DE4428353C2 - Induktionsheizvorrichtung - Google Patents

Induktionsheizvorrichtung

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Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
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.
Beschreibung des Standes der Technik
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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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