DE102016202775A1

DE102016202775A1 - Gargerätevorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Gargerätevorrichtung

Info

Publication number: DE102016202775A1
Application number: DE102016202775.1A
Authority: DE
Inventors: Sergio Llorente Gil; Oscar Lucia Gil; Daniel Palacios Tomas; Diego Puyal Puente; José Miguel Burdio Pinilla; Hector Sarnago Andia
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-09-22
Also published as: ES2583206A2; ES2583206B1; ES2583206R1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Gargerätevorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, mit einer Wechselrichtereinheit (10a; 10b), die dazu vorgesehen ist, einen Heizstrom zu erzeugen. Um eine Effizienz zu steigern wird vorgeschlagen, dass die Gargerätevorrichtung eine Detektionseinheit (12a; 12b) aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen weichen Schaltvorgang der Wechselrichtereinheit (10a; 10b) anhand zumindest einer Flanke eines elektrischen Signals zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gargerätevorrichtung, insbesondere eine Induktionskochfeldvorrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb einer Gargerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Aus der US 5 166 549 A ist eine Gargerätevorrichtung mit einem Wechselrichter und einer Detektionseinheit bekannt, die dazu vorgesehen ist, einen spannungslosen Schaltvorgang des Wechselrichters anhand einer Spannungsmessung zu überwachen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 12 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Gargerätevorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, mit einer Wechselrichtereinheit, die dazu vorgesehen ist, einen Heizstrom zu erzeugen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Gargerätevorrichtung eine Detektionseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen weichen Schaltvorgang der Wechselrichtereinheit anhand zumindest einer Flanke, insbesondere einer Flanke eines Überschwingverhaltens, eines elektrischen Signals zu erfassen. Unter einer „Gargerätevorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Gargeräts, insbesondere eines Backofens, einer Mikrowelle und/oder vorzugsweise eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Insbesondere kann die Gargerätevorrichtung auch das gesamte Gargerät, insbesondere den gesamten Backofen, die gesamte Mikrowelle und/oder vorzugsweise das gesamte Induktionskochfeld, umfassen. Insbesondere weist die Gargerätevorrichtung zumindest eine, bevorzugt zwei und vorteilhaft zumindest vier Heizeinheiten auf, die jeweils dazu vorgesehen sind, von einem Heizstrom mit Energie versorgt zu werden. Unter einer „Wechselrichtereinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einen hochfrequenten Heizstrom, vorzugsweise mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz und vorteilhaft von mindestens 20 kHz, insbesondere zu einem Betrieb der Heizeinheiten, bereitzustellen und/oder zu erzeugen. Die Wechselrichtereinheit weist wenigstens ein Wechselrichterschaltelement und vorzugsweise wenigstens zwei Wechselrichterschaltelemente auf, die insbesondere in einer Vollbrückentopologie oder vorzugsweise in einer Halbbrücken-Topologie angeordnet sind. Das zumindest eine Wechselrichterschaltelement kann dabei als ein beliebiges, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT, vorzugsweise als RC-IGBT. Dem zumindest einen Wechselrichterschaltelement können insbesondere zumindest eine Diode, insbesondere eine Rückspeisediode, und/oder zumindest eine Kapazität, insbesondere eine Dämpfungskapazität, parallel geschaltet sein. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Bei der Detektionseinheit handelt es sich vorzugsweise um eine elektrische und/oder elektronische Einheit, die insbesondere dazu vorgesehen ist, zumindest ein elektrisches Signal zu erfassen, insbesondere zu detektieren und/oder zu messen. Die Detektionseinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, einen weichen Schaltvorgang zumindest eines Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit anhand einer Flanke, insbesondere einer Flanke eines Überschwingverhaltens, eines elektrischen Signals zu erfassen. Insbesondere erfasst die Detektionseinheit einen weichen Abschaltvorgang zumindest eines der Wechselrichterschaltelemente, insbesondere genau eines Wechselrichterschaltelements. Die Detektionseinheit ist insbesondere parallel zu zumindest einem Wechselrichterschaltelement der Wechselrichtereinheit geschaltet. Die Detektionseinheit weist insbesondere einen Hochpass-Filter auf, der dazu vorgesehen ist, niederfrequente Anteile des elektrischen Signals zu unterdrücken. Insbesondere unterdrückt der Hochpass-Filter eine niederfrequente Netzspannung, insbesondere eines Hausanschlusses, insbesondere einer Wechselspannung zwischen 10 Hz und 100 Hz, bevorzugt zwischen 30 Hz und 80 Hz und besonders bevorzugt zwischen 40 Hz und 60 Hz. Der Hochpass-Filter weist wenigstens eine Kapazität und wenigstens einen Widerstand auf. Die Kapazität und der Widerstand sind insbesondere in Reihe geschaltet. Insbesondere kann der Hochpass-Filter eine Induktivität aufweisen. Insbesondere weist die Detektionseinheit wenigstens einen Differenzierer auf. Bevorzugt ist der Hochpass-Filter dazu vorgesehen als ein Differenzierer zu dienen. Der Differenzierer ist dazu vorgesehen, eine Ableitung eines elektrischen Signals zu erzeugen. Insbesondere ist die Detektionseinheit mit einer Steuereinheit der Gargerätevorrichtung elektrisch und/oder elektronisch verbunden. Unter einem Schaltvorgang soll insbesondere ein Wechsel zwischen zwei Zuständen, insbesondere den Zuständen leitend und nicht leitend, der Wechselrichtereinheit, bevorzugt des wenigstens einen Wechselrichterschaltelements verstanden werden. Insbesondere soll unter einem Abschaltvorgang der Wechsel von einem leitenden zu einem nicht leitenden Zustand verstanden werden. Insbesondere soll unter einem Einschaltvorgang ein Wechsel von einem nicht leitenden zu einem leitenden Zustand verstanden werden. Unter einer „Steuereinheit“ soll insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit der Gargerätevorrichtung zumindest teilweise integriert ist und die insbesondere dazu vorgesehen ist, zumindest die Wechselrichtereinheit, insbesondere wenigstens ein Wechselrichterschaltelement der Wechselrichtereinheit, zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Unter einer „Flanke“ soll insbesondere ein zeitabhängiger Verlauf eines insbesondere elektrischen Signals, bevorzugt eines Stroms und/oder einer Spannung, verstanden werden, wobei das Signal sich, ausgehend von einem ersten Wert vor einem Schaltvorgang, einem zweiten Wert insbesondere nach einem Schaltvorgang, insbesondere wenigstens eines Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit, zumindest im Wesentlichen sprunghaft annähert. Unter einem Überschwingverhalten soll insbesondere ein zeitabhängiger Verlauf eines insbesondere elektrischen, vorzugsweise oszilierenden Signals, bevorzugt eines Stroms und/oder einer Spannung, verstanden werden, wobei das Signal sich, ausgehend von einem ersten Wert vor einem Schaltvorgang, einem zweiten Wert insbesondere nach einem Schaltvorgang, insbesondere wenigstens eines Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit, zumindest im Wesentlichen sprunghaft annähert, den zweite Wert nach dem Schaltvorgang überschreitet und/oder unterschreitet und sich insbesondere nach dem Schaltvorgang dem zweiten Wert annähert. Insbesondere tritt ein Überschwingverhalten auf, wenn eine parasitäre Kapazität und/oder einer parasitäre Induktivität eines Schaltkreises, insbesondere durch eine zumindest im Wesentlichen sprunghafte Änderung eines Signals angeregt wird. Vorzugsweise tritt eine im Wesentlichen sprunghafte Änderung eines Signals und/oder eine Anregung einer parasitären Induktivität dann auf, wenn ein Kurzschluss, insbesondere zwischen zwei Wechselrichterschaltelementen auftritt. Unter „zumindest im Wesentlichem sprunghaft“ soll insbesondere verstanden werden, dass eine Flankenzeit des Signals, insbesondere eines Übergangs von dem ersten Wert vor dem Schaltvorgang zu dem zweiten Wert nach dem Schaltvorgang, maximal 20 %, insbesondere maximal 10 %, bevorzugt maximal 5 % und besonders bevorzugt maximal 1 % der Periodendauer des Heizstroms der Wechselrichtereinheit beträgt. Insbesondere unterscheiden sich der erste Wert vor dem Schaltvorgang und der zweite Wert nach dem Schaltvorgang zumindest um einen Faktor 2, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 5, bevorzugt zumindest um einen Faktor 10. Insbesondere konvergiert der Wert des Signals eines Überschwingverhaltens in einer gedämpften Schwingung gegen den zweiten Wert nach dem Schaltvorgang, insbesondere im Schwingfall, im aperiodischen Grenzfall und/oder im Kriechfall. Unter einem „weichen Schaltvorgang“, welcher insbesondere auch unter der englischen Bezeichnung „soft-switching" bekannt ist, soll insbesondere ein für die Wechselrichtereinheit, insbesondere für ein Wechselrichterschaltelement der Wechselrichtereinheit besonders schonender Schaltvorgang verstanden werden, wobei insbesondere ein verschwindend geringer Schaltverlust auftritt. Ein Schaltverlust ist insbesondere dann verschwindend gering, wenn unmittelbar vor und/oder zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs eine insbesondere an der Wechselrichtereinheit, vorzugsweise an dem wenigstens einen Wechselrichterschaltelement, anfallende Leistung zumindest im Wesentlichen verschwindend gering, insbesondere im Wesentlichen Null, ist. Darunter, dass „eine Wert zumindest im Wesentlichen verschwindend gering ist“, soll insbesondere verstanden werden, dass der Wert von einem verschwindend geringen Wert um maximal 15 %, vorzugsweise maximal 10 % und besonders bevorzugt um maximal 5 % abweicht. Unter einem „verschwindend geringen Wert" soll insbesondere ein Wert verstanden werden, der insbesondere zumindest um einen Faktor 10, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 50, bevorzugt zumindest um einen Faktor 100 und besonders bevorzugt zumindest um einen Faktor 500 geringer ist, als ein Betriebsmaximalwert.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Gargerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz, insbesondere einer Kosteneffizienz, einer Bauteileffizienz und/oder einer Leistungseffizienz, bereitgestellt werden, wobei insbesondere eine Betreibbarkeit auf Basis der erfassten Werte der Detektionseinheit durch eine Anpassung zumindest der Wechselrichtereinheit und/oder eines Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit vorteilhaft verbessert werden kann. Da ein Energieverlust und ein damit verbundenes Erhitzen und Überhitzen von elektrischen Bauteilen, insbesondere Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise der Wechselrichtereinheit und/oder Wechselrichterschaltelementen, durch weiche Schaltvorgänge vermieden wird, kann ein sicherer und kosteneffizienter Betrieb der Gargerätevorrichtung gewährleistet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinheit dazu vorgesehen ist, einen zumindest im Wesentlichen spannungsfreien Schaltvorgang der Wechselrichtereinheit anhand einer Flanke, insbesondere einer Flanke eines Überschwingverhaltenes, eines elektrischen Signals zu erfassen. Ein weicher Schaltvorgang weist insbesondere dann eine verschwindende Verlustleistung auf, wenn der Schaltvorgang insbesondere zumindest im Wesentlichen stromfrei und/oder vorzugsweise zumindest im Wesentlichen spannungsfrei ist. Unter einem „zumindest im Wesentlichen stromfreien Schaltvorgang“, welcher insbesondere auch unter der englischen Bezeichnung „zero current switching, ZCS“ bekannt ist, soll insbesondere ein weicher Schaltvorgang verstanden werden, bei dem ein Strom, der insbesondere unmittelbar vor einem Schaltvorgang, insbesondere einem Schaltvorgang, bei dem insbesondere eine leitende Verbindung hergestellt wird, und/oder bevorzugt im Moment eines Schaltvorgangs, insbesondere eines Schaltvorgang, bei dem insbesondere eine leitende Verbindung hergestellt wird, in der Wechselrichtereinheit, insbesondere in dem wenigstens einem Wechselrichterschaltelement fließt, zumindest im Wesentlichen verschwindend gering, insbesondere im Wesentlichen Null, ist. Unter dem „zumindest im Wesentlichen spannungsfreien Schaltvorgang“, welcher auch unter der englischen Bezeichnung „zero voltage switching, ZVS" bekannt ist, soll insbesondere ein weicher Schaltvorgang verstanden werden, bei dem eine Spannung, die insbesondere unmittelbar vor einem Schaltvorgang, insbesondere einem Schaltvorgang, bei dem insbesondere eine leitende Verbindung hergestellt wird, und/oder bevorzugt im Moment eines Schaltvorgang, insbesondere eines Schaltvorgang, bei dem insbesondere eine leitende Verbindung hergestellt wird, an der Wechselrichtereinheit, insbesondere an dem wenigstens einem Wechselrichterschaltelement, anliegt und/oder abfällt zumindest im Wesentlichen verschwindend gering, insbesondere im Wesentlichen Null, ist. Hierdurch kann mit vorteilhaft geringem Aufwand ein weicher Schaltvorgang detektiert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Flanke des elektrischen Signals, eine Flanke einer an der Wechselrichtereinheit bei zumindest einem Schaltvorgang auftretenden Spannung ist. Insbesondere ist das Überschwingverhalten eine Spannungsüberschwingverhalten. Insbesondere handelt es sich bei der auftretenden Spannung um eine Spannung, die unmittelbar vor einem Schließen oder unmittelbar nach einem Öffnen eines Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit an dem Wechselrichterschaltelement anliegt und/oder abfällt. Anhand der Flanke, insbesondere des Überschwingverhaltens, kann vorteilhaft einfach auf eine Abweichung von einem weichen Schaltvorgang geschlossen werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinheit dazu vorgesehen ist, zumindest eine Änderung der Flanke, insbesondere des Überschwingverhaltens, der an der Wechselrichtereinheit (10a; 10b) bei zumindest einem Schaltvorgang auftretenden Spannung zu erfassen. Die Detektionseinheit weist insbesondere eine Impulsdetektionseinheit auf. Die Impulsdetektionseinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Änderung der Flanke zu erkennen und/oder zu erfassen. Die Impulsdetektionseinheit weist wenigstens eine Diode, insbesondere genau eine Diode, wenigstens einen Widerstand, insbesondere einen Messwiderstand, und wenigstens eine Kapazität, insbesondere eine Detektionskapazität auf. Der Widerstand und die Kapazität sind parallel geschaltet. Vorzugsweise setzt sich die Detektionseinheit aus dem Hochpass-Filter und der Impulsdetektionseinheit zusammen. Unter Änderung der Flanke soll insbesondere eine Änderung der Steigung verstanden werden, insbesondere während, bevorzugt nach einem Schaltvorgang. Die Detektionseinheit ist dazu vorgesehen, eine Änderung der Steigung zu erfassen, indem sie eine Ableitung einer anliegenden Spannung erzeugt und insbesondere mittels der Impulsdetektionseinheit eine größte Steigung erkennt. Durch die Erfassung der Änderung der Flanke kann mit hoher Präzision und vorteilhaft geringem Aufwand ein Kontrollereignis erfasst werden, mit dem qualitativ überprüft werden kann, ob ein weicher Schaltvorgang vorliegt. Ein energetisch ineffizienter harter Schaltvorgang kann somit erkannt und insbesondere vermieden werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinheit dazu vorgesehen ist, zumindest ein von der größten Steigung der Flanke abhängiges Ausgangssignal zu generieren. Das Ausgangssignal ist dabei insbesondere proportional zu einer, insbesondere betragsmäßigen größten Steigung der Flanke. Insbesondere ist das Ausgangssignal über die elektrische und/oder elektronische Verbindung vorzugsweise direkt mit der Steuereinheit verbunden. Das Ausgangssignal ist insbesondere dazu vorgesehen zu einer Steuerung und/oder Regelung der Wechselrichtereinheit und/oder des Wechselrichterschaltelements genutzt zu werden. Vorzugsweise ist das Ausgangssignal der Detektionseinheit eine Gleichspannung, welche insbesondere stets das gleiche Vorzeichen aufweist. Bei dem Ausgangssignal kann es sich insbesondere um ein Signal handeln, das sich mit der Zeit, beispielsweise exponentiell, verändert. Besonders bevorzugt ist das Ausgangssignal zumindest im Wesentlichen konstant. Unter einem „zumindest im wesentlichen konstanten Signal“ soll insbesondere ein Signal verstanden werden, das von einem Referenzwert insbesondere, in einem zeitlichen Verlauf, maximal um 15 %, vorzugsweise 10 % und besonders bevorzugt maximal 5 % abweicht. Durch die Erfassung der größten Steigung der Flanke und die Generierung eines proportionalen Ausgangssignals kann eine Abweichung eines Schaltvorgangs relativ zu einem weichen Schaltvorgang quantisiert werden. Das Ausgangssignal kann vorteilhaft zu einer Analyse des Schaltvorgangs und/oder einer Anpassung des Schaltvorgangs genutzt werden. Insbesondere kann das Ausgangssignal direkt zur Ansteuerung einer Logikschaltung verwendet werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in Abhängigkeit vom Ausgangssignal wenigstens einen Betriebsparameter, insbesondere eine Periodendauer, eine Schaltfrequenz, eine Impulsdauer, einen Impulsabstand, einen Tastgrad und/oder eine Totzeit, der Wechselrichtereinheit und/oder eines Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit zu variieren, um einen weicheren Schaltvorgang zu erreichen. Die Impulsdauer ist insbesondere ein Zeitintervall, in dem ein Wechselrichterschaltelement ein- und wieder ausgeschaltet wird. Der Impulsabstand soll insbesondere als ein Zeitintervall zwischen zwei Einschaltvorgängen zweier Wechselrichterschaltelemente verstanden werden. Der Tastgrad soll insbesondere als ein Verhältnis aus Impulsdauer und Periodendauer verstanden werden. Als Totzeit soll insbesondere ein Zeitintervall zwischen einem Abschaltvorgang eines ersten Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit und einem Einschaltvorgangs eines zweiten Wechselrichterschaltelements der Wechselrichtereinheit verstanden werden. Unter einem weicheren Schaltvorgang soll insbesondere ein Schaltvorgang verstanden werden, bei dem eine Leistung, ein Strom und/oder bevorzugt eine Spannung unmittelbar vor und/oder im Moment des Schaltvorgangs geringer ist, als bei einem Referenzschaltvorgang. Durch die Ausgabe des Ausgangssignals kann eine Steuerung und/oder Regelung der Wechselrichtereinheit und/oder des Wechselrichterschaltelements erfolgen, wodurch ein weicherer Schaltvorgang erzielt werden kann. Ferner wird ein energieeffizienter Betrieb der Gargerätevorrichtung sicher gestellt. Gleichzeitig kann ein Überhitzen elektrischer und/oder elektronischer Bauteile vermieden werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinheit ein variables Dämpfungsnetzwerk umfasst und die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, zumindest eine Kapazität des Dämpfungsnetzwerks in Abhängigkeit vom Ausgangssignal zu variieren. Insbesondere ist das Dämpfungsnetzwerk parallel zu den Wechselrichterschaltelementen angeordnet und/oder geschaltet. Das Dämpfungsnetzwerk umfasst wenigstens einen insbesondere einstellbaren Kondensator und vorzugsweise eine Mehrzahl von Kondensatoren, die insbesondere mittels zumindest eines Dämpfungsschaltelements und vorzugsweise mittels einer Mehrzahl von Dämpfungsschaltelementen zusammenschaltbar sind. Das zumindest eine Dämpfungsschaltelement kann dabei als ein beliebiges, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT, insbesondere RC-IGBT. Eine insbesondere symmetrische Dämpfung mehrerer Wechselrichterschalter ist dadurch gewährleistet, dass das zumindest eine Dämpfungsschaltelement zum gleichzeitigen, insbesondere symmetrischen Verändern von Kapazitäten des Dämpfungsnetzwerks ausgelegt ist. Insbesondere ist die Gesamtkapazität abhängig von dem Ausgangssignal der Detektionseinheit und/oder vorzugsweise mittels der Steuereinheit verstellbar. Insbesondere ist die Dämpfungskonstante stufenweise verstellbar. Falls eine Anpassung der Schaltfrequenz, Periodendauer, Impulsdauer, Impulsabstand, Tastgrad und/oder Totzeit nicht erwünscht, möglich und/oder bereits optimiert ist, kann durch das Dämpfungsnetzwerk eine Vielfalt möglicher Werte der Kapazitäten variiert werden, um einen weichen Schaltvorgang zu erreichen. Ferner kann das Dämpfungsnetzwerk zusätzlich zu einer genaueren Anpassung des Schaltzustands genutzt werden. Es kann eine Energieeffizienz des Schaltvorgangs nochmals gesteigert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Detektionseinheit wenigstens eine Diode auf. Die Diode dient insbesondere dazu, einen Strom, insbesondere über ihren intrinsischen, vorzugsweise von einem linearen Verlauf abweichenden, insbesondere spannungsabhängigen Widerstand, zu steuern. Der intrinsische Widerstandswert, insbesondere die Steigung der Strom-Spannungskennlinie ist insbesondere positiv, insbesondere größer gleich Null. Insbesondere ist die Detektionseinheit, insbesondere durch den Einsatz der Diode, vorzugsweise einer Zenerdiode, zur Erfassung eines maximalen Impulswerts ausgelegt. Die Diode steuert einen Strom innerhalb der Detektionseinheit, wodurch keine zusätzlichen strom- und/oder spannungsgesteuerten elektrischen oder elektronischen Bauteile genutzt werden müssen. Dadurch kann eine Komplexität der Detektionseinheit vorteilhaft gering gehalten werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinheit frei von Transistoren ist. Insbesondere weist die Detektionseinheit außer der wenigstens einen Diode keine weiteren aktiven elektrischen und/oder elektronischen Bauteile auf. Unter einem „aktiven Bauteil“ soll insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das eine Verstärkungswirkung besitzt und/oder eine Steuerung, insbesondere eines Stroms und/oder einer Spannung, vornimmt. Insbesondere weisen aktive Bauteile einen, insbesondere nicht linearen, insbesondere intrinsischen Widerstand auf, dessen Steigung der Strom-Spannungskennlinie zumindest abschnittsweise negativen, bevorzugt kleiner als Null ist. Als aktive Bauelemente sollen insbesondere Elektronenröhren, Dioden, Trioden, Halbleiterbauelemente, Transistoren, Thyristoren, Fotohalbleiter, Piezohalbleiter, Integrierte Schaltungen Operationsverstärker und/oder Komparatoren, insbesondere Kombinationen dieser verstanden werden. Unter einem „passiven Bauteil“ soll insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das frei von einer Verstärkungswirkung ist. Insbesondere weisen passive Bauteile einen, insbesondere linearen Widerstand auf, dessen Steigung der Strom-Spannungskennlinie positiv, insbesondere größer als Null ist. Als passive Bauelemente sollen insbesondere Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten verstanden werden. Es kann eine kostengünstige Detektionseinheit bereitgestellt werden, da vorteilhaft außer der Diode auf weitere kostenintensive aktive Bauteile, wie beispielsweise Transistoren verzichtet werden kann. Dadurch, dass keine zusätzlichen aktiven Bauelemente, wie beispielsweise Operationsverstärker mit Strom versorgt werden müssen, kann ferner der Stromverbrauch der Detektionseinheit selber gering gehalten werden.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Gargerätevorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, mit wenigstens einer Wechselrichtereinheit, durch welche ein Heizstrom erzeugt wird.
Es wird vorgeschlagen, dass ein weicher Schaltvorgang der Wechselrichtereinheit anhand zumindest einer Flanke eines elektrischen Signals, insbesondere eines Überschwingverhaltens, erfasst wird, insbesondere mittels der Detektionseinheit. Hierdurch kann eine zuverlässige Überwachung des Schaltvorgangs der Wechselrichtereinheit und bevorzugt des Wechselrichterschaltelements erbracht werden. Insbesondere könnte auf Grundlage der Messung weitere Schritte zur Regelung und/oder Steuerung der Gargerätevorrichtung eingeleitet werden.
Die Gargerätevorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebenen Anwendungen und Ausführungen beschränkt sein. Insbesondere kann die Gargerätevorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 ein Induktionskochfeld mit einer Gargerätevorrichtung in einer schematischen Draufsicht,
2 ein schematisches Schaltbild eines Teils der Gargerätevorrichtung,
3 ein schematisches Schaltbild einer Detektionseinheit der Gargerätevorrichtung,
4 ein Schaubild typischer Signalverläufe bei zu großer Schaltzeit,
5 ein Schaubild typischer Signalverläufe bei optimaler Schaltzeit,
6 ein Schaubild typischer Signalverläufe bei zu kleiner Schaltzeit,
7 ein Schaubild typischer Signalverläufe bei noch kleinerer Schaltzeit und
8 ein schematisches Schaltbild eines Teils einer weiteren Gargerätevorrichtung mit einem Dämpfungsnetzwerk.
1 zeigt eine schematische Draufsicht eines als Induktionskochfeld ausgebildeten Kochfelds 20a. Das Kochfeld 20a weist vier Heizzonen 24a, 25a, 26a, 27a auf. Das Kochfeld weist eine Kochfeldplatte 22a auf. Die Heizzonen 24a, 25a, 26a, 27a sind auf der Kochfeldplatte 22a markiert. Die Heizzonen 24a, 25a, 26a, 27a, sind jeweils dazu vorgesehen, ein auf die Kochfeldplatte 22a aufgestelltes Kochgeschirrelement 28a, 30a zu beheizen. Das Kochfeld 20a weist eine Bedieneinheit 32a auf. Die Bedieneinheit 32a dient zur Eingabe und/oder Auswahl verschiedener Parameter, wie beispielsweise einer Leistungsstufe für eine der Heizzonen 24a, 25a, 26a, 27a, durch einen Benutzer. Das Kochfeld 20a umfasst eine Gargerätevorrichtung. Zur Steuerung und Regelung umfasst die Gargerätevorrichtung eine Steuereinheit 14a. Die Steuereinheit 14a dient zur Steuerung einer Heizleistung der jeweiligen Heizzonen 24a, 25a, 26a, 27a.
2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils der Gargerätevorrichtung. Die Gargerätevorrichtung umfasst eine Gleichspannungseinheit 36a mit einem Gleichrichter (nicht dargestellt), die in bekannter Weise dazu vorgesehen ist, eine gleichgerichtete Spannung bereitzustellen. Die Gargerätevorrichtung weist eine Wechseltrichtereinheit 10a auf. Die Wechselrichtereinheit 10a ist dazu vorgesehen, einen hochfrequenten Heizstrom bereitzustellen. Die Wechselrichtereinheit 10a umfasst im vorliegenden Fall zwei Wechselrichterschaltelemente 44a, 46a, die in einer Halbbrücken-Topologie angeordnet sind. Denkbar ist ferner, dass eine Wechselrichtereinheit alternativ weitere Wechselrichterschaltelemente aufweist, die in einer Vollbrücken-Topologie angeordnet sind. Die Wechselrichterschaltelemente 44a, 46a sind im vorliegenden Fall als RC-IGBTs ausgebildet. Zu jedem Wechselrichterschaltelement 44a, 46a ist parallel eine Rückspeisediode 48a, 50a und eine Dämpfungskapazität 52a, 54a geschaltet. Alternativ ist auch denkbar, auf eine zu einem Wechselrichterschaltelement parallel geschaltete Rückspeisediode und/oder Dämpfungskapazität zu verzichten. Um den Heizstrom zu erzeugen, werden die Wechselrichterschaltelemente 44a, 46a im Wechsel ein- und ausgeschaltet. Die Steuereinheit 14a ist dazu vorgesehen, die Wechselrichtereinheit 10a über hier nicht dargestellte Steuerleitungen zu steuern und/oder Anpassungen vornehmen. Die Steuereinheit 14a ist dazu vorgesehen, eine Schaltfrequenz, eine Periodendauer, eine Impulsdauer, ein Impulsabstand, einen Tastgrad und/oder eine Totzeit der Wechselrichtereinheit 10a, insbesondere der Wechselrichterschaltelemente 44a, 46a, anpassen.
Die Wechselrichtereinheit 10a weist einen ersten Anschluss 56a, einen zweiten Anschluss 58a und einen Mittelabgriff 60a auf. Ein erster Anschluss des ersten Wechselrichterschaltelements 44a ist elektrisch mit dem ersten Anschluss 56a verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Wechselrichterschaltelements 44a ist elektrisch mit dem Mittelabgriff 60a verbunden. Ein erster Anschluss des zweiten Wechselrichterschaltelements 46a ist elektrisch mit dem Mittelabgriff 60a verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Wechselrichterschaltelements 46a ist elektrisch mit dem zweiten Anschluss 58a verbunden. Der erste Anschluss 56a ist mit einem ersten Anschluss der Gleichspannungseinheit 36a verbunden. Der zweite Anschluss 58a ist mit einem zweiten Anschluss der Gleichspannungseinheit 36a verbunden.
Im vorliegenden Fall weist die Gargerätevorrichtung für jede der Heizzonen 24a, 25a, 26a, 27a, eine der in 2 dargestellten Schaltungen auf. Dabei ist jeweils ein Heizelement 66a einer Heizzone 24a, 25a, 26a, 27a zugeordnet. Das Heizelement 66a ist im vorliegenden Fall der Heizzone 24a zugeordnet (vgl. 1). Das Heizelement 66a ist als ein Induktor ausgebildet. Die Gargerätevorrichtung umfasst eine Resonanzkapazität 68a, die als ein Kondensator ausgebildet ist. Das Heizelement 66a ist mit einem ersten Anschluss mit dem Mittelabgriff 60a verbunden. Ein zweiter Anschluss des Heizelements 66a ist mit einem ersten Anschluss der Resonanzkapazität 68a verbunden. Ein zweiter Anschluss der Resonanzkapazität 68a ist mit dem zweiten Anschluss 58a verbunden. Alternativ könnte eine weitere Resonanzkapazität vorgesehen sein, die zwischen dem Heizelement 66a und dem ersten Anschluss 56a angeordnet ist.
3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer Detektionseinheit 12a der Gargerätevorrichtung. Die Detektionseinheit 12a ist zum Ermitteln des weichen Schaltvorgangs, insbesondere der Wechselrichterschaltelements 46a, im vorliegenden Fall elektrisch mit dem ersten Anschluss 56a und dem Mittelabgriff 60a verbunden. Alternativ oder zusätzlich wäre auch eine Verbindung mit dem zweiten Anschluss 58a und dem Mittelabgriff 60a denkbar. Die Detektionseinheit 12a weist einen Hochpass-Filter 80a auf. Die Detektionseinheit 12a umfasst eine Impulsdetektionseinheit 82a. Alternativ kann die Detektionseinheit von einem Hochpass-Filter und einer Impulsdetektionseinheit gebildet sein.
Ein erster Eingangsanschluss des Hochpass-Filters 80a ist elektrisch mit dem ersten Anschluss einer Passkapazität 84a verbunden. Die Passkapazität 84a ist als ein Kondensator ausgebildet. Ein zweiter Anschluss der Passkapazität 84a ist mit einem ersten Ausgangsanschluss des Hochpass-Filters 80a elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss der Passkapazität 84a ist mit einem ersten Anschluss eines Passwiderstands 86a elektrisch verbunden. Ein zweiter Eingangsanschluss des Hochpass-Filters 80a ist elektrisch mit einem zweiten Anschluss des Passwiderstands 86a elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des Passwiderstands 86a ist mit einem zweiten Ausgangsanschluss des Hochpass-Filters 80a elektrisch verbunden. Der Wert der Passkapazität 84a ist zumindest im Wesentlichen viel geringer gewählt, sodass sich die Kapazitäten, der Gesamtdämpfungskapazität der Wechselrichtereinheit 10a und der Passkapazität 84a wenigstens um einen Faktor 10 unterscheiden. Alternativ können sich die Werte der Gesamtkapazität des Dämpfungsnetzwerks und der Passkapazität um einen Faktor 50 und vorteilhaft um einen Faktor 100 unterscheiden.
Der erste Eingangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a ist elektrisch mit einem ersten Anschluss einer Diode 18a verbunden. Die Diode 18a ist über ihren zweiten Anschluss elektrisch mit einem ersten Anschluss eines Messwiderstands 88a verbunden. Die Diode 18a ist über ihren zweiten Anschluss elektrisch mit einem ersten Anschluss einer Detektionskapazität 90a verbunden. Die Diode 18a ist über ihren zweiten Anschluss mit einem ersten Ausgangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a verbunden. Ein zweiter Eingangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a ist mit einem zweiten Anschluss des Messwiderstands 88a verbunden. Der zweite Eingangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a ist mit einem zweiten Anschluss der Detektionskapazität 90a verbunden. Der zweite Eingangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a ist mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a verbunden. Der Kapazitätswert der Detektionskapazität 90a multipliziert mit dem Widerstandswert des Messwiderstands 88a ist kleiner gewählt als die zehnfache Periodendauer des mit einer Frequenz von wenigstens 1 kHz oszillierenden Heizstroms der Wechselrichtereinheit 10a. Insbesondere kann der Kapazitätswert der Detektionskapazität multipliziert mit dem Widerstandswert des Messwiderstands kleiner gewählt werden als die zehnfache Periodendauer des mit einer Frequenz von wenigstens 10 kHz, vorzugsweise von wenigstens 20kHz oszillierenden Heizstroms der Wechselrichtereinheit.
Die Eingangsanschlüsse des Hochpass-Filters 80a dienen zum Abgreifen einer Spannung an der Wechselrichtereinheit 10a. Die Ausgangsanschlüsse des Hochpass-Filters 80a und die Eingangsanschlüsse der Impulsdetektionseinheit 82a sind elektrisch miteinander verbunden. Der erste Ausgangsanschluss des Hochpass-Filters 80a ist elektrisch verbunden mit dem ersten Eingangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a. Der zweite Ausgangsanschluss des Hochpass-Filters 80a ist elektrisch verbunden mit dem zweiten Eingangsanschluss der Impulsdetektionseinheit 82a. Der Hochpass-Filter 80a dient dazu, niederfrequente Anteile einer abgegriffenen Spannung, z.B. die Spannung überlagernde Anteile einer Netzspannung von 50 Hz, zu unterdrücken. Um weitere Einflüsse der Netzspannung zu unterdrücken, ist vorgesehen, eine Messung mittels der Detektionseinheit 12a während eines Nulldurchgangs der Netzspannung durchzuführen. Ferner erzeugt die Passkapazität 84a eine zeitliche Ableitung des abgegriffenen Spannungssignals. Die Impulsdetektionseinheit 82a dient dazu, einen Impuls der Ableitung der abgegriffenen Spannung zu erkennen. Mittels der Impulsdetektionseinheit 84a wird über die Ausgangsanschlüsse der Impulsdetektionseinheit 82a ein Ausgangssignal ausgegeben, dessen Anfangswert proportional zur Steigung der Flanke der abgegriffenen Spannung ist. Bei dem Ausgangssignal handelt es sich um eine exponentiell mit der Zeit abnehmende Gleichspannung. Mittels des Messwiderstandes 88a über welchen die Spannung des Ausgangssignals abfällt, kann die Impulsdetektionseinheit in einen Anfangszustand vor einer Messung zurückgebracht werden.
Die 4, 5, 6 und 7 zeigen die Auswirkungen einer Variation der Schaltzeiten der Wechselrichtereinheit 10a anhand der dabei auftretenden Signalverläufe zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten eines Betriebs. Eine Ordinatenachse 92a ist in den 4, 5, 6 und 7 jeweils als Größenachse dargestellt. Auf einer Abszissenachse 94a ist jeweils die Zeit aufgetragen. Das erste Wechselrichterschaltelement 44a wird über ein nicht dargestelltes Kontrollsignal betrieben. Eine erste Kurve zeigt jeweils einen zeitlichen Verlauf eines Kontrollsignals 98a des zweiten Wechselrichterschaltelements 46a. Eine zweite Kurve zeigt jeweils einen zeitlichen Verlauf des Heizstroms 100a, der durch das Heizelement 66a fließt. Eine dritte Kurve zeigt jeweils einen zeitlichen Verlauf der über dem Heizelement 66a abfallenden Spannung 102a. Die Spannung 102a zeigt bei dem Abschaltvorgang des ersten Wechselrichterschaltelements 44a jeweils einer Flanke die sich untereinander in ihrer Stärke der Steigung unterscheiden. Eine vierte Kurve zeigt jeweils einen zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals 104a der Detektionseinheit 12a. Aufgrund des geringen dargestellten Zeitintervalls erscheint das Ausgangssignal zeitlich konstant.
Auf der Abszissenachse 94a ist in den 4, 5, 6 und 7 jeweils der Zeitpunkt T₀ gekennzeichnet, an dem die Detektionseinheit 12a eine Steigung der Flanke der Spannung 102a detektiert. Auf der Abszissenachse 94a ist jeweils der Zeitpunkt T₁ eines Einschaltvorgangs des zweiten Wechselrichterschaltelements 46a gekennzeichnet. Der zeitliche Abstand zwischen dem markierten Zeitpunkt T₀und dem Zeitpunkt T₁des Einschaltvorgangs des zweiten Wechselrichterschaltelements 46a, dem Einsetzen der Flanke des Signals des Kontrollsignals 98a, definiert ein zu optimierendes Zeitintervall der Schaltzeit t_d. Idealerweise erfolgt ein Einschaltvorgang des zweiten Wechselrichterschaltelements 46a dann, wenn die Spannungskurve des ersten Wechselrichterschaltelements 44a den Wert Null annimmt. Das Zeitintervall t_d ist dann verschwindend gering.
In einem in 4 dargestellten Fall ist die das Zeitintervall t_d größer als ein verschwindend geringer Wert. Dies hat einen Effizienzverlust zur Folge, da die Wechselrichtereinheit 10a, weniger schnell schaltet als es eigentlich möglich ist. Die Periodendauer ist um das Zeitintervall t_d verlängert. Die Schaltfrequenz des Heizstroms wird durch das Zeitintervall t_d verringert. Es findet ein weicher Schaltvorgang statt. Es findet ein spannungsfreier Schaltvorgang statt.
In einem in 5 dargestellten Fall ist das Zeitintervall t_d verschwindend gering. Die Periodendauer ist minimal. Die Heizleistung, die durch die Wechselrichtereinheit 10a bereitgestellt werden kann, ist maximal und Schaltverluste sind minimiert. Es findet ein weicher Schaltvorgang statt. Es findet ein spannungsfreier Schaltvorgang statt.
In einem in 6 dargestellten Fall ist die Spannung 102a nach dem Ausschaltvorgang des ersten Wechselrichterschaltelements 44a noch nicht auf einen verschwindend geringen Wert abgefallen, bevor das zweite Wechselrichterschaltelement 46a leitend geschaltet wird. Die beiden Wechselrichterschaltelemente 44a, 46a sind kurzzeitig kurzgeschlossen. Der Kurzschluss führt zu einer Änderung der Steigung der Flanke der Spannung 102a. Die Detektionseinheit 12a erfasst die Änderung der Steigung der Spannung 102a. Das Ausgangssignal 104a der Detektionseinheit 12a steigt proportional zu der erfassten Änderung der Steigung der Flanke an. Der Wert des Ausgangssignals 104a in 6 ist im Vergleich zum Referenz Ausgangssignal 104a in 4 und 5 eines weichen Schaltvorgangs um den Sprungwert 106a erhöht.
In einem in 7 dargestellten Fall sind die beiden Wechselrichterschaltelemente 44a, 46a länger kurzgeschlossen als in 6. Der Wert des Ausgangssignals 104a in 6 ist um den Sprungwert 108a im Vergleich zu dem Wert des Ausgangssignals 104a in den 4, 5 erhöht.
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 7 verwiesen werden. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 7 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 8 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
Das weitere Ausführungsbeispiel der 8 unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen durch ein Dämpfungsnetzwerk 16b. Ferner unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel dadurch, dass mehrere parallel geschaltete Heizelemente 66b vorgesehen sind.
Eine Schaltung erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel in 2. Im vorliegenden Fall weist die Gargerätevorrichtung n Heizelemente 66b auf. Die n Heizelemente 66b sind zueinander parallel geschaltet. Ferner ist denkbar die Heizeinheiten in Reihe zu schalten. Zusätzlich zu den n Heizelementen 66b weist die Gargerätevorrichtung n Versorgungsschaltelemente 70b auf. Je ein Heizelement 66b ist mit einem Versorgungschaltelement in Reihe geschaltet. Das Versorgungsschaltelement 70b kann dabei als ein beliebiges, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT, vorzugsweise als RC-IGBT. Das Versorgungsschaltelement 70b ist im vorliegenden Fall als ein RC-IGBT ausgebildet. Die n Versorgungsschaltelemente 70b sind an einem ersten Anschluss mit dem Mittelabgriff 60b verbunden. Die n Heizelemente 66b sind mit einem zweiten Anschluss mit dem ersten Anschluss einer Resonanzkapazität 68b verbunden. Die Resonanzkapazität 68b ist über den zweiten Anschluss jeweils mit dem ersten Anschluss 56b und dem zweiten Anschluss 56b der Wechselrichtereinheit 10b verbunden. Die n Heizelemente 66b bilden ein Matrixkochfeld. Dabei kann eine beliebige Anzahl der n Heizelemente 66b eine Heizzone 24b, 25b, 26b, 27b ausbilden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Wechselrichtereinheit 10b zusätzlich ein Dämpfungsnetzwerk 16b. Ein erster Anschluss des Dämpfungsnetzwerks 16b ist mit einer Gleichspannungseinheit 36b verbunden. Der erste Anschluss des Dämpfungsnetzwerks 16b ist mit dem ersten Anschluss 56b verbunden. Ein zweiter Anschluss des Dämpfungsnetzwerks 16b ist mit dem Mittelabgriff 60b verbunden. Ein dritter Anschluss des Dämpfungsnetzwerks 16b ist mit einem zweiten Anschluss der Gleichspannungseinheit 36b verbunden. Der Dritte Anschluss der Dämpfungsnetzwerks 16b ist mit dem zweiten Anschluss 58b verbunden. Das Dämpfungsnetzwerk 16b umfasst eine Anzahl von m Dämpfungskapazitäten 52b, 54b, die zueinander identisch sind. Je eine Dämpfungskapazität 52b ist mit einer Dämpfungskapazität 54b in Reihe geschaltet. Die m Dämpfungskapazitäten 52b sind zueinander mittels m Dämpfungsschaltelementen 78b parallel geschaltet. Die m Dämpfungskapazitäten 54b sind zueinander mittels m Dämpfungsschaltelementen 78b parallel geschaltet. Das Dämpfungsschaltelement 78b ist dabei als ein beliebiges, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT, vorzugsweise als RC-IGBT. Das Dämpfungsschaltelement 78b ist im vorliegenden Fall als RC-IGBT, ausgebildet. Ein erster Anschluss der Dämpfungskapazität 52b ist elektrisch mit dem ersten Anschluss des Dämpfungsnetzwerks 16b verbunden. Der zweite Anschluss der Dämpfungskapazität 52b ist mit einem ersten Anschluss der Dämpfungskapazität 54b verbunden. Ein zweiter Anschluss der Dämpfungskapazität 54b ist mit einem dritten Anschluss des Dämpfungsnetzwerks 16b verbunden.
Das Dämpfungsschaltelement 78b bildet ein Mittel zum Verändern einer Dämpfungskonstante des Dämpfungsnetzwerks 16b. Die 2m Dämpfungskapazitäten 52b, 54b bilden und die m Dämpfungsschaltelemente 78b bilden zusammen das flexibel konfigurierbare Dämpfungsnetzwerk 16b.
Die Steuereinheit 14b kann über eine hier nicht dargestellte Steuerleitung die Wechselrichtereinheit 10 bzw. das Dämpfungsnetzwerk 16b steuern und auf Grundlage einer Messung der Detektionseinheit 12b anpassen. Ferner kann die Steuereinheit 14b die Gesamtkapazität der Wechselrichtereinheit 10b, bzw. des Dämpfungsnetzwerks 16b verändern.
Bezugszeichenliste

10: Wechselrichtereinheit
12: Detektionseinheit
14: Steuereinheit
16: Dämpfungsnetzwerk
18: Diode
20: Kochfeld
22: Kochfeldplatte
24: Heizzone
25: Heizzone
26: Heizzone
27: Heizzone
28: Kochgeschirrelement
30: Kochgeschirrelement
32: Bedieneinheit
36: Gleichspannungseinheit
44: Wechselrichterschaltelement
46: Wechselrichterschaltelement
48: Rückspeisediode
50: Rückspeisediode
52: Dämpfungskapazität
54: Dämpfungskapazität
56: erster Anschluss
58: zweiter Anschluss
60: Mittelabgriff
66: Heizelement
68: Resonanzkapazität
70: Versorgungsschaltelement
78: Dämpfungsschaltelement
80: Hochpass-Filter
82: Impulsdetektionseinheit
84: Passkapazität
86: Passwiderstand
88: Messwiderstand
90: Detektionskapazität
92: Ordinatenachse
94: Abszissenachse
98: Kontrollsignal
100: Heizstrom
102: Spannung
104: Ausgangssignal
106: Sprungwert
108: Sprungwert
T₀: Zeitpunkt
T₁: Zeitpunkt
t_d: Schaltzeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5166549 A [0002]

Claims

Gargerätevorrichtung, insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit einer Wechselrichtereinheit (10a; 10b), die dazu vorgesehen ist, einen Heizstrom zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Detektionseinheit (12a; 12b), die dazu vorgesehen ist, einen weichen Schaltvorgang der Wechselrichtereinheit (10a; 10b) anhand zumindest einer Flanke eines elektrischen Signals zu erfassen.
Gargerätevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (12a; 12b) dazu vorgesehen ist, einen zumindest im Wesentlichen spannungsfreien Schaltvorgang der Wechselrichtereinheit (10a; 10b) anhand der Flanke des elektrischen Signals zu erfassen.
Gargerätevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanke des elektrische Signals, eine Flanke einer an der Wechselrichtereinheit (10a; 10b) bei zumindest einem Schaltvorgang auftretenden Spannung ist.
Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (12a; 12b) dazu vorgesehen ist, zumindest eine Änderung der Flanke (10a; 10b) bei zumindest einem Schaltvorgang zu erfassen.
Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (12a; 12b) dazu vorgesehen ist, eine größte Steigung der Flanke zu erfassen.
Gargerätevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (12a; 12b) dazu vorgesehen ist, zumindest ein von der größten Steigung der Flanke abhängiges Ausgangssignal zu generieren.
Gargerätevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (14a; 14b), die dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit vom Ausgangssignal wenigstens einen Betriebsparameter der Wechselrichtereinheit (10a; 10b) zu variieren, um einen weicheren Schaltvorgang zu erreichen.
Gargerätevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit (10b) ein variables Dämpfungsnetzwerk (16b) umfasst und die Steuereinheit (14b) dazu vorgesehen ist, zumindest eine Kapazität des Dämpfungsnetzwerks (16b) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal zu variieren.
Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (12a; 12b) wenigstens eine Diode (18a, 18b) aufweist.
Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (12a; 12b) frei von Transistoren ist.
Gargerät, insbesondere Induktionskochfeld, mit zumindest einer Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb einer Gargerätevorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit wenigstens einer Wechselrichtereinheit (10a; 10b), durch welchen ein Heizstrom erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein weicher Schaltvorgang der Wechselrichtereinheit anhand zumindest einer Flanke eines elektrischen Signals erfasst wird.