CN100505957C - 因容器偏置而中断操作的感应加热式烹调装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种其操作由于容器偏置而中断的感应加热式烹调装置。该装置一接收到随该容器的偏置程度而变化的输入信号，就与控制逆变器的驱动脉冲宽度的脉冲宽度控制信号成比例地改变用于确定小负荷存在还是不存在的参考信号。尽管在正常加热操作中容器偏置发生而完全脱离烹调区，该装置仍可以确定无负荷状态发生了，从而中断逆变器电路的操作，这增加了电路和产品的稳定性。

Description

因容器偏置而中断操作的感应加热式烹调装置

技术领域

本发明涉及一种感应加热式烹调装置，用于确定无负荷状态的存在或不存在，并在确定无负荷状态存在时中断逆变器电路的操作，从而增加电路系统的稳定性，其中，无负荷状态是指在正常加热操作中容器发生偏置(eccentricity)并且完全脱离烹调区。

背景技术

通常，烹调器具(也称为烹调装置)包括：主体，具有一接收到使用者的命令信号就能确定是否接收到电源信号的控制板；烹调容器，安置在该主体中，用于在其中盛放食物；以及烹调加热器，安装在烹调容器的下部或者主体的内侧，以烹调盛放在烹调容器中的食物。

感应加热式方案是，给设置在主体中的线圈提供电流信号，并且由于提供给线圈在电流信号产生的磁场，在电磁容器中产生感应电流，由此加热了烹调容器。已经设计了使用上述感应加热方案的各种厨房器具，例如电饭锅、平锅(pan)、炉头(cook-top)、卤素火炉(halogen range)、炉旁铁架(Hob)、慢炖锅(slow cooker)等。

用在上述感应加热式烹调装置中的逆变器电路接通或者切断由IGBF(绝缘栅双极性晶体管)形成的开关，对线圈施加高电功率的高频电流，从而加热线圈上的容器。

特别地，感应加热式电饭煲已被设计为，当该容器(例如内壶)置于主体的外壳中时，可以防止该容器从线圈中心偏移。然而，其他烹调装置如炉头可能发生容器远离预定烹调区的偏置，导致谐振感应系数随该容器的偏置程度而变化。结果，食物可能会烹调不均匀或者产生电路故障。

与此同时，一种感应加热式烹调装置包括：主体；容器，安置在该主体中，用于在其中盛放食物；以及线圈，安装在容器下部或者主体内部，从而加热该容器以烹调盛放在烹调容器中的食物。

该感应加热式烹调装置包括：关键词输入单元，用于输入烹调命令以加热/烹调或保温盛放在烹调容器中的食物；逆变器电路，与该关键词输入单元相连接，用于根据烹调命令调节施加至线圈的电流；以及微处理器，用于控制逆变器电路的操作频率。

在这种情况下，逆变器电路设计为具有作为感应器的线圈的唯一值和唯一电阻值，从而具有与交流电源的频率相同的谐振感应系数。逆变器电路的感应系数根据与该线圈相连接的磁容器的种类或者容器的偏置程度而改变。

如果烹调装置例如如图1所示的炉头包括被偏置的容器并且被加热，谐振感应系数被改变从而与在设计电路时预定的感应系数不同，导致食物可能烹调不均匀或者产生电路故障。

换句话说，如果烹调区的半径设置为预定半径D，电阻值减小，谐振却与从烹调区的中心到加热容器的放置点的中心之间的距离成比例地增大，根据上述特性的输出功率的变化将在下文中参照图2描述。在图2中，X轴为操作频率，该操作频率依赖于由容器偏置引起的谐振感应系数的变化；以及Y轴为输出功率，该输出功率也依赖由容器的偏置引起的谐振感应系数的变化。

如图2所示，逆变器操作频率与输出功率成反比。逆变器电路将操作频率从用于初始稳定驱动操作的40KHz的初始操作频率(F1)减小到的23KHz的正常操作频率(F2)，在正常操作频率，正常功率产生。如果与该容器相连接的线圈的两端的电压(即输入电压Vin)小于参考电压Vref，逆变器电路停止驱动。这被称为小负荷检测状态。如果检测到烹调负荷小于参考负荷，小负荷检测状态用于阻止该逆变器电路被操作，从而增加了电路的稳定性。

当由于初始操作频率F1转变成正常操作频率F2而产生正常功率时，如果增加D的数值，传统的逆变器电路与谐振感应系数成比例地减小逆变器操作频率，从而执行恒定输出控制功能。

当偏置程度增加且加热容器位于完全远离预定烹调区的特定点时，产生无负荷状态。在这种情况下，传统的逆变器电路将逆变器操作频率减少到20KHz的最高工作频率(F3)，如图2中的粗虚线所示。

在图2中，G1表示该加热容器位于烹调区中心的状态；G2表示加热容器偏置预定值D/2的状态；G3表示加热容器偏置预定值D的状态；以及G4表示当加热容器完全脱离通过D点的烹调区时，操作频率与输出功率的比率。因此，随着加热容器的偏置程度增加，粗虚线从G1线移向G4线。

如图3所示，随着容器从初始驱动周期T1向正常操作间隔T2移动，逆变器电路以执行能够使输出功率保持在预定等级的恒定输出控制功能的方式，根据输入电压Vin的变化减小操作频率，从而提供给容器恒定的加热源。

如果容器的偏置在T3发生，施加至该电路的输入电压Vin减小，操作频率减小，以实现恒定输出控制功能。操作频率不能减小到等于或小于由电路设计者确定的最小操作频率F3，以使逆变器的切换操作得以维持以及产生功率P3。因此，产生的功率皆高于由电路设计者确定的无负荷状态时产生的最小功率P1。

因此，如果烹调容器产生高偏置和完全偏离预定烹调区的情况时，如图3中的T4所示，提供给电路的输入信号Vin仍高于参考信号Vref，所以微处理器误认为容器仍处于烹调区中而没有检测到无负荷状态，从而继续驱动逆变器。

如图3所示的信号Vfd表示提供给微处理器的信号。如果Vfd信号设为1，继续驱动该逆变器。如果Vfd信号设为0，该逆变器停止操作。如果输入信号Vin高于参考信号(Vref)，Vfd信号为1。

然而，如图3所示，在如T4所示的正常加热周期中，虽然由于容器偏置导致容器完全偏离烹调区，但输入信号Vin仍等于或高于参考信号Vref，致使Vfd信号维持为值1。结果，微处理器没有检测出无负荷状态，以至于持续操作逆变器电路。

总之，在无负荷状态下逆变器电路被持续驱动，从而线圈被持续加热，造成电路稳定性的恶化以及不必要的能耗。

发明内容

因此，本发明鉴于上述问题提出，本发明的一个目的是提供一种逆变器电路，其使检测小负荷的参考信号(Vref)与脉冲宽度控制信号同步，从而参考信号(Vref)能变为另一个信号。

本发明的另一种目的是提供一种感应加热式烹调装置，用于确定在正常加热操作中容器偏置发生而完全偏离预定烹调区的无负荷状态存在还是不存在，如果确定存在该无负荷状态，强制中断切换操作，从而增加了电路系统的稳定性和保证了烹调装置的稳定性。

根据本发明，这些目的通过提供一种操作会因容器偏置而中断的感应加热式烹调装置来完成的，该装置包括：电源单元，用于对AC电源信号进行整流和滤波，并且将电源信号提供给感应加热式烹调装置的电路；以及逆变器单元，用于一接收到电源单元的输入信号就执行切换操作，并将电流信号传输给安置有烹调容器的线圈。

该感应加热式烹调装置还包含：恒定输出控制器，用于根据随烹调容器的偏置程度而变化的输入信号，产生脉冲宽度控制信号，以改变施加至逆变器单元的驱动脉冲的宽度，从而使该逆变器单元产生恒定输出信号；小负荷检测器，与恒定输出控制器的输出端相连接，用于在输入信号小于与脉冲宽度控制信号同步的参考信号时，确定烹调容器不存在，并产生反馈信号以中断逆变器单元的操作；以及微处理器，用于传输恒定输出控制信号到恒定输出控制器，以使逆变器单元产生恒定输出信号，且当反馈控制信号为0时，中断逆变器单元的操作。

上述感应加热式烹调装置控制用于检测小负荷的参考信号Vref，使其与恒定输出控制器产生的脉冲宽度控制信号同步。如果在正常加热操作中容器偏置产生而完全脱离烹调区，微处理器确定无负荷状态发生，从而阻止逆变器电路的操作，所以可以增加电路系统和产品的稳定性。

附图说明

在结合附图阅读下面的详细描述之后，本发明的上述目的、其它特征和优点将会变得显而易见，其中：

图1为示出传统感应加热式烹调装置的烹调区的外观；

图2为示出根据用在传统感应加热式烹调装置中的容器的偏置，各操作频率的功率等级变化的坐标图；

图3为示出在传统的感应加热烹调装置中当该容器发生偏置时逆变器电路的操作的坐标图；

图4为示出根据本发明的感应加热式烹调装置的电路图，该感应加热式烹调装置的操作由于容器偏置而被阻止；

图5为示出在根据本发明的感应加热烹调装置中容器发生偏置时逆变器电路的操作的坐标图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在这些附图中，用相同的附图标记表示相同或相似的元件，尽管它们位于不同的附图中。在以下描述中，在使本发明的主题不清楚时将会省略对公知功能和结构的详细描述。

图4为示出根据本发明的感应加热式烹调装置的电路图，该感应加热式烹调装置的操作由于容器偏置而被阻止；图5为示出在根据本发明的感应加热烹调装置中容器发生偏置时逆变器电路的操作的坐标图。下面将结合图4说明本发明的感应加热式烹调装置的电路结构。

参考图4，逆变器电路包括开关，并且一接收来自微处理器50的控制信号就接通该开关，以至于提供给线圈电源信号，由此加热位于线圈上的容器，其中，微处理器50能依据烹调命令产生控制信号，例如，烹调温度、烹调时间以及烹调方法等。

在这种情况下，盛放食物的容器作为烹调负荷，且提供给线圈电源信号，以便逆变器电路加热该烹调负荷。

并且，在如炉头那样的感应加热式烹调装置的情况下，容器安置在有线圈被缠绕的位置(即烹调区)。如果容器脱离烹调区，确定发生容器偏置。如果由于容器的高度偏置使得容器完全脱离烹调区，称为没有任何负荷的无负荷状态。

上述逆变器电路包括电源单元10和逆变器单元20。电源单元10包括：AC电源单元11，用于产生普通AC电源信号；整流器12，用于对AC电源单元11进行整流；滤波器单元13，用于对整流器12整流后的电源信号进行滤波，以及谐振电容14。

AC电源单元11可以因国家和地区的不同而不同，但是本发明使用230V、60Hz的AC电源信号为例。整流器12用整流二极管将AC电源信号整流为230V、120Hz的预定信号。滤波器单元13对接收自整流器12的整流后的电源信号进行滤波，产生直流电源信号，并且将直流电源信号输出至逆变器单元20。

逆变器单元20一接收到该直流电源信号就接通开关，将电流信号提供给线圈，从而加热容器。

为了稳定地操作电源单元10和逆变器单元20，输入信号检测器60、恒定输出控制器30、小负荷检测器40、脉冲发生器70以及开关驱动器80互相连接。

输入信号检测器60直接地连接到AC电源单元的正(+)和负(-)端上，以便检测电流等级和输入频率。结果，虽然AC电源信号由于噪声或输入电源信号不稳定而波动，输入信号检测器60避免了逆变器电路损坏。

恒定输出控制器30包括差分放大器，其负(-)端接收由输入信号检测器60检测到的输入信号，正(+)端接收来自微处理器50的用于输出控制功能的恒定输出控制信号。恒定输出控制器30产生脉冲宽度控制信号Vc，用于根据差分分量控制驱动脉冲宽度以补偿输出功率。

脉冲发生器70一接收到来自恒定输出控制器30的脉冲宽度控制信号就驱动晶体管，且调整振荡器(OSC)的电阻，以便改变驱动脉冲的宽度以及振荡器(OSC)输出该驱动脉冲。

如果减小驱动脉冲的宽度，也就是，如果以高操作频率执行切换操作，则输出功率减小。如果增加驱动脉冲的宽度，也就是，如果以低操作频率执行切换操作，则逆变器电路的输出功率增加，从而提供给容器大量的热。

如果由输入信号检测器60检测到的输入信号Vin高于由微处理器50产生的恒定输出控制信号(即参考值)，脉冲发生器70产生脉冲宽度被脉冲宽度控制信号(Vc)减小的第一驱动脉冲，由此减小了输出功率。另外，如果输入信号Vin小于参考控制信号，脉冲发生器70产生脉冲宽度增加了的第二驱动脉冲，由此增加了输出功率。

这样，脉冲宽度控制器驱动的脉冲被提供给逆变器单元20包含的开关的栅极，接通了开关，进而提供给线圈预定电流，从而根据本发明的烹调装置可以维持预定的输出功率，而与输入信号的变化无关。

此外，该感应加热式烹调装置还包括小负荷检测器40，用于确定烹调负荷是否小于参考负荷，且当烹调负荷小于参考负荷时，阻止逆变器单元20被驱动。

小负荷检测器40包括差分放大器，其正(+)端接收由输入信号检测器60检测到的输入信号Vin，负(-)端接收用于确定烹调负荷是否是小负荷的参考信号Vref。提供到上述正(+)端和负(-)端的差分分量是用于阻止或维持切换操的反馈信号，且被提供给微处理器50。

在此情况下，即小负荷参考信号Vref与设计者确定的Vcc值不相等时，由恒定输出控制器30产生的脉冲宽度控制信号Vc被小负荷检测器40接收，从而其随检测到的输入信号Vin而变化。

参考小负荷检测器40的电路结构，接收小负荷参考信号Vref的负(-)端与电阻器R2和电容器并联，且经由电阻器R1和二极管D1从恒定输出控制器30接收脉冲宽度控制信号Vc。

换句话说，在负(-)端接收的小负荷参考信号Vref由以下等式表示：

Vref＝(Vc—V_d1)×R2÷(R1+R2)

在上述等式中，V_d1是施加至二极管D1的电压。电路设计者可通过控制R1和R2的值，来使用于确定小负荷存在或不存在的参考信号与脉冲宽度控制信号Vc同步。

因此，小负荷检测器40能在初始操作期间确定无负荷状态的存在或不存在。并且，尽管在输出功率已被设置到高功率等级后的正常加热操作中，烹调容器发生偏置使得容器完全脱离预定烹调区，小负荷检测器40仍能确定无负荷状态发生，从而微处理器50可以阻止逆变器单元20被操作。

更详细地，如果在正常的加热操作中容器发生偏置，输入信号检测器60检测到的输入信号Vin减小，由线圈所引起的谐振感应系数改变，所以恒定输出控制器30加宽了能够加宽驱动脉冲宽度的脉冲宽度控制信号Vc以补偿输出功率。

这样，脉冲宽度控制信号Vc越高，小负荷参考信号Vref也就越高。虽然在正常的加热操作中容器偏置发生，小负荷检测器40也能确定小负荷状态(即无负荷状态)存在还是不存在，从而其将用于阻止逆变器单元20操作控制信号输出至微处理器50。

结果，本发明能解决传统技术存在的上述问题，传统技术不能在正常加热操作期间检测无负荷状态，以至于始终维持逆变器电路的驱动。

下面结合图5描述在容器偏置发生时感应加热烹调装置中的逆变器电路的操作。为了方便描述和更好地理解本发明，将图5的坐标图与图3的坐标图对照描述。

在图5中，在初始驱动周期T1′期间，操作频率连续减小，从而输出功率增加。输出功率等级越高，施加至电路的输入信号Vin也就越高。如果输出功率到达恒定输出等级，输入信号Vin就进入正常操作周期T2′，从而产生预定功率等级，进而给感应加热烹调装置提供了恒定的热源。

在这种情况下，在烹调容器的偏置发生的偏置周期T3′期间，电路接收到的输入信号Vin持续地减小，同时用于恒定输出控制功能的操作频率也减小，从而操作频率保持了由电路设计者确定的最低操作频率。

与传统技术不同，本发明控制参考信号Vref使其与恒定输出控制器产生的脉冲宽度控制信号同步，从而在偏置周期T3′期间如果脉冲宽度控制信号增加，参考信号Vref也增加。

如果容器的偏置程度增加导致容器完全脱离烹调区，如T4′所示，参考信号也增加了，从而输入信号Vin小于参考信号Vref。结果，小负荷检测器检测到无负荷状态，且小负荷检测器的输出信号Vfd变成零，从而微处理器可以阻止逆变器单元被操作。

从上述描述中显而易见，操作可因容器偏置而被阻止的上述感应加热式烹调装置，控制用于检测小负荷状态的参考信号Vref，使其与恒定输出控制器产生的脉冲宽度控制信号同步。如果在正常加热操作中容器偏置发生并且完全脱离烹调区，微处理器确定无负荷状态发生，从而可以阻止逆变器电路的操作。

因此，根据本发明的感应加热式烹调装置能解决传统技术中当容器脱离烹调区时还持续加热烹调区的问题，从而既能加强逆变器电路系统的稳定性又能加强其所制造的产品的稳定性，能避免由用户的错误操作所引起的不希望的事故发生，而且也能避免不必要的能耗发生。

尽管为说明目的，已经公开本发明的优选实施例，本领域的技术人员在不脱离所附的权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下可以预见各种修改、增加和替换。

Claims (8)

1、一种感应加热式烹调装置，其操作由于容器偏置而中断，该装置包括：

电源单元，用于对AC电源信号进行整流和滤波，并且将电源信号提供给感应加热式烹调装置的电路；

逆变器单元，用于一接收到电源单元的输入信号就执行切换操作，并将电流信号传输给安置有烹调容器的线圈；

恒定输出控制器，用于根据随烹调容器的偏置程度而变化的输入信号，产生脉冲宽度控制信号，以改变施加至逆变器单元的驱动脉冲的宽度，从而使该逆变器单元产生恒定输出信号；

小负荷检测器，与恒定输出控制器的输出端相连接，用于在输入信号小于与脉冲宽度控制信号同步的参考信号时，确定烹调容器不存在，并产生反馈信号以中断逆变器单元的操作；以及

微处理器，用于传输恒定输出控制信号到恒定输出控制器，以使逆变器单元产生恒定输出信号，且当反馈控制信号为0时，中断逆变器单元的操作。

2、根据权利要求1所述的装置，其中，该电源单元包括：

AC电源单元，用于将AC电源信号提供给感应加热式烹调装置；

整流器，用于对接收自AC电源单元的AC电源信号进行整流；以及

滤波器，用于对接收自整流器的整流后的电源信号进行滤波，以及将滤波后的AC电源信号作为输入信号传输给该电路。

3、根据权利要求1所述的装置，其中，该恒定输出控制器产生脉冲宽度控制信号，该脉冲宽度控制信号在输入信号高于参考恒定输出控制信号时减小驱动脉冲的宽度，而在输入信号等于或小于参考恒定输出控制信号时增加驱动脉冲的宽度。

4、根据权利要求3所述的装置，还包括：

脉冲发生器，用于一接收到来自恒定输出控制器的脉冲宽度控制信号就操作晶体管，调节振荡器的电阻以改变驱动脉冲的宽度，以及产生驱动脉冲。

5、根据权利要求4所述的装置，其中，还包括：

开关驱动器，用于将产生自脉冲发生器的驱动脉冲传输至逆变器单元包含的开关的栅极，从而接通开关。

6、根据权利要求1所述的装置，还包括：

输入信号检测器，与电源单元相连接，用于检测随烹调负荷变化的输入信号。

7、根据权利要求6所述的装置，其中，小负荷检测器包括差分放大器，恒定输出控制器产生的脉冲宽度控制信号除以电阻率后的除得结果施加至其负(-)端，输入信号检测器检测到的输入信号施加至其正(+)端。

8、根据权利要求6所述的装置，其中，该恒定输出控制器包括差分放大器，输入信号检测器检测到的输入信号施加至其负(-)端上，微处理器产生的恒定输出控制信号施加至其正(+)端。

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