CN105230120A - 感应加热炉灶面 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应加热炉灶面(1)，包括具有感应线圈(4)和与感应线圈(4)并联连接的谐振电容器(5)的谐振电路(6)，驱动谐振电路(6)的电源开关(7)，例如IGBT，与电源开关(7)并联连接的续流二极管(8)，在电源开关(7)的不导电(接通)时间期间在其上产生谐振电压(Vce)的集电极节点(9)，向电源开关(7)提供驱动的驱动电路(10)，以及通过控制驱动电路(10)调整电源开关(7)操作的控制单元(11)，其中在可变主电压和温度条件下，确定放置在感应线圈(4)上的容器(K)的存在以及其适当的位置。

Description

感应加热炉灶面
技术领域
本发明涉及一种感应加热炉灶面，其中检测放置在其上的容器是否处于适当的加热位置。
背景技术
感应加热炉灶面利用感应线圈产生的磁场效应，根据加热铸铁或者钢类的铁磁炊具(例如锅)的原理来运行。为了驱动产生磁场的感应线圈，大量的电流经过电路板上的电源开关(IGBT绝缘栅双极晶体管、二极管或者MOSFET)。在现有技术中，通过使用两个电源开关和两个谐振电容器形成的半桥串联谐振(HBSR)电路，以及由一个电源开关和一个谐振电容器形成的单开关准谐振(SSQR)电路，其用于驱动单个感应线圈。由于成本的优势，单开关准谐振电路(SSQR)是优选的；然而，它们在较窄的能量频率范围中运行，并且仅仅在特定的电压和功率范围内向炊具传送功率。在其中使用单开关准谐振电路(SSQR)的感应加热炉灶面中，在检测不同种类炊具以及炉灶面燃烧器上炊具的位置发生变化时会遇到问题。而且，在主电压波动以及不同温度条件下检测炊具的位置困难会增大。在一些感应加热炉灶面中，使用多线圈-多区域结构，可以在整个炉灶面表面维持加热，并为使用者提供了便利。在这种类型的感应加热炉灶面中，多种形状和尺寸的感应线圈位于炉灶面表面。在可变主电压下，依据功率设置以及可变温度条件下的输入电压，检测炊具位置以及还有性能特征比如直径、类型和功率传送到炊具过程中铁磁特性对于其中使用多线圈还有单开关准谐振电路(SSQR)的产品是相当关键的。如果炊具从炉灶面的滑动或者抬起不能被正确检测到，则炊具将不能被有效地加热，并且会损坏控制感应线圈的电路。
欧洲专利申请No.EP2282606涉及一种感应装置控制方法。通过比较谐振电压和控制单元中预定的固定参考电压，检测感应线圈上容器存在与否、及其电阻率和尺寸。
在欧洲专利申请No.EP1629698中，阐述了包括功率逆变器、微处理器、保护电路和平底锅检测电路的感应烹饪系统。
在日本专利申请No.JP4371108中，阐述了包括炊具检测电路的感应加热烹饪装置。
在日本专利申请No.JP2011023163中，阐述了一种米饭蒸煮机，其中，在不稳定电源电压条件下，检测感应加热器上的平底锅存在与否或者平底锅是否位于希望的位置。
在日本专利申请No.JP2007066837中，阐述了一种米饭蒸煮机，其中，在电源电压条件波动下，检测感应加热器上厨房用具例如调羹、刀具的存在。
发明内容
本发明的目的就是实现一种感应加热炉灶面，其中在可变主输入电压和温度条件下精确地检测放置在感应线圈上容器的位置。
为了获得在第一个权利要求中和其各自权利要求解释的本发明的目的，实现的感应加热炉灶面包括将交流主电流转换为直流电流的桥整流器、具有感应线圈和谐振电容器的谐振电路、驱动谐振电路的电源开关，例如IGBT、和电源开关并联连接并在电源开关的不导电时间提供连续感应线圈电流的续流二极管、在其上产生谐振电压的集电极节点，以及电流检测电路，其与电源开关以及续流二极管串联连接并提供开关电流通过电源开关和续流二极管，该开关电流通过将其转化成电压数据而被监控。
电流检测电路是由和电源开关和续流二极管串联连接的电流检测电阻构成，或者由和续流二极管串联连接的电流互感器和与电流互感器的次级侧并联连接的电流检测电阻构成。
通过比较二极管导电时间和在其存储器记录的阈值二极管导电时间，其中由电流检测电路检测并转化成电压信号的开关电流流过续流二极管，控制单元确定容器是否在感应线圈上存在或者感应线圈上的容器对准是否适当。
在本发明的实施例中，和电流检测电阻的端子并联连接的比较器产生周期等于二极管导电时间的方波输出信号，其通过检测开关电流流过续流二极管和电源开关的时间。
如果等于比较器输出信号的二极管导电时间的周期大于在其存储器记录的阈值输出信号周期，控制单元则确定感应线圈上容器不存在，或者容器已经从感应线圈滑动到超过了被允许的范围，并且中断感应线圈电流。
在本发明的感应加热炉灶面中，在AC主输入电压变化的不利条件下在整个加热过程中可靠地检测容器是否存在于感应线圈上以及感应线圈上的对准位置。
附图说明
在附图中描述为了获得本发明的目的实现的感应加热炉灶面，其中：
图1是感应加热炉灶面的控制电路的示意图。
图2是本发明的实施例中的感应加热炉灶面的控制电路的示意图。
图3是示出流过电源开关和续流二极管的开关电流和感应加热炉灶面的控制电路中的电源开关上产生的电压随时间变化的图形。
图4是示出感应加热炉灶面的控制电路中使用的比较器的输出信号的图形。
在图中示出的元件用下述附图标记标示：
1.感应加热炉灶面
2.桥整流器
3.滤波电路
4.感应线圈
5.谐振电容器
6.谐振电路
7.电源开关
8.续流二极管
9.集电极节点
10.驱动电路
11.控制单元
12.电流检测电路
13.电流检测电阻
14.电流互感器
15.比较器。
具体实施方式
感应加热炉灶面(1)包括将从主线接收到的交流电流转换成直流电流的桥整流器(2)、设置在桥整流器(2)的出口处包括DC线电感器和DC线电容器的高频滤波电路(3)，其通过对DC线上产生的电压滤波在特定的频率范围内传送DC电压、谐振电路(6)，其具有对放置在其上的容器(K)提供加热的感应线圈(4)和与感应线圈(4)并联连接的谐振电容器(5)、驱动谐振电路(6)的具有集电极和发射极的电源开关(7)，例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)，在关断位置其是导电状态，在关断时间期间为谐振电容器(5)充电，在接通位置中断导电，在不导电时间使谐振电容器(5)放电，并从感应线圈(4)传送能量到容器(K)、和电源开关(7)并联连接的续流二极管(8)，在电源开关(7)的不导电(接通)时间，并在谐振电路(6)中提供连续的感应线圈(4)电流(IL)(下文中将称为“线圈电流(IL)”)、集电极节点(9)，其上的谐振电压(Vce)或者换句话说电源开关(7)的集电极-发射极电压产生在电源开关(7)的不导电(接通)时间期间、驱动电路(10)，其以所需水平的驱动电压驱动电源开关(7)，和控制单元(11)，比如微处理器，其通过控制驱动电路(10)调节电源开关(7)的操作。
在感应加热炉灶面(1)中实施的加热工艺中，其中电源开关(7)在关断位置的导通时间是由用户设置的功率尺度所确定的。其中电源开关(7)在接通位置的不导电时间是由依赖于放置在感应线圈(4)上的容器(K)的特性特征的控制单元(11)、感应线圈(4)上容器(K)的对准、AC主电压条件和容器(K)的温度确定的。谐振电容器(5)首先被充电，然后在电源开关不导电的时间期间放电，并且线圈电流(IL)通过续流二极管(8)，同时谐振电容器(5)放电。在集电极节点(9)处产生谐振电压(Vce)，并把能量从感应线圈(4)传送到容器(K)。在谐振电压(Vce)最低水平时，电源开关(7)从接通位置变换到关断位置，换句话说，从不导电状态到导电状态，在导通时间期间，同时电源开关(7)在关断位置时，能量存储在感应线圈(4)中。
本发明的感应加热炉灶面(1)包括和电源开关(7)以及续流二极管(8)串联连接的电流检测电路(12)，在不导电时间其将流过电源开关(7)和续流二极管(7)的开关电流(IS)转化成电压数据，其中电源开关(7)在接通位置，并将能量从感应线圈(4)传送到容器(K)，由此提供对开关电流(IS)的监控，并还包括控制单元(11)，其通过监控转化成电压数据以及从电流检测电路(12)接收到的开关电流(IS)计算流过续流二极管(8)的开关电流(IS)的二极管导电时间(Td)，并比较二极管导电时间(Td)和在其存储器记录的阈值二极管导电时间(Td阈值)，由此确定容器(K)是否存在于感应线圈(4)上或者感应线圈(4)上的容器(K)对准是否适当。
控制单元(11)检测通过电源开关(7)和续流二极管(8)的开关电流(IS)，开关电流(IS)借助于电流检测电路(12)转换成电压数据，并通过监控开关电流(IS)计算在电源开关(7)的不导电时间开关电流(IS)流过续流二极管(8)的二极管导电时间(Td)。根据二极管导电时间(Td)，控制单元(11)确定容器(K)是否存在于感应线圈(4)上，并且如果容器(K)存在于感应线圈(4)上，确定容器(K)是否在合适的位置，换句话说，容器(K)是否和感应线圈对准。
二极管导电时间(Td)依赖于谐振电容器(5)的放电时间。谐振电容器(5)放电时间根据放置在感应线圈(4)上的容器(K)的位置而变化。例如，当容器(K)从感应线圈(4)上的其对准位置移动时，感应线圈(4)的电阻变小，并且通过快速放电使谐振电容器(5)短路。谐振电容器(5)的快速放电增加了二极管导电时间(Td)，并且控制单元(11)判断容器(K)没在感应线圈(4)上(容器(K)被抬起)或者容器(K)没有和感应线圈(4)对准(容器(K)滑动出了允许范围)并中断向感应线圈(4)的电流传送。
在本发明的实施例中，电流检测电路(12)包括和电源开关(7)和续流二极管(8)串联连接并将开关电流(IS)转换成电压数据的电流检测电阻(13)(图1)。控制单元(11)从电流检测电阻(13)的端子接收限定开关电流(IS)的电压数据。
在本发明的另一个实施例中，电流检测电路(12)包括和电源开关(7)以及续流二极管(8)串联连接并将开关电流(IS)降低到可以被控制单元(11)检测到的水平的电流互感器(14)，并还包括与电流互感器(14)的次级侧并联连接的电流检测电阻(13)(图2)。
在本发明的另一个实施例中，感应加热炉灶面(1)包括和电流检测电阻(13)并联连接的比较器(15)，其通过检测开关电流(IS)流过续流二极管(8)和电源开关(7)的时间(Td)产生方波输出信号(S1)，并由此提供对开关电流(IS)的容易的监控。
在感应线圈(4)向容器(K)传送能量时的电源开关(7)的不导电(接通)时间，比较器(15)产生具有低电源电压(Vcc)大小(例如5V)和在开关电流(IS)流过续流二极管(8)等于二极管导电时间(Td)的点之间的时间周期的方波输出信号(S1)(图3)。
如果比较器(15)的输出信号(S1)时间(Td)大于记录在其存储器中的阈值信号时间(Td阈值)(Td＞Td阈值)，则控制单元(11)确定容器(K)不在感应线圈(4)上存在或者容器(K)没有和感应线圈(4)恰当对准，换句话说，容器(K)“滑动”或者“抬起”，并中断感应线圈(4)的电流。
借助于本发明，感应加热炉灶面(1)称为“灵活区”或者“多区”，具有多于一个感应线圈(4)，每一个都由单个的电源开关(7)驱动，确定感应线圈(4)上容器(K)的存在或者不存在，以及容器(K)是否在适当的位置，并且在可变主电压和温度条件下，能量以安全的方式传送到容器(K)。保护电源开关(7)和其他电子电路元件免受损坏。
应当理解的是，本发明不限于上述公开的实施例，本领域技术人员可以容易地引入不同的实施例。这些应当被认为落在本发明的权利要求限定出的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种感应加热炉灶面(1)，其包括将交流电流转化成直流电流的桥整流器(2)；设置在桥整流器(2)的出口处的滤波电路(3)；谐振电路(6)，其具有对放置在其上的容器(K)提供加热的感应线圈(4)和与感应线圈(4)并联连接的谐振电容器(5)；驱动谐振电路(6)的电源开关(7)；续流二极管(8)，其与电源开关(7)并联连接并在电源开关(7)的不导电时间期间提供谐振电路(6)中的感应线圈(4)电流的连续性；在其上产生谐振电压(Vce)的集电极节点(9)；和调整电源开关(7)操作的控制单元(11)，其特征在于，
-电流检测电路(12)，其与电源开关(7)和续流二极管(8)串联连接，其将经过电源开关(7)和续流二极管(8)的开关电流(IS)转化成电压数据，并由此提供对开关电流(IS)的监控，以及
-控制单元(11)，其通过监控开关电流(IS)计算经过续流二极管(8)的开关电流(IS)的二极管导电时间(Td)，并比较二极管导电时间(Td)与在其存储器中记录的阈值二极管导电时间(Td阈值)，由此确定容器(K)是否在感应线圈(4)上存在或者感应线圈(4)上的容器(K)的对准是否合适。
2.如权利要求1所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于，电流检测电路(12)包括电流检测电阻(13)，其与电源开关(7)和续流二极管(8)串联连接并将开关电流(IS)转换成电压数据。
3.如权利要求1所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于，电流检测电路(12)包括电流互感器(14)，其与电源开关(7)和续流二极管(8)串联连接，并减小开关电流(IS)，并且电流检测电阻(13)与电流互感器(14)并联连接。
4.如前述权利要求任一项所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于，比较器(15)与电流检测电阻(13)并联连接，并通过检测开关电流(IS)经过续流二极管(8)和电源开关(7)的时间(Td)产生方波输出信号(S1)。
5.如权利要求4所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于，比较器(15)产生周期等于二极管导电时间(Td)的方波输出信号(S1)。
6.如权利要求5所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于，如果比较器(15)的输出信号(S1)的时间(Td)大于在其存储器中记录的阈值信号时间(Td阈值)，控制单元(11)确定容器(K)不在感应线圈(4)上存在或者容器(K)没有恰当地在感应线圈(4)上对准，并且中断感应线圈(4)的电流。
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