CN105745992B - 用于给炉灶面双感应线圈加热区供电的同步电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应加热炉灶面(1)，其具有至少一个双线圈加热器(3)和用于给上述双线圈加热器(3)供电的电力电路(4)，双线圈加热器(3)具有采取内部及外部环形感应线圈(9、10)的形式的同中心地安置的感应线圈，上述电力电路(4)包括对交流信号进行整流的整流器(12)、与上述内部及外部环形感应线圈(9、10)相关联的滤波电路(F1、F2)以及逆变器级(S1、S2)，每个逆变器级(S1、S2)包括与反向偏压的续流二极管并联的相应的内部及外部环形开关装置(7、8)。

Description

用于给炉灶面双感应线圈加热区供电的同步电路
技术领域
本发明涉及给具有双感应线圈的炉灶面加热区供电的同步电路。
背景技术
众所周知，感应加热蒸煮器基于通过电磁感应来对铁磁材料进行加热的过程而运行，其中，将感应涡电流，并且电阻提供上述铁磁材料，即采取锅或平底锅的形式的蒸煮器皿内的散热。
通过感应加热而使高频交流电经过线圈，在该线圈上，感应相同的频率的磁场。平底锅的内部电阻由于焦耳效应而导致散热，并且，一旦将平底锅从炉灶面移除，就使能量传递中断。由于不存在铁架与炊具之间的热能的传递，并且，空气中的热能损失最小，因而感应加热蒸煮器的能量效率相当地高。
感应加热器电路拓扑结构中的谐振变换器典型地由电容器、电感器和电阻组成。在供电至谐振回路时，电能存储于电感器中，并且传递至电容器。因此，当电感器和电容器参与能量交换时，出现谐振。谐振变换器能够是半桥串联谐振变换器或准谐振变换器。
尤其是由于与整体操作更复杂的半桥串联谐振变换器相比而更简单的仅具有一个电力开关装置的电路设计，导致准谐振变换器显示出优于半桥串联谐振变换器的某些优点。为了驱动谐振电感器生成磁场且继而在蒸煮器皿的趋肤深度上感应涡电流，相应地使用诸如IGBT之类的高频电力开关。
已知加热区，该加热区具有多于一个感应线圈，使得内部线圈被外部线圈包围。除了别的之外，WO 2010 037675公开了将这样的具有两个截然不同的感应线圈的加热区组合成具有同中心地安置的感应线圈的加热区的方法。WO 2010 037675公开了对加热元件相互独立地个别地进行控制的系统。
发明内容
另一方面，本发明提供更简单且成本更低的电路解决方案，通过该电路解决方案，电力电路中的单个微控制器用于驱动高频开关元件，以便供电给两个感应线圈。由于本发明的电路解决方案不要求专门的高成本的生成用于触发高频元件的多相PWM栅极驱动信号的微控制器，因而通过本发明而以成本更低得多的方式解决预料到的由于以非同步的方式给两个感应线圈供电的过程导致相应的磁场彼此抵销而产生的同步的问题。
如权利要求1中所限定的表征特征所提供的，本发明提供感应加热炉灶面，该感应加热炉灶面具有改进的且有利地合算的用于同时地给两个同中心地安置的感应线圈供电的电力电路。
本发明的主要的目标是，提供合算的用于同时地给感应加热炉灶面的两个同中心地安置的感应线圈供电的电力电路。
本发明提出了具有双线圈加热器的感应加热炉灶面，该双线圈加热器具有两个感应线圈，这两个感应线圈中的一个包围另一个。电力电路包括连接至微控制器的两个输出引脚的相应的内部及外部环形IGBT和栅极驱动电路。上述栅极驱动电路配置成在低逻辑状态下驱动IGBT。
微控制器的两个输出引脚通过二极管而连接，使得在使上述二极管正向偏压时，以同步的方式给内部及外部环形感应线圈供电。在这种情况下，微控制器的外部环形输出引脚被切换到高阻抗模式。
附图说明
仅仅出于举例说明电路的目的而给出附图，在上文中概述了电路的优于现有技术的优点，并且，将在下文中简略地解释这些优点。
附图不旨在限定如权利要求中所识别的保护范围，也不应当为了解释在上述权利要求中识别的范围而不求助于本发明的描述中的技术公开就单独地参考附图。
图1展示了根据本发明的具有多个加热器的炉灶面的通用表示。
图2展示了根据本发明的具有多个加热器且两个加热器同中心地安置的炉灶面的通用表示。
图3展示了根据本发明的炉灶面双线圈加热器的电力电路的电路图。
图4展示了根据本发明的取决于蒸煮容器的尺寸的内部及外部环形开关元件PWM信号的波形。
图5展示了根据本发明的供电程序的主要的算法。
在详述中使用以下的数字：
1. 感应加热炉灶面
2. 炉灶面加热器
3. 双线圈加热器
4. 电力电路
5. 滤波电感
6. 调平电容器
7. 内部环形开关装置
8. 外部环形开关装置
9. 内部环形感应线圈
10. 外部环形感应线圈
11. 谐振电容器
12. 整流器
13. 同步电路
14. 微控制器。
具体实施方式
本发明提出了感应加热炉灶面(1)，其典型地具有多个带有感应线圈的单独的加热器(2)。本发明的感应加热炉灶面(1)包括至少一个双线圈加热器(3)，其具有采取内部环形感应线圈和外部环形感应线圈(分别为9和10)的形式的两个感应线圈，以提供增加的功率输出。经由同步地供电至两个单独的线圈，以便避免两个磁场的干扰，从而提供增加的功率输出。如将在下文中描绘的，在这点上，提出了电力电路(4)，通过该电力电路而在磁响应式蒸煮容器内感应热能。
将AC电压源提供给本发明的感应加热炉灶面(1)。全波桥式整流器(12)连接在AC电源与上述内部及外部环形感应线圈(9、10)的相应的滤波电路(F1、F2)之间。两个滤波电路(F1、F2)典型地包括位于上述全波整流器(12)的输出处的调平电容器(6)和滤波电感(5)。
上述内部及外部环形感应线圈(9、10)连接在上述整流器(12)的输出与采取内部及外部环形开关装置的形式的相应的开关装置(分别为7和8)之间。谐振电容器(11)安置成与上述内部及外部环形感应线圈(9、10)中的每个并联。内部及外部开关装置(7、8)通常与反并联二极管(即，续流二极管)并联连接。
电力电路(4)的AC信号滤波电路(F1、F2)通常规定，经过调平电容器(6)的电力用于对高频电流进行滤波的目的。由内部及外部开关装置(7、8)将上述调平电容器(6)的电压变换成方波。根据安培定律，方波提供谐振，从而在内部及外部环形感应线圈(9、10)周围创建磁场。因此，并联的谐振电容器(11)补偿后者的电感性质。
内部及外部环形开关装置(7、8)是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。准谐振拓扑结构的运行原理典型地依赖于在将内部及外部环形开关装置(7、8)接通时，将能量存储于内部及外部环形感应线圈(9、10)中的能量存储状况，并且，依赖于在将上述电力开关装置断开时，将能量从上述感应线圈传递至蒸煮锅或平底锅(P)的能量传递状况。更具体地，在将相应的开关装置断开时，随着相应的谐振电容器(11)被放电，在集电极节点上，谐振电压(即，IGBT的集电极电压)增大。在谐振电压等于输入节点处的经整流的输出电压时，存储于相应的感应线圈中的能量开始传递至谐振电容器(11)。在谐振电压达到其最大值时，谐振电流逐渐地减小至零，这意味着，能量从相应的内部及外部环形感应线圈(9、10)传递至相应的谐振电容器(11)的过程结束。随即，谐振电容器(11)开始将能量释放至相应的感应线圈。电流通过经过与IGBT并联连接的续流二极管来完成电流循环。在IGBT的集电极电压，即谐振电压变为负时，续流二极管典型地是正向偏压的。
本发明提出了感应加热炉灶面(1)，其具有至少一个双线圈加热器(3)和用于给上述双线圈加热器(3)供电的电力电路(4)，双线圈加热器(3)具有采取内部及外部环形感应线圈(9、10)的形式的同中心地安置的感应线圈，上述电力电路(4)包括对交流信号进行整流的整流器(12)、与上述内部及外部环形感应线圈(9、10)相关联的滤波电路(F1、F2)以及逆变器级(S1、S2)，每个滤波电路(F1、F2)包括滤波电感(5)和调平电容器(6)，并且，每个逆变器级(S1、S2)包括安置成与上述内部及外部环形感应线圈(9、10)并联的相应的谐振电容器(11)和与反向偏压的续流二极管并联的相应的内部及外部开关装置(7、8)。
上述电力电路(4)还包括微控制器(14)，该微控制器通过触发相应的栅极驱动电路(G1、G2)而对上述内部及外部开关装置(7、8)的运行进行调节。根据本发明的微控制器(14)具有第一及第二输出引脚以生成PWM信号，以驱动IGBT栅极驱动电路(G1、G2)。根据相关联的内部或外部环形感应线圈(9、10)的功率电平设置的要求，在电压幅值和频率正确的适当的时间，微控制器(14)用PWM信号触发IGBT的驱动电路。
根据本发明，仅在由蒸煮器皿传感电路(未示出)传感直径比240 mm更短的平底锅(P)的情况下，微控制器(14)触发内部环形开关装置(7)的驱动电路。在检测到更大的平底锅(P)的情况下，如果功率电平设置成比预定义的电平更大的电平，则还触发外部环形开关装置(8)。
现在，参考图4，如果检测到更小的平底锅(P)，则即使功率电平设置成比预定义的电平更高的电平，也未将外部环形开关装置(8)接通。在这种情况下，如图4中所示，外部环形控制信号是5V，即，未触发外部环形开关装置(8)，但通过PWM开关而将内部环形开关装置(7)接通和断开，输出0V。因此，根据本发明，在驱动相应的内部或外部环形开关装置(7、8)时，微控制器(14)的输出引脚设置得较低(0V)，而在相反的情况下，提高至5V。如将在下文中解释的，这有利地提供两个开关装置(7、8)都被触发的情况下的两个PWM信号的同步。因此，仅在检测到更大的平底锅(P)且功率电平比预定的阈值更大的情况下，通过PWM开关而将上述内部及外部环形开关装置(7、8)同时地接通和断开。在其他不同的情况下，不是使开关装置(7、8)同时地运行，而是基于功率电平设置和平底锅(P)尺寸而使开关装置(7、8)同样单独地运行。
本发明采用常规的通用的微控制器，使得不涉及能够生成用于触发高频元件的多相PWM栅极驱动信号的专门的高成本的微控制器就获得改进的电路。为此，微控制器(14)的两个输出通过二极管(D5)而连接，仅在微控制器(14)的外部环形PWM引脚处于高阻抗模式时，使二极管(D5)正向偏压。然后，使后面的引脚转变为输入引脚，而上拉电阻器(R1)典型地用来限制能够流过的电流的量。在这种情况下，微控制器(14)的内部及外部环形引脚处的两个PWM信号变得同步，使得将内部环形PWM信号同步地传送至外部环形开关装置(8)的驱动电路。因此，由于当微控制器(14)的内部环形PWM引脚依然处于低逻辑状态且外部环形PWM引脚被切换到高阻抗模式时，IGBT 驱动电路配置成触发IGBT这一事实，实现以同步的方式给两个感应线圈(9、10)供电。
简而言之，提出了感应加热炉灶面(1)，感应加热炉灶面(1)具有至少一个双线圈加热器(3)和用于给上述双线圈加热器(3)供电的电力电路(4)，双线圈加热器(3)具有采取内部及外部环形感应线圈(9、10)的形式的同中心地安置的感应线圈。通过与微控制器(14)的两个输出引脚电气通信的相应的栅极驱动电路(G1、G2)而触发内部及外部环形开关装置(7、8)。内部及外部环形开关装置(7、8)的上述栅极驱动电路(G1、G2)配置成触发内部及外部环形开关装置(7、8)，而微控制器(14)的相应的输出引脚依然处于低逻辑状态。
微控制器(14)的两个输出引脚通过二极管(D5)而连接，使得仅在响应于将与上述外部环形感应线圈(10)相关联的微控制器(14)的输出引脚转变成高阻抗模式而使上述二极管(D5)正向偏压时，同时地给上述内部及外部环形感应线圈(9、10)供电。
要注意到，图3中所看到的同步电路(13)不允许以同时的方式独立地控制两个开关装置(7、8)。然而，给本发明的双线圈加热器(3)供电的运行算法有利地规定，仅在与高功率电平设置的同时，检测到存在更大的平底锅(P)(直径>240mm)的情况下，给双线圈加热器(3)的两个线圈都供电。为此，本发明的算法有利地提供与对同中心地安置的线圈的个别的调节相比而允许逐步的功率调整的同样地高效的功率控制。

Claims (4)

1.一种感应加热炉灶面(1)，其具有至少一个双线圈加热器(3)和用于给所述双线圈加热器(3)供电的电力电路(4)，所述双线圈加热器(3)具有采取内部及外部环形感应线圈(9、10)的形式的同中心地安置的感应线圈，所述电力电路(4)包括对交流信号进行整流的整流器(12)、滤波电路(F1、F2)，与所述内部环形感应线圈(9)相关联的第一逆变器级(S1)，以及与所述外部环形感应线圈(10)相关联的第二逆变器级(S2)，所述第一逆变器级(S1)包括与反向偏压的续流二极管并联的内部环形开关装置(7)，所述第二逆变器级(S2)包括与反向偏压的续流二极管并联的外部环形开关装置(8)，所述内部环形开关装置(7)由与微控制器(14)的两个输出引脚电气通信的第一栅极驱动电路(G1)触发，所述外部环形开关装置(8)由与所述微控制器(14)的所述两个输出引脚电气通信的第二栅极驱动电路(G2)触发，其特征在于，
所述内部及外部环形开关装置(7、8)的所述第一及第二栅极驱动电路(G1、G2)配置成在所述微控制器(14)的相应的输出引脚保持处于低逻辑状态时，分别触发所述内部及外部环形开关装置(7、8)，并且，
所述微控制器(14)的所述两个输出引脚通过二极管(D5)而连接，使得仅在响应于将与所述外部环形感应线圈(10)相关联的所述微控制器(14)的所述输出引脚转变成高阻抗模式而使所述二极管(D5)正向偏压时，同时地给所述内部及外部环形感应线圈(9、10)供电。
2.根据权利要求1所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于，所述滤波电路(F1、F2)中的每一个包括滤波电感(5)和调平电容器(6)。
3.根据权利要求1或2所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于， 所述第一逆变器级(S1)包括与所述内部环形感应线圈(9)并联安置的谐振电容器(11)，且所述第二逆变器级(S2)包括与所述外部环形感应线圈(10)并联安置的谐振电容器(11)。
4.根据权利要求1或2所述的感应加热炉灶面(1)，其特征在于，与所述外部环形感应线圈(10)相关联的所述微控制器(14)的所述输出引脚通过上拉电阻器(R1)而连接至正电源电压。
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