DE3042525C2

DE3042525C2 - Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung

Info

Publication number: DE3042525C2
Application number: DE3042525A
Authority: DE
Inventors: Kenji Amagasaki Hyogo Hattori; Mitsuyuki Minoo Osaka Kiuchi; Hideyuki Takatsuki Osaka Kominami; Takumi Neyagawa Osaka Mizukawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-11-12
Filing date: 1980-11-11
Publication date: 1985-03-21
Also published as: AU523782B2; GB2062985B; CA1167935A; AU6425480A; US4356371A; DE3042525A1; GB2062985A

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-AS 25 04 827 ist eine derartige Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung bekannt, bei der zum Ermitteln einer zu geringen mit der Induktionsheizspulc gekoppelten Kochgeschirrlast entweder der Gleichrichter-Eingangsstrom oder aber der über den Halbleiterschalter fließende Strom gemessen und in eine entsprechende Gleichspannung umgewandelt wird.

Diese Gleichspannung wird mit einer vom eingestellten Leistungspegel abhängigen Bezugsspannung verglichen und bei größerer Bezugsspannung der Halbleiterschalter nur noch intermittierend angesteuert
Im praktischen Betrieb ha' sich 'jierdings gezeigt, daß mit einem derartigen Aufbau das Vorhandensein einer aus Sicherheitsgründen nicht aufzuheizenden, zu geringen Kochgeschirrlast nicht in jedem Fall sicher crmittclbar ist. Dies liegt unter anderem darin begründet, daß die Bezugsspannung, die an einem entspreclicnd der jeweils gewünschten Leistungseinstellung veränderbaren Spannungsteiler abgegriffen wird, nicht die tatsächlich abgegebene Ausgangsleistung, sondern hauptsächlich die gewünschte Ausgangsleistung darstellt.

Weiterhin ist aus der US-PS 37 70 928 eine Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung bekannt, die mit einem durch eine verhältnismäßig aufwendig gestaltete Steuerschaltung angesteuerten Schaltthyristor arbeitet. Die Schaltfrequenz des Schaltthyristors wird hierbei bei Auftreten einer hohen Thyristorspannung, die beispielsweise durch das NichtVorhandensein eines Kochgeschirrs hervorgerufen sein kann, abgesenkt, um Störungen zu minimieren. Die Erfassung zu geringer Kochgcschirrlasten bzw. die Unterscheidung zwischen einem normalen Kochgeschirr und einem aus Sicherheitsgründen nicht zu erwärmenden kleinen Gegenstand wie etwa einem unabsichtlich abgelegten Löffel isl bei der bekannten Vorrichtung allenfalls nur mit erheblichem Aufwiind möglich. Zudem ist bei der bekannten Vor-

H5 richtung kein Vergleich zwischen dem Eingangslcistungspegel und dem Ausgangsleistungspcgel vorgesehen.

Darüber hinaus ist aus der US-PS 40 74 101 eine In-

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duktionserwärmungs-Kochvorrichtung bekannt, die mit den — hochfrequenten Ausgangsparainetcr des Wcch-

einem aus mehreren Thyristoren bestehenden Ring- selrii'hters existiert. Aufgrund ilicstTlUvichimg lilUi sich

wandler arbeitet. Zur Steuerung der Ausgangsleistung zuverlässig ermitteln, dall die Last unter einem vorbe

ist eine Rückkopplungsschaltung vorgesehen, die die,' stimmten Wert liegt, wenn die Hingangsleistung gerin-

Ausgangslcistung erfaßt und mit der eingestellten. Lei-' α gcr als der Ausgangsparameier ist. Mit der bei der erfin

stung vergleicht. Das Vorhandensein zu geringer Kocfr- dungsgcmttUcn Kochvorrichtung eingesetzten Küek-

geschirrlasten wird bei der bekannten Vorrichtung nicht kopplungsschaltung ist sichergestellt, daß die Beziehung

überwacht zwischen den Eingangs- und den Ausgangsparametern

Ferner ist aus der US-PS 38 23 297 eine Lastermiitt- unabhängig von der Größe der Last jeweils klar belungsschaltung bekannt, die zur Erfassung von über der !0 stimmt ist, da die Eingangsleistung für einen gegebenen Induktionsheizspule abgelegten kleinen Gegenständen eingestellten Leistungspegel konstant, nämlich auf dem wie etwE. einem Löffel, einem Messer oder einer Gabel gewünschten Leistungspegel gehalten wird. Mit der andient um übermäßige Erwärmungen derselben zu ver- gegebenen Ausgestaltung der Rückkopplungsschaltung hindern. Hierbei wird die Wechselrichter-Eingangslei- läßt sich zudem die Wechselrichterfrequenz als Umsiung mit einem Bezugs-Gleichspannungspegel vergli- 15 kehrfunktion der Leistungspegeleinstellung steuern, so chen, um zu ermitteln, ob die Last unter einem vorbe- daß die Wechselrichterfrequenz bei minimal eingestellstimmten Wert liegt Ist die Eingangsleistung geringer ten Leistungspegeln auf einen weit oberhalb der Hörais der Bezugspegel, so wird der Wechselrichter inter- frequenzgrenze liegenden Frequenzwert gebracht wird, mittierend gesperrt und damit die in der Last erzeugte Damit kann die untere Grenze des Leistungseinstellbe-Wärme in erheblichem Ausmaß verringert 20 reichs auf einen äußerst geringen Pegel gelegt werden.

Die US-PS 38 23 297 offenbart darüber hinaus eine Der hochfrequente Ausgangsparamursr kann von je-

Ermittlungsschaltung, bei der die Wechselrichter-Aua- dem geeigneten Punkt des Wechselrichter abgeleitet

gangsleistung zur Ermittlung des Vorhandenseins einer werden, vorausgesetzt, er stellt die Rückstromkompo-

kleinen Last mit einem Bezugs-Gleichspannungspegel nente der Wechselrichterschwingung dar. Die R3ck-

verglichen wird. Eine ähnliche Einrichtung ist auch aus 25 si:romkomponente trägt ihrerseits hierbei zu einer zur

der US-PS 40 16 392 bekannt, bei der mit dem Wechsel- Eingangsi-cite des Wechselrichters zurückgespeisten

richter-Schwingkreis ein Spannungsfühler gekoppelt ist. negativen Leistung bei. Als hochfrequenten Ausgangs-

Die beiden vorstehend beschriebenen Lastermitt- parameter dienen beispielsweise die am Halbleiter-

lungsschaltungen sind jedoch nur bei einer Induktions- schalter auftretende Spannung oder die Spannung bzw.

erwärmungs-Kochvorrichtung anwendbar, bei der die 30 der Strom, die in der Induktionsheizspule erzeugt wer-

Wechselrichter-Ausgangsfrequenz konstant gehalten den.

wird. Werden nämlich die beschriebenen Schaltungen in Mit dem Differenzverstärker gemäß Anspruch 2 läßt Verbindung mit einer Kochvorrichtung eingesetzt, bei sich als Eingangssignal für den dritten Vergleicher ein der die Leistungsabgabe durch Verändern der Wechsel- Fehlersignal erzeugen, das der Größe der Abweichung richter-Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit vom jeweils 35 zwischen der Eingangsleistung und dem eingestellten eingestellten Leistungspegel gesteuert wird, so treten Leistungspegel entspricht und das somit eine noch geinsbesondere dann erhebliche Schwierigkeiten beim nauere Leistungssteuerung und damit auch eine äußerst Unterscheiden zwischen normalen Lasten und kleinen exakte Ermittlung zu geringer Lasten erreichen läßt.
Gegenständen auf, wenn der Lcistungspegel auf einen Die alternativen Ausgestaltungen gemäß den Angeringen Wei: eingestellt ist. Hierbei sind die Unter- 40 Sprüchen 3 und 4 ermöglichen eine Bereitstellung eines schiede zwischen der Eingangsleistung bzw. der an der für dir» Verarbeitung sehr gut geeigneten hochfrequen-Induktionsheizspule auftretenden Spannung bei norma- ten Ausgangsparameters.

ler Last und der bei kleiner oder nicht vorhandener Last Die gemäß Anspruch 5 erzielte Arbeitsweise der sehr gering, d. h. nur mit großen Schwierigkeiten erfaß- Kochvorrichtung bewirkt während der Wechselrichterbar. 45 sperrung aufgrund zu geringer Last die Erzeugung eines

Zudem wi_s-d bei den bekannten frec;iienzgesteuertcn Suchsignals, so daß der Ersatz der zu geringen Last

Wechselrichtern die Wechselrichterfrequenz als Funk- durch ein normales Kochgeschirr zuverlässig und rasch

tion des eingestellten Leistungspegels verändert, wobei erfaßbar ist. Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 6

die Wechselrichterfrequenz für einen minimalen Lei- wird hierbei erreicht, daß der Wechselrichter »sanft«

stungspegel auf einen im Hörfrequenz liegenden Wert w anläuft, so daß Stromstöße verhindert werden,

abgesenki werden müßte. Soll die Wechsclrichterfre- Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh-

quenz unhörbar bleiben, besitzt der minimal einstellbare rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung

Leistungspcgcl einen relativ hohen Wert, wodurch sich näher beschrieben. Es zeigt

die Schwierigkeiten beim Ermitteln kleiner Gegenstän- F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels

de noch vergrößern. 55 der Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine In- F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung

duktionserwärmungs-Kochvorrichtung gemäß dem zwischen der Wechselrichter-Eingangsleistung und der

Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der an dem in Fig. 1 gezeigten Halbleiterschalter auftreten-

selbst bei sehr kleinen einstellbaren Leistungspegeln ei- den Spannung,

ne zuverlässige Ermittlung geringer Induktionsheizspu- μ F i g. 3a bis 3h Darstellungen von Signalverläufen, die

len-Lasten ermöglicht ist. bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auftre-

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil ten, wenn der Wechselrichter bei maximalem eingestell-

des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst. ten Leistungspegel betrieben wird,

Die Erfindung stützt sich hierbei auf die Erkenntnis, F i g. 4a bis 4h Darstellungen von Signalverläufen, die

daß eine vorbestimmbare Beziehung zwischen der Ein- 65 bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auftre-

gangsleistung und einem — die in entgegengesetzter ten, wenn der Leistungspegel minimal eingestellt ist,

Richtung fließende Strotr.fcomponente, d.h. Rückstrom- Fig. 5 eine abgeänderte Ausführung des in Fig. 1

komponente der Hochfrequenzschwingung darstellen- gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fig.6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Wechselrichter-Eingangsleistung und einem in der Induktionsheizspule gemäß F i g. 5 erzeugten Strom,

F i g. 7 eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Kochgeschirrdetektors,und

F i g. 8a bis 8c Darstellungen von Signalverläufen, die bei der Schaltung gemäß F i g. 7 auftreten.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Induktionscrwärmungs-Kochvorrichtung wird die von einer Wcchselspannungsquelle 1 erzeugte Niederfrequenzenergie mil Hilfe eines Vollweggleichrichters 2 in eine vollweggleichgerichtete. ungefilterte Spannung umgewandelt und an einen Wechselrichter 3 angelegt. Der Wechselrichter 3 enthält einen Leistungsschalttransistor 33 als Halbleiterschalter und eine zu diesem antiparallel geschaltete Dämpfungsdiode 34. Der Kollektor des Leistungsschau · transistors 33 ist über eine Induktionsheizspulc 32 und eine Filterspule 30 mit dem positiven Anschluß des Vollweggleichrichters 2 und der Transistor-Emitter mit dessen negativem Anschluß verbunden. Parallel zur Induktionsheizspule 32 ist ein Resonanzkondensator 35 geschaltet. Die Basis des Transistors 33 ist mit der Sekundärwicklung eines Impulsübertragers 44 verbunden, der von einer nachstehend näher beschriebenen Basissteuerschaltung Basissteuerimpulse für den Transistor 33 empfängt, wodurch der Transistor 33, wie nachstehend noch beschrieben wird, mit veränderbarer Wicdcrhclfrequenz zum Durchschalten und Sperren steuerbar ist. Aufgrund des Schaltvorgangs des Transistors 33 wird über eine Rückkopplungsschaltung 4 in der Induktionsheizspule 32 hochfrequenter Strom erzeugt. Der hochfrequente Strom fließt über einen mit Hilfe eines Filterkondensators 31 geschaffenen Pfad mit niedriger Impedanz.

Die am hochfrequenzseitigen Ende des Filterspule 30 auftretende Spannung kann, verglichen mit dem im Wechselrichter 3 erzeugten hochfrequenten Strom, im wesentlichen als Gleichspannung betrachtet werden. Diese Gleichspannung liegt an einem einen Vcrgleicher 40a und eine Differenzierschaltung 406 enthallenden Bezugswertdurchgangs-Detektor 40 an. Die Gleichspannung liegt dabei am positiven oder nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 40a an, um sie mit der zwischen Kollektor und Emitter des Schalttransistors 33 auftretenden Spannung V_Ce (im folgenden Kollektorspannung genannt) zu vergleichen, die am negativen oder invertierenden Eingang des Vergleichers 40a anliegt. Das Ausgangssignal des Vergleichers nimmt hohen Pegel an, wepi die Gleichspannung höher wird als die Kollektorspannung. Die mit dem Ausgang des Vcr· gleichers verbundene Differenzierschaltung 406 erzeugt bei jedem positiven Übergang des Vergleicherausgangssignals einen negativen Impuls.

Ein pulsbreitenmodulierter Steuerimpulsgenerator 41 weist einen Sägezahngenerator 41a und einen Vergieicher 416 auf. Der Sägezahngenerator erhält das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 406 als Triggerimpuls und erzeugt eine Sägezahnspannung, die am invertierenden Eingang des Vergleichers 416 zum Durchführen eines Vergleichs mit einer variablen Bezugsgleichspannung anliegt die von einem in seiner Funktionsweise nachstehend näher beschriebenen Differenzverstärker 57 angelegt wird. Der Ausgang des Vergleichers 416 ist über ein Sperrglied 42 mit einem Verstärker 43 und über diesen mit der Primärwicklung des Impulsübertragers 44 zum Treiben des Schalttransistors 33 verbunden. Damit erhält der Transistor 33 beim Nichlanlicgcn eine? Sperrsignals am Sperrglied 42 Basisstcucrimpulse zum Erzeugen hochfrequenter Ströme in der Induktionsheizspule 32, die zum induktiven Erwärmen eines auf einer Kochflächc der Kochvorrichtung angeordneten Kochgeschirrs unterhalb der Koch flächc angebracht ist.

Eine Überwachungseinrichtung 5 zum Ermitteln einer kleinen Last enthält einen Eingangsstrom-Ermittlungsübcrtrager 50, der induktiv an den Lcistungsein- gangskrcis zwischen der niederfrequenten Wechsclstromqucllc 1 und dem Vollwcgglcichrichter 2 angekoppelt ist. Ein Eingangslcistungsdetcktor 51 ist mit dem Eingangsstrom-Ermittlungsübcrtrager 50 verbunden und erzeugt eine der dem Wechselrichter 3 zugeführten Leistung entsprechende Gleichspannung. Diese der Eingangslcistung entsprechende Gleichspannung liegt am invertierenden Eingang eines Vergleichers 53 an, der sie mit einem elektrischen Parameter des Wechselrichters 3 vergleicht, der die negative Ausgangsleistung darstellt.

die durch die Rückstromkomponente der Wechselrichterschwingung erzeugt wird. Dieser Parameter bzw. ein diesem Parameter entsprechendes Signal kann von jedem geeigneten Punkt des Wechselrichters abgenommen werden. Als Parameter kann beispielsweise die Kollektorspannung des Schalttransistors 33 geeignet sein. Über ein mit dem Schalttransistor 33 verbundenes Ticfpaßf'Ucr 52 liegt am niehtinvcrtierenden Eingang des Vcrgicichers 53 eine der Kollektorspannung entsprechende Gleichspannung an. Das Ausgangssignal des Vcrgicichers 53 besitzt hohen Pegel, wenn der Ausgangsparameter des Wechselrichters 3 größer als die Eingangsleistung ist. Dieser Zustand tritt auf, wenn die Wechsclrichlerlast kleiner als eine minimale Kochgeschirrlast ist. was das Vorhandensein einer abnormal kleinen oder das Fehlen einer Wechselrichterlast bedeutet^

Das Ausgangssignai des Vergieichers 53 liegt an dem Rücksetzeingang einer Kippstufe in Form eines Flipflops 54 an. das über seinen Komplementärausgang ein Signal mit hohem Pegel an einen Steueranschluß des Sperrglieds 412 abgibt. Liegt ein solcher Sperrimpuls am Sperrglied 4;i an. so wird der Wechselrichterbetrieb abgeschaltet, wodurch eine übermäßige Erwärmung des unabsichtlich abgelegten kleinen Gegenstands vcrhin dert wird. Der Wechselrichterbetrieb wird wieder auf genommen, wenn das Flipflop 54 durch ein Ausgangssignai eines Normalkochgeschirrdetektors 55 gesetzt wird. Eine geeignete Ausführungsform des Kochgeschirrdetektors ist in der US-PS 39 93 885 beschrieben.

Eine von einem Benutzer betätigbare Einstell, faltung 56 erzeugt eine einem gewünschten Leistungspegel entsprechende Einstellspannung, die am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 57 zum Durchführen eines Vergleichs mit dem der Eingangslei stung entsprechenden Signal des Eingangsleistungsde tektors 51 anliegt. Der Differenzverstärker 57 erzeugt ein der Größe der Abweichung der Eingangsleistung von dem eingestellten Leistungspegel entsprechendes Fehlersignal. Das Fehlersignal dient als variabler Be zugspegel für den Vergleicher 416, der somit eine Folge von impulsen erzeugt, deren Dauer eine Funktion des eingestellten Leistungspcgcls ist. Damit ist die Wiederholfrequenz der an den Schalttransistor 33 angelegten Basisansteuerimpulse umgekehrt proportional zur Lei stungspegeleinstellung. Aufgrund der Rückkopplung durch die Rückkopplungsschaltung 4 wird die mit Hilfe des Eingangsleistungsdetektors 51 ermittelte Eingangsleistung unabhängig von der Größe der Wechselrichter-

last automatisch auf den vom Benutzer eingestellten Lcistungspegel gebracht.

In F-" ig. 2 ist die Beziehung zwischen der Kollektorspannung und dem Eingangsstrom der Schaltung gemäß F i g. I graphisch dargestellt. Wie gezeigt, verändert sich die Kollektorspannung nichtlinear als Funktion des Eingangsstroms. Ist die Wcchsclrichterlast relativ groß, so verlauf, Jie Kollektorspannung auf einer Kurve, die unterhalb der Kurve »minimale Kochgeschirrlast« liegt. Ist jedoch keine oder nur eine geringe Last vorhanden, so verläuft die Kollektorspannung auf eine- Kurve, die oberhalb der Kurve »minimale Kochgeschirrlast« liegt. Unter normalen Lastbedingungen liegt also die Kollektorspannung unterhalb der vom Eingangsleistungsdctcktor 51 erzeugten Spannung, so daß das Ausgangssignal des Vergleichers 53 niedrigen Pegel besitzt. Umgekehrt ist die Kollektorspannung beim Zustand keiner oder geringer Last höher als die Ausgangsspannung des Pinaruncxcj^fctunocHptplftnrs 5V **'* H;iß flor Wochsplrichterbeirieb aufgrund des hohen Pegels des Vcrgleichcrausgangssignals abgeschaltet, d. h. beendet wird. Es wird somit eine Ermittlung der Größe der Belastung über den gesamten Bereich der einstellbaren Leistungspegel erreicht.

Die vorstehend genannte umgekehrt proportionale Beziehung zwischen eingestelltem Leistungswert bzw. Leistungspegel und Wechselrichterfrequenz ist sehr vorteilhaft, da die untere Grenze des Leistungs-Einstcllbereichs nunmehr auf einen sehr niedrigen Wert gebracht werden kann, weil die Wechselrichterfrcquenz bei m .limaler Leistungseinstellung einen sehr hohen Wert bis zu 50 kHz besitzt und also weit über der Hörfrequenzgrenze liegt. Herkömmlicherweise würde die Wechselrichterfreqjenz unzulässigerweise unterhalb der Hörfrequenzgrinze, d. h. im Hörbereich, liegen so daß die untere Einstellgrcnze lediglich einem relativ hohen Leistungseinstellwcrt entsprechen müßte. Mit dieser Absenkung der unteren Grenze des Leistungscinstellbereichs ist es möglich, daß der Vergleicher 53 das Vorhandensein kleiner Gegenstände ermittelt, auch wenn der eingestellte Leistungspege! einen recht kleinen Wert besitzt, bei dem das Vorhandensein kleiner Gegenstände mit Hilfe herkömmlicher Detektorschaltungen zur Ermittlung einer kleinen Last nicht ermittelt werden kann.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die F i g. 3 und 4 Einzelheiten des rückgekoppelten Wechselrichterbetriebs beschrieben. Die in F i g. 3 gezeigten Signalverläufe treten auf, wenn die Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung bei maximaler Leistungspegeleinstellung betrieben wird. Arbeitet der Wechselrichter bei normaler Kochgeschirriasi, so besitzt die Koliektorspannung Vct einen Verlauf, wie er durch die durchgezogene Linie in F i g. 3a angezeigt ist, mit Halbwellenimpulsen, deren Amplitude höher als die Bezugsgleichspannung Vor am Ausgang, d. h. am hochfrequenzseitigen Ende der Filterspule 30, ist. Am Ausgang des Vergleichers 40a tritt eine Folge rechteckförmiger Impulse mit einer beim Absinken der Kollektorspannung unter die Bezugsspannung V/x- auftretenden Amplitude Vr auf (F i g. 3b). Das in F i g. 3c gezeigte Ausgangssignal Va der Differenzierschaltung 406 triggert von Sägezahngenerator 41a zur Erzeugung einer Sägezahnspannung V, (F i g. 3d), die mit der Leistungssteuerbezugsspannung V₁ verglichen wird. Fig.3e zeigt das Ausgangssignal des Vergleichers 416 als eine Folge rechteckförmiger Impulse mit einer Impulsdauer, die eine Funktion der Leistungssteucrbezugsspannung V₁. ist. Da angenommen ist, daß die Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung bei maximal eingestelltem Leislungspegel betrieben wird, ist auch die Impulsdauer Λ maximal. Die Primärwicklung des Impulsübertragers 44 wird durch das Ausgangssignal des Verstärkers 416 nach Verstärkung durch den Verstärker 43 erregt bzw. gespeist. Dadurch wird in der Sekundärwicklung ein positiver Strom In ι erzeugt, der den Schalltransistor 33 in den leitenden Zustand treibt (Fig.3f). Aufgrund der elektromotorisehen Wirkung des Impulsübertragers 44 entsteht beim Abschalten des positiven Stroms ein negativer Strom //i2, durch den der Schalttransistor 33 abgeschaltet, d. h. gesperrt, wird. Während des Zeitintervalls, in dem der Schalttransistor 33 leitet, ist die Kollektorspannung V_Cf.

minimal und liegt unterhalb der Bezugsspannung V₀C-Nach dem Abschalten des Schalttransistors 33 steigt die Kollektorspannung an und erzeugt einen sinusförmigen Halbwellenimpuls. Die Dauer dieses Halbwellenimpulsc<i ist in erster Linie durch die Resonanzfrequenz der aus der Induktionsheizspule 32 und dem Kondensator 35 bestehenden Resonanzschaltung bestimmt. Fig.3g zeigt die in dem Schalttransistor 33 und der Dämpfungsdiode 34 erzeugten Stromverläufe. Wird der Halbwellenimpuls am Kollektor des Schalttransistors 33 erzeugt, so wird der Kondensator 35 geladen. Die gespeicherte Energie entlädt sich bei Beendigung des HaIbwellenimpulses der Kollektorspannung über die Dämpfungsdiode 34 und erzeugt sn dieser einen Rückstrom /_r. Dadurch wird die Resonanzschaltung zum Schwingen angeregt und erzeugt einen Vorwärtsstrom //im Schalttransistor 33. Als Ergebnis fließt der in F i g. 3h gezeigte Strom //. durch die Induktionsheizspule 32. Da der Rückstrom Ir negativ bezüglich der an den Wechselrichter angelegten Gleichspannung ist, stellt dies eine negative

J5 Leistung dar, die an den Eingangskreis der Induktionserwärmungs-Koch vorrichtung zurückgespeist wird, was zu einer Leistungsersparnis führt.

Wird die Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung im Zustand geringer Last betrieben, so erhöht sich — vorausgesetzt, daß der eingestellte Leistungspegel unverändert bleibt — der Spitzenwert der Kollektorspannung Vif. wie dies durch die unterbrochene Linie in F i g. 3a angezeigt ist, und ebenso erhöht sich der Strom Ir in der durch die unterbrochene Linie in F i g. 3g angezeigten Weise, da die Rückkopplungsschaltung 4 die Hochfrequenz-Ausgangsleistung an den vom Benutzer eingestellten Leistungspege! angepaßt zu halten versucht.
Die an die Last abgegebene Leistung ist proportional dem Tastverhältnis T\I(T\ + T2) und erreicht seinen Maximalwert, wenn der eingestellte Leistungspegel maximal ist. wobei die Wechselrichterfrcquenz minimal, typischerweise in der Größenordnung von 20 kHz ist.
Da die Induktionsheizspule 32 und der Kondensator 35 im wesentlichen auf eine konstante Frequenz abgestimmt sind, ist die Dauer eines Halbweüenimpulses der Kollcktorspannung unabhängig von der Größe der Wechselrichterlast konstant. Wird der eingestellte Leistungspegel auf einen Minimalwert verringert, so verringen sich dementsprechend die Leitfähigkeitsperiode bzw. das Durchschalteintervall /1 des Schalttransistors 33, wie es in F i g. 4e gezeigt ist, und es verringert sich als Ergebnis das Tastverhältnis in der in F i g. 4g gezeigten Weise. Die Wechselrichterfrequenz erreicht dabei einen Maximalwert, der typischerweise 50 kHz beträgt

Wird der eingestellte Leistungspegel auf einem Minimalwert gehalten, so wird die elektromagnetische Energie des Wechselrichters bei normaler Wechselrichter-

last bzw. -belastung in der indukiionsheizspuie 32 mit dem Ergebnis verbraucht, daß der Vorwärtsstrom U durch den Schalttransistor 33 abnimmt und kein Rückstrom Ir in der Dämpfungsdiode 34 auftritt, wie es in Fig.4g gezeigt ist. Nimmt jedoch die Wechselrichterlast stark ab,so fließt ein Rückstrom /,-durch die Därnpfungsdiode 34, wie es durch die durchbrochene Linie 80 in Fig.4g gezeigt ist, und die Kollektorspannung Va: nimmt als Ergebnis einen hohen Spitzenwert in der durch die durchbrochene Linie 81 in F i g. 4a gezeigten Weise an. Ebenso erhöht sich unter dem Einfluß der Rückkopplungsschaltung 4 der Rückstrom in der Induktionsheizspule 32, wie es in F i g. 4h gezeigt ist.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführung wird als elektrischer Ausgangsparameter der Strom in der Induktionsheizspule 32 genommen und dieser mit Hilfe eines Stromwandlers 60 erfaßt, der mit einem im wesentlichen ein Tiefpaßfilter enthaltenden Stromdetektor 61 gekoppelt ist. Der Stroiiiueiekiur Si wändeli den errriiiioiien Strom in eine entsprechende Spannung um, die an den nichtinvertierenden Eingang des Vergleichcrs 53 angelegt wird. F i g. 6 zeigt in graphischer Durstellung den Zusammenhang zwischen dem Eingangsstrom und dem Induktionsheizspulenstrom.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I kann in der in F i g. 7 gezeigten Weise abgewandelt werden, wobei der Wechselrichter 3 seinen normalen Betrieb in Abhängigkeit von einem von einem Rücksetzimpulsgenerator 70 erzeugten Rücksetzimpuls wieder aufnimmt. Der Rücksetzimpulsgenerator 70 gibt mit konstanter Frequenz einen Impuls vorbestimmter Dauer an den Setzeingang des Flipflops 50 und an eine Widerstands-Kondensator-Schaltung 71 für sanften Anlauf ab, die über ihren Ausgang mit einem Steuereingang eines Spannungsbegrenzers 72 verkoppelt ist, dessen Eingang wiederum mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 57 verbunden bleibt in diesem Zustand, da er aufgrund des von dem Vergleicher 53 angelegten Ausgangssignals niedrigen Pegels nicht wieder gesperrt wird. Der Rücksetzimpuls dient damit als Suchsignal /um Ermitteln, ob der kleine Gegenstand durch eine normale Kochgeschirrlasl ersetzt wird.

Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen nur als Beispiel und können in vielen Abänderungen ausgeführt sein. So kann beispielsweise der Schalttransistör 33 durch einen Gate-Abschalt-Thyristor ersetzt werden, oder es kann der Wechselrichter aus einem normalen Thyristor in Verbindung mit einer aus einer Heizspule und einem Kommutierkondensator bestehenden Kommutierschaltung aufgebaut sein, wobei die

is Kommutierung über eine Rückkopplungsdiode erfolgt. Weiterhin kann die Kochvorrichtung einen Ringwand· lcr enthalten, bei dem zumindest ein Paar antiparallci geschalteter Thyristoren mit einer niederfrequenten VVe-tHseistrornqücüc· verbünden ist.

Unter Bezugnahme auf F i g. 8 wird die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels nachfolgend beschrieben.

Die Widerstands-Kondensator-Schaltung 71 für sanften Anlauf erzeugt in Abhängigkeit von der ansteigenden Flanke eines Rücksetzimpulses eine allmählich abnehmende Spannung (Fig.8a und 8b), wodurch der Spannungsbegrenzer 72 zur allmählichen Veränderung des Ausgangssignals V₁ des Differenzverstärkers 57 von einem minimalen auf einen maximalei. Wert gesteuert wird. Damit wird die Impulsbreite der an den Schalttransistor 33 angelegten Impulses von einem minimalen auf einen maximalen Wert verändert und der Wechsel- so richter läuft somit »weich« an. Damit ist ein Auftreten von Stoßströmen verhindert, die entstehen wurden, wenn der Schalttransistor 33 im Moment des Wiederaufnehmens des Wechselrichterbetriebs durch einen Impuls mit relativ großer Breite in den leitenden Zustand gebracht werden würde. Solange die Inverterlast unter der minimalen Kochgeschirrlast liegt, wird der Wechselrichter im Ansprechen auf jeden Rücksetzimpuls in Betrieb genommen bzw. angesteuert und durch das Ausgangssignal des Vergleichers 53 abgeschaltet bzw. gesperrt, wenn dieser das Vorhandensein einer solchen Wechselrichterlast ermittelt. Damit wird der Wechselrichter im Ansprechen auf jeden Rücksetzimpuls intermittierend betrieben, wie es in F i g. 8c dargestellt is',, bis eine normale Kochgeschirrlast auf der ss Kochfläche abgestellt wird.

Ist eine normale Kochgeschirrlast abgestellt worden, so wird -der Wechselrichter in Betrieb genommen und Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Induktionscrwärmungs-Kochvorrichtung mit einem Wechselrichter, der einen Vollweggleichrichter, einen gesteuerten Halbleiterschalter und eine Induktionsheizspule aufweist, die einen Teil eines von dem über ein Sperrglied von einem Steuerimpulsgenerator ansteuerbaren Halbleiterschalter einschaltbaren Resonanz- bzw. Kommutierungskreises zum Umwandeln einer Niederfrequenz-Eingangsleistung in eine in die Induktionsheizspule zum induktiven Erhitzen einer mit ihr gekoppelten induktiven Last eingespeiste Hochfrequenz-Ausgangsleistung bildet, mit einer zum Ermitteln einer geringen Last ausgelegten Überwachungseinrichtung, enthaltend einen Eingangsdetektor zum Ermitteln eines Niederfrequenz-Eingangsparameters, der an den einen Eingang eines ersten Vergleichers gelegt ist, an uessen anderem Eingang ein Ausgangsparameter des Wechselrichters iiegi, wobei vom Ausgangssigna! des ersten Vergleichers das Sperrglied in den Sperrzustand steuerbar ist, wenn die induktive Last unter einen vorbestimmten Wert sinkt, und mit einer Einrichtung, die das Sperrglied beim magnetischen Koppeln eines normalen Kochgefäßes mit der Induktionsheizspule in den geöffneten Zustand steuert, in welchem das Signal des Steuerimpulsgenerators an die Steuerelektrode des Halbleiterschalters angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Resonanzkreis (32, 35) ein Ausgangsdetektor (52; 60, 61) angeordnet ist, der als den hochfrequenten Ausgangsparameter des Wechselrichters die Spannung oder den S-srorn im Resonanzkreis mißt, daß an die beiden Eingänge eines zweiten Vergleichers (40a) einer Rückkoppelungsschaltung (4) die Gleichspannungsdifferenz zwischen dem positiven Pol des Vollweggleichrichters (2) und dem Kollektor des Halbleiterschalters (33), zwischen denen der Resonanzkreis als Parallelresonanzkreis (32,35) liegt, geführt ist, und daß das differenzierte Ausgangssignal des zweiten Vergleichers (4Oa^ am Eingang des pulsbreitenmodulierten Steuerimpulsgenerators (41) liegt, der einen Sägezahngenerator {4\a) und einen dritten Vergleicher (416,1 enthält, zum Vergleich des Augenblickswertes der Sägezahnspannung mit einer vom Benutzer vorgegebenen, der gewünschten Ausgangsleistung der Induktionsheizspule (32) proportionalen Spannung zum Erzeugen eines der Steuerelektrode des Halbleiterschalters (33) zugefOhrten Rechteckimpulses, dessen Dauer abhängig ist von der gewünschten Ausgangsleistung.

2. Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzverstärker (57) zum Erzeugen eines den Unterschied zwischen der vom Benutzer eingestellten Ausgangsleistung und dem gemessenen Niederfrequenz-Eingangsparameter darstellenden Differenzsignals vorhanden ist, und daß das Ausgangsdifferenzsignal des Differenzverstärkers (57) dem dritten Vergleichcr [4ib) des Steucrimpulsgenerators (41) ills der vom Benutzer eingestellten Ausgangsleistung entsprechendes Signal zuführbar ist.

3. Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsdetektor (52) mit dem Kollektor des gesteuerten Halbleiterschalter* (33) verbunden ist.

4. Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsdetektor (60, 61) mit der lnduktionsheizspuie (32) zum Ermitteln des in ihr fließenden Stroms gekoppelt ist

5. Ifiduktionserwärmungs-Kochvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des ersten Vergleichers (53) arbeitende Kippschaltung (Si) zum Sperren des Wechsetrichters und durch einen Impulsgenerator (7Q) zum wiederholten Freigeben der Kippschaltung (54).

6. Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine RC-Schaltung (71,72) mit Spannungsbegrenzer zum allmählichen Vergrößern des dem dritten Vergleicher (4Ib) zugeführten, der vom Benutzer eingestellten Ausgangsleistung entsprechenden Eingangssignals in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Impulsgenerators (70).