DE4428353C2 - Induktionsheizvorrichtung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrich
tung mit einer Einrichtung, die das Vorhandensein eines kleinen
Objektes, z. B. eines Löffels auf einer Heizplatte schnell er
kennen kann.
Die DE 30 42 525 C2 zeigt eine Induktionserwärmungs-
Kochvorrichtung, die selbst bei sehr kleinen Leistungspegeln
eine zuverlässige Ermittlung zu geringer Induktionsheizspulen-
Lasten ermöglichen soll. Ein Eingangsleistungsdetektor erzeugt
eine Gleichspannung, die der einem Wechselrichter zugeführten
Leistung entspricht. Diese Gleichspannung wird mit einem elek
trischen Parameter des Wechselrichters, z. B. der Kollektor
spannung verglichen, der die negative Ausgangsleistung dar
stellt, die durch die Rückstromkomponente der Wechselrichter
schwingung erzeugt wird. Bei Vorliegen einer zu geringen Last
wird über einen Sperrimpuls der Wechselrichterbetrieb abge
schaltet.
Aus der DE 29 37 941 C2 ist eine Induktionserwärmungsvorrich
tung bekannt, bei der auch bei unterschiedlichen Belastungen
eine konstante Leistungsabgabe an das mit der Induktionsheiz
spule gekoppelte Kochgefäß gewährleistet sein soll. Bei dieser
Vorrichtung ist eine Vorspannungs-Glättungsschaltung vorgese
hen, die ein der Leistungsaufnahme entsprechendes Gleichspan
nungs-Ausgangssignal erzeugt.
Die US 4,540,866 offenbart eine Induktionserwärmungsvorrichtung
mit einer Eingangsleistungs-Erkennungsschaltung, die ein Span
nungssignal entsprechend einem Eingangsstromwert erzeugt. Die
ses Signal wird einer Lastzustands-Erkennungsschaltung zuge
führt, die außerdem ein Impulssignal von einer Pulsbreiten-
Steuerschaltung erhält.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Vorrichtung zum
Erkennen eines kleinen Objektes auf einer Hochfrequenz-
Induktionsheizvorrichtung bereitzustellen, bei der das Vorhandensein
des kleinen Objektes statt eines Kochbehälters schnell erkannt
wird und die Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung schnell in einen
Normalzustand zurückbringbar ist, nachdem das kleine Objekt
entfernt worden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine
Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegenden und andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detail
lierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeich
nungen deutlicher, in denen:
Fig. 1 ein Schaltplan einer Vorrichtung zum Erkennen des
kleinen Objektes indem Hochfrequenz-Induktions
heizofen in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ist; und
Fig. 2A-2J Zeitablaufdiagramme von Signalen der Bauteile in
Fig. 1 sind.
In Fig. 1 ist ein Schaltplan einer Vorrichtung zum Erkennen ei
nes kleinen Objektes in einem Hochfrequenz-Induktionsheizofen
gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Gleichrichtungs-/Glättungs
schaltkreis 1 dazu eingerichtet, eine Wechselspannung AC von
einer Leistungsquelle gleichzurichten und zu glätten, um diese
in eine Gleichspannung umzuwandeln, die einem im folgenden als
Wandler 2 bezeichneten Resonanzkreis zugeführt wird.
Der Wandler 2 ist dazu eingerichtet, die Gleichspannung von dem
Gleichrichtungs-/Glättungsschaltkreis 1 in eine Wechselspannung
mit einer hohen Frequenz umzuwandeln, wobei der Betrieb des
Wandlers 2 durch eine Steuerung 4 gesteuert wird.
Eine Heizspule 3 ist dazu eingerichtet, einen induzierten Strom
gemäß der Wechselspannung von dem Wandler 2 zu erzeugen, um ein
Zielobjekt zu erwärmen.
Ein Synchronisationsdetektor 12 ist dazu eingerichtet, ein Syn
chronisationssignal zu erkennen, das von dem Resonanzbetrieb
des Wandlers 2 resultiert, und das erkannte Synchronisationssi
gnal der Steuerung 4 zuzuführen.
Des weiteren hat die Vorrichtung zum Erkennen des kleinen Ob
jektes einen Stromdetektor 7, um eine Strommenge festzustellen,
die durch den Gleichrichtungs-/Glättungsschaltkreis 1 fließt
und eine Spannung auszugeben, die abhängig ist von der Strom
menge, die der Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt
erkennt, sowie einen Spannungsdetektor 10, um eine Spannung an
einem gewünschten Punkt in dem Wandler 2 zu erkennen und die
erfaßte Spannung an den Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine
Objekt auszugeben.
Der Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt ist dazu ein
gerichtet, das Vorhandensein des kleinen Objektes statt des
Kochbehälters in Abhängigkeit von Ausgangsspannungen von dem
Stromdetektor 7 und dem Spannungsdetektor 10 zu unterscheiden.
Der Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt hat auch ei
nen Taktgenerator 11 zum Erzeugen eines Taktsignals für die Sy
stemsynchronisation und ein UND-Gatter AD2 zum UND-Verknüpfen
von Ausgangssignalen von dem Taktgenerator 11 und dem Erfas
sungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt, sowie ein Summer 13,
der durch ein Ausgangssignal von dem UND-Gatter AD2 angesteuert
ist, einen Impulsgenerator 9 zum Erzeugen eines Impulssignals
in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen von dem Taktgenerator
11 und dem Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt, sowie
ein NOR-Gatter NR1 zum NOR-Verknüpfen des Impulssignals von dem
Impulsgenerator 9 und einem Rücksetzsignal von einem Rücksetz
schaltkreis 6.
Der Rücksetzschaltkreis 6 ist dazu eingerichtet, ein Rücksetz
signal entsprechend einem Ausgangssignal von einem Temperatur
detektor an das NOR-Gatter NR1 abzugeben, um den Betrieb des
Hochfrequenz-Induktionsheizofens zurückzusetzen.
Die Steuerung 4 ist dazu eingerichtet, den Wandler 2 in Abhän
gigkeit von dem Synchronisationssignal von dem Synchronisati
onsdetektor 12 und einem Ausgangssignal von dem NOR-Gatter NR1
anzusteuern.
Der Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt weist einen
ersten Komparator COMP1 auf mit einem nicht-invertierenden Ein
gangsanschluß zum Einspeisen der Ausgangsspannung von dem Span
nungsdetektor 10 und einem invertierenden Eingangsanschluß zum
Einspeisen einer ersten Referenzspannung Vr1, einen zweiten
Komparator COMP2 mit einem invertierenden Eingangsanschluß zum
Einspeisen der Ausgangsspannung von dem Stromdetektor 7 und ei
nen nicht-invertierenden Eingangsanschluß zum Einspeisen einer
zweiten Referenzspannung Vr2, sowie ein UND-Gatter AD1 zum UND-
Verknüpfen der Ausgangssignale von den ersten und den zweiten
Komparatoren COMP1 und COMP2 und zum Ausgeben des resultieren
den Signals an den Pulsgenerator 9.
Der Betrieb der Vorrichtung zum Erfassen eines kleinen Objektes
mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 und die Fig. 2A bis 2J beschrieben, wobei Fig. 2A ein
Zeitablaufdiagramm der Spannung ist, die in der Sekundärwick
lung L3 des Transformators T durch den Resonanzbetrieb des
Wandlers 2 erzeugt wird. Fig. 2B ist ein Zeitablaufdiagramm des
Synchronisationssignals von dem Synchronisationsdetektor 12,
Fig. 2C ist ein Zeitablaufdiagramm des Steuersignals von der
Steuerung 4, Fig. 2D ist ein Zeitablaufdiagramm der Ausgangs
spannung von dem Spannungsdetektor 10 und der ersten Referenz
spannung Vr1, die in den ersten Komparator COMP1 eingespeist
werden, Fig. 2E ist ein Zeitablaufdiagramm der Ausgangsspannung
des Stromdetektors 7 und der zweiten Referenzspannung Vr2, die
in den zweiten Komparator COMP2 eingespeist werden, Fig. 2F ist
ein Zeitablaufdiagramm des Ausgangssignals von dem Erfassungs
schaltkreis für das kleine Objekt 8, Fig. 2G ist ein Zeitab
laufdiagramm für das Ausgangssignal von dem Impulsgenerator 9,
Fig. 2H ist ein Zeitablaufdiagramm des Ausgangssignals von dem
Taktgenerator 11, Fig. 2I ist ein Zeitablaufdiagramm eines Si
gnals, das durch Frequenzteilen des Ausgangssignals von dem
Taktgenerator 11 durch 2 erhalten wird, Fig. 2J ist ein Zeitab
laufdiagramm des Ausgangssignals von dem UND-Gatter AD2.
Beim Einspeisen der Wechselspannung von der Leistungsquelle und
wenn der Kochbehälter auf eine Heizplatte des Induktionsheiz
ofens gestellt und letzerer eingeschaltet wird, richtet der
Gleichrichtungs-/Glättungsschaltkreis 1 die eingespeiste Wech
selspannung gleich und glättet sie, um sie in die Gleichspan
nung umzuwandeln, die dem Wandler 2 zugeführt wird. In dem
Wandler 2 wird die geglättete Gleichspannung von dem Gleich
richtungs-/Glättungsschaltkreis 1 an die Primärwicklung L2 des
Transformators T2 angelegt und die Hochfrequenzwechselspannung
wird in die Sekundärwicklung L3 des Transformators T2 in Abhän
gigkeit von dem Schaltbetrieb des Schaltbauteils Q1 induziert,
wobei dies durch die Steuerung 4 gesteuert wird.
Die induzierte Wechselspannung in der Sekundärwicklung L3 des
Transformators T bewirkt eine Erzeugung eines induzierten
Stroms in der Heizwicklung 3. Als Ergebnis hiervon wird das
Zielobjekt in Abhängigkeit von dem induzierten Strom in der
Heizwicklung 3 erwärmt.
Die mit dem Bezugszeichen S1 in Fig. 2A bezeichnete induzierte
Spannung wird in der Sekundärwicklung L3 des Transformators T
durch den Resonanzbetrieb des Kondensators C2 und der Primär
wicklung L2 des Transformators T in dem Wandler 2 erzeugt. Dann
erkennt der Synchronisationsdetektor 12 das Synchronisationssi
gnal, das in Fig. 2B gezeigt ist, indem der Nulldurchgangspunkt
der Spannung S1 erfaßt wird, die in die Sekundärwicklung L3 des
Transformators T induziert wird. Das erfaßte Synchronisations
signal von dem Synchronisationsdetektor 12 wird der Steuerung 4
eingespeist. Die Steuerung 4 gibt das Steuersignal an das
Schaltbauteil Q1 in Abhängigkeit von dem Synchronisationssignal
von dem Synchronisationsdetektor 12 ab, wie dies in Fig. 2C ge
zeigt ist. Wie in Fig. 2C gezeigt, geht das Steuersignal von
der Steuerung 4 mit der fallenden Flanke des Synchronisations
signals von dem Synchronisationsdetektor auf einen hohen Pegel
und während der ansteigenden Flanke des Synchronisationssignal
von dem Synchronisationsdetektor 12 auf einen niedrigen Pegel.
Das Schaltbauteil Q1 wird in Abhängigkeit von dem hochpegeligen
Steuersignal von der Steuerung 4 eingeschaltet und in Abhängig
keit von dem niedrigpegeligen Steuersignal von der Steuerung 4
ausgeschaltet. Auf diese Weise wird das Schaltbauteil Q1 ge
steuert von der Steuerung 4 abwechselnd aus- und eingeschaltet.
Wenn ein kleines Objekt, z. B. ein Löffel oder ein metallisches
Teil statt des Kochbehälters auf der Heizplatte liegt, fließt
ein Strom, der kleiner ist als der, der vorhanden ist, wenn der
Kochbehälter auf der Heizplatte steht, durch den Gleichrich
tungs-/Glättungsschaltkreis 1 und die Spannung über dem
Schaltbauteil Q1 steigt an. Dann erkennt der Stromdetektor 7
die kleine Menge des Stromes, die durch den Gleichrichtungs-
/Glättungsschaltkreis 1 fließt, und gibt die entsprechende
Spannung an den invertierenden Eingangsanschluß des zweiten
Komparators COMP2 in dem Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine
Objekt aus. Gleichzeitig ist die Ausgangsspannung von dem
Stromdetektor 7 niedriger als die zweite Referenzspannung Vr2,
die an dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des zweiten
Komparators COMP2 anliegt.
Der Spannungsdetektor 10 erkennt die ansteigende Spannung über
dem Schaltbauteil 1 und gibt die erkannte Spannung an den
nicht-invertierenden Eingangsanschluß des ersten Komparators
COMP1 in dem Erfassungsschaltkreis für das kleine Objekt aus,
wobei der invertierende Eingangsanschluß des ersten Komparators
COMP1 mit der ersten Referenzspannung Vr1 gespeist ist.
In dem Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt vergleicht
der erste Komparator COMP1 die Ausgangsspannung S2 von dem
Spannungsdetektor 10, die an seinem nicht-invertierenden Ein
gangsanschluß anliegt, mit der ersten Referenzspannung Vr1, die
an seinem invertierenden Eingangsanschluß angelegt ist, wie
dies in Fig. 2D gezeigt ist. Der zweite Komparator COMP2 ver
gleicht die Ausgangsspannung S3 von dem Stromdetektor 7, die an
seinem invertierenden Eingangsanschluß angelegt ist, mit der
zweiten Referenzspannung Vr2, die an seinem nicht-invertieren
den Eingangsanschluß angelegt ist, wie dies in Fig. 2E gezeigt
ist.
Dann werden die Ausgangssignale von dem ersten und zweiten
COMP1 und COMP2 in dem UND-Gatter AD1 UND-verknüpft und liefern
das in Fig. 2F gezeigte Ausgangssignal an den Impulsgenerator
9. Der Impulsgenerator 9 gibt ein Impulssignal aus an das NOR-
Gatter NR1, wie dies in Fig. 2G gezeigt ist, in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal von dem UND-Gatter AD1 in dem Erfas
sungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt, und das Ausgangssi
gnal von dem Taktgenerator 11, wie dies in Fig. 2H gezeigt ist.
Wenn wenigstens eines der Ausgangssignale von dem Impulsgenera
tor 9 und dem Rücksetzschaltkreis 6 auf hohem Pegel ist, ist
das Ausgangssignal des NOR-Gatters NR1 auf niedrigem Pegel. In
diesem Zusammenhang gibt das NOR-Gatter NR1 ein niedriges Si
gnal an die Steuerung 4 aus, da das Ausgangssignal des Impuls
generators 9 hochpegelig ist. Als Ergebnis hiervon setzt die
Steuerung 4 das System in Abhängigkeit von dem niedrigpegeligen
Signal des NOR-Gatters NR1 zurück. Das Ausgangssignal von dem
UND-Gatter AD1 in dem Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine
Objekt und das Ausgangssignal von dem Taktgenerator 11 wird in
dem UND-Gatter AD1 UND-verknüpft und dessen Ausgangssignal, das
in Fig. 2J gezeigt ist, wird dem Summer 13 zugeführt, wodurch
dieser Summer 13 angesteuert wird, um den Benutzer von der An
wesenheit des kleinen Objektes zu informieren.
Beim Entfernen des kleinen Objektes durch den Benutzer sinkt in
dem Erfassungsschaltkreis 8 für das kleine Objekt die in den
nicht-invertierenden Eingangsanschluß des ersten Komparators
COMP1 eingespeiste Spannung unter die erste Referenzspannung
Vr1, die an dem invertierenden Eingangsanschluß des Komparators
anliegt und die Spannung, die an dem invertierenden Eingangsan
schluß des zweiten Komparators COMP2 anliegt, wird höher als
die zweite Referenzspannung Vr2, die in dessen nicht-invertie
rendem Eingangsanschluß eingespeist wird. Als Ergebnis hiervon
verändert sich das Ausgangssignal des Erfassungsschaltkreises 8
für das kleine Objekt von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pe
gel. Das resultierende niedrigpegelige Signal des Erfassungs
schaltkreises 8 für das kleine Objekt wird dem Impulsgenerator
9 zugeführt. Daraufhin wechselt das Ausgangssignal des Impuls
generators 9 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel, wie
dies in Fig. 2G gezeigt ist, wenn zwei ansteigende Flanken des
Signals erfaßt werden, wie dies in Fig. 2I gezeigt ist, die
durch Frequenzteilen des Ausgangssignals von dem Taktgenerator
11 durch 2 erhalten wird. Dieses niederpegelige Ausgangssignal
des Impulsgenerators 9 gibt das System aus dem Rücksetzzustand
frei.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, wird mit
der vorliegenden Erfindung das Vorhandensein eines kleinen Ob
jektes statt des Kochbehälters schnell erkannt und das System
wird dann zurückgesetzt. Damit kann der Stromverbrauch nennens
wert reduziert werden. Darüber hinaus wird das System schnell
wieder in den Normalzustand zurückgebracht, nachdem das kleine
Objekt entfernt worden ist.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
zu Erläuterungszwecken beschrieben worden sind, ist für Fach
leute auf diesem Gebiet klar, daß unterschiedliche Veränderun
gen, Zusätze und Austauschmöglichkeiten vorhanden sind, ohne
den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die
beigefügten Ansprüche definiert ist.
Claims (6)
1. Induktionsheizvorrichtung, mit:
- -
- - einem Gleichrichter (1) zum Erzeugen einer geglätteten Gleichspannung;
- - einem Resonanzkreis (2) mit einer Induktionsspule (L2) und einem steuerbaren Schaltbauteil (Q1) zum Erzeugen einer hoch frequenten Wechselspannung im Resonanzkreis (2);
- - einer Steuereinheit (4) zum Ansteuern des Schaltbauteils (Q1);
- - einem Stromdetektor (7) zum Erfassen des Stromes im Gleich richter (1) und zum Ausgeben eines der Stromstärke entsprechen den Spannungspegels;
- - einem Spannungsdetektor (10) zum Erfassen der am Schaltbau teil (Q1) anliegenden Spannung und zum Abgeben eines entspre chenden Spannungspegels;
- - einem Erfassungsschaltkreis (8), der den Spannungspegel des Stromdetektors (7) und den Spannungspegel des Spannungsdetek tors (10) mit je einem Referenzwert (Vr1, Vr2) vergleicht und ein Signal für eine zu geringe Last ausgibt, wenn der Span nungspegel des Stromdetektors (7) kleiner als der zugeordnete Referenzwert (Vr2) und der Spannungspegel des Spannungsdetek tors (10) größer als der zugeordnete Referenzwert (Vr1) ist; und
- - einem Impulsgenerator (9), welcher das Signal für eine zu ge ringe Last empfängt und darauf ein Pulssignal vorbestimmter Länge an die Steuerung (4) abgibt, die ihrerseits den Heizbe trieb solange unterbricht, wie dieses Signal anliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit:
- - einem Taktsignalgenerator (11) zum Erzeugen eines Taktsigna les aus der Wechselspannung des Resonanzkreises (2) für die Sy stemsynchronisation, wobei der Impulsgenerator (9) beim Unter brechen des Heizbetriebs mit dem Taktsignal des Taktsignalgene rators (11) synchronisiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit:
- -
- - einem Rücksetzschaltkreis (6) zum Ausgeben eines Rücksetz signals, um den Heizbetrieb rückzusetzen; und
- - einem NOR-Gatter zum NOR-Verknüpfen des Impulssignals von dem Impulsgenerator (9) mit dem Rücksetzsignal von dem Rücksetz schaltkreis (6).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner mit:
- -
- - einem Synchronisationsdetektor (12) zum Ausgeben eines Syn chronisationssignals, indem ein Nulldurchgangspunkt der von dem Resonanzkreis (2) erzeugten Wechselspannung erkannt wird; und
- - einer Steuerung (4) zum Steuern des Resonanzkreises (2) in Abhängigkeit von dem Synchronisationssignal des Synchronisa tionsdetektors (12) und von einem Ausgangssignal des NOR- Gatters.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren aufweist:
- -
- - ein UND-Gatter (AD2) zum UND-Verknüpfen der Ausgangssignale von dem Taktsignalgenerator (11) und dem Erfassungsschaltkreis (8); und
- - einen Summer (13), der in Abhängigkeit von einem Ausgangs signal des UND-Gatters (AD2) betätigbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Erfassungsschalt
kreis (8) folgendes aufweist:
- -
- - einen ersten Komparator (COMP1) mit einem nicht- invertierenden Eingangsanschluß zum Einspeisen der Ausgangs spannung des Spannungsdetektors (10) und einem invertierenden Eingangsanschluß zum Einspeisen des ersten Referenzwertes (Vr1);
- - einen zweiten Komparator (COMP2) mit einem invertierenden Eingangsanschluß zum Einspeisen der Ausgangsspannung des Strom detektors und einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß zum Einspeisen des zweiten Referenzwertes (Vr2); und
- - ein UND-Gatter (AD1) zum UND-Verknüpfen der Ausgangssignale von dem ersten und dem zweiten Komparator (COMP1, COMP2) und zum Ausgeben des resultierenden Signals an den Impulsgenerator (9).
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