EP2341758B1

EP2341758B1 - Procédé et dispositif de détermination de la puissance instantanée délivrée par des moyens d'induction associés à un récipient à chauffer

Info

Publication number: EP2341758B1
Application number: EP20100196434
Authority: EP
Inventors: Cédric GOUMY; Etienne Alirol
Original assignee: FagorBrandt SAS
Current assignee: FagorBrandt SAS
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: FR2954887A1; FR2954887B1; ES2391543T3; EP2341758A1

Description

La présente invention concerne un procédé de détermination de la puissance instantanée délivrée par des moyens d'induction associés à un récipient à chauffer.
Elle concerne de manière générale le domaine du chauffage par induction, et notamment les tables de cuisson à induction comprenant un ou plusieurs foyers à induction adaptés à chauffer un récipient posé sur un foyer.
On se place plus particulièrement dans le domaine des tables de cuisson dans lesquelles chaque zone ou foyer de cuisson est piloté par un seul élément de puissance intégré dans un dispositif d'alimentation à onduleur.
Un tel dispositif d'alimentation à onduleur est notamment décrit dans le document WO 2007/042315 dans lequel les moyens d'induction intégrés à un circuit résonant sont alimentés à partir d'un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur, du type d'un transistor commandé en tension, connu sous l'appellation IGBT (acronyme du terme anglais "Insulated Gate Bipolar Transistor"), monté en série avec le circuit résonant.
Cet interrupteur est lui-même monté en parallèle avec une diode de roue libre.
Un tel dispositif d'alimentation à onduleur fonctionne selon une fréquence de commutation de l'interrupteur, correspondant à une période de commande T.
Cet interrupteur est également associé à un rapport cyclique de conduction Δ, Δ inférieur à 1, défini de telle sorte que l'interrupteur est commuté en position ON pendant une durée ΔT de la période de commande T. Cette durée ΔT correspond ainsi à la période de conduction de l'interrupteur et de la diode de roue libre pour chaque période de commande T.
En modifiant la fréquence de commutation et/ou l'alternance des périodes de fonctionnement ou non du dispositif d'alimentation à onduleur, il est possible d'ajuster la puissance délivrée par les moyens d'induction, notamment pour satisfaire une puissance de consigne demandée par un utilisateur de la table de cuisson à induction.
Cette régulation de la puissance fournie par les moyens d'induction à un récipient à chauffer nécessite de connaître la puissance délivrée par les moyens d'induction.
Le document WO 2007/042315 propose un dispositif de chauffage par induction dans lequel la puissance délivrée par les moyens d'induction est calculée à partir d'une moyenne dans le temps du courant mesuré au niveau de l'interrupteur et de la diode de roue libre, en multipliant la valeur moyenne de ce courant avec une valeur effective de la tension alternative de l'alimentation secteur.
Toutefois, ce document ne décrit que la détermination d'une puissance moyenne délivrée par les moyens d'induction au récipient.
La présente invention a pour but de proposer un procédé de détermination d'une puissance instantanée délivrée par des moyens d'induction associés à un récipient à chauffer, permettant de connaître en permanence la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de détermination de la puissance instantanée délivrée par des moyens d'induction associés à un récipient à chauffer, les moyens d'induction étant intégrés à un circuit résonant alimenté, à partir d'une alimentation secteur présentant une tension secteur prédéfinie, par un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur monté en série avec le circuit résonant et une diode de roue libre montée en parallèle avec l'interrupteur, l'interrupteur ayant un rapport cyclique de conduction donné et étant commandé à une fréquence de commutation correspondant à une période de commande.
Selon l'invention, le procédé de détermination de la puissance instantanée comprend les étapes suivantes :

mesure d'un premier courant crête circulant dans l'interrupteur ;
mesure d'un second courant crête circulant dans la diode de roue libre ; et
détermination de la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction associés au récipient à chauffer au moyen d'une fonction bijective associant la puissance instantanée à un quadruplet de valeurs du premier courant crête, du second courant crête, du rapport cyclique de l'interrupteur et de la période de commande.

La Demanderesse a pu démontrer que dans le cas de l'alimentation de moyens d'induction par un seul élément de puissance intégré dans le dispositif d'alimentation à onduleur, il était possible d'obtenir la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction par la connaissance de deux valeurs du courant à des instants précis.
Il est ainsi possible par de simples mesures de courant circulant lors d'une période de conduction de l'interrupteur et de la diode de roue libre du dispositif d'alimentation à onduleur de déterminer de manière directe la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction.
Cette valeur de puissance instantanée peut ensuite être utilisée de manière optimale dans une boucle de régulation afin de déterminer la puissance moyenne délivrée par ces moyens d'induction à un récipient à chauffer et d'asservir cette puissance moyenne à une puissance de consigne associée à ces moyens d'induction pour le chauffage du récipient.
En pratique, le premier courant crête est égal au courant circulant dans l'interrupteur à la fin d'une période de conduction de l'interrupteur, et le second courant crête est égal au courant circulant dans la diode de roue libre au début d'une période de conduction de la diode de roue libre.
Ainsi, la détermination de la puissance instantanée peut être réalisée par la mesure de la valeur du courant à la mise en position ON de l'interrupteur et de la valeur du courant à la mise en position OFF de cet interrupteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les étapes de mesure d'un premier et d'un second courant crête comprennent les sous-étapes suivantes :

mesure d'un courant circulant dans l'interrupteur et dans la diode de roue libre ; et
détection de la valeur crête du premier courant circulant dans l'interrupteur et du second courant circulant dans la diode de roue libre.

Cette mesure peut ainsi être mise en oeuvre par le simple ajout de détecteurs de valeur crête dans un système de mesures de courant circulant dans l'interrupteur et la diode de roue libre.
Alternativement, selon un autre mode de réalisation, les étapes de mesure d'un premier et d'un second courant crête comprennent les sous-étapes suivantes :

mesure d'un courant circulant dans les moyens d'induction ;
détermination de la valeur du courant circulant dans les moyens d'induction à la fin de la période de conduction de l'interrupteur afin de déterminer la valeur du premier courant crête ; et
détermination de la valeur du courant circulant dans les moyens d'induction au début de la période de conduction de la diode de roue libre afin de déterminer la valeur du second courant crête.

Corrélativement, la présente invention concerne également un dispositif de détermination de la puissance instantanée délivrée par des moyens d'induction associés à un récipient à chauffer, les moyens d'induction étant intégrés à un circuit résonant alimenté, à partir d'une alimentation secteur présentant une tension secteur prédéfinie, par un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur monté en série avec le circuit résonant et une diode de roue libre montée en parallèle avec l'interrupteur, l'interrupteur ayant un rapport cyclique de conduction donné et étant commandé à une fréquence de commutation correspondant à une période de commande.
Selon l'invention, ce dispositif de détermination de la puissance instantanée comprend :

des moyens de mesure d'un premier courant crête circulant dans l'interrupteur ;
des moyens de mesure d'un second courant crête circulant dans la diode de roue libre ; et
des moyens de détermination de la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction associés au récipient à chauffer au moyen d'une fonction bijective associant la puissance instantanée à un quadruplet de valeur du premier courant crête, du second courant crête, du rapport cyclique de l'interrupteur et de la période de commande.

Ce dispositif présente des caractéristiques et avantages analogues à ceux décrits précédemment en relation avec le procédé de détermination de la puissance instantanée.
Selon un second aspect, la présente invention concerne également un appareil de cuisson à induction, comprenant au moins un foyer de cuisson associé à des moyens d'induction, comportant un dispositif de détermination de la puissance instantanée conforme à l'invention.
Cet appareil de cuisson à induction présente également des caractéristiques et avantages analogues à ceux décrits précédemment.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :

la figure 1 représente schématiquement un appareil de cuisson à induction conforme à un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est un schéma illustrant un dispositif d'alimentation à onduleur de moyens d'induction associés à un récipient selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 3 est une courbe illustrant les variations des paramètres électriques dans le dispositif de la figure 2 ;
la figure 4 est un schéma bloc illustrant un dispositif de détermination de la puissance instantanée selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 5 est un schéma illustrant des moyens de mesure de courant crête selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et
la figure 6 est un schéma illustrant des moyens de mesure de courant crête selon un second mode de réalisation de l'invention.

On va décrire tout d'abord en référence à la figure 1 un appareil de cuisson à induction adapté à mettre en oeuvre la présente invention.
A titre d'exemple non limitatif, cet appareil de cuisson peut être une table de cuisson à induction 10 comprenant au moins un foyer de cuisson associé à des moyens d'induction.
Dans cet exemple, la table de cuisson comporte quatre foyers de cuisson F1, F2, F3, F4, chaque foyer de cuisson étant associé à des moyens d'induction comprenant une ou plusieurs bobines d'induction.
Cette table de cuisson 10 comprend de manière classique une phase de puissance d'une alimentation électrique 11, typiquement une alimentation secteur.
A titre d'exemple, la table de cuisson 10 est alimentée en 32 A, pouvant fournir une puissance maximale de 7200 W à la table de cuisson 10, soit une puissance de 3600 W par phase.
On notera que les moyens d'induction associés à chaque foyer de cuisson F1, F2, F3, F4 peuvent en pratique être réalisés à partir d'une ou plusieurs bobines dans lesquelles circule le courant électrique, montées sur une phase de puissance.
Une carte de contrôle et de commande de puissance 12 permet de supporter l'ensemble des moyens électroniques et informatiques nécessaires au contrôle de la table de cuisson 10, et notamment à la détermination de la puissance instantanée selon le procédé qui sera décrit ci-après.
En pratique, des liaisons électriques 13 sont prévues entre cette carte de contrôle et de commande de puissance 12 et chaque foyer de cuisson F1, F2, F3, F4.
De manière classique, dans une telle table de cuisson 10, l'ensemble des moyens d'induction et la carte de contrôle et de commande 12 sont placés sous une surface plane de cuisson, par exemple réalisée à partir d'une plaque en vitrocéramique.
Les foyers de cuisson peuvent en outre être identifiés par une sérigraphie en vis-à-vis des bobines d'induction placées sous la surface de cuisson.
Bien entendu, bien qu'on ait illustré un exemple de réalisation de table de cuisson dans laquelle quatre zones de cuisson constituant des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4 sont prédéfinies dans le plan de cuisson, la présente invention s'applique également à une table de cuisson ayant un nombre variable ou des formes différentes de foyer de cuisson, ou encore, présentant un plan de cuisson sans zones ou foyers de cuisson prédéfinis, ces derniers étant définis au cas par cas par la position du récipient en vis-à-vis d'un sous-ensemble de bobines d'induction disposées sous le plan de cuisson.
Finalement, la table de cuisson 10 comporte également des moyens de commande et d'interface 14 avec l'utilisateur permettant notamment à l'utilisateur de commander en puissance et en durée le fonctionnement de chaque foyer F1, F2, F3, F4.
En particulier, l'utilisateur peut par le biais des moyens de commande et d'interface 14 assigner une puissance de consigne à chaque foyer de cuisson recouvert d'un récipient.
La structure d'une telle table de cuisson et le montage des moyens d'induction n'ont pas besoin d'être décrits plus en détails ici.
On a illustré à la figure 2 un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation à onduleur adapté à alimenter un des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4, étant entendu que chaque foyer de cuisson peut présenter le même schéma d'alimentation.
Dans ce schéma, une inductance L représente à la fois l'inductance des moyens d'induction et celle du récipient à chauffer placé en vis-à-vis.
Le système constitué par le récipient et les moyens d'induction du foyer peut ainsi être schématisé par une inductance L montée en série avec une résistance R, caractérisant principalement la résistance du récipient.
Le circuit résonant comporte également un condensateur C monté en parallèle avec l'inductance L et la résistance R.
Le circuit résonant ainsi constitué est alimenté par un dispositif d'alimentation à onduleur comportant ici un unique interrupteur ou élément de puissance.
Cet interrupteur est par exemple un interrupteur du type d'un transistor commandé en tension, appelé dans la suite de la description interrupteur IGBT (acronyme du terme anglais "Insulated Gate Bipolar Transistors").
Cet interrupteur IGBT est monté en série avec le circuit résonant L, R, C, et une diode de roue libre D est montée en parallèle avec l'interrupteur IGBT.
Le montage d'un tel dispositif d'alimentation à onduleur, comportant l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D, et commandé selon une fréquence de commutation (ou période de commande) est utilisé communément dans le domaine des appareils de cuisson à induction et n'a pas besoin d'être décrit plus en détails ici.
En référence à la figure 3, on rappelle ici le fonctionnement du dispositif d'alimentation à onduleur ayant un interrupteur IGBT unique.
A la figure 3, les courants dans l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D sont illustrés en trait continu et les courants dans l'inductance L et la résistance R sont schématisés en trait pointillé.
En début de période de commande de l'IGBT, c'est-à-dire à la commutation de l'interrupteur IGBT (instant t_ON correspondant à la mise ON de l'interrupteur IGBT), la diode de roue libre est passante et un courant négatif circule dans l'inductance L, la résistance R et la diode de roue libre D.
Pendant une seconde partie de la période de conduction de l'interrupteur IGBT, l'interrupteur IGBT devient passant et un courant positif circule dans l'inductance L, la résistance R et l'interrupteur IGBT.
Puis à la fin de la période de conduction de l'interrupteur IGBT (instant t_OFF correspondant à la mise OFF de l'interrupteur IGBT), la diode de roue libre D et l'interrupteur IGBT sont bloqués de telle sorte que le courant circule dans l'inductance L, la résistance R et le condensateur de résonance C.
Ainsi, pour chaque période de commande T, l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D conduisent le courant pendant une période de conduction ΔT, fonction du rapport cyclique Δ, caractéristique de l'interrupteur IGBT, et de la période de commande T.
En revanche, pendant la période (1-Δ) T, en fin de période de commande, l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D sont bloqués de telle sorte que le courant circule dans le condensateur de résonance C.
Comme illustré à la figure 4, l'appareil de cuisson à induction comporte, outre le circuit résonant L, C, R et le dispositif d'alimentation à onduleur, un dispositif de détermination de la puissance instantanée 40.
Ce dispositif de détermination de la puissance instantanée 40 est intégré à la carte de contrôle et de commande de puissance 12 décrite à la figure 1.
Ce dispositif de détermination de la puissance instantanée 40 comprend des moyens de mesure 41 de courants crêtes circulant dans la diode de roue libre D et l'interrupteur IGBT.
Des modes de réalisation de ces moyens de mesure 41 seront décrits ultérieurement en référence aux figures 5 et 6.
Le dispositif de détermination 40 comporte également des moyens de détermination 42 adaptés à déterminer la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction au récipient à chauffer, à partir de la valeur des courants crêtes, de la période de commande T correspondant à la fréquence de commutation de l'interrupteur IGBT, ainsi que de son rapport cyclique Δ, déterminant la fraction de la période de commande T pendant laquelle l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D sont conducteurs.
Les moyens de détermination 42 sont classiquement réalisés par des moyens logiciels du type microprocesseur.
L'appareil de cuisson à induction comporte également des moyens de commande 43 adaptés à commander en fonctionnement l'interrupteur IGBT à partir de la période de commande T, correspondant à la fréquence de commutation, et du rapport cyclique Δ.
Ces moyens de commande 43 sont également intégrés à la carte de contrôle et de commande de puissance 12.
Les moyens de détermination 42 sont adaptés à communiquer avec les moyens de commande 43 afin d'obtenir la valeur de la période de commande T et du rapport cyclique Δ.
On va décrire à présent la méthode de détermination de la puissance instantanée mise en oeuvre dans cet appareil de cuisson à induction.
La puissance délivrée par le système au récipient à chauffer est égale à : $P = R . I^{2}$

où I correspond au courant efficace circulant dans l'inducteur. Ainsi, la puissance instantanée du système dépend de la résistance R équivalente, qui varie notamment en fonction du type et de la taille du récipient, ainsi que de la fréquence de commutation du dispositif d'alimentation à onduleur.
La Demanderesse a constaté qu'il était possible de calculer la valeur de la résistance R pour un récipient à chauffer donné, de telle sorte qu'il est possible de déterminer ensuite la puissance instantanée délivrée par le système selon la formule précédente.
Ce calcul utilise des valeurs crêtes prises par le courant circulant dans la diode de roue libre D et l'interrupteur IGBT.
Comme bien illustré à la figure 3, le premier courant crête It correspond à la valeur du courant circulant dans l'interrupteur IGBT à la fin de la période de conduction ΔT de l'interrupteur IGBT, c'est-à-dire à la mise OFF de l'interrupteur IGBT.
Le second courant crête Id est égal au courant circulant dans la diode de roue libre D au début de la période de conduction ΔT de cette diode de roue libre D, c'est-à-dire à la mise ON de l'interrupteur IGBT.
Dans le montage illustré à la figure 4, lorsque la diode de roue libre D est passante ou lorsque l'interrupteur IGBT est passant, le courant circule dans l'inductance L et la résistance R.
En revanche, le courant dans le condensateur de résonance C est nul.
Ainsi, la tension U vue par le système, correspondant à la tension secteur fournie par l'alimentation secteur, est constante à chaque instant t et s'écrit pour un système constitué d'une inductance L et d'une résistance R : $U = L . [di / dt] + R . i$

d'où [di / dt] = -(R/L).i + U/L.
La solution de cette équation dififérentielle s'écrit : $i = A . \exp [- (R / L) . t] + U / R$

où A est une constante.
Or, à t = 0, en début de période de conduction ΔT, le courant i est égal à Id : $Id = A + U / R$

c'est-à-dire A = Id - U/R.
Par ailleurs, en fin de période de conduction, à t = Δ.T, le courant i est égal à It : $It = (Id - U / R) . \exp [- (R / L) . Δ . T] + U / R$
Les deux inconnues de l'équation ci-dessus sont donc l'inductance L et la résistance R.
Par ailleurs, pendant la seconde partie de la période de commande T, c'est-à-dire (1-Δ).T, l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D sont bloqués et le courant i circule librement dans l'inductance L, la résistance R et le condensateur C.
En notant ul la tension aux bornes de l'inductance L, ur la tension aux bornes de la résistance R et uc la tension aux bornes du condensateur de résonance C, on peut écrire : $uc + ul + ur = 0$
d'où $uc + L . [di / dt] + R . i = 0$
Or $i = dq / dt$

où q correspond à la charge (en Coulombs) du condensateur de résonance C.
Par conséquent, i = C.[duc / dt]
Donc (1/C).∫ i = uc
On a donc: $(1 / C) . \int i + R . i + L . [di / dt] = 0$
Après dérivation de l'équation ci-dessus, on obtient : $L . [d^{2} i / {dt}^{2}] + R . [di / dt] + i / C = 0$
La solution de cette équation différentielle du second ordre s'écrit : $i = B . [\exp (α . t)] . [\cos (β . t)]$
où $α = - R / (2. L) et β = \sqrt [(4. L) / C - R^{2}] / (2. L)$
Or, à t = 0, en fin de période de conduction, le courant est égal à It.
Ainsi

It = B

Par ailleurs, à t = (1-Δ).T, le courant est de nouveau égal à Id.
Ainsi
Id = It.[exp(α.(1-Δ.T)].[cos(β.(1-Δ.T)]
Les deux inconnues de l'équation ci-dessus sont donc l'inductance L et la résistance R.
L'analyse des trois phases de fonctionnement d'une topologie à interrupteur IGBT unique permet donc d'écrire les deux équations suivantes : $It = (Id - U / R) . \exp [- (R / L) . Δ . T] + U / R$
$Id = It . [\exp (α . (1 - Δ) . T)] . [\cos (β . (1 - Δ) . T)] .$
On a ainsi un système à deux équations et à deux inconnues L et R.
Il est ainsi possible de calculer les valeurs de l'inductance L et de la résistance R dès lors que la tension secteur U est prédéfinie, ou mesurée par un pont diviseur de tension au niveau de l'alimentation secteur, la période de commande T est définie, ainsi que le rapport cyclique Δ de l'interrupteur IGBT, et que des valeurs du premier courant crête It et du second courant crête Id sont mesurées.
Grâce à la connaissance de la résistance R, il est possible de connaître la puissance instantanée P selon la formule P = R.I², avec I correspondant au courant efficace circulant dans l'inducteur, c'est-à-dire $I = \frac{Im ax}{\sqrt{2}}$
où Imax est la valeur maximale du courant circulant dans l'inducteur.
Ainsi, il existe une fonction bijective reliant la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction et le quadruplet de valeurs It, Id, Δ et T.
L'étape de détermination de la puissance instantanée peut ainsi être réalisée à chaque instant par la résolution du système à deux équations et deux inconnues ci-dessus et de la formule reliant la puissance instantanée au courant efficace.
Toutefois, afin de diminuer les temps de calcul nécessaires dans la détermination de la puissance instantanée, il est possible de déterminer cette puissance instantanée par un système de logique flou.
On peut ainsi mémoriser dans le microprocesseur des moyens de détermination 42, un tableau à quatre dimensions permettant d'associer à chaque quadruplet (T, Δ, It, Id) une puissance instantanée.
Ainsi, pour chaque quadruplet de valeurs mesurées, le procédé de détermination consiste à retrouver dans le tableau à quatre dimensions la valeur de la puissance associée aux coordonnés du quadruplet.
Des méthodes classiques de calcul d'une valeur moyenne ou d'approximation à partir des quadruplets mémorisés dans le tableau peuvent être utilisées.
On a illustré par ailleurs à la figure 5 un premier mode de réalisation des moyens de mesure 41 des premier It et second Id courants crêtes circulant dans l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D.
Dans ce mode de réalisation, les moyens de mesure 41 du premier It et second Id courants crêtes comprennent des moyens de mesure d'un courant i_L circulant dans les moyens d'induction L, les moyens de mesure 41 étant associés à des moyens de synchronisation intégrés dans le microprocesseur 42.
Ces moyens de synchronisation sont adaptés à synchroniser les moyens de mesure 41 du courant avec les moyens de commande de l'interrupteur IGBT.
Comme illustré à la figure 5, la mesure du courant i_L circulant dans l'inducteur peut se faire par un transformateur d'intensité 50.
Bien entendu, d'autres moyens de mesure classiques de courant peuvent être utilisés, et notamment un shunt.
Dans l'exemple illustré à la figure 5, la valeur de la tension aux bornes d'une résistance de charge R1, placée en sortie du transformateur d'intensité 50, correspond à l'image du courant circulant dans l'inductance L.
En synchronisant la mesure du courant par le microprocesseur 42 avec la mise ON de l'interrupteur IGBT, c'est-à-dire en début de période de conduction, la valeur du courant i_L mesurée correspond à la valeur du second courant crête Id circulant dans la diode de roue libre.
En synchronisant la mesure du courant par le microprocesseur 42 avec la mise OFF de l'interrupteur IGBT, c'est-à-dire en fin de période de conduction, la valeur du courant i_L mesurée correspond à la valeur du premier courant crête It, circulant dans l'interrupteur IGBT.
Ce mode de réalisation présente l'avantage de n'utiliser qu'une résistance de charge R1 au secondaire du transformateur d'intensité 50.
En revanche, la synchronisation de la mesure du courant i_L avec les moyens de commande 43 de l'interrupteur IGBT nécessite l'utilisation d'un microcontrôleur très rapide, de coût élevé.
A titre alternatif, on a illustré à la figure 6 un second mode de réalisation des moyens de mesure 41 des premier It et second Id courants crêtes.
Dans cet exemple, les moyens de mesure comprennent des moyens de mesure du courant i_IGBT, i_D circulant dans l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D et des moyens de détection de la valeur crête de ce courant i_IGBT, i_D.
Dans ce mode de réalisation, deux systèmes de détection 61, 62 de valeurs crêtes sont ajoutés au système de mesure de courant, ici en sortie du transformateur d'intensité 60 et de la résistance de charge R1.
Comme précédemment, la tension dans la résistance de charge R1 correspond à l'image du courant i_IGBT, i_D circulant dans l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D.
Chaque système de détection 61, 62 comporte respectivement une diode D1 associée à un condensateur C1 et une diode D2 associée à un condensateur C2, et permet de mesurer l'image des valeurs des courants crêtes It et Id.
En effet, lorsque la diode de roue libre D devient passante (c'est-à-dire à la mise ON de l'interrupteur IGBT, en début de période de conduction), la tension aux bornes de la résistance de charge R1 est négative.
La diode D1 est bloquée alors que la diode D2 est passante et le condensateur C2 est chargé.
La valeur de la charge du condensateur C2 correspond ainsi à l'image de la valeur du courant crête Id.
De même, lorsque l'interrupteur IGBT devient passant, la tension aux bornes de la résistance de charge R1 est positive.
La diode D2 est bloquée alors que la diode D1 est passante et le condensateur C1 est chargé.
La valeur de la charge du condensateur C1 correspond ainsi à l'image de la valeur du courant crête It.
La sortie de chaque système de détection 61, 62 de valeurs crêtes est reliée au microprocesseur 42.
La valeur des courants crêtes It, Id étant figée par la charge des condensateurs C1, C2, on peut utiliser un microcontrôleur standard, de coût faible, pour mesurer les valeurs crêtes It, Id à partir des charges des condensateurs C1, C2.
Ainsi, la mesure du courant à deux instants précis permet de déterminer les paramètres L, R du système et la puissance instantanée délivrée par ce système au récipient à chauffer.
Grâce à la connaissance de cette puissance instantanée, les moyens de contrôle du dispositif d'alimentation à onduleur sont adaptés à contrôler le fonctionnement du dispositif d'alimentation à onduleur à partir de la valeur de la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction d'un foyer de cuisson, associés au récipient à chauffer, et d'une puissance de consigne associée au foyer de cuisson.
Ainsi, en connaissant la puissance instantanée délivrée, il est possible de modifier la période de commande (fréquence de commutation) du dispositif onduleur et/ou de découper dans le temps le fonctionnement de ce dispositif onduleur afin d'atteindre en moyenne la puissance de consigne demandée par l'utilisateur sur une période de temps prédéfinie.

Claims

Procédé de détermination de la puissance instantanée délivrée par des moyens d'induction associés à un récipient à chauffer, les moyens d'induction étant intégrés à un circuit résonant (L, C, R) alimenté, à partir d'une alimentation secteur présentant une tension secteur prédéfinie, par un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur (IGBT) monté en série avec le circuit résonant (L, C, R) et une diode de roue libre (D) montée en parallèle avec l'interrupteur (IGBT), l'interrupteur (IGBT) ayant un rapport cyclique de conduction (Δ) donné et étant commandé à une fréquence de commutation correspondant à une période de commande (T), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- mesure d'un premier courant crête (It) circulant dans ledit interrupteur (IGBT) ;

- mesure d'un second courant crête (Id) circulant dans ladite diode de roue libre (D) ; et

- détermination de la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction associés audit récipient à chauffer au moyen d'une fonction bijective associant ladite puissance instantanée à un quadruplet de valeurs du premier courant crête (It), du second courant crête (Id), dudit rapport cyclique (Δ) de l'interrupteur (IGBT) et de la période de commande (T).
Procédé de détermination de la puissance instantanée conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier courant crête (It) est égal au courant circulant dans l'interrupteur (IGBT) à la fin d'une période de conduction (ΔT) de l'interrupteur (IGBT).
Procédé de détermination de la puissance instantanée conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit second courant crête (Id) est égal au courant circulant dans ladite diode de roue libre (D) au début d'une période de conduction (ΔT) de ladite diode de roue libre (D).
Procédé de détermination de la puissance instantanée conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites étapes de mesure d'un premier et d'un second courant crête comprennent les sous-étapes suivantes :
- mesure d'un courant (i_IGBT, i_D) circulant dans ledit interrupteur (IGBT) et dans ladite diode de roue libre (D) ; et

- détection de la valeur crête (It, Id) dudit premier courant circulant dans l'interrupteur (IGBT) et dudit second courant circulant dans ladite diode de roue libre (D).
Procédé de détermination de la puissance instantanée conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites étapes de mesure d'un premier et d'un second courant crête comprennent les sous-étapes suivantes :
- mesure d'un courant (i_L) circulant dans lesdits moyens d'induction ;

- détermination de la valeur dudit courant (i_L) circulant dans les moyens d'induction à la fin de la période de conduction (AT) dudit interrupteur (IGBT) afin de déterminer la valeur dudit premier courant crête (It) ; et

- détermination de la valeur du courant (i_L) circulant dans les moyens d'induction au début de la période de conduction (ΔT) de ladite diode de roue libre (D) afin de déterminer la valeur dudit second courant crête (Id).
Procédé de détermination de la puissance instantanée conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite étape de détermination de la puissance instantanée est mise en oeuvre en sélectionnant une valeur de puissance instantanée dans une table à quatre dimensions associant chaque quadruplet de valeurs du premier courant crête (It), du second courant crête (Id), du rapport cyclique (Δ) de l'interrupteur (IGBT) et de la période de commande (T) à une valeur unique de puissance instantanée.
Dispositif de détermination de la puissance instantanée délivrée par des moyens d'induction associés à un récipient à chauffer, les moyens d'induction étant intégrés à un circuit résonant (L, C, R) alimenté, à partir d'une alimentation secteur présentant une tension secteur prédéfinie, par un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur (IGBT) monté en série avec le circuit résonant (L, C, R) et une diode de roue (D) libre montée en parallèle avec l'interrupteur (IGBT), l'interrupteur (IGBT) ayant un rapport cyclique de conduction (Δ) donné et étant commandé à une fréquence de commutation correspondant à une période de commande (T), caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de mesure (41) d'un premier courant crête (It) circulant dans ledit interrupteur (IGBT) ;

- des moyens de mesure (41) d'un second courant crête (Id) circulant dans ladite diode de roue libre (D) ; et

- des moyens de détermination (42) de la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction associés audit récipient à chauffer au moyen d'une fonction bijective associant ladite puissance instantanée à un quadruplet de valeur du premier courant crête (It), du second courant crête (Id), dudit rapport cyclique (Δ) de l'interrupteur (IGBT) et de la période de commande (T).
Dispositif de détermination de la puissance instantanée conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de mesure (41) d'un premier et d'un second courant crête (it, id) comprennent des moyens de mesure (60) d'un courant (i_IGBT, i_D) circulant dans ledit interrupteur (IGBT) et la diode de roue libre (D) et des moyens de détection (61, 62) d'une valeur crête dudit courant (i_IGBT, i_D).
Dispositif de détermination de la puissance instantanée conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (41) d'un premier et d'un second courant crête (It, Id) comprennent des moyens de mesure (50) d'un courant (i_L) circulant dans les moyens d'induction, lesdits moyens de mesure (50) étant associés à des moyens de synchronisation avec des moyens de commande (43) dudit interrupteur (IGBT) et étant adaptés à mémoriser la valeur dudit courant (i_L) en début et en fin de période de conduction (ΔT) de l'interrupteur (IGBT) et de la diode de roue libre (D).
Appareil de cuisson à induction, comprenant au moins un foyer de cuisson (F1, F2, F3, F4) associé à des moyens d'induction, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de détermination (40) de la puissance instantanée conforme à l'une des revendications 7 à 9.
Appareil de cuisson à induction conforme à la revendication 10, caractérisée en ce qu'il comprend des moyens de commande (43) du dispositif d'alimentation à onduleur adaptés à contrôler le fonctionnement dudit dispositif d'alimentation onduleur en fonction de la puissance instantanée délivrée par lesdits moyens d'induction associés à un récipient à chauffer et d'une puissance de consigne associée audit foyer de cuisson (F1, F2, F3, F4).