DE3601958A1 - Induktionsheizvorrichtung zum heizen der elektrischen platten eines kochers - Google Patents

Description

Induktionsheizvorrichtung zum Heizen der elektrischen Platten eines Kochers

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung für die elektrischen Platten eines Kochers auf der Grundlage von elektronischen Schaltungen, die über einen hochfrequenten pulsierenden Strom eine Kochplatte elektrisch versorgen, wie sie bei elektrischen Kochern verwandt wird.

^ jfc, ^ Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Inverterbrücke aus MOS-Transistoren vorgesehen, die an eine in der Kochplatte integrierte Flachspule eine Reihe von hochfrequenten Energieimpulsen legt, um ferromagnetische Behälter zu erwärmen. Diese Transistorbrücke wird durch eine Steuerschaltung aktiviert, durch die der Auslösemoment jedes Zweiges der Transistorbrücke eingestellt und selbständig an die induktiven Wiedergewinnungszeiten der Flachspule angepaßt wird, indem ihre Funktion beim Fehlen einer ferromagnetischen Last oder dann gesperrt ist, wenn sich ein diamagnetisches Material auf der Kochplatte befindet, die die Spule enthält. In dieser Weise wird dann, wenn ein ferromagnetischer Behälter auf der Kochplatte angeordnet ist, eine Kochplatte mit Selbstzündung erhalten, was eine wesentliche Verringerung der verbrauchten elektrischen Energie verglichen mit dem Verbrauch anderer ähnlicher Platten bedeutet. Die Steuerschaltung, über die die Transistorbrücke aktiviert wird, ist vorzugsweise in Form einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet, um die Verdrahtung so weit wie möglich zu verringern, und die Kosten bei der Herstellung der Anordnung so gering wie möglich zu halten.

Die Erfindung befaßt sich somit mit einer Induktionsheizvorrichtung für die elektrischen Platten eines Kochers; die im wesentlichen eine Flachspule umfaßt, die in die Kochplatte in-

tegriert ist, wobei die Erwärmung der Kochplatte durch eine Induktion erfolgt, indem eine Reihe von hochfrequenten Energieimpulsen an die Spule über eine Inverterbrücke aus vier MOS-Leistungstransistoren angelegt wird, die topologisch in einer Η-Schaltung angeordnet sind.

Diese Transistorinverterbrücke dient als DoppelStromunterbrecher zwischen den Anschlüssen der Flachspule und den entsprechenden Anschlüssen einer Gleichstromversorgung. Das heißt, daß einer der Transistoren mit dem positiven Pol der Enercieversorgung schaltet , wohingegen der andere Transistor den negativen Pol der Energieversorgung schaltet, indem er diesen an den anderen Anschluß der Brücke legt.

Die jeweiligen Transistoren der Brücke, die paarweise gruppiert sind, sind abwechselnd von der Schaltfunktion befreit, wobei es für beide Zweige der Transistorbrücke aufgrund der Ausbildung der Steuer- und Triggerschaltung dieser TransistorbrtJke absolut unmöglich ist, gleichzeitig zu schalten.

Der der Flachspule gelieferte Strom ist ein pulsierender Strom mit rechteckiger Spannungswelle, dessen Impulsbreite durch die Steuerschaltung in Abhängigkeit von verschiedenen Überwach'.ngsparametern eingestellt wird, so daß die an der Spule liegende Energie eingestellt wird. Die Arbeitsfrequenz dieses pulsierenden Stromes liegt über 20 KHz, um dadurch jede Art einer akustischen Resonanz durch mechanische Schwingungen der Spule zu vermeiden.

ί <\ ; Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß keine elektrische Energie verbraucht wird, wenn sich kuin ferromagnetischer Behälter oder Körper oder kein ferromagnetisches Gefäß auf der Kochplatte befindet. Das ist für den Benutzer des elektrischen Kochers außerordentlich wichtig, da beim Fehlen eines zu erwärmenden Behälters, der notwendigerweise

ferromagnetisch sein sollte, die Platte keine Energie verbrauchen kann.

Bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde die Verwendung von Thyristoren aufgrund der relativ hohen Schaltzeiten ausgeschlossen, die ein Schalten mit Frequenzen von über 20 KHz nicht ermöglichen würden,wie es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftritt.

Aufgrund der Eigenleitung von Thyristoren müßten weiterhin hochkomplizierte Schaltungen vorgesehen werden, um jeden Thyristor am Ende seines Leitungszeitintervalles zu blockieren, was die Auslegung und die physikalische Ausgestaltung der fertigen Vorrichtungen stark komplizieren würde.

Diese Nachteile werden durch die Wahl und die Verwendung von MOS-Leistungstransistoren vermieden, die neben ihren sehr kurzen Schaltzeiten ein Minimum an Energie zu ihrem Auslösen benötigen und aufgrund ihrer inneren Beschaffenheit die Eigenschaften bieten, die bei der Verwirklichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebraucht und benutzt werden.

Die Auslegung einer Inverterbrücke zum Versorgen einer induktiven Last muß tatsächlich das Wiedergewinnungsintervall der in der Spule oder Induktivität gespeicherten Energie nach jedem Leitungszeitintervall der jeweiligen Zweige der Inverterbrücke derart berücksichtigen, daß die Energie wiedergewonnen wird, bevor der gegenüberliegende Zweig der Brücke zu leiten beginnt.

Es muß daher sichergestellt sein, daß Schaltungswege für die Wiedergewinnung dieser induktiven Energie gebildet werden, da sonst die bekannten Überspannungsspitzen auftreten würden, die einen nachteiligen Einfluß auf die Transistoren haben, die die Inverterbrücke bilden.

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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Inverterdioden in die MOS-Leistungstransistoren integriert, um eine Entlastung für die in der Spule gespeicherte Energie vorzusehen. Dazu ist ein Kondensator mit geringer Kapazität zu den Elektroden jedes MOS-Transistors der Inverterbrücke parallel geschaltet, so daß die Energieübertragung leerlärft, was den inneren Dioden dieser Transistoren, deren Schaltgeschwindigkeit relativ gering ist, Zeit zum Leiten gibt.

Wie es bereits erwähnt wurde, schalten die beiden Zweige der Transistorinverterbrücke abwechselnd und ist es nicht möglich, daß beide Zweige gleichzeitig arbeiten. Diese überwachungsfunktion wird mittels der Steuerschaltung der Inverterbrücke durchgeführt, so daß die Auslöseanschlüsse der Transistoren jeres Zweiges mit dem Ausgang eines logischen UND-Gliedes mit zwei Eingängen verbunden sind.

Einer dieser Eingänge jedes der beiden UND-Glieder empfängt das Signal direkt über den Generator oder die Schaltung, der bzw. die einen Impuls mit variabler Breite erzeugt und aus einem monostabilen Multivibrator besteht. Der andere Eingang eines der UND-Glieder ist jedoch mit dem Ausgang Q einer bistabilen Schaltung verbunden, wohingegen der andere Eingang des anderen UND-Gliedes mit dem komplementären Ausgang Q derselben bistabilen Schaltung verbunden ist.

Es versteht sich daher, daß es für beide Zweige der Brücke unmöglich ist, gleichzeitig zu schalten.

Da eine Induktionsspule für die Kochplatte verwandt wird, liefert die erfindungsgemäße Vorrichtung als variable Parameter zum Festlegen der optimalen Arbeit die Wiedergewinnungszeiten der in der Spule gespeicherten induktiven Energie, die in einem großen Maß in Abhängigkeit hauptsächlich von der benutzten ferromagnetischen Last, d.h. dem zu erwärmenden Behälter und seiner Position auf der Spule variieren können. In dieser Weise

ORIGINAL INSPECTED

ist kurz gesagt die Arbeit der Transistorinverterbrücke das Hauptelement, das zum Heizen der Spule beiträgt, was durch die Anpassung des dynamischen Verhaltens der Brücke an die Änderungen in den Zeiten optimiert wird, die den induktiven Wiedergewinnungszeitintervallen der Spule inhärent sind, so daß ein neuer Impuls zum Aktivieren der Brücke genau dann ausgelöst wird, wenn die in der Spule gespeicherte induktive Energie wiedergewonnen ist, die durch die Aktivierung der Brücke bei einem vorhergehenden Impuls gespeichert wurde. In dieser Weise werden Totzeiten in der Arbeit der Inverterbrücke vermieden.

Diese Optimierung erfolgt über eine einfache jedoch neue Schaltung, die aus zwei ültraschnelleitungsdioden besteht, die mit beiden Anschlüssen der Induktionsspule verbunden sind, wobei diese Dioden an einen Kondensator angeschlossen sind, wie es später beschrieben wird.

Es ist gleichfalls eine Schaltung zum Regeln der in der Kochplatte zu verbrauchenden Leistung vorgesehen, die so arbeitet, daß sie die Frequenz des elektrischen Versorgungsnetzes selbs t benutzt oder diese Frequenz einer Teilerschaltung unterwirft, so daß zehn verschiedene Energiepegel gewählt werden können. Diese Teilerschaltung wirkt auf ein Gatter, das zusammen mit anderen Parametern die Dauer der Impulse steuert, die durch den monostabilen Multivibrator erzeugt werden.

Ein weiterer Zusatzteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einer Begrenzerschaltung für die elektrische Stromstärke in der Inverterbrücke, wobei diese Schaltung aus einem induktiven Detektor vorzugsweise in Form einer Toroidspule besteht, die auf einen Ferritring gewickelt ist. Diese Detektorschaltung wirkt auf eine monostabile Schaltung, die ihrerseits mit dem Löscheingang der Impulsgeneratorschaltung verbunden ist.

In dieser Weise ergibt sich eine Induktionsheizvorrichtung für die elektrischen Platten eines Kochers, die die Wirkung des ümschaltens des Magnetfeldes, das durch die Aktivierung der Inverterbrücke erzeugt wird, auf die Induktionsspule ausnutzt, um dadurch die Oberfläche eines ferromagnetischen Materials nahe der Spule zu erwärmen. Diese Spule ist eine Flachspule und besteht aus einem spiralförmigen Leitungsdraht. Die Wärmewirkung wird durch die Energieverluste aufgrund von zwei Arten von induktiven Effekten erzeugt: Der Hysteresezyklus des Materials und die örtlichen Wirbelströme, die in der Spule erzeugt werden. Wie es bereits erwähnt wurde, muß die Frequenz, mit der die Transistorinverterbrücke arbeiten sollte, über 20 KHz liegen, um hörbare akustische Schwingungen zu vermeiden.

Es wird daher eine Kochplatte erhalten, die von einer Inverterbrücke aus vier MOS Leistungstransistoren und einer sehr einfachen kleinen Steuerschaltung gesteuert wird, so daß sich eine Vorrichtung mit höherer Leistung und höherer Betriebssicherheit ergibt. Die elektrische Leistung, mit der diese Vorrichtung arbeitet, kann 1500 Watt erreichen und die Ausgangsleistung in der thermischen Last liegt über 85 %.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung, die aus den monostabilen Multivibratoren, den bistabilen Multivibratoren, den UND-Gliedern und der Rückkopplungsschaltung gebildet ist, in einem Stück integriert, d.h. ist die Steuerschaltung eine integrierte Schaltung, wodurc'i eine Kostenersparnis, ein geringerer Platzbedarf sowie eine wesentliche Verringerung der Verdrahtung erzielt werden.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dieser integrierten Steuerschaltung versehen ist, wird weiterhin letztere über einen Mikroprozessor gesteuert, so daß sich die Energiewählschaltung erübrigt. Die Kopplung zwischen dem Mikroprozessor und der integrierten Schaltung ist eine opto-elektronische Kopplung auf

der Grundlage von Fototransistoren, über die die Eingangs- und Ausgangssignale des Mikroprozessors eingestellt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Inverterbruckenschutzschaltung mit einem Transistor versehen, der eine Nachtriggerfunktion hat.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben:

Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild den funktionellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei aus diesem Blockschaltbild erkennbar ist, daß die Vorrichtung aus zentralen Blöcken aufgebaut ist, die über zwei logische UND-Glieder die Transistorinverterbrücke ansteuern, die die elektrische Energie an die Induktionsspule legt, die die Wärmewirkung erzeugt.

Figur 2 zeigt das schematische Schaltbild der Transistorbrücke, die die an der Spule liegende Energie schaltet, wobei die Gleichstromversorgung, die die Energieversorgung der Spule bildet und die Rückkopplungsschaltung zum Selbstauslösen der Vorrichtung dargestellt sind.

Figur 3 zeigt in einem Schaltbild der Vorrichtung die verschiedenen Bauteile, die integriert sind und die verschiedenen Blöcke in Figur 1 bilden.

Figur 4 zeigt in einem Schaltbild eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wie die gesamte Steuerschaltung in Form einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet sein kann.

-r-

Das in der Zeichnung und insbesondere im Blockschaltbild von Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktionsheiζvorrichtung für die elektrischen Platten eines Kochers umfaßt eine Gleichstromversorgung 1, die ihre Spannung über eine Schaltstufe 2, 2' an eine Spule L legt.

Die Spule L hat die Funktion eines Heizwiderstandes und besteht vorzugsweise aus einem flach spiralförmig gewickelten einfachen Leitungsdraht mit einer Tetrafluoräthylen-Isolierung oder einer ähnlichen Isolierung. Obwohl bei dem in Figur 1 dargestellten Blockschaltbild die Spule doppelt in den Blöcken 2 und 2' dargestellt ist/ ist in Wirklichkeit nur eine Spule vorgesehen und bilden die Blöcke 2 und 2¹ eine einzige Schalteinheit, wie es später ersichtlich wird.

Diese Schalteinheit 2 und 2' wird über eine Steuerschalturg und mittels zweier logischer UND-Glieder 3 und 3' gesteuert. Die Funktion dieser Verknüpfungsglieder 3 und 3¹ besteht darin, zu verhindern, daß die Blöcke 2 und 2¹ gleichzeitig schalten, da einer der Eingänge jedes Verknüpfungsgliedes 3 und 3' mit den Ausgängen Q und Q jeweils einer bistabilen Schaltung 4 verbunden ist, die ein Sperrglied für das gleichzeitige Auslösen der Schaltblöcke 2 und 2¹ bildet.

Die Leitungszeiten jedes Schaltblockes 2 und 2' sind durch die Impulsbreite bestimmt, die durch den Block 5 proportioniert wird, der einen Hauptsignalformer bildet und aus einer monostabilen Schaltung besteht.

Wie es in Figur 1 dargestellt ist, wird der Block 5 über drei verschiedene Blöcke angesteuert.

Der Block 6 ist eine monostabile Schaltung, die die Funktion eines Halbzyklus-Zeitgebers hat, der die Inverterbrücke schützt

und dynamisch das Vorhandensein einer ferromagnetischen Masse auf der Spule wahrnimmt. Der Block 7 ist weiterhin ein Generator zum Erzeugen von Impulsen variabler Breite,über den die verschiedenen Pegel der an der Last oder der Spule L liegenden Energie gewählt werden können.

Block 8 ist ein Detektor für die Stärke des Stromes, der in den Schaltblöcken 2 und 2¹ fließt, um die gesamte Vorrichtung vor Überstromstärken zu schützen.

Die gesamte logische Schaltung dieser Steuervorrichtung wird elektrisch über die Energieversorgung 9 versorgt, von der weiterhin ein Taktsignal entnommen wird, das durch den Block 7 als Bezugssignal benutzt wird.

Das in Figur 2 dargestellte Schaltbild zeigt den Aufbau der Schaltblöcke 2 und 2'.

Wie es in Figur 2 dargestellt ist, liegt die von der Energieversorgung 1 (vervollständigt durch den Filterkondensator 10) entnommene Energie über eine Transistorbrücke aus vier MOS-Transistoren an der Spule L.

Die Transistoren T1 und T4 schalten gleichzeitig, indem sie die Anschlüsse + und - der Energieversorgung 1 mit den jeweiligen Anschlüssen der Spule L verbinden. Diese beiden Transistoren T1 und T4 vervollständigen den Schaltblock 2, der in Figur 1 dargestellt ist.

Die Transistoren T2 und T3 vervollständigen den Schaltblock 2¹, der den anderen Zweig der Transistorbrücke bildet. Die Funktion dieses Zweiges der Brücke ist ähnlich der des Zweiges T1 und T4.

Die Transistoren T2 und T3 leiten abwechselnd mit den Transistoren T1 und T4,ihre Leitungszeitintervalle können sich jedoch niemals überlappen.

Es ist somit ersichtlich, daß die beiden Zweige der Schaltbrücke oder der Transistorinverterbrücke eine Η-Form haben.

Um Schaltungswege für die Ableitung der induktiven Restenergie sicherzustellen, die in der Spule gespeichert ist,und damit zu vermeiden, daß typische überspannungsspitzen auftreten, die die Transistoren der Inverterbrücke zerstören können, sind Inverterdioden 11 vorgesehen, die in unterbrochenen Linien in Fig.2 dargestellt sind und in die Transistoren T1 bis T4 integriert sind. Diese Dioden sind zusammen mit den Kondensatoren 12 bis 15 parallel zu den Transistoren geschaltet, um die Unversehrtheit der Inverterschaltung sicherzustellen und gleichzeitig die Einführung einer Rückkopplungsschaltung zu ermöglichen, die die Selbstanpassung der Auslösemomente der Transistorbrücke steuert.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Flachspule L für die induktive Kochplatte verwendet, die mit einem hochfrequenten Rechteckwellensignal im Bereich von 20 000 Hz arbeitet, müssen notwendigerweise die Wiedergewinnungszeiten der in der Spule gespeicherten induktiven Energie in starkem Maße variiert werden.

Diese Variation wird hauptsächlich von der ferromagnetischen Last, die sich auf der Spule befindet, d.h. dem zu erwärmenden Behälter oder Gefäß sowie von dessen Lage auf der Spule abhängen.

Unter Berücksichtigung dieser Einzelheiten wird gemäß der Erfindung die Arbeit der Transistorinverterbrücke dadurch optimiert, daß ihr dynamisches Verhalten an die Variationen der induktiven Wiedergewinnungszeiten der Spule angepaßt wird, so daß ein neuer Leitungsimpuls der Inverterbrücke genau zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, an dem die Wiedergewinnung der induktiven Energie endet, die durch den vorhergehenden Impuls erzeugt wurde. Totzeiten in der Arbeit der Inverterbrücke werden somit vermieden.

Um diese Aufgabe zu lösen, ist eine Rückkopplungsschaltung vorgesehen, die die Transistorinverterbrücke mit der Steuerschaltung verbindet.

Figur 2 zeigt die Rückkopplungsschaltung, die aus zwei Dioden D1 und D 2 besteht, deren Kathoden mit den Anschlüssen der Spule L verbunden sind, während ihre Anoden mit dem mittleren Verbindungspunkt eines RC-Gliedes verbunden sind.

Diese Rückkopplungsschaltung ist auch im Schaltbild von Figur 3 dargestellt, das im folgenden beschrieben wird.

Unter der Annahme, daß die Inverterbrücke bereits ausgelöst ist, bewirkt die Steuerschaltung der Vorrichtung eine Selbstanpassung des Auslösemomentes des neuen Leitungsimpulses, wobei das Ende der induktiven Wiedergewinnung durch die Ultraschnelldioden D1 und D2 wahrgenommen wird, die zu leiten beginnen, wenn die entsprechende interne Diode 11 der Transistoren T1 bis T4 leitet.

Während jedes induktiven Wiedergewinnungsintervalls hält eine dieser Dioden den Kondensator C bis zum Ende der Leitung der Diode entladen. Von diesem Zeitpunkt an wird der Kondensator schnell über den Widerstand R aufgeladen, so daß ein Steuerimpuls erzeugt wird, der durch die Schmitt-Triggerschaltung 16 angemessen angepaßt wird.

Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die dynamische Wahrnehmung der Wiedergewinnung der induktiven Energie der Spule es auch erlaubt, zu unterscheiden, ob eine ferromagnetische Masse auf der Spule vorhanden ist oder nicht. Die Kochplatte wird daher keine Erwärmung bewirken, während sich auf ihr kein Behälter oder kein ferromagnetisches Material befindet, was außerordentlich praktisch für den Hausgebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.

Beim Fehlen der ferromagnetisehen Last auf der Spule L wird die induktive Wxedergewxnnungszeit beträchtlich länger als dann sein, wenn eine ferromagnetische Last vorhanden ist, so daf eine Zeitgeberschaltung arbeiten kann, die bewirkt, daß die Inverterbrücke nicht arbeitet.

In der in Figur 3 dargestellten Weise ist eine monostabile Zeitgeberschaltung M2 vorgesehen, die einen Impuls erzeugt, dessen Dauer etwas kürzer als die induktive Wxedergewxnnungszeit der isolierten Spule ist. Dieser Steuerimpuls liegt an einem logischen NAND-Glied 17, an dem auch das Signal von der Rückktpplungsschaltung liegt. Durch das Ausgangssignal dieses NAND-Gliedes 17 wird die monostabile Schaltung 111 , die den Block 5 (Hauptsignalformer) bildet, nachgetriggert.

Die monostabile Schaltung M1 oder der Block 5 proportioniert den Aktivierungsimpuls für die Transistorpaare T1-T4 und T2-T3 der Inverterbrücke. Der genannte Impuls wird abwechselnd auf eines dieser Transistorpaare durch die Aktivierung des T-1· ippgliedes 4 übertragen.

Das Kippglied 4 ändert seinen Zustand mit jedem Impuls der monostabilen Schaltung M1.

Um die Leistungseinrichtungen vor ÜberStromstärken zu schützen, ist ein Widerstand in einer Schutzschaltung 8 vorgesehen.

Einer der Gründe dafür, daß eine Überstromstärke auftreten könnte, kann die Annäherung eines Materials mit diamagnetischen Eigenschaften an die Spule sein, wenn beispielsweise ein Aluminiumbehälter auf die Kochplatte gesetzt wird.

In diesem Fall wird der effektive Wert der Selbstinduktion der Spule drastisch verringert, so daß Intensitäts- oder Stromstärkespitzen mit einem wesentlich höheren Wert als normal auftreten können.

Um das zu vermeiden, ist ein induktiver Detektor 18 in Form einer Toroidspule auf einem Ferritring vorgesehen. Dieser Detektor 18 ist auf der Spule angeordnet und liefert ein Signal proportional zur Stromstärke L_, die immer in der Spule L fließt. Dieses Signal, das durch die Diodenbrücke 19 gleichgerichtet wird, setzt einen Grenzwert, der mit dem TriggerSchwellenwert der Schmitt-Triggerschaltung 20 zusammenfällt, so daß dann, wenn dieser Grenzwert einmal überschritten ist, ein monostabiler Multivibrator M3 mit breitem Impuls ausgelöst wird, der die Löscheingänge der monostabilen Hauptschaltung M1 und der bistabilen Schaltung 4 aktiviert, wodurch die Arbeit der Inverterbrücke unterbrochen wird und somit die Leistungstransistoren vor einer Zerstörung durch eine überstromstärke geschützt werden.

Zum Abschluß der Beschreibung der in Figur 3 dargestellten Schaltung wird auf den Block 7 Bezug genommen.

Der Zweck dieses Blockes besteht darin, daß der Benutzer eine äußere Steuerung der Leistung bewirken kann, die der Inverterbrücke der Kochplatte geliefert wird.

Die Steuerung erfolgt über eine Verteilung der Betriebsintervalle und betriebslosen Intervalle der Vorrichtung, die in zehn Pegeln wählbar ist. Ein Signal aus der Frequenz des elektrischen Stromes des Netzes selbst wird als Bezugssignal für diese Verteilung herangezogen.

Die Energieversorgung 9 proportioniert tatsächlich eine durchgehende pulsierende Spannung mit einer Pulsierungsfreguenz, die gleich dem Doppelten der Netzfrequenz ist. Bei einem Wechselstromnetz mit 50 Hz können vorübergehende Intervalle von 10 Millisekunden gebildet werden.

Diese Impulse mit 100 Hz werden durch eine Schmitt-Triggerschaltung 21 angepaßt und an einen Impulszählwähler 22 vom Typ eines Frequenzmultiplikators gelegt, der den Durchgang von N von jeweils 10 Impulsen steuert, die ihn erreichen. N kann von Null

bis neun über einen einfachen Drehschalter 23 gewählt werden.

Mittels dieser einfachen Schaltung ist es somit möglich, neun abgestufte Pegel der Wärmeleistung in der Kochplatte zu steuern

Über die Diode 24 und den Kondensator 25 wird eine fortlaufende Spannung +V zum Versorgen der gi
gischen Steuerschaltung erhalten.

Spannung +V zum Versorgen der gesamten oben beschriebenen lo-

OC

Die erfindungsgemäße Induktionsheiζvorrichtung besteht somit aus einer Inverterbrücke aus vier MOS Leistungstransistoren, die über eine einfache Steuerschaltung aus fünf Blöcken gesteuert wird, und ist sowohl bezüglich der von der Kochplatte abgegebenen Energie als auch bezüglich der Sicherheit der Funktion der Vorrichtung überlegen.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem die Blöcke, die die Steuerschaltung bilden, in Form einer einzigen integrierten Schaltung C ausgebildet sind, die von einem Mikroprozessor MP gesteuert wird,dessen Kopplung mit der integrierten Steuerschaltung C über Fototransistoren 26 und 27 erfolgt, über die die entsprechenden Signale, die in den Mikroprozessor eintreten und diesen verlassen,bezüglich der integrierten Steuerschaltung C ang apaßt werden können. Der Fototransistor 26, der die Anpaßeinrichtung der Signale bildet, die den Mikroprozessor MP erreichen, ist mit einem Anregungstransistor T6 verbunden, wohingegen der Fototransistor 27 die Anpassungssignale vom MikroprozessorMP über die integrierte Steuerschaltung C an die Spule legt.

Die Inverterbrücke ist mit der integrierten Steuerschaltung C über Transistorpaare T7 - T8 und T9-T10 so verbunden, daß zwischen diesen und der Inverterbrücke Kopplungstransformatoren TR^ und TR₂ vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die in Figur 3 dargestellten UND-Glieder durch

NAND-Glieder 28 und 29 ersetzt, die paarweise so geschaltet sind, wie es durch gestrichelte Linien im Inneren des Blockes dargestellt ist, der die integrierte Steuerschaltung C bildet.

Die Schutzschaltung für überstromstärken ist durch einen Transistor T5 vervollständigt, der die entsprechende Nachtriggerung bewirkt.

Als Folge der Tatsache, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Mikroprozessor vorgesehen ist, fehlt der Block 7 in Figur 3, da die Wahl der verschiedenen Leistungspegel für die Last oder die Spule L durch den Mikroprozessor MP erfolgt.

Claims (7)

© BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES PATENTAMT Offenlegungsschrift DE 3601958 Al Int. Cl.4: H 05 B 6/12 H 05 B 6/04 H 05 B 6/06 m) Aktenzeichen: @ Anmeldetag: (43) Offenlegungstag: 23. 1.86 24. 7.86 16.01.86 ES 550.970 @ Unionspriorität: @ 23.01.85 ES 539.790 (7Ϊ) Anmelder: Balay S.A., Zaragoza, ES (w) Vertreter: Weickmann, H., Dipl.-Ing.; Fincke, K., Dipl.-Phys. Dr.; Weickmann, F., Dipl.-Ing.; Huber, B., Dipl.-Chem.; Liska, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Prechtel, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 8000 München Erfinder: Gonzalez, Juan Sanchez, Zaragoza, ES CO LU Prüfungsantrag gem. § 44 PatG ist gestellt @ Induktionsheizvorrichtung zum Heizen der elektrischen Platten eines Kochers Induktionsheizvorrichtung für die elektrischen Platten eines Kochers mit elektronischen Schaltungen, die die Kochplatte elektrisch über einen hochfrequenten pulsierenden Strom versorgen. Eine Inverterbrücke aus MOS-Transistoren T1-T4) legt an eine Flachspule (L), die in die Kochplatte integriert ist, eine Reihe von hochfrequenten Leistungsimpulsen, um ferromagnetische Behälter zu erwärmen. Diese Transistorbrücke (T1-T4) wird durch eine Steuerschaltung (4, 5, 6, 7, 8) aktiviert, über die der Auslösemoment jedes Zweiges der Transistorbrücke (T1-T4) eingestellt und an die induktiven Wiedergewinnungszeiten der Flachspule (11) selbst angepaßt wird, wobei eine Funktion beim Fehlen der ferromagnetischen Last oder dann verhindert wird, wenn ein diamagnetisches Material sich auf der Kochplatte befindet, ■ die die Spule (L) enthält. In dieser Weise wird eine Kochplat- • te erhalten, die selbstzündet, wenn ein ferromagnetischer Behälter darauf angeordnet wird, wobei eine wesentliche Verringerung der verbrauchten elektrischen Energie verglichen mit dem Verbrauch bei anderen ähnlichen Platten erhielt wird. Die Steuerschaltung (4, 5, 6, 7, 8), über die die Transistorbrücke (T1-T4) aktiviert wird, ist vorzugsweise in Form einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet, um die Verdrahtung so weit wie möglich zu verringern und möglichst geringe Kosten bei der Herstellung der Vorrichtung zu erzielen. 2' BUNDESDRUCKEREI 06. 86 608 030/554 Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Difl.-Fh^s. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.V¥tckman^, Dipl.-Chem. B. Hube . Dr.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel BALAY, S.A. Carretera Montanana, 19 50016 ZARAGOZA Spanien tVVV 8000 MÜNCHEN 86 POSTFACH 860 820 MDHLSTRASSE 22 TELEFON (089) 98 03 52TELEX 522621 TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÖNCHEN P/ha Induktionsheizvorrichtung zum Heizen der elektrischen Platten eines Kochers PATENTANSPRÜCHE

1. Induktionsheizvorrichtung zum Heizen der elektrischen Platten eines Kochers gekennzeichnet durch eine Flachspule (L) aus einem normalen spiralförmig gewundenen Leitungsdraht, auf den ein pulsierender elektrischer Strom, der von einer Energieversorgung erhalten wird und eine Frequenz von mehr als 20 KHz hat, über eine Inverterbrücke gegeben wird, die vier Transistoren (T1-T4) umfaßt, die H-förmig geschaltet sind, wobei die Inverterbrücke über eine monostabile Hauptschaltung (5) gesteuert wird, deren Aktivierungsimpulse abwechselnd an den jeweiligen Transistorpaaren (T1-T4;T2-T3) der Brücke durch die Aktivierung eines T-Kippgliedes (4) liegen, und die Aktivierung dieser monostabilen Schaltung (5) ihrerseits durch Signale von einer monostabilen Halbzykluszeitgeberschaltung (6), einer Rückkopplungsschleife und einer Wählschaltung (7) für die Wärmeenergie gesteuert wird, die in der Platte zu erzeugen ist, eine Begrenzungsschaltung (8) als Schutzelement für die Transistoren (T1-T4) der Inverterbrücke und eine Einrichtung zum Ableiten der induktiven Energie, die nach jedem Aktivierungsimpuls in der Spule (L) gespeichert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschleife die Steuerschaltung über das Ende des Ableitungsintervall der in der Spule (L) gespeicherten induktiven Energie informiert/ wobei die Schleife aus zwei Dioden (D1,D2) besteht, die mit den Anschlüssen der Spule (L) verbunden sind, wobei die Anoden der Dioden (D1,D2) mit dem mittleren Verbindungspunkt eines RC-Gliedes gekoppelt sind, von dem das Signal erhalten wird, das nach einer Signalformung an dem logischen NAND-Glied (17) liegt, das die monostabile Hauptschaltung (5) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungswählschaltung (7) so arbeitet, daß sie die elektrischen Betriebsintervalle und betriebslosen Intervalle der Inverterbrücke (T1 bis T4) reguliert, und aus einem N-Impulszählerwähler (22) besteht, der über einen Zehn-Positionsschalter (23) voreinstellbar ist und als Taktfrequenz die Frequenz verwendet, die durch eine Doppelwellengleichrichtung des Wechselstromes des elektrischen Netzes erhalten wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsschaltung (8) aus einem Detektor (18) besteht, der in Form einer Toroidwicklung auf einem Ferritkern ausgebildet ist und als Generator eines Schwellenwertsignals angeordnet ist, mit dem eine monostabile Schaltung (M3) getriggert werden kann, die lange Impulse erzeugt und deren Ausgang mit den Sperr- oder Löscheingängen der monostabilen Hauptschaltung (5) und dem Kippglied (4) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Hauptschaltung (5), die die durch Transistoren (T1-T4) gebildete Inverterbrücke steuert, sowie das T-Kippglied (4), der mono-

stabile Zeitgeber (6) , die monostabile Schaltung (M3), die mit der Begrenzungsschaltung (8) verbunden ist, und die Rückkopplungsschleife, die gemeinsam die Steuerung der Vorrichtung bilden, in Form einer einzigen integrierten Steuerschaltung (C) ausgebildet sind, die mit einem Steuermikroprozessor (MP) verbunden ist, wobei die Kopplung zwischen der integrierten Steuerschaltung (C) und dem Mikroprozessor (MP) über zwei Fotc transistoren (26,27) zur Anpassung der in die eine oder andere Richtung gehenden Signale erfolgt und die Ausgänge der integrierten Steuerschaltung (6), die mit den Transistorenpaaren (T1-T4;T2-T3) verbunden sind, die die Brücke bilden, Paare von PNP-Bipolartransistoren (T7-T10) aufweisen, die mit Kopplungstransformator en (TR1,TR2) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die PNP-Bipolartransistoren (T7-T10) von der integrierten Steuerschaltung (C) über Paare von NAND-Gliedern (28,29) angesteuert werden, die in der integrierten Steu- _k erschaltung (C) enthalten sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsschaltung (8) der Spule (L) durch einen Nachtriggertransistor (T5) vervollständigt ist.