dem Kondensator 72 durch das Schaltelement 45 in einem kurzgeschlossenen Zustand aufgeladen worden ist, wenn das Schaltelement 45 eingeschaltet wird, in Reihe mit dem Kondensator 72 geschaltet, und zwar zusätzlich zu dem Kondensator 72, der parallel zu dem Schaltelement 45 als die Spannungs-Reduziereinrichtung geschaltet ist. 14 FIG. 12 is a block diagram illustrating another circuit configuration for supplying power to the heater coil. FIG 11 in the present exemplary embodiment. As in 14 is represented, is a resistance 73 to avoid a discharge of the electrical charge in the capacitor 72 through the switching element 45 has been charged in a short-circuited state when the switching element 45 is switched on, in series with the capacitor 72 switched, in addition to the capacitor 72 , which is parallel to the switching element 45 as the voltage reducing device is switched.
Der Widerstand 73 kann vermeiden, einen Schlag bzw. einen Impact zu geben, so dass eine Fehlfunktion der anderen Geräte verursacht wird, beispielsweise aufgrund von Rauschen, das durch einen hohen Kurzschluss-Strom erzeugt wird.The resistance 73 may avoid giving an impact, causing a malfunction of the other devices, for example due to noise generated by a high short-circuit current.
Da ein Verlust auftritt, wenn ein Strom für das Aufladen des Kondensators 72 durch den Widerstand 73 fließt, der die Verringerung der Heizeffektivität verursacht, kann darüber hinaus eine effiziente Induktions-Erwärmung ausgeführt werden, indem die Diode 74 parallel zu dem Widerstand 73 geschaltet wird.As a loss occurs when a current for charging the capacitor 72 through the resistance 73 In addition, efficient induction heating can be performed by the diode, which causes the reduction of the heating efficiency 74 parallel to the resistor 73 is switched.
VIERTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMFOURTH EXEMPLARY EMBODIMENT
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungs-Konfiguration für die Zuführung von elektrischer Energie zu einer Heizspule bzw. einer Heizwindung 11 zeigt, die in der Induktions-Heizeinrichtung 10 bei einer vierten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist. Bei der in 15 gezeigten Schaltungs-Konfiguration werden nur die Unterschiede zu der Schaltungs-Konfiguration, die in 12 dargestellt ist, beschrieben werden. 15 FIG. 12 is a block diagram showing a circuit configuration for supplying electric power to a heating coil. FIG 11 shows that in the induction heater 10 in a fourth exemplary embodiment of the present disclosure. At the in 15 shown circuit configuration will be only the differences to the circuit configuration, which in 12 is shown.
Wie in 15 gezeigt ist, wird bei der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform der Kondensator 72 nach 12 eliminiert, und eine Diode 75 wird als Spannungs-Reduktionseinrichtung vorgesehen. Die Anode der Diode 75 ist mit einem Hochpotential-Anschluss des Schaltelementes 45 verbunden, und die Kathode der Diode 75 ist mit dem Hochpotential-Seitenanschluss der Gleichstrom(Direct Current = DC)-Energiequelle 42 verbunden.As in 15 is shown in the present exemplary embodiment, the capacitor 72 to 12 eliminated, and a diode 75 is provided as a voltage reduction device. The anode of the diode 75 is with a high potential terminal of the switching element 45 connected, and the cathode of the diode 75 with the high potential side terminal is the direct current (DC) power source 42 connected.
16 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Steuersignale Vm1, Vm2 und Vs für die Schaltelemente 43 bis 45, den durch die Heizwicklung 11 fließenden Strom Ic und die Kollektor/Emitter-Spannung Vce3 des Schaltelementes 45 nach der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform zeigt. In 16 sind die Steuersignale Vm1, Vm2 und Vs sowie der Strom Ic die gleichen wie die in 3, 10 und 13. 16 is a waveform diagram showing the control signals Vm1, Vm2 and Vs for the switching elements 43 to 45 through the heating coil 11 flowing current Ic and the collector / emitter voltage Vce3 of the switching element 45 according to the present exemplary embodiment shows. In 16 For example, the control signals Vm1, Vm2 and Vs and the current Ic are the same as those in FIG 3 . 10 and 13 ,
Wenn die Kollektor/Emitter-Spannung Vce3 des Schaltelementes 45 die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Energiequelle 42 übersteigt, wird gemäß 15 die Diode 75 leitend. Damit kann der Maximalwert Vp3 der Spannung, die an das Schaltelement 45 angelegt wird, gleich der Ausgangsspannung der Gleichstrom-Energiequelle 42 gemacht werden, wie in 16 gezeigt ist. Wenn die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Energiequelle 42 kleiner als die Stehspannung des Schaltelementes 45 ist, kann deshalb die Zerstörung des Schaltelements 45 verhindert werden.When the collector / emitter voltage Vce3 of the switching element 45 the output voltage of the DC power source 42 is exceeded according to 15 the diode 75 conductive. Thus, the maximum value Vp3 of the voltage applied to the switching element 45 is applied, equal to the output voltage of the DC power source 42 be made as in 16 is shown. When the output voltage of the DC power source 42 less than the withstand voltage of the switching element 45 is, therefore, the destruction of the switching element 45 be prevented.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY
Wie oben beschrieben wurde, können bei der Induktions-Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung die Topf-Detektion und die dielektrische Erwärmung mit der gleichen Frequenz durchgeführt werden, und die Zerstörung des Hilfs-Schaltelementes für die Steuerung eines durch die Heizwicklung fließenden Stroms kann verhindert werden. Deshalb ist die vorliegende Offenbarung besonders nützlich bei Induktions-Heiz-Kocheinrichtungen (Induktions-Platten = Induktions-Hobs), bei denen mehrere Heizwicklungen nahe beieinander in einer Matrix angeordnet sind.As described above, in the induction heater according to the present disclosure, the well detection and the dielectric heating can be performed at the same frequency, and the destruction of the auxiliary switching element for controlling a current flowing through the heating coil can be prevented. Therefore, the present disclosure is particularly useful in induction heating cookers (induction plates = induction hobs) in which a plurality of heating coils are arranged close to each other in a matrix.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
1010
-
Induktions-HeizeinrichtungInduction heating device
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1111
-
Heizwicklung bzw. HeizspuleHeating coil or heating coil
-
1212
-
Operationseinheitoperation unit
-
1313
-
obere Platte bzw. Oberplatteupper plate or top plate
-
4141
-
Wechselstrom-(alternating current = AC)EnergiequelleAC (alternating current = AC) power source
-
4242
-
Gleichstrom-(DC)EnergiequelleDirect current (DC) power source
-
43, 44, 4543, 44, 45
-
Schaltelementswitching element
-
4646
-
Resonanz-KondensatorResonant capacitor
-
4747
-
Strom-DetektorCurrent detector
-
4848
-
Dämpfungs-KondensatorSnubber capacitor
-
4949
-
Controllercontroller
-
5050
-
Topf-DetektorPot detector
-
51, 52, 5351, 52, 53
-
in Gegenrichtung leitende Diodein the opposite direction conductive diode
-
6161
-
Wechselrichter-SchaltungInverter circuit
-
6262
-
Resonanz-StromkreisResonance circuit
-
7171
-
Zener-DiodeZener diode
-
7272
-
Kondensatorcapacitor
-
7373
-
Widerstandresistance
-
74, 7574, 75
-
Diodediode
