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Gebiet der
Erfindung
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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.
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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 Pin 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung
stellt die Totzeit auf eine vorbestimmte Zeit ein. Somit kann die
Totzeit auf einfache Weise eingestellt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
weiterer Induktionsherd entsprechend der vorliegenden Erfindung
kann die induktiv zu erhitzende Last erfassen, wodurch ein für die Last
geeigneter Wechselrichterbetrieb erreicht werden kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaltplan eines Hochfrequenz-Wechselrichters entsprechend einer
ersten Ausführungsform.
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2 ist
ein Diagram von Betriebssignalformen an verschiedenen Stellen des
Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten Ausführungsform.
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3 ist
ein Graph einer Charakteristik des Stromflussverhältnisses
in Abhängigkeit
von der Eingangsleistung des Hochfrequenz-Wechselrichters der ersten
Ausführungsform.
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4 ist
ein Schaltplan eines modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der
ersten Ausführungsform.
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5 ist
ein Schaltplan eines weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters
der ersten Ausführungsform.
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6 ist
ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters
der ersten Ausführungsform.
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7 ist
ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters
der ersten Ausführungsform.
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8 ist
ein Schaltplan eines Hochfrequenz-Wechselrichters entsprechend einer
zweiten Ausführungsform.
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9 ist
ein Diagram von Betriebssignalformen an verschiedenen Stellen des
Hochfrequenzwechselrichters der zweiten Ausführungsform.
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10 ist
ein Schaltplan eines modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der
zweiten Ausführungsform.
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11 ist
ein Schaltplan eines weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters der
zweiten Ausführungsform.
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12 ist
ein Schaltplan noch eines anderen modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters
der zweiten Ausführungsform.
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13 ist
ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten Beispiels des Hochfrequenz-Wechselrichters
der zweiten Ausführungsform.
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14 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer dritten
Ausführungsform.
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15 ist
ein Diagram von Betriebssignalformen an verschiedenen Stellen der
Wechselrichterschaltung des Induktionsherdes der dritten Ausführungsform.
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16 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer vierten
Ausführungsform.
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17 ist
ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit
von vout1 des Induktionsherdes der vierten
Ausführungsform.
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18 ist
eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen vorgegeben Werten und
der Eingangsleistung am Eingangsabschnitt des Induktionsherdes der
vierten Ausführungsform
zeigt.
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19 ist
eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen vorgegebenen Werten und
vout2 am Eingangsabschnitt des Induktionsherdes
der vierten Ausführungsform
zeigt.
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20 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend der fünften Ausführungsform.
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21 ist
ein Graph der Charakteristik der Stromflusszeit in Abhängigkeit
der Eingangsleistung des ersten Schaltelements des Induktionsherdes
der fünften
Ausführungsform.
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22 ist
ein weiterer Graph der Charakteristik der Stromflusszeit in Abhängigkeit
der Eingangsleistung des ersten Schaltelements des Induktionsherdes
der fünften
Ausführungsform.
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23 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend der sechsten
Ausführungsform.
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24 ist
ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit
von der Spannung über beide
Anschlüsse
des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der sechsten Ausführungsform.
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25 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebten
Ausführungsform.
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26 ist
ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit
der Spannung über beide
Anschlüsse
des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der siebten Ausführungsform.
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27 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer achten
Ausführungsform.
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28 ist
ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung in Abhängigkeit
von der Spannung über beide
Anschlüsse
des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes der achten Ausführungsform.
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29 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer neunten
Ausführungsform.
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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.
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31 ist
ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zehnten
Ausführungsform.
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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.
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33 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer elften Ausführungsform.
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34 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung
in Abhängigkeit
von dem heizenden Spulenstrom des Induktionsherdes der elften Ausführungsform.
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35 ist ein weiterer Graph der Charakteristik der
Eingangsleistung in Abhängigkeit
von dem Heizspulenstrom des Induktionsherdes der elften Ausführungsform.
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36 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer zwölften
Ausführungsform.
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37 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung
abhängig
von dem Strom des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der
zwölften
Ausführungsform.
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38 ist ein weiterer Graph der Charakteristik der
Eingangsleistung in Abhängigkeit
von dem Strom des ersten Schaltelements des Induktionsherdes der
zwölften
Ausführungsform.
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39 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer dreizehnten Ausführungsform.
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40 ist ein Graph einer Charakteristik der Eingangsleistung
in Abhängigkeit
von dem Bauteilstrom des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes
entsprechend der dreizehnten Ausführungsform.
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41 ist ein weiterer Graph der Charakteristik der
Eingangsleistung in Abhängigkeit
von dem Strom des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes entsprechend
der dreizehnten Ausführungsform.
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42 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer vierzehnten Ausführungsform.
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43 ist ein Graph einer Charakteristik der Stromflusszeit
des ersten Schaltelements in Abhängigkeit
von dem Strom des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes der
vierzehnten Ausführungsform.
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44 ist ein Schaltplan eines modifizierten Beispiels
der Wechselrichterschaltung.
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45 ist ein Schaltplan eines weiteren modifizierten
Beispiels der Wechselrichterschaltung.
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46 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten
Beispiels der Wechselrichterschaltung.
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47 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten
Beispiels der Wechselrichterschaltung.
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48 ist ein Schaltplan eines noch weiteren modifizierten
Beispiels der Wechselrichterschaltung
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49 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer fünfzehnten
Ausführungsform.
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50 ist ein Graph einer Charakteristik des Eingangsstroms
in Abhängigkeit
der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des ersten Schaltelements
des Induktionsherdes der fünfzehnten
Ausführungsform.
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51 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer sechszehnten Ausführungsform.
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52 ist ein Graph einer Charakteristik des Eingangsstroms
in Abhängigkeit
von der Spannung über beide
Anschlüsse
des zweiten Schaltelements des Induktionsherdes der sechszehnten
Ausführungsform.
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53 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer siebzehnten Ausführungsform.
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54 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer achtzehnten Ausführungsform.
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55 ist ein Diagram, das die Eingangsspannung und
die Ausgangsspannung des Komparators der achtzehnten Ausführungsform
zeigt.
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56 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer neunzehnten Ausführungsform.
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57 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der
Betriebsweise des Induktionsherdes der neunzehnten Ausführungsform.
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58 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer zwanzigsten Ausführungsform und
einer einundzwanzigsten Ausführungsform.
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59 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der
Arbeitsweise des Induktionsherdes der zwanzigsten Ausführungsform.
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60 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der
Arbeitsweise des Induktionsherdes der einundzwanzigsten Ausführungsform
bei kleiner Eingangsleistung.
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61 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der
Arbeitsweise des Induktionsherdes der zwanzigsten Ausführungsform
bei kleiner Eingangsleistung.
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62 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer zweiundzwanzigstens Ausführungsform.
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63 ist ein Timing-Diagramm zum Erklären der
Arbeitsweise des Induktionsherdes der zweiundzwanzigsten Ausführungsform
der bei einer Nennleistungsaufnahme arbeitet.
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64 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der
Arbeitsweise des Induktionsherdes der zweiundzwanzigsten Ausführungsform,
wenn ein Relais eingeschaltet ist.
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65 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der
Arbeitsweise des Induktionsherdes der zweiundzwanzigsten Ausführungsform,
wenn das Relais ausgeschaltet ist.
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66 ist Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform.
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67 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer vierundzwanzigsten Ausführungsform.
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68 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer fünfundzwanzigsten
Ausführungsform.
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69 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform.
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70 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend
einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform.
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71 ist ein Schaltplan eines Induktionsherdes des
Standes der Technik.
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72 ist ein Timing-Diagram zum Erklären der
Arbeitsweise eines Induktionsherdes nach dem Stande der Technik.
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73 ist ein Graph einer Charakteristik des Stromflussverhältnisses
in Abhängigkeit
von der Eingangsleistung des Induktionsherdes des Standes der Technik.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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<Ausführungsform 1>
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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.
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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.
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(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.
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(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.
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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.
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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.
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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.
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Weiterhin
kann in der Wechselrichterschaltung 2 das erste Schaltelement
mit einem in Gegenrichtung sperrenden Element ausgestattet sein,
wie in 7 gezeigt ist.
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<Ausführungsform 2>
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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.
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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.
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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.
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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.
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(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.
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(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.
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(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.
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(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.
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(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.
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Weiterhin
kann in der Wechselrichterschaltung 2 das erste Schaltelement 5 aus
einem in Umkehrrichtung sperrenden Element bestehen, wie in 13 gezeigt.
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<Ausführungsform 3>
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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 iin Erfassungsschaltung
zum Ausgeben einer Spannung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal
des Stromumformers 10. In diesem Fall bilden der Stromumformer 10 und
die iin-Erfassungsschaltung 11 ein
Eingangsstromerfassungsmittel zum Erfassen des Eingangsstroms in
die Wechselrichterschaltung 2.
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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 iin-Erfassungsschaltung 11 verbunden, der
Ausgang der iin-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.
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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
iL 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.
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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.
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(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.
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(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.
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(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.
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(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 iin der Wechselrichterschaltung 2,
und die iin-Erfassungsschaltung 11 gibt
ein Erfassungsergebnis entsprechend der Größe des Eingangsstromes iin in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal des Stromumformers 10 aus. Die Treiberschaltung 9 erfasst
den Eingangsstrom iin in Abhängigkeit
von dem erfassten Ergebnis, das von der iin-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 pin dem
Sollwert abhängig
von dem erfassten Eingangstrom iin annähert, und
dadurch ermöglicht,
die Eingangsleistung pin 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 iin-Erfassungsschaltung 11 angeschlossen
ist. Der Ausgang der iin 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 pin 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
pin ausgibt. Der Stromumformer 10 erfasst
einen Eingangsstrom iin, der von der kommerziellen
Spannungsquelle 12 in den Induktionsherd eingespeist wird,
und die iin-Erfassungsschaltung 11 gibt
entsprechend der Größe des Eingangsstromes
iin 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 pin und der
Ausgangsspannung vout1 in der iin-Erfassungsschaltung 11.
Wie in diesem Graph gezeigt, wird die Größe der Eingangsleistung pin 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 iin-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.
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Wie
oben beschrieben kann durch Erfassen des Eingangsstroms iin 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.
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<Ausführungsform 5>
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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
iin 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 iin-Erfassungsschaltung 11 sind
die gleichen wie die der dritten Ausführungsform.
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Der
Stromumformer 10 ist zwischen der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 1 und
dem niederspannungsseitigen Eingangsanschluss der Wechselrichterschaltung 2.
Der Ausgang der iin-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.
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Die
Arbeitsweise des Induktionsherdes der wie oben aufgebauten vorliegenden
Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben werden.
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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 iin Erfassungsschaltung 11 aufgebaut
ist, und steuert den IGBT 5 und den IGBT 7 mit
dem Stromflussverhältnis
D1 an. Dass heißt,
die Regelung der Eingangsleistung pin wird
durch den Eingangsstrom iin ausgeführt.
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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 pin durch
den Eingangsstrom iin 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
iin, das heißt die Eingangsleistung pin, nicht den oberen Grenzwert übersteigt,
der entsprechend der Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5 festgelegt
ist.
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21 zeigt
einen Graph einer Charakteristik der Stromflusszeit ton1 des IGBTs 5 im
Verhältnis
zur Eingangsleistung pin 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 pin,
wobei sich der obere Grenzwert der Ein gangsleistung pin 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 pin innerhalb
eines Bereichs, der nicht größer als
1600 W ist, gesteuert, wenn die induktiv zu erhitzende Last eine
nichtmagnetische Pfanne ist, und die Eingangsleistung pin wird
innerhalb eines Bereichs gesteuert, der nicht größer als 2000 W ist, wenn die Last
eine magnetische Pfanne ist.
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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 pin verglichen
wird. Deshalb wird durch Vorgeben des oberen Grenzwertes für die Eingangsleistung
pin entsprechend der Stromflusszeit ton1
wie in 21 gezeigt, der Maximumwert
der Eingangsleistung pin der magnetischen
Pfanne auf 2000 W begrenzt und der maximale Wert der Eingangsleistung
pin 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.
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Der
obere Grenzwert der Eingangsleistung pin,
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 pin 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 pin berücksichtigt
werden.
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<Ausführungsform 6>
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23 zeigt
einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer sechsten
Ausführungsform.
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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.
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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.
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Die
Charakteristik der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 in Abhängigkeit
von der Eingangsleistung pin des Induktionsherdes
ergibt sich wie in 24 gezeigt. Aus dieser Charakteristik
kann die vce1-Erfassungsschaltung 21 indirekt die Eingangsleistung
pin 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 pin anhand
der Kollektor-Emitter-Spannung
vce1 des IGBTs 5 ausgeführt werden,
so dass die Eingangs leistung pin korrekt
entsprechend des Sollwertes der Eingangsleistung ähnlich der
dritten Ausführungsform
gesteuert werden kann.
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<Ausführungsform 7>
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25 zeigt
einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer siebten
Ausführungsform.
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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 iin-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 iin-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 iin-Erfassungsschaltung 11 sind beide
mit der Treiberschaltung 9 verbunden.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend
beschrieben werden.
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Das
Eingangsstromerfassungsmittel, das aus dem Stromumformer und der
iin Erfassungsschaltung 11 besteht,
erfasst den Eingangsstrom iin der Wechselrichterschaltung 2,
während
die iin-Erfassungsschaltung 11 eine
Spannung entsprechend der Größe des Eingangsstroms
iin 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 iin-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 iin Erfassungsschaltung 11.
Das heißt,
die Regelung der Eingangsleistung pin wird
durch den Eingangsstrom iin 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.
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26 zeigt
die Charakteristik der Kollektor-Emitter-Spannung vce1 des IGBT 5 in
Abhängigkeit
der Eingangsleistung pin 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.
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<Ausführungsform 8>
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27 zeigt
einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer achten
Ausführungsform.
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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.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend
beschrieben.
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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.
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28 zeigt
die Charakteristik der Kollektor-Emitter-Spannung vce2 des IGBT 7 in
Abhängigkeit
der Eingangsleistung pin des vorliegenden
Induktionsherdes. Die Treiberschaltung 9 kann die Eingangsleistung
pin indirekt durch die Größe der Spannung
vce2, die durch die vce2-Erfassungsschaltung 24 erfasst
wird, erfassen, die Regelung der Eingangsleistung pin durch
die Spannung vce2 über
beide Anschlüsse
des zweiten Schaltelements 7 ausführen und die Eingangsleistung
pin des Induktionsherdes ähnlich der
dritten Ausführungsform
korrekt steuern.
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<Ausführungsform 9>
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29 zeigt
einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer neunten
Ausführungsform.
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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.
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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.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend
beschrieben.
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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.
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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 pin 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
pin 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.
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<Ausführungsform 10>
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31 zeigt
einen Schaltplan eines Induktionsherdes entsprechend einer zehnten
Ausführungsform.
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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.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend
beschrieben.
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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 pin 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 pin 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 pin 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>
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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
iL-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 iL-Erfassungsschaltung 30 verbunden.
Der Ausgang der iL-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.
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Der
Stromumformer 29 und die iL-Erfassungsschaltung 30 bilden
ein Heizspulenstromerfassungsmittel. Der Stromumformer 29 erfasst
den Strom der Heizspule 4, während die iL-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 iL- Erfassungsschaltung 30 ein
und steuert und den IGBT 5 und den IGBT 7 entsprechend
der Stromflusszeiten.
-
34 zeigt die Charakteristik des Stromes iL des Heizspule 4 in Abhängigkeit
der Eingangsleistung pin einer Standardpfanne.
Die Treiberschaltung 9 kann die Eingangsleistung pin indirekt über die Größe des Stromes iL der
Heizspule 4 erfassen, der durch den Stromumformer 29 und
die iL-Erfassungsschaltung 30 erfasst
wurde, und die Regelung der Eingangsleistung pin über den
Strom iL durch Verändern des Stromflussverhältnisses
des IGBTs 5 und des IGBTs 7 in Abhängigkeit
von der Größe des Stromes
iL der Heizspule 4 ausführen, so
dass die Eingangsleistung pin des Induktionsherdes ähnlich wie
bei der dritten Ausführungsform
korrekt gesteuert werden kann.
-
Die
Treiberschaltung 9 erfasst die Eingangsleistung pin abhängig
von dem Strom iL der Heizspule 4, vergleicht
diesen erfassten Wert pin 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 pin 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 pin der Eingangsleistung
kleiner als der Sollwert ist.
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35 zeigt die Charakteristik des Stromes iL der Heizspule 4 in Abhängigkeit
der Eingangsleistung pin 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 iL ein. Das
heißt,
die Treiberschaltung 9 erfasst die Größe des Stromes iL aus
dem Ausgangssignal der iL-Erfassungsschaltung 30 während der
Regelung der Eingangsleistung pin und steuert
das Stromflussverhältnis
D1, so dass der Strom iL 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 iL wie in 35 gezeigt auf 70 A begrenzt, und deshalb kann
die Eingangsleistung pin der nichtmagnetischen
Pfanne auf 1600 W gesenkt werden, so dass der Verlust der Wechselrichterschaltung 2 gesenkt
werden kann.
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<Ausführungsform 12>
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36 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes
entsprechend einer zwölften
Ausführungsform.
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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.
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Der
wie oben aufgebaute Induktionsherd der vorliegenden Ausführungsform
führt eine
Regelung der Eingangsleistung pin aus, indem
die Eingangsleistung pin abhängig von
dem Kollektorstrom des IGBTs 5, der als erstes Schaltelement
dient, aus. Die Arbeitsweise wird nachfolgend beschrieben.
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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.
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Die
Charakteristik des Kollektorstroms ic1 des IGBTs 5 in Abhängigkeit
der Eingangsleistung pin für die Standardlast
ist in 37 gezeigt. Entsprechend der
in 37 gezeigten Beziehung kann die Treiberschaltung 9 die
Eingangsleistung pin 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 pin durch den Strom
ic1 des ersten Schaltelements ausführen, so dass die Eingangsleistung
pin des Induktionsherdes korrekt gesteuert
werden kann.
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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 pin-ic1 Charakteristik durch
die fette durchgezogene Linie „a" gezeigt ist. Mit
dieser Anordnung kann die Eingangsleistung pin 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 iL der Heizspule 4.
Daher kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein Stromumformer
mit einer kleiner Dimensionierung verwendet werden, als beim Erfassen des
Strom iL der Heizspule 4 nach der
elften Ausführungsform.
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<Ausführungsform 13>
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39 zeigt einen Schaltplan eines Induktionsherdes
entsprechend einer dreizehnten Ausführungsform.
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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.
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Der
Stromumformer 35 und die ic2-Erfassungsschaltung 36 bilden
ein Erfassungsmittel des zweiten Schaltelementstroms.
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Der
wie oben aufgebaute Induktionsherd der vorliegenden Ausführungsform
führt eine
Regelung der Eingangsleistung pin durch
Erfassen der Eingangsleistung pin abhängig von
dem Kollektorstrom des IGBTs 7, der als zweites Schaltelement
dient, aus. Die Arbeitsweise wird nachfolgend beschrieben.
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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.
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Die
Charakteristik des Kollektorstroms ic2 des IGBT 7 in Abhängigkeit
der Eingangsleistung pin bei einer Standardpfanne
ist in 40 gezeigt. Entsprechend der
in diesem Graph gezeigten Beziehung kann die Treiberschaltung 9 die
Eingangsleistung pin indirekt über die
Größe des Kollektorstroms
erfassen, der durch den Stromumformer 35 und die ic2-Erfassungsschaltung 36 erfasst
wird, und die Regelung der Eingangsleistung pin über den
Strom ic2 ausführen,
so dass die Eingangsleistung pin des Induktionsherdes ähnlich der
dritten Ausführungsform
korrekt gesteuert werden kann.
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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 pin-ic2
Charakteristik durch die fette durchgezogene Linie „a" gezeigt ist. Mit
dieser Anordnung kann die Eingangsleistung pin 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.
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<Ausführungsform 14>
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42 zeigt ein Schaltdiagram eines Induktionsherdes
entsprechend einer vierzehnten Ausführungsform.
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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.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherd wird nachfolgend
beschrieben.
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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.
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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 pin einer mehrlagigen Pfanne und im Gegensatz
zu der Tatsache, dass sie in der dreizehnten Ausführungsform (41) auf 1800 W begrenzt ist, die Eingangsleistung
pin entsprechend der vorliegenden Ausführungsform bis
zu 2000 W eingespeist werden, da der obere Grenzwert des Stromes
ic2 45 A erreicht.
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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.
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<Ausführungsform 15>
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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
iin-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 iin Erfassungsschaltung 11 die
gleichen wie die vorgenannten.
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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.
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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 iin-Erfassungsschaltung 11 verbunden.
Der Stromsensor 10 und die iin-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 iin-Erfassungsschaltung 11 und
die vce1-Erfassungsschaltung 21 bilden ein Betriebszustanderfassungsmittel
der Wechselrichterschaltung 2. Die Ausgänge der iin-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.
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Die
Arbeitsweise wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend
beschrieben.
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Wenn
der Induktionsherd in Betrieb ist, erfasst der Stromsensor 10 den
Eingangsstrom iin der Wechselrichterschaltung 2,
und die iin-Erfassungsschaltung 11 gibt
eine Spannung entsprechend der Größe des Eingangsstroms iin 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.
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50 zeigt die Charakteristik des Eingangsstroms
iin 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
iin 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 iin 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
iin 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.
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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 iin 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 pin 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.
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<Ausführungsform 16>
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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
iin-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,
iin-Erfassungsschaltung 11 und
die vce2-Erfassungsschaltung 24 die
gleichen wie die zuvor genannten.
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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.
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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 iin-Erfassungsschaltung 11 verbunden.
Der Stromsensor 10 und die iin-Erfassungsschaltung 11 bilden
ein Eingangsstromerfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2.
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Die
vce2-Erfassungsschaltung 24, die als zweites Schaltelementspannungserfassungsmittel
dient, ist mit dem Kollektor-Anschluss des IGBT 7 verbunden.
Der Stromsensor 10, die iin-Erfassungsschaltung 11 und die
vce2-Erfassungsschaltung 24 bilden
ein Betriebszustandserfassungsmittel der Wechselrichterschaltung 2. Die
Ausgänge
der iin-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.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nachfolgend
beschrieben.
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In
der zuvor beschriebenen fünfzehnten
Ausführungsform
wird die Erfassung der Geeignetheit/Ungeeignetheit der Last anhand
des Eingangsstromes iin 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 iin 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.
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52 zeigt die Charakteristik des Eingangsstroms
iin 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
iin 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 iin 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.
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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.
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<Ausführungsform 17>
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 18>
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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.
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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.
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Die
Sanftanlaufschaltung 150 besteht aus: einem Eingabebereich 123,
der als Eingabeeinstellmittel zum Einstellen der Eingangsleistung
pin 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.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherds wird nun beschrieben.
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Wenn
die Eingangsleistung pin 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 pin 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
pin 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
pin, die in dem Eingabebereich 123 eingestellt
ist, erreicht werden kann, der IGBT 5 und IGBT 7 angesteuert.
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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 pin 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.
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<Ausführungsform 19>
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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.
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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.
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Die
Arbeitsweise wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 20>
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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.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 21>
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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.
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Die
Arbeitsweise des Induktionsherdes wird nachfolgend anhand der 60 und 61 beschrieben.
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60 zeigt die Betriebssignalformen an verschiedenen
Teilen des IGBT 5 und des IGBT 7 in dem Fall,
wenn die Eingangsleistung pin 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.
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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 pin 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.
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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).
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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.
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61 zeigt die Betriebssignalformen an verschiedenen
Teilen des IGBTs 5 und des IGBTs 7 in dem Fall,
in dem die Eingangsleistung pin des Induktionsherdes
der zwanzigsten Ausführungsform
klein ist. Wenn die Eingangsleistung pin 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.
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<Ausführungsform 22>
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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.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 23>
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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.
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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.
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Der
vierte Resonanzkondensator 212 und das Relais 213 bilden
ein zweites Resonanzkondensatoränderungsmittel
zum Ändern
der Kapazität
des zweiten Resonanzkondensators 8.
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Die
Betriebweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun
beschrieben. Die Grundarbeitsweise ist die gleiche wie bei der vorgenannten
zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 24>
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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.
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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.
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Die
Arbeitsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun
beschrieben. Die Grundarbeitsweise ist die gleiche wie die der vorgenannten
zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 25>
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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.
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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.
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Die
Betriebsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun
beschrieben. Die Grundbetriebsweise ist die gleiche wie die der
vorgenannten zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 26>
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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.
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Die
Betriebsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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<Ausführungsform 27>
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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.
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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.
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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.
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Die
Betriebsweise des wie oben aufgebauten Induktionsherdes wird nun
beschrieben.
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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.
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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.
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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.