EP3001774B1 - Hausgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer hausgerätevorrichtung - Google Patents

Hausgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer hausgerätevorrichtung Download PDF

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EP3001774B1
EP3001774B1 EP15184662.3A EP15184662A EP3001774B1 EP 3001774 B1 EP3001774 B1 EP 3001774B1 EP 15184662 A EP15184662 A EP 15184662A EP 3001774 B1 EP3001774 B1 EP 3001774B1
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EP
European Patent Office
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unit
bootstrap
switching
voltage
terminal
Prior art date
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EP15184662.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3001774A1 (de
Inventor
Daniel Anton Falcon
Carlos CALVO MESTRE
Oscar Garcia-Izquierdo Gango
Julio Lafuente Ureta
Diego Puyal Puente
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Publication date
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    • 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
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power

Definitions

  • the invention is based on a cooking device with a domestic appliance device according to the preamble of claim 1 and on a method for operating a cooking appliance with a domestic appliance device according to the preamble of claim 12.
  • Induction hobs are known from the prior art, comprising an inverter with two switching units and a driver circuit with a bootstrap unit, wherein a control voltage of at least one of the switching units is set via the bootstrap unit.
  • an induction heating cooker which converts a rectifying element which converts an input voltage into a DC output voltage, an inverter which switches the DC voltage generated by the rectifying element to generate an AC voltage, a first heating element driven by the AC voltage from the inverter a second heating element connected in parallel with the first heating element, the second heating element being operated with the alternating voltage from the inverter, and a switching signal generating element controlling a respective operating state of the first and second heating elements of the inverter in accordance with an externally set operation mode.
  • the switching signal generating element has an inverter drive with a bootstrap circuit.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic cooking appliance with improved properties in terms of switching behavior.
  • the object is solved by the characterizing features of claims 1 and 12, while advantageous embodiments and further developments of the invention can be taken from the dependent claims.
  • the invention relates to a cooking appliance with a domestic appliance device, in particular an induction hob device, which has a switching unit and a driver circuit, which comprises a bootstrap unit and is provided to set and / or provide a control voltage for the switching unit.
  • the bootstrapping unit comprises an adaptation unit which is provided for changing, and / or preferably adapting at least one, preferably electronic, parameter of the bootstrapping unit, in particular dynamically.
  • a "domestic appliance device” is to be understood as meaning, in particular, at least one part, in particular a subassembly, of a cooking device, preferably a cooktop, and particularly preferably an induction cooktop.
  • the home appliance device may also comprise the entire cooking appliance, preferably the entire hob, and particularly preferably the entire induction hob.
  • the home appliance device may further comprise a Control unit, an inverter and / or at least one heating element, in particular at least one inductor include.
  • the inverter is preferably provided to provide and / or to generate an oscillating electrical current, preferably with a frequency of at least 1 kHz, in particular of at least 10 kHz and advantageously of at least 20 kHz, in particular for operation of the at least one heating element.
  • the inverter comprises the switching unit.
  • a "switching unit” is to be understood as meaning in particular a unit, preferably an electronic unit, which comprises a switching element and in particular is intended to interrupt a line path, in particular comprising at least part of the switching unit.
  • the switching element is preferably designed as a circuit breaker and in particular provided to switch a current of at least 0.5 A, preferably at least 4 A and particularly preferably at least 10 A, in particular periodically.
  • the switching unit is designed as a bidirectional unipolar switching unit and in particular comprises a control input and a reference voltage terminal, wherein a switching state of the switching unit is controllable in particular by a control voltage between the control terminal and the reference voltage terminal.
  • the reference voltage terminal may be at a floating potential.
  • the switching element of the switching unit can be embodied as any switching element which appears sensible to a person skilled in the art, preferably a semiconductor switching element, such as a transistor, preferably as a FET, as a MOSFET and / or as an IGBT.
  • a switching unit may also comprise a plurality of control inputs, reference voltage connections and / or switching elements.
  • a "conduction path" is to be understood in particular to mean an element which at least temporarily produces an electrically conductive connection between at least two points and / or at least two components.
  • a "floating potential” should in particular be understood to mean a potential which is at least 10 V, preferably at least 50 V, preferably at least 75 V, and particularly preferably at its potential value, preferably periodically at least 100V changes.
  • the driver circuit preferably has a converter unit.
  • a "converter unit” should be understood to mean in particular an electronic unit, which in particular comprises a converter input, a converter output and / or preferably two supply voltage connections and is provided in particular in at least one operating state, in particular in an operating state in which one voltage applied to the two supply voltage terminals exceeds a limit value, in particular at least 8 V, preferably at least 10 V, to amplify a voltage signal and / or potential, in particular of the control unit, in particular applied to the converter input and in particular to supply it to the control terminal of the switching unit.
  • the converter unit can also have a plurality of converter inputs, converter outputs and / or more than two supply voltage connections.
  • a “bootstrap unit” is to be understood in particular as meaning a unit which comprises a bootstrapping capacity and in particular is intended to generate and / or provide a bootstrap voltage and in particular to supply the two supply voltage terminals, whereby a switching state of the switching unit can preferably be controlled.
  • the bootstrap voltage corresponds to the supply voltage of the converter unit, in particular applied to the two supply voltage terminals.
  • the bootstrapping unit further comprises a bootstrap resistor and / or at least one bootstrap diode.
  • a "bootstrap capacity” should be understood to mean, in particular, a unit which comprises at least one capacity and advantageously at least two capacities, and in particular is intended to store energy, in particular the bootstrap voltage, in particular to supply the converter unit.
  • the at least one capacitance is designed as a capacitor.
  • a "bootstrap resistor” should be understood to mean, in particular, a unit which comprises at least one resistance component and advantageously at least two resistance components, and in particular is intended to limit a current flowing into the bootstrap capacitance and / or through the at least one bootstrap diode.
  • the term "adapting” should in particular be understood to mean optimization and / or equalizing to an advantageous operation.
  • a home appliance device may also include a plurality of switching units, driver circuits and / or Include inverters.
  • the driver circuit may comprise a plurality of converter units and / or a plurality of bootstrap units.
  • a generic household appliance device having improved properties with respect to a switching behavior can be provided.
  • a fast response time of the switching unit can be achieved, whereby in particular a control and / or an efficiency of the home appliance device can be improved.
  • an operational safety and / or a service life of the domestic appliance device can be advantageously increased since negative influences of stray impedances, in particular on the converter unit and / or the switching unit, can be effectively reduced.
  • costs can advantageously be kept low.
  • the adaptation unit is provided for changing and / or preferably adapting the at least one parameter as a function of a bootstrap voltage, in particular the bootstrap voltage, preferably the voltage present in particular at the two supply voltage terminals, an advantageously simple control can be achieved.
  • the at least one parameter corresponds to a charging time constant of the bootstrap unit.
  • a “charging time constant” should be understood to mean, in particular, a charging time of the bootstrapping capacity and / or a time duration after which the bootstrap capacity has in particular a voltage value and / or an effective voltage value which is at least 63% of a maximum voltage value and / or maximum effective voltage value the bootstrap capacity corresponds.
  • the at least one parameter has a value between 10 -9 s and 10 -5 s, and preferably between 10 -8 s and 10 -6 s, at least in a start operating state.
  • a "start operating state” is to be understood as meaning, in particular, an operating state which, in particular immediately after starting the household appliance device and / or a selection of a Operating program and / or a change of an operating program starts.
  • the bootstrap capacity is completely discharged, in particular at the beginning of the start operating state, in particular over a relatively long period of time, in particular at least 1 ms, advantageously at least 0.5 s, preferably at least 1 s and particularly preferably at least 5 s.
  • a maximum voltage value stored in the bootstrap capacity and / or an effective voltage value and / or a maximum bootstrap voltage in the start operating state changes and at least between two switching operations of the switching unit and preferably between all switching operations of the switching unit.
  • the at least one parameter has a value between 10 -7 s and 10 -3 s, and preferably between 10 -6 s and 10 -4 s, at least in a continuous operating state.
  • a continuous operating state is to be understood in particular to mean an operating state which, preferably directly, is followed by the start operating state.
  • a maximum stored in the bootstrap capacity and / or effective voltage value and / or a maximum bootstrap voltage in the continuous operation state at least substantially constant between two switching operations of the switching unit and preferably between all switching operations of the switching unit.
  • the term "at least substantially constant” is to be understood as meaning, in particular, a change of not more than 5%, preferably of not more than 2% and particularly preferably of not more than 1%.
  • an advantageous filtering effect in particular filtering of a supply voltage and / or the bootstrap voltage can be achieved, whereby possible leakage currents and / or leakage voltages, which are caused in particular by stray impedances, can be effectively minimized.
  • the at least one parameter could, for example, be given by an inductance value of the bootstrap unit.
  • the at least one parameter preferably corresponds to a capacity value and / or an effective capacity value of the bootstrap unit.
  • the at least one parameter corresponds to a resistance value and / or an effective resistance value of the bootstrap unit.
  • a flexibility of the home appliance device can be increased.
  • the matching unit comprises at least two capacitors or at least two resistance components which are connected in parallel in at least one operating state, in particular in the start operating state and / or the continuous operating state. In this way, in particular a simple construction can be achieved.
  • the matching unit comprises at least two capacitors or at least two resistance components which are connected in series in at least one operating state, in particular in the start operating state and / or the continuous operating state.
  • the home appliance device can be adapted in particular flexibly to different requirements.
  • the adaptation unit comprises a bridging switching element which is provided to bridge and / or bypass at least one component, in particular at least one capacitor and / or at least one resistance component, the bootstrapping unit in at least one operating state, in particular in the start operating state and / or the continuous operating state , the at least one parameter can advantageously be adapted simply and in particular during operation of the household appliance device.
  • the bridging switching element can be designed as any switching element which appears sensible to a person skilled in the art, preferably a semiconductor switching element, such as a transistor, preferably as a FET, as a MOSFET and / or as an IGBT.
  • the adaptation unit can also have a plurality of, preferably identical, bridging switching elements.
  • the adaptation unit and / or the bypass switching element could be controlled, for example, by a control signal of the control unit.
  • the adaptation unit and / or the bridging switching element is designed to be self-controlling.
  • self-controlling is designed, in particular be understood that the object in at least one operating state, its state, in particular switching state, automatically and / or automatically, in particular depending on a, in particular momentary, voltage value and / or current value of the driver circuit and / or the bootstrap unit changes.
  • the adaptation unit and / or the bridging switching element is free from a, in particular direct, connection to the control unit. In this way, in particular an advantageously simple, cost-effective and safe control can be achieved.
  • a method for operating a household appliance device, in particular an induction hob device, with a switching unit and with a driver circuit, which comprises a bootstrapping unit and by means of which a control voltage for the switching unit is set.
  • At least one parameter preferably a charging time constant, advantageously a capacitance value and / or a resistance value, of the bootstrapping unit, in particular as a function of a bootstrap voltage, be changed.
  • a switching behavior can be improved, wherein a response time can be lowered and an operating time can be increased.
  • FIG. 1 shows an exemplary trained as an induction hob home appliance 32 in a schematic plan view.
  • the domestic appliance 32 has a hob plate with four heating zones 34. Each heating zone 34 is intended to heat exactly one cookware element (not shown).
  • the household appliance 32 includes a home appliance device.
  • the domestic appliance apparatus comprises a control unit 36.
  • the control unit 36 has an arithmetic unit, a memory unit and an operating program stored in the memory unit, which is intended to be executed by the arithmetic unit.
  • FIG. 2 shows a simplified schematic diagram of the home appliance device. Concrete embodiments of the home appliance devices, however, are in the FIGS. 4 to 8 shown.
  • the home appliance device has a heating unit 38.
  • the heating unit 38 may include a plurality of inductors (not shown).
  • the heating unit 38 may include a switching arrangement (not shown) to operate the inductors alternately and / or in common, for example in a time-multiplexed method.
  • the household appliance device comprises a main energy source 40.
  • the household appliance device comprises an inverter 42.
  • the inverter 42 comprises two switching units 10, 12.
  • the switching units 10, 12 12 are formed identical to each other.
  • the switching units 10, 12 each comprise a control input.
  • the switching units 10, 12 each comprise a switching element.
  • the switching elements are designed as IGBTs.
  • the switching units 10, 12 each comprise a freewheeling diode and a snubber capacitor, which are in particular connected in parallel to the switching elements.
  • a home appliance device has multiple inverters.
  • at least one inverter has different switching units.
  • a first terminal of the main energy source 40 is connected to an emitter terminal of a first switching unit 10 of the switching units 10, 12 and / or the switching element of the first switching unit 10 electrically conductive.
  • a second terminal of the main energy source 40 is electrically conductively connected to a collector terminal of a second switching unit 12 of the switching units 10, 12 and / or the switching element of the second switching unit 12.
  • the inverter 42 is designed to convert a pulsed rectified mains voltage of the main energy source 40 into a high-frequency heating current and in particular to supply the heating unit 38.
  • the heating unit 38 is arranged in a bridge branch between a center tap 44 of the inverter 42 and a resonance unit 46.
  • the domestic appliance device comprises a driver circuit 14.
  • the driver circuit 14 is provided to set a control voltage for the switching units 10, 12.
  • the driver circuit 14 comprises a secondary energy source 48.
  • the secondary energy source 48 has a voltage between 10 V and 25 V.
  • a first connection of the secondary energy source 48 is electrically conductively connected via a first conduction path 54 to the first connection of the main energy source 40.
  • the driver circuit 14 comprises two converter units 50, 52.
  • the converter units 50, 52 are formed identical to one another. Alternatively, it is also conceivable to use different converter units. For example, galvanic (optical, magnetic, or capacitive) isolation may be used only where necessary, or as a discrete implementation, or through integrated circuit of the converter unit.
  • the converter units 50, 52 are formed as a high-voltage integrated circuit (IC).
  • Each of the converter units 50, 52 has one Converter input and a converter output.
  • each of the converter units 50, 52 has two supply voltage connections.
  • a first converter unit 50 of the converter units 50, 52 is provided to operate the first switching unit 10.
  • a second converter unit 52 of the converter units 50, 52 is provided to operate the second switching unit 12.
  • the inputs of the converter units 50, 52 are each electrically connected to the control unit 36.
  • the outputs of the converter units 50, 52 are each electrically conductively connected to the control inputs of the switching units 10, 12.
  • the driver circuit 14 has a bulk capacitor 56.
  • the bulk capacitor 56 is designed as an energy buffer.
  • the bulk capacitor 56 has a capacitance value that is sufficiently higher than the maximum capacity of the bootstrap unit 16. By “sufficiently higher” should be understood in this context in particular at least 4 times higher, advantageously 10 times higher. Usually, the bulk capacitor 56 has a capacitance value between 100 nF and 47 ⁇ F.
  • the bulk capacitor 56 is provided to provide a substantially constant supply voltage for the first converter unit 50.
  • a first connection of the bulk capacitor 56 in particular via the first conduction path 54, is electrically conductively connected to the first connection of the secondary energy source 48.
  • the first connection of the bulk capacitor 56 is electrically conductively connected, in particular via the first conduction path 54, to a first supply voltage connection of the first converter unit 50.
  • the first connection of the bulk capacitor 56 in particular via the first conduction path 54, is electrically conductively connected to the emitter connection of the first switching unit 10.
  • the first conduction path 54 thus serves as a reference voltage terminal for the first switching unit 10.
  • the first conduction path 54 is at a fixed potential.
  • a second terminal of the bulk capacitor 56 is electrically connected to a second terminal of the secondary power source 48.
  • the second terminal of the bulk capacitor 56 is electrically conductively connected to a second supply voltage terminal of the first converter unit 50.
  • the driver circuit 14 comprises a bootstrap unit 16.
  • the bootstrap unit 16 comprises a bootstrap diode 58.
  • the bootstrap unit 16 comprises a bootstrap capacity 60.
  • the bootstrap capacity 60 is designed as an energy buffer.
  • Bootstrap capacity 60 has an effective capacitance value between 33 nF and 3.3 ⁇ F on.
  • the bootstrap capacity 60 has a voltage-dependent capacitance value.
  • the bootstrap unit 16 includes a bootstrap resistor 62.
  • the bootstrap resistor 62 is provided to limit a current flowing into the bootstrap capacitance 60 and through the bootstrap diode 58.
  • the bootstrap resistor 62 has an effective resistance between 0.5 ⁇ and 50 ⁇ .
  • the bootstrap resistor 62 has a voltage-dependent resistance value.
  • a bootstrap resistance or a bootstrap capacity could also be voltage-independent.
  • the bootstrap diode 58 is electrically conductively connected to the second terminal of the secondary power source 48 with an anode terminal.
  • the bootstrap diode 58 is electrically connected to a cathode terminal to a first terminal of the bootstrap resistor 62.
  • a second terminal of the bootstrap resistor 62 is electrically connected to a first terminal of the bootstrap capacitance 60.
  • the second terminal of the bootstrap resistor 62 is electrically conductively connected to a first supply voltage terminal of the second converter unit 52.
  • a second connection of the bootstrap capacity 60 is electrically conductively connected to the center tap 44 via a second line path 64.
  • the bootstrap capacity 60 is electrically connected to a collector terminal of the first switching unit 10 and / or the switching element of the first switching unit 10 and an emitter terminal of the second switching unit 12 and / or the switching element of the second switching unit 12. Furthermore, the bootstrap capacity 60, in particular via the second conduction path 64, is electrically conductively connected to a second supply voltage terminal of the second converter unit 52.
  • the second conduction path 64 serves as a reference voltage terminal for the second switching unit 12.
  • the second conduction path 64 is at a floating potential.
  • the second conduction path 64 is in an operating state in which the switching units 10, 12 are alternately switched, alternately at a reference potential of the first conduction path 54 and a mains voltage potential V 0 .
  • the bootstrap capacity 60 is intended to provide a bootstrap tension V BS .
  • the bootstrap voltage V BS in this case corresponds to a supply voltage of the second converter unit 52 and, in particular in at least one operating state, is applied to the supply voltage terminals of the second converter unit 52.
  • the converter units 50, 52 are further equipped with an undervoltage cut-off protection (UVLO). Consequently, the converter units 50, 52 are inoperative at a supply voltage below a limit value, in particular at the supply voltage terminals.
  • the limit value is between 9 V and 16 V.
  • the converter units 50, 52 are thus provided, in an operating state in which a voltage applied to the supply voltage terminals exceeds the limit value, to amplify a voltage signal of the control unit 36 applied to the converter input ,
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of various signals for controlling the home appliance device in a start mode and a, in particular to the start mode, subsequent continuous mode.
  • An ordinate axis 68 is shown as a size axis.
  • the time is shown on an abscissa axis 66.
  • the abscissa axis 66 has two time segments with an interruption, wherein a first time segment represents a start operating state and a second, in particular temporally later, time period represents a continuous operating state.
  • a curve 70 illustrates the switching states of the switching element of the first switching unit 10.
  • a curve 72 illustrates the switching states of the switching element of the second switching unit 12.
  • a "0" level defines a non-conductive state.
  • a curve 74 shows the mains voltage potential V 0 of the main energy source 40.
  • the mains voltage potential V 0 is superimposed in the present case with a creeping voltage V LEAK .
  • the creeping voltage V LEAK shows a curve 76.
  • the creeping voltage V LEAK can occur due to stray inductances of connecting lines, in particular of connecting cables and / or printed conductors, in particular after closing of the switching unit 12.
  • a curve 78 shows an input voltage of the bootstrap unit 16, while a curve 80 represents the bootstrap voltage V BS .
  • the input voltage of the Bootstraptician 16 corresponds to a superimposition of the AC voltage potential V 0 and the voltage potential of the secondary power source 48.
  • the Bootstrapschreib V BS corresponds at least substantially an envelope of the input voltage and in particular a supply voltage of the second converter unit 52.
  • a particular set by a manufacturer information, optimum Supply voltage of the second converter unit 52 defines a curve 81. Accordingly, the bootstrap voltage V BS is in a comparison to the optimum one Supply voltage of the second converter unit 52 increases at least in the start operating state, which in particular can lead to destruction and / or malfunction of the second converter unit 52.
  • the bootstrap voltage V BS in the continuous operating state at least substantially corresponds to the optimum supply voltage of the second converter unit 52, whereby destruction and / or malfunction of the second converter unit 52 can be advantageously counteracted.
  • the switching units 10, 12 are switched alternately.
  • the first switching unit 10 is open and the second switching unit 12 is closed and at least a second, in particular different from the first time, the first switching unit 10 is closed and the second switching unit 12 open.
  • the bulk capacitor 56 and the bootstrap capacity 60 are alternately charged and discharged.
  • the bulk capacitor 56 is discharged during activation of the first switching unit 10.
  • the bulk capacitor 56 is charged during activation of the second switching unit 12.
  • the bootstrap capacity 60 is discharged during activation of the second switching unit 12.
  • Bootstrap capacity 60 is charged during activation of first switching unit 10 via bootstrap diode 58 and bootstrap resistor 62.
  • the bootstrap unit 16 further comprises an adaptation unit 18.
  • the adaptation unit 18 is provided to change a parameter of the bootstrap unit 16 in dependence on the bootstrap voltage V BS .
  • the parameter is given by a charging time constant T, in particular the bootstrap capacity 60.
  • a variable R boat corresponds to the resistance value of the bootstrap resistor 62, while a variable C boot corresponds to the capacitance value of the bootstrap capacity 60.
  • the adaptation unit 18 is provided to dynamically adjust the resistance value of the bootstrap resistor 62 and the capacitance value of the bootstrap capacitance 60, and in particular during operation of the home appliance device.
  • the parameter in the start operating state has a value between 1 ⁇ 10 -8 s and 1 ⁇ 10 -6 s. If the bootstrap voltage V BS exceeds a limit value of approximately 12 V, then the adaptation unit 18 is provided to change a value of the parameter, for example by switching between at least two resistors of the bootstrap resistor 62 and / or between at least two capacitors of the bootstrap capacitance 60 Continuous mode, the parameter has a higher value than in the start operating state. In the steady state, the parameter has a value between 1 ⁇ 10 -6 s and 1 ⁇ 10 -4 s.
  • a fast response of the second switching unit 12 can be achieved in the start operating state, since the bootstrap capacity 60 already reaches a required voltage limit value in a first switching pulse, which is required for operation of the second converter unit 52.
  • an enlargement of the charging time constant T can achieve an advantageous filtering effect.
  • bootstrap capacity 60 and bootstrap resistance 62 correspond to a low pass filter.
  • voltage peaks in the supply voltage of the second converter unit 52 in particular due to the creeping voltage V LEAK , can be filtered, in particular by adapting the charging time constant T of the bootstrap unit 16 by the adaptation unit 18.
  • FIGS. 4 to 8 concrete embodiments of the bootstrap unit 16 are shown.
  • the following description and the drawing are essentially limited to the differences between the basic example and the concrete exemplary embodiments, with reference in principle to components and components denoted by the same reference symbols, in principle to the drawing and / or the description of the basic example, in particular of the FIGS. 1 to 3 can be referenced.
  • the letters a to e are readjusted.
  • FIG. 4 the letter a is readjusted.
  • FIG. 4 is a first concrete embodiment of a bootstrap unit 16a of a further, in particular only partially illustrated, home appliance device, shown.
  • a bootstrap resistor 62a in the present case consists of a single resistance component 24a.
  • the resistance component 24a has a, in particular fixed, resistance value of 15 ⁇ .
  • a bootstrap capacity 60a comprises two capacitors 20a, 22a.
  • a first capacitor 20a of the capacitors 20a, 22a has a capacitance value of 2.2 ⁇ F.
  • a second capacitor 22a of the capacitors 20a, 22a has a capacitance value of 68 nF.
  • the bootstrap capacity 60a includes an adjustment unit 18a.
  • the matching unit 18a has a bypass switching element 28a with a parallel-connected diode 82a.
  • the bypass switching element 28a is formed as an n-channel MOSFET.
  • the matching unit 18a includes a zener diode 84a.
  • the Zener diode 84a is formed as a blocking element.
  • the Zener diode 84a is provided to block the bypass switch element 28a below a voltage limit of about 12V.
  • the matching unit 18a includes a resistor 86a which sets an operating point of the lock-up switching element 28a.
  • a first terminal of the first capacitor 20a is electrically conductively connected to a first supply voltage terminal of a second converter unit 52a.
  • the first terminal of the first capacitor 20a is electrically connected to a cathode terminal of the zener diode 84a. Further, the first terminal of the first capacitor 20a is connected to the bootstrap resistor 62a.
  • a second terminal of the first capacitor 20a is electrically connected to a drain terminal of the bypass switching element 28a. Further, the second terminal of the first capacitor 20a is connected to a first terminal of the second capacitor 22a.
  • the capacitors 20a, 22a are connected in series.
  • the first terminal of the second capacitor 22a is thus also electrically conductively connected to the drain terminal of the bypass switching element 28a.
  • a second terminal of the second capacitor 22a is connected to a second one Supply voltage terminal of the second converter unit 52a electrically conductively connected.
  • the second terminal of the second capacitor 22a is electrically connected to a source terminal of the bypass switching element 28a.
  • the second terminal of the second capacitor 22a is electrically conductively connected to a second terminal of the resistor 86a.
  • An anode terminal of the zener diode 84a is further electrically connected to a base terminal of the bypass switching element 28a.
  • the anode terminal of the Zener diode 84a is also electrically connected to a first terminal of the resistor 86a.
  • a capacity value of the bootstrap capacity 60a is given by an effective capacity value from the capacities of the two capacitors 20a, 22a.
  • the effective capacitance value in the starting operating state in the present case is about 66 nF.
  • a charging time constant T of the bootstrap unit 16a is about 1 ⁇ s.
  • the zener diode 84a reaches its passband so that the bypass switch element 28a turns on.
  • the adaptation unit 18a is designed to be self-controlling and, in particular, free from connection to a control unit 36a. Alternatively, however, it is also conceivable to control a matching unit by means of a signal of a control unit.
  • the bypass switching element 28a is provided to bridge a device 30a.
  • the bypass switching element 28a is provided to bridge the second capacitor 22a.
  • the effective capacitance value in the steady-state condition is therefore 2.2 ⁇ F.
  • a charging time constant T of the bootstrap unit 16a is about 33 ⁇ s.
  • FIG. 5 a further embodiment of the invention is shown.
  • the embodiment of FIG. 5 the letter b is added.
  • the further embodiment of the FIG. 5 differs from the previous embodiments by a bootstrap unit 16b.
  • a bootstrap capacity 60b comprises two capacitors 20b, 22b. In the present case, the capacitors 20b, 22b are connected in parallel.
  • a first terminal of the first capacitor 20b is electrically conductively connected to a first supply voltage terminal of a second converter unit 52b.
  • the first terminal of the first capacitor 20b is electrically connected to a cathode terminal of a Zener diode 84b.
  • the first terminal of the first capacitor 20b is connected to a bootstrap resistor 62b.
  • the first terminal of the first capacitor 20b is connected to a first terminal of the second capacitor 22b.
  • a second terminal of the first capacitor 20b is electrically connected to a drain terminal of a bypass switching element 28b.
  • the first terminal of the second capacitor 22b is also electrically conductively connected to the first supply voltage terminal of the second converter unit 52b.
  • a second terminal of the second capacitor 22b is electrically conductively connected to a second supply voltage terminal of the second converter unit 52b.
  • the second terminal of the second capacitor 22b is electrically connected to a source terminal of the bypass switching element 28b. Furthermore, the second terminal of the second capacitor 22b is electrically conductively connected to a first terminal of a resistor 86b.
  • a capacity value of the bootstrap capacity 60b is given by a capacitance value of the second capacitor 22b.
  • the bypass switching element 28b is provided to bypass the first capacitor 20b.
  • the capacity value in the startup mode is 68 nF.
  • the zener diode 84b reaches its passband so that the bypass switch element 28b turns on.
  • a capacity value of the bootstrap capacity 60b is given by an effective capacity value from the capacities of the two capacitors 20b, 22b.
  • the effective capacitance value in the steady state condition is about 2.3 ⁇ F.
  • a charging time constant T of the bootstrap unit 16a is about 34 ⁇ s.
  • FIG. 6 a further embodiment of the invention is shown.
  • the embodiment of FIG. 6 the letter c is adjusted.
  • the further embodiment of the FIG. 6 differs from the previous embodiments by a bootstrap unit 16c.
  • a bootstrap capacity 60c in the present case consists of a single capacitor 20c.
  • a bootstrap resistor 62c includes two resistor devices 24c, 26c. The resistance components 24c, 26c are connected in parallel.
  • a bypass switching element 28c is provided in the present case to bridge a first resistance component 24c of the resistance components 24c, 26c in a continuous mode of operation.
  • FIG. 7 a further embodiment of the invention is shown.
  • the embodiment of FIG. 7 the letter d is readjusted.
  • the further embodiment of the FIG. 7 differs from the previous embodiments by a bootstrap unit 16d.
  • a bootstrap resistor 62d includes two resistor devices 24d, 26d.
  • the resistance components 24d, 26d are connected in series.
  • a bypass switching element 28d is provided to bridge a second resistance device 26d of the resistance devices 24d, 26d in a startup mode of operation.
  • FIG. 8 a further embodiment of the invention is shown.
  • the embodiment of FIG. 8 the letter e is readjusted.
  • the further embodiment of the FIG. 8 differs from the previous embodiments by a bootstrap unit 16e.
  • FIG. 8 shows a cascaded bootstrap capacity 60e.
  • the bootstrap capacity 60e consists essentially of n consecutively connected bootstrap capacities 60b FIG. 5 Wherein the first capacitors 20e 1 - n 20e, 84e, the Zener diodes 1 - n, and the resistors 84e 86e 1 - 86e have n such varying values that a charging time constant T, at least during a starting operation state is continuously increasing.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Gargerät mit einer Hausgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zum Betrieb eines Gargeräts mit einer Hausgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Aus dem Stand der Technik sind Induktionskochfelder bekannt, die einen Wechselrichter mit zwei Schalteinheiten sowie einen Treiberschaltkreis mit einer Bootstrapeinheit umfassen, wobei eine Steuerspannung zumindest einer der Schalteinheiten über die Bootstrapeinheit eingestellt wird.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 753 147 A2 ist bereits ein Induktionshitze-Kochgerät bekannt, welches ein Gleichrichterelement, das eine Eingangsspannung in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung umwandelt, einen Wechselrichter, der die durch das Gleichrichterelement erzeugte Gleichstromspannung so schaltet, dass eine Wechselspannung erzeugt wird, ein mit der Wechselspannung vom Wechselrichter betriebenes erstes Heizelement, ein mit dem ersten Heizelement parallel geschaltetes zweites Heizelement, wobei das zweite Heizelement mit der Wechselspannung vom Wechselrichter betrieben wird, und ein Schaltsignalerzeugungselement aufweist, das einen jeweiligen Betriebszustand des ersten und zweiten Heizelements des Wechselrichters in Abhängigkeit von einem von außen vorgegebenen Betriebsmodus steuert. Das Schaltsignalerzeugungselement weist einen Wechselrichterantrieb mit einer Bootstrap-Schaltung auf.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein gattungsgemäßes Gargerät mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Schaltverhaltens bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 12 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Die Erfindung geht aus von einem Gargerät mit einer Hausgerätevorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, welche eine Schalteinheit und einen Treiberschaltkreis aufweist, welcher eine Bootstrapeinheit umfasst und dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit einzustellen und/oder bereitzustellen.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Bootstrapeinheit eine Anpasseinheit umfasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen, vorzugsweise elektronischen, Parameter der Bootstrapeinheit, insbesondere dynamisch, zu verändern und/oder vorzugsweise anzupassen. Unter einer "Hausgerätevorrichtung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Gargeräts, vorzugsweise eines Kochfelds und besonders bevorzugt eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Insbesondere kann die Hausgerätevorrichtung auch das gesamte Gargerät, vorzugsweise das gesamte Kochfeld und besonders bevorzugt das gesamte Induktionskochfeld, umfassen. Insbesondere kann die Hausgerätevorrichtung ferner eine Steuereinheit, einen Wechselrichter und/oder zumindest ein Heizelement, insbesondere zumindest einen Induktor, umfassen. Der Wechselrichter ist vorzugsweise dazu vorgesehen, einen oszillierenden elektrischen Strom, vorzugsweise mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz und vorteilhaft von mindestens 20 kHz, insbesondere zu einem Betrieb des zumindest einen Heizelements, bereitzustellen und/oder zu erzeugen. Vorteilhaft umfasst der Wechselrichter die Schalteinheit. Unter "vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer "Schalteinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine, vorzugsweise elektronische, Einheit, verstanden werden, welche ein Schaltelement umfasst und insbesondere dazu vorgesehen ist, einen, insbesondere zumindest einen Teil der Schalteinheit umfassenden, Leitungspfad zu unterbrechen. Dabei ist das Schaltelement vorzugsweise als Leistungsschalter ausgebildet und insbesondere dazu vorgesehen, einen Strom von zumindest 0,5 A, vorzugsweise zumindest 4 A und besonders bevorzugt zumindest 10 A, insbesondere periodisch, zu schalten. Vorteilhaft ist die Schalteinheit als bidirektionale unipolare Schalteinheit ausgebildet und umfasst insbesondere einen Steuereingang und einen Referenzspannungsanschluss, wobei ein Schaltzustand der Schalteinheit insbesondere durch eine Steuerspannung zwischen dem Steueranschluss und dem Referenzspannungsanschluss steuerbar ist. Insbesondere kann der Referenzspannungsanschluss dabei auf einem schwebenden Potential liegen. Das Schaltelement der Schalteinheit kann dabei als ein beliebiges einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT. Insbesondere kann eine Schalteinheit auch mehrere Steuereingänge, Referenzspannungsanschlüsse und/oder Schaltelemente umfassen. In diesem Zusammenhang soll unter einem "Leitungspfad" insbesondere ein Element verstanden werden, welches zumindest zeitweise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zumindest zwei Punkten und/oder zumindest zwei Bauteilen herstellt. Unter einem "schwebenden Potential" soll insbesondere ein Potential verstanden werden, welches seinen Potentialwert, vorzugsweise periodisch, um zumindest 10 V, vorteilhaft um zumindest 50 V, vorzugsweise um zumindest 75 V und besonders bevorzugt um zumindest 100 V ändert. Der Treiberschaltkreis weist vorzugsweise eine Wandlereinheit auf. In diesem Zusammenhang soll unter einer "Wandlereinheit" insbesondere eine elektronische Einheit, verstanden werden, welche insbesondere einen Wandlereingang, einen Wandlerausgang und/oder vorzugsweise zwei Versorgungsspannungsanschlüsse umfasst und insbesondere dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in einem Betriebszustand, in welchem eine an den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen anliegende Spannung einen Grenzwert, insbesondere zumindest 8 V, vorzugsweise zumindest 10 V, überschreitet, ein, insbesondere an dem Wandlereingang anliegendes Spannungssignal und/oder Potential, insbesondere der Steuereinheit, zu verstärken und insbesondere dem Steueranschluss der Schalteinheit zuzuführen. Insbesondere kann die Wandlereinheit auch mehrere Wandlereingänge, Wandlerausgänge und/oder mehr als zwei Versorgungsspannungsanschlüsse aufweisen. Unter einer "Bootstrapeinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche eine Bootstrapkapazität umfasst und insbesondere dazu vorgesehen ist, eine Bootstrapspannung zu erzeugen und/oder bereitzustellen und insbesondere den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen zuzuführen, wodurch vorzugsweise ein Schaltzustand der Schalteinheit gesteuert werden kann. Insbesondere entspricht die Bootstrapspannung dabei der, insbesondere an den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden, Versorgungsspannung der Wandlereinheit. Vorzugsweise umfasst die Bootstrapeinheit ferner einen Bootstrapwiderstand und/oder zumindest eine Bootstrapdiode. In diesem Zusammenhang soll unter einer "Bootstrapkapazität" insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche zumindest eine Kapazität und vorteilhaft zumindest zwei Kapazitäten, umfasst und insbesondere dazu vorgesehen ist, Energie, insbesondere die Bootstrapspannung, insbesondere zu einer Versorgung der Wandlereinheit, zu speichern. Vorteilhaft ist die zumindest eine Kapazität dabei als Kondensator ausgebildet. Des Weiteren soll unter einem "Bootstrapwiderstand" insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche zumindest ein Widerstandsbauelement und vorteilhaft zumindest zwei Widerstandsbauelemente, umfasst und insbesondere dazu vorgesehen ist, einen in die Bootstrapkapazität und/oder durch die zumindest eine Bootstrapdiode fließenden Strom zu begrenzen. Unter dem Ausdruck "anpassen" soll insbesondere optimieren und/oder an einen vorteilhaften Betrieb angleichen verstanden werden. Insbesondere kann eine Hausgerätevorrichtung auch mehrere Schalteinheiten, Treiberschaltkreise und/oder Wechselrichter umfassen. Ferner kann der Treiberschaltkreis mehrere Wandlereinheiten und/oder mehrere Bootstrapeinheiten umfassen.
  • Durch diese Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Hausgerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Schaltverhaltens bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine schnelle Ansprechzeit der Schalteinheit erreicht werden, wodurch insbesondere eine Steuerung und/oder eine Effizienz der Hausgerätevorrichtung verbessert werden kann. Auch kann eine Betriebssicherheit und/oder eine Betriebsdauer der Hausgerätevorrichtung vorteilhaft erhöht werden, da negative Einflüsse von Streuimpedanzen, insbesondere auf die Wandlereinheit und/oder die Schalteinheit, wirkungsvoll reduziert werden können. Ferner können Kosten vorteilhaft gering gehalten werden.
  • Ist die Anpasseinheit dazu vorgesehen, den zumindest einen Parameter in Abhängigkeit von einer Bootstrapspannung, insbesondere der Bootstrapspannung, vorzugsweise der, insbesondere an den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden, Spannung, zu verändern und/oder vorzugsweise anzupassen, kann eine vorteilhaft einfache Steuerung erreicht werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter einer Ladezeitkonstante der Bootstrapeinheit entspricht. In diesem Zusammenhang soll unter einer "Ladezeitkonstante" insbesondere eine Ladezeit der Bootstrapkapazität und/oder eine Zeitdauer verstanden werden, nach welcher die Bootstrapkapazität insbesondere einen Spannungswert und/oder einen effektiven Spannungswert aufweist, welcher zumindest 63 % eines maximalen Spannungswerts und/oder maximalen effektiven Spannungswerts der Bootstrapkapazität entspricht. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und insbesondere kostengünstige Anpassung der Bootstrapeinheit an verschiedene Betriebszustände erreicht werden.
  • Vorzugsweise weist der zumindest eine Parameter zumindest in einem Startbetriebszustand einen Wert zwischen 10-9 s und 10-5 s und vorzugsweise zwischen 10-8 s und 10-6 s auf. Unter einem "Startbetriebszustand" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, welcher, insbesondere unmittelbar, nach einem Starten der Hausgerätevorrichtung und/oder einer Auswahl eines Betriebsprogramms und/oder einem Wechsel eines Betriebsprogramms startet. Die Bootstrapkapazität ist dabei insbesondere zu Beginn des Startbetriebszustands vollständig entladen, insbesondere über einen längeren Zeitraum von insbesondere zumindest 1 ms, vorteilhaft zumindest 0,5 s, vorzugsweise zumindest 1 s und besonders bevorzugt zumindest 5 s. Insbesondere ändert sich und/oder steigt ein maximaler in der Bootstrapkapazität gespeicherter Spannungswert und/oder effektiver Spannungswert und/oder eine maximale Bootstrapspannung in dem Startbetriebszustand zumindest zwischen zwei Schaltvorgängen der Schalteinheit und vorzugsweise zwischen allen Schaltvorgängen der Schalteinheit. Hierdurch kann insbesondere ein schnelles Ansprechverhalten der Hausgerätevorrichtung erreicht werden.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter zumindest in einem Dauerbetriebszustand einen Wert zwischen 10-7 s und 10-3 s und vorzugsweise zwischen 10-6 s und 10-4 s aufweist. Unter einem "Dauerbetriebszustand" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, welcher, vorzugsweise unmittelbar, an den Startbetriebszustand anschließt. Insbesondere ist ein maximaler in der Bootstrapkapazität gespeicherter Spannungswert und/oder effektiver Spannungswert und/oder eine maximale Bootstrapspannung in dem Dauerbetriebszustand zumindest zwischen zwei Schaltvorgängen der Schalteinheit und vorzugsweise zwischen allen Schaltvorgängen der Schalteinheit zumindest im Wesentlichen konstant. In diesem Zusammenhang soll unter "zumindest im Wesentlichen konstant" insbesondere eine Änderung um maximal 5 %, vorzugsweise um maximal 2 % und besonders bevorzugt um maximal 1 % verstanden werden. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Filterwirkung, insbesondere Filterung einer Versorgungsspannung und/oder der Bootstrapspannung erreicht werden, wodurch mögliche Leckströme und/oder Leckspannungen, welche insbesondere durch Streuimpedanzen verursacht werden, wirkungsvoll minimiert werden können.
  • Der zumindest eine Parameter könnte beispielweise durch einen Induktivitätswert der Bootstrapeinheit gegeben sein. Vorzugsweise entspricht der zumindest eine Parameter jedoch einem Kapazitätswert und/oder einem effektiven Kapazitätswert der Bootstrapeinheit. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und unkomplizierte Anpassung der Bootstrapeinheit stattfinden.
  • Alternativ und/oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter einem Widerstandswert und/oder einem effektiven Widerstandswert der Bootstrapeinheit entspricht. Hierdurch kann insbesondere eine Flexibilität der Hausgerätevorrichtung erhöht werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Anpasseinheit zumindest zwei Kondensatoren oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente umfasst, welche in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszustand, parallel geschalten sind. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Bauweise erreicht werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Anpasseinheit zumindest zwei Kondensatoren oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente umfasst, welche in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszustand, in Reihe geschalten sind. Hierdurch kann die Hausgerätevorrichtung insbesondere flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
  • Umfasst die Anpasseinheit ein Überbrückungsschaltelement, welches dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszustand, zumindest ein Bauelement, insbesondere zumindest einen Kondensator und/oder zumindest ein Widerstandsbauelement, der Bootstrapeinheit zu überbrücken und/oder zu umgehen, kann der zumindest eine Parameter vorteilhaft einfach und insbesondere während eines Betriebs der Hausgerätevorrichtung angepasst werden. Das Überbrückungsschaltelement kann dabei als beliebiges einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT. Insbesondere kann die Anpasseinheit auch mehrere, vorzugsweise identisch ausgebildete, Überbrückungsschaltelemente aufweisen.
  • Die Anpasseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement könnten beispielsweise durch ein Steuersignal der Steuereinheit gesteuert werden. Vorzugsweise ist die Anpasseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement jedoch selbststeuernd ausgebildet. Darunter, dass ein Objekt "selbststeuernd" ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt in zumindest einem Betriebszustand, seinen Zustand, insbesondere Schaltzustand, automatisch und/oder selbsttätig, insbesondere abhängig von einem, insbesondere momentanen, Spannungswert und/oder Stromwert des Treiberschaltkreises und/oder der Bootstrapeinheit, ändert. Insbesondere ist die Anpasseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement frei von einer, insbesondere direkten, Verbindung zu der Steuereinheit. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft einfache, kostengünstige und sichere Steuerung erreicht werden.
  • Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hausgerätevorrichtung vorgeschlagen, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, mit einer Schalteinheit und mit einem Treiberschaltkreis, welcher eine Bootstrapeinheit umfasst und mittels dem eine Steuerspannung für die Schalteinheit eingestellt wird.
  • Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Parameter, vorzugsweise eine Ladezeitkonstante, vorteilhaft ein Kapazitätswert und/oder ein Widerstandswert, der Bootstrapeinheit, insbesondere in Abhängigkeit von einer Bootstrapspannung, verändert wird. Hierdurch kann ein Schaltverhalten verbessert werden, wobei eine Ansprechzeit erniedrigt und eine Betriebsdauer erhöht werden können.
  • 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.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein als Induktionskochfeld ausgebildetes Hausgerät mit einer Hausgerätevorrichtung in einer schematischen Draufsicht,
    Fig. 2
    ein vereinfachtes Prinzipschaltbild der Hausgerätevorrichtung mit einem eine Bootstrapeinheit aufweisenden Treiberschaltkreis,
    Fig. 3
    ein schematisches Schaubild verschiedener Signale zur Steuerung der Hausgerätevorrichtung,
    Fig. 4
    eine konkrete Ausgestaltung einer Bootstrapeinheit einer weiteren Hausgerätevorrichtung mit zwei zumindest in einem Betriebszustand in Reihe geschalteten Kondensatoren,
    Fig. 5
    eine konkrete Ausgestaltung einer weiteren Bootstrapeinheit einer weiteren Hausgerätevorrichtung mit zwei zumindest in einem Betriebszustand parallel geschalteten Kondensatoren,
    Fig. 6
    eine konkrete Ausgestaltung einer weiteren Bootstrapeinheit einer weiteren Hausgerätevorrichtung mit zwei zumindest in einem Betriebszustand parallel geschalteten Widerstandsbauelementen,
    Fig. 7
    eine konkrete Ausgestaltung einer weiteren Bootstrapeinheit einer weiteren Hausgerätevorrichtung mit zwei zumindest in einem Betriebszustand in Reihe geschalteten Widerstandsbauelementen und
    Fig. 8
    eine konkrete Ausgestaltung einer weiteren Bootstrapeinheit einer weiteren Hausgerätevorrichtung.
  • Figur 1 zeigt ein beispielhaftes als Induktionskochfeld ausgebildetes Hausgerät 32 in einer schematischen Draufsicht. Das Hausgerät 32 weist im vorliegenden Fall eine Kochfeldplatte mit vier Heizzonen 34 auf. Jede Heizzone 34 ist dazu vorgesehen, genau ein Kochgeschirrelement (nicht dargestellt) zu erhitzen. Darüber hinaus umfasst das Hausgerät 32 eine Hausgerätevorrichtung. Zur Steuerung eines Betriebs des Hausgeräts 32 umfasst die Hausgerätevorrichtung eine Steuereinheit 36. Die Steuereinheit 36 weist eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit hinterlegtes Betriebsprogramm auf, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden.
  • Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Prinzipschaltbild der Hausgerätevorrichtung. Konkrete Ausgestaltungen der Hausgerätevorrichtungen sind hingegen in den Figuren 4 bis 8 gezeigt. Die Hausgerätevorrichtung weist eine Heizeinheit 38 auf. Die Heizeinheit 38 kann mehrere Induktoren (nicht dargestellt) umfassen. Zudem kann die Heizeinheit 38 eine Schaltanordnung (nicht dargestellt) umfassen, um die Induktoren abwechselnd und/oder gemeinsam, beispielsweise in einem Zeit-Multiplex-Verfahren, zu betreiben. Zur Versorgung der Heizeinheit 38 umfasst die Hausgerätevorrichtung eine Hauptenergiequelle 40. Ferner umfasst die Hausgerätevorrichtung einen Wechselrichter 42. Der Wechselrichter 42 umfasst zwei Schalteinheiten 10, 12. Die Schalteinheiten 10, 12 sind identisch zueinander ausgebildet. Die Schalteinheiten 10, 12 umfassen jeweils einen Steuereingang. Zudem umfassen die Schalteinheiten 10, 12 jeweils ein Schaltelement. Die Schaltelemente sind als IGBTs ausgebildet. Ferner umfassen die Schalteinheiten 10, 12 jeweils eine Freilaufdiode und eine Snubberkapazität, welche insbesondere parallel zu den Schaltelementen geschaltet sind. Alternativ ist auch denkbar, dass eine Hausgerätevorrichtung mehrere Wechselrichter aufweist. Zudem ist denkbar, dass zumindest ein Wechselrichter unterschiedliche Schalteinheiten aufweist.
  • Ein erster Anschluss der Hauptenergiequelle 40 ist dabei mit einem Emitteranschluss einer ersten Schalteinheit 10 der Schalteinheiten 10, 12 und/oder des Schaltelements der ersten Schalteinheit 10 elektrisch leitend verbunden. Zudem ist ein zweiter Anschluss der Hauptenergiequelle 40 mit einem Kollektoranschluss einer zweiten Schalteinheit 12 der Schalteinheiten 10, 12 und/oder des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 12 elektrisch leitend verbunden. Der Wechselrichter 42 ist dazu vorgesehen, eine pulsierende gleichgerichtete Netzspannung der Hauptenergiequelle 40 in einen hochfrequenten Heizstrom umzuwandeln und insbesondere der Heizeinheit 38 zuzuführen. Die Heizeinheit 38 ist dabei in einem Brückenzweig zwischen einem Mittelabgriff 44 des Wechselrichters 42 und einer Resonanzeinheit 46 angeordnet.
  • Zudem umfasst die Hausgerätevorrichtung einen Treiberschaltkreis 14. Der Treiberschaltkreis 14 ist dazu vorgesehen, eine Steuerspannung für die Schalteinheiten 10, 12 einzustellen. Dazu umfasst der Treiberschaltkreis 14 eine Sekundärenergiequelle 48. Die Sekundärenergiequelle 48 weist eine Spannung zwischen 10 V und 25 V auf. Im vorliegenden Fall ist ein erster Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 über einen ersten Leitungspfad 54 mit dem ersten Anschluss der Hauptenergiequelle 40 elektrisch leitend verbunden. Ferner umfasst der Treiberschaltkreis 14 zwei Wandlereinheiten 50, 52. Die Wandlereinheiten 50, 52 sind identisch zueinander ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, unterschiedliche Wandlereinheiten zu verwenden. Beispielsweise kann eine galvanische (optische, magnetische oder kapazitive) Isolierung nur dort verwendet werden, wo sie notwendig ist, oder eine diskrete Implementierung oder durch einen integrierten Schaltkreis der Wandlereinheit ausgeführt werden. In dem Fall, dass nur high-side-galvanische Isolierung und eine kompakte Implementierung des ganzen Satzes benötigt werden, sinddie Wandlereinheiten 50, 52 als Hochspannungs-IC (High-Voltage Integrated Circuit) ausgebildet. Jede der Wandlereinheiten 50, 52 weist einen Wandlereingang und einen Wandlerausgang auf. Zudem weist jede der Wandlereinheiten 50, 52 zwei Versorgungsspannungsanschlüsse auf. Eine erste Wandlereinheit 50 der Wandlereinheiten 50, 52 ist dazu vorgesehen, die erste Schalteinheit 10 zu betreiben. Eine zweite Wandlereinheit 52 der Wandlereinheiten 50, 52 ist dazu vorgesehen, die zweite Schalteinheit 12 zu betreiben. Dazu sind die Eingänge der Wandlereinheiten 50, 52 jeweils mit der Steuereinheit 36 elektrisch leitend verbunden. Die Ausgänge der Wandlereinheiten 50, 52 sind jeweils mit den Steuereingängen der Schalteinheiten 10, 12 elektrisch leitend verbunden. Darüber hinaus weist der Treiberschaltkreis 14 einen Bulk-Kondensator 56 auf. Der Bulk-Kondensator 56 ist als Energiepuffer ausgebildet. Der Bulk-Kondensator 56 weist einen Kapazitätswert, der ausreichend höher als die maximale Kapazität der Bootstrapeinheit 16 ist. Unter "ausreichend höher" soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest 4-mal höher, vorteilhaft 10-mal höher, verstanden werden. Üblicherweise weist der Bulk-Kondensator 56 einen Kapazitätswertzwischen 100 nF und 47 uF auf. Der Bulk-Kondensator 56 ist dazu vorgesehen, eine weitgehend konstante Versorgungsspannung für die erste Wandlereinheit 50 bereitzustellen. Dazu ist ein erster Anschluss des Bulk-Kondensators 56, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit dem ersten Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des Bulk-Kondensators 56 ist, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss der ersten Wandlereinheit 50 elektrisch leitend verbunden. Zudem ist der erste Anschluss des Bulk-Kondensators 56, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit dem Emitteranschluss der ersten Schalteinheit 10 elektrisch leitend verbunden. Der erste Leitungspfad 54 dient somit als Referenzspannungsanschluss für die erste Schalteinheit 10. Der erste Leitungspfad 54 liegt auf einem festen Potential. Ein zweiter Anschluss des Bulk-Kondensators 56 ist mit einem zweiten Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Anschluss des Bulk-Kondensators 56 ist mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss der ersten Wandlereinheit 50 elektrisch leitend verbunden.
  • Ferner umfasst der Treiberschaltkreis 14 eine Bootstrapeinheit 16. Die Bootstrapeinheit 16 umfasst eine Bootstrapdiode 58. Die Bootstrapeinheit 16 umfasst eine Bootstrapkapazität 60. Die Bootstrapkapazität 60 ist als Energiepuffer ausgebildet. Die Bootstrapkapazität 60 weist einen effektiven Kapazitätswert zwischen 33 nF und 3,3 µF auf. Die Bootstrapkapazität 60 weist einen spannungsabhängigen Kapazitätswert auf. Zudem umfasst die Bootstrapeinheit 16 einen Bootstrapwiderstand 62. Der Bootstrapwiderstand 62 ist dazu vorgesehen, einen in die Bootstrapkapazität 60 und durch die Bootstrapdiode 58 fließenden Strom zu begrenzen. Der Bootstrapwiderstand 62 weist einen effektiven Widerstandswert zwischen 0,5 Ω und 50 Ω auf. Der Bootstrapwiderstand 62 weist einen spannungsabhängigen Widerstandswert auf. Alternativ ist auch denkbar, auf einen Bootstrapwiderstand zu verzichten. Ferner könnte ein Bootstrapwiderstand oder eine Bootstrapkapazität auch spannungsunabhängig ausgebildet sein.
  • Die Bootstrapdiode 58 ist mit einem Anodenanschluss mit dem zweiten Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Die Bootstrapdiode 58 ist mit einem Kathodenanschluss mit einem ersten Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 ist mit einem ersten Anschluss der Bootstrapkapazität 60 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der zweite Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss der zweiten Wandlereinheit 52 elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter Anschluss der Bootstrapkapazität 60 ist über einen zweiten Leitungspfad 64 mit dem Mittelabgriff 44 elektrisch leitend verbunden. Demnach ist die Bootstrapkapazität 60 mit einem Kollektoranschluss der ersten Schalteinheit 10 und/oder des Schaltelements der ersten Schalteinheit 10 und einem Emitteranschluss der zweiten Schalteinheit 12 und/oder des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 12 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist die Bootstrapkapazität 60, insbesondere über den zweiten Leitungspfad 64, mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss der zweiten Wandlereinheit 52 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Leitungspfad 64 dient als Referenzspannungsanschluss für die zweite Schalteinheit 12. Der zweite Leitungspfad 64 liegt auf einem schwebenden Potential. Der zweite Leitungspfad 64 liegt in einem Betriebszustand, in welchem die Schalteinheiten 10, 12 abwechselnd geschalten werden, abwechselnd auf einem Referenzpotential des ersten Leitungspfads 54 und einem Netzspannungspotential V0. Die Bootstrapkapazität 60 ist dazu vorgesehen, eine Bootstrapspannung VBS bereitzustellen. Die Bootstrapspannung VBS entspricht dabei einer Versorgungsspannung der zweiten Wandlereinheit 52 und liegt insbesondere in zumindest einem Betriebszustand an den Versorgungsspannungsanschlüssen der zweiten Wandlereinheit 52 an.
  • Im vorliegenden Fall sind die Wandlereinheiten 50, 52 ferner mit einem Unterspannungsabschaltschutz (UVLO) ausgestattet. Demzufolge sind die Wandlereinheiten 50, 52 bei einer, insbesondere an den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden, Versorgungsspannung unterhalb eines Grenzwerts funktionslos. Im vorliegenden Fall beträgt der Grenzwert zwischen 9 V und 16 V. Die Wandlereinheiten 50, 52 sind somit dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand, in welchem eine an den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegende Spannung den Grenzwert überschreitet, ein an dem Wandlereingang anliegendes Spannungssignal der Steuereinheit 36 zu verstärken.
  • Figur 3 zeigt ein schematisches Schaubild verschiedener Signale zur Steuerung der Hausgerätevorrichtung in einem Startbetriebszustand und einem, insbesondere an den Startbetriebszustand, anschließenden Dauerbetriebszustand. Eine Ordinatenachse 68 ist als Größenachse dargestellt. Auf einer Abszissenachse 66 ist die Zeit dargestellt. Die Abszissenachse 66 weist zwei Zeitabschnitte mit einer Unterbrechung auf, wobei ein erster Zeitabschnitt einen Startbetriebszustand darstellt und ein zweiter, insbesondere zeitlich späterer, Zeitabschnitt einen Dauerbetriebszustand repräsentiert. Eine Kurve 70 veranschaulicht die Schaltzustände des Schaltelements der ersten Schalteinheit 10. Eine Kurve 72 veranschaulicht die Schaltzustände des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 12. Ein "0"-Pegel definiert dabei einen nicht-leitenden Zustand. Eine Kurve 74 zeigt das Netzspannungspotential V0 der Hauptenergiequelle 40. Das Netzspannungspotential V0 ist im vorliegenden Fall mit einer Kriechspannung VLEAK überlagert. Die Kriechspannung VLEAK zeigt eine Kurve 76. Die Kriechspannung VLEAK kann dabei aufgrund von Streuinduktivitäten von Verbindungsleitungen, insbesondere von Verbindungskabeln und/oder Leiterbahnen, insbesondere nach einem Schließen der Schalteinheit 12, auftreten. Ferner zeigt eine Kurve 78 eine Eingangsspannung der Bootstrapeinheit 16, während eine Kurve 80 die Bootstrapspannung VBS darstellt. Die Eingangsspannung der Bootstrapeinheit 16 entspricht dabei einer Überlagerung des Netzspannungspotentials V0 und des Spannungspotentials der Sekundärenergiequelle 48. Die Bootstrapspannung VBS entspricht zumindest im Wesentlichen einer Einhüllenden der Eingangsspannung und insbesondere einer Versorgungsspannung der zweiten Wandlereinheit 52. Eine, insbesondere durch eine Herstellerangabe festgelegte, optimale Versorgungsspannung der zweiten Wandlereinheit 52 definiert eine Kurve 81. Demzufolge ist die Bootstrapspannung VBS in einem Vergleich zu der optimalen Versorgungsspannung der zweiten Wandlereinheit 52 zumindest in dem Startbetriebszustand erhöht, was insbesondere zu einer Zerstörung und/oder einer Fehlfunktion der zweiten Wandlereinheit 52 führen kann. Erfindungsgemäß entspricht die Bootstrapspannung VBS in dem Dauerbetriebszustand zumindest im Wesentlichen der optimalen Versorgungsspannung der zweiten Wandlereinheit 52, wodurch einer Zerstörung und/oder einer Fehlfunktion der zweiten Wandlereinheit 52 vorteilhaft entgegengewirkt werden kann.
  • In einem Betriebszustand werden die Schalteinheiten 10, 12 abwechselnd geschalten. Somit ist zu wenigstens einem ersten Zeitpunkt die erste Schalteinheit 10 offen und die zweite Schalteinheit 12 geschlossen und zu wenigstens einem zweiten, insbesondere von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen, Zeitpunkt die erste Schalteinheit 10 geschlossen und die zweite Schalteinheit 12 offen. Dabei werden der Bulk-Kondensator 56 und die Bootstrapkapazität 60 abwechselnd aufgeladen und entladen. Der Bulk-Kondensator 56 wird während einer Aktivierung der ersten Schalteinheit 10 entladen. Der Bulk-Kondensator 56 wird während einer Aktivierung der zweiten Schalteinheit 12 aufgeladen. Die Bootstrapkapazität 60 wird während einer Aktivierung der zweiten Schalteinheit 12 entladen. Die Bootstrapkapazität 60 wird während einer Aktivierung der ersten Schalteinheit 10 über die Bootstrapdiode 58 und den Bootstrapwiderstand 62 aufgeladen.
  • Im vorliegenden Fall umfasst die Bootstrapeinheit 16 ferner eine Anpasseinheit 18. Die Anpasseinheit 18 ist dazu vorgesehen, einen Parameter der Bootstrapeinheit 16 in Abhängigkeit von der Bootstrapspannung VBS zu verändern. Der Parameter ist dabei durch eine Ladezeitkonstante T, insbesondere der Bootstrapkapazität 60, gegeben. Die Ladezeitkonstante T ergibt sich über: τ = R Boot ⋅ C Boot
    Figure imgb0001
  • Eine Variable RBoot entspricht dabei dem Widerstandswert des Bootstrapwiderstands 62, während eine Variable CBoot dem Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 entspricht.
  • Im vorliegenden Fall ist die Anpasseinheit 18 dazu vorgesehen, den Widerstandswert des Bootstrapwiderstands 62 und den Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 dynamisch und insbesondere während eines Betriebs der Hausgerätevorrichtung anzupassen.
  • Alternativ ist auch denkbar, einen Widerstandswert eines Bootstrapwiderstands oder einen Kapazitätswert einer Bootstrapkapazität dynamisch anzupassen.
  • Im vorliegenden Fall weist der Parameter in dem Startbetriebszustand einen Wert zwischen 1 · 10-8 s und 1 · 10-6 s auf. Überschreitet die Bootstrapspannung VBS einen Grenzwert von etwa 12 V, so ist die Anpasseinheit 18 dazu vorgesehen, einen Wert des Parameters zu verändern, beispielweise durch Umschalten zwischen zumindest zwei Widerständen des Bootstrapwiderstands 62 und/oder zwischen zumindest zwei Kondensatoren der Bootstrapkapazität 60. In einem Dauerbetriebszustand weist der Parameter einen höheren Wert als in dem Startbetriebszustand auf. In dem Dauerbetriebszustand weist der Parameter einen Wert zwischen 1 · 10-6 s und 1 · 10-4 s auf. Hierdurch kann in dem Startbetriebszustand ein schnelles Ansprechverhalten der zweiten Schalteinheit 12 erreicht werden, da die Bootstrapkapazität 60 bereits bei einem ersten Schaltpuls einen benötigten Spannungsgrenzwert erreicht, welcher zu einem Betrieb der zweiten Wandlereinheit 52 benötigt wird. In dem Dauerbetriebszustand kann hingegen durch eine Vergrößerung der Ladezeitkonstante T eine vorteilhafte Filterwirkung erreicht werden. Insbesondere entsprechen die Bootstrapkapazität 60 und der Bootstrapwiderstand 62 einem Tiefpassfilter. In dem Dauerbetriebszustand können, insbesondere durch eine Anpassung der Ladezeitkonstante T der Bootstrapeinheit 16 durch die Anpasseinheit 18, Spannungsspitzen in der Versorgungsspannung der zweiten Wandlereinheit 52, insbesondere aufgrund der Kriechspannung VLEAK, gefiltert werden. Hierdurch kann einer Zerstörung und/oder einer Betriebsdauerverminderung der zweiten Wandlereinheit 52 durch eine überhöhte Betriebsspannung vorgebeugt werden. Alternativ ist jedoch auch denkbar, eine zusätzliche Filtereinheit in einer Hausgerätevorrichtung, beispielweise zwischen einer Sekundärenergiequelle und einer Bootstrapeinheit vorzusehen, welche insbesondere in einem Startbetriebszustand überbrückt ist und/oder überbrückt wird.
  • In den Figuren 4 bis 8 sind konkrete Ausführungsbeispiele der Bootstrapeinheit 16 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen dem Prinzipbeispiel und den konkreten Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnung und/oder die Beschreibung des Prinzipbeispiels, insbesondere der Figuren 1 bis 3 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind in den konkreten Ausführungsbeispielen der Figuren 4 bis 8 die Buchstaben a bis e nachgestellt.
  • Dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist dabei der Buchstabe a nachgestellt. In der Figur 4 ist ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel einer Bootstrapeinheit 16a einer weiteren, insbesondere lediglich teilweise dargestellten, Hausgerätevorrichtung, gezeigt.
  • Ein Bootstrapwiderstand 62a besteht im vorliegenden Fall aus einem einzelnen Widerstandsbauelement 24a. Das Widerstandsbauelement 24a weist einen, insbesondere festen, Widerstandswert von 15 Ω auf. Eine Bootstrapkapazität 60a umfasst zwei Kondensatoren 20a, 22a. Ein erster Kondensator 20a der Kondensatoren 20a, 22a weist einen Kapazitätswert von 2,2 µF auf. Ein zweiter Kondensator 22a der Kondensatoren 20a, 22a weist einen Kapazitätswert von 68 nF auf. Ferner umfasst die Bootstrapkapazität 60a eine Anpasseinheit 18a. Die Anpasseinheit 18a weist ein Überbrückungsschaltelement 28a mit einer parallelgeschalteten Diode 82a auf. Das Überbrückungsschaltelement 28a ist als n-Kanal MOSFET ausgebildet. Ferner umfasst die Anpasseinheit 18a eine Zenerdiode 84a. Die Zenerdiode 84a ist als Sperrelement ausgebildet. Die Zenerdiode 84a ist dazu vorgesehen, das Überbrückungsschaltelement 28a unterhalb eines Spannungsgrenzwerts von etwa 12 V zu sperren. Darüber hinaus umfasst die Anpasseinheit 18a einen Widerstand 86a, welcher einen Arbeitspunkt des Überbrückungsschaltelements 28a festlegt.
  • Ein erster Anschluss des ersten Kondensators 20a ist mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss einer zweiten Wandlereinheit 52a elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des ersten Kondensators 20a ist mit einem Kathodenanschluss der Zenerdiode 84a elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der erste Anschluss des ersten Kondensators 20a mit dem Bootstrapwiderstand 62a verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators 20a ist mit einem Drain-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 28a elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der zweite Anschluss des ersten Kondensators 20a mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 22a verbunden. Demnach sind die Kondensatoren 20a, 22a in Reihe geschalten. Der erste Anschluss des zweiten Kondensators 22a ist somit auch mit dem Drain-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 28a elektrisch leitend verbunden. Ferner ist ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators 22a mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss der zweiten Wandlereinheit 52a elektrisch leitend verbunden. Der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 22a ist mit einem Source-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 28a elektrisch leitend verbunden. Zudem ist der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 22a mit einem zweiten Anschluss des Widerstands 86a elektrisch leitend verbunden.
  • Ein Anodenanschluss der Zenerdiode 84a ist ferner mit einem Basisanschluss des Überbrückungsschaltelements 28a elektrisch leitend verbunden. Der Anodenanschluss der Zenerdiode 84a ist zudem mit einem ersten Anschluss des Widerstands 86a elektrisch leitend verbunden.
  • In einem Startbetriebszustand ist ein Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60a durch einen effektiven Kapazitätswert aus den Kapazitäten der beiden Kondensatoren 20a, 22a gegeben. Der effektive Kapazitätswert in dem Startbetriebszustand beträgt im vorliegenden Fall etwa 66 nF. In dem Startbetriebszustand beträgt eine Ladezeitkonstante T der Bootstrapeinheit 16a etwa 1 µs. Oberhalb des Spannungsgrenzwerts erreicht die Zenerdiode 84a ihren Durchlassbereich, sodass das Überbrückungsschaltelement 28a durchschaltet. Demzufolge ist die Anpasseinheit 18a selbststeuernd ausgebildet und insbesondere frei von einer Verbindung zu einer Steuereinheit 36a. Alternativ ist jedoch auch denkbar, eine Anpasseinheit mittels eines Signals einer Steuereinheit zu steuern. In dem Dauerbetriebszustand ist das Überbrückungsschaltelement 28a dazu vorgesehen, ein Bauelement 30a zu überbrücken. Im vorliegenden Fall ist das Überbrückungsschaltelement 28a dazu vorgesehen, den zweiten Kondensator 22a zu überbrücken. Der effektive Kapazitätswert in dem Dauerbetriebszustand beträgt demnach 2,2 µF. In dem Dauerbetriebszustand beträgt eine Ladezeitkonstante T der Bootstrapeinheit 16a etwa 33 µs.
  • In der Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist der Buchstabe b nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen durch eine Bootstrapeinheit 16b.
  • Eine Bootstrapkapazität 60b umfasst zwei Kondensatoren 20b, 22b. Im vorliegenden Fall sind die Kondensatoren 20b, 22b parallel geschalten.
  • Ein erster Anschluss des ersten Kondensators 20b ist mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss einer zweiten Wandlereinheit 52b elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des ersten Kondensators 20b ist mit einem Kathodenanschluss einer Zenerdiode 84b elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des ersten Kondensators 20b ist mit einem Bootstrapwiderstand 62b verbunden. Ferner ist der erste Anschluss des ersten Kondensators 20b mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 22b verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators 20b ist mit einem Drain-Anschluss eines Überbrückungsschaltelements 28b elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des zweiten Kondensators 22b ist auch mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss der zweiten Wandlereinheit 52b elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators 22b ist mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss der zweiten Wandlereinheit 52b elektrisch leitend verbunden. Der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 22b ist mit einem Source-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 28b elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 22b mit einem ersten Anschluss eines Widerstands 86b elektrisch leitend verbunden.
  • In einem Startbetriebszustand ist ein Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60b durch einen Kapazitätswert des zweiten Kondensators 22b gegeben. In dem Startbetriebszustand ist das Überbrückungsschaltelement 28b dazu vorgesehen, den ersten Kondensator 20b zu überbrücken. Der Kapazitätswert in dem Startbetriebszustand beträgt 68 nF. Oberhalb des Spannungsgrenzwerts erreicht die Zenerdiode 84b ihren Durchlassbereich, sodass das Überbrückungsschaltelement 28b durchschaltet. In diesem Dauerbetriebszustand ist ein Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60b durch einen effektiven Kapazitätswert aus den Kapazitäten der beiden Kondensatoren 20b, 22b gegeben. Der effektive Kapazitätswert in dem Dauerbetriebszustand beträgt etwa 2,3 µF. In dem Dauerbetriebszustand beträgt eine Ladezeitkonstante T der Bootstrapeinheit 16a etwa 34 µs.
  • In der Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist der Buchstabe c nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der Figur 6 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen durch eine Bootstrapeinheit 16c.
  • Eine Bootstrapkapazität 60c besteht im vorliegenden Fall aus einem einzelnen Kondensator 20c. Ein Bootstrapwiderstand 62c umfasst zwei Widerstandsbauelemente 24c, 26c. Die Widerstandsbauelemente 24c, 26c sind parallel geschalten. Ein Überbrückungsschaltelement 28c ist im vorliegenden Fall dazu vorgesehen, ein erstes Widerstandsbauelement 24c der Widerstandsbauelemente 24c, 26c in einem Dauerbetriebsmodus zu überbrücken.
  • In der Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der Figur 7 ist der Buchstabe d nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der Figur 7 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen durch eine Bootstrapeinheit 16d.
  • Ein Bootstrapwiderstand 62d umfasst zwei Widerstandsbauelemente 24d, 26d. Die Widerstandsbauelemente 24d, 26d sind in Reihe geschalten. Ein Überbrückungsschaltelement 28d ist dazu vorgesehen, ein zweites Widerstandsbauelement 26d der Widerstandsbauelemente 24d, 26d in einem Startbetriebsmodus zu überbrücken.
  • In der Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 ist der Buchstabe e nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der Figur 8 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen durch eine Bootstrapeinheit 16e.
  • Figur 8 zeigt eine kaskadierte Bootstrapkapazität 60e. Die Bootstrapkapazität 60e besteht dabei im Wesentlichen aus n hintereinandergeschalteten Bootstrapkapazitäten 60b aus Figur 5, wobei die ersten Kondensatoren 20e1 - 20en, die Zenerdioden 84e1 - 84en und die Widerstände 86e1 - 86en derart variierende Werte aufweisen, dass eine Ladezeitkonstante T zumindest während eines Startbetriebszustands kontinuierlich steigt. Alternativ ist auch denkbar, einen kaskadierten Bootstrapwiderstand vorzusehen. Ferner ist denkbar, eine kaskadierte Bootstrapkapazität mit einem kaskadierten Bootstrapwiderstand zu kombinieren und/oder mit einem Bootstrapwiderstand aus den Figuren 6 und/oder 7. Zudem ist denkbar, einen kaskadierten Bootstrapwiderstand mit einer Bootstrapkapazität aus den Figuren 4 und/oder 5 zu kombinieren.
    • Bezugszeichen
    • 10
    Schalteinheit
    12
    Schalteinheit
    14
    Treiberschaltkreis
    16
    Bootstrapeinheit
    18
    Anpasseinheit
    20
    Kondensator
    22
    Kondensator
    24
    Widerstandsbauelement
    26
    Widerstandsbauelement
    28
    Überbrückungsschaltelement
    30
    Bauelement
    32
    Gargerät
    34
    Heizzonen
    36
    Steuereinheit
    38
    Heizeinheit
    40
    Hauptenergiequelle
    42
    Wechselrichter
    44
    Mittelabgriff
    46
    Resonanzeinheit
    48
    Sekundärenergiequelle
    50
    Wandlereinheit
    52
    Wandlereinheit
    54
    Leitungspfad
    56
    Bulk-Kondensator
    58
    Bootstrapdiode
    60
    Bootstrapkapazität
    62
    Bootstrapwiderstand
    64
    Leitungspfad
    66
    Abszissenachse
    68
    Ordinatenachse
    70
    Kurve
    72
    Kurve
    74
    Kurve
    76
    Kurve
    78
    Kurve
    80
    Kurve
    81
    Kurve
    82
    Diode
    84
    Zenerdiode
    86
    Widerstand
    CBoot
    Variable
    RBoot
    Variable
    T
    Ladezeitkonstante
    VBS
    Bootstrapspannung
    V0
    Netzspannungspotential
    VLeak
    Kriechspannung

Claims (12)

  1. Gargerät mit einer Hausgerätevorrichtung, insbesondere mit einer Induktionskochfeldvorrichtung, welche eine Schalteinheit (12; 12a - 12e) und einen Treiberschaltkreis (14; 14a - 14e) aufweist, welcher eine Bootstrapeinheit (16; 16a - 16e) umfasst und dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit (10; 10a - 10e) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bootstrapeinheit (16; 16a - 16e) eine Anpasseinheit (18; 18a - 18e) umfasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit (16; 16a - 16e) zu verändern.
  2. Gargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpasseinheit (18; 18a - 18e) dazu vorgesehen ist, den zumindest einen Parameter in Abhängigkeit von einer Bootstrapspannung (VBS) zu verändern.
  3. Gargerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Parameter einer Ladezeitkonstante T der Bootstrapeinheit (16; 16a - 16e) entspricht.
  4. Gargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Parameter zumindest in einem Startbetriebszustand einen Wert zwischen 10-9 s und 10-5 s aufweist.
  5. Gargerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Parameter zumindest in einem Dauerbetriebszustand einen Wert zwischen 10-7 s und 10-3 s aufweist.
  6. Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Parameter einem Kapazitätswert der Bootstrapeinheit (16; 16a; 16b; 16e) entspricht.
  7. Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Parameter einem Widerstandswert der Bootstrapeinheit (16; 16c; 16d) entspricht.
  8. Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpasseinheit (18b; 18c; 18e) zumindest zwei Kondensatoren (20b, 22b; 20e, 22e) oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente (24c, 26c) umfasst, welche in zumindest einem Betriebszustand parallel geschalten sind.
  9. Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpasseinheit (18a; 18d) zumindest zwei Kondensatoren (20a, 22a) oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente (24d, 26d) umfasst, welche in zumindest einem Betriebszustand in Reihe geschalten sind.
  10. Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpasseinheit (18a - 18e) ein Überbrückungsschaltelement (28a - 28e) umfasst, welches dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand zumindest ein Bauelement (30a - 30e) der Bootstrapeinheit (16a - 16e) zu überbrücken.
  11. Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpasseinheit (18a - 18e) selbststeuernd ausgebildet ist.
  12. Verfahren zum Betrieb eines Gargeräts mit einer Hausgerätevorrichtung, insbesondere mit einer Induktionskochfeldvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welche eine Schalteinheit (10; 10a - 10e) und einen Treiberschaltkreis (14; 14a - 14e) aufweist, welcher eine Bootstrapeinheit (16; 16a - 16e) umfasst und mittels dem eine Steuerspannung für die Schalteinheit (10; 10a - 10e) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Parameter der Bootstrapeinheit (16; 16a - 16e) verändert wird.
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