DE2366194C3 - Frequenzgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzgeneralor mit Induktionsspule zur Erzeugung eines elektromagnelilchen Wechselfeldes in Geräten zum Warmhalten von metallischen Speisengefäßen mit einer Versorgungsleitung mit zwei im Gegentakt geschalteten Lei- »tungstransistoren und der zwischen deren Kollektoren V) liegenden felderzeugenden Induktionsspule, deren mittlerer Windungsanschluß am positiven Pol der Span- «ungsquelle liegt und die mit einem parallelgeschalteten Kondensator einen durch das Speisengefäß gedämpflen, abgestimmten Resonanzschwingkreis bildet und mit *·*· finer Ansteuerschaltung für die Leistungstransistoren »ersehen ist.

Aus der FR-PS 13 21 727 ist ein Gerät mit einem derartigen Frequen/generator mil Spule zur Erzeugung tines elektromagneiischen Wcchselfeldes bekanntge- m> worden, Es ist des weiteren aus Lozinskii, M. G, »Industrial Applications of Induction Heating« Pergattion Press 1969 bekanntgeworden, schwach bedampfte Parallelschwingkreise zur induktiven Erwärmung durch hochfrequente Ströme heranzuziehen. «

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten FrequenZgefierälor der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, daö insbesondere eine wesentliche Verbesserung des Leerlaufverhaltens und ein phasenreines Schalten des Transistorumforrners erreicht wird, was sich seinerseits in einer Leistungsverbesserung des Gerätes auswirkt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebenen Frequenzgenerator dergestalt, daß die Ansteuerschaltung einen Rückkopplungs-Übertrager erhält, dessen Primärwicklung parallel zum Resonanzschwingkreis liegt und dessen Sekur därwicklung an ihren Enden mit den Basen der Leistungstransistoren und ihr mittlerer Windungsanschltß mit den Emittern der Leistungstransistoren sowie dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, wobei jedem der Kollektor in eine rücksperrende Diode vorgeschaltet ist

In vorteilhafter Weiterbildung dieses Frequenzgenerators kann ein auf die Frequenz des unbedämpften, leerlaufenden Resonanztransformators abgestimmter Zusatz-Resonanzkreis vorgesehen sein, der mittels einer Diode durch Gleichspannung einen Regeltransistor sperrt, der die Leistungstransistoren von deren Basisseite her am Schwingen mit voller Amplitude hindert, dagegen bei einer von einem sekundären Speisengefäß hervorgerufenen Frequenzerhöhung des selbsterregten Generators den Regeltransistor öffnet und die Basisstromwege der Leistungstransistoren für die Entfaltung der vollen Generatorschwingleistung freigibt.

Nachfolgend sind zwei in der Zeichnung rein schematisch und beispielsweise dargestellte erfindungsgemäße Schaltkreise eines Frequenzgenerators beschrieben.

F i g. 1 stellt eine Schaltmöglichkeit für einen geeigneten Frequenzgenerator dar,

Fig. 2 gibt ein Schaltbeispiel für eine durch einen generatorseitigen Regelzusatz verbesserte Anordnung.

Eine geeignete Versorgungsschaltung kann z. B., wie aus Fig. I ersichtlich, aus einer Induktionsspule 10 mit mittlerem Windungsanschluß und einem Kondensator 8 bestehen, die einen schwath gedämpften Resonanzschwingkreis bilden, der zwischen den Kollektoren zweier im Gegentakt gesteuerter Leistungstransistoren 14 und 14' liegt. Die Versorgungsgleichspannung wird dem mittleren Windungsanschluß der Spule 10 und den Emittern der Transistoren 14 und 14' über einen Kondensator 15 zugeführt. Zur Verhinderung dämpfender Kollektorrückströme in den Transistoren 14 und 14' von Seiten der negativen Amplituden der Resonanzausgangsspannung sind rücksperrende Dioden 18 und 18' vorgesehen.

Wird der Resonanzschwingkreis 8, 10 nicht durch ein auf das Gerät aufgesetztes Speisengefäß bedämpft, erreicht im Verlauf jeder Halbwelle die Wechselspannung den Betrag der Kollektorgleichspannung sehr bald, was bedeutet, daß von diesem Zeitpunkt an die Kollektoremitterspannung an dem betreffenden Transistor NuP ist, d. h. des weiteren, der Kollektorstrom bleibt aus. Im darauffolgenden Zeitintervall kann daher der Kollektorstrom keinen neuen Antriebsimpuls liefern. Dagegen würde sich die Resonan/.spannung rücklaufig auf den Transistor auswirken, da ein starker vom Schwingungskreis gespeister Rückstrom enlstüri' de- Dies wird durch die rücksperrenden Dioden 18 und 18' verhindert. Dergestalt ist die Gleichstrornaufnahme des Transistorumformers bei fehlender Bedämpfung durch ein m ersvärmendes Speisengefäß sehr viel geringer. Die Dioden 18 und 18' erbringen also eine wesentliche Verbesserung des Leerlaufverhallens.

Die Selbsterregung des Generators erfolgt durch Rückkopplung mit einem getrennten Rückkopplungs-Übertrager 16, dessen Übersetzungsverhältnis so bemessen ist, daß die Schwingungen periodisch aussetzen, sobald dem Resonanzschwingkreis mehr als die gewünschte Maximalleistung entzogen wird, so daß die Transistoren 14, 14' zeitweise sperren und nicht überlastet werden können. Ein zu einem Kondensator 11 parallelgeschalteter regelbarer Widerstand 17, welcher die vom Rückkopplungs-Übertrager 16 abgegebenen Basissteuerströme der Transistoren 14, 14' begrenzt, kann dazu dienen, die gewünschte Maximalleistungsgrenze des Generators genau einzustellen. Ein Widerstand 19 dient dem Anschwingen bei Inbetriebsetzen des Gerätes.

Im Leerlauf bildet der Resonanzkreis einen hohen Kollektorabschlußwiderstand und läßt die Transistoren im sogenannten »überspannten« Zustand mit nur geringem Stromverbrauch schwingen. Wird nun z. B. die metallische Heizfolie 5 an der Unterseite eines Tellers in das Magnetfeld der Spule 10 eingebracht, so verändern sich die Eigenschaften des Resonanzschwingkreisec in diejenigen eines stark gedämpften Streutransformators. Der vordem »überspannte« Zustand der Kollektorseite geht jetzt in Widerstandsanpassung mit gesteigertem Leistungsumsatz über, auch erhöht sich die selbsterregte Frequenz.

Das Einbringen der metallischen Heizfolie 5 in das magnetische Wechselfeld der Spule 10 ruft einen ähnlichen Effekt hervor wie eine einzelne, kurzgeschlossene Wicklungswindung der Spule, die man als Sekundärwindung eines Transformators ansehen kann. Da primäre Spulenwicklung und Sekundärwindung bei einem derartigen Lufttransformator (ohne Eisenkern) magnetisch nicht sonderlich fest miteinander gekoppelt sind, wirken sich die Streuinduktivitäten so aus. daß bei sekundärer Ohmscher Last nicht allein die primäre Wirkkomponente sondern auch die Primärinduktivität der Spule 10 kleiner wird. Infolgedessen verschiebt sich das Resonanzmaximum bei gedämpfter Spule 10 im Resonanzscnwingkreis 8,10 nach höherer Frequenz hin. praktisch um ca. 5 bis 10%. Die Induktivitätsverringerung der Spule 10 tritt noch stärker in Erscheinung, wenn die sekundäre Last selbst eine überwiegend induktive Widerstandskomponente aufweist, wie ζ. Β. eine in das Spulenfeld eingebrachte, gut leitende Kupferfolie.

Durch den Rückkopplungs·Übertrager 16 ist der rückgekoppelte Strom an den Basen der Leistungstransistoren 14, 14' genau um 180" phasenrein gegen die Resonanzspannung des kollektnrseitigen Resonanztransformators verschoben und so erregt sich der rückgekoppelte Generator stets fast genau auf derjenigen Resonanzfrequenz, die durch die (ggf. verringerte) Induktivität der Spule 10 und den Kondensator 8

■i gegeben ist. Es erregt sich also stets eine solche Frequenz, für die Kollektorwechselspannung und Kollektorströme genau gegenphasig liegen, d. h., der Abschlußwiderstand des Generators ist für jede beliebige Heizfolie immer reell und ergibt daher günstig

ίο einen hohen Wirkungsgrad infolge geringer Transistorschaltverluste.

Um bei eingeschaltetem Gerät den Stromverbrauch noch weitgehender einzuschränken, so lange kein Wärmeabnehmer, z. B. ein Teller mit einer Folie 5, im

r> Wechselfeld der Spule 10 steht, kann anstelle des einstellbaren Widerstandes Π eine ergänzende Regelschaltung in Gestalt eines auf die Frequenz des unbedämpften, leerlaufenden Resonanztiansformators 10, 8 abgestimmter Zusatzresonanzkreis mit einem Regeltransiitor 20, einem Parallelwiderstand 24, sowie einer Spule 21 und einem Kondens^. vr 22 vorgesehen sein, der mittels einer Diode 23 durch Gleichspannung den Regeltransistor 20 sperrL Ein Teil der Windungen der Spule 21 wird von den Emitterströmen der

2"> Transistoren 14 und 14' durchflossen. Der Zusatz-ResonanzL-eis 21, 22 ist auf die Resonanzfrequenz des ungedämpften Kollektorkreises 8, 10 abgestimmt. Der Zusatz-Resonanzkreis 21,22 liefert schließlich über eine Diode 23 eine Sperrgleichspannung an die Basis des

»ι Regeltransistors 20. So lange sich kein dämpfender Wärmeabnehmer 5 im Wechselfeld der Spule 10 befindet, läßt der gesperrte Regeltransistor 20 den Gegentaktoszillator wegen des hochohmigen Widerstandes 24 mit nur sehr geringer Amplitude und sehr

π kleinem Stromverbrauch schwingen. Beim Einbringen einer Dämpfung in das Wechselfeld der Spule 10 wächst die Oszillatorfrequenz erheblich. Der abgestimmte Zusatz-Resonanzkreis 21, 22 gerät außer Resonanz, seine Wechselspannung und zugleich die Regeijjieich-

•sn Spannung verschwinden. Der Regeltransistor 20 öffnet sich und gibt durch eine erhöhte Basisstromaussteuerung der Leistungstransistoren 14 und 14' die volle Generatorleistung frei.

Eine mit dieser oder eine gleiche Wirkung erreichen-

•fi den Regelschaltung ausgerüstete Warmhalteeinrichtung kann ständig betriebsbereit unter Strom stehen und geht erst im Bedarfsfalle — ohne daß hierfür ein besonderer Einschalter betätigt werden muß — beim Einbringen eines dämpfenden Wärmeabnehmers 5 in

V) das Feld der Spule 10 zu nennenswertem Leistungsumsatz über.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Frequenzgenerator mit Induktionsspule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes in Geräten zum Warmhalten von metallischen Speisengefäßen durch Wirbelströme mit einer Versorgungsschaltung mit zwei im Gegentakt geschalteten Leistungstransistoren und der zwischen deren Kollektoren liegenden felderzeugenden Induktionsspule, deren mittlerer Windungsanschluß ίο am positiven Pol der Spannungsquelle liegt und die mit einem parallelgeschalteten Kondensator einen durch das Speisengefäß gedämpften, abgestimmten Resonanzschwingkreis bildet und mit einer Ansteuerschaltung für die Leistungstransistoren versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung einen Rückkopplungs-Übertrager (16) enthält, dessen Primärwicklung parallel zum Resonanzschwingkreis Hegt und dessen Sekundärwicklung an ihren Enden mit den Basen der Leistungstransistoren (14, 14') und ihr mittlerer Windungsanschluß mit den Emittern der Leistungstransistoren (14, 14') sowie dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden ist und daß jedem der Kollektoren der Leistungstransistoren (14, 14') eine rücksperrende Diode (18') vorgeschaltet ist.

2. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Frequenz des unbedämpften, leerlaufenden Resonanztransformators (10,8) abgestimmter Zusatz-Resonanzkreis (21, so 22) vorgesehen ist, der mittels einer Diode (23) durch Gleichspannung einen Regeltransistor (20) sperrt, der die Leistungstreisistor ί (14, 14') von deren Basisseite her am Schwingen mit voller Amplitude hindert, dagegen bei einer v-n einem sekundären H Speisengefäß (5) hervorgerufenen Frequenzerhöhung des selbsterregten Generators den Regeltransistor (20) öffnet und die Basisstromwege der Leistungstransistoren (14,14') für die Entfaltung der vollen Generatorschwingleistung freigibt. -to