CN108141923B - 感应加热方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于管理感应加热系统的方法。所述感应加热系统包括导电负载和逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分。所述开关部分包括适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流的开关装置。所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流来产生对应的时变磁场，以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量。所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的半波对应的多个半波。所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率。所述方法包括：在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变致动频率；确定安全致动频率范围；基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率。

Description

感应加热方法和系统

背景技术

发明领域

本发明总体上涉及感应加热领域。更具体地，本发明涉及用于感应加热设备的逆变器。

现有技术概述

感应加热是用于通过由在感应加热线圈中流动的交流电(下文中简称AC电流)产生的时变磁场在导电负载中引起涡流来加热该负载的公知方法。负载的内电阻引起所引起的涡流在负载本身内产生热量。

感应加热用在若干应用中，诸如用在感应烹饪领域，其中，感应加热线圈位于烹饪灶具表面下方以用于加热放置在烹饪灶具表面上的由电磁铁材料制成(或包括电磁材料部分)的烹饪锅，或者用在熨烫领域，其中，感应加热线圈位于熨烫板的主表面下方，以加热熨斗的导电板，所述导电板被配置成当熨斗在熨烫板上行走时向衣服传递热量(类似的考虑适用于压力熨斗系统)。

在负载中产生的热量取决于通过感应加热线圈输送到负载的电功率，而电功率又取决于流过感应加热线圈的AC电流的频率、负载与感应加热线圈之间的耦合以及负载在感应加热线圈上花费的时间。

通常，用于产生时变磁场的AC电流是借助于逆变器电路(诸如半桥逆变器、全桥逆变器或准谐振逆变器)来产生的，所述逆变器电路包括：开关部分，所述开关部分包括功率开关元件，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；以及谐振部分，所述谐振部分包括(多个)电感器和(多个)电容器，其中感应加热线圈是谐振部分的电感器。逆变器电路被配置成接收输入交流电压(下文中简称为AC电压)，诸如从电网取得的市电电压，并且相应地产生AC电流(流过感应加热线圈)，所述电流以与功率开关元件的致动频率(即，它们在接通与断开状态之间切换的频率)对应的频率振荡并且具有跟随输入AC电压的包络，其中包络的振幅进而取决于本身的致动频率(致动频率越低，其振幅越高)。流过感应加热线圈的电流由开关部分的功率开关元件提供/流出。

考虑半桥架构，为了在安全条件下正确地操作功率开关元件，取决于功率开关元件的类型，致动频率应保持低于最大频率。例如，对于标准IGBT，这种最大频率可以对应于50到60kHz。

如上所述，通过感应加热线圈输送到负载的电功率取决于流过感应加热线圈的AC电流的频率。通过上述类型的逆变器电路，当流过感应加热线圈的电流以谐振部分的谐振频率振荡时，即，当致动频率等于谐振频率时，提供给负载的电功率处于其最大值。

如本领域技术人员公知的，如果在低于谐振频率的致动频率下驱动功率开关元件一定时间，则功率开关元件可能会由于散热问题而不可修复地损坏，并且由于软开关条件损耗而导致控制不稳定。

因此，为确保逆变器电路的安全致动，致动频率应设置为：

-低于功率开关元件最大频率；

-高于谐振频率。

虽然第一值是固定且提前知道的(取决于功率开关元件的类型)，但谐振频率严重取决于感应加热线圈与负载之间的耦合，即，它取决于一系列不可预测的特征，诸如负载的类型、负载与感应加热线圈之间的距离、负载的几何形状以及感应加热线圈的几何形状。

采用感应加热的装置应设置有专门设计的控制单元，以避免致动频率超出上述安全范围。当这种装置的用户请求特定的电功率(例如，对应于烹饪锅或衣服熨斗所达到的特定温度)时，这种控制单元必须检查用户请求的希望电功率是否对应于落入安全范围内的致动频率。在肯定的情况下，控制单元被配置成分配所请求的电功率。在否定的情况下，无法满足用户的确切请求，并且控制单元可以被配置成将电功率设置为与所请求的级别不同的安全级别。

为了确保逆变器电路的安全致动，必须满足进一步的限制，所述限制涉及功率开关元件能够在不损坏的情况下维持一定时间的最大电流。例如，常用于感应应用的家用电器的标准IGBT被设计为维持电流值不高于50到60A。

为此，逆变器电路通常设置有箝位电路，所述箝位电路被配置成在流过感应加热线圈的电流达到功率开关元件可以维持的最大电流之前箝制所述电流。此外，逆变器电路进一步设置有软件保护，所述软件保护被配置成在针对电流而激活箝位电路之前如果接近所述最大电流则箝制致动频率。

由于流过感应加热线圈的AC电流的包络具有取决于致动频率的振幅(致动频率越低，其振幅越高)，因此不可能先验地知道所选择的致动频率是否对应于流过感应加热线圈的低于最大电流的电流。

EP 1734789公开了一种涉及提供交流电源电压的方法以及一种具有可调节开关单元的变频器。开关单元和/或变频器的工作频率在电压的半个周期内从基频增加。频率然后下降到基频，使得频率在电源电压的零交叉处达到基频。

发明内容

申请人已经观察到，由于谐振频率不是提前知道的，并且在使用感应加热系统期间可以动态地变化(例如，因为待感应加热的装置与感应加热线圈之间的距离或相对位置不断变化)，因此这种控制单元应当具有确定哪一个是谐振频率和/或检查特定致动频率范围是否为安全范围(在遵守谐振频率极限的意义上)的能力。和/或，感应加热系统的控制单元应当具有以下能力：确定流过感应加热线圈的电流低于功率开关元件能够在不损坏的情况下维持一段时间的最大电流的最小致动频率(下文中称为电流极限频率)，和/或检查特定致动频率范围是否为安全范围(在遵守由电流极限频率给出的极限的意义上)。

因此，本发明的目的是提供一种用于管理感应加热系统的方法和一种对应的感应加热系统，其允许评估逆变器谐振频率和电流极限频率当中的至少一个和/或以快速方式检查特定致动频率范围是否为安全范围。

本发明的一个方面提出了一种用于管理感应加热系统的方法。所述感应加热系统包括导电负载和逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分。所述开关部分包括适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流的开关装置。所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流来产生对应的时变磁场，以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量。所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的半波对应的多个半波。所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率。所述方法包括：在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变致动频率；确定安全致动频率范围；基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率。所述确定安全致动频率范围包括计算下列项之间的至少一个：

-每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，

-每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。

根据本发明的实施例，计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括：测量所述感应加热线圈上的电压的零交叉时间与所述AC电流的零交叉时间之间的距离。

根据本发明的实施例，计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括计算对应于所述感应加热线圈的功率因数。

根据本发明的实施例，在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括：根据致动频率值的序列逐步地设置所述致动频率，所述序列中的每个致动频率值是针对与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的对应时间间隔而设置的。

根据本发明的实施例，计算每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度的所述步骤包括：

-针对所述序列中的每个致动频率值，计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最高正值对应的电流正峰，和/或计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最低正值对应的电流负峰；

-基于所述电流正峰和/或电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：根据所述对应时间间隔相对于所述半波的位置，使每个电流正峰和/或电流负峰归一化。所述基于所述电流正峰和/或电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度进一步包括：基于所述归一化电流正峰和/或所述归一化电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度。

根据本发明的实施例，在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括跨越对应的致动频率范围。所述方法进一步包括：适应于所述跨越的致动频率范围的值高于所述谐振频率和所述电流极限频率的评估，选择所述安全制动频率范围作为所述跨越的致动频率范围。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：适应于所述谐振频率和所述电流极限频率当中的至少一个高于所述跨越的致动频率的至少一个值的评估，从所述跨越的致动频率的子范围中选择所述安全致动频率范围。所述选择的子范围的值全都高于所述谐振频率和所述电流极限频率。

根据本发明的实施例，所述致动频率值序列包括第一序列部分，所述第一序列部分从第一致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更低致动频率值继续。

优选地，所述第一序列部分提供在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以逐渐降低的致动频率值继续。

根据本发明的实施例，所述致动频率值序列包括第二序列部分，所述第二序列部分从所述第一序列部分的最后一个致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更高致动频率值继续。

优选地，所述第二序列部分提供在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以逐渐升高的致动频率值继续。

根据本发明的实施例，所述致动频率值序列包括第一序列部分，所述第一序列部分从第一致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更高致动频率值继续。

优选地，所述第一序列部分提供在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以逐渐升高的致动频率值继续。

根据本发明的实施例，所述致动频率值序列包括第二序列部分，所述第二序列部分从所述第一序列部分的最后一个致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更低致动频率值继续。

优选地，所述第二序列部分提供在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以逐渐降低的致动频率值继续。

根据本发明的实施例，在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括：基于所述序列中的前一个致动频率值相对于实际谐振频率的距离来设置所述序列中除了所述第一致动频率值之外的每个新致动频率值。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：一旦致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度被确定为低于预定义阈值，便将所述致动频率限制为与所述致动频率值对应的值。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：计算所述谐振频率和所述电流极限频率中的至少一个的估值。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：通过考虑在所述多个致动频率值中最接近所述谐振频率本身的一个致动频率值来计算所述谐振频率的估值。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：通过考虑在所述多个致动频率值中最接近所述电流极限频率本身的一个致动频率值来计算所述电流极限频率的估值。

根据本发明的实施例，所述感应加热系统包括一组至少两个感应加热线圈。所述方法包括：针对所述组中的每个感应加热线圈，计算与这样的感应加热线圈对应的谐振频率的估值和电流极限频率的估值；基于与所述组中的感应加热线圈对应的谐振频率的计算的估值来设置总体谐振频率；基于与所述组中的感应加热线圈对应的电流极限频率的计算的估值来设置总体电流极限频率；根据所述总体谐振频率和所述总体电流极限频率来确定安全致动频率范围。

根据本发明的实施例，所述设置总体谐振频率包括将总体谐振频率设置为与所述组中的感应加热线圈对应的谐振频率的计算的估值当中最高的一个，并且所述设置总体电流极限频率包括将总体电流极限频率设置为与所述组中的感应加热线圈对应的电流极限频率的计算的估值当中最高的一个。

根据本发明的实施例，所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值是针对所述组中的所有所述感应线圈在所述包络的同一半波中同时执行的。

根据本发明的实施例，所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值是针对所述组中的所有所述感应线圈在所述包络的连续半波中按顺序执行的。

根据本发明的实施例，所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值包括：针对所述组中的每个感应加热线圈，根据致动频率值的同一序列来改变所述致动频率。

根据本发明的实施例，所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值包括：针对所述组中的每个感应加热线圈，根据致动频率值的相应序列来改变所述致动频率。

本发明的另一方面提供一种用于加热导电负载的感应加热系统。所述感应加热系统包括逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分。所述开关部分包括适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流的开关装置。所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流来产生对应的时变磁场，以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量。所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的半波对应的多个半波。所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率。所述感应加热系统进一步包括控制单元，所述控制单元被配置成：在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变致动频率；确定安全致动频率范围；基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率。所述控制单元被配置成通过计算下列项之间的至少一个来确定所述安全致动频率范围：

--每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，

--每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。

根据本发明的实施例，所述逆变器电路是选自半桥逆变器电路、全桥逆变器电路以及准谐振逆变器电路中的一者。

根据本发明的实施例，所述导电负载是衣服熨斗的板，并且所述感应加热线圈安装在熨烫板上。

根据本发明的实施例，所述导电负载是烹饪锅的一部分，并且所述感应加热线圈安装在烹饪灶具中。

根据本发明的实施例，所述导电负载是热水器的水箱，并且所述感应加热线圈安装在热水器中。

附图说明

根据本发明的解决方案的这些和其他特征和优点将通过阅读有待结合附图阅读的本发明的一些实施例(仅通过示例性而非限制性实例提供)的以下详细说明而得到更好地理解，在附图中：

图1A展示了示例性感应熨烫系统；

图1B展示了示例性烹饪灶具系统；

图2A是用于向图1A的熨烫系统或图1B的烹饪灶具系统的感应线圈馈送AC电流的逆变器电路的示例性电路图；

图2B是用于向图1A的熨烫系统或图1B的烹饪灶具系统的感应线圈馈送AC电流的另一逆变器电路的示例性电路；

图3展示了图2A的逆变器电路的感应加热线圈电流的时间趋势以及这种电流的包络；

图4A和图4B展示了沿着两个示例性不同的致动频率值的预定义序列在根据本发明的实施例的谐振频率过程中图2A的逆变器电路的控制信号的致动频率的时间演变；

图4C展示了沿着示例性动态计算的致动频率值序列在根据本发明的实施例的谐振频率过程期间图2A的逆变器电路的控制信号的致动频率的时间演变；

图5展示了根据本发明的实施例的在致动频率逐步变化期间测量到的感应加热线圈电流随时间的正峰和负峰；

图6展示了图5的相同的正峰和负峰vs致动频率；

图7展示了从图5的测量到的正峰和负峰获得的归一化正峰和归一化负峰vs时间。

图8展示了图7的相同的归一化正峰和负峰vs致动频率；

图9展示了四个示例性归一化电流峰/致动频率关系，每一者是从对相应的感应线圈执行的测量中获得的，并且

图10展示了与图9的四个归一化电流峰/致动频率关系的总和对应的总体归一化电流峰/致动频率关系。

具体实施方式

参考附图，图1A展示了示例性感应熨烫系统100，其中可以应用根据本发明的实施例的解决方案的概念。

感应熨烫系统100包括衣服熨斗110和熨烫板115。

衣服熨斗110包括由电绝缘材料制成的主体120，以及由诸如铬镍钢等导电材料制成的板125，所述板例如固定到主体120的底部上。

衣服熨斗110被配置成在熨烫板115的主表面130上行进。主表面130由非导电材料制成。待熨烫的一块纺织材料以常规方式(未示出)支撑在主表面130上。感应线圈135例如以纵向间隔开的布置安装在熨烫板115的与主表面130相反的底表面138上。

在优选实施例中，每个感应线圈135可操作以被馈送由相应的逆变器电路140提供的AC电流。

当合适频率的AC电流穿过感应线圈135时，产生时变磁场145，当衣服熨斗110在主表面130上行走而与磁场145相交时，该时变磁场能够在衣服熨斗的板125中引起涡流。引起的涡流致使板125迅速升温到希望的工作温度。由于与待熨烫的(未展示的)纺织材料接触而损失的热能被逆变器电路140提供的电流连续地替换。

熨烫板115进一步设置有控制单元160，该控制单元被配置成控制逆变器电路140来以某种方式调节在感应线圈135中流动的AC电流的频率，以便调节从逆变器电路140传输到板125的电功率并因此调节所述板的温度。

如在本文件的引言中已经提及的，借助于感应线圈的感应加热可以用在其他应用中，例如用在感应烹饪领域。为此，现在参考图1B，所述图展示了示例性感应烹饪系统100’，其中可以应用根据本发明的实施例的解决方案的概念。

与感应熨烫系统100的对应元件相同或类似的感应烹饪系统100’的元件将用相同的附图标记标识。

感应烹饪系统100’包括(例如，玻璃陶瓷)烹饪表面165。多个感应线圈135放置在烹饪表面165下面。

感应线圈135可选择性地操作以限定一个或多个烹饪区170。在优选实施例中，每个感应线圈135可选择性地操作以被馈送由相应的逆变器电路140提供的AC电流。

在操作期间，在由铁磁材料(诸如不锈钢或铁)制成(或包括铁磁材料部分)并且容纳待烹饪的食物的烹饪锅180放置在烹饪表面165上的烹饪区170之后，(多个)逆变器电路140致使AC电流流过(一个或多个)相应的感应线圈135。这个电流产生时变磁场145，所述时变磁场能够在烹饪锅180中(或在由铁磁材料制成的部分中)感应涡流。感应的涡流致使烹饪锅180(或其由铁磁材料制成的部分)迅速加热到希望的工作温度。由于与烹饪锅180中含有的(未展示的)食物接触而损失的热能被逆变器电路140提供的电流连续地替换。

如在感应熨烫系统100的情况下，感应烹饪系统100’包括控制单元160，所述控制单元被配置成控制逆变器电路140来以特定方式调节在感应线圈135中流动的AC电流的频率，以便调节从通用逆变器电路140传输到对应烹饪锅180的电功率并因此调节所述烹饪锅的温度。

图2A是用于将AC电流馈送到感应熨烫系统100或感应烹饪系统100'的感应线圈135的逆变器电路140的示例性电路图，其中可以应用根据本发明的实施例的解决方案的概念。在所讨论的示例中，逆变器电路140是半桥逆变器电路，然而在使用不同类型的逆变器电路布置(诸如，全桥逆变器电路或准谐振逆变器电路)的情况下，应用类似的考虑。

逆变器电路140包括两个主要部分：开关部分205和谐振部分210。

开关部分205包括串联连接在电网的线路端子215与中性端子220之间的两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)212h、212l。输入AC电压Vin(干线电压)在线路端子215与中性端子220之间形成，以干线频率Fm(诸如，50Hz)振荡。IGBT 212h具有连接到线路端子215的集电极端子、用于接收控制信号A1的栅极端子，以及连接到IGBT 212l的集电极端子的发射极端子，所述发射极端子与集电极端子一起限定了电路节点222。IGBT 212l具有连接到中性端子220的发射极端子和用于接收控制信号A2的栅极端子。控制信号A1和A2是以高值与低值之间的相同频率(在下文中称为致动频率Fa)振荡的数字周期性信号，所述信号具有180°的相互相位差，使得在IGBT 212h接通时IGBT 212l断开，反之亦然。如果采用不同类型的电子开关装置代替IGBT，则应用类似的考虑。

谐振部分210包括感应线圈135和两个谐振电容器225、230。谐振电容器225具有连接到IGBT 212h的集电极端子的第一端子以及连接到谐振电容器230的第一端子的第二端子，所述第二端子与所述谐振电容器的第一端子一起限定电路节点223。谐振电容器230具有连接到IGBT 212l的发射极端子的第二端子。

感应加热线圈135连接在电路节点222与223之间。

在操作期间，流过感应加热线圈135的电流Ic替代地由IGBT 212h提供(当IGBT212h接通并且IGBT 212l断开时)并且由IGBT 212l消耗(当IGBT 212h断开并且IGBT 212l接通时)。如图3所示，感应加热线圈电流Ic以致动频率Fa振荡，并且具有跟随输入AC电压Vin的包络300，即，它包括多个半波310(i)，每一个对应于输入AC电压Vin的相应半波并因此具有等于输入AC电压Vin的半周期的持续时间(即，1/(2*Fm))。在包络300的每个半波结束时，感应加热线圈电流Ic返回到零(如果用合适的负载执行致动的话)。包络300具有取决于致动频率Fa的振幅：致动频率Fa越低，振幅越高。图3中展示的感应加热线圈电流Ic的包络300的部分具有三个半波310(1)、310(2)、310(3)，每一个具有对应的振幅E(1)、E(2)、E(3)。包络300的前两个半波310(1)、310(2)对应于致动频率Fa，所述致动频率比对应于第三半波310(3)的致动频率高。因此，第三半波310(3)的振幅E(3)高于前两个半波310(1)、310(2)中的一者。

如上所述，本发明的概念也可以应用于准谐振类型的逆变器电路140，诸如图2B所展示的逆变器电路，其包括：整流器250(例如，桥式整流器)，所述整流器适于对输入AC电压Vin进行整流；准谐振电路260(例如，包括与电容器并联的电感器)，所述准谐振电路对应于图2A的半桥逆变器电路140的谐振部分210；以及开关电路270(例如，包括单个晶体管)，所述开关电路对应于图2A的半桥逆变器电路140的开关部分205。

如上所述，为了在不对IGBT 212h、212l造成不可逆损坏的情况下确保逆变器电路140的安全致动，致动频率Fa应当设置为高于谐振频率Fr。

此外，为了确保感应加热线圈电流Ic低于IGBT 212h、212l能够维持(相对较长时间)的最大电流，致动频率Fa应当设置为高于电流极限频率Fc。

上述条件(Fa>Fr、Fa>Fc)定义了安全致动频率范围的极限。

因此，根据本发明的实施例，当由熨烫系统100或烹饪系统100’的用户提供的温度设置涉及请求输送特定量的电功率时，控制单元160被配置成检查此电功率请求是否对应于落入安全频率范围内的致动频率Fa。

为了能够执行此任务，控制单元160进一步被配置成动态地(即，在熨烫系统100或烹饪系统100’的操作期间)确定或者至少评估谐振频率Fr以及电流极限频率Fc，或者检查特定致动频率范围是否为安全范围(在遵守上述频率极限的意义上)。以此方式，考虑到以下事实：谐振频率Fr和电流极限频率Fc两者都严重依赖于衣服熨斗110的板125与感应加热线圈135之间的实际耦合(熨烫系统100的情况)，或者依赖于烹饪锅180与感应加热线圈135之间的实际耦合(烹饪系统100’的情况)。

由于所述耦合可以以非常快速的方式(例如，每0.1到0.5秒)改变，因此控制单元160应当能够例如在快速耦合变化给出的严格时间要求内确定(或者至少评估)谐振频率Fr和电流极限频率Fc，或者检查特定致动频率范围是否为安全范围(在遵守上述频率极限的意义上)。

一种用于识别谐振频率Fr的可能方法可以提供执行初步检查阶段，其中致动频率Fa根据预定致动频率值的序列来逐步改变，其中针对AC电压Vin的包络的相应半波(或者也针对一个以上连续半波)维持序列中的每个致动频率值。使用已知的谐振识别过程，诸如通过测量感应加热线圈电流Ic的零交叉时间与感应加热线圈电压的零交叉时间之间的距离，在AC电压Vin的包络的每个半波期间进行检查以评估对应的致动频率值与谐振频率Fr的接近程度。此外，针对每个致动频率值，执行对应的功率测量。然后根据此类测量来解释功率特性曲线，表示可输送到负载的功率随着致动频率如何变化。

另一种可能的方法提供：从安全(例如，高)致动频率值开始逐步地设置致动频率，其中针对AC电压Vin的包络的相应半波维持序列中的每个致动频率值，并且继续直到达到希望的功率值或者直到达到接近谐振频率Fr的频率(如果接近谐振频率的致动频率在对应于希望功率值的致动频率之前出现的话)。

关于代替电流极限频率Fc，一种可能的方法可以提供根据(减小的)预定致动频率值的序列来逐步地改变致动频率，其中针对AC电压Vin的包络的相应半波维持序列中的每个致动频率值，直到达到限制。然后，将接近最大电流的AC电压Vin的包络的半波期间的致动频率所得到的值识别为电流极限频率Fc，即，流过感应加热线圈的AC电流Ic低于功率开关元件可以维持(相对较长时间)的最大电流时的最小致动频率值。此外，针对每个致动频率值，有利地在AC电压Vin的包络的对应半波内测量最大峰电流值，以便能够构建感应加热线圈电流特性曲线，表示最大峰电流随着致动频率如何变化。

申请人已经观察到，上述此类方法比较耗时并且需要每AC电压Vin的包络的半波执行操作。因此，它们仅能够在相对长的时间段(例如从0.1秒秒到2)之后获得结果(其中输入AC电压Vin以50Hz振荡，这意味着10至200个半波)。

申请人已经观察到，在若干应用中，诸如在感应熨烫中，负载(即，板125)与感应加热线圈135之间的耦合可以以非常快速的方式(例如，每0.1到0.5秒)改变，这与上述检查方法所需的时间不相符。实际上，由于熨烫过程是基本上动态且依赖于用户的过程，因此每当衣服熨斗110的位置相对于感应加热线圈135的位置改变时，负载线圈耦合都可以改变。因此，从功率输送的角度来看，上述检查方法效率不高。

根据本发明的实施例，通过两个相应的评估过程来评估考虑到谐振频率Fr并考虑到电流极限频率Fc的安全致动频率范围。所述两个评估过程可以由控制单元160同时或单独地执行。

考虑到谐振频率的安全致动频率范围评估

根据本发明的实施例，用于评估考虑到谐振频率Fr的安全致动频率范围的过程由控制单元160通过下列方式执行：根据电流Ic的包络300的同一半波310(i)内的致动频率值TFa(j)的序列来逐步地改变控制信号A1、A2的致动频率Fa，并且使用谐振识别过程在每一步处计算对应的致动频率值TFa(j)与谐振频率Fr的接近程度。

根据本发明的实施例的用于评估考虑到谐振频率Fr的安全致动频率范围的过程由控制单元160通过以下方式启动：一旦感应加热线圈电流Ic的包络300的半波310(i)启动，便将致动频率Fa设置为序列中的第一致动频率值TFa(1)。这可以通过评估输入AC电压Vin穿过合适的零电压交叉电路(未展示)的零交叉时间(其标识包络300的半波310(i)的开始)来检测。然后控制单元160在包络300的同一半波310(i)内逐步地设置序列中的后续致动频率值TFa(j)。因此，对于以50Hz的干线频率Fm振荡的输入AC电压Vin，用于评估考虑到谐振频率Fr的安全致动频率范围的过程持续最多10ms。一旦致动频率Fa被设置为新的致动频率值TFa(j)，控制单元160便使用已知的方法来检查此致动频率值TFa(j)与谐振频率Fr的接近程度，诸如，通过测量感应加热线圈电压的零交叉时间与感应加热线圈电流Ic的零交叉时间之间的距离，或者通过在感应加热线圈电压的零交叉时间处检查感应加热线圈电流Ic的符号。以此方式，控制单元160能够确定多个致动频率值TFa(j)中的哪一个最接近谐振频率Fr。

根据本发明的实施例，致动频率值TFa(j)的序列是预定定序列，例如以表格的形式存储在控制单元本身160中或者借助于数学关系来定义(例如“减少了量X乘以与距谐振频率Fr的距离有关的因数”)。

根据本发明的实施例，控制单元160被配置成通过以下方式来评估由致动频率值TFa(j)的序列跨越的频率范围是否为用于系统操作的安全致动频率范围：考虑该序列中的每个致动频率值TFa(j)与谐振频率Fr的接近程度(例如，通过针对每个致动频率值TFa(j)来计算感应加热线圈电压的零交叉时间与感应加热线圈电流Ic的零交叉时间之间的距离)。

如果因为跨越的频率范围的上边界和下边界已经被评估为高于谐振频率Fr，因而被致动频率值TFa(j)的序列跨越的频率范围已被评估为不包括谐振频率Fr，那么此频率范围可以被认为是安全致动频率范围(至少从谐振频率Fr的角度来看)。这意味着控制单元160知道下列的可能性：在不引发达到和低于谐振频率Fr的风险的情况下，(针对功率输送)将致动频率Fa设置为所述致动频率范围中包括的任何值。

相反，如果因为控制单元160已经评估到序列中的致动频率值TFa(j)中的一个或多个低于谐振频率Fr，因而被致动频率值TFa(j)的序列跨越的频率范围已被识别为包括谐振频率Fr，那么此频率范围整体上不能被认为是安全范围。因此，控制单元160不能自由地将致动频率Fa设置为所述致动频率范围中包括的任何值，因为此致动频率范围的至少一部分包括低于谐振频率Fr的频率。在这种情况下，根据本发明的实施例，控制单元160可以基于序列中的致动频率值TFa(j)与谐振频率Fr的接近程度从跨越的频率范围中选择安全致动频率子范围，例如通过将此子范围的下边界设置为等于或高于已经被评估为与谐振频率Fr最接近的那个的致动频率值TFa(j)。

图4A和图4B跟随两个示例性不同的致动频率值TFa(j)的预定义序列展示了在根据本发明的实施例的过程期间控制单元160设置的控制信号A1、A2的致动频率Fa的时间演变。

在图4A所展示的示例中，致动频率值TFa(j)的预定义序列提供：从第一致动频率值TFa(1)开始，然后在等于输入AC电压Vin的半周期的一小部分(并因此等于包络300的半波310(i)的持续时间的一小部分)的每个时间间隔tj以越来越低的致动频率值TFa(j)前进，直到基本上达到半波310(i)的中心；然后，致动频率值TFa(j)的预定序列提供在每个时间间隔tj以越来越高的致动频率值TFa(j)前进，直到达到半波310(i)的最后。例如，tj可以等于0.3毫秒。以这种方式，如在图4A中可见，致动频率Fa的时间演变包括递减斜坡，之后是递增斜坡。

根据本发明的实施例，有利的是将序列的第一致动频率值TFa(1)设置为IGBT的最大开关频率Fmax。然而，在将不同(例如，较低)频率值用作序列的第一致动频率值TFa(1)的情况下，应用类似的考虑。

根据本发明的实施例，可以通过考虑最接近谐振频率Fr本身的那个致动频率值TFa(j)来计算谐振频率Fr的估值。

根据本发明的实施例，致动频率值TFa(j)的序列使得被致动频率值TFa(j)的序列跨越的频率范围的下边界(即，与下降斜坡的尽头对应的致动频率值TFa(j))被设置为足够低以包括谐振频率Fr的值。此外，根据本发明的实施例，安全致动频率范围可以被设置成将已经被评估为与谐振频率Fr最接近的那个致动频率值TFa(j)作为下边界。根据本发明的另一个实施例，安全致动频率范围可以被设置成将比已经被评估为与谐振频率Fr最接近的那个致动频率值TFa(j)高的频率值作为下边界。

根据本发明的另一个实施例，致动频率值TFa(j)的序列使得被致动频率值TFa(j)的序列跨越的频率范围的下边界(即，与下降斜坡的尽头对应的致动频率值TFa(j))被设置为足够高的值以便高于谐振频率Fr。在这种情况下，可以将被致动频率值TFa(j)的序列跨越的频率范围假设为安全致动频率范围，即，在不引发达到和低于谐振频率Fr的风险的情况下，致动频率Fa可以被自由地设置为所述致动频率范围中包括的任何值。

在图4B所展示的示例中，致动频率值TFa(j)的预定义序列提供：从第一致动频率值TFa(1)开始，然后在等于输入AC电压Vin的半周期的一小部分(并因此等于包络300的半波310(i)的持续时间的一小部分)的每个时间间隔tj以越来越高的致动频率值TFa(j)前进，直到基本上达到半波310(i)的中心；然后，致动频率值TFa(j)的预定义序列提供在每个时间间隔tj以越来越低的致动频率值TFa(j)前进，直到达到半波310(i)的最后。以这种方式，如在图4B中可见，致动频率Fa的时间演变包括递增斜坡，之后是递减斜坡。根据本发明的实施例，有利的是将序列的较高致动频率值TFa(j)(即，基本上对应于半波310(i)的中心的值)设置为IGBT的最大开关频率Fmax。

图4A中所展示的致动频率值TFa(j)的预定义序列(即，其中递减斜坡之后是递增斜坡)和图4B中的预定义序列(即，其中递增斜坡之后是递减斜坡)的对称性允许有利地执行双测量，从而提高结果的可靠性。然而，类似的考虑适用于不存在这种对称性，例如具有单个递减斜坡或单个递增斜坡的情况。此外，本发明的概念也可以应用于具有任何轮廓的致动频率值TFa(j)的不同类型的预定义序列，前提条件是致动频率Fa在包络300的半波310(i)内变化。

根据本发明的另一个实施例，一旦控制单元160评估致动频率值TFa(j)非常接近谐振频率Fr(例如，当感应加热线圈电压的零交叉时间与感应加热线圈电流Ic的零交叉时间之间的距离低于安全阈值时)，便针对半波310(i)的其余部分或针对允许快速高功率输送的一个以上后续半波或者甚至针对其中用户已经请求对应于较低致动频率的功率的半波的其余部分，将致动频率Fa箝制到所述致动频率值TFa(j)(或者也设置到更高的值)。

根据本发明的另一个实施例，代替具有致动频率值TFa(j)的预定义序列，由控制单元160基于例如序列中的前一个致动频率值TFa(j)相对于实际谐振频率Fr的距离(其中所述距离可以根据前述方法之一来评估)来动态地计算序列中的每个新致动频率值TFa(j)。以此方式，有可能在处于谐振频率Fr本身附近时改善谐振频率Fr搜索。在图4C中展示了以动态方式计算的一系列致动频率值TFa(j)的序列的示例。

根据本发明的实施例，通过计算与感应线圈135对应的功率因数

来估计序列中的致动频率值TFa(j)相对于实际谐振频率Fr的距离(功率因数

越接近1，致动频率值TFa(j)就越接近谐振频率Fr)。可以通过针对每个致动频率值TFa(j)来比较和致动周期Ta＝1/Fa相关的感应加热线圈电压的零交叉时间与感应加热线圈电流Ic的零交叉时间之间的距离来计算功率因数

鉴于提出的过程，有可能在非常短的时间内评估谐振频率Fr和/或安全致动频率范围(对于以50Hz的干线频率Fm振荡的输入AC电压Vin，用于评估谐振频率Fr的过程持续最多10ms)，这和负载与感应熨烫典型的感应加热线圈之间的耦合的快速变化完全相容。因此，与已知的过程相比，提出的过程从时间执行速度和功率输送角度来看更高效。

先前描述的用于评估谐振频率和/或安全致动频率范围的过程可以重复若干次(连续或不连续)来收集更多的谐振频率评估以便提高结果的可靠性。

考虑到电流极限频率的安全致动频率范围评估

如上所述，逆变器电路140可以设置有箝位电路(未展示)，该箝位电路配置成在感应加热线圈电流Ic达到IGBT 212h、212l可以维持的最大电流时箝制所述电流。另外或替代地，可以提供软件保护，该软件保护被配置成在感应加热线圈电流Ic达到IGBT 212h、212l可以维持的最大电流之前箝制控制信号A1、A2的致动频率Fa。

根据本发明的实施例，用于评估考虑到电流极限频率Fc的安全致动频率范围的过程由控制单元160通过下列方式执行：以与用于评估考虑到谐振频率的安全致动频率范围的过程相同的方式(即，根据电流IC的包络300的同一半波310(i)内的致动频率值TFa(j)的序列)来逐步地改变控制信号A1、A2的致动频率Fa，直到接近最大容许电流的条件，这需要将致动频率Fa箝制到与接近IGBT 212h、212l可以维持的最大电流的感应加热线圈电流Ic值对应的致动频率值TFa(j)，或者直到探索到致动频率TFa(j)的合适范围。关于针对评估考虑到谐振频率的安全致动频率范围的过程执行的致动频率值TFa(j)的序列的考虑也适用于评估考虑到电流极限频率的安全致动频率范围的过程。

根据本发明的实施例，控制单元160在序列的每个第j步骤处测量以下各项：

-感应加热线圈电流Ic的对应正峰Ipp(j)，即，在时间间隔tj期间以频率Fa＝TFa(j)振荡的感应加热线圈电流Ic呈现的最高正值，以及

-感应加热线圈电流Ic的对应负峰Ipp(j)，即，在时间间隔tj期间以频率Fa＝TFa(j)振荡的感应加热线圈电流Ic呈现的最低负值。

作为由申请人执行的测试的结果，图5展示了在致动频率Fa在包络300的半波310(i)内逐步变化期间由控制单元160测量的正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)相对于时间的电流峰/时间关系CTR，而图6展示了相同的正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)相对于致动频率Fa的电流峰/致动频率关系CFR。

必须理解，通过改变包络300的同一半波310(i)内的致动频率Fa来执行测量，并且正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)的值还取决于相应时间间隔tj相对于半波310(i)的位置(对于相同频率而言，时间间隔tj越接近半波310(i)的中心，正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)(绝对值)就越高)。因此，正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)的所述测量值并不指示在半波310(i)的整个持续时间内可以使用致动频率值Fa＝TFa(j)测量到的实际电流峰。实际上，如果在半波310(i)开始或结束时测量的电流峰Ipp(j)只是刚好低于IGBT 212h、212l可以维持的最大电流，则可以肯定的是，如果在半波310(i)的整个持续时间使用对应的致动频率值Fa＝TFa(j)，那么感应加热线圈电流Ic将在半波310(i)的中心部分处超过IGBT 212h、212l可以维持的最大电流。

为此，根据本发明的实施例，控制单元160进一步被配置成处理(例如，归一化)所述测量，以便获得对应的补偿(例如，归一化)的正峰NIpp(j)和负峰NInp(j)，从而表示如果在对应于半波310(i)的整个持续时间的时间间隔tj期间执行测量并因此在半波310(i)的整个持续时间内设置对应的致动频率值Fa＝TFa(j)，则估计此类正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)将是多少。

根据本发明的实施例，通过根据测量的时间间隔tj相对于半波310(i)的位置修改每个对应的正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)来获得归一化正峰NIpp(j)和负峰NInp(j)。例如，根据本发明的实施例，通过经由(例如，通过乘以)展开系数ec(j)修改每个对应的正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)来获得归一化正峰NIpp(j)和负峰NInp(j)，所述展开系数ec(j)的值取决于测量的时间间隔tj相对于半波310(i)的位置。例如，根据本发明的实施例，时间间隔tj越远离半波310(i)的中心，展开系数ec(j)就越高。根据本发明的实施例，通过在时间间隔tj期间测量输入AC电压Vin的值来确定时间间隔tj相对于半波310(i)的位置。

图7展示了从图5的电流峰/时间关系CTR中的测量正峰Ipp(j)和负峰Inp(j)获得的归一化正峰NIpp(j)和归一化负峰NInp(j)相对于时间的归一化电流峰/时间关系NCTR。图8展示了相同归一化正峰NIpp(j)和负峰NInp(j)相对于致动频率Fa的归一化电流峰/致动频率关系NCFR。

因此，使用归一化正峰NIpp(j)和负峰NInp(j)，控制单元160能够评估对于考虑的致动频率值Fa＝TFa(j)中的每一个，哪一个是流过IGBT 212h、212l的最大感应加热线圈电流Ic，以这样的方式来评估电流极限频率Fc(即，感应加热线圈电流Ic低于IGBT 212h、212l可以维持的最大电流时的最小致动频率Fa值)。根据本发明的实施例，通过针对考虑的致动频率值Fa＝TFa(j)中的每一个，将对应的归一化正峰NIpp(j)和负峰NInp(j)与IGBT 212h、212l可以维持的最大电流进行比较来评估电流极限频率Fc。

根据本发明的实施例，可以通过考虑其对应的归一化正峰NIpp(j)或负峰NInp(j)最接近IGBT 212h、212l可以维持的最大电流的那个致动频率值TFa(j)来计算电流极限频率Fc的估算。

也可以通过仅考虑感应加热线圈电流Ic的正峰或仅考虑负峰来应用本发明的概念。

鉴于提出的过程，有可能在非常短的时间内评估电流极限频率Fc和/或安全致动频率范围(对于以50Hz的干线频率Fm振荡的输入AC电压Vin，过程持续最多10毫秒)，这和负载与感应熨烫典型的感应加热线圈之间的耦合的快速变化完全相容。因此，与已知的过程相比，从功率输送的角度来看，由于例如允许控制单元在检测到限制检测之后不久就输送最大允许功率的事实，所提出的过程更有效。

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符合评估的安全致动频率范围的功率输送

根据本发明的实施例，用于评估考虑到谐振频率的安全致动频率范围的过程和用于评估考虑到电流极限频率的安全致动频率范围的过程两者可以由控制单元160使用相同的致动频率值TFa(j)的序列同时执行。

根据本发明的实施例，一旦已基于致动频率值TFa(j)与谐振频率Fr和电流极限频率Fc中的至少一者的接近程度确定了安全致动频率范围，控制单元160便被配置成考虑所评估的安全致动频率范围来实际设置在感应线圈135中流动的AC电流的频率(即，致动频率Fa)，以这样的方式来根据用户的请求调节输送的电功率，同时避免装置中的任何故障或损坏。

根据本发明的实施例，如果用户的请求与所评估的安全致动频率范围不兼容，则无法满足此确切请求，并且控制单元160被配置成将致动频率(并且因此输送的电功率)设置为与所请求的级别不同的安全级别。

根据本发明的实施例，一旦已经确定了安全致动频率范围，控制单元160也可以被配置成将致动频率Fa设置为在安全致动频率范围中包括的值之中的与输送最大可能量的电功率对应的值。

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已经通过每次参考单个感应线圈135描述了先前所描述的用于确定安全致动范围的过程。然而，可以存在各种应用场景，其中应当一起激活并控制两个或更多个感应线圈135来加热同一负载。例如，在图1A所展示的熨烫系统100中，衣服熨斗110可以按特定方式安置，使得它的板125位于两个不同的感应线圈135上方。相反，参考图1B中所展示的感应烹饪系统100’，可以通过下列方式来限定与两个或更多个单个烹饪区170的总和对应的复合烹饪区190：同时激活并控制两个或更多个相邻的感应线圈135来向大型烹饪锅180提供热量，该烹饪锅以位于形成这种复合烹饪区190的感应线圈135上方的方式安置。

在下面的描述中，将描述根据本发明的实施例的感应加热系统(诸如，熨烫系统100或感应烹饪系统100’)如何操作以同时控制一组两个或更多个感应线圈135。

根据本发明的实施例，为了共同激活并控制一组感应线圈135(k)(k＝1、2...)，控制单元160执行下列操作。

针对该组中的每个感应线圈135(k)，控制单元160执行先前描述的操作以用于计算该感应线圈的谐振频率Fr(k)的对应估值以及该感应线圈的电流极限频率Fc(k)的对应估值。此外，针对该组中的每个感应线圈135(k)，控制单元160执行先前描述的操作以用于获得对应的归一化电流峰/致动频率关系NCFR(k)。图9展示了四个示例性归一化电流峰/致动频率关系NCFR(k)(k＝1、2、3、4)，每一者是从对这组中的相应感应线圈135(k)(k＝1、2、3、4)执行的测量中获得的。

然后，针对该组中的对应感应线圈135(k)，控制单元160将总体谐振频率Frg设置为谐振频率Fr(k)估值中的更具限制性的估值，即，最高的估值。

类似地，针对该组中的对应感应线圈135(k)，控制单元160将总体电流极限频率Fcg设置为电流极限频率Fc(k)估值中的更具限制性的估值，即，最高的估值。

控制单元160将与该组的感应线圈135(k)对应的归一化电流峰/致动频率关系NCFR(k)彼此相加，以获得对应的总体归一化电流峰/致动频率关系NCFRg，所述关系表示在该组的各种感应线圈135(k)的归一化正峰NIpp(j)和负峰NInp(j)的总和与致动频率Fa之间发生的关系。在图10中展示了与图9的四个示例性归一化电流峰/致动频率关系NCFR(k)(k＝1、2、3、4)对应的这种总体归一化电流峰/致动频率关系NCFRg的示例。

此时，计算了总体谐振频率Frg、总体电流极限频率Fcg之后，控制单元160利用相同的致动频率Fa通过将致动频率Fa设置在安全致动频率范围内来总体地控制该组中的感应线圈135(k)，就好像所述感应线圈135(k)是单个感应线圈135(k)一般，所述安全致动频率范围确保与总体谐振频率Frg和/或总体电流极限频率Fcg相容，如先前在仅考虑单个感应线圈135时描述。

鉴于此解决方案，可以在非常短的时间内容易接通多个感应线圈。

根据本发明的实施例，控制单元160针对该组的所有感应线圈135(k)(在包络300的同一半波310(i)中)同时执行涉及计算谐振频率Fr(k)、电流极限频率Fc(k)以及归一化电流峰/致动频率关系NCFR(k)的操作。针对该组的所有感应线圈135(k)利用相同的致动频率值TFa(j)序列，或者替代地可以通过利用相应的致动频率值TFa(j)序列来驱动该组的每个感应线圈135(k)，所述致动频率值序列通常与用于该组的其他感应线圈135(k)的那些致动频率值序列不同。

根据本发明的另一个实施例，控制单元160针对该组的每个感应线圈135(k)(在包络300的顺序半波310(i)中)连续地执行涉及计算谐振频率Fr(k)、电流极限频率Fc(k)以及归一化电流峰/致动频率关系NCFR(k)的操作。针对该组的所有感应线圈135(k)，利用相同的致动频率值TFa(j)序列。替代地，可以通过利用相应的致动频率值TFa(j)序列来驱动该组的每个感应线圈135(k)，所述致动频率值序列通常与用于该组的其他感应线圈135(k)的那些致动频率值序列不同。在后一种情况下，应当执行预处理动作以便获得针对该组的所有感应线圈135(k)使用相同频率基础的表示。此外，连续地执行此类操作意味着由于下列事实而导致一些测量差异：在该组的感应线圈135(k)按序列单独被激活的情况下，该组的感应线圈135(k)之间的磁相互作用丢失。

也设想混合解决方案，其中同时执行涉及整个组的至少一个子组的感应线圈135(k)的操作。

必须理解，为了同时执行用于计算谐振频率Fr(k)、电流极限频率Fc(k)以及归一化电流峰/致动频率关系NCFR(k)的操作，在两个或更多个感应线圈135(k)上，对应的电流请求应当低于感应(熨烫或烹饪)系统的相应DC链路(未展示)能够提供的最大容许电流。为此，根据本发明的实施例，如果总请求电流高于相应DC链路提供的最大容许电流，则应当监控影响同一DC链路的所有感应线圈135(k)以停止增加电流的任何请求。根据本发明的实施例，限制吸收电流的方式是限制频率下降。

根据本发明的实施例，如果该组的感应线圈135(k)的动态非常小以限制该组感应线圈135(k)的总体性能，则此类感应线圈135(k)可以从激活中排除以增加输送到该组的其他感应线圈135(k)的功率。

根据本发明的实施例，原则上可以使用上述相同的过程来选择不同的致动频率Fa以单独用于该组的各个感应线圈135(k)。在这种情况下，由于以不同频率工作的感应线圈135(k)之间的相互作用而产生跳动噪声。如果用于各种感应线圈135(k)的致动频率Fa彼此适当地间隔开，则可以避免跳动噪声。

尽管为了描述根据本发明的实施例的过程已经参考了感应熨烫系统和感应烹饪系统，但本发明的概念也可以应用于任何感应加热系统，诸如感应水加热系统，其中感应加热线圈可以安装在热水器中以用于生成时变磁场以便加热水箱。

自然地，为了满足局部要求和特殊要求，本领域的普通技术人员可以将许多逻辑和/或物理修改和变更应用于上述解决方案。

Claims (27)

1.一种用于管理感应加热系统的方法，所述感应加热系统包括：

-导电负载；

-逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分，所述开关部分包括开关装置，所述开关装置适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流，并且所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流以用于产生对应的时变磁场以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量，其中所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的所述半波对应的多个半波，并且其中在所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率，

其特征在于，所述方法包括：

-在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变所述致动频率；

-确定安全致动频率范围；

-基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率，

其中所述确定安全致动频率范围包括计算下列项之间的至少一者：

-每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，

-每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。

2.如权利要求1所述的方法，其中计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括：测量所述感应加热线圈上的电压的零交叉时间与所述AC电流的零交叉时间之间的距离。

3.如权利要求1所述的方法，其中计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括计算对应于所述感应加热线圈的功率因数。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括：根据致动频率值的序列逐步地设置所述致动频率，所述序列中的每个致动频率值是针对与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的对应时间间隔而设置的。

5.如权利要求4所述的方法，其中计算每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度的所述步骤包括：

-针对所述序列中的每个致动频率值，计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最高正值对应的电流正峰，和/或计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最低正值对应的电流负峰；

-基于所述电流正峰和/或电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括根据所述对应时间间隔相对于所述半波的位置来使每个电流正峰和/或电流负峰归一化，所述基于所述电流正峰和/或电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度进一步包括：基于所述归一化电流正峰和/或所述归一化电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度。

7.如前述权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括跨越对应的致动频率范围，所述方法进一步包括：

-适应于所述跨越的致动频率范围的值高于所述谐振频率和所述电流极限频率的评估，选择所述安全制动频率范围作为所述跨越的致动频率范围。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

-适应于所述谐振频率和所述电流极限频率当中的至少一个高于所述跨越的致动频率的至少一个值的评估，从所述跨越的致动频率的子范围中选择所述安全致动频率范围，所述选择的子范围的值全都高于所述谐振频率和所述电流极限频率。

9.如权利要求4所述的方法，其中所述致动频率值的序列包括第一序列部分，所述第一序列部分从第一致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更低致动频率值继续。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述致动频率值的序列包括第二序列部分，所述第二序列部分从所述第一序列部分的最后一个致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更高致动频率值继续。

11.如权利要求4所述的方法，其中所述致动频率值的序列包括第一序列部分，所述第一序列部分从第一致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更高致动频率值继续。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述致动频率值的序列包括第二序列部分，所述第二序列部分从所述第一序列部分的最后一个致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更低致动频率值继续。

13.如权利要求9所述的方法，其中在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括：基于所述序列中的前一个致动频率值相对于实际谐振频率的距离来设置所述序列中除了所述第一致动频率值之外的每个新致动频率值。

14.如权利要求11所述的方法，其中在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括：基于所述序列中的前一个致动频率值相对于实际谐振频率的距离来设置所述序列中除了所述第一致动频率值之外的每个新致动频率值。

15.如前述权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：一旦致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度被确定为低于预定义阈值，便将所述致动频率限制为与所述致动频率值对应的值。

16.如前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括：计算所述谐振频率和所述电流极限频率中的至少一个的估值。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述方法进一步包括：通过考虑在所述多个致动频率值中最接近所述谐振频率本身的一个致动频率值来计算所述谐振频率的估值。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述方法进一步包括：通过考虑在所述多个致动频率值中最接近所述电流极限频率本身的一个致动频率值来计算所述电流极限频率的估值。

19.如权利要求16所述的方法，其中所述感应加热系统包括一组至少两个感应加热线圈，所述方法包括：

-针对所述组中的每个感应加热线圈，计算与这样的感应加热线圈对应的谐振频率的估值和电流极限频率的估值；

-基于与所述组中的所述感应加热线圈对应的谐振频率的所计算的估值来设置总体谐振频率；

-基于与所述组中的所述感应加热线圈对应的电流极限频率的所计算的估值来设置总体电流极限频率；

-根据所述总体谐振频率和所述总体电流极限频率来确定所述安全致动频率范围。

20.如权利要求19所述的方法，其中：

-所述设置所述总体谐振频率包括将所述总体谐振频率设置为与所述组中的所述感应加热线圈对应的所述谐振频率的所计算的估值当中最高的一个，并且

-所述设置所述总体电流极限频率包括将所述总体电流极限频率设置为与所述组中的所述感应加热线圈对应的所述电流极限频率的所计算的估值当中最高的一个。

21.如权利要求19所述的方法，其中所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值是针对所述组中的所有所述感应线圈在所述包络的同一半波中同时执行的。

22.如权利要求19所述的方法，其中所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值是针对所述组中的所有所述感应线圈在所述包络的连续半波中按顺序执行的。

23.如权利要求19所述的方法，其中所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值包括：针对所述组中的每个感应加热线圈，根据致动频率值的同一序列来改变所述致动频率。

24.如权利要求19所述的方法，其中所述针对所述组中的每个感应加热线圈来计算所述谐振频率的估值和所述电流极限频率的估值包括：针对所述组中的每个感应加热线圈，根据致动频率值的相应序列来改变所述致动频率。

25.一种用于加热导电负载的感应加热系统，所述感应加热系统包括：

-逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分，所述开关部分包括开关装置，所述开关装置适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流，并且所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流以用于产生对应的时变磁场以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量，其中所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的所述半波对应的多个半波，并且其中在所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率，其特征在于，所述感应加热系统还包括：

-控制单元，所述控制单元被配置成：

·在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变所述致动频率；

·确定安全致动频率范围；

·基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率，其中：

所述控制单元被配置成通过计算下列项之间的至少一个来确定所述安全致动频率范围：

--每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，

--每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。

26.如权利要求25所述的感应加热系统，其中所述逆变器电路是选自以下各项中的一者：

-半桥逆变器电路；

-全桥逆变器电路，以及

-准谐振逆变器电路。

27.如权利要求25或权利要求26所述的感应加热系统，其中：

-所述导电负载是衣服熨斗的板，并且所述感应加热线圈安装在熨烫板上，或

-所述导电负载是烹饪锅的一部分，并且所述感应加热线圈安装在烹饪灶具中，或

-所述导电负载是热水器的水箱，并且所述感应加热线圈安装在热水器中。

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