EP1921897A1 - Heating device connection - Google Patents

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Publication number
EP1921897A1
EP1921897A1 EP07119968A EP07119968A EP1921897A1 EP 1921897 A1 EP1921897 A1 EP 1921897A1 EP 07119968 A EP07119968 A EP 07119968A EP 07119968 A EP07119968 A EP 07119968A EP 1921897 A1 EP1921897 A1 EP 1921897A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
unit
voltage
modules
voltage converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07119968A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rafael Alonso Esteban
Luis Angel Barragan Perez
José Miguel Burdio Pinilla
Jose-Ramon Garcia Jimenez
Ignacio Garde Aranda
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Fernando Monterde Aznar
Denis Navarro Tabernero
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1921897A1 publication Critical patent/EP1921897A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/03—Heating plates made out of a matrix of heating elements that can define heating areas adapted to cookware randomly placed on the heating plate

Definitions

  • the invention is based on a heater circuit, in particular an induction cooker circuit, according to the preamble of claim 1.
  • radiators such as e.g. Induction coils, which are operated in operation under a mains supply voltage.
  • the object of the invention is in particular to develop generic Schuffleiquessscigenen that can provide operating characteristics for operating the radiator, which are adapted to a design of the radiator.
  • the invention is based on a heater circuit, in particular an induction cooker circuit, with at least one heating unit.
  • the heater circuit has a voltage conversion unit associated with the heating unit. It can be advantageously provided an operating voltage of the heating unit, which is adapted to an actual design of the heating unit.
  • the voltage converter unit can serve to supply the heating unit with an operating voltage which is adapted to the impedance of the heating unit.
  • an "association" can be understood to be, in particular, the provision of a live connection, in particular under the form of an electrical line, between the heating unit and the voltage transformer unit.
  • the heating unit or functional components of the heating unit can have an electrical signal which has a voltage provided by the voltage transformer unit.
  • An “association” may in this context be understood to mean in particular an upstream connection become.
  • the voltage conversion unit can convert an input voltage into an output voltage whose value is predefined and kept constant. Alternatively, the output voltage may depend on a load connected downstream of the voltage converter unit.
  • the heating device circuit according to the invention is particularly suitable for use in induction cooking devices, such as e.g. at an induction hob.
  • Induction cooking appliances in which the radiators correspond to induction heating coils, may differ in particular with regard to the geometry of the induction heating coils used. It can e.g. Indu Wegswespulen with different circumference and / or a different number of windings are used.
  • the voltage converter unit can provide an operating voltage for operating the induction heating coils, which is specially matched to its impedance.
  • the voltage converter unit is assigned to at least one set of heating modules for generating a heating signal.
  • a heating module preferably has at least one heating element for generating the heating signal, which is transmitted to an object to be heated.
  • the heating module may further comprise a control means for controlling the radiator. If the heating signal has a heating frequency, the control means is preferably designed as a heating frequency unit for generating the heating frequency.
  • the heating signal is designed as a magnetic alternating field with the heating frequency.
  • the heating frequency unit is e.g. designed as an inverter.
  • the heating device circuit comprises a control unit which is arranged to form a heating group of heating modules designed for heating the object, depending on a position of an object to be heated relative to the heating modules.
  • a control unit which is arranged to form a heating group of heating modules designed for heating the object, depending on a position of an object to be heated relative to the heating modules.
  • the heating modules are preferably arranged below a cooking plate.
  • a heating group of heating modules is preferably composed of heating modules of the set, which are at least partially covered by the object located on the hotplate, in particular a cookware.
  • the arrangement of the heating modules is preferably designed as a matrix arrangement. In this case, heating modules of different rows and / or different columns of the matrix arrangement can be at least partially covered by the object placed on the hotplate.
  • the heating modules are preferably dimensioned such that a cookware of conventional dimensions, such as e.g. a pot with a diameter of at least 8 cm, heating modules of different rows and different columns at least partially covers.
  • the set of heating modules defines a contiguous cooking zone of the hotplate surface suitable for heating the article which covers at least a majority of the hotplate surface, advantageously at least 60%, preferably at least 70% and most preferably at least 80% of the hotplate surface.
  • the control unit here is preferably provided to adapt the composition of the heating group to a change in the position of the object relative to the heating modules at least partially automatically, advantageously fully automatically.
  • a heating unit provided for group operation of the heating modules is preferably provided with a large number of heating modules, in particular with at least six heating modules.
  • the heating unit is preferably provided with a set of at least ten, advantageously at least twenty, more preferably at least forty heating modules.
  • the heating modules of such a set have by their construction in particular a smaller resistance than heating modules, which are used in a cooking device with predefined cooking areas of the hotplate.
  • the voltage converter unit can easily achieve an operating voltage that is adapted to heating modules provided for group operation.
  • the voltage converter unit has a maximum power which is smaller than the power of the set of heating modules.
  • the "power of the set” preferably corresponds to the sum of all individual services, in particular maximum outputs of the heating modules. This is particularly suitable when the heating modules are provided for heating an object by means of a group operation.
  • the set of heating modules is distributed to groups of powered and non-powered heating modules. As a result, in a heating operation, the heating unit is typically operated at a lower power than the sum of the individual powers of all the heating modules of the set.
  • the maximum power of the voltage converter unit can advantageously be chosen to be less than 90%, particularly advantageously less than 70%, and particularly preferably less than 50% of the power of the set.
  • the "maximum power" of a unit can be understood as meaning, in particular, the maximum admissible acceptance or output power. Their value is determined by the sizing of internal components of the unit. The maximum power may correspond to the upper limit of a power range suitable for trouble-free operation of the unit.
  • the term “maximum power” can be understood as the term rated power.
  • the heater circuit is provided with a protection device intended to limit a power accepted or output by the voltage conversion unit.
  • a protection device intended to limit a power accepted or output by the voltage conversion unit.
  • the voltage converter unit may have the protective device as an internal component, or the protective device may be designed as a component and / or as a program of an external control unit for controlling an operation of the set of heating modules.
  • the protection means may comprise a sensor unit for detecting the output power, e.g. a current transformer for detecting a current accepted by the voltage conversion unit.
  • a structurally simple and cost-effective design of the voltage converter unit can be achieved if it has a DC-DC converter.
  • This is suitable for applications with high current intensity, such as in particular in an application in an induction cooking device.
  • the DC-DC converter is connected directly downstream of a rectifier for rectifying a signal related to a mains power supply.
  • the voltage converter unit serves to convert an input voltage into a smaller output voltage, whereby a particularly effective operation of a heating unit with a low impedance can be achieved.
  • This is particularly suitable for use in an induction cooking device, which is provided for a group operation of heating modules.
  • the impedance of a heating module is typically less than one ohm. It is advantageous in this context if the voltage converter unit serves to at least halve the input voltage.
  • the input voltage is designed as a mains power supply voltage.
  • the voltage conversion unit is assigned to a set of printed circuit boards, on each of which a group of functional components of the heating unit is arranged. Thereby, a compact and structurally simple embodiment of the heater circuit can be achieved.
  • a heating frequency unit preferably forms with a heating element a heating module for generating a heating signal, which is transmitted to an object to be heated.
  • the voltage converter unit has a set of voltage transformers which are each assigned to a line current phase, whereby a flexible use of multiple current phases can be achieved.
  • the heating device 10 has a mounting frame 12 for attachment to a countertop, a cooking plate 14 for placing cookware and a control panel 16 for starting, stopping and setting a heating operation.
  • On the hotplate 14 two designed as a pot objects 18, 20 are arranged, which are each shown schematically by a solid circle.
  • the heating unit 22 has a set of heating modules 24, each comprising a heating element 26 designed as an induction coil.
  • the arrangement of the radiator 26, which is shown schematically in the figure by a dashed rectangle, is designed as a matrix arrangement. Radiators 26 of different columns and different rows are covered by the object 18.
  • a heating signal H which is designed as an alternating magnetic field, is generated by the corresponding heating element 26 (see FIG. 2), which has a heating frequency, e.g. 25 kHz.
  • the heating signal H induces electrical currents in the metallic bottom of the objects 18, 20. These electrical currents heat up due to ohmic losses in the objects 18, 20 located food.
  • a radiator 26 in operation of the corresponding heating module 24 is fed to generate the heating signal H with an alternating electrical current, which oscillates with the heating frequency.
  • the heating modules 24 are each provided with a heating frequency unit 28 designed as an inverter. These heating frequency units 28 are shown in FIG.
  • the heating device 10 is provided for heating the articles 18, 20 by means of a group operation of the heating modules 24.
  • the heating modules 24 each with a sensor means not shown provided by means of which it can be detected whether a heating module 24 is covered by one of the objects 18, 20 at least partially.
  • heating groups of heating modules 24 are formed, which are each assigned to one of the objects 18, 20. If an operator starts a cooking operation of the heating device 10 by means of the control panel 16, this cooking operation is carried out by means of the heating modules 24 of both heating groups, while the other heating modules 24 which do not belong to any of the heating groups formed, remain undriven. If the operator adjusts one of the objects 18, 20 on the cooking plate 14 or places another cookware on the cooking plate 14, corresponding heating groups of heating modules 24 are adapted or newly formed on the basis of the new arrangement of objects to be heated relative to the radiators 26.
  • FIG. 2 schematically shows a heating device circuit 30 of the heating device 10 from FIG.
  • the heating device circuit 30 comprises the heating unit 22.
  • This comprises the set of radiators 26, each formed as an induction coil and can also be seen in Figure 1.
  • the heating unit 22 further comprises, as described above, a set of heating frequency units 28 associated with the set of radiators 26, wherein a heating frequency unit 28 and a radiator 26 each form a heating module 24.
  • the set of heating modules 24 is distributed among different groups 32.
  • the set is distributed among groups 32 of six heating modules 24 each.
  • Each group 32 of heating modules 24 is associated with a control unit 34, which is provided for controlling the heating frequency units 28 of the group 32.
  • the control units 34 may comprise a microprocessor or they may be formed as a microprocessor.
  • the heating frequency units 28 of a group 32 and the associated control unit 34 are each mounted on a printed circuit board 36.
  • the heating unit 22 thus has a number of different circuit boards 36, which corresponds to the number of group 32 of heating modules 24.
  • the heating unit 22 has eight groups 32. For the sake of clarity, only two groups 32 with the corresponding circuit boards 36 have been shown in the figure.
  • the power lines shown in dashed lines can also be flexibly changed during operation, for example by the assignment of the radiator 26 to the heating frequency units 28 to form a Heating module 24 during operation of the heating unit 22 can be adjusted.
  • the heater circuit 30 is provided with a power supply unit 38 which is connected to a mains power supply 40 on the one hand and to each of the printed circuit boards 36 on the other hand.
  • the power supply unit 38 provides a power supply signal on a bus bar 42, from each of which a power supply 44 is branched off to supply one of the control units 34.
  • the heater circuit 30 is further provided with a control unit 46.
  • the control unit 46 may comprise a microprocessor or it may be designed as a microprocessor. It is connected via a data bus 47 to the control units 34 of the various groups 32 of heating modules 24.
  • the control unit 46 is particularly designed to form the heating groups and to control a heating operation with the heating groups, depending on the position of the objects 18, 20 on the hotplate by means of a communication with the control units 34.
  • control unit 46 for controlling a group operation by a control unit 34 or more control units 34 of the groups 32 of heating modules 24 are taken over, the group operation of the heating modules 24 by means of an at least partial self-organization of the control units 34 takes place.
  • control units 34 can be connected to each other for the exchange of information, which in the figure schematically indicate dashed connecting lines between the control units 34.
  • the heating frequency units 28 are provided for generating the heating frequency of the heating signal H generated by the corresponding radiator 26.
  • the heating frequency units 28 are each designed as inverters.
  • a heating frequency unit 28 preferably comprises at least one pair of switching means 48, which are formed as semiconductor components. Irrespective of the topology of the heating frequency unit 28, the switching means 48 of the heating-frequency units 28 are indicated schematically by means of a transistor symbol.
  • the switching means 48 are formed as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor or Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the inverter can be constructed with different topologies, such as a pair of Switching means 48 in a half-bridge topology or with two pairs of switching means 48 arranged in a full-bridge topology.
  • the heating-frequency units 28 are supplied with an electrical signal 50 which has a direct voltage V.
  • the Schufrequenzüen 28 generate the alternating current from this electrical signal 50 by means of switching operations of the switching means 48, which are controlled by the control unit 34 of the corresponding group 32. This principle is known and will not be explained in detail in the context of this description.
  • the electrical signal 50 is generated by means of rectifying a mains power signal 52.
  • the heating device circuit 30 is provided with a rectifier 54, which is shown schematically by means of a diode symbol.
  • the rectifier 54 provides an electrical signal having a DC voltage corresponding to a mains supply voltage V N of 230V.
  • the heating elements 26 designed as induction heating coils are designed with a diameter which is smaller than 100 mm. Induction heating coils in conventional induction cooking zones with predefined cooking zones typically have a diameter of over 200 mm.
  • the impedance of the heating elements 26 has a value which is less than 1 ⁇ .
  • a typical impedance of a radiator in a conventional induction hob is about 3.5 ⁇ . It is therefore advantageous if the heating modules 24 are operated with the DC voltage V, which is smaller than the mains power supply voltage V N is formed.
  • the heater circuit 30 has a voltage converter unit 56, which is connected downstream of the rectifier 54.
  • the voltage conversion unit 56 is formed by a DC-DC converter. This generates the electrical signal 50, with which the Schufrequenzüen 28 are fed and whose DC voltage V has a value between 30 V and 100 V.
  • the voltage converter unit 56 is connected to the circuit boards 36 via a bus bar 58.
  • Supply lines 60 for supplying the electrical signal 50 to one of the printed circuit boards 36 or to the heating frequency units 28 arranged on this printed circuit board 36 are branched off from this bus bar 58.
  • the assignment of the voltage converter unit 56 for a plurality of groups 32 of heating modules 24 or for a plurality of circuit boards 36 a particularly simple design of the heater circuit 30 can be achieved.
  • This can be special can be achieved by providing the electrical signal 50 for the heating frequency units 28 by means of the common rail 58 for the heating frequency units 28.
  • the heating modules 24 are dimensioned to provide a maximum power of 500W.
  • the heating unit 22 thus has a theoretical maximum power P M of 24 kW, which could be achieved if all the heating modules 24 would be operated simultaneously with its maximum power. Since this does not take place in a realistic application of the heating device 10, it is advantageous if the maximum power of the voltage converter unit 56 is smaller than the sum of the individual powers of the heating modules 24.
  • the maximum power of the voltage converter unit 56 has a value between 10% and 50% of the maximum power P M.
  • the voltage conversion unit 56 has a maximum power of 3600W.
  • the heater circuit 30 is provided with a power limiter that limits the power assumed by the heater unit 22 to the maximum power of the voltage conversion unit 56.
  • the control unit 46 is programmed with software that monitors and limits the power received by the heater unit 22.
  • the voltage converter unit 56 may include a power limiter, such as in the form of a current limiter.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the voltage converter unit 56.
  • This is designed as a DC-DC converter, which is designed as a buck converter of the so-called BUCK type.
  • the voltage conversion unit 56 has a diode 62, an inductance 64 and a switch 66. Within a period T, the switch 66 is in a conductive state for a time t on less than T.
  • the input signal corresponds to the signal rectified by the rectifier 54 with the mains supply voltage V N.
  • the output voltage corresponding to the DC voltage V for feeding the heating frequency units 28 is smaller compared to the input voltage V N and can be varied by adjusting the ratio t on / T.
  • the principle of such a DC-DC converter is known and will not be explained in detail in the context of this description.
  • the DC voltage V has a value between 30 V and 100 V.
  • heater 60 supply line 12 mounting frame 62 diode 14 hotplate 64 inductance 16 Control panel 66 switch 18 object H heating signal 20 object V DC 22 heating unit V N AC power supply voltage 24 heating module 26 radiator 28 Schufrequenzappel 30 heater board 32 group 34 control unit 36 circuit board 38 Power supply unit 40 AC power supply 42 conductor rail 44 power 46 control unit 47 bus 48 switching means 50 signal 52 AC power signal 54 rectifier 56 DC converter unit 58 conductor rail

Abstract

The circuit has a voltage converter unit (56) assigned to a heating unit (22). The voltage converter unit is assigned to a set of heating modules (24) for producing a heating signal (H). A control device (46) is provided to form a heating group of the heating modules depending on a position of an object (18) i.e. pot, to be heated relative to the heating modules for heating the object. The voltage converter unit exhibits a maximum power that is lesser than the power of the set of heating modules, where the voltage converter unit converts an input voltage (VN) into a small output voltage (V).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtungsschaltung, insbesondere einer Induktionskochvorrichtungsschaltung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a heater circuit, in particular an induction cooker circuit, according to the preamble of claim 1.

Schaltungen für eine Heizvorrichtung, insbesondere für eine Induktionskochvorrichtung, sind bekannt. Diese weisen Heizkörper, wie z.B. Induktionsspulen, auf, welche im Betrieb unter einer Netzstromversorgungsspannung betrieben werden.Circuits for a heating device, in particular for an induction cooking device, are known. These have radiators, such as e.g. Induction coils, which are operated in operation under a mains supply voltage.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, gattungsgemäße Heizvorrichtungsschaltungen zu entwickeln, die Betriebskenngrößen zum Betreiben der Heizkörper bereitstellen können, welche an eine Auslegung der Heizkörper angepasst sind.The object of the invention is in particular to develop generic Heizvorrichtungsschaltungen that can provide operating characteristics for operating the radiator, which are adapted to a design of the radiator.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.The object is achieved by the features of claim 1, while advantageous embodiments and modifications of the invention can be taken from the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtungsschaltung, insbesondere einer Induktionskochvorrichtungsschaltung, mit zumindest einer Heizeinheit.The invention is based on a heater circuit, in particular an induction cooker circuit, with at least one heating unit.

Es wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtungsschaltung eine Spannungswandlereinheit aufweist, die der Heizeinheit zugeordnet ist. Es kann dadurch vorteilhaft eine Betriebsspannung der Heizeinheit bereitgestellt werden, welche an eine tatsächliche Auslegung der Heizeinheit angepasst ist. Insbesondere kann die Spannungswandlereinheit dazu dienen, die Heizeinheit mit einer Betriebsspannung zu versorgen, die an die Impedanz der Heizeinheit angepasst ist. Unter einer "Zuordnung" kann in diesem Zusammenhang insbesondere die Bereitstellung einer spannungsführenden Verbindung, insbesondere unter der Form einer elektrischen Leitung, zwischen der Heizeinheit und der Spannungswandlereinheit verstanden werden. Durch diese Zuordnung können die Heizeinheit bzw. Funktionsbauteile der Heizeinheit über ein elektrisches Signal, welches eine von der Spannungswandlereinheit bereitgestellte Spannung aufweist, verfügen. Unter einer "Zuordnung" kann in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorschaltung verstanden werden. Die Spannungswandlereinheit kann eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung wandeln, deren Wert vordefiniert und konstant gehalten ist. Alternativ kann die Ausgangsspannung von einer der Spannungswandlereinheit nachgeschalteten Last abhängen.It is proposed that the heater circuit has a voltage conversion unit associated with the heating unit. It can be advantageously provided an operating voltage of the heating unit, which is adapted to an actual design of the heating unit. In particular, the voltage converter unit can serve to supply the heating unit with an operating voltage which is adapted to the impedance of the heating unit. In this context, an "association" can be understood to be, in particular, the provision of a live connection, in particular under the form of an electrical line, between the heating unit and the voltage transformer unit. By virtue of this assignment, the heating unit or functional components of the heating unit can have an electrical signal which has a voltage provided by the voltage transformer unit. An "association" may in this context be understood to mean in particular an upstream connection become. The voltage conversion unit can convert an input voltage into an output voltage whose value is predefined and kept constant. Alternatively, the output voltage may depend on a load connected downstream of the voltage converter unit.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtungsschaltung eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Induktionskochvorrichtungen, wie z.B. bei einem Induktionskochfeld. Induktionskochvorrichtungen, in welchen die Heizkörper Induktionsheizspulen entsprechen, können sich insbesondere hinsichtlich der Geometrie der eingesetzten Induktionsheizspulen unterscheiden. Es können z.B. Induktionsheizspulen mit unterschiedlichem Umfang und/oder einer unterschiedlichen Anzahl von Wicklungen eingesetzt werden. Durch die Spannungswandlereinheit kann eine Betriebsspannung zum Betreiben der Induktionsheizspulen bereitgestellt werden, die speziell auf deren Impedanz abgestimmt ist.The heating device circuit according to the invention is particularly suitable for use in induction cooking devices, such as e.g. at an induction hob. Induction cooking appliances, in which the radiators correspond to induction heating coils, may differ in particular with regard to the geometry of the induction heating coils used. It can e.g. Induktionsheizspulen with different circumference and / or a different number of windings are used. The voltage converter unit can provide an operating voltage for operating the induction heating coils, which is specially matched to its impedance.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Spannungswandlereinheit zumindest einem Satz von Heizmodulen zur Erzeugung eines Heizsignals zugeordnet ist. Durch den Einsatz der Spannungswandlereinheit für eine Vielzahl von Heizmodulen können Bauraum, Bauteile und Montageaufwand vorteilhaft eingespart werden. Ein Heizmodul weist vorzugsweise zumindest einen Heizkörper zur Erzeugung des Heizsignals auf, welches an einen zu heizenden Gegenstand übertragen wird. Das Heizmodul kann ferner ein Steuermittel zum Steuern des Heizkörpers umfassen. Weist das Heizsignal eine Heizfrequenz auf, ist das Steuermittel vorzugsweise als Heizfrequenzeinheit zur Erzeugung der Heizfrequenz ausgebildet. Beispielsweise ist bei einer für einen Induktionsbetrieb vorgesehenen Heizeinheit das Heizsignal als magnetisches Wechselfeld mit der Heizfrequenz ausgebildet. Hierbei ist die Heizfrequenzeinheit z.B. als Wechselrichter ausgebildet.In a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the voltage converter unit is assigned to at least one set of heating modules for generating a heating signal. By using the voltage converter unit for a large number of heating modules, installation space, components and assembly costs can advantageously be saved. A heating module preferably has at least one heating element for generating the heating signal, which is transmitted to an object to be heated. The heating module may further comprise a control means for controlling the radiator. If the heating signal has a heating frequency, the control means is preferably designed as a heating frequency unit for generating the heating frequency. For example, in a heating unit provided for an induction operation, the heating signal is designed as a magnetic alternating field with the heating frequency. Here, the heating frequency unit is e.g. designed as an inverter.

Vorzugsweise weist die Heizvorrichtungsschaltung eine Steuereinheit auf, die dazu vorgesehen ist, abhängig von einer Position eines zu heizenden Gegenstands relativ zu den Heizmodulen eine zum Heizen des Gegenstands ausgebildete Heizgruppe von Heizmodulen zu bilden. Dadurch kann eine hohe Flexibilität in der Anwendung einer Heizvorrichtung, in welcher die Heizvorrichtungsschaltung eingesetzt ist, erreicht werden. Dies eignet sich insbesondere für den Einsatz der Heizvorrichtungsschaltung bei einer Kochvorrichtung. Dabei sind die Heizmodule vorzugsweise unterhalb einer Kochplatte angeordnet.Preferably, the heating device circuit comprises a control unit which is arranged to form a heating group of heating modules designed for heating the object, depending on a position of an object to be heated relative to the heating modules. Thereby, high flexibility in the application of a heater in which the heater circuit is employed can be achieved. This is particularly suitable for the use of the heater circuit in a cooking device. The heating modules are preferably arranged below a cooking plate.

Bei einem Gruppenbetrieb zum Heizen des Gegenstands setzt sich eine Heizgruppe von Heizmodulen vorzugsweise aus Heizmodulen des Satzes zusammen, die vom sich auf der Kochplatte befindenden Gegenstand, insbesondere einem Kochgeschirr, zumindest teilweise gedeckt sind. Die Anordnung der Heizmodule ist vorzugsweise als Matrixanordnung ausgelegt. Dabei können Heizmodule unterschiedlicher Reihen und/oder unterschiedlicher Spalten der Matrixanordnung vom auf der Kochplatte aufgelegten Gegenstand zumindest teilweise gedeckt sein. Die Heizmodule sind vorzugsweise derart dimensioniert, dass ein Kochgeschirr üblicher Dimensionen, wie z.B. ein Topf mit einem Durchmesser von zumindest 8 cm, Heizmodule unterschiedlicher Reihen und unterschiedlicher Spalten zumindest teilweise deckt. Der Satz von Heizmodulen legt eine zu einem Heizen des Gegenstands geeignete, zusammenhängende Kochzone der Kochplattenoberfläche fest, welche zumindest einen überwiegenden Teil der Kochplattenoberfläche, vorteilhaft zumindest 60 %, bevorzugt mindestens 70 % und besonders vorteilhaft zumindest 80 % der Kochplattenoberfläche, deckt. Beim Verstellen des Gegenstands auf der Kochplatte kann flexibel ein Heizen von Gegenständen in beliebig gewählten Positionen dieser Gegenstände innerhalb dieser Kochzone durchgeführt werden. Die Steuereinheit ist hierbei vorzugsweise dazu vorgesehen, die Zusammensetzung der Heizgruppe an eine Änderung der Position des Gegenstands relativ zu den Heizmodulen zumindest teilautomatisch, vorteilhaft vollautomatisch anzupassen. Beim Auflegen eines weiteren Gegenstands kann eine weitere Heizgruppe zum Durchführen eines Gruppenbetriebs gebildet werden. Eine für einen Gruppenbetrieb der Heizmodule vorgesehene Heizeinheit ist vorzugsweise mit einer großen Anzahl von Heizmodulen, wie insbesondere mit zumindest sechs Heizmodulen, versehen. Um eine hohe Flexibilität in der Positionierung des Gegenstands für einen Heizbetrieb zu erreichen, ist die Heizeinheit vorzugsweise mit einem Satz von zumindest zehn, vorteilhaft zumindest zwanzig, besonders bevorzugt zumindest vierzig Heizmodulen versehen. Die Heizmodule eines solchen Satzes weisen durch deren Konstruktion insbesondere einen kleineren Widerstand auf als Heizmodule, die in einer Kochvorrichtung mit vordefinierten Kochbereichen der Kochplatte eingesetzt werden. Durch die Spannungswandlereinheit kann einfach eine Betriebsspannung erreicht werden, die an für einen Gruppenbetrieb vorgesehene Heizmodule angepasst ist.In a group operation for heating the object, a heating group of heating modules is preferably composed of heating modules of the set, which are at least partially covered by the object located on the hotplate, in particular a cookware. The arrangement of the heating modules is preferably designed as a matrix arrangement. In this case, heating modules of different rows and / or different columns of the matrix arrangement can be at least partially covered by the object placed on the hotplate. The heating modules are preferably dimensioned such that a cookware of conventional dimensions, such as e.g. a pot with a diameter of at least 8 cm, heating modules of different rows and different columns at least partially covers. The set of heating modules defines a contiguous cooking zone of the hotplate surface suitable for heating the article which covers at least a majority of the hotplate surface, advantageously at least 60%, preferably at least 70% and most preferably at least 80% of the hotplate surface. When adjusting the object on the hotplate can be performed flexibly heating objects in any selected positions of these items within this cooking zone. The control unit here is preferably provided to adapt the composition of the heating group to a change in the position of the object relative to the heating modules at least partially automatically, advantageously fully automatically. When placing another object, another heating group for performing a group operation can be formed. A heating unit provided for group operation of the heating modules is preferably provided with a large number of heating modules, in particular with at least six heating modules. In order to achieve a high flexibility in the positioning of the article for a heating operation, the heating unit is preferably provided with a set of at least ten, advantageously at least twenty, more preferably at least forty heating modules. The heating modules of such a set have by their construction in particular a smaller resistance than heating modules, which are used in a cooking device with predefined cooking areas of the hotplate. The voltage converter unit can easily achieve an operating voltage that is adapted to heating modules provided for group operation.

Vorteilhafterweise weist die Spannungswandlereinheit eine Maximalleistung auf, die kleiner als die Leistung des Satzes von Heizmodulen ausgebildet ist. Es können dadurch gängige und kostengünstige Komponenten für die Spannungswandlereinheit eingesetzt werden. Die "Leistung des Satzes" entspricht vorzugsweise der Summe aller individuellen Leistungen, insbesondere Maximalleistungen der Heizmodule. Dies eignet sich insbesondere, wenn die Heizmodule zum Heizen eines Gegenstands mittels eines Gruppenbetriebs vorgesehen sind. Bei einem Gruppenbetrieb der Heizmodule ist der Satz von Heizmodulen auf Gruppen von betriebenen und unbetriebenen Heizmodulen verteilt. Dadurch wird bei einem Heizbetrieb die Heizeinheit typischerweise mit einer kleineren Leistung als die Summe der individuellen Leistungen aller Heizmodule des Satzes betrieben. Die Maximalleistung der Spannungswandlereinheit kann vorteilhaft kleiner als 90 %, besonders vorteilhaft kleiner als 70 %, und besonders bevorzugt kleiner als 50 % der Leistung des Satzes gewählt werden. Unter der "Maximalleistung" einer Einheit kann in diesem Zusammenhang insbesondere die maximal zulässige Annahme- oder Abgabeleistung verstanden werden. Deren Wert ist durch die Dimensionierung interner Komponenten der Einheit festgelegt. Die Maximalleistung kann der Obergrenze eines Leistungsbereichs entsprechen, der für einen störungsfreien Betrieb der Einheit geeignet ist. Insbesondere kann unter "Maximalleistung" der Begriff Nennleistung verstanden werden.Advantageously, the voltage converter unit has a maximum power which is smaller than the power of the set of heating modules. This makes it possible to use common and inexpensive components for the voltage converter unit become. The "power of the set" preferably corresponds to the sum of all individual services, in particular maximum outputs of the heating modules. This is particularly suitable when the heating modules are provided for heating an object by means of a group operation. In a group operation of the heating modules, the set of heating modules is distributed to groups of powered and non-powered heating modules. As a result, in a heating operation, the heating unit is typically operated at a lower power than the sum of the individual powers of all the heating modules of the set. The maximum power of the voltage converter unit can advantageously be chosen to be less than 90%, particularly advantageously less than 70%, and particularly preferably less than 50% of the power of the set. In this context, the "maximum power" of a unit can be understood as meaning, in particular, the maximum admissible acceptance or output power. Their value is determined by the sizing of internal components of the unit. The maximum power may correspond to the upper limit of a power range suitable for trouble-free operation of the unit. In particular, the term "maximum power" can be understood as the term rated power.

Zweckmäßigerweise ist die Heizvorrichtungsschaltung mit einer Schutzeinrichtung versehen, die dazu vorgesehen ist, eine von der Spannungswandlereinheit angenommene oder ausgegebene Leistung zu begrenzen. Dadurch können eine hohe Sicherheit und eine langlebige Spannungswandlereinheit erreicht werden. Dabei kann die Spannungswandlereinheit die Schutzeinrichtung als interne Komponente aufweisen, oder die Schutzeinrichtung kann als Bauteil und/oder als Programm einer externen Steuereinheit zum Steuern eines Betriebs des Satzes von Heizmodulen ausgebildet sein. Die Schutzeinrichtung kann eine Sensoreinheit zur Erfassung der ausgegebenen Leistung, wie z.B. einen Stromwandler zum Erfassen eines von der Spannungswandlereinheit angenommenen bzw. ausgegebenen Stroms, aufweisen.Conveniently, the heater circuit is provided with a protection device intended to limit a power accepted or output by the voltage conversion unit. As a result, high safety and a long-lasting voltage converter unit can be achieved. In this case, the voltage converter unit may have the protective device as an internal component, or the protective device may be designed as a component and / or as a program of an external control unit for controlling an operation of the set of heating modules. The protection means may comprise a sensor unit for detecting the output power, e.g. a current transformer for detecting a current accepted by the voltage conversion unit.

Eine konstruktiv einfache und kostengünstige Ausbildung der Spannungswandlereinheit kann erreicht werden, wenn diese einen Gleichspannungswandler aufweist. Dies eignet sich für Anwendungen mit hoher Stromintensität, wie insbesondere bei einer Anwendung in einer Induktionskochvorrichtung. Vorteilhafterweise ist der Gleichspannungswandler einem Gleichrichter zum Gleichrichten eines von einer Netzstromversorgung bezogenen Signals direkt nachgeschaltet.A structurally simple and cost-effective design of the voltage converter unit can be achieved if it has a DC-DC converter. This is suitable for applications with high current intensity, such as in particular in an application in an induction cooking device. Advantageously, the DC-DC converter is connected directly downstream of a rectifier for rectifying a signal related to a mains power supply.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Spannungswandlereinheit dazu dient, eine Eingangsspannung in eine kleinere Ausgangsspannung zu wandeln, wodurch ein besonders effektiver Betrieb einer Heizeinheit mit kleiner Impedanz erreicht werden kann. Dies eignet sich insbesondere für einen Einsatz bei einer Induktionskochvorrichtung, die zu einem Gruppenbetrieb von Heizmodulen vorgesehen ist. Dabei beträgt die Impedanz eines Heizmoduls typischerweise weniger als ein Ohm. Es ist in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn die Spannungswandlereinheit dazu dient, die Eingangsspannung zumindest zu halbieren. Vorzugsweise ist die Eingangsspannung als Netzstromversorgungsspannung ausgebildet.In a preferred embodiment of the invention it is proposed that the voltage converter unit serves to convert an input voltage into a smaller output voltage, whereby a particularly effective operation of a heating unit with a low impedance can be achieved. This is particularly suitable for use in an induction cooking device, which is provided for a group operation of heating modules. The impedance of a heating module is typically less than one ohm. It is advantageous in this context if the voltage converter unit serves to at least halve the input voltage. Preferably, the input voltage is designed as a mains power supply voltage.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Spannungswandlereinheit einem Satz von Leiterplatten zugeordnet ist, auf welchen jeweils eine Gruppe von Funktionsbauteilen der Heizeinheit angeordnet ist. Dadurch kann eine kompakte und konstruktiv einfache Ausgestaltung der Heizvorrichtungsschaltung erreicht werden.It is also proposed that the voltage conversion unit is assigned to a set of printed circuit boards, on each of which a group of functional components of the heating unit is arranged. Thereby, a compact and structurally simple embodiment of the heater circuit can be achieved.

In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass auf den Leiterplatten jeweils eine Gruppe von Heizfrequenzeinheiten zur Erzeugung einer Heizfrequenz angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung der Heizvorrichtungsschaltung, insbesondere in der Versorgung der Heizfrequenzeinheiten mit der von der Spannungswandlereinheit bereitgestellten Spannung, erreicht werden. Eine Heizfrequenzeinheit bildet mit einem Heizkörper vorzugsweise ein Heizmodul zur Erzeugung eines Heizsignals, welches an einen zu heizenden Gegenstand übertragen wird.In this context, it is proposed that in each case a group of Heizfrequenzeinheiten is arranged to generate a heating frequency on the circuit boards. As a result, a particularly simple embodiment of the heating device circuit, in particular in the supply of the heating frequency units with the voltage provided by the voltage converter unit, can be achieved. A heating frequency unit preferably forms with a heating element a heating module for generating a heating signal, which is transmitted to an object to be heated.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass die Spannungswandlereinheit einen Satz von Spannungswandlern aufweist, die jeweils einer Netzstromphase zugeordnet sind, wodurch eine flexible Nutzung von mehreren Stromphasen erreicht werden kann.In a further embodiment, it is proposed that the voltage converter unit has a set of voltage transformers which are each assigned to a line current phase, whereby a flexible use of multiple current phases can be achieved.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1Fig. 1
ein Induktionskochfeld mit einer Kochplatte und einem Satz von Heizmodulen und zwei auf der Kochplatte angeordnete Kochgeschirre,an induction hob with a cooking plate and a set of heating modules and two cooking utensils arranged on the cooking plate,
Fig. 2Fig. 2
eine interne Schaltung des Induktionskochfelds aus Figur 1 mit einer Spannungswandlereinheit undan internal circuit of the induction hob of Figure 1 with a voltage converter unit and
Fig. 3Fig. 3
die Spannungswandlereinheit aus Figur 2 in einer Detailansicht.the voltage converter unit of Figure 2 in a detailed view.

Figur 1 zeigt eine als Induktionskochfeld ausgebildete Heizvorrichtung 10. Die Heizvorrichtung 10 weist einen Befestigungsrahmen 12 zur Befestigung an einer Arbeitsplatte, eine Kochplatte 14 zum Auflegen von Kochgeschirren und ein Bedienungsfeld 16 zum Starten, Stoppen und Einstellen eines Heizbetriebs auf. Auf der Kochplatte 14 sind zwei als Topf ausgebildete Gegenstände 18, 20 angeordnet, die jeweils durch eine durchgezogene Kreislinie schematisch dargestellt sind. Zur Durchführung eines Kochbetriebs der Heizvorrichtung 10 ist diese mit einer Heizeinheit 22 versehen. Die Heizeinheit 22 weist einen Satz von Heizmodulen 24 auf, die jeweils einen als Induktionsspule ausgebildeten Heizkörper 26 umfassen. Die Anordnung der Heizkörper 26, die in der Figur durch ein gestricheltes Rechteck schematisch dargestellt ist, ist als Matrixanordnung ausgelegt. Dabei sind Heizkörper 26 unterschiedlicher Spalten und unterschiedlicher Reihen vom Gegenstand 18 gedeckt.1 shows a heating device designed as an induction hob 10. The heating device 10 has a mounting frame 12 for attachment to a countertop, a cooking plate 14 for placing cookware and a control panel 16 for starting, stopping and setting a heating operation. On the hotplate 14 two designed as a pot objects 18, 20 are arranged, which are each shown schematically by a solid circle. To carry out a cooking operation of the heating device 10, this is provided with a heating unit 22. The heating unit 22 has a set of heating modules 24, each comprising a heating element 26 designed as an induction coil. The arrangement of the radiator 26, which is shown schematically in the figure by a dashed rectangle, is designed as a matrix arrangement. Radiators 26 of different columns and different rows are covered by the object 18.

In einem Betrieb eines Heizmoduls 24 wird vom entsprechenden Heizkörper 26 ein als magnetisches Wechselfeld ausgebildetes Heizsignal H erzeugt (siehe Figur 2), welches eine Heizfrequenz, die z.B. 25 kHz beträgt, aufweist. Das Heizsignal H induziert elektrische Ströme im metallischen Boden der Gegenstände 18, 20. Diese elektrischen Ströme erwärmen durch ohmsche Verluste eine sich in den Gegenständen 18, 20 befindende Speise. Ein Heizkörper 26 im Betrieb des entsprechenden Heizmoduls 24 wird zur Erzeugung des Heizsignals H mit einem elektrischen Wechselstrom gespeist, welcher mit der Heizfrequenz oszilliert. Zur Erzeugung dieses Wechselstroms sind die Heizmodule 24 jeweils mit einer als Wechselrichter ausgebildeten Heizfrequenzeinheit 28 versehen. Diese Heizfrequenzeinheiten 28 sind in Figur 2 dargestellt.In an operation of a heating module 24, a heating signal H, which is designed as an alternating magnetic field, is generated by the corresponding heating element 26 (see FIG. 2), which has a heating frequency, e.g. 25 kHz. The heating signal H induces electrical currents in the metallic bottom of the objects 18, 20. These electrical currents heat up due to ohmic losses in the objects 18, 20 located food. A radiator 26 in operation of the corresponding heating module 24 is fed to generate the heating signal H with an alternating electrical current, which oscillates with the heating frequency. To generate this alternating current, the heating modules 24 are each provided with a heating frequency unit 28 designed as an inverter. These heating frequency units 28 are shown in FIG.

Die Heizvorrichtung 10 ist zur Erwärmung der Gegenstände 18, 20 mittels eines Gruppenbetriebs der Heizmodule 24 vorgesehen. Hierzu sind die Heizmodule 24 jeweils mit einem nicht näher dargestellten Sensormittel versehen, mittels dessen erkannt werden kann, ob ein Heizmodul 24 von einem der Gegenstände 18, 20 zumindest teilweise bedeckt ist. Mit Hilfe eines nicht näher beschriebenen Gruppierungsprozesses werden Heizgruppen von Heizmodulen 24 gebildet, die jeweils einem der Gegenstände 18, 20 zugeordnet sind. Startet ein Bediener einen Kochbetrieb der Heizvorrichtung 10 mittels des Bedienfelds 16, wird dieser Kochbetrieb mittels der Heizmodule 24 beider Heizgruppen durchgeführt, während die weiteren Heizmodule 24, die zu keinem der gebildeten Heizgruppen gehören, unbetrieben verbleiben. Verstellt der Bediener einen der Gegenstände 18, 20 auf der Kochplatte 14 oder stellt er ein weiteres Kochgeschirr auf die Kochplatte 14, werden anhand der neuen Anordnung von zu heizenden Gegenständen relativ zu den Heizkörpern 26 entsprechende Heizgruppen von Heizmodulen 24 angepasst bzw. neu gebildet.The heating device 10 is provided for heating the articles 18, 20 by means of a group operation of the heating modules 24. For this purpose, the heating modules 24 each with a sensor means not shown provided by means of which it can be detected whether a heating module 24 is covered by one of the objects 18, 20 at least partially. With the aid of a grouping process, which is not described in more detail, heating groups of heating modules 24 are formed, which are each assigned to one of the objects 18, 20. If an operator starts a cooking operation of the heating device 10 by means of the control panel 16, this cooking operation is carried out by means of the heating modules 24 of both heating groups, while the other heating modules 24 which do not belong to any of the heating groups formed, remain undriven. If the operator adjusts one of the objects 18, 20 on the cooking plate 14 or places another cookware on the cooking plate 14, corresponding heating groups of heating modules 24 are adapted or newly formed on the basis of the new arrangement of objects to be heated relative to the radiators 26.

In Figur 2 ist eine Heizvorrichtungsschaltung 30 der Heizvorrichtung 10 aus Figur 1 schematisch dargestellt. Die Heizvorrichtungsschaltung 30 umfasst die Heizeinheit 22. Diese weist den Satz von Heizkörpern 26 auf, die jeweils als Induktionsspule ausgebildet und ebenfalls in Figur 1 zu sehen sind. Die Heizeinheit 22 umfasst ferner, wie oben beschrieben, einen Satz von Heizfrequenzeinheiten 28, welcher dem Satz von Heizkörpern 26 zugeordnet ist, wobei eine Heizfrequenzeinheit 28 und ein Heizkörper 26 jeweils ein Heizmodul 24 bilden.FIG. 2 schematically shows a heating device circuit 30 of the heating device 10 from FIG. The heating device circuit 30 comprises the heating unit 22. This comprises the set of radiators 26, each formed as an induction coil and can also be seen in Figure 1. The heating unit 22 further comprises, as described above, a set of heating frequency units 28 associated with the set of radiators 26, wherein a heating frequency unit 28 and a radiator 26 each form a heating module 24.

Der Satz von Heizmodulen 24 ist auf verschiedene Gruppen 32 verteilt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Satz auf Gruppen 32 von jeweils sechs Heizmodulen 24 verteilt. Jeder Gruppe 32 von Heizmodulen 24 ist eine Steuereinheit 34 zugeordnet, die zur Steuerung der Heizfrequenzeinheiten 28 der Gruppe 32 vorgesehen ist. Die Steuereinheiten 34 können einen Mikroprozessor aufweisen oder sie können als Mikroprozessor ausgebildet sein. Die Heizfrequenzeinheiten 28 einer Gruppe 32 und die zugehörige Steuereinheit 34 sind jeweils auf einer Leiterplatte 36 montiert. Die Heizeinheit 22 weist somit eine Anzahl von verschiedenen Leiterplatten 36 auf, die der Anzahl der Gruppe 32 von Heizmodulen 24 entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Heizeinheit 22 acht Gruppen 32 auf. Der Übersichtlichkeit halber wurden in der Figur nur zwei Gruppen 32 mit den entsprechenden Leiterplatten 36 dargestellt. Auf die Anordnung von weiteren Gruppen 32 bzw. Leiterplatten 36 weisen die gestrichelt dargestellten Stromleitungen hin. Die Topologie der Heizeinheit 22 kann ferner während des Betriebs flexibel geändert werden, indem z.B. die Zuordnung der Heizkörper 26 zu den Heizfrequenzeinheiten 28 zur Bildung eines Heizmoduls 24 während eines Betriebs der Heizeinheit 22 angepasst werden kann. Zur Versorgung der Steuereinheiten 34 mit elektrischer Energie ist die Heizvorrichtungsschaltung 30 mit einer Stromversorgungseinheit 38 versehen, die mit einer Netzstromversorgung 40 einerseits und mit jeder der Leiterplatten 36 andererseits verbunden ist. Die Stromversorgungseinheit 38 stellt ein Stromversorgungssignal auf einer Stromschiene 42 bereit, von welcher jeweils eine Stromzufuhr 44 zur Versorgung einer der Steuereinheiten 34 abgezweigt ist.The set of heating modules 24 is distributed among different groups 32. In this embodiment, the set is distributed among groups 32 of six heating modules 24 each. Each group 32 of heating modules 24 is associated with a control unit 34, which is provided for controlling the heating frequency units 28 of the group 32. The control units 34 may comprise a microprocessor or they may be formed as a microprocessor. The heating frequency units 28 of a group 32 and the associated control unit 34 are each mounted on a printed circuit board 36. The heating unit 22 thus has a number of different circuit boards 36, which corresponds to the number of group 32 of heating modules 24. In this embodiment, the heating unit 22 has eight groups 32. For the sake of clarity, only two groups 32 with the corresponding circuit boards 36 have been shown in the figure. On the arrangement of further groups 32 and PCB 36, the power lines shown in dashed lines. The topology of the heating unit 22 can also be flexibly changed during operation, for example by the assignment of the radiator 26 to the heating frequency units 28 to form a Heating module 24 during operation of the heating unit 22 can be adjusted. To supply the control units 34 with electrical energy, the heater circuit 30 is provided with a power supply unit 38 which is connected to a mains power supply 40 on the one hand and to each of the printed circuit boards 36 on the other hand. The power supply unit 38 provides a power supply signal on a bus bar 42, from each of which a power supply 44 is branched off to supply one of the control units 34.

Zur Steuerung des oben beschriebenen Gruppenbetriebs der Heizmodule 24 ist die Heizvorrichtungsschaltung 30 ferner mit einer Steuereinheit 46 versehen. Die Steuereinheit 46 kann einen Mikroprozessor aufweisen oder sie kann als Mikroprozessor ausgebildet sein. Sie ist über einen Datenbus 47 mit den Steuereinheiten 34 der verschiedenen Gruppen 32 von Heizmodulen 24 verbunden. Die Steuereinheit 46 ist insbesondere dazu ausgelegt, abhängig von der Position der Gegenstände 18, 20 auf der Kochplatte anhand einer Kommunikation mit den Steuereinheiten 34, die Heizgruppen zu bilden und einen Heizvorgang mit den Heizgruppen zu steuern. In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Rolle der Steuereinheit 46 zum Steuern eines Gruppenbetriebs durch eine Steuereinheit 34 oder mehrere Steuereinheiten 34 der Gruppen 32 von Heizmodulen 24 übernommen werden, wobei der Gruppenbetrieb der Heizmodule 24 mittels einer zumindest teilweisen Selbstorganisation der Steuereinheiten 34 erfolgt. Hierzu können die Steuereinheiten 34 zum Austausch von Informationen miteinander verbunden sein, worauf in der Figur gestrichelte Verbindungslinien zwischen den Steuereinheiten 34 schematisch hinweisen.For controlling the above-described group operation of the heating modules 24, the heater circuit 30 is further provided with a control unit 46. The control unit 46 may comprise a microprocessor or it may be designed as a microprocessor. It is connected via a data bus 47 to the control units 34 of the various groups 32 of heating modules 24. The control unit 46 is particularly designed to form the heating groups and to control a heating operation with the heating groups, depending on the position of the objects 18, 20 on the hotplate by means of a communication with the control units 34. In a further embodiment, the role of the control unit 46 for controlling a group operation by a control unit 34 or more control units 34 of the groups 32 of heating modules 24 are taken over, the group operation of the heating modules 24 by means of an at least partial self-organization of the control units 34 takes place. For this purpose, the control units 34 can be connected to each other for the exchange of information, which in the figure schematically indicate dashed connecting lines between the control units 34.

Die Heizfrequenzeinheiten 28 sind zur Erzeugung der Heizfrequenz des von dem entsprechenden Heizkörper 26 erzeugten Heizsignals H vorgesehen. Hierzu sind die Heizfrequenzeinheiten 28 jeweils als Wechselrichter ausgebildet. Eine Heizfrequenzeinheit 28 umfasst vorzugsweise zumindest ein Paar von Schaltmitteln 48, die als Halbleiterbauelemente ausgebildet sind. Auf die Schaltmittel 48 der Heizfrequenzeinheiten 28 wird unabhängig von der Topologie der Heizfrequenzeinheit 28 schematisch mit Hilfe eines Transistorsymbols hingewiesen. In diesem Beispiel sind die Schaltmittel 48 als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor oder Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode) ausgebildet. Eine alternative Ausführung der Schaltmittel 48, wie z.B. als Mosfet (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), oder weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schaltmittel sind denkbar. Der Wechselrichter kann mit verschiedenen Topologien aufgebaut sein, wie z.B. mit einem Paar von Schaltmitteln 48 in einer Halbbrückentopologie oder mit zwei Paaren von Schaltmitteln 48, welche in einer Vollbrückentopologie angeordnet sind.The heating frequency units 28 are provided for generating the heating frequency of the heating signal H generated by the corresponding radiator 26. For this purpose, the heating frequency units 28 are each designed as inverters. A heating frequency unit 28 preferably comprises at least one pair of switching means 48, which are formed as semiconductor components. Irrespective of the topology of the heating frequency unit 28, the switching means 48 of the heating-frequency units 28 are indicated schematically by means of a transistor symbol. In this example, the switching means 48 are formed as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor or Insulated Gate Bipolar Transistor). An alternative embodiment of the switching means 48, such as Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor or metal-oxide-semiconductor field effect transistor), or other, the expert appear useful sense switching means are conceivable. The inverter can be constructed with different topologies, such as a pair of Switching means 48 in a half-bridge topology or with two pairs of switching means 48 arranged in a full-bridge topology.

Zur Erzeugung eines Wechselstroms, mittels dessen die Heizkörper 26 das als magnetisches Wechselfeld ausgebildete Heizsignal H erzeugen, sind die Heizfrequenzeinheiten 28 mit einem elektrischen Signal 50 gespeist, das eine Gleichspannung V aufweist. Die Heizfrequenzeinheiten 28 erzeugen den Wechselstrom anhand dieses elektrischen Signals 50 mittels Schaltvorgängen der Schaltmittel 48, die von der Steuereinheit 34 der entsprechenden Gruppe 32 gesteuert werden. Dieses Prinzip ist bekannt und wird im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher erläutert. Das elektrische Signal 50 wird mittels eines Gleichrichtens eines Netzstromversorgungssignals 52 erzeugt. Hierzu ist die Heizvorrichtungsschaltung 30 mit einem Gleichrichter 54 versehen, welcher mit Hilfe eines Diodensymbols schematisch dargestellt ist. Der Gleichrichter 54 stellt ein elektrisches Signal bereit, welches eine Gleichspannung aufweist, die einer Netzstromversorgungsspannung VN von 230 V entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel sind die als Induktionsheizspulen ausgebildeten Heizkörper 26 mit einem Durchmesser ausgelegt, welcher kleiner als 100 mm ausgebildet ist. Induktionsheizspulen bei herkömmlichen Induktionskochfeldern mit vordefinierten Kochzonen weisen typischerweise einen Durchmesser von über 200 mm auf. Durch die Auslegung der Heizkörper 26 weist die Impedanz der Heizkörper 26 einen Wert auf, der kleiner als 1 Ω ausgebildet ist. Eine typische Impedanz eines Heizkörpers bei einem herkömmlichen Induktionskochfeld beträgt hingegen ca. 3.5 Ω. Es ist somit von Vorteil, wenn die Heizmodule 24 mit der Gleichspannung V betrieben werden, die kleiner als die Netzstromversorgungsspannung VN ausgebildet ist. Hierzu weist die Heizvorrichtungsschaltung 30 eine Spannungswandlereinheit 56 auf, die dem Gleichrichter 54 nachgeschaltet ist. Die Spannungswandlereinheit 56 ist von einem Gleichspannungswandler gebildet. Dieser erzeugt das elektrische Signal 50, mit welchem die Heizfrequenzeinheiten 28 gespeist werden und dessen Gleichspannung V einen Wert zwischen 30 V und 100 V aufweist. Die Spannungswandlereinheit 56 ist über eine Stromschiene 58 mit den Leiterplatten 36 verbunden. Von dieser Stromschiene 58 werden jeweils Zufuhrleitungen 60 zum Zuführen des elektrischen Signals 50 zu einer der Leiterplatten 36 bzw. zu den auf dieser Leiterplatte 36 angeordneten Heizfrequenzeinheiten 28 abgezweigt. In dieser Konfiguration kann durch die Zuordnung der Spannungswandlereinheit 56 für mehrere Gruppen 32 von Heizmodulen 24 bzw. für mehrere Leiterplatten 36 eine besonders einfache Auslegung der Heizvorrichtungsschaltung 30 erreicht werden. Dies kann insbesondere durch die Bereitstellung des elektrischen Signals 50 für die Heizfrequenzeinheiten 28 mittels der für die Heizfrequenzeinheiten 28 gemeinsamen Stromschiene 58 erreicht werden.To generate an alternating current, by means of which the heating elements 26 generate the heating signal H designed as a magnetic alternating field, the heating-frequency units 28 are supplied with an electrical signal 50 which has a direct voltage V. The Heizfrequenzeinheiten 28 generate the alternating current from this electrical signal 50 by means of switching operations of the switching means 48, which are controlled by the control unit 34 of the corresponding group 32. This principle is known and will not be explained in detail in the context of this description. The electrical signal 50 is generated by means of rectifying a mains power signal 52. For this purpose, the heating device circuit 30 is provided with a rectifier 54, which is shown schematically by means of a diode symbol. The rectifier 54 provides an electrical signal having a DC voltage corresponding to a mains supply voltage V N of 230V. In this embodiment, the heating elements 26 designed as induction heating coils are designed with a diameter which is smaller than 100 mm. Induction heating coils in conventional induction cooking zones with predefined cooking zones typically have a diameter of over 200 mm. As a result of the design of the heating elements 26, the impedance of the heating elements 26 has a value which is less than 1 Ω. A typical impedance of a radiator in a conventional induction hob, however, is about 3.5 Ω. It is therefore advantageous if the heating modules 24 are operated with the DC voltage V, which is smaller than the mains power supply voltage V N is formed. For this purpose, the heater circuit 30 has a voltage converter unit 56, which is connected downstream of the rectifier 54. The voltage conversion unit 56 is formed by a DC-DC converter. This generates the electrical signal 50, with which the Heizfrequenzeinheiten 28 are fed and whose DC voltage V has a value between 30 V and 100 V. The voltage converter unit 56 is connected to the circuit boards 36 via a bus bar 58. Supply lines 60 for supplying the electrical signal 50 to one of the printed circuit boards 36 or to the heating frequency units 28 arranged on this printed circuit board 36 are branched off from this bus bar 58. In this configuration, the assignment of the voltage converter unit 56 for a plurality of groups 32 of heating modules 24 or for a plurality of circuit boards 36 a particularly simple design of the heater circuit 30 can be achieved. This can be special can be achieved by providing the electrical signal 50 for the heating frequency units 28 by means of the common rail 58 for the heating frequency units 28.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Heizmodule 24 dazu dimensioniert, eine Maximalleistung von 500 W zu leisten. Die Heizeinheit 22 weist dadurch eine theoretische Maximalleistung PM von 24 kW auf, die erreicht werden könnte, wenn alle Heizmodule 24 gleichzeitig mit ihrer Maximalleistung betrieben würden. Da dies in einer realistischen Anwendung der Heizvorrichtung 10 nicht erfolgt, ist es von Vorteil, wenn die Maximalleistung der Spannungswandlereinheit 56 kleiner als die Summe der individuellen Leistungen der Heizmodule 24 ausgebildet ist. Beispielsweise hat die Maximalleistung der Spannungswandlereinheit 56 einen Wert zwischen 10 % und 50 % der Maximalleistung PM. In diesem Beispiel weist die Spannungswandlereinheit 56 eine Maximalleistung von 3600 W auf. Um eine Beschädigung der Spannungswandlereinheit 56 bei einem Betrieb über deren Maximalleistung zu verhindern, ist die Heizvorrichtungsschaltung 30 mit einem Leistungsbegrenzer versehen, die die von der Heizeinheit 22 angenommene Leistung auf die Maximalleistung der Spannungswandlereinheit 56 begrenzt. In diesem Beispiel ist die Steuereinheit 46 mit einer Software programmiert, die die von der Heizeinheit 22 bezogene Leistung überwacht und dementsprechend begrenzt. Alternativ oder zusätzlich kann die Spannungswandlereinheit 56 einen Leistungsbegrenzer, wie z.B. in der Form eines Strombegrenzers, aufweisen.In this embodiment, the heating modules 24 are dimensioned to provide a maximum power of 500W. The heating unit 22 thus has a theoretical maximum power P M of 24 kW, which could be achieved if all the heating modules 24 would be operated simultaneously with its maximum power. Since this does not take place in a realistic application of the heating device 10, it is advantageous if the maximum power of the voltage converter unit 56 is smaller than the sum of the individual powers of the heating modules 24. For example, the maximum power of the voltage converter unit 56 has a value between 10% and 50% of the maximum power P M. In this example, the voltage conversion unit 56 has a maximum power of 3600W. In order to prevent damage to the voltage conversion unit 56 when operating above its maximum power, the heater circuit 30 is provided with a power limiter that limits the power assumed by the heater unit 22 to the maximum power of the voltage conversion unit 56. In this example, the control unit 46 is programmed with software that monitors and limits the power received by the heater unit 22. Alternatively or additionally, the voltage converter unit 56 may include a power limiter, such as in the form of a current limiter.

In Figur 3 ist eine Detailansicht der Spannungswandlereinheit 56 dargestellt. Diese ist als ein Gleichspannungswandler ausgebildet, welcher als Tiefsetzsteller des so genannten BUCK-Typus ausgeführt ist. Die Spannungswandlereinheit 56 weist eine Diode 62, eine Induktivität 64 und einen Schalter 66 auf. Innerhalb einer Periode T ist der Schalter 66 in einem leitenden Zustand für eine Zeit ton kleiner als T. Das Eingangssignal entspricht dem durch den Gleichrichter 54 gleichgerichteten Signal mit der Netzstromversorgungsspannung VN. Die Ausgangsspannung, die der Gleichspannung V zum Speisen der Heizfrequenzeinheiten 28 entspricht, ist im Vergleich zur Eingangsspannung VN kleiner und kann durch ein Abstimmen des Verhältnisses ton / T variiert werden. Das Prinzip eines solchen Gleichspannungswandlers ist bekannt und wird im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher erläutert. Die Gleichspannung V weist einen Wert zwischen 30 V und 100 V auf.FIG. 3 shows a detailed view of the voltage converter unit 56. This is designed as a DC-DC converter, which is designed as a buck converter of the so-called BUCK type. The voltage conversion unit 56 has a diode 62, an inductance 64 and a switch 66. Within a period T, the switch 66 is in a conductive state for a time t on less than T. The input signal corresponds to the signal rectified by the rectifier 54 with the mains supply voltage V N. The output voltage corresponding to the DC voltage V for feeding the heating frequency units 28 is smaller compared to the input voltage V N and can be varied by adjusting the ratio t on / T. The principle of such a DC-DC converter is known and will not be explained in detail in the context of this description. The DC voltage V has a value between 30 V and 100 V.

Bezugszeichenreference numeral

1010 Heizvorrichtungheater 6060 Zufuhrleitungsupply line 1212 Befestigungsrahmenmounting frame 6262 Diodediode 1414 Kochplattehotplate 6464 Induktivitätinductance 1616 BedienungsfeldControl panel 6666 Schalterswitch 1818 Gegenstandobject HH Heizsignalheating signal 2020 Gegenstandobject VV GleichspannungDC 2222 Heizeinheitheating unit VN V N NetzstromversorgungsspannungAC power supply voltage 2424 Heizmodulheating module 2626 Heizkörperradiator 2828 HeizfrequenzeinheitHeizfrequenzeinheit 3030 Heizvorrichtungsschaltungheater board 3232 Gruppegroup 3434 Steuereinheitcontrol unit 3636 Leiterplattecircuit board 3838 StromversorgungseinheitPower supply unit 4040 NetzstromversorgungAC power supply 4242 Stromschieneconductor rail 4444 Stromzufuhrpower 4646 Steuereinheitcontrol unit 4747 Datenbusbus 4848 Schaltmittelswitching means 5050 Signalsignal 5252 NetzstromversorgungssignalAC power signal 5454 Gleichrichterrectifier 5656 SpannungswandlereinheitDC converter unit 5858 Stromschieneconductor rail

Claims (9)

Heizvorrichtungsschaltung, insbesondere Induktionskochvorrichtungsschaltung, mit zumindest einer Heizeinheit (22), gekennzeichnet durch eine Spannungswandlereinheit (56), die der Heizeinheit (22) zugeordnet ist.A heater circuit, in particular an induction cooking apparatus circuit, comprising at least one heating unit (22), characterized by a voltage converter unit (56) associated with the heating unit (22). Heizvorrichtungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinheit (56) zumindest einem Satz von Heizmodulen (24) zur Erzeugung eines Heizsignals (H) zugeordnet ist.A heater circuit according to claim 1, characterized in that the voltage conversion unit (56) is associated with at least one set of heating modules (24) for generating a heating signal (H). Heizvorrichtungsschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (46), die dazu vorgesehen ist, abhängig von einer Position eines zu heizenden Gegenstands (18, 20) relativ zu den Heizmodulen (24) eine zum Heizen des Gegenstands (18, 20) ausgebildete Heizgruppe von Heizmodulen (24) zu bilden.A heater circuit according to claim 2, characterized by a control unit (46) provided with a heating group for heating the object (18, 20) relative to a position of an object to be heated (18, 20) relative to the heating modules (24) of heating modules (24) to form. Heizvorrichtungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinheit (56) eine Maximalleistung aufweist, die kleiner als die Leistung des Satzes von Heizmodulen (24) ausgebildet ist.A heater circuit according to claim 2 or 3, characterized in that the voltage conversion unit (56) has a maximum power which is smaller than the power of the set of heating modules (24). Heizvorrichtungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinheit (56) einen Gleichspannungswandler aufweist.A heater circuit according to any one of the preceding claims, characterized in that the voltage conversion unit (56) comprises a DC-DC converter. Heizvorrichtungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinheit (56) dazu dient, eine Eingangsspannung (VN) in eine kleinere Ausgangsspannung (V) zu wandeln.A heater circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage converter unit (56) serves to convert an input voltage (V N ) into a smaller output voltage (V). Heizvorrichtungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinheit (56) einem Satz von Leiterplatten (36) zugeordnet ist, auf welchen jeweils eine Gruppe (32) von Funktionsbauteilen der Heizeinheit (22) angeordnet ist.A heater circuit according to any one of the preceding claims, characterized in that the voltage conversion unit (56) is associated with a set of circuit boards (36) on each of which a group (32) of functional components of the heating unit (22) is arranged. Heizvorrichtungsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Leiterplatten (36) jeweils eine Gruppe von Heizfrequenzeinheiten (28) zur Erzeugung einer Heizfrequenz angeordnet ist.Heating device circuit according to claim 7, characterized in that on the circuit boards (36) each have a group of Heizfrequenzeinheiten (28) is arranged to generate a heating frequency. Heizvorrichtung, insbesondere Induktionskochvorrichtung, mit einer Heizvorrichtungsschaltung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Heating device, in particular induction cooking device, with a heating device circuit (30) according to one of the preceding claims.
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