CN114080860B - 用于控制向感应线圈提供电功率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制向感应烹饪器具(1)的感应元件、特别是感应线圈(L)提供电功率的方法，该感应烹饪器具(1)包括电路系统(10)，该电路系统具有：输入端(11)；用于向该感应元件、特别是该感应线圈(L)提供脉冲电功率的至少一个开关元件(S)；以及与该开关元件(S)并联连接、特别地串联连接的电容元件、特别是电容器(C)，该方法包括以下步骤：‑在该电路系统(10)的输入端(11)接收整流AC电压(Vin)；‑特别是在第一部分/阶段(P1)期间对该电容元件、特别是该电容器(C)放电，以便特别是在整流AC电压(Vin)的第一周期期间降低提供给该开关元件(S)的电压；‑在对该电容元件、特别是该电容器(C)至少部分放电后，特别是作为第二部分/阶段(P2)，特别是在整流AC电压(Vin)的第二周期期间，开始该开关元件(S)的开关操作；‑特别是在整流AC电压(Vin)的第二周期期间，在开关操作时间之后停止该开关操作；‑特别是紧接着在整流AC电压(Vin)的后续周期中，重复对电容器(C)放电、开始开关操作、以及停止开关操作的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制向感应线圈提供电功率的方法并且总体上涉及烹饪器具领域。更具体地，本发明涉及一种用于控制向感应灶具的感应线圈提供电功率的方法和对应的系统。
背景技术
包括开关式加热功率传递元件的感应烹饪器具在现有技术中是已知的。
为了控制向炊具物品提供加热功率，可以改变功率水平。感应发电机、具体地具有准谐振架构的感应发电机经常受到有限的功率变化能力的影响。
不利的是，在低功率水平下，开关元件处发生的开关损耗会随着在开关时施加到开关元件的电压增加而增加。所述电压增加会导致硬开关状态，从而由于热损耗而增加功率耗散。另外，所述电压增加会导致在执行开关操作时产生声学噪声。当降低最小功率水平时，所述问题增加。因此，由于开关元件的热损耗，可以选择的功率水平的范围受到向下限制。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供一种感应烹饪器具，该感应烹饪器具能够实现广泛的功率控制范围，同时降低功率耗散和/或降低声学噪声。该目的是通过独立权利要求的特征来解决的。从属权利要求中给出了优选实施例。如果没有另外明确指出，则本发明的实施例可以彼此自由组合。
在本领域中众所周知的是，这种家用烹饪灶具或烹饪器具通常被提供来进行分别包括加热和/或冷却步骤的至少一种烹饪过程。这种烹饪过程优选地至少包括加热步骤，例如，分别对食物或烹饪液体进行油炸、煮沸、慢炖或罐装。为了支撑食品或炊具物品，特别已知的是提供例如呈烹饪表面的形式的烹饪支撑件。这种烹饪表面通常为炊具物品提供支撑，例如以板元件、特别是玻璃或玻璃陶瓷板的形式提供。
优选地，烹饪灶具包括烹饪支撑件和下壳体、优选地由它们组成。因此，优选的是，下壳体的开放顶侧被烹饪支撑件的至少一部分覆盖。烹饪支撑件可以特别地设置为至少一个面板，其中优选地，该面板是玻璃陶瓷面板。优选地，至少一个或多个加热功率传递元件布置在该面板下方。
下壳体可以由不同材料制成，包括塑料或金属，例如铝。
特别地，这种壳体可以包括底壁和至少一个侧壁。优选的是，所述壳体由金属(例如，铝或钢)和/或塑料制成，其中优选地，由金属制成的壳体接地。
有利地，所述下壳体可以包括特别是布置在相应加热功率能量单元外壳中的至少一个加热功率能量单元、加热功率传递元件、加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件。换句话说，下壳体和烹饪支撑件可以形成封闭单元，该封闭单元包括烹饪灶具的所有基本部分。因此，下壳体可以包括用于将烹饪灶具紧固和/或布置在工作板的顶部上或切口中的紧固装置。
因此，优选地，功率传递元件可以布置在烹饪支撑件下方。优选地，一个或多个加热功率传递元件布置在烹饪灶具的下壳体的上部部分中。功率传递元件可以由一个或多个加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件布置和支撑，优选地，功率传递元件附接和/或布置在所述载体或支撑件上。包括能量功率单元的外壳可以布置在一个或多个加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件下方。因此，优选地，支撑加热功率传递元件的加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件可以有利地布置在能量功率单元的这种外壳的顶部上和/或附接到该外壳上。
为了进行烹饪过程、特别是加热步骤，烹饪器具、特别是下壳体包括至少一个加热功率传递元件。所述加热功率传递元件被提供以用于将加热功率传递到优选地炊具物品中包含的食物或烹饪液体。
优选地，该至少一个加热功率传递元件是电加热元件、特别是感应加热元件(特别是感应线圈)和/或辐射加热元件。由加热功率传递元件提供的加热功率可以优选地以电的方式提供。优选地，加热功率可以通过热量生成磁场、更特别地通过感应场来提供。因此，本发明的烹饪灶具优选地是感应灶具。
优选地，呈感应线圈形式的加热功率传递元件包括平面导电绕组导线、特别是铜导线。优选地，感应线圈包括至少一个磁场支持元件，例如，铁氧体元件。优选地，所述至少一个磁场支持元件、特别是至少一个铁氧体元件布置在导电绕组导线的平面下方。所述至少一个磁场支持元件、特别是铁氧体元件有利于建立和/或支持感应线圈的高频交变磁场。所述磁场支持元件、特别是布置在导电绕组导线下方时可以胶合到铁氧体支撑元件(例如，卡扣配合连接器等)或被其支撑。
优选地，感应线圈包括屏蔽元件，例如，云母片。屏蔽元件优选地被适配成平面导电绕组导线的形式或者至少两个邻近布置线圈的至少两个平面导电绕组导线的形式。屏蔽元件优选地被提供在至少一个磁场支持元件、特别是至少一个铁氧体元件上方。屏蔽元件的主要功能优选地是线圈的平面导电导线绕组的支撑件。然而，另外，屏蔽元件、特别是云母片也可以屏蔽例如由加热的锅底产生的、从上方辐射的温度。
在本发明的烹饪灶具中，该至少一个加热功率传递元件优选地布置和/或安装在加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件上、特别是包括在下壳体中。特别优选的是，由金属铝片制成的载体支撑加热功率传递元件。特别地，本发明的烹饪灶具可以包括功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件以支撑一个加热功率传递元件，然而，本文还考虑了提供一个功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件以支撑多于一个加热功率传递元件。
在本发明的优选实施例中，两个加热功率传递元件布置在一个共用的加热功率传递元件载体上并被其支撑。特别地，至少两个感应线圈布置在一个共用的感应线圈载体板上并被其支撑。
加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件可以有利地被加热能量功率单元的外壳支撑或支撑在该外壳上。
特别地，本发明的烹饪灶具的加热功率传递元件中的至少一个、优选地全部、更特别地感应灶具的感应线圈可以布置在烹饪支撑件、特别是呈板元件形式的烹饪表面的下方并且特别是在下壳体内，以便当放在烹饪支撑件的加热区上时，将用于加热步骤的热量分别提供到所述加热区以及炊具物品和食物的底侧。
本发明的烹饪灶具、特别是本发明的感应灶具的烹饪支撑件优选地包括至少一个加热区。本文所指的这种加热区优选地指烹饪支撑件、特别是烹饪表面的一部分，该部分与布置在烹饪支撑件(例如，玻璃陶瓷板)处、优选在其下方的一个加热功率传递元件(例如，辐射加热元件或感应线圈)相关联。特别地，在本发明的烹饪灶具是感应灶具的实施例中，优选的是，这种加热区指代烹饪支撑件的一部分，该部分与至少一个感应线圈相关联。因此，与加热区相关联的加热功率传递元件优选地被配置成使得相关联的加热功率传递元件的相同加热功率被传递到加热区。因此，优选地，加热区指代烹饪支撑件的一部分，相关联的至少一个加热功率传递元件的相同加热功率被传递到该部分。
另外，本发明的烹饪灶具可以特别被配置成使得在一种操作模式中，一个或多于一个加热区分别形成一个烹饪区和/或组合成一个烹饪区。烹饪区可以特别地被提供为烹饪表面的至少一部分。特别地，这种烹饪区与至少一个加热区相关联。另外或替代性地，烹饪区可以与多于一个加热区相关联。特别地，烹饪区可以与偶数个、特别是两个、四个、六个、八个或十个、更特别是两个加热区相关联。替代性地，烹饪区可以与奇数个、特别是三个、五个、七个或九个、更特别是三个加热区相关联。
优选地，本发明的烹饪灶具被配置成使得烹饪区包括一个或多于一个加热区，这些加热区可以用相同或不同功率、频率或加热水平来驱动。
在本发明中，优选的是，在至少一种操作模式中，根据本发明的烹饪灶具被配置成使得烹饪区包括由相同功率、频率或加热水平驱动的至少两个、优选两个加热区。特别地，这种烹饪区包括至少两个、优选两个加热功率传递元件或与之相关联。
另外或替代性地，本发明的烹饪灶具可以被配置成使得与一个烹饪区相关联的加热区的数量可以变化和/或可以取决于厨师的需要和/或放在烹饪表面上的炊具的大小、形式或种类可调。
特别地，根据本发明的烹饪灶具、优选地电灶具(比如，感应灶具)可以包括至少一个加热功率能量单元。如本文所使用，加热功率能量单元优选地向加热功率传递元件中的至少一个、优选地多个提供能量，以使得加热功率传递元件能够传递加热功率以用于加热食物或烹饪液体。例如，感应灶具的加热功率能量单元可以向呈感应线圈形式的加热功率传递元件提供呈高频交流电形式的能量，该加热功率传递元件将呈磁场形式的加热功率传递到合适的炊具物品。出于此目的，加热功率能量单元可以包括安装和/或布置在至少一个印刷电路板上的至少一个相关联的功率电路。优选地，加热功率能量单元被支撑并布置在外壳、优选地塑料壳体中，该外壳优选地可布置在下壳体中并与其适配。这允许实现容易的制造和模块化。
特别地，外壳可以包括用于支撑加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件的支撑元件。特别地，这些支撑元件可以包括弹性装置、例如弹簧或硅元件以用于弹性地支撑加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件，并且特别有利于将加热功率传递元件按压到烹饪支撑板的底表面上，该烹饪支撑板特别是玻璃陶瓷板。
特别地，加热功率能量单元以及特别是相关联的功率电路可以被配置成连接到市电电源的至少一相、优选地两相。因此，根据本发明的烹饪灶具包括至少一个、优选地两个或三个加热功率能量单元，每个加热功率能量单元连接到市电电源的一相或两相、优选地一相。
优选地，加热功率能量单元可以包括特别呈至少一个加热功率发生器形式的至少一个相关联的功率电路，以用于生成加热功率并向加热功率传递元件供应加热功率、特别是用于将加热功率提供到至少一个加热区。因此，功率电路可以特别地以半桥配置或准谐振配置的形式来提供。
因此，将立即理解的是，加热功率能量单元可以包括一个加热功率发生器以用于向多于一个加热区提供加热功率，每个加热区与至少一个加热功率传递元件相关联。
此外，加热功率能量单元可以包括一个加热功率发生器，其包括单一或一对高频开关元件。
特别地，高频开关元件以半导体开关元件、特别是IGBT元件的形式来提供。
在加热功率能量单元可以包括具有单一高频开关元件的一个加热功率发生器的情况下，该单一开关元件优选地形成以准谐振电路或其一部分的形式提供的相关联功率电路的一部分。
在加热功率能量单元可以包括具有一对高频开关元件的一个加热发生器的情况下，所述一对开关元件优选地形成以半桥电路或其一部分的形式提供的相关联功率电路的一部分。
本领域技术人员将立即理解的是，由特别地加热功率传递元件、加热功率能量单元和/或炊具物品、特别是其底部生成和/或辐射的热量也可能特别是在安全性和正常运行方面具有不利影响。特别地，加热功率能量单元、更特别是包括开关元件的功率电路可能生成大量热量，这对烹饪灶具的安全和正常运行是不利的。出于此原因，烹饪灶具包括至少一个冷却装置。特别地，所述冷却装置适于冷却电元件和/或电子元件。特别地，加热功率能量单元可以包括这种冷却装置。这种冷却装置可以包括以下中的至少一种：风扇、冷却通道、优选地由金属、特别是铝制成的冷却体、冷却空气导引装置、冷却空气偏转装置等。特别地，本发明的烹饪灶具可以包括这种冷却装置，以用于冷却至少一个加热功率发生器或其一部分、特别是至少一个单一或一对高频开关元件。更特别地，这种冷却装置可以包括冷却体，该冷却体优选地布置在冷却风扇的空气路径中，并且热连接到至少一个加热功率发生器或其一部分、特别是至少一个单一或一对高频开关元件。因此，优选的是，冷却装置包括至少一个风扇，以用于生成穿过冷却通道的空气流。优选地，冷却通道和/或冷却体水平延伸穿过烹饪灶具。例如，冷却通道和/或冷却体在烹饪灶具的水平宽度的很大部分上延伸。
根据本发明的烹饪灶具优选地进一步包括控制单元。这种控制单元优选地与加热功率能量单元操作性地连接，以控制烹饪灶具的至少一个操作参数、特别是加热功率能量单元的操作参数。此外，控制单元包括用户界面，以至少用于接收用户的命令输入。这有利地允许用户控制烹饪灶具的至少一个操作参数、特别是加热功率能量单元的操作参数。此外，控制单元、特别是用户界面(如果存在的话)可以操作性地连接到其他器具或接口，例如抽吸罩、语音控制装置、服务器、远程接口、云计算源等。
因此，根据本发明的家用烹饪灶具包括至少一个电元件和/或电子元件。特别地，所述至少一个电元件和/或电子元件包括加热功率能量单元和/或控制单元或其部分。
特别地，本发明的家用烹饪灶具的至少一个电元件和/或电子元件可以是至少一个加热能量功率单元的一部分，该至少一个加热能量功率单元优选地安装和/或布置在安装在印刷电路板(PCB)上的配电板和/或功率生成电路上。
这至少一个电元件和/或电子元件可以例如选自包括以下的组：加热功率发生器、滤波器线圈、EMC滤波器、整流器、开关元件(如IGBT)、继电器等。
根据一个方面，本发明涉及一种用于控制向感应烹饪器具的感应线圈提供电功率的方法。感应烹饪器具包括电路系统，该电路系统具有：输入端、用于向感应线圈提供脉冲电功率的至少一个开关元件以及与开关元件并联连接的电容器。该方法包括以下步骤：
-在该电路系统的输入端接收整流AC电压；
-对该电容器放电，以降低提供给该开关元件的电压；
-在对该电容器至少部分放电之后，开始该开关元件的开关操作；
-在开关操作时间之后停止该开关操作；以及
-在整流AC电压(Vin)的后续周期中，重复电容器放电、开始开关操作和停止开关操作的步骤。
特别地，通过根据本发明的方法，感应烹饪器具的电功率的变化低于或至少可以低于预定范围、更特别地低于20％、更特别地低于10％。
特别地，通过根据本发明的方法，感应烹饪器具的电功率在整流AC电压周期内的变化低于或者至少可以低于预定范围、更特别地低于20％、更特别地低于10％。
特别地，在整流AC电压的每个周期期间重复或可以重复开始开关操作、停止开关操作、以及对电容器放电的每个步骤。
特别地电容器在第三部分或阶段、更特别地在整流AC电压的第二周期期间被加载或可以被加载到其最大电压。
根据一个方面，本发明涉及一种优选地在至少一种操作模式下控制向感应烹饪器具的感应元件、特别是感应线圈提供电功率的方法。感应烹饪器具包括电路系统，该电路系统具有：输入端；用于向感应元件、特别是感应线圈提供脉冲电功率的至少一个开关元件；以及并联连接、特别是串联连接到开关元件的电容元件、特别是电容器。该方法包括以下步骤：
-在该电路系统的输入端接收整流AC电压；
-特别是在第一部分/阶段期间对该电容元件、特别是该电容器放电，以便特别是在整流AC电压的第一周期期间降低提供给该开关元件的电压；
-在对该电容元件、特别是该电容器至少部分放电后，特别是作为第二部分/阶段，特别是在整流AC电压的第二周期期间，开始该开关元件的开关操作；
-特别是在整流AC电压的第二周期期间，在开关操作时间之后停止该开关操作；
-特别地在第三部分/阶段、更特别地在整流AC电压的第二周期期间，将电容器加载到其最大电压，
-特别是紧接着在整流AC电压的后续周期中重复电容器放电、开始开关操作和停止开关操作的步骤，特别是在整流AC电压的每个周期期间重复开始开关操作、停止开关操作、以及对电容器放电的每个步骤，
-因此，特别地，电功率的变化低于或者可以低于预定范围。
尤其地，随后在整流AC电压的每个周期期间执行这三个部分或阶段中的每一个。
特别地，AC电压可以是频率为50Hz、60Hz或在50Hz至60Hz之间的正弦AC电压。相应地，整流AC电压可以是基本上为正的半正弦波序列和/或可以具有100Hz至120Hz的频率。整流AC电压特别地可以是已经被整流器、特别是桥式整流器、更特别是二极管桥式整流器整流的正弦AC电压。
“整流AC电压的周期”特别地可以是市电输入电压的单个正半正弦波或相移正半正弦波，使得更特别地，整流AC电压的周期可以包括第一正半正弦波内的第一部分和第二正半正弦波内的第二部分，优选地具有大约10ms的长度。这些周期可以例如以100Hz至120Hz之间的频率重复。
阶段或部分特别地可以是整流AC电压的周期的一部分。阶段或部分特别地也可以是整流AC电压的第一和/或第二周期的一部分。
特别地，第一阶段或部分之后可以紧接着是第二阶段或部分，第二阶段或部分之后可以紧接着是第三阶段或部分。
特别地，由第一阶段或部分、第二阶段或部分、以及第三阶段或部分构成的序列在时间上可以相等，或者可以具有相同的持续时间，如单个、更特别地相移的整流AC电压周期。
特别地，阶段可以是部分的同义词。
特别地，感应线圈可以是感应元件。特别地，电容器可以是电容元件。
特别地，整流AC电压的第一周期之后可以紧接着是整流AC电压的第二周期。特别地，整流AC电压的一或该第二周期可以直接在整流AC电压的一或该第一周期之后。
在特定实施例中，连续电功率被提供或可以被提供给布置在感应烹饪器具上的烹饪器皿，例如锅，更特别是从0W或无功率到最大功率，使得可以提升、特别是显著提升用户体验。
特别地，连续电功率意味着在整流AC电压的每个周期期间提供相同或至少基本相同的电功率。因此，电功率的变化低于预定范围、特别是低于预定最大变化、特别是低于10％或5％。
优选并联组合的感应元件、特别是感应线圈以及电容元件、特别是电容器也可以称为谐振回路。特别地，感应线圈和电容元件、特别是电容器并联连接或者可以并联连接。
所述方法是有利的，因为在开始开关操作之前的放电步骤能够导致施加到开关元件的电压降低。因此，可以避免在高电压电平下接通开关元件，从而降低了由于开关元件内的热损耗而导致的功率耗散以及由于硬开关状态产生的声学噪声。
根据实施例，所述放电在整流AC电压的斜率下降的时间段期间开始。因此，可以在整流AC电压的上升斜率期间对电容器充电并执行所述开关操作。
特别地，所述放电通过单个开关操作来执行，在此期间，放电实体和/或开关元件优选地逐渐地、特别是至少基本上线性地从闭合状态变为断开状态。这可以实现电容元件的缓慢放电。
放电实体特别地可以被配置成使得所述电容元件、特别是电容器能够放电。所述放电实体可以与电容器并联连接。
根据实施例，将该电容器放电至50V或更低的电压。因此，施加到开关元件的电压降低，并且可以减轻或避免硬开关状态，从而导致功率耗散的降低和声学噪声的降低。
特别地，电容器的电压可以由测量单元确定，更特别地由放电实体的测量单元或放电实体内的测量单元确定。
根据实施例，所述放电在整流AC电压的零点或接近零点时停止。因此，有利的是，整流AC电压的上升斜率可以用于执行所述开关操作且对电容器充电。
根据实施例，所述放电在整流AC电压的零点之前停止。
特别地，为了停止放电，放电实体和/或开关元件可以(例如，逐渐地)从断开状态切换到闭合状态。
根据实施例，开关操作在整流AC电压的零点或接近零点时开始。术语“接近零点”可以被定义为零点周围的区域，该区域的持续时间为整流AC电压周期的10％或更少、具体地5％或更少。在所述时间点，提供给开关元件的电压较低，并且可以避免由硬开关状态引起的有害影响。
特别地，开关操作可以在整流AC电压的零点之前开始和/或当电容器放电至50V或更低的电压时开始、更特别地响应于来自放电实体的测量单元或放电实体内的测量单元的测量信号开始。因此，优选地，开关操作可以在整流AC压的第一周期结束时开始，并且在整流AC压的第二周期期间继续、特别是直到整流AC电压超过预定值、特别是其最大值的50％、60％、70％或80％。因此，优选地，因为避免了在最大电压下进行开关，使得更平滑的操作成为可能和/或减少热损耗。
特别地，可以以由第一过零检测装置确定的开关频率来执行开关操作。
特别地，第一过零检测装置可以检测开关元件两端的电压何时低于预定值、特别是低于最大值的10％、更特别是至少基本为零。这种过零检测装置可能是有利的，因为感应元件、特别是感应线圈和电容元件、特别是电容器的谐振频率可能取决于布置在感应烹饪器具上的烹饪器皿而变化。
特别地，开关频率由谐振回路的谐振频率确定，谐振回路包括感应元件和电容元件。特别地，开关频率在25kHz至30kHz之间的范围内。
特别地，开关操作可以以由感应元件、特别是感应线圈和/或电容元件、特别是电容器的电压确定的Ton时间执行，使得热损耗保持在预定范围之下。特别地，Ton时间被确定为使得开关电压、更特别地在Ton时间结束时小于最大电压的50％、更特别地小于最大电压的40％。
特别地，开关操作是这样一种操作，其中，提供至少基本为矩形的驱动信号、更特别的作为脉冲信号，该信号以Ton时间的活动状态与Toff时间的非活动状态之间的占空比交替。
该至少基本为矩形的信号特别地可以用于驱动开关元件，该开关元件进而向电感元件和电容元件提供脉冲电功率，更特别地，通过响应于驱动信号来断开和闭合开关元件，该开关元件进而断开和闭合感应元件和电容元件与预定电压、特别是接地电压或零电压的连接。
因此，开关和传导损耗可以更低，因为开关元件、特别是IGBT的激活和/或开关操作可以被限制在接近或在整流AC电压和/或市电电压过零附近或之后的区域、部分和/或阶段，从而优选地，感应烹饪器具的效率更高或增加或者可以更高或增加。
根据实施例，所述开关操作在整流AC电压达到其最小值之前停止。换句话说，开关操作不是在整流AC电压的整个周期期间进行，而是只在比整流AC电压周期短的时间段期间进行。换句话说，所述开关操作仅在小于整个整流AC电压周期的整流AC电压周期的第一部分期间执行。因此，在开关操作中断期间，可以在开始所述开关操作之前对电容器进行放电，并且优选地还可以在停止所述开关操作之后对所述电容器进行再充电。
特别地，所述开关操作可以在整流AC电压达到其最大值的90％、更特别是80％、更特别是70％、更特别是60％、更特别是50％之前停止。
特别地，所述开关元件只能在小于整个整流AC电压周期的整流AC电压周期的第一部分或阶段期间工作。
特别地，在小于整个整流AC电压周期的整流AC电压周期的第二和/或第三部分/阶段期间，所述开关元件不工作、特别是不闭合。
特别地，开关元件的平均功率损耗低于预定的最大功率损耗。
特别地，开关操作时间决定了提供给感应线圈和电容器的电功率。
特别地，开关操作时间是响应于加热区的功率水平而确定的。特别地，开关操作时间可以响应于加热区的功率水平来确定、更特别地借助于开环和/或闭环来确定，使得对应于功率水平的电功率被提供给感应线圈和电容器。
根据实施例，所述开关操作在整流AC电压达到其最大值之前停止。换句话说，开关操作在整流AC电压的上升斜率期间停止。因此，可以将电容器再充电到最大电压值。
根据实施例，该电容器的放电在整流AC电压周期的第二部分期间执行，该第二部分不与所述第一部分重叠。因此，换句话说，开关操作不与由放电实体引起的所述电容器放电同时执行。因此，所述电容器放电对所述开关操作没有不利影响。
根据实施例，在整流AC电压周期的第三部分期间执行该电容器的充电，其中，整流AC电压周期的所述第三部分位于特定整流AC电压周期的作为执行开关操作的时间段的第一部分与作为电容器放电的时间段的第二部分之间。因此，换句话说，在每个开关操作周期与放电周期之间，执行电容器的再充电。
特别地，在整流AC电压周期的第三部分期间，电压是或者可以至少基本上是恒定的。
在特定实施例中，整流AC电压周期的第三部分在整流AC电压周期的40％之前开始，并且在整流AC电压周期的60％之后结束。
在特定实施例中，整流AC电压周期的第三部分在整流AC电压比其最大值低至少20％时开始和结束。
根据实施例，所述放电和所述开关操作以整流AC电压的周期率周期性地重复。因此，可以在降低的最小功率水平下操作感应烹饪器具，而不会超过开关元件的最大操作温度，并且不会出现大于整流AC电压周期的开关暂停。
根据另一方面，本发明涉及一种用于控制向感应灶具的感应线圈提供电功率的系统。该系统包括电路系统，该电路系统包括用于接收整流AC电压的输入端、用于向感应线圈提供脉冲电功率的至少一个开关元件、与开关元件并联连接的电容器以及被配置成使得所述电容器能够放电的放电实体。该系统进一步包括控制实体，其中，该控制实体被配置为执行后续控制周期，其中，在所述控制周期内，该控制实体被配置成基于所述放电实体对所述电容器放电，并且在对电容器放电之后开始开关元件的开关操作，以便向感应线圈提供脉冲电功率。
根据另一方面，本发明涉及一种用于控制向感应元件、特别是感应烹饪器具、特别是感应灶具的感应线圈提供电功率的系统，特别是用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，该系统包括电路系统，该电路系统包括：用于接收整流AC电压的输入端；用于向感应元件、特别是感应线圈提供脉冲电功率的至少一个开关元件；与开关元件并联连接的电容元件、特别是电容器；以及被配置成使得所述电容元件能够放电的放电实体、特别是电容器；该系统进一步包括控制实体，其中，该控制实体被配置成用于执行后续控制周期，
其中，在所述控制周期中，该控制实体被配置成基于所述放电实体对所述电容元件、特别是电容器进行放电，并且
在对该电容元件、特别是电容器至少部分放电之后，开始该开关元件的开关操作，以便向该感应元件、特别是感应线圈提供脉冲电功率。
所述系统是有利的，因为在开始开关操作之前对电容器放电能够导致施加到开关元件的电压降低。因此，可以避免在高电压电平下接通开关元件，从而降低了由于开关元件内的热损耗而导致的功率耗散以及由于硬开关状态产生的声学噪声。
根据本系统的实施例，所述放电实体与电容器并联连接。所述放电实体可以包括电阻器，该电阻器可以基于开关元件而被激活和停用。在激活状态下，电阻器与电容器并联连接，以便对所述电容器放电。因此，电容器的时间选择性放电是可能的。
根据系统的实施例，该控制实体被配置成在整流AC电压周期的一部分中执行开关操作，其中，周期的该部分小于整个整流AC电压周期。因此，还可以在所述开关操作之前执行电容器放电，并且优选地，在所述开关操作之后执行电容器再充电。
根据又一方面，本发明涉及一种感应烹饪器具，该感应烹饪器具包括如前所述的系统。
在本发明中使用的术语“基本上”或“大致”是指与准确值偏差+/-10％、优选地+/-5％，和/或呈对功能而言无关紧要的变化形式的偏差。
附图说明
从以下详细说明和附图中将容易理解本发明的各个方面，包括其具体特征和优点，在附图中：
图1示出了包括多个加热区的烹饪器具的示例俯视图；
图2示出了根据本发明的实施例用于控制向感应线圈提供电功率的系统的示意图；以及
图3示出了输入电压和施加到电容器上的电容器电压的时间图。
具体实施方式
现在将参照这些附图对本发明进行更全面的描述，在附图中示出了示例实施例。附图中的实施例可以涉及优选实施例，同时结合实施例描述的所有元件和特征可以在适当时与本文所讨论的任何其他实施例和特征(特别是与上文进一步讨论的任何其他实施例相关的)结合使用。然而，本发明不应当被解释为局限于本文中阐述的这些实施例。贯穿以下说明，当适用时，使用类似的附图标记来表示类似的元件、零件、物件或特征。
本说明书、权利要求、示例和/或附图中所披露的本发明的特征可以单独地和以其任意组合的方式成为用于以其不同形式实现本发明的材料。
图1展示了感应烹饪器具1的示意图，在本示例中是电感应灶具。
感应烹饪器具1包括多个加热区2。例如，每个加热区2可以与一个或多个加热功率传递元件相关联、具体地与一个或多个感应线圈相关联。感应烹饪器具1可以被配置成用于组合两个或更多个加热区2，以便形成更大规模的烹饪区。
另外，感应烹饪器具1包括用户界面3，基于该用户界面，用户可以控制感应烹饪器具1。例如，基于用户界面3，用户可以控制加热区2的功率水平。功率水平可以在最小功率水平Pmin与最大功率水平Pmax之间选择。
图2示出了用于控制向感应线圈L提供电功率的系统的示意图，具体地用于降低当在低功率水平下操作加热区2时在开关元件处产生的开关损耗。
该系统包括电路系统10和用于控制电路系统10的操作的控制实体12。
电路系统10包括用于接收输入电压Vin的输入端11。输入电压Vin可以是整流AC电压。例如，整流AC电压可以通过整流具有特定频率的正弦AC电压而得到。整流AC电压可以包括正弦AC电压的双倍频率。因此，例如，如果正弦AC电压具有50Hz的频率，则整流AC电压可以具有100Hz的频率。
在实施例中，AC电压可以是频率为50Hz、60Hz、或在50Hz与60Hz之间的正弦AC电压。相应地，整流AC电压可以是基本上为正的半正弦波序列和/或可以具有100Hz至120Hz的频率。整流AC电压特别地可以是已经被整流器、特别是桥式整流器、更特别是二极管桥式整流器整流的正弦AC电压。
电路系统10进一步包括开关元件S。开关元件S与感应线圈L电耦合，以便向感应线圈L提供电功率。感应线圈L进一步与电容器CR电耦合，以用于产生谐振电路。电容器CR可以并联连接到感应线圈L。此外，开关元件S可以串联电连接到所述谐振电路。
开关元件S与控制实体12电连接，以用于接收开关信号SW。基于开关信号SW，可以执行开关元件S的开关操作。在所述开关操作期间，可以向感应线圈L提供脉冲电功率，这引起感应加热过程。取决于谐振电路的电气尺寸设置，开关操作期间的开关频率可以在20kHz至30kHz的范围内、具体地25kHz。
电路10进一步包括电容器C。所述电容器C并联连接到开关元件S。更详细地，所述电容器C可以并联连接到开关元件S和谐振电路的串联连接。所述电容器C的尺寸可以被设置成使得开关元件S两端的电压Vc可以至少在输入电压Vin的周期期间的特定时间跨度内稳定。
此外，电路10包括放电实体D。所述放电实体D可以与电容器C并联连接。所述放电实体D被配置成对电容器C进行时间选择性放电，以减少硬开关情况，从而确保开关元件S在最高工作温度以下工作。
放电实体D可以与所述控制实体12电耦合，以便向放电实体D提供放电控制信号DCS。基于所述放电控制信号DCS，可以获得放电实体D的时间选择性激活。
例如，放电实体D可以包括电阻器和开关元件，该开关元件接收放电控制信号DCS，用于所述放电实体D的时间选择性激活。开关元件可以是例如半导体开关元件，例如晶体管等。根据实施例，开关元件S还可以用于激活/停用放电实体D。
图3示出了输入电压Vin和电容器电压Vc对时间t的图。如前所述，输入电压Vin可以是整流的正弦AC电压。输入电压Vin可以包括周期时间T。为了控制向感应线圈L供电，在输入电压Vin的特定周期T期间可以出现三个阶段。
在开始第一阶段P1之前，电容器电压VC可以处于特定值、具体地处于最大值。换句话说，电容器是C充满电的。在第一阶段P1开始时，放电实体D被激活，以便对电容器C放电。所述激活可以通过放电控制信号DCS的电压电平的改变来获得。例如，所述放电控制信号DCS可以从低切换到高，反之亦然。第一阶段P1可以在输入电压Vin的下降斜率期间开始。在电容器C的所述放电期间，开关元件S可以不执行开关操作。
在对该电容器C至少部分放电之后(例如，达到50V或更低的电压)，阶段P1停止且阶段P2开始。阶段P1的停止可以指放电控制信号DCS的电压电平的改变，使得通过放电实体D获得的放电被停用。值得一提的是，在优选实施例中，阶段P1和P2不重叠。在阶段P2中，可以开始开关元件S的开关操作。阶段P2的开始可以与输入电压Vin的零点重合或接近，其中，“接近零点”可以被定义为零点周围的区域，该区域的持续时间为输入电压Vin的周期T的10％或更少、具体地5％或更少。
在阶段P2期间，高频开关信号SW被提供给开关元件S。因此，谐振电路内的振荡被激发，从而向感应线圈L提供电功率。阶段P2可以在输入电压Vin变为零之前停止、具体地在输入电压Vin达到其峰值时或之前(即，在输入电压Vin的上升沿期间)停止。
在阶段P2结束时，停止向开关元件S提供高频开关信号SW。因此，在放电实体D也被停用的阶段P3中，电容器C可以被加载到其最大电压值。之后，可以再次执行包括P1至P3阶段的上述循环。
包括阶段P1至P3的循环可以以输入电压Vin的周期率周期性地重复。
在实施例中，由第一阶段或部分P1、第二阶段或部分P2、以及第三阶段或部分P3构成的序列特别地在时间上相等并且具有相同的持续时间，如单个、更特别地相移的整流AC电压周期。
由于仅在输入电压Vin的周期的特定部分期间激活开关元件，因此平均而言，可能有较低的功率传递到感应线圈，从而降低到最小功率水平。另外，在开始开关操作之前电容器C的上述放电减少了开关损耗，因为电容器C的所述放电能够导致施加到开关元件S的电压降低。
应注意的是，说明书和附图仅展示了所提出的发明的原理。本领域技术人员将能够实施体现本发明的原理的尽管没有在本文中明确地描述或示出的各种布置。
附图标记清单
1 感应烹饪器具
2 加热区
3 用户界面
10 电路系统
11 输入端
12 控制实体
C 电容器
CR 谐振电容器
D 放电实体
DCS 放电控制信号
L 感应线圈
P1 第一阶段
P2 第二阶段
P3 第三阶段
S 开关元件
SW 开关信号
VC 电容器电压
Vin 输入电压
Claims (26)
1.一种用于控制向感应烹饪器具的感应线圈(L)提供电功率的方法，所述感应烹饪器具包括电路系统(10)，所述电路系统具有：输入端(11)、用于向所述感应线圈(L)提供脉冲电功率的至少一个开关元件(S)、以及与所述开关元件(S)并联连接的电容器(C)，所述方法包括以下步骤：
-在所述电路系统(10)的输入端(11)接收整流AC电压(Vin)；
-对所述电容器(C)放电，以降低提供给所述开关元件(S)的电压；
-在对所述电容器(C)至少部分放电之后，开始所述开关元件(S)的开关操作；
-在开关操作时间之后停止所述开关操作；以及
-在整流AC电压(Vin)的后续周期中，重复电容器(C)放电、开始开关操作和停止开关操作的步骤，
其中所述放电和所述开关操作以所述整流AC电压的周期率周期性地被重复，在不超过所述开关元件的最大操作温度并且在开关暂停不大于整流AC电压周期的情况下以降低的最小功率水平操作所述感应烹饪器具，
其中所述开关操作在所述整流AC电压的零点或接近零点时开始，并且在所述整流AC电压的上升斜率期间在所述整流AC电压达到其最大值之前停止，使得仅在所述整流AC电压周期的第一部分期间执行所述开关操作，所述整流AC电压周期的所述第一部分小于整个整流AC电压周期，
其中，所述放电在所述整流AC电压的斜率下降的时间段期间开始并且在所述整流AC电压的零点或接近零点时停止，使得在所述整流AC电压周期的不与所述第一部分重叠的第二部分期间执行所述电容器的放电，
其中在所述开关操作期间向引起感应加热过程的感应线圈提供脉冲电功率，
其中放电实体并联连接到所述电容器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述放电通过单个开关操作来执行，在此期间，放电实体和/或所述开关元件(S)逐渐地从闭合状态变为断开状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述放电期间，所述放电实体和/或所述开关元件线性地从所述闭合状态变为所述断开状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述电容器(C)放电至50V或更低的电压，其中，所述电容器(C)的电压由所述放电实体(D)的测量单元确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述放电在整流AC电压(Vin)的零点之前停止，和/或
其中，为了停止所述放电，所述放电实体和/或所述开关元件(S)从断开状态变为闭合状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述开关操作在整流AC电压(Vin)的零点之前开始和/或当所述电容器(C)放电至50V或更低的电压时开始。
7.根据权利要求1所述的方法，
其中，以由第一过零检测装置确定的开关频率来执行所述开关操作，和/或
其中，以由所述感应线圈和/或所述电容器的电压确定的Ton时间来执行所述开关操作，使得所述开关元件的热损耗或所述开关元件内的热损耗保持在预定范围之下。
8.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述开关操作仅在小于整个整流AC电压(Vin)周期的整流AC电压(Vin)周期的第一部分或阶段期间执行，和/或
其中，所述开关元件(S)仅在小于整个整流AC电压(Vin)周期的整流AC电压(Vin)周期的第一部分或阶段期间工作，和/或
其中，所述开关元件(S)在小于整个整流AC电压(Vin)周期的整流AC电压(Vin)周期的第二和/或第三部分或阶段期间断开，和/或
其中，所述开关元件(S)的平均功率损耗低于预定的最大功率损耗，和/或
其中，所述开关操作时间决定了提供给所述感应线圈(L)和所述电容器(C)的电功率，和/或
其中，所述开关操作时间是响应于加热区(2)的功率水平而确定的，其中，所述开关操作时间是响应于加热区(2)的功率水平、借助于开环和/或闭环而确定的，从而将对应于所述功率水平的电功率提供给所述感应线圈(L)和所述电容器(C)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电容器(C)的放电在整流AC电压(Vin)周期的第二部分期间执行，所述第二部分不与所述第一部分重叠。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在整流AC电压(Vin)周期的第三部分期间执行所述电容器(C)的充电，其中，整流AC电压(Vin)周期的所述第三部分位于整流AC电压(Vin)周期的第一部分与第二部分之间，和/或
其中，在整流AC电压(Vin)周期的第三部分期间，所述电压是恒定的，和/或
其中，整流AC电压(Vin)周期的第三部分在所述整流AC电压周期的40％之前开始，并且在所述整流AC电压周期的60％之后结束，和/或
其中，或者使得整流AC电压(Vin)周期的第三部分在所述整流AC电压低于其最大值至少20％时开始和结束。
11.一种用于控制向感应烹饪器具的感应元件提供电功率的方法，所述感应烹饪器具包括电路系统(10)，所述电路系统具有：输入端(11)；用于向所述感应元件提供脉冲电功率的至少一个开关元件(S)；以及与所述开关元件(S)并联连接的电容元件，所述方法包括以下步骤：
-在所述电路系统(10)的输入端(11)接收整流AC电压(Vin)；
-在第一部分或阶段(P1)期间对所述电容元件放电，以便在整流AC电压(Vin)的第一周期期间降低提供给所述开关元件(S)的电压；
-在对所述电容元件至少部分放电后，作为第二部分或阶段(P2)，在整流AC电压(Vin)的第二周期期间，开始所述开关元件(S)的开关操作；
-在整流AC电压(Vin)的第二周期期间，在开关操作时间之后停止所述开关操作；
-在第三部分或阶段(P3)中，在整流AC电压(Vin)的第二周期期间，将所述电容元件(C)加载到其最大电压，并且
-紧接着在整流AC电压(Vin)的后续周期中、在整流AC电压(Vin)的每个周期期间重复开始开关操作、停止开关操作、以及对电容器(C)放电的每个步骤，
-使得所述电功率的变化低于预定范围，
其中所述放电和所述开关操作以所述整流AC电压的周期率周期性地被重复，在不超过所述开关元件的最大操作温度并且在开关暂停不大于整流AC电压周期的情况下以降低的最小功率水平操作所述感应烹饪器具，
其中所述开关操作在所述整流AC电压的零点或接近零点时开始，并且在所述整流AC电压的上升斜率期间在所述整流AC电压达到其最大值之前停止，使得仅在所述整流AC电压周期的第一部分期间执行所述开关操作，所述整流AC电压周期的所述第一部分小于整个整流AC电压周期，
其中，所述放电在所述整流AC电压的斜率下降的时间段期间开始并且在所述整流AC电压的零点或接近零点时停止，使得在所述整流AC电压周期的不与所述第一部分重叠的第二部分期间执行所述电容器的放电，
其中在所述开关操作期间向引起感应加热过程的感应线圈提供脉冲电功率，
其中放电实体并联连接到所述电容器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述放电通过单个开关操作来执行，在此期间，放电实体和/或所述开关元件(S)逐渐地从闭合状态变为断开状态。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述放电期间，所述放电实体和/或所述开关元件线性地从所述闭合状态变为所述断开状态。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述电容器(C)放电至50V或更低的电压，其中，所述电容器(C)的电压由所述放电实体(D)的测量单元确定。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，为了停止所述放电，所述放电实体和/或所述开关元件(S)从断开状态变为闭合状态。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述开关操作在整流AC电压(Vin)的零点之前开始和/或当所述电容器(C)放电至50V或更低的电压时开始。
17.根据权利要求11所述的方法，
其中，以由第一过零检测装置确定的开关频率来执行所述开关操作，和/或
其中，以由所述感应元件和/或电容元件的电压确定的Ton时间来执行所述开关操作，使得所述开关元件的热损耗或所述开关元件内的热损耗保持在预定范围之下。
18.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述开关操作仅在小于整个整流AC电压(Vin)周期的整流AC电压(Vin)周期的第一部分或阶段期间执行，和/或
其中，所述开关元件(S)仅在小于所述整个整流AC电压(Vin)周期的所述整流AC电压(Vin)周期的第一部分或阶段期间工作，和/或
其中，所述开关元件(S)在小于所述整个整流AC电压(Vin)周期的所述整流AC电压(Vin)周期的第二和/或第三部分或阶段期间断开，和/或
其中，所述开关元件(S)的平均功率损耗低于预定的最大功率损耗，和/或
其中，所述开关操作时间决定了提供给所述感应线圈(L)和所述电容器(C)的电功率，和/或
其中，所述开关操作时间是响应于加热区(2)的功率水平而确定的，其中，所述开关操作时间是响应于加热区(2)的功率水平、借助于开环和/或闭环而确定的，从而将对应于所述功率水平的电功率提供给所述感应线圈(L)和所述电容器(C)。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述整流AC电压(Vin)周期的第二部分期间执行所述电容器(C)的放电，所述第二部分不与所述第一部分重叠。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述整流AC电压(Vin)周期的第三部分期间执行所述电容器(C)的充电，其中，所述整流AC电压(Vin)周期的所述第三部分位于所述整流AC电压(Vin)周期的所述第一部分与所述第二部分之间，和/或
其中，在所述整流AC电压(Vin)周期的所述第三部分期间，所述电压是恒定的，和/或
其中，所述整流AC电压(Vin)周期的所述第三部分在所述整流AC电压周期的40％之前开始，并且在所述整流AC电压周期的60％之后结束，和/或
其中，或者使得所述整流AC电压(Vin)周期的所述第三部分在所述整流AC电压低于其最大值至少20％时开始和结束。
21.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法来控制向感应元件提供电功率的系统，该系统包括电路系统(10)，该电路系统包括：用于接收整流AC电压(Vin)的输入端；用于向该感应元件提供脉冲电功率的至少一个开关元件(S)；并联连接到该开关元件(S)的电容元件；以及被配置成使得所述电容元件能够放电的放电实体(D)，该系统进一步包括控制实体(12)，其中，该控制实体(12)被配置成执行后续控制周期，
其中，在所述控制周期中，该控制实体(12)被配置成基于所述放电实体(D)对所述电容元件放电，并且
在对该电容元件至少部分放电之后，开始该开关元件(S)的开关操作，以便向该感应元件提供脉冲电功率，
其中所述放电和所述开关操作以所述整流AC电压的周期率周期性地被重复，在不超过所述开关元件的最大操作温度并且在开关暂停不大于整流AC电压周期的情况下以降低的最小功率水平操作所述感应烹饪器具，
其中所述开关操作在所述整流AC电压的零点或接近零点时开始，并且在所述整流AC电压的上升斜率期间在所述整流AC电压达到其最大值之前停止，使得仅在所述整流AC电压周期的第一部分期间执行所述开关操作，所述整流AC电压周期的所述第一部分小于整个整流AC电压周期，
其中，所述放电在所述整流AC电压的斜率下降的时间段期间开始并且在所述整流AC电压的零点或接近零点时停止，使得在所述整流AC电压周期的不与所述第一部分重叠的第二部分期间执行所述电容器的放电，
其中在所述开关操作期间向引起感应加热过程的感应线圈提供脉冲电功率，
其中所述放电实体并联连接到所述电容器。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，该控制实体(12)被配置成在整流AC电压(Vin)周期的一部分中执行该开关操作，其中，该周期的该部分小于整个整流AC电压(Vin)周期。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述电容元件是电容器。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述感应元件是感应线圈。
25.根据权利要求21所述的系统，其中所述感应烹饪器具是感应灶具。
26.一种感应烹饪器具，包括根据权利要求21至25中任一项所述的系统。
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