CN105451384A - 感应加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及感应加热系统。本发明涉及一种具有带有可调整容量的电容器布置的感应加热系统。这考虑到根据期望的功率水平来调整电容器布置的容量。

Description

感应加热系统

技术领域

本发明涉及感应加热系统，其包括电驱动装置、电感器线圈和电容器布置（arrangement）。该电感器线圈和电容器布置形成电感器电路，并且该电驱动装置被配置成驱动感应电路。

背景技术

已知的感应加热系统通常被采用来例如在感应烹饪领域中使厨房用具变热。热量的传递常常通过由电感器线圈生成变化的电磁场来实现，其中电磁场在厨房用具中感应出涡电流，然后该涡电流把厨房用具加热。

为了控制烹饪过程，期望改变从感应加热系统传递到厨房用具的功率。通常，这通过调整电驱动装置用其驱动感应电路的操作频率来完成。在大多数情况下，当感应电路的谐振频率被用作操作频率时功率传递被最大化。可以通过使用较高操作频率来实施较低功率水平。

为了得到高的最大可传递功率，通常使用具有带有高容量的电容器的电容器布置。然而，这导致一些问题，因为低功率下的操作导致在驱动装置处的高切换电压以及长脉冲功率循环。这可以限制感应加热系统在低功率水平下的可操作性并且因此引起升高的最小连续功率。此外，当同时操作多个烹饪区域时，频率差可能创建干扰噪声。

发明内容

因此，本发明的目的是创建一种能够容易地以低功率和以高功率两者操作的感应加热系统。

根据本发明，这通过根据权利要求1的感应加热系统来解决。本发明的有利的和优选配置是其它权利要求的主题并且将在下面更详细地解释。通过显式引用将权利要求的措辞并入到描述的内容中。

本发明涉及一种感应加热系统，其包括：

-电驱动装置，

-电感器线圈，以及

-包括至少两个电容器的电容器布置，

-其中该电感器线圈和电容器布置形成感应电路，并且

-其中该电驱动装置被配置成驱动感应电路。

根据本发明，电容器布置具有可调整的容量。利用根据本发明的感应加热系统，根据期望功率来调整容量是可能的。例如，如果厨房用具需要高功率传递，则可以使用高容量。如果期望低功率传递，则可以使用低容量。因此，通过剧烈地增加低于谐振频率的操作频率来设置低功率水平的需求被缓解。这考虑到较低最小连续功率，而同时为高的最大功率提供电势。

根据优选实施例，电容器布置的容量是可切换的。这考虑到使用简单且可靠的开关以便调整容量。

根据实施例，感应电路被形成为单端并联谐振电路。在这样的单端并联谐振电路中，电容器布置的可调整容量可以例如以下面三种方式来实施。

根据实施例，该电容器布置包括第一电容器、第二电容器和开关，其中第二电容器与开关串联连接以形成与第一电容器并联布置的线路。当开关被打开时，电容器布置的容量由第一电容器的容量来限定。当开关被闭合时，电容器布置的容量由第一电容器的容量加上第二电容器的容量的和来限定。

根据优选实施例，电容器布置包括第一电容器、第二电容器、第一开关和第二开关。该第一电容器与第一开关串联连接以形成第一线路，且第二电容器与第二开关串联连接以形成第二线路，其中第一线路和第二线路是并联布置的。当仅第一开关被闭合时，电容器布置的容量由第一电容器的容量来限定。当仅第二开关被闭合时，电容器布置的容量由第二电容器的容量来限定。当两个开关都闭合时，电容器布置的容量由第一电容器的容量加上第二电容器的容量的和来限定。在该实施例中，可以优选的是第一电容器和第二电容器具有不同的容量。于是将电容器布置的容量切换到三个不同的容量是可能的。

根据更多实施例，电容器布置包括串联布置的第一电容器和第二电容器，其中开关并联连接到电容器之一（例如第二电容器），以便当闭合时分别对此电容器或第二电容器加分路（bypass）。当开关被打开时，第一电容器和第二电容器被串联驱动，以使得该电容器布置的容量低于电容器的最低容量。当开关被闭合时，具有并联开关的电容器被加分路并且该电容器布置的容量由另一电容器的容量给出。

优选地，具有单端并联谐振电路的感应加热系统的电驱动装置包括与感应电路串联连接的晶体管。这考虑到感应电路的可靠且简单驱动。

根据作为对单端谐振电路的替换的实施例，感应电路被配置为串联谐振半桥电路。利用这样的串联谐振半桥电路，例如可以以以下两种方式来实施电容器布置的可调整容量。

根据第一实施例，电容器布置包括第一电容器、第二电容器、第三电容器和第四电容器。第一电容器和第二电容器串联布置以形成第一线路。第三电容器和第四电容器串联布置以形成第二线路。第一线路和第二线路并联布置，并且开关被布置在第一线路和第二线路之间。

优选地，开关的第一端子与第一电容器的端子和第二电容器的端子连接。进一步优选地，开关的第二端子与第三电容器的端子和第四电容器的端子连接。

根据第二实施例，电容器布置包括第一电容器和第二电容器。第一电容器和第二电容器串联布置，并且开关与第二电容器串联布置以便当打开时使第二电容器停用。

在两个实施例实现串联谐振半桥电路的电容器布置中的可调整容量的情况下，可以通过打开或闭合开关来调整电容器布置的容量，由此选择哪些电容器参与形成电容器布置的容量。

优选地，具有串联谐振半桥电路的感应加热系统的电驱动装置包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管和第二晶体管串联布置，并且感应电路的感应线圈的端子与第一晶体管的端子和第二晶体管的端子连接。这考虑到感应加热系统的感应电路的可靠且容易驱动。

开关、第一开关和/或第二开关优选是继电器、TRIAC、IGBT或MOSFET。这种类型的开关已经被证明对于这种应用来说是适当且可靠的。

根据更多实施例，感应加热系统还包括被配置成设置电容器布置的容量的控制单元。

进一步优选地，如果感应加热系统以低功率操作则该控制单元被配置成将容量设置为低值，并且如果感应加热系统以高功率操作则该控制单元被配置成将容量设置为高值。例如，如果功率小于感应加热系统的最大功率的35%，则可以假设为低功率。作为更多示例，如果感应加热系统以大于感应加热系统的最大功率的60%的功率操作，则可以假设为高功率。利用这样的控制单元，根据当前需要的感应加热系统的功率来自动调整电容器布置的容量是可能的。

此外可以在权利要求和描述以及附图中找到这些和其它特征。各个特征可以被单个地实施或者以本发明实施例中以及其它领域中的子组合的形式几个一起来实施，并且可以表示这里所要求保护的有利且可保护的实施例。将本申请分成子标题和各个章节不会约束以其普遍适应性在其中作出的评论。

附图说明

根据参考附图的几个实施例的以下描述，本发明的更多特征和优点将是显而易见的。图形示出以下内容：

图1示出根据第一实施例的感应加热系统；

图2示出根据第二实施例的感应加热系统；

图3示出根据第三实施例的感应加热系统；

图4示出根据第四实施例的感应加热系统；以及

图5示出根据第五实施例的感应加热系统。

根据第一到第三实施例的感应加热系统包括单端并联谐振电路，相应的电容器布置不同。根据第四和第五实施例的感应加热系统包括串联谐振半桥电路，相应的电容器布置不同。

具体实施方式

图1示出根据第一实施例的感应加热系统。该感应加热系统包括感应电路I，其被形成为单端并联谐振电路。感应电路I包括电容器布置C和电感器线圈L。该电容器布置C和电感器线圈L彼此并联布置。感应线圈L在感应烹饪领域中被相应地用于加热厨房用具或壶，并且以传统方式被构建为传统感应加热线圈。

此外，感应加热系统包括由晶体管T形成的驱动装置，该晶体管T与感应电路I串联布置。使用晶体管T，以某频率来驱动感应电路I是可能的。根据频率，电感器线圈L可以将能量的某个量传递给位于其上的厨房用具。

与晶体管T相对地，感应电路I被连接到正供应电压。与感应电路I相对地，晶体管T被连接到地GND。

电容器布置C包括第一电容器C1和第二电容器C2。电容器布置C还包括与第二电容器C2串联布置以形成线路的开关K。该线路与第一电容器C1并联布置。如果开关K被闭合，则电容器布置C的容量被给出为第一电容器C1的容量和第二电容器C2的容量的和。如果开关K被打开，电容器布置C的容量被给出为第一电容器C1的容量。因此，通过闭合或打开开关K来调整电容器布置C的容量是可能的。

为了控制开关K，感应加热系统包括控制单元CU，其被配置成根据实际预期的电功率量来设置开关K。如果所预期的功率为低，则控制单元CU打开开关K以便具有电容器布置C的较低容量。如果所预期的功率为高，则控制单元CU闭合开关K以便具有电容器布置C的较高容量。这考虑到对电容器布置C的容量的优选的调整以便使尤其在晶体管T处出现的电流最小化。

图2示出根据第二实施例的感应加热系统。根据第二实施例的感应加热系统与根据第一实施例的感应加热系统类似。因此，仅讨论差异。

根据第二实施例的感应加热系统的电容器布置C不仅包括开关K，而且还包括第一开关K1和第二开关K2。第一开关K1与第一电容器C1串联连接以便形成第一线路。第二开关K2与第二电容器C2串联连接以便形成第二线路。第一线路和第二线路彼此并联连接。此外，第一电容器C1的容量小于第二电容器C2的容量。

控制单元CU被配置成为了控制第一开关K1和第二开关K2两者的目的。如果期望功率为低，则控制单元CU仅闭合第一开关K1而使第二开关K2处于打开，以使得电容器布置C的容量由第一电容器C1的容量来限定。如果期望功率为中等，则控制单元CU仅闭合第二开关K2而使第一开关K1处于打开，以使得电容器布置C的容量由第二电容器C2的容量来给出，该第二电容器C2的容量比第一电容器C1的容量更高。如果期望功率为高，则控制单元CU闭合第一开关K1和第二开关K2两者，以使得电容器布置C的容量由第一电容器C1的容量和第二电容器C2的容量的和来给出。这考虑到对电容器布置C的容量的更精确调整。

图3示出根据第三实施例的感应加热系统。如在根据第一和第二实施例的感应加热系统中那样，根据第三实施例的感应加热系统包括单端并联谐振电路I。下面仅讨论差异。

根据第三实施例的感应加热系统的电容器布置C包括串联连接的第一电容器C1和第二电容器C2。存在被布置成与第二电容器C2并联的开关K，如果被闭合则开关K可以被用来对第二电容器C2加分路。

如果期望功率为低，则控制单元C使开关K闭合以使得电容器布置的容量小于第一电容器C1的容量和第二电容器C2的容量中的最小的。如果期望功率为高，则控制单元CU使开关K打开以使得电容器布置C的容量由第一电容器C1的容量给出。

另外，根据第三实施例的感应加热系统类似于根据第一和第二实施例的感应加热系统。

图4示出根据第四实施例的感应加热系统。与根据第一、第二和第三实施例的感应加热系统相对比，根据第四实施例的感应加热系统包括被形成为串联谐振半桥电路的感应电路I。

驱动装置包括在正电压供应和地GND之间串联连接的第一晶体管T1和第二晶体管T2。在第一晶体管T1和第二晶体管T2之间，感应线圈L与第一极（pole）连接。电感器线圈L的第二极连接到具有第一对电容器和第二对电容器的电容器布置C。第一对的电容器串联连接，从而形成第一线路。第二对的电容器也串联连接，从而形成第二线路。第一线路和第二线路彼此并联连接。在第一线路和第二线路之间，连接开关K并且该开关K是由控制单元CU可控制的。如果期望功率为高，则控制单元使开关K闭合以使得电容器布置C的容量被给出为所有电容器C1、C2的和。如果期望功率为低，则控制单元CU使开关K打开以使得电容器布置C的容量被给出为仅第一对电容器的电容器C1的和。这考虑到根据期望功率水平来调整电容器布置C的容量。

图5示出根据第五实施例的感应加热系统。类似于根据第四实施例的感应加热系统，根据第五实施例的感应加热系统包括作为感应电路I的串联谐振半桥电路。然而，与根据第四实施例的感应加热系统相对比，根据第五实施例的感应加热系统的电容器布置C包括彼此串联连接的第一电容器C1和第二电容器C2，其中开关K与第二电容器C2串联连接。

当预期功率为高时，控制单元CU使开关K闭合以使得电容器布置C的容量由第一电容器C1的容量和第二电容器C2的容量的和给出。如果预期功率为低，则控制单元CU使开关K打开以使得电容器布置C的容量仅由第一电容器C1的容量给出。这还考虑到电容器布置C的容量的切换以及根据预期功率水平的调整。

申请人已经作为示例测试了根据第一实施例的感应加热系统，其中第一电容器和第二电容器每个的相应容量具有160nF的值，并且已经测得以下数据：

开关K：	闭合	打开
			电容器布置的容量：	320nF	160nF
最大功率：	2300W	1400W
			最小连续功率：	1200W	700W
在1400W的晶体管开关电压：	72V	0V
			循环时间：	7.5sec	3.5sec

该测试示出通过切换处于打开状态的开关K，最小连续功率可以被显著降低并且在中等功率水平处的切换电压可以被显著减小。这不仅考虑到当在不同功率水平下烹饪时的更大灵活性，而且还考虑到负载对晶体管以及其它部件的减小的破坏性。

Claims (16)

1.一种感应加热系统，包括：

-电驱动装置（T、T1、T2），

-电感器线圈（L），以及

-包括至少两个电容器（C1、C2）的电容器布置（C），

-其中所述电感器线圈（L）和电容器布置（C）形成感应电路（I），并且

-其中所述电驱动装置（T、T1、T2）被配置成驱动感应电路（I），

-其中所述电容器布置（C）具有可调整的容量。

2.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述电容器布置（C）的容量是可切换的。

3.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述感应电路（I）被形成为单端并联谐振电路。

4.根据权利要求3所述的感应加热系统，其中所述电容器布置（C）包括第一电容器（C1）、第二电容器（C2）和开关（K），其中第二电容器（C2）与开关（K）串联连接以形成与第一电容器（C1）并联布置的线路。

5.根据权利要求3所述感应加热系统，其中所述电容器布置（C）包括第一电容器（C1）、第二电容器（C2）、第一开关（K1）和第二开关（K2），其中第一电容器（C1）与第一开关（K1）串联连接以形成第一线路，其中第二电容器（C2）与第二开关（K2）串联连接以形成第二线路，并且其中第一线路和第二线路是并联布置的。

6.根据权利要求3所述的感应加热系统，其中所述电容器布置（C）包括串联布置的第一电容器（C1）和第二电容器（C2），其中开关（K）并联连接到第二电容器（C2），以便当被闭合时对第二电容器（C2）加分路。

7.根据权利要求3所述的感应加热系统，其中所述电驱动装置（T、T1、T2）包括与所述感应电路（I）串联连接的晶体管（T）。

8.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述感应电路（I）被配置为串联谐振半桥电路。

9.根据权利要求8所述的感应加热系统，其中所述电容器布置（C）包括第一电容器（C1/2）、第二电容器（C1/2）、第三电容器（C2/2）和第四电容器（C2/2），

-其中第一电容器（C1/2）和第二电容器（C1/2）串联布置以形成第一线路，

-其中第三电容器（C2/2）和第四电容器（C2/2）串联布置以形成第二线路，

-其中第一线路和第二线路并联布置，以及

-其中开关（K）被布置在第一线路和第二线路之间。

10.根据权利要求9所述的感应加热系统，其中所述开关（K）的第一端子与第一电容器（C1/2）的端子和第二电容器（C1/2）的端子连接，以及

其中所述开关（K）的第二端子与第三电容器（C2/2）的端子和第四电容器（C2/2）的端子连接。

11.根据权利要求9所述的感应加热系统，其中所述开关（K）、第一开关（K1）和/或第二开关（K2）是继电器、TRIAC、IGBT或MOSFET。

12.根据权利要求8所述的感应加热系统，其中所述电容器布置（C）包括第一电容器（C1）和第二电容器（C2），

-其中第一电容器（C1）和第二电容器（C2）串联布置，以及

-其中开关（K）与第二电容器（C2）串联布置以便当被打开时使第二电容器（C2）停用。

13.根据权利要求8所述的感应加热系统，其中所述电驱动装置（T、T1、T2）包括第一晶体管（T1）和第二晶体管（T2），

-其中所述第一晶体管（T1）和第二晶体管（T2）串联布置，以及

-其中所述感应电路（I）的感应线圈（L）的端子与第一晶体管（T1）的端子和第二晶体管（T2）的端子连接。

14.根据权利要求4所述的感应加热系统，

其中所述开关（K）、第一开关（K1）和/或第二开关（K2）是继电器、TRIAC、IGBT或MOSFET。

15.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述感应加热系统还包括被配置成设置所述电容器布置（C）的容量的控制单元（CU）。

16.根据权利要求15所述的感应加热系统，其中如果所述感应加热系统以低功率操作则所述控制单元（CU）被配置成将容量设置为低值，以及

其中如果所述感应加热系统以高功率操作则所述控制单元（CU）被配置成将容量设置为高值。