DE69732352T2

DE69732352T2 - Hochfrequenz-wechselrichter und induktionskochverrichtung unter verwendung desselben

Info

Publication number: DE69732352T2
Application number: DE69732352T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Izaki; Hideki Akashi-shi OMORI; Hidekazu Hashimoto-shi YAMASHITA; Taizo Minoo-shi OGATA; Takeshi Osaka-shi KITAIZUMI; Kamli Mokhtar
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: TW390106B; US6018154A; EP0888033B1; DE69732352D1; KR19990087799A; KR100306985B1; EP0888033A1; CN1213484A; HK1016813A1; WO1997034446A1; CN1134885C; EP0888033A4

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende, Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenz-Wechselrichter der bei einer konstanten Frequenz arbeitet, die für einen Mehrfachbrennstelleninduktionsherd mit einer Vielzahl von Brennstellen und dergleichen geeignet ist und auf einen Induktionsherd, der den Hochfrequenz-Wechselrichter verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Bei einem Hochfrequenz-Wechselrichter nach dem Stande der Technik ändert sich die Betriebsfrequenz entsprechend der Art der zu erhitzenden Last (Pfanne) oder einer Änderung der Eingangsleistung. Als ein solcher Hochfrequenz-Wechselrichter für einen Mehrfachbrennstelleninduktionsherd mit einer Vielzahl von heizenden Brennstellen gebraucht wurde, ist das Problem aufgetreten, dass bedingt durch eine Frequenzdifferenz zwischen den Brennstellen ein Pfanneninterferenzrauschen generiert wurde. Als ein Hochfrequenz-Wechselrichter zum Lösen dieses Problems ist einer in der US 5,571,438 A offenbart, wie in 71 gezeigt ist. In dieser Figur besteht der Hochfrequenz-Wechselrichter aus einer Gleichstromenergiequelle 101, einem Wechselrichterschaltkreis 102 zum Umwandeln eines Gleichstroms von der Gleichstromenergiequelle 101 in einen Hochfrequenzstrom und einem Steuerschaltkreis 103 zum Steuern des Wechselrichterschaltkreises 102. Der Wechselrichterschaltkreis 102 ist aufgebaut aus einem ersten Schaltelement 104 einer in Gegenrichtung sperrenden Art, einem zweiten Schaltelement 105 der in Gegenrichtung leitenden Art, einer Spule 106 zum Heizen, einem ersten Resonanzkondensator 107, einem zweiten Resonanzkondensator 108 und einer Diode 109. Der Steuerschaltkreis 103 beinhaltet einen Treiberabschnitt 110, der das erste Schaltelement 104 und das zweite Schaltelement 105 bei einer konstanten Frequenz f0 alternierend leitend macht.
72 zeigt Betriebswellenformen an einigen Abschnitten des wie oben aufgebauten Hochfrequenz-Wechselrichters. Wie in 72 gezeigt, steuert der Steuerschaltkreis 110 den Wechselrichterschaltkreis 102 durch abwechselndes Einschalten des ersten Schaltelements während einer Zeit ton1 und des zweiten Schaltelements während einer Zeit ton2 in einem konstanten Zyklus t0. Wie aus der 72 hervorgeht wird bei diesem Hochfrequenz-Wechselrichter ein Null-Spannungsschalten (zero voltage switching) Betrieb erreicht. 73 zeigt eine Eingangsleistungssteuercharakteristik dieses Hochfrequenz-Wechselrichters. Wie in dieser Figur dargestellt, wird die in den Hochfrequenz-Wechselrichter eingespeiste elektrische Leistung durch die Stromflusszeit ton1 des ersten Schaltelements gesteuert. Das bedeutet für den Hochfrequenz-Wechselrichter, dass eine Eingangsleistung P_in durch Verändern des Verhältnisses (ton1/t0) der Stromflusszeit ton1 des ersten Schaltelements 104 relativ zum konstanten Zyklus t0 bei der konstanten Betriebsfrequenz f0 gesteuert wird.
Ein ähnlicher Hochfrequenz-Wechselrichter ist in dem Artikel „New Constant Frequency Variable Powered Quasi-Resonant Inverter Topology Using Soft-Switched Type IGBTs for Induction-Heated Cooking Appliance with Active Power Filter" von Izaki et al. offenbart, der veröffentlicht wurde auf der European Conference on Power Electronics and Applications in Brüssel durch die EPE Association in Band CONF. 6, 1995, Seiten 2129 bis 2134, X000537734.
Wie oben beschrieben kann der Hochfrequenz-Wechselrichter gemäß dem Stand der Technik die Eingangsleistungssteuerung bei einer konstanten Betriebsfrequenz ausführen. Daher kann, wenn dieser für den Mehrfachbrennstelleninduktionsherd gebraucht wird, das Pfanneninterferenzrauschen, das der Frequenzdifferenz zwischen den Brennstellen zuzuordnen ist, behoben werden. Ebenso kann der Null-Spannungsumschaltbetrieb mit den beiden Schaltelementen erreicht werden und damit kann ein reduzierter Energieverlust und ein reduziertes generiertes Rauschen beim Schaltbetrieb erreicht werden.
Es wird erwartet, dass der Mehrfachbrennstelleninduktionsherd wegen seiner hohen Annehmlichkeit in Zukunft noch beliebter werden wird. Dementsprechend wird für den für den Induktionsherd einzusetzenden Hochfrequenz-Wechselrichter eine weitere Verbesserung erwartet und ein Hochfrequenzwech selrichter, der weitere Verringerungen in Größe und Kosten erreicht, wird gewünscht.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die vorbeschriebenen Probleme zu lösen und sie schafft einen Hochfrequenz-Wechselrichter, der bei einer konstanten Frequenz arbeitet, die durch eine einfache Schaltkreiskonstruktion umgesetzt wird, und einen Induktionsherd, für den der Wechselrichter verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft einen Hochfrequenz-Wechselrichter der folgendes umfasst: Eine Spule dessen einer Anschluss mit einer Gleichspannungsenergiequelle verbunden ist; ein erstes Schaltelement, das in Serie mit der Spule und der Gleichspannungsenergiequelle verbunden ist; einen ersten Resonanzkondensator, der so verbunden ist, dass er mit der Spule einen Resonanzkreis bildet; einen Serienkreis, der aus einem zweiten Resonanzkondensator und einem zweitem Schaltelement aufgebaut ist und mit der Spule einen Resonanzkreis bildet und der Spule oder dem ersten Schaltelement parallel geschaltet ist; und einen Steuerkreis, der den Stromfluss des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements steuert, und wobei der Steuerkreis die Stromflusssteuerung zum abwechselnden Einschalten der Schaltelemente bei einer konstanten Frequenz ausführt und die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente verändert, um die Eingangsleistung zu steuern.
Bei dem Hochfrequenz-Wechselrichter kann der eine Anschluss des ersten Resonanzkondensators mit einem Anschlusspunkt des zweiten Schaltelements und des zweiten Resonanzkondensators verbunden sein. Die Kapazität des ersten Resonanzkondensators kann beträchtlich kleiner als die Kapazität des zweiten Resonanzkondensators sein. Das erste Schaltelement kann durch einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) mit einer eingebauten Freilaufdiode bereitgestellt sein. Das erste Schaltelement kann eines der in Gegenrichtung sperrenden Art sein.
Bei dem wie oben aufgebauten Hochfrequenz-Wechselrichter kann der Null-Spannungsschaltbetrieb durch den Betrieb des Serienkreises des zweiten Schaltelements und des zweiten Resonanzkondensators erreicht werden, und daher kann der Energieverlust und Wärmebildung bei den Schaltvorgängen reduziert werden. Weiterhin kann ein konstanter Frequenzbetrieb erreicht werden und daher kann, wenn der Wechselrichter für den Mehrfachbrennstelleninduktionsherd verwendet wird, das mögliche Auftreten des Zwischenbrennstellentopf(inter-burner pot)-Interferenzrauschens verhindert werden. Außerdem kann der Wechselrichter mit einem einfacheren Schaltaufbau ausgestattet sein als der des Standes der Technik und die Energieeffizienz wird verbessert. Mit dieser Anordnung kann der Wechselrichter mit geringerwertigen Elementen aufgebaut sein, so dass die Verringerungen in Größe und Kosten erreicht werden können.
Der Induktionsherd der vorliegenden Erfindung mit dem hierfür eingesetzten Hochfrequenz-Wechselrichter erfasst einen in den Hochfrequenz-Wechselrichter eingespeisten Strom und führt eine Regelung der Eingangsleistung aus, indem die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente basierend auf dieser Stromerfassung gesteuert werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst einen in den Hochfrequenz-Wechselrichter einzuspeisenden Strom und führt eine Regelung der Eingangsleistung des Hochfrequenz-Wechselrichters aus, indem die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente in Abhängigkeit von diesem Eingangsstromwert und einem vorgegebenen Sollwert gesteuert werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung steuert die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente innerhalb eines Bereichs, in dem der Eingangsstrom innerhalb eines festgelegten Bereichs ist, der in Abhängigkeit der Stromflusszeiten der ersten und zweiten Schaltelemente vorgegeben ist. Die Charakteristik des Eingangsstroms des Wechselrichters in Abhängigkeit von den Stromflusszeiten der Schaltelemente hängt von der Art der induktiv zu erhitzenden Last ab. Daher kann der oben genannte Induktionsherd eine Steuerung innerhalb eines Eingangsbereichs umsetzen, in dem der Wechselrichter selbst dann nicht beschädigt wird, wenn eine Last verwendet wird, bei der im Wechsel richter ein großer Verlust auftritt, so dass der Wechselrichter davor geschützt werden kann, beschädigt zu werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst die Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements oder die Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements und steuert die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente in Abhängigkeit von dieser erfassten Spannung. Bei dieser Anordnung kann, wenn die induktiv zu erhitzende Last festgelegt ist, die Eingangssteuerung durch ein einfaches preiswertes Verfahren erreicht werden und die Spannungen der Schaltelemente können begrenzt werden, so dass sie nicht die Spannungsfestigkeiten überschreiten.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst die Spannung über beide Anschlüsse der ersten und zweiten Schaltelemente und steuert die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente in Abhängigkeit von dieser erfassten Spannung innerhalb eines Bereichs der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelementes, der entsprechend der Spannung des zweiten Schaltelementes vorgegeben ist. Die Charakteristik des Eingangsstroms des Wechselrichters in Abhängigkeit von den Stromflusszeiten der Schaltelement hängt von der Art der induktiv zu erhitzenden Last ab. Daher kann der oben genannte Induktionsherd die Steuerung innerhalb des Eingangsbereichs umsetzen, in dem der Wechselrichter nicht beschädigt wird, selbst wenn eine Last verwendet wird, bei der große Verluste in dem Wechselrichter auftreten, so dass der Wechselrichter vor Beschädigungen geschützt werden kann.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst die Spannungen über beide Anschlüsse der ersten und zweiten Schaltelemente und steuert die Stromflussverhältnisse von beiden Schaltelementen, so dass eine Spannungsdifferenz zwischen der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements und der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements nicht größer wird als ein festgelegter Wert. Die Charakteristik des Eingangsstroms des Wechselrichters in Abhängigkeit von Stromflusszeiten der Schaltelemente hängt von der Art der induktiv zu erhitzenden Last ab. Daher kann der oben genannte Induktionsherd die Steuerung innerhalb des Eingangsbereichs erreichen, bei dem der Wechselrichter nicht beschädigt wird, selbst wenn eine Last verwendet wird, bei der ein großer Verlust im Wechselrichter auftritt, so dass der Wechselrichter vor Beschädigungen geschützt werden kann.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst den Strom der Spule, den Strom des ersten Schaltelements oder den Strom des zweiten Schaltelements und steuert die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente in Abhängigkeit von diesem erfassten Strom. Mit dieser Anordnung kann, wenn die induktiv zu erhitzende Last festgelegt ist, eine Regelung der Eingangsleistung mit dem Strom der Spule, dem Strom des ersten Schaltelements oder dem Strom des zweiten Schaltelements ausgeführt werden. Außerdem kann der Strom der Spule, der Strom des ersten Schaltelements oder der Strom des zweiten Schaltelements begrenzt werden, so dass sie einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten. Daher kann der Leistungsverlust der Elemente, die den Wechselrichter bilden, insbesondere der Schaltelemente, unter einem festgelegten Wert gehalten werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung steuert die Stromflussverhältnisse der Schaltelemente innerhalb eines Bereichs, bei dem der Strom des zweiten Schaltelements innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der entsprechend der Stromflusszeiten der ersten und zweiten Schaltelementen vorgegeben ist. Die Charakteristik der Stromflusszeiten der Schaltelemente in Abhängigkeit vom Strom des zweiten Schaltelements hängt von der Art der induktiv zu erhitzenden Last ab. Daher kann der oben genannte Induktionsherd die Steuerung innerhalb des Bereichs erreichen, bei dem der Wechselrichter nicht beschädigt wird, selbst wenn eine Last benutzt wird, bei der große Wechselrichterverluste auftreten, so dass der Wechselrichter vor Beschädigungen geschützt werden kann.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst eine ungeeignete Last und unterbricht das Treiben beider Schaltelemente wenn die ungeeignete Last erfasst wurde. Mit dieser Anordnung wird die ungeeignete Last eines Messers, einer Gabel, oder eines Löffels oder dergleichen nicht erhitzt, wodurch eine Verbesserung der Sicherheit ermöglicht wird.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst die Betriebszustände des Hochfrequenz-Wechselrichters und erfasst die ungeeignete Last über den Betriebszustand. Mit dieser Anordnung kann die Erfassung der ungeeigneten Last auf einfache Weise erreicht werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erfasst den Eingangsstrom in den Hochfrequenz-Wechselrichter und die Spannung des ersten Schaltelements oder des zweiten Schaltelements und erfasst die ungeeignete Last über den Eingangsstromwert des Hochfrequenz-Wechselrichters und den Spannungswert des ersten oder zweiten Schaltelements. Die Charakteristik des Eingangsstroms des Hochfrequenz-Wechselrichters in Abhängigkeit der Spannungen der Schaltelemente hängt von der Art der Last ab und daher kann die ungeeignete Last auf einfache Weise durch den oben genannten Induktionsherd erfasst werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung gibt ein Startsignal zum Starten des Hochfrequenz-Wechselrichters und ein Stoppsignal zum Stoppen des Hochfrequenz-Wechselrichters aus. Der Hochfrequenz-Wechselrichter startet die Schaltelemente mit einer Verzögerung einer vorbestimmten Zeit nach Erhalten des Startsignals. Mit dieser Anordnung startet der Wechselrichter seinen Betrieb nachdem er in einen stabilisierten Zustand nach dem Start des Induktionsherds gelangt ist. Somit kann die Zuverlässigkeit verbessert werden.
Die Gleichspannungsenergiequelle zum Versorgen des Wechselrichters mit elektrischer Energie kann aus einer kommerziellen Energiequelle, einem Gleichrichter zum Gleichrichten der kommerziellen Energiequelle und einem Glättungskondensator, der mit dem Ausgang des Gleichrichters verbunden ist, bestehen. In diesem Fall überwacht ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung den Energiezustand der kommerziellen Energiequelle und stoppt das Treiben der Schaltelemente wenn ein abnormaler Zustand der kommerziellen Energiequelle erfasst wird. Mit dieser Anordnung kann der Betrieb gestoppt werden, wenn die Gleichspannungsenergiequelle zum Versorgen des Wechselrichters mit elektrischer Energie abnormal wird, so dass der Wechselrichter vor Beschädigungen geschützt werden kann.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung gibt ein Signal aus zum allmählichen Erhöhen der Eingangsleistung von einer vorbestimmten Minimumeingangsleistung aus, wenn der Hochfrequenz-Wechselrichter gestartet wird, und steuert das Stromflussverhältnis zwischen den Schaltelementen in Abhängigkeit von diesem Signal. Bei dieser Anordnung kann der Wechselrichterbetrieb allmählich von einem Betriebszustand, bei dem die Spannung und Stromlasten klein sind, zu einem Betriebszustand bei, dem diese groß sind, verschoben werden, und dadurch kann das Erreichen eines sicheren Betriebs ermöglicht werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung erhält einen vorgegebenen Wert der Eingangsleistung des Hochfrequenz-Wechselrichters, vergleicht eine Referenzspannung, deren Wert sich allmählich gegenüber einer Spannung ändert, die abhängig von diesem vorgegebenen Eingangswert vorgegeben ist, mit einer vorbestimmten Dreiecksspannung, und steuert das Stromflussverhältnis der Schaltelemente in Abhängigkeit von einer Ausgangsspannung, die entsprechend der Vergleichsergebnisses erzeugt wird. Mit dieser Anordnung kann der Wechselrichterbetrieb allmählich von dem Betriebszustand, bei dem die Spannung und Stromlasten klein sind vorangehen, und dadurch ermöglichen, dass ein sicherer Betrieb erreicht wird.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung weist eine Totzeit auf, welche eine Periode ist, in der die ersten und zweiten Schaltelemente zu einer Zeit des Wechselns der leitenden Perioden der ersten und zweiten Schaltelemente nichtleitend sind. Diese Anordnung kann das gleichzeitige Leiten beider Schaltelemente verhindern und dadurch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit ermöglichen.
Bei dem oben genannten Induktionsherd kann die Totzeit der beiden Schaltelemente in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Hochfrequenz-Wechselrichters vorgegeben werden. Bei dieser Anordnung kann ein Schaltbetrieb mit einem für jedes Schaltelement geeigneten Timing ausgeführt werden, wodurch ermöglicht wird einen optimalen Wechselrichterbetrieb zu erreichen.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung stellt die Totzeit auf eine vorbestimmte Zeit ein. Somit kann die Totzeit auf einfache Weise eingestellt werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung lässt eine Totzeit von dem Endpunkt der Stromleitungsperiode des ersten Schaltelements zum Startpunkt der Stromflussperiode des zweiten Schaltelements von einer Totzeit von dem Endpunkt der Stromleitungsperiode des zweiten Schaltelements zum Startpunkt der Stromleitungsperiode des ersten Schaltelements abweichen. Mit dieser Anordnung kann ein Schaltbetrieb mit einem für jedes Schaltelement geeigneten Timing durch ein einfaches Verfahren ausgeführt werden und dadurch kann ermöglicht werden einen optimalen Wechselrichterbetrieb zu ermöglichen.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung verändert die Kapazität des ersten Resonanzkondensators entsprechend der durch die Spule zu erhitzenden Last. Mit dieser Anordnung kann ein für die induktiv zu erhitzende Last geeigneter Wechselrichterbetrieb erreicht werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung verändert die Kapazität des zweiten Resonanzkondensators entsprechend der durch die Spule zu erhitzenden Last. Mit dieser Anordnung kann ein für die induktiv zu erhitzende Last geeigneter Wechselrichterbetrieb erreicht werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung verändert die Induktivität der Spule entsprechend der durch die Spule zu erhitzenden Last. Mit dieser Anordnung kann ein für die induktiv zu erhitzende Last geeigneter Wechselrichterbetrieb erreicht werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung verändert die Länge des Abstandes zwischen der Spule und der Last entsprechend der durch die Spule zu erhitzenden Last. Mit dieser Anordnung kann ein für die induktiv zu erhitzende Last geeigneter Wechselrichterbetrieb erreicht werden.
Ein weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die induktiv zu erhitzende Last erfassen, wodurch ein für die Last geeigneter Wechselrichterbetrieb erreicht werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltplan eines Hochfrequenz-Wechselrichters entsprechend einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Diagram von Betriebssignalformen an verschiedenen Stellen des Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten Ausführungsform.
3 ist ein Graph einer Charakteristik des Stromflussverhältnisses in Abhängigkeit von der Eingangsleistung des Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten Ausführungsform.
4 ist ein Schaltplan eines modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Schaltplan eines weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten Ausführungsform.
6 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten Ausführungsform.
7 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten Ausführungsform.
8 ist ein Schaltplan eines Hochfrequenz-Wechselrichters entsprechend einer zweiten Ausführungsform.
9 ist ein Diagram von Betriebssignalformen an verschiedenen Stellen des Hochfrequenzwechselrichters der zweiten Ausführungsform.
10 ist ein Schaltplan eines modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der zweiten Ausführungsform.
11 ist ein Schaltplan eines weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der zweiten Ausführungsform.
12 ist ein Schaltplan noch eines anderen modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der zweiten Ausführungsform.
13 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der zweiten Ausführungsform.
14 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer dritten Ausführungsform.
15 ist ein Diagram von Betriebssignalformen an verschiedenen Stellen der Wechselrichterschaltung des Induktionsherdes der dritten Ausführungsform.
16 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer vierten Ausführungsform.
17 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von v_out1 des Induktionsherdes der vierten Ausführungsform.
18 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen vorgegeben Werten und der Eingangsleistung am Eingangsabschnitt des Induktionsherdes der vierten Ausführungsform zeigt.
19 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen vorgegebenen Werten und v_out2 am Eingangsabschnitt des Induktionsherdes der vierten Ausführungsform zeigt.
20 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend der fünften Ausführungsform.
21 ist ein Graph der Charakteristik der Stromflusszeit in Abhängigkeit der Eingangsleistung des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der fünften Ausführungsform.
22 ist ein weiterer Graph der Charakteristik der Stromflusszeit in Abhängigkeit der Eingangsleistung des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der fünften Ausführungsform.
23 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend der sechsten Ausführungsform.
24 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der sechsten Ausführungsform.
25 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebten Ausführungsform.
26 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der siebten Ausführungsform.
27 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer achten Ausführungsform.
28 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes der achten Ausführungsform.
29 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer neunten Ausführungsform.
30 ist ein Graph einer Charakteristik der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements in Abhängigkeit von der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der neunten Ausführungsform.
31 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zehnten Ausführungsform.
32 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen den Spannungen über beide Anschlüsse der Schaltelemente des Induktionsherdes der zehnten Ausführungsform.
33 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer elften Ausführungsform.
34 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von dem heizenden Spulenstrom des Induktionsherdes der elften Ausführungsform.
35 ist ein weiterer Graph der Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von dem Heizspulenstrom des Induktionsherdes der elften Ausführungsform.
36 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zwölften Ausführungsform.
37 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung abhängig von dem Strom des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der zwölften Ausführungsform.
38 ist ein weiterer Graph der Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von dem Strom des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der zwölften Ausführungsform.
39 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer dreizehnten Ausführungsform.
40 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von dem Bauteilstrom des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes entsprechend der dreizehnten Ausführungsform.
41 ist ein weiterer Graph der Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit von dem Strom des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes entsprechend der dreizehnten Ausführungsform.
42 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer vierzehnten Ausführungsform.
43 ist ein Graph einer Charakteristik der Stromflusszeit des ersten Schaltelements in Abhängigkeit von dem Strom des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes der vierzehnten Ausführungsform.
44 ist ein Schaltplan eines modifizierten Beispiels der Wechselrichterschaltung.
45 ist ein Schaltplan eines weiteren modifizierten Beispiels der Wechselrichterschaltung.
46 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels der Wechselrichterschaltung.
47 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels der Wechselrichterschaltung.
48 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels der Wechselrichterschaltung
49 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer fünfzehnten Ausführungsform.
50 ist ein Graph einer Charakteristik des Eingangsstroms in Abhängigkeit der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der fünfzehnten Ausführungsform.
51 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer sechszehnten Ausführungsform.
52 ist ein Graph einer Charakteristik des Eingangsstroms in Abhängigkeit von der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes der sechszehnten Ausführungsform.
53 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebzehnten Ausführungsform.
54 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer achtzehnten Ausführungsform.
55 ist ein Diagram, das die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung des Komparators der achtzehnten Ausführungsform zeigt.
56 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer neunzehnten Ausführungsform.
57 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der Betriebsweise des Induktionsherdes der neunzehnten Ausführungsform.
58 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zwanzigsten Ausführungsform und einer einundzwanzigsten Ausführungsform.
59 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der Arbeitsweise des Induktionsherdes der zwanzigsten Ausführungsform.
60 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der Arbeitsweise des Induktionsherdes der einundzwanzigsten Ausführungsform bei kleiner Eingangsleistung.
61 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der Arbeitsweise des Induktionsherdes der zwanzigsten Ausführungsform bei kleiner Eingangsleistung.
62 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zweiundzwanzigstens Ausführungsform.
63 ist ein Timing-Diagramm zum Erklären der Arbeitsweise des Induktionsherdes der zweiundzwanzigsten Ausführungsform der bei einer Nennleistungsaufnahme arbeitet.
64 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der Arbeitsweise des Induktionsherdes der zweiundzwanzigsten Ausführungsform, wenn ein Relais eingeschaltet ist.
65 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der Arbeitsweise des Induktionsherdes der zweiundzwanzigsten Ausführungsform, wenn das Relais ausgeschaltet ist.
66 ist Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform.
67 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer vierundzwanzigsten Ausführungsform.
68 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform.
69 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform.
70 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform.
71 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes des Standes der Technik.
72 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der Arbeitsweise eines Induktionsherdes nach dem Stande der Technik.
73 ist ein Graph einer Charakteristik des Stromflussverhältnisses in Abhängigkeit von der Eingangsleistung des Induktionsherdes des Standes der Technik.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen des Hochfrequenz-Wechselrichters und des Induktionsherdes, für den der Wechselrichter eingesetzt wird, entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
<Ausführungsform 1>
1 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes, der einen Hochfrequenz-Wechselrichter entsprechend einer ersten Ausführungsform einsetzt. In 1 umfasst der Induktionsherd: einen Wechselrichterschaltkreis 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; und einen Steuerschaltkreis 3 zum Steuern des Wechselrichterschaltkreises 2. Der Wechselrichterschaltkreis 2 besteht aus: einem Eintransistorwechselrichter 100, der aus einer Heizspule 4 aufgebaut ist, die als Heiznutzspule dient, dessen einer Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist, einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 5, der mit einer eingebauten Freilaufdiode versehen ist und als erstes Schaltelement dient, und zwischen dem anderen Anschluss der Heizspule 4 und der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist und einem ersten Resonanzkondensator 6, der parallel zur Heizspule 4 geschaltet ist; und einer Serienschaltung, die aufgebaut ist aus einem IGBT 7, der mit einer eingebauten Freilaufdiode ausgestattet ist und als zweites Schaltelement dient, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8. Die Serienschaltung aus IGBT 7 und dem zweiten Resonanzkondensator 8 ist zur Heizspule 4 parallel geschaltet. Diese Serienschaltung arbeitet als ein Hilfsschalter zum Erreichen eines Betriebs konstanter Frequenz durch Halten des ersten Schaltelementes auf einer hohen Spannung. Der Steuerkreis 3 umfasst eine Treiberschaltung zum Treiben des IGBTs 5 und des IGBTs 7. Die Treiberschaltung 9 lässt den IGBT 5 und dem IGBT 7 abwechselnd bei einer konstanten Arbeitsfrequenz f0 leitend werden. Es ist anzumerken, dass die Kapazität des ersten Resonanzkondensators 6 deutlich kleiner vorgegeben wird als die Kapazität des zweiten Resonanzkondensators 8.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Hochfrequenz-Wechselrichters wird nachfolgend beschrieben.
2 zeigt Betriebssignalformen in verschiedenen Bereichen der Wechselrichterschaltung 2. In 2 wird der IGBT 5 eingeschaltet, wenn eine Gate-Emitter-Spannung vge1 auf einem hohen Wert ist, und der IGBT 7 wird eingeschaltet, wenn eine Gate-Emitter-Spannung vge2 auf einem hohen Wert ist. In 2 bezeichnet vce1 die Kollektor-Emitter-Spannung des IGBT 5, vce2 bezeichnet die Kollektor-Emitter-Spannung des IGBTs 7, ic1 bezeichnet den Kollektorstrom des IGBT 5 und ic2 bezeichnet den Kollektorstrom des IGBTs 7. Die Treiberschaltung 9 steuert die Eingangsleistung durch Verändern der Zeit ton1 während der IGBT 5 eingeschaltet ist. Dass heisst, die Treiberschaltung 9 führt die Eingangsleistungssteuerung durch Verändern des Stromflussverhältnisses D1 (= ton1/t0) aus, welches die Stromfluss-(ON)-Zeit ton1 des ersten Schaltelements 5 in Abhängigkeit von konstanten Betriebszyklus t0 der Wechselrichterschaltung 2 ist. 3 ist ein Graph einer Charakteristik des Stromflussverhältnisses der Wechselrichterschaltung 2 in Abhängigkeit von der Eingangsleistung. Wie in dieser Figur gezeigt, kann das Erhöhen des Stromflussverhältnisses D1 ebenfalls die Eingangsleistung Pin erhöhen.
Die Arbeitsweise eines Zykluses des vorliegenden Hochfrequenz-Wechselrichters kann, wie in 2 gezeigt, als in sechs Modi unterteilt betrachtet werden. Jeder Modus wird nachfolgend in dem stationären Zustand beschrieben.
(Modus 1) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 eingeschaltet und das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet. In diesem Zustand breitet sich der Strompfad nacheinander von der Gleichspannungsquelle 1 zur Heizspule 4 zum ersten Schaltelement 5 und zur Gleichspannungsquelle 1 aus. Nach dem Ablauf der Stromflusszeit ton1 wird das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und der Betrieb des Systems geht zu Modus 2 über.
(Modus 2) In diesem Modus sind die ersten und zweiten Schaltelemente 5 und 7 beide ausgeschaltet. In diesem Zustand bilden die Heizspule 4 und der erste Resonanzkondensator 6 einen Resonanzkreis. Die Spannung vc1 über beide Anschlüsse des ersten Resonanzkondensators in diesem Zustand erhöht sich und wenn die Spannung vc1 über beide Anschlüsse des ersten Resonanzkondensators 6 die Spannung vc2 über beide Anschlüsse des zweiten Resonanzkondensators 8 übersteigt, wird die Freilaufdiode des zweiten Schaltelements 7 eingeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 3a über.
(Modus 3a) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet. Der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4 zum zweiten Resonanzkondensator 8 zur Freilaufdiode des zweiten Schaltelements 7 zur Heizspule 4 aus und breitet sich ebenfalls nacheinander von der Heizspule 4 zum ersten Resonanzkondensator 6 zur Heizspule 4 aus. Im vorliegenden Modus kann durch Einschalten des zweiten Schaltelements 7, während der Strom durch die Freilaufdiode des zweiten Schaltelements fließt, das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet werden bei der Spannung von null Volt über beide Anschlüsse. Wenn sich der Resonanzstrom, der durch die Heizspule 4 und die ersten und zweiten Resonanzkondensatoren 6 und 8 gebildet wird, umkehrt, geht der Systembetrieb zu Modus 3b über.
(Modus 3b) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet. Der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4, zum zweiten Schaltelement 7, zum zweiten Resonanzkondensator 8, zur Heizspule 4 aus und breitet sich auch nacheinander von der Heizspule 4, zum ersten Resonanzkondensator 6, zur Heizspule 4 aus. Nach dem Ablauf der Stromflusszeit ton2 wird das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 4 über.
(Modus 4) In diesem Modus sind das erste und zweite Schaltelement 5 und 7 beide ausgeschaltet. Der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4 zum ersten Resonanzkondensator 6 zur Heizspule 4 aus. In diesem Zustand bilden die Heizspule 4 und der erste Resonanzkondensator 6 einen Resonanzkreis. Wenn vc1 < –E (E ist die Spannung der Gleichspannungsquelle 1), wird die Freilaufdiode des ersten Schaltelements 5 eingeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 5 über.
(Modus 5) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 eingeschaltet und das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet. In diesem Zustand breitet sich der Strompfad nacheinander von der Gleichspannungsquelle 1 zur Freilaufdiode des ersten Schaltelements 5, zur Heizspule 4 zur Gleichspannungsquelle 1 aus. Wenn sich der Strom ic1 durch das erste Schaltelement 5 umkehrt, geht der Systembetrieb zu Modus 1 über.
Wie oben beschrieben kann der Hochfrequenz-Wechselrichter der vorliegenden Ausführungsform geschaffen werden, indem der Eintransistorwechselrichterspannungsresonanzkreis mit der Serienschaltung des zweiten Schaltelements, welches als Hilfsschalter dient, bei dem der Stromfluss und die Anwendungsspannung verhältnismäßig gering sind, und dem zweiten Resonanzkondensator verbunden wird, und er dadurch durch einen einfachen Aufbau ausgeführt werden kann. Der Hochfrequenz-Wechselrichter der vorliegenden Ausführungsform kann den Null-Spannungs-Schaltungs-Betrieb (zero voltage switching) erreichen und daher kann er die Verlustleistung, Wärmebildung und Geräuschentwicklung bei den beiden Schaltelementen während des Schaltvorgangs verringern. Der vorliegende Hochfrequenz-Wechselrichter betreibt die Wechselrichterschaltung bei einer konstanten Betriebsfrequenz, und kann daher die Arbeitsfrequenzen der Brennstellen identisch machen, wenn er in dem Mehrfachbrennstelleninduktionsherd benutzt wird und kann das Problem des Indifferenzrauschens zwischen den Brennstellen lösen.
Im Allgemeinen weist der Induktivitätswert des Induktionselementes (im vorliegenden Fall die Heizspule 4), das in dem oben beschriebenen Frequenz-Wechselrichter eingesetzt wird, unter dem Gesichtspunkt des Leistungsverlustes an den Elementen der Schaltung bevorzugt einen großen Wert auf, trotzdem ist ein oberer Grenzwert begrenzt, um eine bestimmte Eingangsleistung sicherzustellen. Bei dem Hochfrequenz-Wechselrichter der wie oben aufgebauten Ausführungsform kann der obere Grenzwert des Induktivitätswertes der Heizspule 4 im Vergleich zu dem des Standes der Technik um 20 bis 30% erhöht werden. Mit dieser Anordnung kann die Größe des Stromes, der durch den Schaltkreis fließt, reduziert werden um eine identische Eingangsleistung zu erhalten. Zu diesem Zwecke kann die Wechselrichterschaltung 2 einige Elemente mit kleinen Nennwerten verwenden. Aus dem Grund, dass die Wärmeentwicklung reduziert werden kann, kann ein Kühlkörper usw. mit geringer Größe eingesetzt werden, und hiermit eine gesamte Verringerung der Größe der Wechselrichterschaltung und eine Kostenverringerung erreicht werden.
In dieser Wechselrichterschaltung 2 können IGBT 7 und der zweite Resonanzkondensator 8 eine Anordnung zueinander wie in 4 gezeigt, haben, das gegenüber dem des in 1 gezeigten Fall umgedreht ist, wobei ein Effekt ähnlich zu dem der vorgenannten Wechselrichterschaltung erreicht werden kann.
Bei der Wechselrichterschaltung 2 kann die Verbindung des ersten Resonanzkondensator 6 so geändert werden, dass der erste Resonanzkondensator 6 mit dem IGBT 5, der als erstes Schaltelement dient, parallel geschaltet ist, wie in 5 gezeigt. Bei der Wechselrichterschaltung 2 ist es akzeptierbar, den ersten Resonanzkondensator 6 in zwei Kondensatoren 6a und 6b aufzuteilen und die Kondensatoren 6a und 6b mit dem IGBT 7 bzw. 5 parallel zu schalten wie in 6 gezeigt ist.
Weiterhin kann in der Wechselrichterschaltung 2 das erste Schaltelement mit einem in Gegenrichtung sperrenden Element ausgestattet sein, wie in 7 gezeigt ist.
<Ausführungsform 2>
8 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes, der einen Hochfrequenz-Wechselrichter entsprechend einer zweiten Ausführungsform einsetzt. In 8 beinhaltet der Induktionsherd: Eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms der Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; und eine Steuerschaltung 3 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule 4, dessen einer Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; ei nem IGBT 5, der mit einer eingebauten Freilaufdiode ausgestattet ist, der als erstes Schaltelement dient, das zwischen dem anderen Anschluss der Heizspule und der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einer Serienschaltung, die aus einem IGBT 7, der mit einer eingebauten Freilaufdiode ausgestattet ist und als zweites Schaltelement dient, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8, wobei die Serienschaltung zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist; und einem ersten Resonanzkondensator 6, der zwischen dem Anschlusspunkt des IGBT's 7 und dem zweiten Resonanzkondensator 8 und einem Anschluss des IGBT's 5 an der niedrigen Potentialseite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist.
Die Serienschaltung aus IGBT 7 und dem zweiten Resonanzkondensator 8 arbeitet als ein Hilfsschalter zum Erreichen einer konstanten Frequenzsteuerung, indem die Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5 auf einer hohen Spannung gehalten wird. Die Steuerschaltung 3 beinhaltet eine Treiberschaltung 9 zum Ansteuern des IGBTs 5 und des IGBTs 7. Die Treiberschaltung 9 bewirkt, dass der IGBT 5 und der IGBT 7 abwechselnd bei einer konstanten Arbeitsfrequenz f0 leitend werden, und steuert die Eingangsleistung durch Verändern eines Stromflussverhältnisses D1 = ton1/t0, welches das Verhältnis der Stromflusszeit ton1 des ersten Schaltelements 5 im Verhältnis zum konstanten Arbeitszyklus t0 (= 1/f0) der Wechselrichterschaltung 2 ist.
9 zeigt Betriebssignalformen in verschiedenen Bereichen der Wechselrichterschaltung 2. In 9 bezeichnet vge1 die Gate-Emitter-Spannung des IGBTs 5, vge2 bezeichnet die Gate-Emitter-Spannung des IGBTs 7, vce1 bezeichnet die Kollektor-Emitter-Spannung des IGBTs 5, vce2 bezeichnet die Kollektor-Emitter-Spannung des IGBTs 7, ic1 bezeichnet den Kollektor-Strom des IGBTs 5 und ic2 bezeichnet den Kollektor-Strom des IGBTs 7.
Die Arbeitsweise während eines Zyklus des vorliegenden Hochfrequenz-Wechselrichters kann wie folgt als in sechs Modi unterteilt betrachtet werden. Jeder der Modi im stationären Zustand wird nachfolgend beschrieben.
(Modus 1) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 eingeschaltet und das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet. In diesem Zustand breitet sich der Strom pfad nacheinander von der Gleichspannungsquelle 1, zur Heizspule 4, zum ersten Schaltelement 5 und zur Gleichspannungsquelle 1 aus. Nach dem Ablauf der Stromflusszeit ton1 wird das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 2 über.
(Modus 2) In diesem Modus sind das erste und das zweite Schaltelement 5 und 7 beide eingeschaltet. In diesem Zustand bildet die Heizspule 4, der zweite Resonanzkondensator 8 und der erste Resonanzkondensator 6 einen Resonanzkreis zum Erzeugen eines Resonanzstroms. Dass heisst, der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4, zum zweiten Resonanzkondensator 8, zum ersten Resonanzkondensator 6, zur Gleichspannungsquelle 1 und zur Heizspule 4 aus. Wenn sich die Spannung vc1 über beide Anschlüsse des ersten Resonanzkondensators 6 erhöht und größer als die Spannung E der Gleichspannungsquelle 1 wird, wird die Freilaufdiode des zweiten Schaltelements 7 eingeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 3a über.
(Modus 3a) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet. Der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4, zum zweiten Resonanzkondensator 8, zum ersten Resonanzkondensator 6, zur Gleichspannungsquelle 1 und zur Heizspule 4 aus und breitet sich ebenfalls nacheinander von der Heizspule 4 zum zweiten Resonanzkondensator 8, zur Freilaufdiode des zweiten Schaltelements 7 und zur Heizspule 4 aus. In diesem Modus wird zusätzlich zu der Resonanz des Modus 2 weitere Resonanz durch die Heizspule 4 und den zweiten Resonanzkondensator 8 hervorgerufen. Im vorliegenden Modus kann durch Einschalten des zweiten Schaltelementes 7 während der Strom durch die Freilaufdiode des zweiten Schaltelements fließt das zweite Schaltelement bei der Spannung von null Volt über beide Anschlüsse eingeschaltet werden. Der Resonanzstrom dreht sich um und der Systembetrieb geht zu Modus 3b über.
(Modus 3b) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet. Der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4 zur Gleichspannungsquelle 1, zum ersten Resonanzkondensator 6, zum zweiten Resonanzkondensator 8 und zur Heizspule 4 aus und breitet sich nacheinander von der Heizspule 4 zum zweiten Schaltelement 7, zum zweiten Resonanzkondensator 8 und zur Heizspule 4 aus. Dass heisst, ein Resonanzstrom wird durch eine Resonanz mit der Heizspule 4 und den ersten und zweiten Resonanzkondensatoren 6 und 8 gebildet. Nach dem Ablauf der Stromflusszeit ton2 wird das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 4 über.
(Modus 4) In diesem Modus sind das erste und das zweite Schaltelement 5 und 7 beide ausgeschaltet. Der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4 zur Gleichspannungsquelle 1, zum ersten Resonanzkondensator 6, zum zweiten Resonanzkondensator 8 und zur Heizspule 4 aus. Wenn die Spannung vc1 des ersten Resonanzkondensators 6 vc1 < 0 wird, wird die Freilaufdiode des ersten Schaltelements 5 eingeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 5 über.
(Modus 5) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 eingeschaltet und das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet. In diesem Zustand breitet sich der Strompfad nacheinander von der Heizspule 4 zur Gleichspannungsquelle 1, zur Freilaufdiode des ersten Schaltelements 5 und zur Heizspule 4 aus. Wenn sich der Strom ic1, der durch das erste Schaltelement fließt, umdreht, geht der Systembetrieb zu Modus 1 über.
Wie oben beschrieben arbeitet der Hochfrequenz-Wechselrichter der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform. Somit kann ein Effekt der dem der ersten Ausführungsform ähnlich ist, auch durch den Hochfrequenz-Wechselrichter der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden.
In der in 8 gezeigten Wechselrichterschaltung 2 ist der erste Resonanzkondensator 6 zwischen der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 und dem Anschlusspunkt des IGBTs 7 und des zweiten Resonanzkondensators 8 angeschlossen. Trotzdem kann auch, wie in 10 gezeigt, ein Aufbau gegeben sein, bei dem der Kondensator zwischen der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 und dem Anschlusspunkt des IGBTs 7 und des zweiten Resonanzkondensators 8 angeschlossen ist. Bei der Wechselrichterschaltung 2 ist es annehmbar, den ersten Resonanzkondensator 6 in zwei Kondensatoren 6a und 6b aufzuteilen, und den Kondensator 6a zwischen der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 und dem Anschlusspunkt des IGBTs 7 und dem zweiten Resonanzkondensator 8 anzuschließen und den Kondensator 6b zwischen dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 1 und dem Anschlusspunkt des IGBTs 7 und des Resonanzkondensators 8 anzuschließen, wie in 11 gezeigt ist.
Die in 10 gezeigte Wechselrichterschaltung 2 könnte einen Aufbau aufweisen, bei dem der zweite Resonanzkondensator 8 zwischen dem Kollektoranschluss des IGBTs 7 und dem Anschlusspunkt der Gleichspannungsquelle 1 und der Heizspule 4 eingesetzt ist, wie in 12 gezeigt ist.
Weiterhin kann in der Wechselrichterschaltung 2 das erste Schaltelement 5 aus einem in Umkehrrichtung sperrenden Element bestehen, wie in 13 gezeigt.
<Ausführungsform 3>
14 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer dritten Ausführungsform. in 14 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2; einen Stromtransformator 10 zum Erfassen eines in die Wechselrichterschaltung 2 eingegebenen Stromes; und eine i_in Erfassungsschaltung zum Ausgeben einer Spannung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Stromumformers 10. In diesem Fall bilden der Stromumformer 10 und die i_in-Erfassungsschaltung 11 ein Eingangsstromerfassungsmittel zum Erfassen des Eingangsstroms in die Wechselrichterschaltung 2.
Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule 4, dessen einer Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 über die primäre Seite des Stromumformers 10 verbunden ist; einem IGBT 5 der mit einer eingebauten Freilaufdiode versehen ist und als ein erstes Schaltelement dient, das zwischen dem anderen Anschluss der Heizspule 4 und der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einem ersten Resonanzkondensator 6, der zu dem IGBT 5 parallel geschaltet ist und mit der Heizspule 4 einen Resonanzkreis bildet; und einer Serienschaltung die aus einem IGBT 7, der mit einer Freilaufdiode versehen ist und als zweites Schaltelement dient, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8 aufgebaut ist, wobei die Serienschaltung zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist.
Weiterhin ist die Sekundärseite des Stromumformers 10 mit der i_in-Erfassungsschaltung 11 verbunden, der Ausgang der i_in-Erfassungsschaltung 11 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist mit dem Gate-Anschluss des IGBTs 5 und dem Gate-Anschluss des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des Induktionsherdes, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird nachfolgend beschrieben.
15 zeigt Betriebssignalformen an verschiedenen Teilen der Wechselrichterschaltung 2 des Induktionsherdes. In 15 bezeichnet vge1 die Gate-Emitter-Spannung des IGBTs 5, vge2 bezeichnet die Gate-Emitter-Spannung des IGBTs 7, vce1 bezeichnet die Kollektor-Emitter-Spannung des IGBTs 5, vce2 bezeichnet die Kollektor-Emitter-Spannung des IGBTs 7, ic1 bezeichnet den Kollektorstrom des IGBT's 5, ic2 bezeichnet den Kollektorstrom des IGBT's 7, iC1 bezeichnet den Strom des ersten Resonanzkondensators 6, vc2 bezeichnet die Spannung des zweiten Resonanzkondensators 8 und i_L bezeichnet den Strom der Heizspule 4. Weiterhin bezeichnet t0 den Arbeitszyklus der Wechselrichterschaltung 2, ton1 bezeichnet die Stromflusszeit des IGBTs 5, ton2 bezeichnet die Stromflusszeit des IGBTs 7, td1 und td2 bezeichnen jeweils eine „Totzeit" in der der IGBT 5 und IGBT 7 beide nicht leitend sind. Der Arbeitszyklus t0 der Wechselrichterschaltung 2 wird so gesteuert, dass er durchgehend konstant ist.
Die Arbeitsweise dieser Wechselrichterschaltung 2 während eines Zyklus kann wie nachfolgend als in sechs Modi unterteilt betrachtet werden. Jeder der Modi in dem stationären Zustand wird nachfolgend beschrieben.
(Modus 1) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 eingeschaltet und das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet. In diesem Zustand breitet sich der Strompfad nacheinander von der Gleichspannungsquelle 1 zur Heizspule 4, zum ersten Schaltelement 5 und zur Gleichspannungsquelle 1 aus. Nach dem Ablauf der Stromflusszeit ton1 wird das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und der Systembetrieb geht in den Modus 2 über.
(Modus 2) Bei diesem Modus sind das erste und zweite Schaltelement 5 und 7 beide ausgeschaltet. Der Strompfad breitet sich nacheinander von der Heizspule 4 zum ersten Resonanzkondensator 6, zur Gleichspannungsquelle 1 und zur Heizspule 4 aus. In diesem Zustand bilden die Heizspule 4 und der erste Resonanzkondensator 6 einen Resonanzkreis. Wenn sich die Spannung vc1 über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5 erhöht und einen Wert übersteigt, der durch Subtrahieren einer Spannung vc2 über beide Anschlüsse des zweiten Resonanzkondensators 8 von der Spannung der Gleichspannungsquelle 1 erhalten wird, wird die Freilaufdiode des zweiten Schaltelements 7 ausgeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 3a über.
(Modus 3a) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet. Der Strompfad verläuft nacheinander von der Heizspule 4 zur Freilaufdiode des zweiten Schaltelements 7, zum zweiten Resonanzkondensator 8 und zur Heizspule 4 und verläuft ebenfalls nacheinander von der Heizspule 4 zum ersten Resonanzkondensator 6, zur Gleichspannungsquelle 1 und zur Heizspule 4. Wenn sich ein Resonanzstrom umkehrt, der durch die Resonanz der Heizspule 4 und der ersten und zweiten Resonanzkondensatoren 6 und 8 hervorgerufen wurde, geht der Systembetrieb zu Modus 3b über.
(Modus 3b) In diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 ausgeschaltet und das zweite Schaltelement 7 eingeschaltet. Der Strompfad verläuft nacheinander von der Heizspule 4 zum zweiten Resonanzkondensator 8, zum ersten Schaltelement 7 und zur Heizspule 4 und verläuft auch nacheinander von der Heizspule 4 zur Gleichspannungsquelle 1, zum ersten Resonanzkondensator 6 und zur Heizspule 4. In diesem Modus wird ein Resonanzstrom durch die Resonanz der Heizspule 4 mit den ersten und zweiten Resonanzkondensatoren 6 und 8 hervorgerufen. Nach dem Ablauf der Stromflusszeit ton2 wird das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 4 über.
(Modus 4) In diesem Modus sind das erste und zweite Schaltelement 5 und 7 beide ausgeschaltet. Der Strompfad verläuft nacheinander von der Heizspule 4 zur Gleichstromquelle 1, zum ersten Resonanzkondensator 6 und zur Heizspule 4. In diesem Zustand wird ein Strom durch die Resonanz der Heizspule 4 mit dem ersten Resonanzkondensator 6 gebildet, und die vce1 über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5 wird verringert. Wenn die Spannung vce1 < 0 wird, wird die Freilaufdiode des ersten Schaltelements 5 eingeschaltet und der Systembetrieb geht zu Modus 5 über.
(Modus 5) Bei diesem Modus ist das erste Schaltelement 5 eingeschaltet und das zweite Schaltelement 7 ausgeschaltet. In diesem Zustand verläuft der Strompfad nacheinander von der Heizspule 4 zur Gleichspannungsquelle 1, zur Freilaufdiode des ersten Schaltelements 5 und zur Heizspule 4. Wenn sich der Strom, der durch das erste Schaltelement fließt, umdreht, geht der Systembetrieb zu Modus 1 über.
Wenn der Induktionsherd durch den Betrieb der wie oben beschriebenen Wechselrichterschaltung 2 betrieben wird, erfasst der Stromumformer 10 den Eingangsstrom i_in der Wechselrichterschaltung 2, und die i_in-Erfassungsschaltung 11 gibt ein Erfassungsergebnis entsprechend der Größe des Eingangsstromes i_in in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Stromumformers 10 aus. Die Treiberschaltung 9 erfasst den Eingangsstrom i_in in Abhängigkeit von dem erfassten Ergebnis, das von der i_in-Erfassungsschaltung 11 ausgegeben wird, setzt das Stromflussverhältnis D1 (= ton1/t0) in Abhängigkeit von dem Wert und steuert den IGBT 5 und IGBT 7.
Angenommen die Spannung der Gleichspannungsquelle 1 beträgt E, so kann die Eingangsleistung p_in entsprechend der folgenden Gleichung erhalten werden.
wobei i_in (ave) für den Durchschnittswert des Eingangsstromes i_in steht. Somit kann die Eingangsleistung p_in erfasst werden durch Erfassen des Eingangsstromes i_in der Wechselrichterschaltung 2. Die Treiberschaltung 9 erfasst die Ein gangsleistung p_in ausgehend von dem Eingangsstrom i_in, vergleicht den erfassten Wert der Eingangsleistung p_in mit dem Sollwert der Eingangsleistung und steuert das Stromverhältnis D1, so dass die Eingangsleistung ausgehend von der Differenz den Sollwert erreicht. Das heißt, dass das Stromflussverhältnis D1 so gesteuert wird, dass es sich verringert, wenn der erfasste Wert der Eingangsleistung p_in größer als der Sollwert ist oder sich erhöht wenn der erfasste Wert der Eingangsleistung p_in kleiner als der Sollwert ist. Wie oben beschrieben bewirkt die Treiberschaltung 9, dass der IGBT 5 und der IGBT 7 abwechselnd bei einer konstanten Betriebsfrequenz f0 (= 1/t0) geleitet werden, und dadurch kann die konstante Betriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 2 erreicht werden. In diesem Fall wird als Sollwert beispielsweise ein durch einen Bediener eingegebenen Vorgabewert, ein innerhalb des Herdes spezifizierter Wert oder dergleichen verwendet.
Wie oben beschrieben kann die vorliegende Ausführungsform die Regelung der Eingangsleistung der Wechselrichterschaltung 2 ausführen, in dem das Stromflussverhältnis D1 gesteuert wird, so dass sich die Eingangsleistung p_in dem Sollwert abhängig von dem erfassten Eingangstrom i_in annähert, und dadurch ermöglicht, die Eingangsleistung p_in korrekt zu steuern.
Es ist anzumerken, dass eine andere Schaltung wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde als die Wechselrichterschaltung 2 in der vorliegenden Ausführungsform oder in nachfolgenden Ausführungsformen verwendet werden kann.
<Ausführungsform 4>
16 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer vierten Ausführungsform. In der in 16 gezeigten Schaltung wird eine Wechselspannung, die von einer kommerziellen Spannungsquelle 12 geliefert wird, durch eine Diodenbrücke 13 gleichgerichtet, und das Ausgangssignal von der Diodenbrücke 13 wird durch einen Glättungskondensator 14 geglättet, wodurch eine Gleichspannung erhalten wird. Das heißt, der Glättungskondensator 14 arbeitet als Gleichspannungsquelle zum Liefern der Gleichspannung zur Wechselrichterschaltung 2.
Die Wechselrichterschaltung 2 der vorliegenden Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie die der in der dritten Ausführungsform gezeigten Wechselrichterschaltung. Die Primärseite eines Stromumformers 10 ist zwischen der kommerziellen Spannungsquelle 12 und der negativen Seite der Diodenbrücke 13 angeschlossen, während die Sekundärseite des Stromumformers 10 an den Eingang einer i_in-Erfassungsschaltung 11 angeschlossen ist. Der Ausgang der i_in Erfassungsschaltung 11 und der Ausgang eines Eingangsbereichs 17 sind mit dem Eingang einer Vergleichsschaltung 18 verbunden, der Ausgang der Vergleichsschaltung 18 ist mit einer Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist mit den Gates eines IGBTs 5 und eines IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des Induktionsherdes der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben aufgebaut ist, wird anhand der 17 bis 19 beschrieben.
Wenn eine beliebige Eingangsleistung p_in an dem Eingabebereich 17 vorgegeben wird, startet der Induktionsherd seinen Betrieb, bei dem der Eingabebereich 17 eine bestimmte Spannung vout2 entsprechend des vorgegebenen Wertes der Eingangsleistung p_in ausgibt. Der Stromumformer 10 erfasst einen Eingangsstrom i_in, der von der kommerziellen Spannungsquelle 12 in den Induktionsherd eingespeist wird, und die i_in-Erfassungsschaltung 11 gibt entsprechend der Größe des Eingangsstromes i_in eine Spannung als vout1 aus. Da die Eingangsleistung wie zuvor beschrieben aus dem Eingangsstrom erfasst werden kann, ergibt sich für die Ausgangsspannung vout1, dass diese einem Wert entsprechend der Eingangsleistung aufweist. 17 zeigt ein Verhältnis zwischen der Eingangsleistung p_in und der Ausgangsspannung vout1 in der i_in-Erfassungsschaltung 11. Wie in diesem Graph gezeigt, wird die Größe der Eingangsleistung p_in durch die Ausgangsspannung vout1 festgelegt. 18 zeigt Zusammenhänge zwischen in dem Eingabebereich 17 vorgegebenen Werten der Eingangsleistung und eine Ausgangsspannung vout2 des Eingabebereichs 17 entsprechend der vorgegebenen Werte. Obwohl in diesem Fall die vorgegebenen Werte in fünf Schritten vorgegeben sind, können die vorgegebenen Werte in einer größeren Anzahl von Schritten oder einer kleineren Anzahl von Schritten vorgegeben werden. 19 zeigt ein Verhältnis zwischen den im Eingabebereich 17 vorgegebenen Werfen der Eingangsleistung und der Ausgangsspannung vout2 entsprechend der vorgegebenen Werte. Aus den in 18 und 19 gezeigten Beziehungen kann eine Beziehung zwischen den vorgegebenen Werten der Eingangsleistung und der Ausgangsspannung vout2 des Eingabebereichs 17 gefunden werden. Die Vergleichsschaltung 18 vergleicht die Ausgangsspannung vout1 der i_in-Erfassungsschaltung 11 mit der Ausgangsspannung vout2 des Eingabebereichs 17 und gibt eine Spannung entsprechend der Differenz zwischen diesen Ausgangsspannungen an die Treiberschaltung 9 aus. Abhängig von der Größe der Differenz zwischen dem durch den Eingabebereich 17 vorgegebenen Vorgabewert und dem erfassten Eingangsstromwert, die durch das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 18 erfasst wird, steuert die Treiberschaltung 9 das Stromflussverhältnis D1 so dass sich die Differenz verringert, um den IGBT 5 und den IGBT 7 mit dem Stromflussverhältnis D1 anzusteuern. Im Konkreten bedeutet das, dass die Treiberschaltung 9 eine Steuerung ausführt, so dass sich das Stromflussverhältnis D1 verringert, wenn der abhängig von dem Eingangsstrom erfasste Wert der Eingangsleistung größer als der vorgegebene Wert der Eingangsleistung ist, und dass sich das Stromflussverhältnis D1 erhöht, wenn der abhängig von dem Eingangsstrom erfasste Wert der Eingangsleistung geringer als der vorgegebene Wert der Eingangsleistung ist.
Wie oben beschrieben kann durch Erfassen des Eingangsstroms i_in und Vergleichen dieses mit dem vorgegebenen Eingangswert eine Regelung der Eingangsleistung ausgeführt, wodurch ermöglicht wird, die Eingangsleistung korrekt zu einer Eingangsleistung einer willkürlichen Größe zu steuern, was im Einklang mit dem Produktspezifikationen steht.
<Ausführungsform 5>
20 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer fünften Ausführungsform. In 20 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; einen Stromumformer 10 und eine i_in Erfassungsschaltung 11, zum Erfassen eines Eingangsstromes; eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2; und eine ton1-Erfassungsschaltung 19 zum Erfassen der Stromflusszeit des ersten Schaltele mentes der Wechselrichterschaltung 2. Die Gleichspannungsquelle 1, die Wechselrichterschaltung 2, der Stromumformer 10 und die i_in-Erfassungsschaltung 11 sind die gleichen wie die der dritten Ausführungsform.
Der Stromumformer 10 ist zwischen der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 und dem niederspannungsseitigen Eingangsanschluss der Wechselrichterschaltung 2. Der Ausgang der i_in-Erfassungsschaltung 11 ist an die Treiberschaltung 9 angeschlossen. Die ton1-Erfassungsschaltung 19, die als Stromflusszeiterfassungsmittel zum Erfassen der Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5 dient, ist an die Treiberschaltung 9 angeschlossen.
Die Arbeitsweise des Induktionsherdes der wie oben aufgebauten vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben werden.
Ähnlich dem Fall der dritten Ausführungsform stellt die Treiberschaltung 9 das Stromflussverhältnis D1 abhängig von dem Ausgangssignal des Eingangsstromerfassungsmittel ein, das aus dem Stromumwandler 10 und der i_in Erfassungsschaltung 11 aufgebaut ist, und steuert den IGBT 5 und den IGBT 7 mit dem Stromflussverhältnis D1 an. Dass heißt, die Regelung der Eingangsleistung p_in wird durch den Eingangsstrom i_in ausgeführt.
Die ton1-Erfassungsschaltung 19 erfasst die Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5 und gibt eine Spannung entsprechend der Dauer der Stromflusszeit ton1 aus. Wenn die Treiberschaltung 9 die Regelung der Eingangsleistung p_in durch den Eingangsstrom i_in wie oben beschrieben ausführt, steuert die Treiberschaltung das Stromflussverhältnis D1 abhängig von der Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5, die durch die ton1 Erfassungsschaltung 19 erfasst wird, so dass der Eingangsstrom i_in, das heißt die Eingangsleistung p_in, nicht den oberen Grenzwert übersteigt, der entsprechend der Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5 festgelegt ist.
21 zeigt einen Graph einer Charakteristik der Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5 im Verhältnis zur Eingangsleistung p_in für den Fall, bei dem die Last eine magnetische Pfanne ist und den für den Fall bei dem die Last eine nichtmagnetische Pfanne ist. Die dicke durchgezogene Linie „a" in dem Graph steht für den oberen Grenzwert der Eingangsleistung p_in, wobei sich der obere Grenzwert der Ein gangsleistung p_in abhängig von der Stromflusszeit ton1 verändert. Das heißt, der obere Grenzwert wird auf 2000 W gesetzt, wenn die Stromflusszeit ton1 nicht kleiner als 17 μs ist und der obere Grenzwert wird auf 1600 W gesetzt, wenn die Stromflusszeit ton1 kleiner als 17 μs ist. In diesem Fall wird die Eingangsleistung p_in innerhalb eines Bereichs, der nicht größer als 1600 W ist, gesteuert, wenn die induktiv zu erhitzende Last eine nichtmagnetische Pfanne ist, und die Eingangsleistung p_in wird innerhalb eines Bereichs gesteuert, der nicht größer als 2000 W ist, wenn die Last eine magnetische Pfanne ist.
Ein Leistungsverlust an jedem die Wechselrichterschaltung 2 bildenden Element wird für den Fall der nichtmagnetischen Pfanne größer als für den Fall der magnetischen Pfanne, wenn diese unter Berücksichtigung einer identischen Eingangsleistung p_in verglichen wird. Deshalb wird durch Vorgeben des oberen Grenzwertes für die Eingangsleistung p_in entsprechend der Stromflusszeit ton1 wie in 21 gezeigt, der Maximumwert der Eingangsleistung p_in der magnetischen Pfanne auf 2000 W begrenzt und der maximale Wert der Eingangsleistung p_in der nichtmagnetischen Pfanne wird auf 1600 W begrenzt. Folglich kann, unabhängig davon ob die Last eine magnetische Pfanne oder eine nichtmagnetische Pfanne ist, der Heizbetrieb ausgeführt werden, ohne exzessive Verluste an jedem Element der Wechselrichterschaltung 2 zu machen.
Der obere Grenzwert der Eingangsleistung p_in, der für jeden Wert der Stromflusszeit ton1 des IGBT 5 festgesetzt wird, kann wie in 22 gezeigt oder auf einen anderen Wert festgesetzt werden. Beispielsweise kann, wenn der obere Grenzwert der Eingangsleistung so vorgegeben wird, dass er sich gleichmäßig entsprechend der Stromflusszeit ton1 wie in 22 gezeigt ändert, eine Last A, dessen Charakteristik der Eingangsleistung p_in abhängig von der Stromflusszeit ton1 zwischen der einer nichtmagnetischen Pfanne und der einer magnetischen Pfanne liegt, bei einem optimalen Betriebspunkt erhitzt werden, wobei sowohl die Verluste der Komponenten der Wechselrichterschaltung 2 als auch der obere Grenzwert der Eingangsleistung p_in berücksichtigt werden.
<Ausführungsform 6>
23 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer sechsten Ausführungsform.
In 23 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine vce1-Erfassungsschaltung 21 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements der Wechselrichterschaltung 2; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In 23 sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 die gleichen wie die aus der dritten Ausführungsform. Die vce1 Erfassungsschaltung 21 ist mit dem Kollektor des IGBTs 5 verbunden, der als erstes Schaltelement dient, der Ausgang der vce1-Erfassungsschaltung 21 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden und die Treiberschaltung 9 ist mit den Gate-Anschlüssen des IGBTs 5 und des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des Induktionsherdes, der wie oben aufgebaut ist, wird nachfolgend beschrieben. Beim Betrieb des Induktionsherdes erfasst die vce1-Erfassungsschaltung 21 die Kollektor-Emitter-Spannung vc1 des IGBTs 5, der als erstes Schaltelement dient, und gibt eine Spannung entsprechend der Größe dieser Spannung vce1 aus. Die Treiberschaltung 9 gibt das Stromflussverhältnis D1 vor, dies sind die Stromflusszeiten ton1 und ton1 des IGBTs 5 bzw. des IGBTs 7, abhängig von der Größe der Ausgangsspannung der vce1-Erfassungsschaltung 21, und steuert den IGBT 5 und IGBT 7 entsprechend dieser Stromflusszeiten an.
Die Charakteristik der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 in Abhängigkeit von der Eingangsleistung p_in des Induktionsherdes ergibt sich wie in 24 gezeigt. Aus dieser Charakteristik kann die vce1-Erfassungsschaltung 21 indirekt die Eingangsleistung p_in erfassen, durch Erfassen der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements im Betriebszustand, das ist die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5. Die Treiberschaltung 9 verändert das Stromflussverhältnis des IGBTs 5 und 7 abhängig von der Größe der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 von IGBT 5, die durch die vce1-Erfassungsschaltung 21 erfasst wird. Deshalb kann die Regelung der Eingangsleistung p_in anhand der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 ausgeführt werden, so dass die Eingangs leistung p_in korrekt entsprechend des Sollwertes der Eingangsleistung ähnlich der dritten Ausführungsform gesteuert werden kann.
<Ausführungsform 7>
25 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebten Ausführungsform.
In 25 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine vce1-Erfassungsschaltung 21 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5 der Wechselrichterschaltung 2; einen Stromumformer 10 und eine i_in-Erfassungsschaltung 11 zum Erfassen eines Eingangsstroms, der in die Wechselrichterschaltung 2 fließt; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1, die Wechselrichterschaltung 2, der Stromumformer 10 und die i_in-Erfassungsschaltung 11 die gleichen wie die der dritten Ausführungsform. Die vce1-Erfassungsschaltung 21 ist die gleiche wie die der sechsten Ausführungsform. Der Ausgang der vce1-Erfassungsschaltung 21 und der Ausgang der i_in-Erfassungsschaltung 11 sind beide mit der Treiberschaltung 9 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben werden.
Das Eingangsstromerfassungsmittel, das aus dem Stromumformer und der i_in Erfassungsschaltung 11 besteht, erfasst den Eingangsstrom i_in der Wechselrichterschaltung 2, während die i_in-Erfassungsschaltung 11 eine Spannung entsprechend der Größe des Eingangsstroms i_in ausgibt. Die vce1-Erfassungsschaltung 21 erfasst die Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements, also die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 und gibt eine Spannung entsprechend der Größe der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 aus. Die Treiberschaltung steuert den IGBT 5 und den IGBT 7 in Abhängigkeit von den Werten sowohl der Ausgangsspannung der i_in-Erfassungsschaltung 11 als auch der Ausgangsspannung der vce1-Erfassungsschaltung 21. Das heißt, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5, die durch die vce1 Erfassungsschaltung 21 erfasst wird, geringer als eine vorgegebene Spannung ist (die in diesem Fall zu 700 Volt angenommen wird), steuert die Treiberschaltung 9 die Wechselrichterschaltung 2 in Abhängigkeit des Ausgangssignals der i_in Erfassungsschaltung 11. Das heißt, die Regelung der Eingangsleistung p_in wird durch den Eingangsstrom i_in ausgeführt. Wenn die durch die vce1-Erfassungsschaltung 21 erfasste Spannung 700 Volt beträgt, steuert die Treiberschaltung 9 die Wechselrichterschaltung 2 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der vce1-Erfassungsschaltung 21. Das heißt, wenn die durch die vce1 Erfassungsschaltung 21 erfasste Spannung vce1 700 V erreicht, begrenzt die Treiberschaltung 9 das Stromflussverhältnis D1, so dass die Spannung vce1 700 V nicht überschreitet. Das heißt, wenn die Spannung vce1 700 V erreicht, wird das Stromflussverhältnis D1 verringert, so dass die Spannung vce1 700 V nicht überschreitet.
26 zeigt die Charakteristik der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBT 5 in Abhängigkeit der Eingangsleistung p_in jeweils für eine Lastart. Wie in diesem Graph gezeigt übersteigt die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBT 5, also die Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements, nicht 700 V, unabhängig von der Art der Last, und somit kann die Wechselrichterschaltung 2 einen sicheren Betriebszustand sichern.
<Ausführungsform 8>
27 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer achten Ausführungsform.
In 27 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine vce2-Erfassungsschaltung 24 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements 7 der Wechselrichterschaltung 2; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 die gleichen wie die der dritten Ausführungsform. Der Eingang der vce2-Erfassungsschaltung 24 ist mit dem Kollektor des IGBTs 7 verbunden, der Aus gang der vce2-Erfassungsschaltung 24 ist mit der Steuerschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist jeweils mit dem Gate des IGBTs 5 und des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben.
Im Betrieb des Induktionsherdes erfasst die vce2-Erfassungsschaltung 24 die Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBT 7 in Abhängigkeit von dem Kollektorpotential des IGBTs 7, der als zweites Schaltelement 7 dient, und gibt eine Spannung entsprechend der Größe der Spannung vce2 aus. Die Treiberschaltung 9 stellt die Stromflusszeiten ton1 und ton2 des IGBTs 5 bzw. IGBTs 7 abhängig von der Größe der Ausgangsspannung der vce2 Erfassungsschaltung 24 ein und steuert den IGBT 5 und den IGBT 7 entsprechend dieser Stromflusszeiten ton1 und ton2.
28 zeigt die Charakteristik der Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBT 7 in Abhängigkeit der Eingangsleistung p_in des vorliegenden Induktionsherdes. Die Treiberschaltung 9 kann die Eingangsleistung p_in indirekt durch die Größe der Spannung vce2, die durch die vce2-Erfassungsschaltung 24 erfasst wird, erfassen, die Regelung der Eingangsleistung p_in durch die Spannung vce2 über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements 7 ausführen und die Eingangsleistung p_in des Induktionsherdes ähnlich der dritten Ausführungsform korrekt steuern.
<Ausführungsform 9>
29 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer neunten Ausführungsform.
In 29 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine vce1-Erfassungsschaltung 21 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5 der Wechselrichterschaltung 2; eine vce2-Erfassungsschaltung 24 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements 7 der Wechselrichterschaltung 2; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 die gleiche wie die der ersten Ausführungsform. Die vce1-Erfassungsschaltung 21 ist die gleiche wie die der sechsten Ausführungsform, während die vce2-Erfassungsschaltung 24 die gleiche ist wie die der achten Ausführungsform.
Der Eingang der vce1-Erfassungsschaltung 21 ist mit dem Kollektor des IGBT 5 verbunden, der als erstes Schaltelement dient, und der Eingang der vce2-Erfassungsschaltung 24 ist mit dem Kollektor des IGBT 5 verbunden, der als zweites Schaltelement 7 dient. Der Ausgang der vce1-Erfassungsschaltung 21 und der Ausgang der vce2-Erfassungsschaltung 24 sind beide mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung ist jeweils mit dem Gate des IGBTs 5 und des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben.
Die vce1-Erfassungsschaltung 21 erfasst die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 und gibt eine Spannung entsprechend der Größe der Spannung vce1 aus. Die vce2-Erfassungsschaltung 24 erfasst die Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBT 7 und gibt eine Spannung entsprechend der Größe der Spannung vce2 aus. Die Treiberschaltung 9 erhält das Ausgangssignal der vce1-Erfassungsschaltung 21 und das Ausgangssignal der vce2-Erfassungsschaltung 24, stellt die Stromflusszeiten ton1 und ton2 des IGBTs 5 bzw. IGBTs 7 abhängig von diesen beiden Ausgangssignalen ein und steuert den IGBT 5 und den IGBT 7 entsprechend dieser Stromflusszeiten ton1 und ton2.
30 zeigt die Charakteristik der Spannung vce2 über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements in Abhängigkeit von der Spannung vce1 über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements jeweils für eine Lastart. In diesen Graph steht die fett durchgezogene Linie „a" für den oberen Grenzwert der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5. Die Steuerschaltung 9 überwacht die Spannung vce1 und die Spannung vce2 und steuert das Stromflussverhältnis D1, so dass das Verhältnis D1 verringert wird, wenn der Wert der Spannung vce1 den in 30 gezeigten oberen Grenzwert überschreitet.
Wie in 30 gezeigt, werden eine magnetische Pfanne und eine nichtmagnetische Pfanne t0.5 durch die vorliegende Steuerung nicht begrenzt, wohingegen eine nichtmagnetische Pfanne t1, eine nicht magnetische Pfanne t1.5 und eine Aluminiumpfanne durch den Wert der in 30 gezeigten fetten durchgezogenen Linie „a" begrenzt werden. In diesem Fall bezeichnet „t" die Dicke jeder Pfanne; wobei der Wert t um so größer ist, um so größer die Dicke jeder Pfanne ist.
Durch vorgeben des oberen Grenzwertes der Spannung vce1 wie in 30 gezeigt, kann die Treiberschaltung 9 für den Fall der magnetischen Pfanne und der nichtmagnetischen Pfanne t⌀.5 mit einer Pfannenbodendicke von 0,5 mm, wobei der Verlust an den Bauteilen der Wechselrichterschaltung 2 verhältnismäßig klein ist, ohne Begrenzung der Eingangsleistung p_in arbeiten. Der Leistungsverlust an jedem Element innerhalb der Schaltung erhöht sich entsprechend der Eingangsleistung, und daher wird der Leistungsverlust an jedem Element der Wechselrichterschaltung 2 verhältnismäßig groß für die Aluminiumpfanne, die nichtmagnetische Pfanne t1.5 und die nichtmagnetische Pfanne t1. Bei diesen Pfannen wird die obere Grenze der Eingangsleistung p_in durch den oberen Grenzwert der Spannung vce1 begrenzt, der entsprechend der Spannung vce2 eingestellt wird, und daher kann der Verlust an jedem Element gesenkt werden.
<Ausführungsform 10>
31 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zehnten Ausführungsform.
In 31 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine vce1 Erfassungsschaltung 21 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5 der Wechselrichterschaltung 2; eine vce2 Erfassungsschaltung 24 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements 7 der Wechselrichterschaltung 2; eine Subtrahierschaltung 27 zum Ausgeben einer Differenz zwischen der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5 und der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements 7; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In 31 sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 die gleichen wie die der dritten Ausführungsform, während die vce1-Erfassungsschaltung 21 und die vce2-Erfassungsschaltung 24 die gleichen sind wie die der neunten Ausführungsform. Der Eingang der vce2-Erfassungsschaltung 24 ist mit dem Kollektor-Anschluss des IGBTs 7 verbunden. Der Eingang der vce1-Erfassungsschaltung 21 ist mit dem Kollektor-Anschluss des IGBTs 5 verbunden. Der Ausgang der vce1 Erfassungsschaltung 21 und der Ausgang vce2 Erfassungsschaltung 24 sind beide mit der Subtrahierschaltung 27 verbunden. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 27 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben.
Die vce1-Erfassungsschaltung 21 erfasst die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 und gibt eine Spannung entsprechend der Größe der Spannung vce1 aus. Die vce2-Erfassungsschaltung 24 erfasst die Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBTs 7 und gibt eine Spannung entsprechend der Größe der Spannung vce2 aus. Die Subtrahierschaltung 27 gibt einen Wert aus, der der Größe der Differenz zwischen dem Ausgangssignal der vce1-Erfassungsschaltung 21 und dem Ausgangssignal der vce2-Erfassungsschaltung 24 entspricht, während die Treiberschaltung 9 das Ansteuern des IGBT 5 und des IGBT 7 abhängig von dem Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 27 steuert. 32 zeigt einen Graph der Charakteristik einer Eingangsleistung p_in in Abhängigkeit zur Spannungsdifferenz der Schaltelemente (vce1–vce2) unter Berücksichtigung der Lastart. In diesem Graph steht die fette durchgezogene Linie „a" für den oberen Grenzwert der Spannungsdifferenz (vce1–vce2) zwischen der Spannung vce1 über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements und der Spannung vce2 über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements. Wie in diesem Graph gezeigt, ist die Spannungsdifferenz (vce1–vce2) bezogen auf eine identische Eingangsleistung p_in im Falle der nichtmagnetischen Pfanne größer als im Falle der magnetischen Pfanne. Die Spannungsdifferenz (vce1–vce2) wird im Falle der nichtmagnetischen Pfanne mit zunehmender Pfannendicke größer. Andererseits ist der Verlust an den Bauteilen in der Wechselrichterschaltung 2 für den Fall der nichtmagnetischen Pfanne größer als für den Fall der magnetischen Pfanne und wird im Falle der nichtmagnetischen Pfanne mit steigender Pfannenbodendicke größer. Bei dem Induktionsherd der vorliegenden Ausführungsform kann durch begrenzen der Spannungsdifferenz (vce1–vce2) auf den oberen Grenzwert (110 V) die Eingangsleistung p_in bei einer nichtmagnetischen Pfanne t1.2 und einer nichtmagnetischen Pfanne t1.5 gesenkt werden, und als Folge davon kann der Leistungsverlust an jedem Bauelement der Wechselrichterschaltung 2 gesenkt werden.
<Ausführungsform 11>
33 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer elften Ausführungsform.
In 33 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; einen Stromumformer 29 und eine i_L-Erfassungsschaltung 30 zum Erfassen eines Stromes durch eine Heizspule; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In 33 sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 die gleichen wie die der dritten Ausführungsform. Der Stromumformer 29 ist mit der Heizspule 4 in Reihe geschaltet und die Sekundärseite des Stromumformers 29 ist mit der i_L-Erfassungsschaltung 30 verbunden. Der Ausgang der i_L-Erfassungsschaltung 30 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist mit den Gates des IGBTs 5 und des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben.
Der Stromumformer 29 und die i_L-Erfassungsschaltung 30 bilden ein Heizspulenstromerfassungsmittel. Der Stromumformer 29 erfasst den Strom der Heizspule 4, während die i_L-Erfassungsschaltung eine Spannung entsprechend der Größe des Stroms der Heizspule 4 ausgibt, der durch den Stromtransformer 29 erfasst wird. Die Treiberschaltung 9 stellt die Stromflusszeiten ton1 und ton2 des IGBTs 5 und des IGBTs 7 abhängig von der Größe der Ausgangsspannung der i_L- Erfassungsschaltung 30 ein und steuert und den IGBT 5 und den IGBT 7 entsprechend der Stromflusszeiten.
34 zeigt die Charakteristik des Stromes i_L des Heizspule 4 in Abhängigkeit der Eingangsleistung p_in einer Standardpfanne. Die Treiberschaltung 9 kann die Eingangsleistung p_in indirekt über die Größe des Stromes i_L der Heizspule 4 erfassen, der durch den Stromumformer 29 und die i_L-Erfassungsschaltung 30 erfasst wurde, und die Regelung der Eingangsleistung p_in über den Strom i_L durch Verändern des Stromflussverhältnisses des IGBTs 5 und des IGBTs 7 in Abhängigkeit von der Größe des Stromes i_L der Heizspule 4 ausführen, so dass die Eingangsleistung p_in des Induktionsherdes ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform korrekt gesteuert werden kann.
Die Treiberschaltung 9 erfasst die Eingangsleistung p_in abhängig von dem Strom i_L der Heizspule 4, vergleicht diesen erfassten Wert p_in mit einem Sollwert der Eingangsleistung und steuert das Stromflussverhältnis D1, so dass die Eingangsleistung abhängig von der Differenz zum Sollwert geführt wird. Das heißt, das Stromflussverhältnis D1 wird in einer Richtung gesteuert, in der es abnimmt, wenn der erfasste Wert p_in der Eingangsleistung größer als der Sollwert ist, und das Stromflussverhältnis D1 wird in eine Richtung gesteuert, in der es sich erhöht, wenn der erfasste Wert p_in der Eingangsleistung kleiner als der Sollwert ist.
35 zeigt die Charakteristik des Stromes i_L der Heizspule 4 in Abhängigkeit der Eingangsleistung p_in für den Fall, bei dem die Last eine magnetische Pfanne oder eine nichtmagnetische Pfanne ist. Wie in dem Graph gezeigt, stellt die Treiberschaltung 9 den oberen Grenzwert des Stromes i_L ein. Das heißt, die Treiberschaltung 9 erfasst die Größe des Stromes i_L aus dem Ausgangssignal der i_L-Erfassungsschaltung 30 während der Regelung der Eingangsleistung p_in und steuert das Stromflussverhältnis D1, so dass der Strom i_L die obere Grenze nicht übersteigt, die die fette durchgezogene Linie „a" in 35 zeigt. Deshalb ist bei dem Induktionsherd der vorliegenden Ausführungsform der obere Grenzwert des Stromes i_L wie in 35 gezeigt auf 70 A begrenzt, und deshalb kann die Eingangsleistung p_in der nichtmagnetischen Pfanne auf 1600 W gesenkt werden, so dass der Verlust der Wechselrichterschaltung 2 gesenkt werden kann.
<Ausführungsform 12>
36 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zwölften Ausführungsform.
In 36 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; einen Stromumformer 32 und eine ic1 Erfassungsschaltung 33 zum Erfassen eines Stromes, der durch das erste Schaltelement 5 fließt; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 gleich denen der dritten Ausführungsform. Der Stromumformer 32 ist mit dem IGBT 5 in Serie geschaltet und die Sekundärseite des Stromumformers 32 ist mit dem Eingang der ic1-Erfassungsschaltung 33 verbunden. Der Ausgang der ic1-Erfassungsschaltung 33 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist jeweils mit dem Gate des IGBTs 5 und des IGBTs 7 verbunden. Der Stromumformer 32 und die ic1-Erfassungsschaltung 33 bilden ein Erfassungsmittel des ersten Schaltelementstroms.
Der wie oben aufgebaute Induktionsherd der vorliegenden Ausführungsform führt eine Regelung der Eingangsleistung p_in aus, indem die Eingangsleistung p_in abhängig von dem Kollektorstrom des IGBTs 5, der als erstes Schaltelement dient, aus. Die Arbeitsweise wird nachfolgend beschrieben.
Der Stromumformer 32 erfasst den Kollektorstrom ic1 des IGBTs 5, und die ic1-Erfassungsschaltung 33 gibt eine Spannung entsprechend der Größe des Stromes ic1 abhängig von dem Erfassungsergebnis des Stromumformers 32 aus. Die Treiberschaltung 9 stellt die Stromflusszeiten ton1 und ton2 des IGBTs 5 und des IGBTs 7 abhängig von der Größe der Ausgangsspannung der ic1-Erfassungsschaltung 33 ein, steuert jeweils den IGBT 5 und IGBT 7 entsprechend der Stromflusszeiten und betreibt die Wechselrichterschaltung 2.
Die Charakteristik des Kollektorstroms ic1 des IGBTs 5 in Abhängigkeit der Eingangsleistung p_in für die Standardlast ist in 37 gezeigt. Entsprechend der in 37 gezeigten Beziehung kann die Treiberschaltung 9 die Eingangsleistung p_in indirekt anhand der Größe des Kollektorstroms ic1 erfassen, der durch den Stromumformer 32 und die ic1 Erfassungsschaltung 33 erfasst wurde, und die Regelung der Eingangsleistung p_in durch den Strom ic1 des ersten Schaltelements ausführen, so dass die Eingangsleistung p_in des Induktionsherdes korrekt gesteuert werden kann.
Die Treiberschaltung 9 kann die Größe des Stromes ic1 aus dem Ausgangssignal der ic1-Erfassungsschaltung 33 erfassen und somit kann die obere Grenze des Stromes ic1 auf beispielsweise 70 A eingestellt werden, wie in den in 38 gezeigten Graphen der p_in-ic1 Charakteristik durch die fette durchgezogene Linie „a" gezeigt ist. Mit dieser Anordnung kann die Eingangsleistung p_in der nichtmagnetischen Pfanne auf 1600 W gesenkt werden, so dass der Verlust der Wechselrichterschaltung 2 gesenkt werden kann. Normalerweise ist der Kollektorstrom ic1 des IGBTs 5 kleiner als der Strom i_L der Heizspule 4. Daher kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein Stromumformer mit einer kleiner Dimensionierung verwendet werden, als beim Erfassen des Strom i_L der Heizspule 4 nach der elften Ausführungsform.
<Ausführungsform 13>
39 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer dreizehnten Ausführungsform.
In 39 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; einen Stromumformer 35 und eine ic2-Erfassungsschaltung 36 zum Erfassen eines Stromes, der durch das zweite Schaltelement 7 fließt; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 die gleichen wie die der dritten Ausführungsform. Der Stromumformer 35 ist mit dem IGBT 7 in Serie geschaltet, und die Sekundärseite des Stromumformers 35 ist an den Eingang der ic1-Erfassungsschaltung 36 angeschlossen. Der Ausgang der ic2-Erfassungsschaltung 36 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist mit den Gates des IGBTs 5 und des IGBTs 7 verbunden.
Der Stromumformer 35 und die ic2-Erfassungsschaltung 36 bilden ein Erfassungsmittel des zweiten Schaltelementstroms.
Der wie oben aufgebaute Induktionsherd der vorliegenden Ausführungsform führt eine Regelung der Eingangsleistung p_in durch Erfassen der Eingangsleistung p_in abhängig von dem Kollektorstrom des IGBTs 7, der als zweites Schaltelement dient, aus. Die Arbeitsweise wird nachfolgend beschrieben.
Der Stromumformer 35 erfasst den Kollektorstrom ic2 des IGBT 7, während die ic2 Erfassungsschaltung 36 eine Spannung entsprechend der Größe des Kollektorstroms ic2 des IGBT 7 abhängig von dem Ausgangssignal des Stromumformers ausgibt. Die Treiberschaltung 9 stellt die Stromflusszeiten ton1 und ton2 des IGBT 5 und des IGBTs 7 abhängig von der Größe der Ausgangsspannung der ic2-Erfassungsschaltung 36 ein, steuert jeweils den IGBT 5 und den IGBT 7 entsprechend der Stromflusszeiten und betreibt die Wechselrichterschaltung 2.
Die Charakteristik des Kollektorstroms ic2 des IGBT 7 in Abhängigkeit der Eingangsleistung p_in bei einer Standardpfanne ist in 40 gezeigt. Entsprechend der in diesem Graph gezeigten Beziehung kann die Treiberschaltung 9 die Eingangsleistung p_in indirekt über die Größe des Kollektorstroms erfassen, der durch den Stromumformer 35 und die ic2-Erfassungsschaltung 36 erfasst wird, und die Regelung der Eingangsleistung p_in über den Strom ic2 ausführen, so dass die Eingangsleistung p_in des Induktionsherdes ähnlich der dritten Ausführungsform korrekt gesteuert werden kann.
Die Treiberschaltung 9 kann die Größe des Stromes ic2 des zweiten Schaltelements aus dem Ausgangssignal der ic2-Erfassungsschaltung 36 erfassen und deshalb kann die obere Grenze des Stromes ic2 beispielsweise auf 40 A eingestellt werden, wie in dem in der 41 gezeigten Graph der p_in-ic2 Charakteristik durch die fette durchgezogene Linie „a" gezeigt ist. Mit dieser Anordnung kann die Eingangsleistung p_in des nichtmagnetischen Topfes auf 1600 W gesenkt werden, so dass der Verlust der Wechselrichterschaltung 2 gesenkt werden kann. Die vorliegende Ausführungsform kann ebenfalls einen Stromumformer mit einer kleineren Dimensionierung ähnlich der zuvor genannten zwölften Ausführungsform benutzen.
<Ausführungsform 14>
42 zeigt ein Schaltdiagram eines Induktionsherdes entsprechend einer vierzehnten Ausführungsform.
In 42 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; einen Stromtransformer 35 und eine ic2-Erfassungsschaltung 36 zum Erfassen eines Stromes, der durch das zweite Schaltelement 7 fließt; eine ton1-Erfassungsschaltung 19 zum Erfassen der Stromflusszeit des ersten Schaltelements 5; und eine Steuerschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1 und die Wechselrichterschaltung 2 dieselben wie die der dritten Ausführungsform, während die ton1-Erfassungsschaltung 19 die gleiche ist wie die der fünften Ausführungsform. Das zweite Schaltelementstromerfassungsmittel, das aus dem Stromumformer 35 und der ic2-Erfassungsschaltung 36 aufgebaut ist, ist das gleiche wie das der dreizehnten Ausführungsform. Der Ausgang der ic2-Erfassungsschaltung 36 und der Ausgang der ton1-Erfassungsschaltung 19 sind beide mit der Treiberschaltung 19 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist jeweils mit dem Gate des IGBTs 5 und des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherd wird nachfolgend beschrieben.
Der Stromumformer 35 erfasst den Kollektorstrom ic2 des IGBTs 7, während die ic2-Erfassungsschaltung 36 eine Spannung entsprechend der Größe des Kollektorstroms ic2 des IGBT 7 abhängig von dem erfassten Wert des Stromumformers 35 ausgibt. Die ton1-Erfassungsschaltung 19 erfasst die Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5 und gibt eine Spannung entsprechend der Dauer der Stromflusszeit ton1 aus. Die Treiberschaltung 9 betreibt die Wechselrichterschaltung 2 mit dem Stromflussverhältnis des IGBTs 5 und des IGBTs 7 abhängig von der Größe der Ausgangsspannung der ic2-Erfassungsschaltung 36. In diesem Zustand wird das Stromflussverhältnis D1 so gesteuert, dass die Größe des durch die ic2-Erfassungsschaltung 36 erfassten Stromes ic2 nicht den oberen Grenzwert über schreitet, der entsprechend der Stromflusszeit ton1 festgelegt ist, die durch die ton1-Erfassungsschaltung 19 erfasst wird.
Das heißt, die Treiberschaltung 9 kann den oberen Grenzwert des Stromes ic2 ähnlich der dreizehnten Ausführungsform einstellen. Weiterhin wird bei der vorliegenden Ausführungsform der obere Grenzwert des Stromes ic2 entsprechend der Stromflusszeit ton1 abhängig von dem Ausgangssignal der ton1-Erfassungsschaltung 19 verändert. Beispielsweise wird bei der in 43 gezeigten ton1-ic2 Charakteristik der obere Grenzwert des Stromes ic2, der durch die fette, durchgezogene Linie „a" gezeigt ist, in zwei Schritten entsprechend der Stromflusszeit ton1 eingestellt. In diesem Fall kann, unter Betrachtung der Eingangsleistung p_in einer mehrlagigen Pfanne und im Gegensatz zu der Tatsache, dass sie in der dreizehnten Ausführungsform (41) auf 1800 W begrenzt ist, die Eingangsleistung p_in entsprechend der vorliegenden Ausführungsform bis zu 2000 W eingespeist werden, da der obere Grenzwert des Stromes ic2 45 A erreicht.
Unter Betrachtung des Aufbaus der Wechselrichterschaltung 2 der vorgenannten dritten bis zwölften Ausführungsform kann der erste Resonanzkondensator 6 wie in 44 gezeigt mit der Heizspule 4 parallel geschaltet werden, wodurch ermöglicht wird, eine ähnlich Ausführung zu erreichen. Wie in 45 gezeigt, kann ein Resonanzkondensator sowohl zur Heizspule 4 als auch zum IGBT 5 parallel geschaltet sein. Das Verbinden der Gleichspannungsquelle 1 mit der Heizspule 4 und dem IGBT 5 kann erreicht werden, in dem der IGBT 5 mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden wird und die Heizspule 4 mit der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden wird, wie in 46 dargestellt ist. Die Serienschaltung aus dem IGBT 7 und dem zweiten Resonanzkondensator 8 kann wie in 47 gezeigt zum IGBT 5 parallel geschaltet sein. Das erste Schaltelement kann aus einem Element eines in Umkehrrichtung sperrenden Typen aufgebaut sein, wie in 48 gezeigt ist. Weiterhin kann es wie in der in der zweiten Ausführungsform gezeigten Wechselrichterschaltung aufgebaut sein.
<Ausführungsform 15>
49 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer fünfzehnten Ausführungsform. In 49 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine vce1-Erfassungsschaltung 21 zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements 5, einen Stromsensor 10 und eine i_in-Erfassungsschaltung 11 zum Erfassen eines Eingangsstromes; eine Ungeeignete-Pfanne-Erfassungsschaltung 112 zum Erfassen einer ungeeigneten Last; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1, die Wechselrichterschaltung 2, die vce1-Erfassungsschaltung 21 und die i_in Erfassungsschaltung 11 die gleichen wie die vorgenannten.
Die Umrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule 4, die mit einem Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; einem IGBT 5, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient und zwischen dem anderen Anschluss der Heizspule 4 und der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einen ersten Resonanzkondensator, der mit dem IGBT 5 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 zu bilden; und eine Serienschaltung eines IGBTs 7, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient, und zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist, und einem Resonanzkondensator 8.
Ein Stromsensor 10 ist mit einer Leitung verbunden, die die positive Seite der Gleichspannungsquelle 1 mit der Wechselrichterschaltung 2 verbindet, und der Ausgang des Stromsensors 10 ist mit der i_in-Erfassungsschaltung 11 verbunden. Der Stromsensor 10 und die i_in-Erfassungsschaltung 11 bilden ein Eingangsstromserfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2. Die vce1-Erfassungsschaltung 21, die als erstes Schaltelementspannungserfassungsmittel dient, ist mit dem Kollektoranschluss des IGBT 5 verbunden. Der Stromsensor 10, die i_in-Erfassungsschaltung 11 und die vce1-Erfassungsschaltung 21 bilden ein Betriebszustanderfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2. Die Ausgänge der i_in-Erfassungsschaltung 11 und der vce1-Erfassungsschaltung 21 sind beide mit dem Eingang der Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfanne verbunden, die als ein Erfassungsmittel für ungeeignete Last dient, wobei der Ausgang der Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen mit der Treiberschaltung 9 verbunden ist, und die Treiberschaltung 9 ist mit dem Gate-Anschluss des IGBTs 5 und dem Gate-Anschluss des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben.
Wenn der Induktionsherd in Betrieb ist, erfasst der Stromsensor 10 den Eingangsstrom i_in der Wechselrichterschaltung 2, und die i_in-Erfassungsschaltung 11 gibt eine Spannung entsprechend der Größe des Eingangsstroms i_in abhängig von dem Ausgangssignal des Stromsensors 10 aus. Die vce1-Erfassungsschaltung 21 erfasst die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 und gibt eine Spannung entsprechend der Größe der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 aus. Die Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen erfasst, ob die Last geeignet oder ungeeignet ist, abhängig von der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5. Die Treiberschaltung 9 betreibt die Wechselrichterschaltung 2 durch abwechselndes Ansteuern des IGBTs 5 und des IGBTs 7 bei einer festgelegten Frequenz, wenn die Last geeignet ist, abhängig von einem Erfassungswert der Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen. Wenn die Last ungeeignet ist, unterbricht die Treiberschaltung 9 das Ansteuern des IGBTs 5 und des IGBTs 7 um den Betrieb der Wechselrichterschaltung 2 zu unterbrechen.
50 zeigt die Charakteristik des Eingangsstroms i_in der Wechselrichterschaltung 2 im Verhältnis zur Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBT 5 für die Fälle, in denen die induktiv zu erhitzende Last eine Standardpfanne, ein Topf und ein Messer ist. In der Figur zeigt die fette durchgezogene Linie „a" eine Grenzlinie der Geeignetheit/Ungeeignetheit der Last. Wenn ein durch den Eingangsstrom i_in und die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBT 5 erfasster Punkt in einem Bereich- unter der Grenzlinie der 50 angeordnet ist, gibt die Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen „Geeignetheit" als ein Erfassungsergebnis aus. Wenn der durch den Eingangsstrom i_in und die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 erfasste Punkt in einem Bereich oberhalb der Grenzlinie der 50 angeordnet ist, gibt die Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen „Ungeeignetheit" als ein Erfassungsergebnis aus. In dem vorlie genden Fall verringern sich die Bodenoberflächenbereiche der Standardpfanne, des Topfes und des Messers in dieser Reihenfolge. Wie in 50 gezeigt sind die Werte der Spannung vce1 in Bezug auf den Wert eines identischen Eingangsstromes i_in um so größer, je kleiner die Bodenoberflächenbereiche der Last sind. Deshalb werden, wenn die Last eine Standardpfanne oder Topf ist, diese erhitzt, wohingegen das Messer nicht erhitzt wird.
Wie oben beschrieben erfasst die Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen bei dem vorliegenden Induktionsherd die Geeigneiheit/Ungeeignetheit der Last abhängig von der Differenz in der Charakteristik des Eingangsstroms i_in der Wechselrichterschaltung 2 und der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 entsprechend jeder Last. Wenn die Last geeignet ist, bewirkt die Treiberschaltung 9, dass der IGBT 5 und der IGBT 7 bei einer vorbestimmten Arbeitsfrequenz f0 abwechselnd leitend werden und verändert das Stromflussverhältnis D1, wofür die Eingangsleistung p_in durch die bei einer vorbestimmten Frequenz betriebene Wechselrichterschaltung 2 variabel gesteuert werden kann. Wenn die Last ungeeignet ist, unterbricht die Treiberschaltung 9 das Ansteuern des IGBTs 5 und des IGBTs 7 und unterbricht den Betrieb der Wechselrichterschaltung 2, um den Heizbetrieb zu unterbrechen. Somit kann eine ungeeignete Last, wie die Last eines kleinen Gegenstands vorm Erhitzen geschützt werden.
<Ausführungsform 16>
51 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer sechszehnten Ausführungsform. In 51 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine vce2-Erfassungsschaltung 24 zum Erfassen der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements 7; einen Stromsensor 10 und eine i_in-Erfassungsschaltung 11 zum Erfassen eines Eingangsstroms; eine Erfassungseinheit 112 für ungeeignete Pfanne zum Erfassen einer ungeeigneten Last; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In diesem Fall sind die Gleichspannungsquelle 1, Wechselrichterschaltung 2, i_in-Erfassungsschaltung 11 und die vce2-Erfassungsschaltung 24 die gleichen wie die zuvor genannten.
Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule 4, die mit einem Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; einem IGBT 5, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient und über den anderen Anschluss der Heizspule 4 und die negative Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einem ersten Resonanzkondensator 6, der zu dem IGBT 5 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 zu bilden; und einer Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient, das zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist, und einem zweiten Resonanzkondensator 8.
Der Stromsensor 10 ist mit einer Leitung verbunden, die den Pluspol der Gleichspannungsquelle 1 mit der Wechselrichterschaltung 2 verbindet, und der Ausgang des Stromsensors 10 ist mit der i_in-Erfassungsschaltung 11 verbunden. Der Stromsensor 10 und die i_in-Erfassungsschaltung 11 bilden ein Eingangsstromerfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2.
Die vce2-Erfassungsschaltung 24, die als zweites Schaltelementspannungserfassungsmittel dient, ist mit dem Kollektor-Anschluss des IGBT 7 verbunden. Der Stromsensor 10, die i_in-Erfassungsschaltung 11 und die vce2-Erfassungsschaltung 24 bilden ein Betriebszustandserfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2. Die Ausgänge der i_in-Erfassungsschaltung 11 und der vce2-Erfassungsschaltung 24 sind beide mit dem Eingang der Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen verbunden, die als Erfassungsmittel für ungeeignete Last dient, der Ausgang der Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist jeweils mit dem Gate-Anschluss des IGBTs 5 und dem Gate-Anschluss des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben.
In der zuvor beschriebenen fünfzehnten Ausführungsform wird die Erfassung der Geeignetheit/Ungeeignetheit der Last anhand des Eingangsstromes i_in und der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBT 5, der als erstes Schaltelement dient, ausgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Erfassung der Geeignetheit/Ungeeignetheit der Last anhand des Eingangsstroms i_in und der Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBTs 7, der als zweites Schaltelement dient, ausgeführt. Somit ist die Grundarbeitsweise ähnlich der zur Ausführungsform 15 beschriebenen.
52 zeigt die Charakteristik des Eingangsstroms i_in der Wechselrichterschaltung 2 in Abhängigkeit der Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBTs 7 für die Fälle, bei denen die induktiv zu erhitzende Last eine Standardpfanne, ein Topf und ein Messer ist. In der Figur zeigt die fette, durchgezogene Linie „a" die Grenzlinie der Geeignetheit/Ungeeignetheit der Last. Wenn ein durch den Eingangsstrom i_in und die Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBT 7 bestimmter Punkt in einem Bereich unterhalb der Grenzlinie der 52 angeordnet ist, gibt die Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen des Induktionsherdes der vorliegenden Ausführungsform „Geeignetheit" als Erfassungsergebnis aus. Wenn der durch den Eingangsstrom i_in und die Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBTs 7 bestimmte Punkt in einem Bereich oberhalb der Grenzlinie der 52 angeordnet ist, wird „Ungeeignetheit" als Erfassungsergebnis ausgegeben. Abhängig von dem Erfassungsergebnis der Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen betreibt die Treiberschaltung 9 die Wechselrichterschaltung 2 wenn die Geeignetheit der Last erfasst wird und hält die Wechselrichterschaltung 2 an, wenn die Ungeeignetheit der Last erfasst wird.
Wie oben beschrieben kann eine ungeeignete Last wie ein Messer mittels der Erfassungsschaltung 112 für ungeeignete Pfannen erfasst werden und deshalb kann eine ungeeignete Last wie eine Last eines kleinen Gegenstandes davor geschützt werden, erhitzt zu werden.
<Ausführungsform 17>
53 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebzehnten Ausführungsform. In 53 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine v+ Erfassungsschaltung 119 zum Erfassen der Versorgungsspannung; eine Start/Stopp-Schaltung 120 zum Ausge ben eines Signals zum Starten oder Stoppen; eine Startverzögerungsschaltung 121 zum Verzögern des Signals zum Starten; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2. In 53 bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine kommerzielle Spannungsquelle, während das Bezugszeichen 13 eine Diodenbrücke bezeichnet, die als Gleichrichter dient, der mit der kommerziellen Spannungsquelle 12 verbunden ist. Ein Anschluss einer Drossel 117 ist mit dem positiven Ausgang der Diodenbrücke 13 verbunden, während der andere Anschluss der Drossel 117 mit einem Anschluss eines Glättungskondensators 14 verbunden ist. Der andere Anschluss des Glättungskondensators 14 ist mit dem negativen Ausgang der Diodenbrücke 13 verbunden, wobei der Glättungskondensator 14 die Funktion einer Gleichspannungsquelle zum Versorgen der Wechselrichterschaltung 2 hat. Die Drossel 117 hat die Funktion eines Filters.
Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule 4, deren einer Anschluss mit der positiven Seite des Glättungskondensators 14 verbunden ist; einem IGBT 5, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient und über den anderen Anschluss der Heizspule 4 und die Minuspolseite des Glättungskondensators 14 angeschlossen ist; einen ersten Resonanzkondensator 6, der zum IGBT 5 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 zu bilden; und eine Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als zweite Schaltelement dient und zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8.
Der positive Ausgang der Diodenbrücke 13 ist mit der v+ Erfassungsschaltung 119 verbunden, die als Überwachungsmittel für die kommerzielle Spannungsquelle dient. Der Ausgang der v+ Erfassungsschaltung 119 ist mit der Start/Stopp-Schaltung 120 verbunden, die als Start- und Stoppmittel dient, und der Ausgang der Start/Stopp-Schaltung 120 ist mit der Startverzögerungsschaltung 121 verbunden, die als Startverzögerungsmittel dient. Der Ausgang der Startverzögerungsschaltung 121 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und der Ausgang der Treiberschaltung 9 ist mit den Gate-Anschlüssen dese IGBT 5 und des IGBT 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend beschrieben.
Die v+ Erfassungsschaltung 119 der vorliegenden Ausführungsform erhält die Spannung der kommerziellen Spannungsquelle 12 als Eingangssignal, gibt ein Erfassungsergebnis „normal" aus, wenn die Spannung geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und gibt ein Erfassungsergebnis „unnormal" aus, wenn die Spannung nicht geringer als der vorbestimmte Wert ist.
Zunächst wird ein Fall beschrieben, bei dem der Induktionsherd seinen Betrieb in einem Zustand startet, indem die kommerzielle Spannungsquelle normal ist. In diesem Fall gibt die v+ Erfassungsschaltung 119 abhängig von der Spannung der kommerziellen Spannungsquelle 12 als Erfassungsergebnis „normaler Zustand" aus. Auf Erhalt eines Eingangssignals des Erfassungsergebnisses eines normalen Zustandes der kommerziellen Spannungsquelle 12 von der v+ Erfassungsschaltung 119 gibt die Start/Stopp-Schaltung 120 ein Startsignal zum Starten des Betriebs des Wechselrichters 2 aus. Auf Erhalt des Startsignals von der Start/Stopp-Schaltung 120 gibt die Startverzögerungsschaltung 121 das Startsignal nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit aus (die in diesem Fall zu 2 Sek. angenommen wird). Auf Erhalt des Startsignals von der Startverzögerungsschaltung 121 startet die Treiberschaltung 9 das Ansteuern des IGBTs 5 und des IGBTs 7 und startet den Betrieb der Wechselrichterschaltung 2.
Als nächstes wird der Betrieb für den Fall beschrieben, bei dem die kommerzielle Spannungsquelle 12 in einen abnormalen Zustand übergeht.
Wenn beispielsweise der Spannungsstoß eines Blitzschlages auf die kommerzielle Spannungsquelle 12 einwirkt, erhöht sich die Spannung des positiven Ausgangs der Diodenbrücke 13 von einem Wert des stationären Zustandes aus durch die Energie des Spannungsstoßes des Blitzschlages und wird folglich größer als der vorbestimmte Wert. Die v+ Erfassungsschaltung 119 erfasst, dass die kommerzielle Spannungsquelle 12 abnormal angestiegen ist und einen hohen Wert angenommen hat, und gibt ein Erfassungsergebnis aus, das für „abnormaler Zustand" steht. Nach Erhalt eines Eingangssignals des Erfassungsergebnisses eines abnormalen Zustands der kommerziellen Spannungsquelle 12 von der v+ Erfassungsschaltung 119 gibt die Start/Stopp-Schaltung 120 ein Stoppsignal zum Stoppen des Betriebs der Wechselrichterschaltung 2 aus. Auf Erhalt des Stoppsignals von der Start/Stopp-Schaltung 120 gibt die Startverzögerungsschaltung 121 unmittelbar das Stoppsignal aus. Auf Erhalt des Stoppsignals von der Startverzögerungsschaltung 121 unterbricht die Treiberschaltung 9 das Ansteuern des IGBT 5 und des IGBT 7 und stoppt den Betrieb der Wechselrichterschaltung 2.
Danach, wenn die Energie des Spannungsstoßes des Blitzschlages wieder verschwunden ist und die Spannung der kommerziellen Spannungsquelle 12 in den normalen Zustand zurückgekehrt ist, erfasst die v+ Erfassungsschaltung 119, dass die kommerzielle Spannungsquelle 12 wieder normal geworden ist, und bildet ein Ausgangssignal zu dieser Tatsache. Die Start/Stopp-Schaltung 120 erhält ein Eingangssignal des Erfassungsergebnisses eines normalen Zustands der kommerziellen Spannungsquelle 12 von der v+ Erfassungsschaltung 119 und gibt ein Startsignal zum Wiederstarten des Betriebs der Wechselrichterschaltung 2 aus. Auf Erhalt eines Eingangssignals des Startsignals der Start/Stopp-Schaltung 120 gibt die Startverzögerungsschaltung 121 das Startsignal nach dem Ablauf von 2 Sekunden aus. Die Treiberschaltung 9 startet wieder das Ansteuern des IGBTs 5 und des IGBTs 7 und den Betrieb der Wechselrichterschaltung 2 nach Erhalt der Eingabe des Startsignals von der Startverzögerungsschaltung 121.
Wie oben beschrieben kann die v+ Erfassungsschaltung 119 den Zustand der kommerziellen Spannungsquelle 12 überwachen und die Start/Stopp-Schaltung 120 kann das Starten/Stoppen der Wechselrichterschaltung 2 entsprechend des erfassten Ergebnisses der v+ Erfassungsschaltung 119 steuern. Deshalb wird, wenn die kommerzielle Spannungsquelle 12 wegen der Einwirkung einer Überspannung eines Blitzschlages oder dergleichen in einen abnormalen Zustand übergeht, der Betrieb der Wechselrichterschaltung 2 gestoppt werden, so dass das mögliche Auftreten eines Schadens der Wechselrichterschaltung 2 verhindert werden kann.
Die Startverzögerungsschaltung 121 überträgt das Startsignal zur Treiberschaltung 9 nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit (2 Sekunden im vorliegenden Fall) wenn sie das Startsignal von der Start/Stopp-Schaltung 120 erhält, oder überträgt unmittelbar das Stoppsignal zur Treiberschaltung 9, wenn sie das Stoppsignal von der Start/Stopp-Schaltung 120 erhält. Somit wird, wenn die v+ Erfassungsschaltung 119 die Abnormalität der kommerziellen Spannungsquelle 12 erfasst, der Betrieb der Wechselrichterschaltung 2 sofort gestoppt. Danach, wenn die v+ Erfassungsschaltung 119 die Rückkehr der kommerziellen Spannungsquelle 12 in den normalen Zustand erfasst, wird der Betrieb der Wechselrichterschaltung 2 nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit wieder aufgenommen. Selbst wenn die kommerzielle Spannungsquelle 12 übergangsweise wiederholt in den normalen Zustand und den abnormalen Zustand nach der Einwirkung eines Spannungsstoßes eines Blitzeinschlages wechselt, kann das System auf die Stabilität der kommerziellen Spannungsquelle 12 wegen der vorbestimmten Startverzögerungszeit warten, so dass die Wechselrichterschaltung 2 ungeachtet des Starts, Stopps und Wiederstartens davor geschützt werden kann, beschädigt zu werden.
<Ausführungsform 18>
54 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer achtzehnten Ausführungsform. In 54 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gieichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Sanftanlaufschaltung 150 zum langsamen Starten der Wechselrichterschaltung 2 und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2.
Die Wechselrichterschaltung 2 umfasst: eine Heizspule 4, bei der ein Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; einen IGBT 5, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient und über den anderen Anschluss der Heizspule 4 und die negative Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einen ersten Resonanzkondensator 6, der zum IGBT 5 parallel geschaltet ist, so dass er einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 bildet; und eine Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient und zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8.
Die Sanftanlaufschaltung 150 besteht aus: einem Eingabebereich 123, der als Eingabeeinstellmittel zum Einstellen der Eingangsleistung p_in der Wechselrichterschaltung 2 dient; einer Vergleichsspannungseinstellschaltung 124, deren Eingang mit dem Ausgang des Eingabebereichs 123 verbunden ist; einem Oszillator 125; und einer Vergleichseinheit 126 dessen positiver Eingang mit dem Ausgang der Referenzspannungsvergleichsschaltung 124 verbunden ist und dessen negativer Eingang mit dem Ausgang der Oszillatorschaltung 125 verbunden ist. Der Ausgang der Vergleichseinheit 126 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und der Ausgang der Treiberschaltung 9 ist mit dem Gate-Anschluss des IGBT 5 und dem Gate-Anschluss des IGBT 7 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherds wird nun beschrieben.
Wenn die Eingangsleistung p_in durch den Eingabebereich 123 eingestellt ist, bildet der Eingabebereich 123 ein Ausgangssignal entsprechend des eingestellten Wertes der Eingangsleistung. Der Oszillator 125 generiert ein Dreieckssignal einer vorbestimmten Frequenz. Die Referenzspannungseinstellschaltung 124 erhöht allmählich ihrer Spannungshöhe von einer minimalen Gleichspannung als Anfangswert und gibt schließlich eine Spannung mit einer Höhe entsprechend des eingestellten Wertes der Eingangsleistung p_in aus. Die Vergleichseinheit 126 vergleicht die Spannung des Dreieckssignals gemäß dem Ausgangssignal des Oszillators 125 mit der Gleichspannung gemäß dem Ausgangssignal der Referenzspannungseinstellschaltung 124. Die Vergleichseinheit gibt ein High-Level-Signal in einer Periode aus, in der die Gleichspannung größer als die Spannung des Dreieckssignals ist und gibt ein Low-Level-Signal in einer Periode aus, in der die Gleichspannung kleiner als die Spannung des Dreieckssignals ist. Die Referenzspannungseinstellschaltung 124 erhöht allmählich ihre Spannungsausgangshöhe von der Minimumgleichspannung Vs1 wie in 55 gezeigt, um diese zu verändern, bis sie eine Gleichspannung Vs2 entsprechend der Eingangsleistung p_in erreicht. Folglich erhöht sich die Pulsbreite des von der Vergleichseinheit 126 ausgegebenen High-Level-Signals allmählich und die Pulsbreite des Low-Level-Signals verringert sich allmählich. Die Treiberschaltung 9 erhöht allmählich das Stromflussverhältnis D1, welches ein Verhältnis der Stromflusszeit ton1 des IGBT 5 in Bezug auf einen konstanten Betriebszyklus t0 ist, von seinem Minimumwert aus. Schließlich werden, durch Steuern dieses auf ein Stromflussverhältnis D1 bei dem die Eingangsleistung p_in, die in dem Eingabebereich 123 eingestellt ist, erreicht werden kann, der IGBT 5 und IGBT 7 angesteuert.
Wie oben beschrieben erhöht die Treiberschaltung 9 allmählich das Stromflussverhältnis D1 (= ton1/t0) von dem Minimumwert bei einer konstanten Betriebsfrequenz f0 (= 1/t0) abhängig von dem Ausgangssignal der Sanftanlaufschaltung 150, die aus der Referenzspannungseinstellschaltung 124, dem Oszillator 125 und der Vergleichseinheit 126 besteht, und steuert den IGBT 5 und IGBT 7 bei diesem Stromflussverhältnis D1 an. Folglich erhöht sich die Eingangsleistung p_in allmählich von einem Minimumwert aus und erreicht dann nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit einen Wert entsprechend des eingestellten Werts. Deshalb kann der Betrieb in der Anlaufphase der Wechselrichterschaltung 2 sicherer gemacht werden, als in dem Fall, in dem sie von Anfang an in der Anfangsphase einen durch den Eingabebereich 123 eingestellten Wert hat. Beispielsweise fließt dann, wenn eine Aluminiumpfanne als Last verwendet wird, und wenn der Betrieb mit einem Stromflussverhältnis gestartet wird, das der Endeingangsleistung entspricht, die durch den Eingabebereich 123 eingestellt wird, ein zum Beschädigen der Wechselrichterschaltung 2 übermäßiger Strom durch die Wechselrichterschaltung 2. Entsprechend kann, durch separates Vorsehen einer Aluminiumpfannenerfassungsschaltung bei dem vorliegenden Induktionsherd und Starten der Vorrichtung während die Eingangsleistung von einem Minimumwert aus allmählich erhöht wird, die Aluminiumpfanne erfasst werden, bevor die Wechselrichterschaltung 2 beschädigt wird, so dass die Wechselrichterschaltung 2 durch Unterbrechen des Betriebs beim Erfassen der Aluminiumpfanne geschützt werden kann.
<Ausführungsform 19>
56 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer neunzehnten Ausführungsform. In 56 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Totzeiteinstellschaltung 130 zum Einstellen einer Totzeit; eine v+ Erfassungsschaltung 128 zum Erfassung der Spannung der Gleichspannungsquelle 1; eine vce1-Erfassungsschaltung 129 zum Erfassen der Spannung des ersten Schaltelements 5 in der Wechselrichterschaltung; und eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2.
Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule 4, deren Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; einem IGBT 5, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient, das über den anderen Anschluss der Heizspule 4 und die negative Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einen ersten Resonanzkondensator 6, der zu dem IGBT 5 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 zu bilden; und eine Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient, das zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8. Die v+ Erfassungsschaltung 128 ist mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 1 verbunden, und die vce1-Erfassungsschaltung 129 ist mit dem Kollektor des IGBTs 5 verbunden, wobei diese Bauteile das Betriebszustandserfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2 bilden. Der Ausgang der v+ Erfassungsschaltung 128 und der Ausgang der vce1-Erfassungsschaltung 129 sind beide mit der Totzeiteinstellschaltung 130 verbunden, die als Totzeiteinstellmittel dient, der Ausgang der Totzeiteinstellschaltung 130 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist mit dem Gate-Anschluss des IGBTs 5 und dem Gate-Anschluss des IGBTs 7 verbunden.
Die Arbeitsweise wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben.
Die v+ Erfassungsschaltung 128 erfasst die Spannung der Gleichspannungsquelle 1, während die vce1-Erfassungsschaltung 129 die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 erfasst, der als erstes Schaltelement dient. In diesem Zustand erhält die Totzeiteinstellschaltung 130 das Ausgangssignal der v+ Erfassungsschaltung 128 und das Ausgangssignal der vce1-Erfassungsschaltung 129 wie eingegeben und stellt die Totzeit abhängig von diesen beiden Eingangssignalen ein. Im konkreten Fall, wie in 57 gezeigt, sinkt die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBT 7 den Wert 0 V erreicht wird und der IGBT 7 ausgeschaltet wird. Anschließend, wenn der Wert der Spannung vce1 nach einer Zeitspanne t1 gleich der Span nung v+ der Gleichspannungsquelle 1 wird, bewirkt die Totzeiteinstellschaltung 130, dass die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBT 5 nach Ablauf einer festgelegten Zeit t2 von diesem Zeitpunkt an einen High-Level aufweist und dadurch den IGBT 5 einschaltet. Anschließend, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBT 5 dem Wert 0 V erreicht und der IGBT 5 ausgeschaltet wird steigt die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 an. Wenn der Wert der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBT 5 nach dem Ablauf der Zeit t3 gleich dem Wert der Spannung v+ der Gleichspannungsquelle 1 wird, bewirkt die Totzeiteinstellschaltung 130, dass die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBT 5 nach Ablauf einer bestimmten Zeit t4 von diesem Zeitpunkt an einen High-Level aufweist und dadurch den IGBT 7 einschaltet. Wie oben beschrieben stellt die Totzeiteinstellschaltung 130 eine Totzeit (td1 = t1 + t2) von der Zeit, wenn der IGBT 7 ausgeschaltet ist, bis zu der Zeit, wenn der IGBT 5 eingeschaltet ist, ein und stellt ebenfalls eine Totzeit (td1 = t3 + t4) von der Zeit, wenn der IGBT 5 ausgeschaltet ist, bis zu der Zeit, wenn der IGBT 7 eingeschaltet ist, ein.
Wie oben beschrieben erfasst die Totzeiteinstellschaltung 130 den Betriebszustand der Wechselrichterschaltung 2 aus der Spannung der Gleichspannungsquelle 1 und der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements und stellt die Totzeit abhängig von dem Betriebszustand der Wechselrichterschaltung ein. Bei dieser Anordnung werden der IGBT 5 und der IGBT 7 nicht gleichzeitig leitend, so dass die Wechselrichterschaltung 2 davor geschützt werden kann, beschädigt zu werden.
Außerdem wird die Totzeit td1 abhängig von dem Betriebszustand der Wechselrichterschaltung 2 eingestellt und verändert sich in Abhängig von der Last und deshalb wird der Wert entsprechend der Last auf einen angemessenen Wert eingestellt, so dass der stabile Schaltbetrieb des IGBTs 5 und des IGBTs 7 erreicht werden kann.
<Ausführungsform 20>
58 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zwanzigsten Ausführungsform. In 58 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungs quelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2 und eine Totzeiteinstellschaltung 132 zum Einstellen einer Totzeit. Der Aufbau der Wechselrichterschaltung 2 ist identisch mit der der neunzehnten Ausführungsform und somit wird hier keine Beschreibung gegeben.
Der Ausgang der Totzeiteinstellschaltung 132 ist mit der Treiberschaltung 9 verbunden, und die Treiberschaltung 9 ist mit dem Gate-Anschluss des IGBTs 5 und dem Gate-Anschluss des IGBTs 7 in der Wechselrichterschaltung 2 verbunden.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 59 beschrieben werden.
In 59 gibt, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBTs 7 auf 0 V geht und der IGBT 7 ausgeschaltet wird, die Totzeiteinstellschaltung 132 an die Treiberschaltung 9 ein Ausschaltsignal zum Ausschalten sowohl des IGBT 5 als auch des IGBT 7 während einer bestimmten Zeit td2 von dem Zeitpunkt aus, von dem die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBT 7 auf 0 V geht. Die Treiberschaltung 9 schaltet sowohl den IGBT 5 als auch den IGBT 7 während der Zeit td2 auf Erhalt dieses Ausschaltesignals aus. Nach Ablauf der Zeit td2 unterbricht die Totzeiteinstellschaltung 132 das Ausgeben des Ausschaltsignals, wodurch die Treiberschaltung 9 die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBTs 5 von 0 V auf einen hohen Wert ändert, und dadurch den IGBT 5 einschaltet. Dann, nach Ablauf einer vorgegebenen Stromflusszeit, wechselt sie die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBTs 5 von dem hohen Niveau auf 0 V, um den IGBT 5 auszuschalten. Wenn der IGBT 5 ausgeschaltet ist und sich die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBTs 5 auf 0 V geändert hat, gibt die Totzeiteinstellschaltung 132 an die Treiberschaltung 9 das Ausschaltsignal zum Ausschalten sowohl des IGBT 5 als auch des IGBT 7 während der vorgegebenen Zeit td2 von dem Moment an, wenn sich die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBTs 5 auf 0 V geändert hat. Die Treiberschaltung 9 schaltet auf Erhalt dieses Ausschaltsignals sowohl den IGBT 5 als auch den IGBT 7 während der Zeit td2 aus. Nach Ablauf der Zeit td2 unterbricht die Totzeiteinstellschaltung das Ausgeben des Ausschaltesignals, wodurch die Treiberschaltung 9 die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBT 7 von 0 V auf den High-Level schaltet und dadurch den IGBT 7 einschaltet. Anschließend, nach Ablauf einer vorbestimmten Stromflusszeit wechselt sie die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBTs 7 von dem High-Level auf 0 V, und schaltet dadurch den IGBT 7 aus. Anschließend wird der Vorgang wiederholt.
Wie oben beschrieben kann die Totzeiteinstellschaltung 132 die Totzeit von der Zeit an, wenn der IGBT 7 ausgeschaltet wird, bis zu der Zeit, wenn der IGBT 5 eingeschaltet wird, auf die Zeit td2 setzen und ebenfalls die Totzeit von der der Zeit an, wenn der IGBT 5 ausgeschaltet wird, bis zu der Zeit, bei der der IGBT 7 eingeschaltet wird, auf td2 setzen, ohne das Betriebszustandserfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2 zu verwenden. Somit sind der IGBT 5 und der IGBT 7 nicht gleichzeitig leitend, so dass die Wechselrichterschaltung 2 in preisgünstigen Schaltungen davor geschützt werden kann, beschädigt zu werden.
<Ausführungsform 21>
Ein Induktionsherd entsprechend einer einundzwanzigsten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben werden. Der Induktionsherd der vorliegenden Ausführungsform weist die gleiche Konstruktion auf wie die der in 58 gezeigten zwanzigsten Ausführungsform und unterscheidet sich von der zwanzigsten Ausführungsform in der Arbeitsweise der Totzeiteinstellschaltung.
Die Arbeitsweise des Induktionsherdes wird nachfolgend anhand der 60 und 61 beschrieben.
60 zeigt die Betriebssignalformen an verschiedenen Teilen des IGBT 5 und des IGBT 7 in dem Fall, wenn die Eingangsleistung p_in klein ist. Wie in 60 gezeigt gibt, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBTs 7 den Wert 0 V annimmt und der IGBT 7 ausgeschaltet wird, die Totzeiteinstellschaltung 132 an die Treiberschaltung 9 ein Ausschaltsignal zum Ausschalten sowohl des IGBTs 5 als auch des IGBTs 7 während einer vorbestimmten Zeit td3 von da an, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBTs 7 den Wert 0 V annimmt. Auf Erhalt dieses Signals schaltet die Treiberschaltung 9 sowohl den IGBT 5 als auch den IGBT 7 aus. Nach Ablauf der Zeit td3 unterbricht die Totzeiteinstellschaltung 132 das Ausgeben des Signals zum Ausschalten sowohl des Schaltelements 5 als auch 7. Die Treiberschaltung 9 ändert die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBTs 5 von 0 V auf den High-Level, und schaltet dadurch den IGBT 5 ein. Dann, nach Ablauf einer vorgegebenen Stromflusszeit ändert sie die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBT 5 von dem High-Level auf 0 V, und schaltet dadurch den IGBT 5 aus.
In diesem Fall wird die Zeit td3 wie folgt eingestellt. Das heißt, wie in 60 gezeigt verringert sich die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 allmählich, zu einem kleinen Wert hin, nachdem die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBTs 7 den Wert 0 V angenommen hat und der IGBT 7 ausgeschaltet wurde. Wenn die Eingangsleistung p_in klein ist, wie in der Figur gezeigt, verringert sich die Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 nicht nach 0 V, sondern erhöht sich vielmehr um auf dem Weg zum Abfallen einen Minimumwert aufzuweisen. Die Zeit td3 ist auf eine Zeit eingestellt von einer Zeit, zu der die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBTs 7 den Wert 0 V annimmt bis zu der Zeit, wenn der Wert der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBTs 5 einen Minimumwert annimmt.
Anschließend, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBTs 5 den Wert 0 V annimmt und der IGBT 5 ausgeschaltet wird, gibt die Totzeiteinstellschaltung 132 zur Treiberschaltung 9 ein Ausschaltsignal aus zum Ausschalten sowohl des IGBT 5 als auch des IGBT 7 von einer Zeit aus beginnend, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBTs 5 den Wert 0 V annimmt und für die Dauer der Zeit td2. Auf Erhalt dieses Signals schaltet die Treiberschaltung 9 sowohl den IGBT 5 als auch den IGBT 7 aus. Nach Ablauf der Zeit td2 ändert die Treiberschaltung 9 die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBT 7 von 0 V auf dem High-Level und schaltet dadurch den IGBT 7 ein. Anschließend, nach Ablauf einer vorbestimmten Stromflusszeit ändert sie die Gate-Emitter-Spannung vge2 des IGBT 7 von dem High-Level auf 0 V, und schaltet dadurch den IGBT 7 aus. Anschließend wird der Vorgang wiederholt. In diesem Fall wird die Totzeit td2 auf etwa eine halbe Periode von der Zeit gesetzt, wenn die Gate-Emitter-Spannung vge1 des IGBT 5 0 V wird bis zu der Zeit wenn der Kollektor-Emitter-Strom ic2 des IGBT 7 ein negativer Strom wird (Strom einer eingebauten Freilaufdiode des IGBTs 7).
Wie oben beschrieben stellt die Totzeiteinstellschaltung 132 die Totzeit von der Zeit, wenn der IGBT 7 ausgeschaltet ist, bis zu der Zeit, wenn der IGBT 7 eingeschaltet ist, auf die Zeit td3 und stellt die Totzeit von der Zeit, wenn der IGBT 5 ausgeschaltet, ist bis zu der Zeit, wenn der IGBT 7 eingeschaltet ist, auf die Zeit td2 ohne das Betriebszustandserfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2 zu verwenden, wodurch erreicht wird, dass die Zeit td2 und td3 jeweils Optimalwerte aufweisen. Mit dieser Anordnung kann das mögliche Auftreten von Beschädigungen der Wechselrichterschaltung 2 bedingt durch gleichzeitige Leitung des IGBTs 5 und des IGBTs 7 bei preisgünstigen Schaltungen verhindert werden und Optimalschaltvorgänge des IGBTs 5 und des IGBTs 7 können erreicht werden.
61 zeigt die Betriebssignalformen an verschiedenen Teilen des IGBTs 5 und des IGBTs 7 in dem Fall, in dem die Eingangsleistung p_in des Induktionsherdes der zwanzigsten Ausführungsform klein ist. Wenn die Eingangsleistung p_in klein ist, wird die Spannung vce1 nicht Null Volt werden, sondern behält einen Wert, unmittelbar bevor der IGBT 5 eingeschaltet wird und deshalb wird die Vorrichtung in einen Betriebsmodus übergehen, in dem diese verbleibende Spannung kurzgeschlossen wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Kurzschlussspannung in diesem Zustand mit einem Minimumwert zugelassen und deshalb kann das Entstehen von Verlustleistung und Rauschen an dem IGBT 5 im Vergleich mit dem in 61 gezeigten Fall verringert werden.
Unter Betrachtung des Aufbaus der Wechselrichterschaltung 2 der vorgenannten fünfzehnten bis einundzwanzigsten Ausführungsform kann der erste Resonanzkondensator 6 mit der Heizspule parallel geschaltet werden, wie in 44 gezeigt ist, um zu ermöglichen, dass eine ähnliche Umsetzung erreicht wird. Wie in 45 kann der Resonanzkondensator sowohl zur Heizspule 4 als auch zum IGBT 5 parallel geschaltet werden. Für die Verbindung der Gleichspannungsquelle 1, Heizspule 4 und des IGBT 5 ist es annehmbar, den IGBT 5 mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 zu verbinden und die Heizspule 4 mit der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 zu verbinden, wie in 46 gezeigt ist. In Bezug auf die Serienschaltung des IGBTs 7 und des zweiten Resonanzkondensators 8 kann diese zum IGBT 5 parallel geschaltet sein, wie in 47 gezeigt ist. Das erste Schaltelement kann aus einem Element der in Ge[TEXT FEHLT]
Die Betriebsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben.
Wenn der Induktionsherd seinen Betrieb aufnimmt, betreibt die Treiberschaltung 9 die Wechselrichterschaltung 2 indem sie den IGBT 5 und den IGBT 7 abwechselnd leitend werden lässt bei einem Stromflussverhältnis entsprechend einer Nennleistungsaufnahme bei einer konstanten Frequenz, und die von1-Erfassungsschaltung 211 erfasst eine Kollektor-Emitter-Spannung von1 (auf die nachfolgend als „Restspannung" Bezug genommen wird) des IGBTs 5 unmittelbar bevor der IGBT 5 eingeschaltet wird. Die Signalformen an verschiedenen Teilen der Wechselrichterschaltung 2 bilden sich so aus, wie in 63 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Restspannung von1 null Voll, und die von1-Erfassungsschaltung 211 erfasst nicht von1. Die von1-Erfassungsschaltung 211 hält das Relais 210 eingeschaltet, wenn sie keine Restspannung von1 erfasst.
Wenn die Eingangsleistung in diesem Zustand verringert wird, ergeben sich die Betriebssignalformen der Wechselrichterschaltung wie in 64 gezeigt ist. Das heißt die Restspannung von1 der Kollektor-Emitter-Spannung wird nicht auf null Volt abgesenkt bevor der IGBT 5 eingeschaltet wird. Aus diesem Grunde erfasst die von1-Erfassungsschaltung 211 die Restspannung von1. Diese Restspannung von1 entsteht auch dann, wenn die Last zu einer bestimmten Art gehört, wie eine magnetische Pfanne, dessen Oberfläche mit Kupfer beschichtet ist (auf die nachfolgend als kupferbekleidete Pfanne Bezug genommen wird). Wenn die von1-Erfassungsschaltung 211 die Restspannung von1 erfasst, gibt die von1-Erfassungsschaltung 211 zuerst ein Steuersignal zum Stoppen der Wechselrichterschaltung an die Treiberschaltung 9 aus. Auf Erhalt dieses Steuersignals unterbricht die Treiberschaltung 9 den Betrieb der Wechselrichterschaltung 2. Wenn die Wechselrichterschaltung 2 gestoppt ist, gibt die von1-Erfassungsschaltung 211 ein Signal zum Ausschalten des Relais 210 aus, wodurch das Relais 210 ausgeschaltet wird. Durch diesen Vorgang wird der dritte Resonanzkondensator 209 von der Wechselrichterschaltung 2 getrennt. Als Ergebnis wechselt der Resonanzkondensator, der mit der Heizspule 4 einen Resonanzkreis bildet (auf diesen Kondensator wird nachfolgend als „funktionell erster Resonanzkondensator" Bezug genommen), von der Parallelschaltung des ersten Resonanzkondensators 6 und dritten Resonanzkondensators 209 in nur noch genrichtung sperrenden Art aufgebaut sein, wie in 48 gezeigt ist. Außerdem kann die Wechselrichterschaltung einen Aufbau aufweisen, wie in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist.
<Ausführungsform 22>
62 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform. In 62 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstrom von einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2; und eine von1-Erfassungsschaltung 211 zum Erfassen einer Spannung unmittelbar vor dem Leiten des ersten Schaltelements in der Wechselrichterschaltung 2.
Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus einer Heizspule 4, dessen einer Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; einem IGBT 5 der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient, das über den anderen Anschluss der Heizspule 4 und den Minuspol der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einen ersten Resonanzkondensator 6, der zum IGBT 5 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 zu bilden; eine Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient, das zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist, und aus einem zweiten Resonanzkondenstur 8; und eine Serienschaltung aus einem dritten Resonanzkondensator 209 und einem Relais (RL) 210, die zum ersten Resonanzkondensator 6 parallel geschaltet ist. Der dritte Resonanzkondensator 209 und das Relais 210 bilden ein erstes Resonanzkondensatorumschaltmittel zum Umschalten der Kapazität des ersten Resonanzkondensators 6.
Der Kollektor des IGBTs 5 ist mit dem Eingang der von1-Erfassungsschaltung 211 verbunden, die als Betriebszustandserfassungsmittel der Wechselrichterschaltung dient, und der Ausgang der von1-Erfassungsschaltung 211 ist mit dem Relais 210 und der Treiberschaltung 9 verbunden. TEXT FEHLT den ersten Resonanzkondensator 6 über. In diesem Fall verringert sich die Kapazität des funktionell ersten Resonanzkondensators. Somit ergeben sich die Signalformen an den Teilen der ersten Wechselrichterschaltung 2 wie in 65 gezeigt ist, wo das Entstehen der Restspannung von1 verschwindet, selbst wenn die Eingangsleistung klein ist.
Wie oben beschrieben ändert sie sich, wenn die von1-Erfassungsschaltung 211 die Restspannung von1 erfasst, die in dem Fall entsteht, wenn die Eingangsleistung verringert ist oder in dem Fall, wenn die Last zu einer vorbestimmten Art gehört, der funktionell erste Resonanzkondensator von der Parallelschaltung des ersten Resonanzkondensators 6 mit dem dritten Resonanzkondensator 209 in nur noch den ersten Resonanzkondensator 6, wodurch die Kapazität verringert wird. Durch diesen Vorgang kann die Wechselrichterschaltung 2 in einem Zustand betrieben werden, bei dem die Restspannung von1 nicht hervorgerufen, so dass der Leistungsverlust und das Rauschen des IGBTs 5 reduziert werden kann.
<Ausführungsform 23>
66 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform. In 66 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Treiberschaltung 9 zum Ansteuern der Wechselrichterschaltung 2; und eine von1-Erfassungsschaltung 211 zum Erfassen der Stromflusszeit des Schaltelements in der Wechselrichterschaltung 2.
Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule, dessen einer Anschluss mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; einem IGBT 5, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient, das über den anderen Anschluss der Heizspule 4 und die negative Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einem ersten Resonanzkondensator 6, der zum IGBT 5 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 zu bilden; einer Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient, das mit der Heizspule 4 parallel geschaltet, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8; und einer Serienschaltung aus einem vierten Resonanzkondensator 212 und einem Relais 213, die mit dem zweiten Resonanzkondensator 8 parallel geschaltet ist.
Der vierte Resonanzkondensator 212 und das Relais 213 bilden ein zweites Resonanzkondensatoränderungsmittel zum Ändern der Kapazität des zweiten Resonanzkondensators 8.
Die Betriebweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben. Die Grundarbeitsweise ist die gleiche wie bei der vorgenannten zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
Im Betrieb der Wechselrichterschaltung 2 verringert sich die Restspannung von1 wenn sich die Kapazität des Resonanzkondensators erhöht, der eine Serienschaltung mit dem zweiten Schaltelement 7 bildet (auf diesen Kondensator wird nachfolgend als „funktionell zweiter Resonanzkondensator" Bezug genommen). Deshalb erfasst im Falle der vorliegenden Ausführungsform die von1-Erfassungsschaltung die Entstehung der Restspannung von1, und gibt ein Steuersignal an das Relais 213, um das Relais 213 einzuschalten, wenn die Entstehung der Restspannung erfasst wurde, oder gibt das Steuersignal an das Relais 213 um das Relais 213 auszuschalten, wenn die Entstehung einer Restspannung nicht erfasst wurde. Bei diesem Vorgang wird der vierte Resonanzkondensator 212 mit der Wechselrichterschaltung 2 verbunden, wenn die Restspannung entstanden ist, weshalb sich die Kapazität des funktionell zweiten Resonanzkondensators erhöht. Wenn keine Restspannung entstanden ist, wird der vierte Resonanzkondensator 212 von der Wechselrichterschaltung 2 getrennt, weshalb sich die Kapazität des funktionell zweiten Resonanzkondensators verringert.
Wie oben beschrieben ändert sich, wenn die von1-Erfassungsschaltung 211 die Restspannung erfasst, die für den Fall erzeugt wurde, in dem die Eingangsleistung verringert wurde, oder in dem Fall in dem die Last zu einer vorbestimmten Art gehört wie eine kupferummantelte Pfanne, der funktionell zweite Resonanzkondensator von nur dem zweiten Resonanzkondensator 8 in eine Parallelschaltung aus dem zweiten Resonanzkondensator 8 und dem vierten Resonanzkon densator 212, wodurch seine Kapazität erhöht wird. Durch diese Arbeitsweise kann die Wechselrichterschaltung 2 in einem Zustand betrieben werden, in dem keine Restspannung von1 erzeugt wird, so dass die Verlustleistung und das Rauschen an dem IGBT 5 verringert werden kann.
<Ausführungsform 24>
67 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer vierundzwanzigstens Ausführungsform. In 67 umfasst der Induktionsherd: eine Wechselrichterschaltung zum Umwandeln des Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Treiberschaltung 9 zum Ansteuern der Wechselrichterschaltung 2; und eine von1-Erfassungsschaltung 211 zum Erfassen einer Spannung unmittelbar vor dem Leiten des ersten Schaltelements in der Wechselrichterschaltung 2.
Die Wechselrichterschaltung 2 besteht aus: einer Heizspule 4, deren einer Anschluss über eine Spule 214 und ein Relais 215 mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist; einen IGBT 5, der eine eingebaute Freiluftdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient, das über den anderen Anschluss der Heizspule 4 und die negative Seite der Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen ist; einem ersten Resonanzkondensator 6, der zum IGBT 5 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzkreis mit der Heizspule 4 zu bilden; und aus einer Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freiluftdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient, das zur Heizspule 4 parallel geschaltet ist, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8. Die Spule 214 und das Relais 215 bilden ein Heizspulenänderungsmittel.
Die Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben. Die Grundarbeitsweise ist die gleiche wie die der vorgenannten zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
Während des Betriebs der Wechselrichterschaltung 2 verringert sich die Restspannung von1 wenn sich die Induktivität der Resonanzspule erhöht. Deshalb erfasst im Falle der vorliegenden Ausführungsform die von1-Erfassungsschaltung das Entstehen der Restspannung von1 und gibt dann ein Steuersignal an das Relais 215 aus, so dass das Relais 215 einen Schalter S1 schließt, wenn das Entstehen der Restspannung von1 nicht erfasst wurde, oder gibt das Steuersignal an das Relais 215, so dass das Relais 215 einen Schalter S2 schließt, wenn das Entstehen der Restspannung von1 erfasst wurde. Durch diesen Vorgang wird die Spule 214 mit der Wechselrichterschaltung 2 verbunden, wenn die Restspannung von1 erfasst wird, wodurch sich der Induktivitätswert der Resonanzspule erhöht.
Wie oben beschrieben ändert sich dann, wenn die von1-Erfassungsschaltung 211 die Restspannung von1 erfasst, die in dem Fall entsteht, wenn die Eingangsleistung sich verringert oder in dem Fall, wenn die Last zu einer vorbestimmten Art wie ein in Kupfer gekleideter Topf gehört, die Resonanzspule von nur der Heizspule 4 in die Serienschaltung aus der Heizspule 4 und der Spule 214 und erhöht dadurch ihre Induktivität. Durch diese Betriebsweise kann die Wechselrichterschaltung 2 in einem Zustand betrieben werden, in dem keine Restspannung von1 entsteht, so dass der Leistungsverlust und das Rauschen an dem IGBT 5 reduziert werden kann.
<Ausführungsform 25>
68 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform. In 68 bezeichnet das Bezugszeichen 216 den Hauptteil des Induktionsherdes, das Bezugszeichen 217 bezeichnet eine obere Platte des Induktionsherdes 216, und einen Topf 218 ist als Last auf die obere Platte 217 gestellt.
Innerhalb des Induktionsherdes 216 ist eine Heizspule 204 an einer Heizspulenbasis 219 befestigt, und die Heizspulenbasis 219 ist an einer Abstandseinstelleinheit 220 montiert, die als Abstandsänderungsmittel dient. Die Abstandseinstelleinheit 220 wird durch einen Motor angetrieben.
Die Betriebsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben. Die Grundbetriebsweise ist die gleiche wie die der vorgenannten zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
Während des Betriebes der Wechselrichterschaltung (nicht dargestellt) wenn der Abstand d, das heißt der Abstand zwischen der Heizspule 204 und dem Topf 218 sich erhöht, verringert sich die Restspannung von1. Im Falle der vorliegenden Ausführungsform erhöht die Abstandseinstelleinheit 220 den Abstand d, welches der Abstand zwischen der Heizspule 204 und dem Topf 218 ist, wenn die Restspannung von1 entsteht.
Wie oben beschrieben erfasst die von1-Erfassungsschaltung (nicht gezeigt), die innerhalb des Induktionsherdes 216 bereit gestellt ist, die Restspannung von1, die in dem Fall entsteht, wenn sich die Eingangsleistung verringert oder in dem Fall, wenn die Last zu einer vorbestimmten Art wie ein in Kupfer eingekleideter Topf gehört, und die Abstandseinstelleinheit 220 erhöht den Abstand d. Somit kann die Wechselrichterschaltung in einem Zustand betrieben werden, in dem keine Restspannung von1 entsteht, so dass der Verlust und das Rauschen an den Schaltelementen (nicht gezeigt) reduziert werden kann.
<Ausführungsform 26>
69 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer sechsundzwanzigstens Ausführungsform. Der Induktionsherd in 69 umfasst: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms einer Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Treiberschaltung 9 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 2 und einen Eingabebereich 212 zum Eingeben eines vorgegebenen Wertes der Eingangsleistung. Die Wechselrichterschaltung 2 ist die gleiche wie die der vorgenannten zweiundzwanzigsten Ausführungsform. Der Eingabebereich 221 ist mit dem Relais 210 und der Treiberschaltung 9 verbunden.
Die Betriebsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben.
Wenn die durch den Eingabebereich 221 vorgegebene Eingangsleistung einen vorbestimmten Wert überschreitet, schaltet der Eingabebereich 221 das Relais 210 ein. Durch diesen Vorgang wird ein Kondensator 209 mit der Wechselrichterschaltung verbunden, so dass der Kapazitätswert des funktionell ersten Reso nanzkondensators sich erhöht. Gleichzeitig gibt der Eingabebereich 221 eine Spannung entsprechend des vorgegebenen Eingangswertes an die Treiberschaltung 9 aus. Die Treiberschaltung 9 betreibt die Wechselrichterschaltung 2, in dem sie den IGBT 5 und IGBT 7 abwechselnd mit einem Stromflussverhältnis entsprechend der Eingangsleistung leitend werden lässt, die bei einer konstanten Frequenz in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Eingabebereichs 221 vorgegeben ist.
Wenn die durch den Eingabebereich 221 vorgegebene Eingangsleistung kleiner als der vorbestimmte Wert wird, schaltet der Eingabebereich 221 das Relais 210 aus. Durch diesen Vorgang wird der Kondensator 209 von der Wechselrichterschaltung getrennt und der Kapazitätswert des funktionell ersten Resonanzkondensators verringert sich im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Eingangsleistung größer als der vorbestimmte Wert ist. Gleichzeitig gibt der Eingabebereich 221 eine Spannung entsprechend des vorgegebenen Eingangswertes an die Treiberschaltung 9 aus. Die Treiberschaltung 9 betreibt die Wechselrichterschaltung 2, indem sie den IGBT 5 und den IGBT 7 abwechselnd mit einem Stromflussverhältnis entsprechend der Eingangsleistung leitend werden lässt, die bei einer vorbestimmten Frequenz in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Eingabebereichs 221 vorgegeben ist.
Wie bei der zweiundzwanzigsten Ausführungsform beschrieben erhöht sich die Restspannung von1 wenn die Eingangsleistung klein ist. Mit Verringern der Kapazität des funktionell ersten Resonanzkondensators, der mit der Heizspule 4 den Resonanzkreis bildet, kann die Größe der zu dieser Zeit entstandenen Restspannung von1 verringert werden. Aus diesem Grund kann bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die durch den Eingabebereich 221 eingestellte Eingangsleistung klein ist, das Entstehen der Restspannung von1 verhindert werden oder die Restspannung von1 kann, selbst wenn sie entstanden ist, in ihrer Größe gesenkt werden, indem die Kapazität des funktionell ersten Resonanzkondensators verringert wird. Deshalb können Verlust und Rauschen an dem IGBT 5 reduziert werden.
<Ausführungsform 27>
70 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform. Der Induktionsherd der 70 umfasst: eine Wechselrichterschaltung 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms der Gleichspannungsquelle 1 in einen Hochfrequenzstrom; eine Treiberschaltung 9 zum Ansteuern der Wechselrichterschaltung 2; und eine Lasterfassungsschaltung 226 zum Erfassen einer Last.
Die Wechselrichterschaltung 2 ist mit einer Heizspule 223 ausgestattet, die insgesamt drei Anschlüsse aufweist, die aus zwei außen angeordneten Anschlüssen und einem innen angeordneten Anschluss bestehen, wobei die beiden außen angeordneten Anschlüsse der Heizspule 223 über ein Relais 224 bzw. ein Relais 227 mit der positiven Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden sind. Der eine innen angeordnete Anschluss der Heizspule 223 ist mit dem Kollektor-Anschluss des IGBTs 5 verbunden, der eine eingebaute Freilaufdiode aufweist und als erstes Schaltelement dient, wobei der Emitter-Anschluss des IGBTs 5 mit der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist. Der erste Resonanzkondensator 6 ist zum IGBT 5 parallel geschaltet, um mit der Heizspule 223 einen Resonanzkreis zu bilden, während eine Serienschaltung aus einem IGBT 7, der eine eingebaute Freiluftdiode aufweist und als zweites Schaltelement dient, und aus einem zweiten Resonanzkondensator 8 zur Heizspule 223 parallel geschaltet ist.
Die Lasterfassungsschaltung 226 weist einen Magnetschalter auf und ist mit dem Eingang der Treiberschaltung 9 verbunden. Der Ausgang der Treiberschaltung 9 ist mit dem Gate-Anschluss des IGBT 5 bzw. dem Gate-Anschluss des IGBT 7 verbunden.
Die Betriebsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben.
Die aus dem Magnetschalter aufgebaute Lasterfassungsschaltung 226 bestimmt, ob die Last magnetisch oder unmagnetisch ist. Für den Fall einer magnetischen Last arbeitet die Wechselrichterschaltung 2 in einem Zustand, in dem das Relais 224 eingeschaltet und das Relais 225 ausgeschaltet ist, und arbeitet für den Fall einer nichtmagnetischen Last in einem Zustand, in dem das Relais 224 ausgeschaltet und das Relais 225 eingeschaltet ist.
Wenn die Last aufgesetzt ist, wird die Induktivität der Heizspule 223 für eine nichtmagnetische Last kleiner als für eine magnetische Last. Bei der Wechselrichterschaltung 2 der vorliegenden Ausführungsform wird im Falle der magnetischen Last das Relais 224 eingeschaltet und das Relais 225 ausgeschaltet, deshalb wird die Induktivität eines Teils der Heizspule 223, die mit der Wechselrichterschaltung 2 verbunden, klein. Im Falle der nichtmagnetischen Last wird das Relay 224 ausgeschaltet und das Relais 225 eingeschaltet, und deshalb wird die Induktivität eines Teils der Heizspule 223, die mit der Wechselrichterschaltung 2 verbunden ist, groß. Das heißt, wenn die Last aufgesetzt ist, wird die Induktivität der Heizspule 223 so gesteuert, dass sie sowohl in dem Fall, wenn die Last magnetisch ist als auch in dem Fall wenn die Last nichtmagnetisch ist ungefähr gleich wird. Deshalb können die nachfolgenden Probleme gelöst werden: das Problem, dass die Eingangsleistung nicht geeignet erreicht werden kann, wenn die Last die magnetische Last ist; und das Problem, dass die Betriebsspannung und -strom der Wechselrichterschaltung 2 übermäßig werden, wenn die Last die nichtmagnetische Last ist usw.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen muss die Kapazität des funktionell ersten Resonanzkondensators, die Kapazität des funktionell zweiten Resonanzkondensators, die Induktivität der Heizspule, die Länge des Abstandes usw. nicht notwendigerweise wie in den vorgenannten Ausführungsformen in zwei Schritten verändert werden, und sie können in drei oder mehr Schritten verändert werden.

Claims

Hochfrequenzwechselrichter umfassend: eine Spule (4) dessen einer Anschluss verbunden ist mit einer Gleichstromenergiequelle (1); ein erstes Schaltelement (5), das in Serie verbunden ist mit der Spule (4) und der Gleichstromenergiequelle (1); einen ersten Resonanzkondensator (6), der so verbunden ist, dass er einen Resonanzkreis mit der Spule (4) bildet; einen Serienkreis umfassend einen zweiten Resonanzkondensator (8) und ein zweites Schaltelement (7), wobei dieser Serienkreis parallel geschaltet ist mit der Spule (4) oder dem ersten Schaltelement (5); und ein Steuermittel (3, 9) zum Steuern der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7); wobei das Steuermittel (3, 9) vorgesehen ist zum Steuern des abwechselnden Leitens des ersten und zweiten Schaltelements (5, 7) bei einer konstanten Frequenz und zum Verändern eines Stromflussverhältnisses des ersten Schaltelements (5) zum Steuern der Eingangsleistung, wobei das Stromflussverhältnis des ersten Schaltelements (5) ein Verhältnis einer Zeit des Stromflusses des ersten Schaltelementes (5) relativ zu einer Dauer eines Zyklus ist.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend: ein Eingangsstromerfassungsmittel (11) zum Erfassen eines in den Hochfrequenzwechselrichter (2) einzuspeisenden Eingangsstromes, wobei das Steuermittel (9) die Stromflussverhältnisse der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit, des Ausgangssignals des Eingangsstromerfassungsmittels (11) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 2, weiter umfassend ein Eingabeeinstellmittel (17) zum Einstellen eines Betrags des Eingangsstroms, wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Eingabeeinstellmittels steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 2, wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis so steuert, dass der Eingangsstrom innerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, der entsprechend den Zeiten des Stromflusses der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) eingestellt ist.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein erstes Schaltelementspannungserfassungsmittel (21) zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements (5), wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des ersten Schaltelementspannungserfassungsmittels (21) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein zweites Schaltelementspannungserfassungsmittel (24) zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements (7), wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des zweiten Schaltelementspannungserfassungsmittels (24) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 6, weiter umfassend ein erstes Schaltelementspannungserfassungsmittel (21) zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements (5), wobei das Steuermittel das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) steuert, so dass die Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements (5) innerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, der entsprechend der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements (7) eingestellt wird.
Wechselrichter nach Anspruch 6, weiter umfassend ein erstes Schaltelementspannungserfassungsmittel (21) zum Erfassen einer Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaltelements (5); und ein Subtraktionsmittel (27) zum Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen der Spannung über beide Anschlüsse des ersten Schaftelements (5) und der Spannung über beide Anschlüsse des zweiten Schaltelements (7), wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) steuert, so dass ein Ausgangssignal des Subtraktionsmittels (27) nicht größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Spulenstromerfassungsmittel (30) zum Erfassen eines durch die Spule (4) fließenden Stroms, wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Spulenstromerfassungsmittels (30) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein erstes Schaltelementstromerfassungsmittel (33) zum Erfassen eines Stromes des ersten Schaltelementes (5), wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des ersten Schaltelementstromerfassungsmittels (33) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein zweites Schaltelementstromerfassungsmittel (36) zum Erfassen eines Stromes des zweiten Schaltelementes (7), wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis für die beiden Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des zweiten Schaltelementstromerfassungsmittels (36) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 11, wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis innerhalb eines Bereichs steuert, in dem der durch das zweite Schaltelement (7) fließende Strom innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der in Abhängigkeit von den Zeiten des Stromflusses der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) eingestellt wird.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Erfassungsmittel (112) für ungeeignete Last zum Erfassen einer ungeeigneten Last, wobei das Steuermittel (9) das Ansteuern der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) unterbricht, wenn das Erfassungsmittel (112) für ungeeignete Last eine ungeeignete Last erfasst.
Wechselrichter nach Anspruch 13, weiter umfassend ein Betriebszustandserfassungsmittel (11, 21; 11, 24) zum Erfassen eines Betriebszustands des Hochfrequenzwechselrichters (2), wobei das Erfassungsmittel (112) für ungeeignete Last eine ungeeignete Last in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal von dem Betriebszustandserfassungsmittel (11, 21; 11, 24) erfasst.
Wechselrichter nach Anspruch 14, wobei das Betriebszustandserfassungsmittel ein Stromerfassungsmittel (11) zum Erfassen eines Eingangsstroms umfasst, der in den Hochfrequenzwechselrichter (2) fließt, und ein erstes Schaltelementspannungserfassungsmittel (21) zum Erfassen der Spannung des ersten Schaltelements (5), und wobei das Erfassungsmittel (112) für ungeeignete Last die ungeeignete Last in Abhängigkeit von einem Eingangsstromwert, der durch das Eingangsstromerfassungsmittel (11) erfasst wurde, und einem Spannungswert, der durch das erste Schaltelementspannungserfassungsmittel (21) erfasst wurde, erfasst.
Wechselrichter nach Anspruch 14, wobei das Betriebszustandserfassungsmittel ein Eingangsstromerfassungsmittel (11) zum Erfassen eines Eingangsstroms umfasst, der in den Hochfrequenzwechselrichter (2) fließt, und ein zweites Schaltelementspannungserfassungsmittel (24) zum Erfassen der Spannung des zweiten Schaltelements (7), und wobei das Erfassungsmittel (112) für ungeeignete Last die ungeeignete Last in Abhängigkeit von einem Eingangsstromwert, der durch das Eingangsstromerfassungsmittel (11) erfasst wird, und einem Spannungswert, der durch das zweite Schaltelement Spannungserfassungsmittel (24) erfasst wird erfasst.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Start- und Stoppmittel (120) zum Ausgeben eines Startsignals zum Starten des Hochfrequenzwechselrichters (2) und eines Stoppsignals zum Stoppen des Hochfrequenzwechselrichters (2), wobei das Steuermittel (9) die ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Empfangen des Startsignals von dem Start- und Stoppmittel (120) startet.
Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Gleichstromenergiequelle eine kommerzielle Energiequelle (12), einen Gleichrichter (13) zum Gleichrichten eines Ausgangssignals von der kommerziellen Energiequelle (12) und einen mit einem Ausgang des Gleichrichters (13) verbundenen Glättungskondensator; und ein Überwachungsmittel für eine kommerzielle Energiequelle (119) zur Überwachung eines Energiequellenzustandes der kommerziellen Energiequelle (12) aufweist; und wobei das Steuermittel (9) das Ansteuern der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) unterbricht, wenn das Überwachungsmittel für die kommerzielle Energiequelle (119) einen abnormalen Zustand der kommerziellen Energiequelle (12) ermittelt.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Sanftanlaufmittel (150) zum Ausgeben eines Signals zum allmählichen Erhöhen der Eingangsleistung von einer vorbestimmten Minimumeingangsleistung zum Zeitpunkt des Startens des Hochfrequenzwechselrichters (2); wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis zwischen den ersten und zweiten Schaltelementen (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Sanftanlaufmittels (150) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 19, wobei das Sanftanlaufmittel (150) ein Eingangseinstellmittel (123) zum Einstellen der Eingangsleistung des Hochfrequenzwechselrichters (2), ein Referenzspannungseinstellmittel (124) zum allmählichen Variieren seiner Ausgangsspannung zu einer Referenzspannung, die in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Eingangseinstellmittels (123) vorgegeben ist, einen Oszillator (125) zum Generieren eines Dreieckssignals und ein Vergleichsmittel (126) zum Vergleichen eines Ausgangssignals des Referenzspannungseinstellmittels (124) mit einem Ausgangssignal des Oszillators (125) aufweist, und wobei das Steuermittel (9) das Stromflussverhältnis der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) in Abhängigkeit von einem Ausgang des Vergleichsmittels (126) steuert.
Wechselrichter nach Anspruch 1, der eine Totzeit aufweist, die eine Periode ist, in der die ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) zu einer Umschaltzeit der leitenden Perioden der ersten und zweiten Schaltelemente (5, 7) nichtleitenden werden.
Wechselrichter nach Anspruch 21, weiter umfassend ein Totzeiteinstellmittel (130) zum Einstellen der Totzeit in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Hochfrequenzwechselrichters (2).
Wechselrichter nach Anspruch 21, wobei die Totzeit auf eine vorbestimmte Zeit festgesetzt ist.
Wechselrichter nach Anspruch 21, wobei eine Totzeit von einem Zeitpunkt, an dem die leitende Periode des ersten Schaltelements (5) endet, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die leitende Periode des zweiten Schaltelements (7) beginnt, von einer Totzeit von einem Zeitpunkt, an dem die leitende Periode des zweiten Schaltelements (7) endet, zu einem Zeitpunkt, an dem die leitende Periode des ersten Schaltelementes (5) beginnt, abweichend gemacht ist.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein erstes Resonanzkondensatoränderungsmittel (210) zum Ändern der Kapazität des ersten Resonanzkondensators (6) in Abhängigkeit von einer durch die Spule (4) zu erhitzenden Last.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein zweites Resonanzkondensatoränderungsmittel (213) zum Ändern der Kapazität des zweiten Resonanzkondensators (8) in Abhängigkeit von einer durch die Spule (4) zu erhitzenden Last.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Spulenänderungsmittel (215) zum Ändern der Induktivität der Spule (4) in Abhängigkeit einer durch die Spule (4) zu erhitzenden Last.
Wechselrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Spaltveränderungsmittel (230) zum Verändern der Länge eines Abstandes zwischen der Spule (4) und einer durch die Spule (4) zu erhitzenden Last (218) in Abhängigkeit von der Last (218).
Wechselrichter nach einem der Ansprüche 25 bis 28, umfassend ein Lasterfassungsmittel (226) zum Erfassen der induktiv zu erhitzenden Last.
Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei der eine Anschluss des ersten Resonanzkondensators (6) mit einem Verbindungspunkt des zweiten Schaltelements (7) und des zweiten Resonanzkondensators (8) verbunden ist.
Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Kapazität des ersten Resonanzkondensators (6) kleiner ist als die Kapazität des zweiten Resonanzkondensators (8).
Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei das erste oder zweite Schaltelement (5, 7) aus einen IGBT mit einer eingebauten Freilaufdiode besteht.
Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei es sich bei dem ersten Schaltelement (5) um ein in Umkehrrichtung sperrenden Typ handelt.
Induktionsherd mit einem Hochfrequenzwechselrichter (2) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche.