EP2548407B1

EP2548407B1 - Kochmuldenvorrichtung

Info

Publication number: EP2548407B1
Application number: EP11703704.4A
Authority: EP
Inventors: Ignacio Garde Aranda; Jesus Acero Acero; José Miguel BURDIO PINILLA; Sergio Llorente Gil; Oscar Lucia Gil; Ignacio Millan Serrano; Daniel Palacios Tomas
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: WO2011113660A1; EP2548407A1; ES2385807B1; ES2385807A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kochmuldenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 197 08 335 A1 ist eine Kochmuldenvorrichtung bekannt, welche eine Steuereinheit und ein Schaltelement, welches ein erstes und ein zweites Schaltelement aufweist, umfasst. Die Steuereinheit schaltet das erste und ein zweites Schaltelement periodisch. Ferner verändert die Steuereinheit bei einem Betriebsvorgang einen zwischen einer Durchlass-Zeitspanne des ersten Schaltelements und einer Durchlass-Zeitspanne des zweiten Schaltelements bestehenden periodenbezogenen Zeitabstand, welcher innerhalb einer Schaltperiodendauer wenigstens eines der Schaltelemente besteht, zur Veränderung einer Heizleistung eines Heizelements.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 021 88 A1 ist eine Kochmuldenvorrichtung bekannt, bei welcher eine Spule bei einem Betriebsvorgang abwechselnd mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer hohen Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Kochmuldenvorrichtung mit wenigstens einer Steuervorrichtung, welche dazu vorgesehen ist, bei wenigstens einem Betriebsvorgang zumindest einen zwischen einer Durchlass-Zeitspanne eines ersten Schaltelements und einer Durchlass-Zeitspanne eines zweiten Schaltelements bestehenden periodenbezogenen Zeitabstand, welcher innerhalb einer Schaltperiodendauer wenigstens eines der Schaltelemente besteht, zur Veränderung einer Heizleistung wenigstens eines Heizelements zu verändern.
Es wird vorgeschlagen, dass die Kochmuldenvorrichtung wenigstens ein als Schalt-Schutzelement ausgebildetes elektronisches Bauelement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, wenigstens eines der Schaltelemente zu schützen. Unter einer "Steuervorrichtung" soll insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche wenigstens eine elektronische Baueinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Vorgang zu steuern, wobei die Vorrichtung vorzugsweise eine Recheneinheit und/oder eine Speichereinheit und/oder ein gespeichertes Betriebsprogramm aufweist. Unter "vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet und/oder speziell programmiert verstanden werden. Unter einem "Schaltelement" soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches einen ersten und zumindest einen zweiten elektrischen Kontakt aufweist, wobei das Element dazu vorgesehen ist, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt herzustellen und zu unterbrechen, wobei das Element besonders bevorzugt als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode ausgebildet ist. Unter einer "Durchlass-Zeitspanne" eines Schaltelements soll insbesondere eine Zeitspanne verstanden werden, während welcher ein erster und ein zweiter Hauptkontakt des Schaltelements elektrisch leitend verbunden sind. Unter einem "Hauptkontakt" eines Schaltelements soll insbesondere ein Kontakt des Schaltelements verstanden werden, welcher zur Leitung eines Stroms zu einer Verbrauchereinheit, die separat von dem Schaltelement ausgebildet ist, vorgesehen ist. Unter einer "Schaltperiodendauer" eines Schaltelements soll insbesondere Eins geteilt durch eine Frequenz, mit der das Schaltelement geschaltet wird, verstanden werden. Unter einem "Zeitabstand" zwischen einer ersten Durchlasszeitspanne und einer zweiten Durchlasszeitspanne soll insbesondere eine Dauer einer Zeitspanne verstanden werden, welche mit einem Ende derjenigen der Durchlasszeitspannen, welche früher abläuft, beginnt und mit einem Anfang derjenigen der Durchlasszeitspannen, die später beginnt, endet. Unter einem "periodenbezogenen" Zeitabstand soll insbesondere eine Dauer des Zeitabstands in Sekunden geteilt durch eine Dauer der Schaltperiodendauer in Sekunden verstanden werden. Unter einem "Schalt-Schutzelement, welches dazu vorgesehen ist, wenigstens eines der Schaltelemente zu schützen", soll insbesondere ein elektronisches Bauelement verstanden werden, welches in einem Zustand, in welchem zwei Hauptkontakte eines der Schaltelemente durch eine elektrisch leitende Verbindung verbunden sind, parallel zu der leitenden Verbindung geschaltet ist, wobei das elektronische Bauelement elektrischen Strom zumindest in einem Betriebszustand in eine Flussrichtung besser leitet als in eine Gegenrichtung der Flussrichtung und wobei das elektronische Bauelement besonders bevorzugt elektrischen Strom nur in eine Richtung durchlässt. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann ein schonender Betrieb des Schaltelements und im Besonderen eine hohe Lebenszeit des Schaltelements erreicht werden. Im Besonderen kann ein geringer Energieverlust bei einem Schalten des Schaltelements erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Schalt-Schutzelement als Diode und/oder wenigstens als Teil eines bidirektionalen Transistors ausgebildet ist. Hierdurch kann eine konstruktiv einfache Bauweise erreicht werden.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu vorgesehen, zumindest einen weiteren periodenbezogenen Zeitabstand zwischen der Durchlass-Zeitspanne des zweiten Schaltelements und einer Durchlass-Zeitspanne des ersten Schaltelements, welcher innerhalb der Schaltperiodendauer besteht, zur Veränderung der Heizleistung des Heizelements zu verändern. Dadurch können eine hohe Flexibilität und insbesondere eine flexible Veränderung der Heizleistung erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass bei einer konstanten Schaltperiodendauer ein großes Intervall an Heizleistungen des Heizelements, mit welchen das Heizelement betreibbar ist, zur Verfügung steht. Im Besonderen kann erreicht werden, dass zwei Schaltelemente, welche zur Beeinflussung unterschiedlicher Heizelemente vorgesehen sind, mit gleichen Schaltperiodendauern, aber bei stark unterschiedlichen Heizleistungen der Heizelemente betrieben werden.
Mit Vorteil ist die Steuervorrichtung dazu vorgesehen, wenigstens eines der Schaltelemente in einen Sperrzustand zu schalten, während das betreffende Schaltelement stromlos ist. Unter einem "Sperrzustand" eines Schaltelements soll insbesondere ein Zustand des Schaltelements verstanden werden, in welchem eine Leitung von elektrischem Strom zwischen zwei Hauptkontakten des Schaltelements durch das Schaltelement verhindert ist. Darunter, dass das Schaltelement "stromlos" ist, soll insbesondere verstanden werden, dass ein zwischen zwei Hauptkontakten des Schaltelements fließender Strom die Stromstärke null Ampere aufweist. Dadurch kann eine effiziente Betriebsweise erreicht werden. Insbesondere kann ein geringer Energieverlust bei einem Schalten des Schaltelements erreicht werden.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu vorgesehen, bei dem Betriebsvorgang das erste Schaltelement zumindest einmal zu schalten, während das Heizelement stromlos ist, und das zweite Schaltelement zumindest einmal auf Durchlass zu schalten, während das Heizelement Strom führt. Hierdurch kann eine schonende und zugleich komfortable Betriebsweise erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass bei einem Betrieb des Schaltelements ein geringer Energieverlust auftritt und ein großes Intervall an Heizleistungen, mit welchen das Heizelement betreibbar ist, zur Verfügung steht. Im Besonderen kann ein geräuscharmer Betrieb der Kochmuldenvorrichtung erreicht werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung dazu vorgesehen ist, bei wenigstens dem Betriebsvorgang das erste und das zweite Schaltelement derart zu schalten, dass eine periodenbezogene Durchlasszeit des ersten Schaltelements sich von einer periodenbezogenen Durchlasszeit des zweiten Schaltelements unterscheidet und/oder eine periodenbezogene Sperrzeit des ersten Schaltelements sich von einer periodenbezogenen Sperrzeit des zweiten Schaltelements unterscheidet, und wenigstens eines der Schaltelemente zumindest einmal zu schalten, während das Heizelement stromlos ist. Hierdurch kann eine besonders schonende und zugleich komfortable Betriebsweise erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass bei einem Betrieb des Schaltelements ein geringer Energieverlust auftritt und ein großes Intervall an Heizleistungen, mit welchen das Heizelement betreibbar ist, zur Verfügung steht. Im Besonderen kann ein geräuscharmer Betrieb der Kochmuldenvorrichtung erreicht werden.
Mit Vorteil ist die Steuervorrichtung dazu vorgesehen, bei dem Betriebsvorgang das erste und das zweite Schaltelement jeweils wenigstens einmal in einen Sperrzustand zu schalten, während das Heizelement Strom führt. Auf diese Weise kann eine hohe Flexibilität erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung dazu vorgesehen ist, bei dem Betriebsvorgang wenigstens eine periodenbezogene Durchlasszeit zumindest eines Schaltelements zur Veränderung der Heizleistung des Heizelements zu verändern. Dadurch kann eine vorteilhafte Einstellbarkeit der Heizleistung, insbesondere bei einer konstanten Schaltfrequenz des Schaltelements, erreicht werden.
Vorzugsweise weist die Kochmuldenvorrichtung ein drittes und wenigstens ein viertes Schaltelement, welche zu einer Einstellung einer Stromzufuhr zumindest eines weiteren Heizelements vorgesehen sind, und wenigstens eine weitere Steuervorrichtung auf, welche dazu vorgesehen ist, bei dem Betriebsvorgang das dritte und vierte Schaltelement derart zu schalten, dass während des Betriebsvorgangs immer wenigstens eines der beiden Schaltelemente auf Durchlass geschaltet ist. Hierdurch kann ein leiser Ablauf des Betriebsvorgangs zusammen mit einer flexiblen Verwendung der Heizelemente erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass die beiden Heizelemente geräuscharm mit stark unterschiedlichen Ausgangsleistungen heizen, wobei diejenigen Schaltelemente, welche eine Leistungszufuhr zu den Heizelementen beeinflussen, mit identischen Schaltfrequenzen betrieben werden.
Ferner wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem wenigstens ein zwischen einer Durchlass-Zeitspanne eines ersten Schaltelements und einer Durchlass-Zeitspanne eines zweiten Schaltelements bestehender periodenbezogener Zeitabstand, welcher innerhalb einer Schaltperiodendauer wenigstens eines der Schaltelemente besteht, zur Veränderung einer Heizleistung eines Heizelements verändert wird, wobei wenigstens eines der Schaltelemente bei zumindest einem Betriebsvorgang durch wenigstens ein als Schalt-Schutzelement ausgebildetes elektronisches Bauelement geschützt wird. Dadurch kann eine hohe Effizienz erreicht werden.
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.
Es zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf eine Kochmulde mit einer erfindungsgemäßen Kochmuldenvorrichtung,
Fig. 2: eine erste Schaltung der Kochmuldenvorrichtung,
Fig. 3: eine Veranschaulichung eines ersten Betriebsmodus der Schaltung,
Fig. 4: eine zweite Schaltung der Kochmuldenvorrichtung, welche baugleich mit der ersten Schaltung ist,
Fig. 5: bis Fig. 13 Veranschaulichungen von weiteren Betriebsmodi der ersten Schaltung,
Fig. 14: ein Diagramm mit Leistungskurven in Abhängigkeit von einer Frequenz für die Betriebsmodi und
Fig. 15: ein alternatives Ausführungsbeispiel der ersten Schaltung.

Figur 1 zeigt eine Kochmulde mit einer erfindungsgemäßen Kochmuldenvorrichtung. Die Kochmuldenvorrichtung weist ein als Spule ausgebildetes Heizelement L auf, welches ein Teil einer elektrischen Schaltung 48 (Figur 2) der Kochmuldenvorrichtung ist. Ferner weist die Kochmuldenvorrichtung weitere Schaltungen auf, welche baugleich mit der Schaltung 48 sind und welche jeweils ein Heizelement aufweisen, wobei diese Heizelemente zusammen mit dem Heizelement L eine Heizvorrichtung 52 bilden, die zu einem Erhitzen von Kochgeschirr (nicht gezeigt), welches auf einer Kochfeldfläche 50 der Kochmuldenvorrichtung abgestellt ist, vorgesehen ist. Bei einem solchen Erhitzen des Kochgeschirrs erzeugen die Heizelemente L sich zeitlich ändernde magnetische Felder, die Wirbelströme in dem Kochgeschirr erzeugen, welche das Kochgeschirr aufheizen.
Die Schaltung 48 weist eine Spannungsquelle U, als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode 14', 18' ausgebildete Schaltelemente 14, 18, eine Steuervorrichtung 10, ein als Diode 26' ausgebildetes Schalt-Schutzelement 26, ein weiteres als Diode 56 ausgebildetes Schalt-Schutzelement, einen Widerstand R und einen Kondensator C auf. Im Folgenden wird für den Begriff Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode die Abkürzung "IGBT" verwendet. Ein Plus-Pol der Spannungsquelle U ist leitend mit einem Kollektor K₁ des IGBTs 14' verbunden. Ein weiterer Pol der Spannungsquelle ist leitend mit einem Emitter E₂ des IGBTs 18' verbunden. Die Spannungsquelle U gibt während eines Betriebsvorgangs eine gleichgerichtete Wechselspannung ab. Des Weiteren ist ein Emitter E₁ des IGBTs 14' leitend mit einem Kollektor K₂ des IGBTs 18' verbunden. Der Emitter E₁ und der Kollektor K₁ sind Hauptkontakte des IGBTs 14'. Die Steuervorrichtung 10 weist eine erste und eine zweite Steuereinheit 58, 60 auf. Die erste Steuereinheit 58 legt eine Spannung V₁ zwischen einem Gate G₁ des ersten IGBTs 14' und dem Emitter E₁ an (Figuren 2 und 3). Das Gate G₁ ist kein Hauptkontakt des IGBT 14' und dient einem Bestimmen eines Schaltverhaltens des IGBT 14'. Ferner legt die zweite Steuereinheit 60 eine Spannung V₂ zwischen einem Gate G₂ des zweiten IGBTs 18' und dem Emitter E₂ an. Der Widerstand, das als Spule ausgebildete Heizelement L und der Kondensator C sind in Reihe geschaltet. Ein erster Kontakt des Widerstands R ist leitend mit dem Emitter E₁ verbunden. Ein zweiter Kontakt des Widerstands R ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L verbunden. Außerdem ist ein zweiter Kontakt des Heizelements L leitend mit einem ersten Kontakt des Kondensators C verbunden. Ferner ist ein zweiter Kontakt des Kondensators C leitend mit dem Emitter E₂ verbunden. Ein erster Kontakt der Diode 26' ist mit dem Kollektor K₁ verbunden. Ein zweiter Kontakt der Diode 26' ist leitend mit dem Emitter E₁ verbunden. Bezüglich des Plus-Pols der Spannungsquelle U, mit welcher die Diode 26' leitend verbunden ist, sperrt die Diode 26'. Ferner ist ein erster Kontakt der Diode 56 leitend mit dem Kollektor K₂ verbunden. Ein zweiter Kontakt der Diode 56 ist leitend mit dem Emitter E₂ verbunden. Beispielsweise in einer Situation, in welcher der Emitter E₁ auf einem größeren elektrischen Potential liegt als der Kollektor K₁, schützt das als Diode 26' ausgebildete Schalt-Schutzelement 26 das Schaltelement 14, indem ein Strom durch die Diode 26' fließt und auf diese Weise ein Potentialunterschied zwischen dem Kollektor K₁ und dem Emitter E₁ abgebaut wird und ein Schalten des Schaltelements 14, während der Strom fließt, damit schonend für das Schaltelement 14 ist.
Die Steuereinheiten 58, 60 schalten bei dem Betriebsvorgang, bei dem die Schaltung 48 in einem ersten Betriebsmodus funktioniert, die IGBTs 14' 18' mit einer Frequenz, um einen Schwingkreis, der von dem Widerstand R, dem durch eine Spule gebildeten Heizelement L und dem Kondensator C gebildet ist, zu Schwingungen anzuregen. Dies geschieht durch das Anlegen der Spannungen V₁ und V₂ (Figuren 2 und 3). In Figur 3 ist eine Abszisse 62 eine Zeit-Achse. Zwischen einer Durchlass-Zeitspanne T₂ des IGBTs 18', d. h. einer Zeitspanne, in der K₂ und E₂ leitend verbunden sind, und einer Durchlass-Zeitspanne T₁ des IGBTs 14', d. h. einer Zeitspanne, in der E₁ und K₁ leitend verbunden sind, besteht ein periodenbezogener Zeitabstand d₁, welcher zeitlich innerhalb einer Schaltperiodendauer T des IGBTs 14', die mit einer Schaltperiodendauer des IGBTs 18' identisch ist, liegt. Die Steuereinheiten 58, 60 verändern bei dem Betriebsvorgang, bei dem ein Kochgeschirr erhitzt wird, den periodenbezogenen Zeitabstand d₁ derart, dass die Veränderung des periodenbezogenen Zeitabstands d₁ eine Änderung einer von dem Heizelement L abgegebenen Heizleistung bewirkt. Zwischen einer Durchlass-Zeitspanne T₃ des IGBTs 18' und der Durchlass-Zeitspanne T₁ liegt eine Totzeit (nicht dargestellt) der IGBTs 14' 18', welche im Vergleich zu der Schaltperiodendauer T sehr klein ist. Ferner sind die IGBTs 14', 18' in demjenigen Zeitintervall, welches zwischen den Durchlass-Zeitspannen T₁, T₂ liegt, in einem Sperrzustand. Während der Durchlass-Zeitspanne T₁ sperrt der IGBT 18', während der Durchlass-Zeitpannen T₂ und T₃ sperrt der IGBT 14'.
In Figur 3 ist ferner ein zeitlicher Verlauf einer Ausgangsspannung V₀ (vgl. Figur 2) des Schwingkreises und ein zeitlicher Verlauf eines durch das Heizelement L fließenden Stroms i_L (vgl. Figur 2) dargestellt. Die Abszisse 62 gibt einen Null-Wert des Stroms i_L bzw. der Spannung V₀ an.
Bei einem Beenden der Durchlass-Zeitspanne T₁ schaltet die Steuervorrichtung 10 den IGBT 14' in den Sperrzustand, während das Heizelement L Strom führt. Bei einem Beenden der Durchlass-Zeitspanne T₂ schaltet die Steuervorrichtung 10 den IGBT 18' in den Sperrzustand, während das Heizelement L Strom führt. Ferner schaltet die Steuervorrichtung an einem Anfang der Durchlass-Zeitspanne T₁ den IGBT 14' in den Durchlass-Zustand, während das Heizelement L stromlos ist. Des Weiteren schaltet die Steuervorrichtung 10 den IGBT 18' an einem Anfang der Durchlass-Zeitspanne T₃ auf Durchlass, während das Heizelement L Strom führt, wobei das Schalt-Schutzelement 26 das Schaltelement 14 schützt.
Die Durchlass-Zeitspanne T₁ geteilt durch die Schaltperiodendauer T ergibt eine periodenbezogene Durchlasszeit D₁. Die Durchlass-Zeitspanne T₂ geteilt durch die Schaltperiodendauer T ergibt eine periodenbezogene Durchlasszeit D₂.
Die Steuervorrichtung 10 ist ferner dazu vorgesehen, die Durchlasszeit D₁ und/oder die Durchlasszeit D₂ und/oder die Schaltperiodendauer T zu verändern und dadurch eine Änderung der Heizleistung des Heizelements L zu erreichen.
Prinzipiell können das Schaltelement 14 und das Schalt-Schutzelement 26 auch einstückig als bidirektionaler Transistor ausgebildet sein. Gleiches gilt für das Schaltelement 18 und das als Diode 56 ausgebildete Schalt-Schutzelement.
Eine Schaltung 64 der weiteren Schaltungen der Kochmuldenvorrichtung weist ein drittes und ein viertes Schaltelement 40, 42 auf, welche zu einer Einstellung einer Stromzufuhr eines Heizelements 44 der Schaltung 64 dienen. Des Weiteren weist die Schaltung 64 eine Steuervorrichtung 46 auf, welche bei dem Betriebsvorgang in dem Betriebsmodus das dritte und vierte Schaltelement 40, 42 schaltet, so dass während des Betriebsvorgangs immer eines der beiden Schaltelemente 40, 42 auf Durchlass geschaltet ist. Dabei schaltet die Steuervorrichtung 46 jedes der Schaltelemente 40, 42 periodisch mit der Schaltperiodendauer T, wobei jedes der beiden Schaltelemente 40, 42 während der Schaltperiodendauer T wenigstens einmal auf Durchlass geschaltet ist.
In den Figuren 5 bis 15 sind alternative Ausführungsbeispiele, unter anderem vonBetriebsmodi, dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind jedoch den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele in den Figuren 5 bis 15 die Buchstaben "a", "b" usw. hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 4, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 4 verwiesen werden kann.
Figur 5 veranschaulicht einen alternativen zweiten Betriebsmodus der Schaltung 48. Der zweite Betriebsmodus unterscheidet sich von dem ersten Betriebsmodus dadurch, dass ein periodenbezogener Zeitabstand d₂a, welcher mit einem Ende einer Durchlass-Zeitspanne T₁a des ersten IGBGs 14' beginnt und mit einem Beginn einer Durchlass-Zeitspanne T₃a des zweiten IGBTs 18' endet, zu einer Veränderung der Heizleistung des Heizelements L von der Steuereinheit 10 verändert wird, wobei ein zweiter periodenbezogener Zeitabstand zwischen der Durchlass-Zeitspanne T₁a und einer Durchlass-Zeitspanne T₂a einer Totzeit eines der IGBTs 14', 18' entspricht.
Figur 6 veranschaulicht einen alternativen dritten Betriebsmodus der Schaltung 48, welcher sich von dem in Figur 3 veranschaulichten ersten Betriebsmodus dadurch unterscheidet, dass einer der IGBTs 14', 18' am Ende einer der Durchlass-Zeitspannen T₁b, T₂b von der Steuervorrichtung 10 in einen Sperrzustand geschaltet wird, während er stromlos ist.
Figur 7 veranschaulicht einen alternativen vierten Betriebsmodus der Schaltung 48. Der vierte Betriebsmodus unterscheidet sich von dem dritten Betriebsmodus nur dadurch, dass ein periodenbezogener Zeitabstand d₂c, welcher mit einem Ende einer Durchlass-Zeitspanne T₁c des ersten IGBGs 14' beginnt und mit einem Beginn einer Durchlass-Zeitspanne T₃c des zweiten IGBTs 18' endet, zu einer Veränderung der Heizleistung des Heizelements L von der Steuereinheit 10 verändert wird, wobei ein zweiter periodenbezogener Zeitabstand zwischen der Durchlass-Zeitspanne T₁c und einer Durchlass-Zeitspanne T₂c einer Totzeit eines der IGBTs 14', 18' entspricht.
Figur 8 veranschaulicht einen alternativen fünften Betriebsmodus der Schaltung 48. Der fünfte Betriebsmodus unterscheidet sich von dem ersten Betriebsmodus dadurch, dass sowohl ein periodenbezogener Zeitabstand d₂d, welcher mit einem Ende einer Durchlass-Zeitspanne T₁d des ersten IGBGs 14' beginnt und mit einem Beginn einer Durchlass-Zeitspanne T₃d des zweiten IGBTs 18' endet, als auch ein periodenbezogener Zeitabstand d₁d zwischen der Durchlass-Zeitspanne T₁d und einer Durchlass-Zeitspanne T₂d zu einer Veränderung der Heizleistung des Heizelements L von der Steuereinheit 10 verändert wird. Bei einem Beenden der Durchlass-Zeitspanne T₁d schaltet die Steuervorrichtung 10 den IGBT 14' in den Sperrzustand, während das Heizelement L Strom führt. Bei einem Beenden der Durchlass-Zeitspanne T₂d schaltet die Steuervorrichtung 10 den IGBT 18' in den Sperrzustand, während das Heizelement L Strom führt. Ferner schaltet die Steuervorrichtung an einem Anfang der Durchlass-Zeitspanne T₁d den IGBT 14' in den Durchlass-Zustand, während das Heizelement L stromlos ist. Des Weiteren schaltet die Steuervorrichtung 10 den IGBT 18' an einem Anfang der Durchlass-Zeitspanne T₃d auf Durchlass, während das Heizelement L stromlos ist. Ferner gilt d₁d= d₂d und eine periodenbezogene Durchlasszeit D₁d ist gleich einer periodenbezogenen Durchlasszeit D₂d. Ferner gilt aufgrund des periodischen Schaltens: T₃d=T₂d. Des Weiteren gilt: d₁d+ D₁d=0,5. Figur 9 zeigt eine weitere typische Veranschaulichung des fünften Betriebsmodus, wobei Figur 9 einem anderen Kochvorgang entspricht als Figur 8.
Die Figuren 10 und 11 veranschaulichen zwei unterschiedliche Situationen eines sechsten Betriebsmodus der Schaltung 48, der sich von dem fünften Betriebsmodus nur dadurch unterscheidet, dass d₁e+ D₁e ungleich 0,5 ist.
Die Figuren 12 und 13 veranschaulichen zwei unterschiedliche Situationen eines siebten Betriebsmodus der Schaltung 48. Der siebte Betriebsmodus unterscheidet sich von dem ersten Betriebsmodus dadurch, dass sowohl ein periodenbezogener Zeitabstand d₂f, welcher mit einem Ende einer Durchlass-Zeitspanne T₁f des ersten IGBGs 14' beginnt und mit einem Beginn einer Durchlass-Zeitspanne T₃f des zweiten IGBTs 18' endet, als auch ein periodenbezogener Zeitabstand d₁f zwischen der Durchlass-Zeitspanne T₁f und einer Durchlass-Zeitspanne T₂f zu einer Veränderung der Heizleistung des Heizelements L von der Steuereinheit 10 verändert wird. Bei einem Beenden einer der Durchlass-Zeitspannen T₁f, T₂f schaltet die Steuervorrichtung 10 einen der IGBTs 14', 18' in den Sperrzustand, während das Heizelement L Strom führt. Bei einem Beenden einer der Durchlass-Zeitspannen T₁f, T₂f schaltet die Steuervorrichtung 10 einen der IGBTs 14', 18' in den Sperrzustand, während der betreffende IGBT 14', 18' stromlos ist. Ferner schaltet die Steuervorrichtung an einem Anfang der Durchlass-Zeitspanne T₁f den IGBT 14' in den Durchlass-Zustand, während das Heizelement L stromlos ist. Des Weiteren schaltet die Steuervorrichtung 10 den IGBT 18' an einem Anfang der Durchlass-Zeitspanne T₃f auf Durchlass, während das Heizelement L stromlos ist.
Figur 14 zeigt ein Schaubild, bei welchem auf einer Ordinate 66 eine Ausgangsleistung des Heizelements L in Watt und auf einer Abszisse 68 eine Frequenz in Kilohertz, mit welcher beide IGBTs 14', 18' schalten, dargestellt ist. In Figur 14 gezeigte Kurven SW, ADC, TPDT1, TPDT2, TPDT3, OPDT1 und OPDT2 gelten unter den Bedingungen, dass das Heizelement L eine Induktivität von 20 Mikro-Henry, der Kondensator eine Kapazität von 1400 nF aufweist und dass ein so genannter Power-Faktor $\frac{R}{\sqrt{R^{2} + {(L \cdot 2 \cdot π \cdot f)}^{2}}}$
gleich 0,45 ist, wobei R ein Wert des Widerstands R, L die Induktivität des Heizelements L und f der Wert der Frequenz ist. Der in Figur 2 dargestellte Widerstand R beinhaltet auch einen Widerstand, welcher durch die Erhitzung eines Kochgeschirrs gegeben ist. Die Kurven ADC, TPDT1, TPDT2, TPDT3, OPDT1 und OPDT2 sind alle geschlossen.
Wenn in dem ersten Betriebsmodus die Schaltperiodendauer T, die Durchlasszeiten D₁, D₂ und der Zeitabstand d₁ verändert werden und in dem zweiten Betriebsmodus die Schaltperiodendauer T, die Durchlasszeiten D₁, D₂ und der Zeitabstand d₂ verändert werden, so sind alle Ausgangsleistungs-Frequenzpaare, die durch die von der Kurve OPDT1 umrandeten Punkte gegeben sind, einstellbar.
Wenn in dem dritten Betriebsmodus die Schaltperiodendauer T, die Durchlasszeiten D₁, D₂ und der Zeitabstand d₁ verändert werden und in dem vierten Betriebsmodus die Schaltperiodendauer T, die Durchlasszeiten D₁, D₂ und der Zeitabstand d₂ verändert werden, so sind alle Ausgangsleistungs-Frequenzpaare, die durch die von der Kurve OPDT2 umrandeten Punkte gegeben sind, einstellbar.
Wenn in dem fünften Betriebsmodus die Schaltperiodendauer T, die Durchlasszeiten D₁, D₂ und die Zeitabstände d₁ und d₂ verändert werden, so sind alle Ausgangsleistungs-Frequenzpaare, die durch die von der Kurve TPDT1 umrandeten Punkte gegeben sind, einstellbar. Wenn in dem sechsten Betriebsmodus die Schaltperiodendauer T, die Durchlasszeiten D₁, D₂ und die Zeitabstände d₁ und d₂ verändert werden, so sind alle Ausgangsleistungs-Frequenzpaare, die durch die von der Kurve TPDT2 umrandeten Punkte gegeben sind, einstellbar. Wenn in dem siebten Betriebsmodus die Schaltperiodendauer T, die Durchlasszeiten D₁, D₂ und die Zeitabstände d₁ und d₂ verändert werden, so sind alle Ausgangsleistungs-Frequenzpaare, die durch die von der Kurve TPDT3 umrandeten Punkte gegeben sind, einstellbar.
Die Kurve ADC ist eine Kurve für einen ADC-Betriebsmodus, bei dem die IGBTs 14', 18' periodisch, und zwar mit derselben Frequenz geschaltet werden, wobei während einer Periodendauer zu jedem Zeitpunkt immer einer der IGBTs 14', 18' auf Durchlass geschaltet ist. Die Kurve SW ist eine Kurve für einen SW-Betriebsmodus, bei dem die IGBTs 14', 18' periodisch, und zwar mit derselben Frequenz, geschaltet werden, wobei D₁=D₂=0,5 gilt.
Alle Schaltungen der Kochmuldenvorrichtung, welche baugleich mit der Schaltung 48 sind, können in einem der beschriebenen Betriebsmodi betrieben werden.
Vorteilhaft werden bei einem Betrieb der Kochmuldenvorrichtung die Schaltelemente 14, 18, 40, 42 mit derselben Frequenz geschaltet, so dass ein geräuscharmer Betrieb erreicht wird. Dabei kann eine stark unterschiedliche Ausgangsleistung der beiden Heizelemente L und 44 dadurch erreicht werden, dass die Schaltungen 48, 64 in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden. Hierbei wird die Schaltung 48 in dem ADC-Betriebsmodus oder dem SW-Betriebsmodus betrieben und gleichzeitig die Schaltung 64 in dem ersten, zweiten, fünften oder sechsten Betriebsmodus betrieben, wobei die Schaltelemente 14, 18, 40, 42 beispielsweise mit einer Frequenz von 35 KHz betrieben werden.
Die Frequenzen, mit denen die IGBTs 14', 18' bei einem Betrieb der Schaltung 48 in dem ersten, zweiten, fünften oder sechsten Betriebsmodus zur Erzeugung einer nichtverschwindenden Ausgangsleistung des Heizelements L betrieben werden können, können oberhalb und unterhalb einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises liegen.
Die Betriebsmodi eins bis sieben erlauben einen Betrieb der Schaltung 48 bei geringer Ausgangsleistung, bei dem eine optimale Erhitzung eines Kochgeschirrs, eine gleichmäßige Belastung des Stromnetzes und eine geringe Emission von elektromagnetischer Strahlung erreicht werden können. Insbesondere kann es vermieden werden, zur Erreichung einer geringen Ausgangsleistung Strom in Pulsen zuzuführen.
Eine Grundwellenfrequenz eines Stroms i_L, der durch das als Spule ausgebildete Heizelement L fließt, ist im dritten, vierten und siebten Betriebsmodus verschieden von der Schaltfrequenz der IGBTs 14', 18'. Der Widerstand R steigt bei steigender Grundwellenfrequenz, so dass bei diesen Betriebsmodi der Widerstand R hoch ist, was vorteilhaft für ein Kochgeschirr mit geringem Widerstand ist.

Figur 15 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Schaltung 48g, welches außer zwei IGBTs 14'g, 18'g zwei weitere steuerbare IGBTs 70g, 72g aufweist. Die oben beschriebenen Betriebsmodi können auch bei der Schaltung 48g angewendet werden, indem die IGBTs 14'g, 72g wie der IGBT 14' und die IGBTs 18'g und 70g wie der IGBT 18' gesteuert werden.

Bezugszeichen

10	Steuervorrichtung	d₁	Zeitabstand
14	Schaltelement	T	Schaltperiodendauer
14'	IGBT	L	Heizelement
18	Schaltelement	d₂	Zeitabstand
18'	IGBT	D₁	Durchlasszeit
26	Schalt-Schutzelement	D₂	Durchlasszeit
26'	Diode	U	Spannungsquelle
40	Schaltelement	R	Widerstand
42	Schaltelement	C	Kondensator
44	Heizelement	V₁	Spannung
46	Steuervorrichtung	V₂	Spannung
48	Schaltung	K₁	Kollektor
50	Kochfeldfläche	G₁	Gate
52	Heizvorrichtung	E₁	Emitter
56	Diode	K₂	Kollektor
58	Steuereinheit	G₂	Gate
60	Steuereinheit	E₂	Emitter
62	Abszisse	SW	Kurve
64	Schaltung	ADC	Kurve
66	Ordinate	OPDT1	Kurve
68	Abszisse	OPDT2	Kurve
70	IGBT	TPDT1	Kurve
72	IGBT	TPDT2	Kurve
T₁	Durchlass-Zeitspanne	TPDT3	Kurve
T₂	Durchlass-Zeitspanne	i_L	Strom
T₃	Durchlass-Zeitspanne	V₀	Spannung

Claims

Kochmuldenvorrichtung mit wenigstens einer Steuervorrichtung (10; 10g), welche dazu vorgesehen ist, bei wenigstens einem Betriebsvorgang zumindest einen zwischen einer Durchlass-Zeitspanne (T₁; T₁a-T₁f) eines ersten Schaltelements (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) und einer Durchlass-Zeitspanne (T₂; T₂a-T₂f) eines zweiten Schaltelements (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) bestehenden periodenbezogenen Zeitabstand (d₁; d₁a, d₂a - d₁f, d₂f), welcher innerhalb einer Schaltperiodendauer (T; Ta-Tf) wenigstens eines der Schaltelemente (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) besteht, zur Veränderung einer Heizleistung wenigstens eines Heizelements (L, 44; Lg) zu verändern,
wenigstens ein als Schalt-Schutzelement (26; 26g) ausgebildetes elektronisches Bauelement, welches dazu vorgesehen ist, wenigstens eines der Schaltelemente (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) zu schützen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (10) dazu vorgesehen ist, zumindest einen weiteren periodenbezogenen Zeitabstand (d₁d, d₂d - d₁f, d₂f) zwischen der Durchlass-Zeitspanne (T₃d-T₃f) des zweiten Schaltelements (18; 18g) und einer Durchlass-Zeitspanne (T₁d-T₁f) des ersten Schaltelements (14; 14g), welcher innerhalb der Schaltperiodendauer (Td-Tf) besteht, zur Veränderung der Heizleistung des Heizelements (L; Lg) zu verändern.
Kochmulde mit einer Kochmuldenvorrichtung nach Anspruch 1.
Verfahren zum Betrieb einer Kochmuldenvorrichtung nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens ein zwischen einer Durchlass-Zeitspanne (T₁; T₁a-T₁f) eines ersten Schaltelements (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) und einer Durchlass-Zeitspanne (T₂; T₂a-T₂f) eines zweiten Schaltelements (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) bestehender periodenbezogener Zeitabstand (d₁; d₁a, d₂a - d₁f, d₂f), welcher innerhalb einer Schaltperiodendauer (T; Ta-Tf) wenigstens eines der Schaltelemente (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) besteht, zur Veränderung einer Heizleistung eines Heizelements (L, 44; Lg) verändert wird, wenigstens eines der Schaltelemente (14, 18, 40, 42; 14g, 18g) bei zumindest einem Betriebsvorgang durch wenigstens ein als Schalt-Schutzelement (26, 56; 26g, 56g) ausgebildetes elektronisches Bauelement geschützt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Steuervorrichtung (10) zumindest ein weiterer periodenbezogener Zeitabstand (d₁d, d₂d - d₁f, d₂f) zwischen der Durchlasszeitspanne (T₃d - T₃f) des zweiten Schaltelements (18; 18g) und einer Durchlass-Zeitspanne (T₁d - T₁f) des ersten Schaltelements (14; 14g), welcher innerhalb der Schaltperiodendauer (Td - Tf) besteht, zur Veränderung der Heizleistung des Heizelements (L; Lg) verändert wird.