DE2317565A1 - ARRANGEMENT FOR HEATING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE COOKING APPLIANCE BY MAGNETIC INDUCTION - Google Patents
ARRANGEMENT FOR HEATING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE COOKING APPLIANCE BY MAGNETIC INDUCTIONInfo
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Description
DiPL-ING. KLAUS NEUBECKERDiPL-ING. KLAUS NEUBECKER
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 94 Düsseldorf 1 Schadowplatz 9
Düsseldorf, 6. April 1973 43,516
7337Düsseldorf, April 6, 1973 43,516
7337
Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V, St. A. Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V, St. A.
Anordnung zur Erhitzung eines elektrisch leitenden Kochgeräts durch magnetische Induktion Arrangement for heating an electrically conductive cooking appliance by magnetic induction
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine. Kocheinrichtung, insbesondere auf eine mit Induktionserhitzung arbeitende Kocheinrichtung.The present invention relates generally to a. Cooking equipment, in particular on a cooking device that works with induction heating.
Das Prinzip der Induktionserhitzung ist seit langer Zeit bekannt und hat vorwiegend in der Industrie weiten Einsatz gefunden. Versuche, das gleiche Prinzip auf dem Gebiet der Zubereitung von Speisen anzuwenden, sind jedoch bezüglich Größe, Sicherheit, Bequemlichkeit in der Bedienung sowie Strahlungsstörungen auf Probleme gestoßen, wie sie sich im gleichen Umfang beim industriellen Einsatz nicht ergeben.The principle of induction heating has been known for a long time and has been widely used mainly in industry. Try, apply the same principle in the field of food preparation, but apply to size, safety, convenience in the operation as well as radiation disturbances on problems encountered, as they do not arise to the same extent in industrial use.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es,. eine Kocheinrichtung zu schaffen, die sich auch außerhalb des industriellen Bereichs unter Anwendung des Induktionserhitzungs-Prinzips praktisch einsetzen läßt.The object of the present invention is to. a cooking facility too create that can also be used in practice outside of the industrial sector using the induction heating principle leaves.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung zur Erhitzung einejlu elektrisch leitenden Kochgeräts durch magnetische Induktion er.fin^i dungsgemäß gekennzeichnet durch einen Oszillator mit einem Last-\ \ kreis, der einen Reihenresonanzkreis mit einer Induktions-Heizspirale für die Aufheizung des in induktiver Kopplung mit der Heiz-To achieve this object an arrangement for heating einejlu electrically conductive cooking apparatus by magnetic induction er.fin ^ i dung accordance characterized by an oscillator having a load \ \ circle, of a series resonant circuit with an induction heating coil for heating the using in inductive coupling the heating
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spirale aufgestellten Kochgeräts aufweist, sowie einem Schaltkreis, der durch von dem Oszillatorstrom des Lastkreises abgeleiteten Strom angetrieben ist, um die Gleichspannungszuleitungen zu dem Lastkreis in abwechselnder Polarität mit der Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises an eine Gleichspannungsquelle anzuschließen. has spiral set up cooking device, as well as a circuit, which is driven by current derived from the oscillator current of the load circuit in order to supply the DC voltage leads to connect the load circuit in alternating polarity with the resonance frequency of the series resonance circuit to a DC voltage source.
Die Induktions-Heizspirale bildet mit einem Kondensator die Resonanzschaltung, und die Heizspiralen-ZKondensator-Resonanzschaltung wird stets mit Resonanzfrequenz erregt, unabhängig von den speziellen Kennwerten des davon aufzuheizenden Kochgeräts. Dadurch, daß die Heizspirale bei Resonanzfrequenz gespeist wird, wird der VA-Nennwert des Schaltkreises, der von Halbleitern gebildet wird, auf ein Minimum herabgesetzt, und die Schaltverluste werden vernachlässigbar. Der nahezu sinusförmige Strom der Heizspirale verringert Hochfrequenz-Störwirkungen.The induction heating coil and a capacitor form the resonance circuit, and the heating coil Z-capacitor resonance circuit is always excited at a resonance frequency, regardless of the special characteristics of the cooking device to be heated. Through this, that the heating coil is fed at resonance frequency, the VA rating of the circuit formed by semiconductors, reduced to a minimum, and the switching losses are negligible. The almost sinusoidal current of the heating coil reduces high-frequency interference.
Die Eingangs-Gleichspannung des Systems wird in Abhängigkeit von einem wählbaren Steuer-Referenzwert sowie einer sowohl auf den Laststrom als auch auf den Gütefaktor ansprechenden Rückkopplung vom Lastkreis gesteuert. Dadurch kann die Anordnung ohne Schädigung bei Belastung mit hohem Q-Faktor arbeiten, wie das etwa der Fall ist, wenn Kochgeräte aus Kupfer oder Aluminium über die Heizspirale gebracht werden oder aber sich gar kein Kochgerät auf der Heizspirale befindet.The DC input voltage of the system is dependent on a selectable control reference value as well as on both the Load current as well as feedback responsive to the quality factor controlled by the load circuit. This allows the arrangement without damage work under loads with a high Q-factor, as is the case, for example, when cooking appliances made of copper or aluminum use the heating element or there is no cooking device on the heating coil.
Es ist eine künstliche Belastung vorgesehen, die den Steuerkreis daran hindert, die Spannung der Gleichspannungsquelle auf einen so niedrigen Wert absinken zu lassen, daß der Oszillator dadurch zum Stillstand käme. Ein Ansprechen auf den Q-Faktor des Resonanzkreises führt zu einer Verringerung des Stromes durch die Heizspirale und nicht nur zu einer Konstanthaltung, um die magnetische Feldstärke zu verringern und somit auch Störstrahlungsprobleme zu vermindern. Ein unabhängiger Auslösekreis erleichtert ein erneutes Anlaufen selbst bei niedriger Spannung der Gleichspannungsquelle.An artificial load is provided that prevents the control circuit from increasing the voltage of the DC voltage source to such a level To let go low value that the oscillator would come to a standstill. A response to the Q factor of the resonance circuit leads to a reduction in the current through the heating coil and not just to keeping the magnetic field strength constant to reduce and thus also to reduce interference radiation problems. An independent trip circuit facilitates a new one Starts up even with a low voltage of the DC voltage source.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen inThe invention is illustrated below with reference to exemplary embodiments in
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Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Connection explained with the accompanying drawing. In the drawing demonstrate:
Fig. 1 ein Schaltbild einer mit Induktionserhitzung arbeitenden Kochanordnung entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;1 shows a circuit diagram of a cooking arrangement operating with induction heating according to a preferred embodiment the invention;
Fig. 2 allgemein den räumlichen oder körperlichen Aufbau der Bestandteile der Kochplatte bzw. der Kochstelle; und2 generally shows the spatial or physical structure of the components of the hotplate or the hotplate; and
Fig. 3 ein Schaltbild einer abweichenden Schaltung des Rückkopplungs-Trans forma tors .Fig. 3 is a circuit diagram of a different circuit of the feedback trans forma tors.
Das Induktionsheizsystem der Fig. 1 weist eine Induktions-Heizspirale 10 auf, die Bestandteil eines Reihenresonanzkreises 12 in dem Lastkreis 14 eines (beispielsweise bei etwa 27 kHz arbeitenden) Hochfrequenz-Oszillators 16 ist, der von einer steuerbaren Gleichspannungsquelle 18 gespeist wird. Außer der Induktions-Heizspirale 10 weist der Reihen-Resonanzkreis 12 Kondensatoren 20 und 22 auf, die mit der. Heizspirale 10 den Reihenresonanzkreis bilden.The induction heating system of Fig. 1 has an induction heating coil 10, which are part of a series resonant circuit 12 in the load circuit 14 of a (for example, working at about 27 kHz) High-frequency oscillator 16 is that of a controllable DC voltage source 18 is fed. In addition to the induction heating coil 10, the series resonance circuit 12 has capacitors 20 and 22, the one with the. Heating coil 10 form the series resonance circuit.
Die Heizspirale 10 ist räumlich Bestandteil einer Kochstelle oder Kochplatte 17, die ferner ein in geeigneter Weise abgestütztes Koch-Oberteil 24 (Fig. 2) aus einem geeigneten nicht-magnetischen Werkstoff, beispielsweise Glas-Keramik, aufweist, auf der ein elektrisch leitendes und vorzugsweise magnetisches Kochgerät 26 aufruht, um auf dem Wege elektromagnetischer Induktion von der unter dem Koch-Oberteil 24 angebrachten Heizspirale 10 aufgeheizt zu werden. Die Heizspirale 10 ist eine Scheibenspule mit einer Mehrzahl von beispielsweise 30 Windungen, die an der Unterseite der Koch-Oberplatte 24 befestigt oder unabhängig in fester Zuordnung zu der Koch-Oberplatte abgestützt sein kann, so daß auf die Koch-Oberplatte oberhalb der Heizspirale aufgestellte Kochgeräte (Kochtöpfe) elektromagnetisch eng mit der Spirale gekoppelt sind, um so induktiv erhitzt zu werden.The heating coil 10 is spatially part of a hotplate or hotplate 17, which is also a suitably supported Koch upper part 24 (FIG. 2) made of a suitable non-magnetic material, for example glass-ceramic, on which a electrically conductive and preferably magnetic cooking device 26 rests in order to by means of electromagnetic induction from the under the heating coil 10 attached to the cooking upper part 24 to be heated. The heating coil 10 is a disc coil with a plurality of, for example, 30 turns, which are attached to the underside of the cooking top plate 24 or independently in a fixed assignment can be supported on the top cooking plate, so that cooking utensils (saucepans) placed on the top cooking plate above the heating coil are electromagnetically closely coupled to the spiral so as to be inductively heated.
Die Koch-Oberplatte 24 aus Glas-Keramik kann beispielsweise ca.The top plate 24 made of glass-ceramic can, for example, be approx.
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mm A mmmm A mm
5 rara dick sein. Entsprechend Fig. 2 ist die Heizspirale 10 auf einem keramischen Träger 27 abgestützt, der an dem Rahmen der Kochplatte 17 festgelegt ist.5 be rara thick. According to FIG. 2, the heating coil 10 is on a ceramic carrier 27 which is fixed to the frame of the hotplate 17.
Der Lastkreis 14 weist auch einen künstlichen Lastkreis 28 auf, um sicherzustellen, daß der Oszillator zumindest eine vorgegebene Mindestlast hat, falls eine Last mit hohem Q-Faktor,beispielsweise ein Kupfer-Kochgerät, induktiv mit der Heizspirale gekoppelt ist. Die Ausgangs-Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 18 und infolgedessen die Ausgangsleistung des Oszillators 16 werden durch einen Regelkreis 30 in Abhängigkeit von Referenz- und Rückkopplungssignalen gesteuert. Das Rückkopplungssignal wird von dem Oszillator-Lastkreis 14 abgeleitet.The load circuit 14 also has an artificial load circuit 28 to ensure that the oscillator has at least a predetermined minimum load, if a high Q-factor load, for example a copper cooking device, inductively coupled to the heating coil. The output DC voltage of the DC voltage source 18 and consequently the output power of the oscillator 16 is determined by a control circuit 30 as a function of reference and feedback signals controlled. The feedback signal is derived from the oscillator load circuit 14.
Der Oszillator 16 ist als Brücken-Oszillator gezeigt. Wenngleich der spezielle gezeigte Brücken-Oszillator ein Halbbrücken-Oszillator ist, so kann doch ebenso ein Vollbrücken-Oszillator verwendet werden, wobei die gleichen Arbeitsprinzipien gelten. Insbesondere ist der Oszillator 16 in Übereinstimmung mit der Erfindung als stromgetriebener Reihenresonanz-Brückenoszillator wiedergegeben. Der Oszillator umfaßt einen ersten Schaltblock 34 mit einem zwischen eine positive gemeinsame Leistung 36 und ein Ende 38 des Lastkreises 14 geschalteten Leistungszweig. Ein zweiter Leistungsblock 40 weist einen Leistungszweig, der zwischen das Ende 38 und die negative gemeinsame Leistung 42 geschaltet ist, auf.The oscillator 16 is shown as a bridge oscillator. Although the particular bridge oscillator shown is a half-bridge oscillator is, a full bridge oscillator can also be used, whereby the same working principles apply. In particular For example, oscillator 16 in accordance with the invention is shown as a current driven series resonance bridge oscillator. The oscillator includes a first switch block 34 having a positive common power 36 and one end 38 of the Load circuit 14 switched power branch. A second power block 40 has a power branch between the end 38 and the negative common power 42 is switched on.
Die beiden Schaltblöcke 34 und 40 sind mit Steueranschlüssen 44 und 46 versehen, über die Treibersignale die Schaltfunktion der beiden Blocks steuern. Beide Schaltblocks weisen eine oder mehrere Halbleiter-Schalteinrichtungen auf, vorzugsweise Transistoren, wie das in der Zeichnung wiedergegeben ist. Die beiden für jeden Schaltblock angegebenen parallelgeschalteten Transistoren sind symbolisch für einen oder jede gewünschte Mehrzahl Transistoren, je nach den Leistungsanforderungen. Die Transistoren sind beispielsweise als npn-Transistoren wiedergegeben, wobei der Leistungszweig durch diese Transistoren über den Kollektor und den Emitter geführt ist. Die Leistungszweige durch die TransistorenThe two switching blocks 34 and 40 have control connections 44 and 46 are provided, via which the driver signals control the switching function of the two blocks. Both switching blocks have one or more Semiconductor switching devices, preferably transistors, as shown in the drawing. The two for each Transistors connected in parallel are symbolic of one or any desired plurality of transistors, depending on the performance requirements. The transistors are shown, for example, as npn transistors, with the power branch is passed through these transistors via the collector and the emitter. The power branches through the transistors
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der beiden Schaltblöcke bilden gemeinsam den Leistungszweig des Blocks.of the two switching blocks together form the power branch of the Blocks.
Die als Steuerelektroden wirksamen Basen der Transistoren des Schaltblocks 34 sind mit dem Steueranschluß 44 verbunden, während die Basen der Transistoren des Schaltblocks 40 mit dem Steueranschluß 46 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren des Schaltblocks 34 sind mit der positiven gemeinsamen Leitung 36 verbunden, während die Emitter über entsprechende Emitter-Widerstände an einen Leiter 47 und das Ende 38 angeschlossen sind. Die Kollektoren der Transistoren des Schaltblocks 40 sind mit dem Ende 38 verbunden, während ihre Emitter über entsprechende Emitter-Widerstände an eine Leitung 48 bzw. die negative gemeinsame Leitung 42 angeschlossen sind.The effective as control electrodes bases of the transistors of the switching block 34 are connected to the control terminal 44, while the bases of the transistors of the switching block 40 with the control terminal 46 are connected. The collectors of the transistors of the switching block 34 are connected to the positive common line 36, while the emitters are connected to a conductor 47 and the end 38 via corresponding emitter resistors. The collectors of the transistors of the switching block 40 are connected to the end 38, while their emitters via corresponding emitter resistors are connected to a line 48 and the negative common line 42, respectively.
Eine Treiberstufe 50 für die Speisung der beiden Schaltblocks 34 und 40 weist einen Stromtransformator 52 mit einer Primärwicklung 54 auf, die mit Sekundärwicklungen 56 und 58 gekoppelt ist. Die Polaritäten der Transformatorwicklungen sind so gewählt, wie sich das aus der für sich selbst sprechenden Punktkennzeichnung in der Zeichnung ergibt. Die Primärwicklung 54 ist in Reihe mit dem Lastkreis 14 geschaltet, so daß sie durch den oszillierenden Laststrom erregt wird. Die Ausgänge der Sekundärwicklungen 56 und 58 (um 180° versetzt) sind von dem Oszillator-Lastkreis abgeleitete Ströme. Die Sekundärwicklung 56 ist mit dem Steueranschluß 44 des Schaltblocks 34 verbunden, um so für eine Speisung des Schaltblocks 34 zu sorgen. Im einzelnen ist dabei das obere Ende der Wicklung 56 über Dioden 60 mit den Basen der Transistoren des Schaltblocks 34 verbunden, während das untere Ende der Wicklung 56 mit der Leitung 47 in Verbindung steht, die zu den Emitter-Widerständen des Schaltblocks 34 führt. Die Sekundärwicklung 56 ist auf diese Weise parallel zu dem Steuereingang des Schaltblocks 34 geschaltet. In der gleichen Weise ist die Sekundärwicklung 58 parallel zu dem Steuereingang des Schaltblocks 40 geschaltet.A driver stage 50 for feeding the two switching blocks 34 and 40 includes a current transformer 52 having a primary winding 54 coupled to secondary windings 56 and 58. the The polarities of the transformer windings are selected as shown in the self-speaking point identification in the Drawing results. The primary winding 54 is connected in series with the load circuit 14 so that it can be carried by the oscillating load current is excited. The outputs of the secondary windings 56 and 58 (offset by 180 °) are derived from the oscillator load circuit Currents. The secondary winding 56 is connected to the control terminal 44 of the switching block 34 so as to supply the switching block 34 to worry. In detail, the upper end of the winding 56 is connected to the bases of the transistors via diodes 60 Switching block 34 connected, while the lower end of the winding 56 is connected to the line 47 in connection, which leads to the emitter resistors of the switching block 34 leads. The secondary winding 56 is connected in parallel to the control input of the switching block 34 in this way. In the same way, the secondary winding 58 is connected in parallel to the control input of the switching block 40.
Der Oszillator 16 ist mit einem Auslösekreis 64 versehen, der parallel zu dem Steuereingang des Schaltblocks 40 geschaltet ist.The oscillator 16 is provided with a trip circuit 64 which runs in parallel is switched to the control input of the switching block 40.
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Der Auslösekreis 64 enthält eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 66 und einem Ladewiderstand 68, die zwischen die gemeinsamen Leitungen 36 und 42 geschaltet ist, so daß der Ladewiderstand 68 über den Widerstand aufgeladen wird. Ein Spannungsdurchbruchs-Schaltelement 70, beispielsweise ein Diac oder eine Shockley-Diode, ist in Reihe mit einer Diode 72 zwischen den Steueranschluß 46 des Schaltblocks 40 und die Verbindung 74 zwischen Kondensator 66 und Widerstand 68 geschaltet. VOn der Verbindung- 74 ist eine Diode 75 zu dem oberen Ende des Leistungszweige- u^b Γ 'is.lcblocks 40f d, h. zu den Kollektoren der Transistoren diesem Sohalt;;.. cks geführt» Die Schaltungsanordnung aus Kondensator Wi£?r?f;r_.:- und Shockley-Diode bildet einen Kipp-Oszillator für die anfängliche Triggerung des Oszillators 16.The trip circuit 64 contains a series circuit of a capacitor 66 and a charging resistor 68, which is connected between the common lines 36 and 42, so that the charging resistor 68 is charged via the resistor. A voltage breakdown switching element 70, for example a diac or a Shockley diode, is connected in series with a diode 72 between the control terminal 46 of the switching block 40 and the connection 74 between capacitor 66 and resistor 68. From the connection 74 is a diode 75 to the upper end of the power branch u ^ b Γ 'is.lcblocks 40 f d, h. This Sohalt ;; .. cks led to the collectors of the transistors »The circuit arrangement of capacitor Wi £? r? f; r _.:- and Shockley diode forms a breakover oscillator for the initial triggering of oscillator 16.
Der Oszillator 16 arbeitet vom "Stillstand" aus wie folgt: Im "Stillstand" sind sowohl der Schaltblock 34 als auch der Schaltblock 40 gesperrt. Wird den gemeinsamen Leitungen 36 und 42 anfänglich Spannung zugeführt, so laden sich die Kondensatoren 20 und 22 auf, und der Kondensator 66 lädt sich über den Widerstand 6 8 auf, bis die Durchbruchsspannung des Spannungsdurchbruchs-Schaltelements 70 erreicht ist und die Diode durchbricht. Dadurch wird der Steueranschluß 46 des Schaltblocks 40 mit einem Impuls beaufschlagt, so daß die Transistoren dieses Schaltblocks in den EIN-Zustand übergehen. Der Laststrom beginnt zu fließen und gelangt dabei über die beiden Kondensatoren 20 und 22 über die Induktions-Heizspirale 10, die Primärwicklung 54 und die im EIN-Zustand befindlichen Transistoren des Schaltblocks 40. Infolge der gewählten Richtungsanordnung der Transformatorwicklungen 54, 56 und 58 beaufschlagen die um 180° versetzt induzierten Spannungen der Wicklungen 56 und 58 den Steuereingang des Schaltblocks 40 mit einer Spannung, die in EIN-Schaltrichtung wirkt, den Steuereingang des Schaltblocks 34 dagegen mit einer Spannung, die in AUS-Schaltrichtung wirkt. So wird während dieses Arbeits-Halbzyklus dem Steueranschluß 46 eine Rückkopplung zugeführt, während die Basis-Speisespannung für die Transistoren des Schaltblocks 34 praktisch Null ist.The oscillator 16 operates from the “standstill” as follows: Both the switching block 34 and the switching block are in the “standstill” 40 blocked. When voltage is initially applied to the common lines 36 and 42, the capacitors 20 charge and 22 and the capacitor 66 charges through the resistor 6 8 until the breakdown voltage of the voltage breakdown switching element 70 is reached and the diode breaks down. As a result, the control terminal 46 of the switching block 40 is provided with a pulse applied so that the transistors of this switching block go into the ON state. The load current begins to flow and arrives while via the two capacitors 20 and 22 via the induction heating coil 10, the primary winding 54 and in the ON state located transistors of the switching block 40. As a result of the selected directional arrangement of the transformer windings 54, 56 and 58 act on the induced voltages of the windings 56 and 58 offset by 180 ° to the control input of the switching block 40 a voltage that acts in the ON switching direction, the control input of the switching block 34, however, with a voltage that is in the OFF switching direction works. Thus, during this half-cycle of operation, a feedback is fed to the control terminal 46, while the base supply voltage for the transistors of the switching block 34 is practically zero.
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Am Ende des Halbzyklus der Resonanzfrequenz kehrt sich (infolge der Resonanzschwingung) der Laststrom in dem Resonanzkreis um. Bei der Umkehrung hat der Basisstrom zu den Transistoren des Schaltblocks 40 das AUS-Schaltniveau erreicht, und die Ausgänge der Transformatorwicklungen 56 und 58 kehren sich so um, daß dem Steuereingang 46 des Schaltblocks 40 eine AUS-Schaltspannung zugeführt wird, während dem Steueranschluß 44 des Schaltblocks 34 eine EIN-Spannung zugeführt wird. Während dieses Halbzyklus liefert die Wicklung 56 eine Rückkopplung, um den EIN-Zustand des Schaltblocks 34 zu unterstützen, während gleichzeitig der Schaltblock 40 ohne Basisspeisung ist. Am Ende dieses Halbzyklus erfahren der Lastetrom und die Leitzustände der jeweiligen Schaltblocks 34 bzw. wiederum eine Umkehrung, und diese Umkehrung dauert in der Weise fort, wie der Oszillator 16 mit der Eigenfrequenz des Reihen-Resonanzkreises 12 weiterschwingt. Nachdem der Oszillator einmal in den Schwingzustand übergegangen ist, stellt die Diode 75 sicher, daß der Kondensator 66 auf einem Niveau entladen bleibt, das unterhalb des Durchbruchsniveaus des Spannungsdurchbruchs-SehalteIements 70 liegt.At the end of the half cycle the resonance frequency is reversed (as a result of the resonance oscillation) the load current in the resonance circuit. When reversing, the base current to the transistors of the switching block 40 has reached the OFF switching level, and the outputs of the Transformer windings 56 and 58 are reversed so that the control input 46 of the switching block 40 is supplied with an OFF switching voltage, while the control terminal 44 of the switching block 34 is fed ON voltage is supplied. During this half cycle, the Winding 56 provides feedback to the ON state of the switching block 34 to support, while at the same time the switching block 40 without Base feed is. At the end of this half cycle, the load current and the control states of the respective switching blocks 34 resp. again an inversion, and this inversion continues in the way that the oscillator 16 continues to oscillate at the natural frequency of the series resonant circuit 12. After the oscillator is in has passed the oscillating state, the diode 75 ensures that the capacitor 66 remains discharged at a level which is below the breakdown level of the voltage breakdown holding element 70.
In einem Reihen-Resonanzkreis befindet sich der Strom bei Resonanz auf seinem Maximum, so daß auch die von dem Transformator 52 gelieferte Stromrückkopplung bei Resonanz ein Maximum bildet. Infolgedessen hat der Oszillator 16 eine natürliche Tendenz, bei der Eigenfrequenz des Reihen-Resonanzkreises zu arbeiten, d. h., der Eigenfrequenz der Last zu folgen und einen nahezu sinusförmigen Strom für die Heisspirale zu erzeugen. Das Arbeiten mit einem nahezu sinusförmigen Hoizspiralenstrom führt zu einer Verringerung der HF-Störprobleme. Ein Arbeiten bei Resonanz ist anzustreben, um die Schaltverluste zu minimieren, und ein selbsttätiges Nachfolgen der Resonanz ist wünschenswert, da die Induktivität der Heizspirale 10 sich mit unterschiedlicher Belastung ändert, d. h. mit unterschiedlicher Kochgerätgröße bzw. unterschiedlichem Kochgerätmaterial .In a series resonance circuit, the current is at resonance at its maximum, so that the current feedback provided by the transformer 52 also forms a maximum at resonance. As a result, the oscillator 16 has a natural tendency in which To operate the natural frequency of the series resonance circuit, d. i.e. to follow the natural frequency of the load and a nearly sinusoidal one Generate electricity for the hot spiral. Working with an almost sinusoidal Hoiz spiral flow leads to a reduction the RF interference problems. Working with resonance is to be aimed for in order to to minimize the switching losses, and an automatic follow-up of the resonance is desirable, since the inductance of the heating coil 10 changes with different loads, i. H. with different cooking device sizes or different cooking device materials.
Wenngleich der Oszillator 16 dazu neigt, bei Resonanz zu arbeiten, so würde er auch bei einer etwas unterhalb der ResonanzfrequenzAlthough the oscillator 16 tends to operate at resonance, so it would also with a slightly below the resonance frequency
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liegenden Frequenz arbeiten, wenn langsame Transistoren eingesetzt werden. Die Verzögerung durch die langsamen Transistoren kann durch Hinzufügen einer Nebenschluß-Induktivität 76 parallel zur Transformator-Primärwicklung 54 ausgeglichen werden, so daß die Phasenlage des Basisstroms weiter voreilt, oder aber, es kann ein Ausgleich einfach dadurch herbeigeführt werden, daß ein Stromtransformator 52 mit der geeigneten Induktivität verwendet wird. Diese letzte Maßnahme läßt sich vorzugsweise mit Hilfe eines Luft-Stromtransformators 52 verwirklichen, der den erforderlichen, auf die Geschwindigkeit der verwendeten Transistoren abgestimmten Induktivitätswert hat. Werden andererseits sehr schnelle Transistoren verwendet, so kann es günstiger sein, einen Eisenkernaufbau für den Stromtransformator 52 einzusetzen. Die Transformatorschaltgeschwindigkeiten können verbessert v/erden, indem geringfügig oberhalb der Sättigungsspannung gearbeitet wird. Dies läßt sich mit Hilfe von Dioden 77 und 78 erreichen, die mittels der Dioden 60 und 73 in Bezug zu. einem Potential gesetzt werden, das oberhalb der Basisspannungen liegt. Wenn dann die Kollektorspannung sich zu stark an die Basisspannung annähert, so wird der Speisestrom von den Basen auf die Kollektoren der Transistoren abgeleitet, um so die Sperr-Vorspannung der Basis-/Kollekfc>rübergänge aufrechtzuerhalten. Die Kondensatoren 79 und 80 bilden Strompfade für Basisströme in umgekehrter Richtung am Ende jedes Halbzyklus . Die gezeigten gesonderten Emitterwiderstände sind vorgesehen, um eine» Stromaufteilung durch die parallelgeschalteten Transistoren sicherzustellen. Die Wirksamkeit dieser stromausgleichenden Widerstände wird ebenfalls dadurch verbessert, daß die Transistoren oberhalb der Sättigungsspannung arbeiten.lying frequency work if slow transistors are used will. The delay caused by the slow transistors can be reduced by adding a shunt inductor 76 in parallel with the Transformer primary winding 54 are balanced so that the phase position of the base current leads further, or it can be a Compensation can be brought about simply by using a current transformer 52 with the appropriate inductance. This last measure can preferably be carried out with the aid of an air-current transformer 52 realize the required inductance value matched to the speed of the transistors used Has. If, on the other hand, very fast transistors are used, it may be cheaper to use an iron core structure for the current transformer 52 to be used. The transformer switching speeds can be improved by working slightly above the saturation voltage. This can be with the help of diodes 77 and 78, which are achieved by means of diodes 60 and 73 in relation to. a potential above of the base voltages. If the collector voltage then approaches the base voltage too closely, the feed current is from the bases to the collectors of the transistors in order to maintain the reverse bias of the base / collector junctions. The capacitors 79 and 80 form current paths for base currents in the reverse direction at the end of each half cycle. The ones shown separate emitter resistors are provided to ensure that the current is divided by the transistors connected in parallel. The effectiveness of these current balancing resistors is also improved by the fact that the transistors work above saturation voltage.
Das Prinzip der Wirbelstromaufheizung wird verwendet, um Energie von der Arbeits-Heizspirale 10 an das Kochgerät 26 zu übertragen. Genauer gesagt, induzieren die über die Induktions-Heizspirale 10 aufgebauten hochfrequenzen Änderungen des elektromagnetischen Feldes im Boden des Kochgeräts 26 Wirbelströme, so daß dieser erhitzt wird. Die dem Kochgerät 26 zugeführte Energiemenge wird durch Änderung des die Heizspirale durchfließenden Stroms gesteuert. Da die Oszillator-/Kochgerätanordnung einer Widerstandsbelastung derThe principle of eddy current heating is used to generate energy from the working heating coil 10 to the cooking device 26. More precisely, the induction via the induction heating coil 10 built-up high-frequency changes in the electromagnetic field in the bottom of the cooking appliance 26 eddy currents, so that it is heated will. The amount of energy supplied to the cooking appliance 26 is controlled by changing the current flowing through the heating coil. There the oscillator / cooker assembly of a resistive load of the
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Gleichspannungsquelle entspricht, kann der Strom durch die Heizspirale durch Änderung der dem Oszillator 16 zugeführten Speise-Gleichspannung gesteuert werden. Der Regelkreis 30, der den Laststrom erfaßt, wie das nachstehend erläutert wird, hält einen gewünschten Laststrom aufrecht, indem durch Verstellung der Gleich-Speisespannung für eine Kompensation der Schwankungen in der Speisespannung gesorgt wird.Corresponds to a DC voltage source, the current can flow through the heating coil can be controlled by changing the DC supply voltage supplied to the oscillator 16. The control circuit 30, the load current detected, as will be explained below, maintains a desired load current by adjusting the DC supply voltage compensation for the fluctuations in the supply voltage is provided.
Die der Heizspirale 10 dargebotene Widerstandsbelastung durch das Kochgerät 26 ist unter normalen Arbeitsbedingungen, wenn beispielsweise das Kochgerät aus Eisen besteht, verhältnismäßig hoch. Der Gütefaktor Q des Kreises ist daher niedrig. Jedoch wird der Gütefaktor Q hoch, wenn das Kochgerät entfernt oder ein Kochgerät aus einem Metall mit niedrigem Widerstand wie Aluminium oder Kupfer verwendet wird. Für einen hohen Q-Faktor sinkt die effektive Impedanz des abgestimmten Schaltkreises ab. Um zu verhindern, daß aufgrund dieser niedrigen Impedanz eine Beschädigung der Leistungstransistoren eintritt, wird mittels des Regelkreises 30 eine überwachung vorgenommen und die Gleich-Speisespannung für den Oszillator 16 herabgesetzt.The resistance load presented to the heating coil 10 by the cooking appliance 26 is under normal working conditions, for example when the cooking utensil is made of iron, relatively high. The quality factor Q of the circle is therefore low. However, the Figure of merit Q high when the cooking utensil is removed or a cooking utensil made of a low resistance metal such as aluminum or Copper is used. For a high Q factor, the effective impedance of the tuned circuit will decrease. To prevent, that due to this low impedance damage to the power transistors occurs, a monitoring is carried out by means of the control circuit 30 and the DC supply voltage for the Oscillator 16 reduced.
Der Heizspiralen-, oder Laststrom verläuft in der Hauptsache über die Kondensatoren 20 und 22, jedoch fließt mengenmäßig und zeitlich ein Anteil über den künstlichen Lastkreis 28. Dieser Lastkreis enthält eine künstliche Last 81 in Form eines Widerstandes, der zwischen den Mittelpunkt 82 des Reihen-Resonanzkreises 12 und die positive bzw. negative gemeinsame Leitung 36 bzw. 42 über die Primärwicklung 83 eines Stromtransformators 84 und Dioden 85 sowie 86 geschaltet ist.The heating coil or load current mainly runs over the capacitors 20 and 22, but a proportion flows in terms of quantity and time via the artificial load circuit 28. This load circuit contains an artificial load 81 in the form of a resistor between the center 82 of the series resonance circuit 12 and the positive and negative common lines 36 and 42 via the primary winding 83 of a current transformer 84 and diodes 85 as well 86 is switched.
Während der Schwingungen des Oszillators 16 fließt der Laststrom, wenn die Spannung V1 an dem Mittelpunkt 82 positiver als die positive gemeinsame Leitung 36 ist, von dem Reihen-Resonanzkreis über die künstliche Last 81, die Primärwicklung 83, die Diode 85 und die EIN-Leistungstransistoren, so daß Energie abgeleitet wird. Während des anderen Halbzyklus, wenn die Spannung V negativer als die negative gemeinsame Leitung 42 .ist, fließt der Laststrom vonDuring oscillations of the oscillator 16, when the voltage V 1 at the midpoint 82 is more positive than the positive common line 36, the load current flows from the series resonant circuit via the artificial load 81, the primary winding 83, the diode 85 and the ON- Power transistors so that energy is dissipated. During the other half cycle, when the voltage V is more negative than the negative common line 42, the load current flows from
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dem abgestimmten Kreis über die EIN-Leistungstransistoren, die Diode 86, die Primärwicklung 83 und die künstliche Last 81 zu dem Mittelpunkt 82. Die künstliche Last 81 nimmt nur während des Zyklusabschnitts Strom auf, während dessen die Spannung an dem Mittelpunkt 82 bei ihren Schwankungen die Spannung der positiven bzw. negativen gemeinsamen Leitung 36 und 42 übersteigt. Für eine bestimmte Belastung des Lastkreises ist der Strom durch die Primärwicklung 83 dem gesamten Laststrom, d. h. dem Strom durch den Reihen-Resonanzkreis , proportional. So liefert die Sekundärwicklung 87 des Stromtransformators ein Signal, das dem Gesamtlaststrom proportional ist. Das Ausgangssignal des Transformators 84 wird als ein Rückkopplungssignal an den Regelkreis 3O geliefert.the matched circuit via the ON power transistors that Diode 86, primary winding 83 and artificial load 81 to midpoint 82. Artificial load 81 only increases during the cycle portion Current on, during which the voltage at the midpoint 82 with its fluctuations the voltage of the positive or negative common line 36 and 42 exceeds. For a certain load on the load circuit, the current is through the primary winding 83 the total load current, i.e. H. proportional to the current through the series resonance circuit. So delivers the secondary winding 87 of the current transformer a signal that is proportional to the total load current. The output of transformer 84 becomes supplied as a feedback signal to the control loop 3O.
Die Spannung V an dem Mittelpunkt 82 ist eine Funktion des Faktors Q des Reihenresonanzkreises 12, und das Ausgangssignal des Transformators 84 ist proportional dem Q-Faktor des Resonanzkreises oder den Spannungsabweichungen von V über bzw. unter die Speisespannung. Da diese letzte eine inverse Funktion der Belastung der Heizspirale ist, nimmt die künstliche Last mehr Energie auf, wenn das Kochgerät entfernt worden ist als wenn dieses auf die Heizspirale gestellt wurde. Das führt zu einer zusätzlichen Beaufschlagung des Regelkreises 30 für den Fall, daß eine Last mit hohem Q-Faktor wirksam ist, wie etwa bei Entfernung des Kochgeräts 26. Das entspricht einem Rückkopplungseffekt, so daß das Ansprechen auf einen Anstieg des Q-Faktors beschleunigt wird. Wie allgemein bekannt, gilt für den Gütefaktor Q eines Reihen-Resonanzkrei-The voltage V at midpoint 82 is a function of the factor Q of the series resonant circuit 12, and the output of the transformer 84 is proportional to the Q factor of the resonant circuit or the voltage deviations from V above or below the supply voltage. Because this last is an inverse function of the load the heating coil, the artificial load absorbs more energy when the cooking appliance has been removed than when it is on the heating coil has been placed. This leads to an additional loading of the control loop 30 in the event that a load is with high Q factor is effective, such as when the cooking utensil 26 is removed. This corresponds to a feedback effect, so that the response is accelerated to an increase in the Q factor. As is well known, the quality factor Q of a series resonance circuit
*o Xr* o Xr
y " R ~ R~ ' y "R ~ R ~ '
wobei X der kapazitive Blindwiderstand und Χ_ der induktive Blindwiderstand und R der Wirkwiderstand sind.where X is the capacitive reactance and Χ_ the inductive Reactance and R are the effective resistance.
Die veränderliche Gleichspannungsquelle 18 wiest einen Gleichrichter 90 und einen Gleichspannungs-Eingangskreis 92 für die Erregung des Gleichrichters auf. Der Eingangskreis 92 enthält zwei Leitungen 94 und 96, die mit den Eingangsklemmen 9 8 und 100 verbunden sind, wobei diese ihrerseits über Leitungen 102 bzw. 104 mittelsThe variable DC voltage source 18 has a rectifier 90 and a DC voltage input circuit 92 for energizing the rectifier. The input circuit 92 contains two lines 94 and 96, which are connected to the input terminals 9 8 and 100, these in turn via lines 102 and 104 by means of
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eines zweipoligen Schalters 106 an Zuleitungen 108 und 110 anschließbar sind, die mit einer Wechselspannungsquelle 112 in Verbindung stehen. In die Zuleitungen 108 und HO kann eine Vorrichtung 114 eingeschaltet sein, die verschiedene Anordnungen zur Begrenzung hoher Spannungsspitzen und zur Dämpfung von auftretenden Störungen etc. enthält.a two-pole switch 106 can be connected to supply lines 108 and 110 which are connected to an AC voltage source 112. In the supply lines 108 and HO can be a device 114 be switched on, the various arrangements for limiting high voltage peaks and to dampen occurring disturbances etc. contains.
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Die Gleichspannungsquelle 18 ist beispielsweise als in bezug auf die Wechselspannung, die dem Eingangskreis 92 zugeführt wird, phasengesteuert gezeigt. Dazu ist der Gleichrichter 90 als fträcKetr gleichrichter mit Gleichrichterelementen 120 und 122 sowie gesteuerten Gleichrichtern 124 und 126 (beispielsweise Thyristoren) ausgebildet, wobei zum Schutz Sperrnetzwerke 128 und 130 parallelgeschaltet sind. Der Eingang des Gleichrichters liegt an Leitungen 94 und 96, während der Ausgang des Brückengleichrichters zu Leitungen 132 und 134 geführt ist. Die Gleichspannungs-Ausgangsklemmen der Gleichspannungsquelle 18 sind mit 136 und 138 bezeichnet und mit den Gleichspannungs-Ausgangsleitungen 132 bzw. 134 des Gleichrichters 90 verbunden, wobei geeignete Ableit- und Filterelemente zwischengeschaltet sind. Diese Elemente können von Widerständen 140 und 142, Kondensatoren 144 und 146 sowie einer Drossel 148 gebildet sein. Die Ausgangsklemmen 136 und 138 sind mit der positiven gemeinsamen Leitung 36 bzw. der negativen gemeinsamen Leitung 42 verbunden.The DC voltage source 18 is, for example, as with respect to the AC voltage which is fed to the input circuit 92, phased shown. For this purpose, the rectifier 90 is used as a feeder rectifier with rectifier elements 120 and 122 as well as controlled rectifiers 124 and 126 (for example thyristors) formed, with blocking networks 128 and 130 being connected in parallel for protection. The input of the rectifier is on lines 94 and 96, while the output of the bridge rectifier is routed to lines 132 and 134. The DC output terminals of the DC voltage source 18 are denoted by 136 and 138 and connected to the DC voltage output lines 132 and 134 of the Rectifier 90 connected, with suitable discharge and filter elements are interposed. These elements can be made of resistors 140 and 142, capacitors 144 and 146 and a choke 148 may be formed. The output terminals 136 and 138 are connected to the positive common line 36 and negative common line 42, respectively.
Der Regelkreis 30 weist allgemein einen Fehlergenerator 150 und einen Phasensteuerungs-Zündkreis 153 zur Zündung der gesteuerten Gleichrichter 124 und 126 in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal-Ausgang des Fehlergenerators auf. Der Fehlergenerator 150 liefert ein der Differenz zwischen dem gewünschten Strom durch die Heizspirale und dem tatsächlichen Heizspiralenstrom (Ist-Wert) proportionales Fehlersignal in Abhängigkeit von Signalen, die diese beiden Größen repräsentieren und dem Fehlergenerator in nachstehend beschriebener Weise zugeführt werden. Zusätzlich spricht der Fehlergenerator auf den Gütefaktor Q des Lastkreises an, wie das nachstehend erläutert wird.The control loop 30 generally has a fault generator 150 and a phase control ignition circuit 153 for igniting the controlled Rectifiers 124 and 126 in accordance with the error signal output of the error generator. The error generator 150 provides one of the difference between the desired current through the heating coil and the actual heating coil current (actual value) proportional error signal as a function of signals that these two Represent quantities and the error generator in below are supplied in the manner described. In addition, the error generator responds to the quality factor Q of the load circuit, like that will be explained below.
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Ein Vollweg-Brückengleichrichter 154 wird über die Wechselspannungs-Leitungen 102 und 104 gespeist und liefert eine Gleichspannung für den Regelkreis 30. Ein Widerstand 155 senkt die auf den Regelkreis 30 einwirkende Spitzenspannung und begrenzt den Steuerkreisstrom. Parallel zum Ausgang des Vollweg-Brückengleichrichters 154 geschaltete Zenerdioden 156 und 158 speisen zwei gemeinsame Leitungen 160 bzw. 162 mit unterschiedlichen Spannungsniveaus von beispielsweise 20 V bzw. 10 V, wenn 10 V-Zenerdioden verwendet werden. Diese beiden gemeinsamen Leitungen 160 uns 162 sinken während jedes Halbzyklus der Leitungen 102/104 auf null V ab. Dadurch wird der Regelkreis auf die mit Netzspannung arbeitende Leitung 102/104 synchronisiert. Widerstände 164 und 166 sowie ein Einstellpotentiometer 170 bilden einen Spannungsteiler, der über den Schleifer 172 des Potentiometers 170 eine veränderliche Spannung liefert, um ein wählbares Referenzsignal zur Verfügung zu stellen, das dem Soll-Wert des Stroms durch die Heizspirale bzw. der von dem Kochgerät 26 aufgenommenen Leistung proportional ist und diese Werte repräsentiert. Wie ersichtlich, wird die von dem Kochgerät aufgenommene Leistung durch die Einstellung des Einstell-Potentiometers 170 bestimmt. Eine Diode 174 wird wirksam, wenn das Potential von 20 V der gemeinsamen Leitung 160 abzusinken beginnt, um so die Kapazität innerhalb des Kreises daran zu hindern, in die 20 V-Leitung 160 einzuspeisen, so daß die Synchronisierung mit der Netzleitung gestört würde. Der Netzschalter 106 und der Schleifer 172 sind mechanisch miteinander gekoppelt, so daß der Netzschalter nur verhältnismäßig niedrige Ströme ein- bzw. ausschalten kann.A full wave bridge rectifier 154 is across the AC power lines 102 and 104 fed and provides a DC voltage for the control circuit 30. A resistor 155 lowers the on the Control circuit 30 acting peak voltage and limits the control circuit current. Parallel to the output of the full wave bridge rectifier 154 connected Zener diodes 156 and 158 feed two common lines 160 and 162 with different voltage levels for example 20 V or 10 V if 10 V Zener diodes are used. These two common lines 160 and 162 sink during drops to zero volts every half cycle of lines 102/104. This puts the control loop on the line working with mains voltage 102/104 synchronized. Resistors 164 and 166 and an adjustment potentiometer 170 form a voltage divider, which is connected to the The wiper 172 of the potentiometer 170 supplies a variable voltage in order to provide a selectable reference signal, which is proportional to the nominal value of the current through the heating coil or the power consumed by the cooking appliance 26, and this Represents values. As can be seen, the power consumed by the cooking appliance is determined by the setting of the setting potentiometer 170 determined. A diode 174 becomes effective when the potential of 20 V of the common line 160 begins to drop so to prevent the capacitance within the circuit from feeding into the 20 V line 160 so that the synchronization with the Power line would be disturbed. The power switch 106 and the wiper 172 are mechanically coupled together so that the power switch can only switch relatively low currents on or off.
Das den Laststrom repräsentierende Rückkopplungssignal vom Oszillator 16, das auch auf Änderungen des Q-Faktors des Lastkreises anspricht, wird dem Fehlergenerator 150 des Regelkreises 30 zugeleitet, indem der Ausgang des Transformators 84 den Eingang einer Gleichrichterbrücke 176 speist, die einen Bestandteil des Fehlergenerators 150 bildet. Parallel zu den Gleichspannungs-Äusgangsklemmen 180 und 182 der Gleichrichterbrücke 176 ist ein Widerstand 178 geschaltet. Der Schleifer 172 ist mit der Ausgangsklemme 180 so verbunden, daß der Fehlergenerator 150 ein Referenzsignal erhält, das den Soll-Strom für die Heizspirale oder die LeistungThe feedback signal from the oscillator representing the load current 16, which also responds to changes in the Q factor of the load circuit, is fed to the error generator 150 of the control circuit 30, in that the output of the transformer 84 feeds the input of a rectifier bridge 176 which forms part of the error generator 150. Parallel to the DC voltage output terminals 180 and 182 of the rectifier bridge 176, a resistor 178 is connected. The wiper 172 is with the output terminal 180 connected so that the error generator 150 receives a reference signal that the target current for the heating coil or the power
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des Laststroms repräsentiert. Zwischen die Ausgangsklemme 182 und einen Verbindungspunkt 186, der über einen Widerstand 187 mit dem Eingang eines Spannungsverstärkers 188 verbunden ist, ist ein Widerstand 184 geschaltet. Ein Kondensator 189 und ein Widerstand 190 sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt 186 und die ein Potential von 10 V führende gemeinsame Leitung 162 geschaltet. Dem Widerstand 190 ist ein Kondensator 192 parallelgeschaltet.of the load current. Between output terminals 182 and a connection point 186, which is connected to the input of a voltage amplifier 188 via a resistor 187, is a resistor 184 switched. A capacitor 189 and a resistor 190 are in series between the connection point 186 and the one Common line 162 carrying a potential of 10 V is connected. A capacitor 192 is connected in parallel with the resistor 190.
Die Gleichrichterbrücke 176 und der Widerstand 178 liefern eine Rückkopplungsspannung, die algebraisch zu der Referenzspannung des Schleifers 172 addiert wird, um so an dem Verbindungspunkt 186 eine Spannung abzugeben, die der Differenz oder dem Fehler dazwischen proportional ist. Die Spannung am Verbindungspunkt 186 ist somit der Differenz zwischen der Soll-Leistung und der Ist-Leistung in dem Lastkreis 14 proportional.The rectifier bridge 176 and resistor 178 provide a feedback voltage that is algebraic to the reference voltage of the Slider 172 is added so as to provide a voltage at connection point 186 which is the difference or the error therebetween is proportional. The voltage at connection point 186 is thus the difference between the target power and the actual power in proportional to the load circuit 14.
In dem gezeigten Beispiel wird die Rückkopplungsspannung von der Referenzspannung subtrahiert, um so die Spannung abzusenken, auf die der Verbindungspunkt 186 sich auflädt. Je größer die Rückkopplungsspannung ist, desto niedriger wird die Spannung am Verbindungspunkt 186 und umgekehrt.In the example shown, the feedback voltage is subtracted from the reference voltage so as to lower the voltage to that the junction point 186 charges. The larger the feedback voltage, the lower the voltage at the connection point becomes 186 and vice versa.
Der Zündkreis 153 und die Gleichspannungsquelle 18 sprechen auf das Fehlersignal an dem Verbindungspunkt 186 an und werden durch diesen gesteuert. Die Widerstände 184, 187 und 190 sowie die Kondensatoren 189 und 192 bilden ein Netzwerk mit einer Nacheil-ZVoreil-ZNacheil-übergangscharakteristik, die für eine Schleifenstabilisierung und ein weiches Zündverhalten sorgt.The ignition circuit 153 and the DC voltage source 18 respond to the error signal at the connection point 186 and are through controlled this. The resistors 184, 187 and 190 as well as the capacitors 189 and 192 form a network with a lag-Z-lead-Z-lag transition characteristic, which ensures loop stabilization and soft ignition behavior.
Leistung wird dem Spannungsverstärker 188 über Leitungen 194 und 196 zugeführt. Der Ausgang des Spannungsverstärkers 188 gelangt über eine Leitung 198 zu dem Steuereingang des Zündkreises 153, der entsprechend dem bekannten Rampen-ZPodest-Phasensteuer-Verfahren arbeitet. Die das-Ausgangssignal des SpannungsVerstärkers 188 führende Leitung 198 steht dabei über einen Strombegrenzungswiderstand 200 und zwei Dioden 202 und 204 mit einem Verbindungspunkt 206 in Verbindung, der an das eine Ende eines Kondensators 208 undPower is provided to voltage amplifier 188 via lines 194 and 196. The output of voltage amplifier 188 comes on via a line 198 to the control input of the ignition circuit 153, which corresponds to the known ramp-ZPodest phase control method is working. The das output of voltage amplifier 188 Leading line 198 stands over a current limiting resistor 200 and two diodes 202 and 204 with a connection point 206 connected to one end of a capacitor 208 and
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die Anode eines programmierbaren Unijunction-Transistors 2IO angeschlossen ist. Die Gate-Elektrode des Unijunction-Transistors 210 liegt an einem Verbindungspunkt 211, um diesen mit einer Referenz-Spannungsquelle zu koppeln, die von einem Netzwerk aus Widerständen 212, 214 und 216 sowie einer Diode 218 gebildet und zwischen die positive gemeinsame Leitung 160 einerseits und die negative gemeinsame Leitung 220 andererseits geschaltet ist. Der Verbindungspunkt 211 liegt zwischen der Diode 218 und dem Widerstand 216.the anode of a programmable unijunction transistor 2IO connected is. The gate electrode of the unijunction transistor 210 is at a connection point 211 to this with a reference voltage source to couple, formed by a network of resistors 212, 214 and 216 and a diode 218 and between the positive common line 160 on the one hand and the negative common line 220 on the other hand is connected. The connection point 211 lies between the diode 218 and the resistor 216.
Die Primärwicklung 222 eines Impulstransformators 224 und ein Reihenwiderstand 226 sind zwischen die Kathode des Transistors 210 und die negative gemeinsame Leitung 220 geschaltet. Sekundärwicklungen 228 und 230 des Impulstransformators sind mit den Gate-Kreisen der steuerbaren Gleichrichter 126 bzw. 124 verbunden.The primary winding 222 of a pulse transformer 224 and a series resistor 226 are connected between the cathode of transistor 210 and negative common line 220. Secondary windings 228 and 230 of the pulse transformer are with the gate circles the controllable rectifier 126 and 124 are connected.
Der Kondensator 208 lädt sich auf die ausgangsspannung (abzüglich eines zweifachen Diodenabfalls) des Spannungsverstärkers 188 in einer Zeit auf, die verhältnismäßig kurz im Vergleich zur Dauer der Halbperiode der Netzspannung ist. Der Widerstand 200 begrenzt den Strom und setzt so die Aufladezeit des Kondensators 208 herab, so daß insgesamt das Ansprechverhalten des Systems verlangsamt und weitere StabJLität für die geschlossene Schleife gewonnen wird. Der Spannungsausgang des Spannungsverstärkers, abzüglich des zweifachen Diodenabfalls, wird die Spannung des Kondensators 208. Dieses Spannungsniveau wird als die zuvor erwähnte "Podest"-Spannung bezeichnet. The capacitor 208 charges to the output voltage (minus a double diode drop) of the voltage amplifier 188 in a time that is relatively short compared to the duration of the half-cycle of the mains voltage. The resistor 200 is limited the current and so reduces the charging time of the capacitor 208, so that the overall response of the system is slowed down and further stability for the closed loop is obtained. Of the The voltage output of the voltage amplifier, minus twice the diode drop, becomes the voltage of capacitor 208. This Stress level is referred to as the aforementioned "pedestal" stress.
Die gemeinsame positive Ausgangs-Leitung 221 des Voliweg-Gleichrichters 154 ist über einen Widerstand 232 mit dem Verbindungspunkt 206 und dadurch mit dem Kondensator 202 verbunden. Während einer Halbperiode tritt an dem Kondensator 208 ein kosinusförmiger Spannungszusatz über die "Podest"-Spannung hinaus auf, da der Ladestrom sich entsprechend der positiven Hälfte einer Sinuskurve ändert. Dieser Anteil des Spannungsanstiegs wird als "Rampen"-Spannung bezeichnet. Wie zuvor beschrieben, ist dar Kondensator 208 mit der Anode des programmierbarer. Unijunction—Transistors 210 gekoppelt. Wenn die Spannung der Anode des Transistors 210 dieThe common positive output line 221 of the full-wave rectifier 154 is connected to connection point 206 and thereby to capacitor 202 via a resistor 232. While a half-cycle occurs at the capacitor 208 a cosine-shaped Additional voltage beyond the "pedestal" voltage, since the charging current is corresponding to the positive half of a sinusoidal curve changes. This portion of the voltage rise is called the "ramp" voltage designated. As previously described, capacitor 208 is programmable with the anode of the. Unijunction transistor 210 coupled. When the voltage of the anode of transistor 210 is the
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Gate-Spannung um einen bestimmten kleinen Betrag überschreitet, so tritt in dem Kathodenzweig und daher durch den Impulstransformator 224 ein positiver Impuls auf. Dieser Zündimpuls erscheint an der Gate-Elektrode und der Kathode beider gesteuerter Gleichrichter des Gleichrichters 9O. Es ist jedoch nur einer der beiden gesteuerten Gleichrichter in Durchlaßrichtung vorgespannt, und dieser gesteuerte Gleichrichter zündet dann. Während der nächsten Halbperiode werden die "Rampen"- und die "Podest"-Spannung sowie der Impuls erneut erzeugt, um den anderen gesteuerten Gleichrichter des Gleichrichters 90 zu zünden, der zu dieser Zeit in Durchlaßrichtung vorgespannt ist.Gate voltage exceeds by a certain small amount so occurs in the cathode branch and therefore through the pulse transformer 224 a positive pulse. This ignition pulse appears at the gate electrode and the cathode of both controlled rectifiers of the rectifier 9O. However, it is only one of the two controlled Rectifier forward biased and this controlled rectifier then fires. During the next half-period the "ramp" and "pedestal" voltages as well as the pulse are generated again to the other controlled rectifier of rectifier 90 which is forward biased at this time.
Die Anodenspannung des programmierbaren Unijunction-Transistors 2LO wird durch die Summe aus der "Podest"-Spannung und der "Rampen"-Spannung bestimmt. Wenn diese Summe die Unijunction-Transistor-Gate-Spannung übersteigt, die durch die Widerstände 232 und 214 (auf beispielsweise einen Nennwert von 16 V) festgelegt wird, so kommt es zum Auftreten des Zündimpulses. Durch Erhöhung der "Podesf-Spannung mittels des Einstell-Potentiometers 172 kann daher die Summe aus "Podest"- und "Rampen"-Spannung die Gate-Spannung des Transistors 210 an einer früheren Stelle der Halbperiode erreichen, so daß von der Gleichspannungsquelle 18 höhere Spannung und höherer Strom an den Oszillator 16 geliefert werden, was zu einer höheren Leistungsabgabe führt. Das gleiche gilt, wenn die Rückkopplung verringert wird. Wird die "Podest"-Spannung mittels des Referenz-Potentiometers herabgesetzt oder die Rückkopplung erhöht, so ruft dies ein späteres Auftreten der benötigten Summe aus "Podest"- und "Rampen"-Spannung bezogen auf die Halbperiode der Netzspannung hervor, so daß die Leistungsabgabe des Oszillators abgesenkt wird.The anode voltage of the programmable unijunction transistor 2LO is given by the sum of the "pedestal" voltage and the "ramp" voltage certainly. If this sum is the unijunction transistor gate voltage exceeds that set by resistors 232 and 214 (for example, to a nominal value of 16 V), this is how the ignition pulse occurs. By increasing the "Podesf voltage by means of the setting potentiometer 172 can therefore the sum of the "pedestal" and "ramp" voltages is the gate voltage of transistor 210 at an earlier point in the half cycle reach, so that from the DC voltage source 18 higher voltage and higher current are supplied to the oscillator 16, which leads to leads to a higher power output. The same is true when the feedback is decreased. Is the "pedestal" tension by means of of the reference potentiometer is reduced or the feedback is increased, this causes the required sum to appear later "Pedestal" - and "Ramp" voltage based on the half-cycle of the mains voltage emerges, so that the power output of the oscillator is lowered.
Eine Diode 234 gewährleistet, daß die Spannung am Kondensator 208 niemals um mehr als einen Dioden-Spannungsabfall unter ein vorgegebenes Niveau von beispielsweise 10 V abfällt, ehe es zur Zündung kommt. Das gewährleistet, daß der Unijunction-Transistor 210 in jeder Halbperiode zündet und somit die Stabilität der geschlosse- nen Schleife vergrößert wird. Die Diode 204 verhindert, daß derA diode 234 ensures that the voltage across capacitor 208 will never drop more than one diode voltage drop below a predetermined one Level of, for example, 10 V drops before ignition occurs. This ensures that the unijunction transistor 210 in every half cycle ignites and thus the stability of the closed loop is increased. The diode 204 prevents the
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"Rampen"-Strom in den hinter dem Kondensator 208 liegenden Schaltungsteil eingespeist wird. Die Anordnung aus den Dioden 202, 204, 218 und 238 und der Anode^/Kathoden-Spannungsabfall des Unijunction-Transistors 210 bewirken eine Verhinderung einer Instabilität der geschlossenen Schleife, wenn die Netzspannung unter ihren vorgesehenen Minimalwert abfällt. Geraeinsam mit dem Widerstand 216 wirkt die Diode 218 auch als Temperaturkompensation für den Unijunction-Transistor. Aus der vorliegenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Regelschleife mit dem den Lastkreisstrom und die Leistung des Lastkreises repräsentierenden Rückkopplungssignal die Soll-Leistung des Lastkreises auf den Ist-Wert der Leistung regelt, wie sie durch das durch Einstellung des Schleifers 172 gewählte Referenzsignal repräsentiert wird. Wenn bei gegebener Kochgerät-Belastung die Ist-Leistung über den Soll-Wert ansteigt, so nimmt das Rückkopplungssignal zu, um so die Gleich-Speisespannung der Gleichspannungsquelle 18 herabzusetzen. Das Umgekehrte gilt, wenn die Ist-Leistung unter die Soll-Leistung absinkt. Das System erreicht einen Gleichgewichtszustand, wenn die Ist-Leistung der Soll-Leistung gleicht. Die Arbeitsweise der geschlossenen Schleife schützt die Leistungstransistoren davor, übermäßig hohe Ströme zu führen, wie sie durch Entfernung der Last (Kochgerät) hervorgerufen werden. Eine vollständige Entfernung der Last kann die Speisespannung auf einen Wert absinken lassen, der zu niedrig ist, um die Schwingung des Oszillators aufrechtzuerhalten. Wenn der Oszillator erneut beginnt, wirksam zu werden, so hat die Schleife die Speisespannung auf einen Wert ansteigen lassen, der den anfänglichen Transistorstrom übermäßig groß werden läßt, und der Zyklus würde sich selbst wiederholen, abgesehen von der künstlichen Last 81 und den Dioden 85 und 86. Wie zuvor erläutert, nimmt die künstliche Last bei Entfernung des Kochgeräts mehr Leistung als für den Fall auf, daß das Kochgerät auf die Kochplatte aufgestellt worden ist. Mit anderen Worten, die künstliche Last führt bei hohem Q-Faktor mehr Leistung ab."Ramp" current in the circuit part located behind the capacitor 208 is fed in. The arrangement of the diodes 202, 204, 218 and 238 and the anode ^ / cathode voltage drop of the unijunction transistor 210 act to prevent closed loop instability when the line voltage is below its intended Minimum value drops. Together with the resistor 216, the diode 218 also acts as a temperature compensation for the unijunction transistor. From the present description it can be seen that the control loop with the load circuit current and The feedback signal representing the power of the load circuit changes the setpoint power of the load circuit to the actual value of the power regulates how it is represented by the reference signal selected by setting the slider 172. If with a given cooking appliance load If the actual power rises above the nominal value, the feedback signal increases, so as to reduce the DC supply voltage the DC voltage source 18 to reduce. The reverse is true, if the actual performance falls below the target performance. The system reaches a state of equilibrium when the actual performance of the Target performance is the same. The closed loop operation protects the power transistors from applying excessively high currents as they are caused by removing the load (cooking appliance). A complete removal of the load can reduce the supply voltage Allow it to drop to a level too low to keep the oscillator oscillating. When the oscillator begins to take effect again, the loop has allowed the supply voltage to rise to a value that corresponds to the initial one Transistor current becomes excessively large, and the cycle would repeat itself apart from the artificial load 81 and the diodes 85 and 86. As previously explained, the artificial Use more power when removing the cooker than if the cooker was placed on the hotplate is. In other words, the artificial load results in a high Q factor more power.
Die Rückkopplung spricht auch auf den Q-Faktor des Resonanzkreises an, so daß dann, wenn die Last der Heizspirale sich so ändert, daß auch der Q-Faktor des Schaltkreises eine Änderung erfährt, dieThe feedback also speaks to the Q factor of the resonance circuit on, so that when the load on the heating coil changes so that also the Q-factor of the circuit undergoes a change that
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Rückkopplung bei Erhöhung des Q-Faktors ansteigt und bei Erniedrigung des Q-Faktors abnimmt. Diese Wirkungen sind mitkoppelnd und neigen somit dazu, das Ansprechverhalten zu beschleunigen. Statt dessen kann die auf Strom und Leistung ansprechende Rückkopplung auch erhalten werden, indem die Primärwicklung des Stromtransformators 84 zwischen die Heizspirale 10 und den Mittelpunkt 82 entsprechend Fig. 3 geschaltet wird. In dem System mit der entsprechend Fig. 3 wiedergegebenen Verbindung spricht die Rückkopplung jedoch nur auf Strom und Leistung an und repräsentiert auch nur diese beiden Werte. Dagegen erfolgt kein Ansprechen auf den Q-Faktor der Schaltung. Bei dem Aufbau mit der entsprechend Fig. 3 abgewandelten Schaltung übt die künstliche Last die gleiche Funktion wie zuvor beschrieben aus. Für den Fall einer Belastung mit hohem Q-Faktor hindert die künstliche Last den Regelkreis 30 daran, die Speise-Gleichspannung auf einen so niedrigen Wert absinken zu lassen, daß es zu einem Stillstand des Oszillators 16 käme.Feedback increases when the Q factor increases and when it decreases of the Q factor decreases. These effects are positive and therefore tend to accelerate the response behavior. Instead of of this, the current and power responsive feedback can also be obtained by placing the primary winding of the current transformer 84 is connected between the heating coil 10 and the center 82 as shown in FIG. In the system with the corresponding However, the connection shown in FIG. 3 only responds to and only represents current and power these two values. In contrast, there is no response to the Q factor the circuit. In the construction with the circuit modified according to FIG. 3, the artificial load performs the same function as previously described. In the event of a high Q-factor load, the artificial load prevents the control loop 30 from performing the To let the DC supply voltage drop to such a low value, that the oscillator 16 would come to a standstill.
Ein Vorteil der auf den Q-Faktor ansprechenden Rückkopplung besteht darin, daß der Strom durch die Heizspirale verringert und nicht.nur konstant gehalten wird, so daß die magnetische Feldstärke und damit Störstrahlungs-Probleme herabgesetzt werden.There is an advantage to the feedback responsive to the Q factor in that the current through the heating coil is reduced and not only kept constant, so that the magnetic field strength and thus interference radiation problems are reduced.
Da die Spannung V1 am Mittelpunkt 82 des Reihen-Resonanzkreises eine Funktion des Q-Faktors dieses Schaltkreises ist, kann eine auf den Q-Faktor ansprechende Rückkopplung gewünschtenfalls auch von einem parallel zu der künstlichen Last 81 geschalteten Spannungstransformator geliefert werden.Since the voltage V 1 at the midpoint 82 of the series resonant circuit is a function of the Q factor of that circuit, feedback responsive to the Q factor can also be provided by a voltage transformer in parallel with the artificial load 81 if desired.
Für den Auslösekreis 64 kann ein anderer Speisekreis 240 vorgesehen sein, der mit dem Auslösekreis 64 verbunden wird, indem mechanisch miteinander gekoppelte Schalter SWl und SW2 so bewegt werden, daß die Stromkreise mit den Kontakten S2 und S4 schließen, während die Stromkreise mit den Kontakten Sl und S3 öffnen. Wenn der Speisekreis 240 mittels der Schalter SWl und SW2 wie zuvor beschrieben angeschlossen worden ist, so liegt er parallel zum Ausgang des Gleichrichters 90 und enthält dabei den Reihenwiderstand 140, eine Diode 244 sowie einen Kondensator 246. Der VerbindungspunktAnother feed circuit 240 can be provided for the trip circuit 64 which is connected to the trip circuit 64 by moving mechanically coupled switches SW1 and SW2 in such a way that that the circuits with contacts S2 and S4 close, while the circuits with contacts S1 and S3 open. When the feed circuit 240 has been connected by means of the switches SW1 and SW2 as described above, it is parallel to the output of the Rectifier 90 and contains the series resistor 140, a diode 244 and a capacitor 246. The connection point
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zwischen der Diode 244 und dem Kondensator 246 liegt an dem Schalterkontakt S2.between the diode 244 and the capacitor 246 is at the switch contact S2.
Der Kondensator 246 lädt sich über die Diode 244 auf, um so eine unabhängige Energiequelle für den Auslösekreis 64 zu bilden und den Wiederanlauf des Oszillators 16 zu erleichtern, auch wenn die Speise-Gleichspannung des Oszillators 16 auf einen niedrigen Wert abfällt.The capacitor 246 charges through the diode 244 so as to form an independent energy source for the trip circuit 64 and to facilitate the restart of the oscillator 16, even if the DC supply voltage of the oscillator 16 is at a low value falls off.
Es versteht sich, daß andere Arten von Fehlergeneratoren oder Summierkreisen, die auf Referenz- und Rückkopplungssignale ansprechen, verwendet werden können, um das Signal für die Steuerung des Zündkreises 153 zu liefern. Der hier speziell gezeigte Zündkreis stellt nur ein mögliches Ausführungsbeispxel dar, statt dessen ebenso andere Arten von Phasensteuerurtgs-Zündkreisen, die in Beziehung zu der Speise-Wechselspannung gesetzt werden, verwendet werden können. Es sei erwähnt, daß "Podest"- und "Rampen"-Phasensteuerungs-Zündkreise bekannt sind, beispielsweise aus der USA-Patentschrift 3 584 282.It is understood that other types of error generators or summing circuits, which are responsive to reference and feedback signals, can be used to use the signal to control the Ignition circuit 153 to deliver. The ignition circuit specifically shown here is only one possible embodiment, instead as well as other types of phase control ignition circuits that are related can be used to set the AC supply voltage. It should be noted that "pedestal" and "ramp" phase control firing circuits are known, for example from US Pat. No. 3,584,282.
Der zweipolige Netzschalter 106 ist mit dem Schleifer 172 mechanisch gekoppelt, so daß der Netzschalter nur verhältnismäßig niedrige Stromwerte ein- bzw. ausschalten kann.The two pole power switch 106 is mechanical with the wiper 172 coupled so that the mains switch can only switch on or off relatively low current values.
Entsprechend einem praktischen Ausführungsbeispxel kann die Arbeitsfrequenz des Oszillators 16 und des Stroms durch die Heizspirale annähernd 27 kHz betragen, wenngleich andere geeignete Frequenzen gewählt werden können. Um diese gewünschte Frequenz zu erhalten, werden die Schaltkomponenten, beispielsweise die Komponenten des Reihen-Resonanzkreises, entsprechend Gesichtspunkten ausgewählt, wie sie für den Entwurf von Schaltungen bekannt sind.According to a practical exemplary embodiment, the working frequency of the oscillator 16 and the current through the heating coil are approximately 27 kHz, although other suitable ones Frequencies can be chosen. In order to obtain this desired frequency, the switching components, such as the components of the series resonance circuit, selected according to aspects known for the design of circuits.
Für die beispielsweise angegebene Frequenz kommt, als günstigstes Material für das Kochgerät 26 ein magnetisches Metall mit hohem Widerstand wie Eisen oder Stahl in Frage. Aluminium oder Kupfer heizen nicht in ausreichendem Maße auf - sofern sie nicht sehr dünn sind -, um ihren sinnvollen Einsatz bei der Beispielsfrequenz zu gewährleisten.For the frequency indicated, for example, the most favorable material for the cooking appliance 26 is a magnetic metal with a high Resistance like iron or steel in question. Aluminum or copper do not heat up enough - unless they are very hot are thin - in order to ensure their useful use at the sample frequency.
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