EP4588317A1 - Induktionskochfeldvorrichtung - Google Patents

Induktionskochfeldvorrichtung

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Publication number
EP4588317A1
EP4588317A1 EP23764670.8A EP23764670A EP4588317A1 EP 4588317 A1 EP4588317 A1 EP 4588317A1 EP 23764670 A EP23764670 A EP 23764670A EP 4588317 A1 EP4588317 A1 EP 4588317A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching element
induction hob
switching
hob device
bus capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23764670.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Diego Puyal Puente
Arturo Acevedo Simon
Nicolas Blasco Rueda
Jorge ESPAÑOL LEZA
Alvaro HERNANDO CARNICER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4588317A1 publication Critical patent/EP4588317A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them
    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • 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
    • H05B6/04—Sources of current

Definitions

  • the object of the invention is in particular, but not limited to, to provide a generic device with improved properties in terms of efficiency.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claims 1, 15 and 16, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.
  • the invention is based on an induction hob device with at least one bus capacitor, with at least one rectifier and with a mains connection for connection to a power supply network, the bus capacitor being connected via at least a first charging path for charging during a positive mains voltage partial cycle and via at least a second charging path is connected to the mains connection via the rectifier for charging during a negative mains voltage partial cycle.
  • the induction hob device has a discharge unit which comprises at least two switching units, each with at least one switching element for temporarily discharging the bus capacitor via the power supply network, with one of the switching units acting as a high-side switching unit with a high-si- de switching element and one of the switching units is designed as a lowside switching unit with a lowside switching element and the switching elements are intended to enable a discharge path from the bus capacitor back to the power connection in a closed state.
  • an “induction hob device” is to be understood as meaning at least a part, in particular a sub-assembly, of an induction hob, and in particular additional accessory units for the hob can also be included, such as a sensor unit for externally measuring a temperature of a cooking utensil and/or a food item to be cooked.
  • the induction hob device can also include the entire induction hob.
  • An induction hob device having the induction hob device comprises at least one inductor, which in at least one operating state provides energy in the form of an alternating electromagnetic field to at least one object, in particular to a cooking utensil, and an inverter unit with at least two inverter switching elements for supplying energy to the inductor.
  • the inverter switching elements of the inverter unit can be designed as semiconductor switching elements, in particular as transistors, for example as a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) or organic field effect transistor (OFET), advantageously as a bipolar transistor with a preferably insulated gate electrode (IGBT).
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field effect transistor
  • OFET organic field effect transistor
  • the at least one bus capacitor of the induction hob device is in an assembled state
  • Induction hob device having induction hob device is preferably arranged electrically parallel to the at least two inverter switching elements of the inverter unit.
  • At least two of the rectifier elements are assigned to the first charging path and are intended to connect the bus capacitor to the mains connection during the positive mains voltage partial cycle.
  • at least two of the rectifier elements are assigned to the second charging path and are intended to connect the bus capacitor to the mains connection during the negative mains voltage partial cycle.
  • the discharge unit is intended for an at least partial or complete discharge of the bus capacitor within at least one mains voltage partial cycle and for this purpose has the at least two switching elements which, in their closed state, activate the discharge path.
  • a “highside switching unit” or a “highside switching element” is to be understood as meaning a switching unit or a switching element which, in an assembled state of the induction hob device, is connected between a positive conductor, in particular a current-carrying conductor, of the mains connection and an electrical load , in particular the bus capacitor, is arranged.
  • a “highside switching unit” or a “lowside switching element” is to be understood as meaning a switching unit or a switching element which, in the assembled state of the induction hob device, is between a negative Conductor, in particular neutral conductor and / or neutral conductor, of the mains connection and the electrical load, in particular the bus capacitor, is arranged.
  • a “switching unit” is to be understood as meaning a unit which has at least one controllable switching element.
  • the discharge unit has a first switching unit, which is designed as the high-side switching unit and which has a first switching element, which is designed as the high-side switching element.
  • the discharge unit further has a second switching unit, which is designed as the low-side switching unit and which has a second switching element, which is designed as the low-side switching element.
  • dissipative elements in particular ohmic resistors
  • the use of dissipative elements, in particular ohmic resistors can be dispensed with, whereby the installation space requirement can be reduced and/or energy efficiency can be increased, in particular despite the additional voltage drop that occurs at the PN junction of the protective diode, which, however, is essentially independent of the current intensity.
  • requirements can on components, in particular on the switching element, can be reduced.
  • a switching element preferably a MOSFET, with a relatively low current strength can be used, whereby the installation space requirement and/or costs can be reduced.
  • An “intrinsic diode” of the switching element is intended to mean, in particular, a region of the switching element which acts like a diode, in particular like a PN junction.
  • the switching element can be designed as any single quadrant switch, also known as a “single quadrant switch” in technical terms, for example as a bipolar transistor (BJT), as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT) without an intrinsic diode, as a thyristor (SCR) or even as Gate Turn Off Thyristor (GTO).
  • BJT bipolar transistor
  • IGBT insulated gate electrode
  • SCR thyristor
  • GTO Gate Turn Off Thyristor
  • the switching element can also be designed as any current-bidirectional two-quadrant switch, in technical language also “current-bidirectional two-quadrant switch”, preferably as a MOSFET, in particular with an intrinsic anti-parallel diode.
  • the switching element in particular designed as a MOSFET, as well as the protective diode preferably have a comparable voltage strength, in particular of at least 650 V and preferably in the range from 800 V to 1000 V, in order to be able to withstand voltage peaks, for example due to a lightning strike, without damage .
  • the discharge unit has a control unit for controlling the switching elements.
  • a “control unit” should be understood to mean an electronic unit that is intended to control and/or regulate at least the switching elements of the discharge unit.
  • the control unit comprises a computing unit and in particular, in addition to the computing unit, a storage unit with a control and/or regulation program stored therein, which is intended to be executed by the computing unit.
  • the control unit can be at least partially formed in one piece with a main control unit of an induction hob device having the induction hob device.
  • control unit is intended to control the switching elements to completely discharge the bus capacitor.
  • a particularly efficient complete discharge of the bus capacitor can be made possible by such a configuration.
  • control unit is intended to control the switching elements to partially discharge the bus capacitor. This advantageously makes it possible to particularly efficiently partially discharge the bus capacitor to a desired voltage.
  • the control unit in a first configuration of the discharge unit, is intended to control the switching elements to completely discharge the bus capacitor and, in a second configuration of the discharge unit, to control the switching elements to partially discharge the bus capacitor, wherein a degree of discharge of the bus capacitor
  • at least one of the switching elements can be varied based on a duty cycle that can be controlled by the control unit.
  • the switching elements be directly controllable by the control unit. In this way, a particularly compact and efficient design can advantageously be achieved. It is conceivable that all switching elements of the discharge unit can be controlled directly by the control unit. However, depending on the type and arrangement of the switching elements, direct control of at least one of the switching elements by the control unit is not possible or expedient in all embodiments of the present invention, which is why it is proposed that the discharge unit has at least one auxiliary switching element, via which at least one of the switching elements is connected Control unit can be controlled indirectly. Such a configuration can advantageously enable safe control of the switching elements.
  • the auxiliary switching element is preferably provided to isolate the control unit from the power supply network. Without being limited to this, the auxiliary switching element can be designed, for example, as an optocoupler or the like.
  • the discharge unit can comprise a plurality of auxiliary switching elements, in particular at least one auxiliary switching element for each switching element of the discharge unit.
  • the thyristor switching element could be, for example, as a GTO (Gate Turn Off) thyristor or as a GOT (Gate Commutated Thyristor) or as a IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) or as a thyristor electrode or as a photothyristor or as an LTT (Light Triggered Thyristor) or as a DIAC or as a TRIAC, preferably as an optoTRIAC, or the like. It is conceivable that all switching elements of the discharge unit are designed as thyristor switching elements.
  • At least the first switching element of the discharge unit is designed as a thyristor element, wherein a second switching element, in particular the low-side switching element, can be designed as a different type of semiconductor switching element, for example as a transistor.
  • At least one of the switching elements is designed as an optoTRIAC.
  • switching elements designed as optoTRIAC an additional control voltage source for controlling the switching elements can advantageously be dispensed with. Efficiency, in particular cost efficiency, can thus advantageously be further improved.
  • switching elements that are designed as optoTRIAC advantageously have intrinsic electrical insulation, so that additional insulation is dispensed with and cost efficiency can be further improved.
  • both switching elements are designed as NPN transistors.
  • cost efficiency can advantageously be further improved, since NPN transistors, in particular N-MOSFETs, are significantly more common on the market compared to PNP transistors and are therefore available in large quantities and from different manufacturers and are particularly inexpensive .
  • the switching elements designed as NPN transistors are preferably designed as N-MOSFETs.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an induction hob device in a schematic electrical circuit diagram
  • FIG. 7 shows five schematic diagrams to illustrate how the induction hob device of the exemplary embodiment in FIG. 5 works
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of an induction hob device in a schematic electrical circuit diagram
  • FIG. 11 shows six schematic diagrams to illustrate how the induction hob device of the exemplary embodiment in FIG. 9 works.
  • FIG 1 shows an induction hob 50a in a schematic representation.
  • the induction hob 50a includes a hob plate 52a and four inductors 54a, which are mounted under the hob plate 52a.
  • the induction hob device 10a has at least one bus capacitor 12a.
  • the induction hob device 10a has an electrical resistance 112a Charge the bus capacitor 12a, which is electrically arranged in series with the bus capacitor 12a.
  • an equivalent resistor 114a is shown for simplicity, which is arranged electrically in parallel to the bus capacitor 12a.
  • the equivalent resistor 114a represents all electrical loads that can be connected downstream of the bus capacitor 12a, for example inverters (not shown) of the main control unit 66a of the induction hob 50a and/or at least one of the inductors 54a (see FIG. 1) and/or the like.
  • the induction hob device 10a has a discharge unit 22a.
  • the discharge unit 22a comprises at least two switching units 23a, 25a, each with at least one switching element 24a, 26a for temporarily discharging the bus capacitor 12a via the power supply network.
  • a first switching unit 23a of the discharge unit 22a is designed as a high-side switching unit 27a.
  • a second switching unit 25a of the discharge unit 22a is designed as a low-side switching unit 29a.
  • the switching elements 24a, 26a are each designed as electromechanical relays.
  • a first switching element 24a of the discharge unit 22a is designed as a highside switching element 28a.
  • the highside switching element 28a is between a positive active conductor of the power connection 16a and the bus capacitor 12a.
  • Figure 4 shows six further schematic diagrams to illustrate how the induction hob device 10a functions in a second configuration of the discharge unit 22a.
  • the time in milliseconds is plotted on an abscissa 90a 'of a fourth diagram in FIG. 4.
  • An electrical voltage in volts is plotted on an ordinate 92a 'of the fourth diagram.
  • the fourth diagram shows the time profiles of a first control voltage 94a' and a second control voltage 96a', by means of which the control unit 34a controls the first switching element 24a and the second switching element 36a via the control voltage sources 68a, 70a in the second configuration of the discharge unit 22a.
  • activation of the switching elements 24a, 26a is provided at a maximum of the rectified AC mains voltage 82a in order to prevent overloading of the switching elements 24a, 26a due to current peaks, which occur, for example, when the switching elements 24a, 26a are activated before the maximum of the rectified AC mains voltage 82a, i.e. when the voltage increases, can be prevented.
  • the switching elements 24a, 26a are deactivated at the latest at the zero crossing of the AC mains voltage 76a.
  • control unit 34a is intended to deactivate the second switching element 26a at the latest at the zero crossing of the AC mains voltage 76a, since if the second switching element 26a is closed during the negative mains voltage partial cycle, a short circuit of the mains connection 16a would otherwise occur via the second switching element 26a.
  • the bus capacitor 12a is connected and charged to the mains connection 16a via the first charging path 18a during a positive mains voltage sub-cycle and/or via the second charging path 20a during a negative mains voltage sub-cycle via the rectifier 14a, namely on the capacitor voltage 88a (see third diagram of Figure 3), which in a charged state of the bus capacitor 12a corresponds to a peak value of the rectified AC mains voltage 82a (see second diagram of Figure 3), for example 400 V.
  • the bus capacitor 12a is then completely (see third diagram of FIG. 3) or partially (see third diagram of FIG. 4) discharged in the method, namely by the first switching element 24a and the second switching element 26a during an entire mains voltage partial cycle ( cf. fourth diagram of FIG ) is activated.
  • FIGS. 5 to 11 Four further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS. 5 to 11.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, with regard to the same components, features Male and functions can be referred to the description of the exemplary embodiment in Figures 1 to 4.
  • the letter a in the reference numbers of the exemplary embodiments in FIGS. 1 to 4 is replaced by the letters b to e in the reference numbers of the exemplary embodiments in FIGS. 5 to 11.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of an induction hob device 10b in a schematic electrical circuit diagram.
  • the induction hob device 10b comprises at least one bus capacitor 12b, a rectifier 14b and a network connection 16b for connection to a power supply network (not shown), the bus capacitor 12b via at least a first charging path (not shown here, cf .
  • Figure 2 is connected to the mains connection 16b via the rectifier 14b for charging during a positive mains voltage partial cycle and via at least a second charging path (not shown here, see Figure 2) for charging during a negative mains voltage partial cycle.
  • the discharge unit 22b has a zero crossing detector 116b, which is intended to detect a zero crossing of the AC mains voltage (not shown here, see Figures 3 and 4), which represents a transition from the positive mains voltage sub-cycle to the negative mains voltage sub-cycle.
  • a zero crossing detector 116b By means of the zero crossing detector 116b it can be ensured that the switching elements 24b, 26b, in particular the second switching element 26b, are deactivated in a timely manner by the control unit 34b.
  • control of the switching elements 24b, 26b can be adapted to a mains voltage cycle of an alternating mains voltage of the power supply network.
  • the discharge unit 22b namely the high-side switching unit 27b, has a first protection diode 118b.
  • the discharge unit 22b namely the low-side switching unit 29b
  • the high-side switching unit 27b and the low-side switching unit 29b are therefore designed as voltage-bidirectional two-quadrant switches.
  • FIG 6 shows a further exemplary embodiment of an induction hob device 10c in a schematic electrical circuit diagram.
  • the induction hob device 10c comprises at least one bus capacitor 12c, a rectifier 14c and a network connection 16c for connection to a power supply network (not shown), the bus capacitor 12c via at least a first charging path (not shown here, cf .
  • Figure 2 is connected to the mains connection 16c via the rectifier 14c for charging during a positive mains voltage sub-cycle and via at least a second charging path (not shown here, see Figure 2) for charging during a negative mains voltage sub-cycle.
  • the induction hob device 10c has a discharge unit 22c, which has at least two switching units 23c, 25c, namely a high-side switching unit 27c and a low-side switching unit 29c, each with at least one switching element 24c, 26c for temporarily discharging the bus capacitor 12c via the power supply network comprises, wherein a first switching element 24c is designed as a high-side switching element 28c and a second switching element 26c is designed as a low-side switching element 30c.
  • the switching elements 24c, 26c are intended to in a closed state a discharge path (not shown here, see figure
  • the discharge unit 22c has a control unit 34c for controlling the switching elements 24c, 26c. At least one of the switching elements 24c, 26c can be controlled directly by the control unit 34c. In the present case, both switching elements 24c, 26c can be controlled directly by the control unit 34c.
  • the discharge unit 22c only has a first control voltage source 68c.
  • the switching elements 24a, 26c can be controlled simultaneously by the control unit 34c using a first control voltage 94c (see FIG. 7) provided by the first control voltage source 68c.
  • Figure 7 shows five schematic diagrams to illustrate how the induction hob device 10c functions in a first configuration of the discharge unit 22c.
  • the time in milliseconds is plotted on an abscissa 78c of a second diagram in FIG. 7.
  • An electrical voltage in volts is plotted on an ordinate 80c of the second diagram.
  • the second diagram shows a time profile of a rectified AC mains voltage 82c, in which the rectifier 14c rectifies the AC mains voltage 76c in the operating state of the induction hob device 10c.
  • the time in milliseconds is plotted on an abscissa 84c of a third diagram in FIG. 7.
  • An electrical voltage in volts is plotted on an ordinate 86c of the third diagram.
  • the third diagram shows a time course of a capacitor voltage 88c present on the bus capacitor 12c in the first configuration of the discharge unit 22c.
  • FIG 8 shows a further exemplary embodiment of an induction hob device 10d in a schematic electrical circuit diagram.
  • the induction hob device 10d comprises at least one bus capacitor 12d, a rectifier 14d and a power connection 16d for connection to a power supply network (not shown), the bus capacitor 12d via at least a first charging path (not shown here, see Figure 2) for charging during a positive mains voltage sub-cycle and via at least a second charging path (not shown here, see Figure 2) for charging during a negative mains voltage sub-cycle via the rectifier 14d with the mains connection 16d connected is.
  • the induction hob device 10d has a discharge unit 22d, which has at least two switching units 23d, 25d, namely a high-side switching unit 27d and a low-side switching unit 29d, each with at least one switching element 24d, 26d for temporarily discharging the bus capacitor 12d via the power supply network comprises, wherein a first switching element 24d is designed as a high-side switching element 28d and a second switching element 26d is designed as a low-side switching element 30d.
  • the switching elements 24d, 26d are intended to enable a discharge path (not shown here, see FIG. 2) from the bus capacitor 12d back to the power supply connection 16d in a closed state.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionskochfeldvorrichtung (10a-e) mit zumindest einem Bus-Kondensator (12a-e), mit zumindest einem Gleichrichter (14a-e), mit einem Netzanschluss (16a-e) zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz, wobei der Bus-Kondensator (12a-e) über zumindest einen ersten Ladepfad (18a-e) zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und über zumindest einen zweiten Ladepfad (20a-e) zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter (14a-e) mit dem Netzanschluss (16a-e) verbunden ist, und mit einer Entladungseinheit (22a-e), welche zumindest zwei Schalteinheiten (23a-e, 25a-e) mit jeweils zumindest einem Schaltelement (24a-e, 26a-e) zum zeitweisen Entladen des Bus-Kondensators (12a-e) über das Stromversorgungsnetz umfasst, wobei eine der Schalteinheiten (23a-e) als eine Highside-Schalteinheit (27a-e) mit einem Highside-Schaltelement (28a-e) und eine der Schalteinheiten (25a-e) als eine Lowside-Schalteinheit (29a-e) mit einem Lowside-Schaltelement (30a-e) ausgebildet ist und die Schaltelemente (24a-e, 26a-e) dazu vorgesehen sind, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad (32a-e) von dem Bus-Kondensator (12a-e) zurück zu dem Netzanschluss (16a-e) freizuschalten.

Description

Induktionskochfeldvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Induktionskochfeld nach Anspruch 15 und ein Verfahren zum Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung nach Anspruch 16.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Induktionskochfeldvorrichtungen mit zumindest einem Bus-Kondensator, welcher beispielsweise einem Wechselrichter vorgeschaltet sein kann, bekannt. Für einige Anwendungen, beispielsweise zur Topferkennung auf der Grundlage von Wechselrichterleistungsmessungen bei hohen Abtastraten, kann es zweckdienlich sein, wenn der Bus-Kondensator zeitweise zumindest teilweise oder vollständig entladen wird, beispielsweise um Störgeräusche zu verhindern. Bisher bekannte Methoden zum Entladen von Bus-Kondensatoren, beispielsweise über hochohmige Widerstände, sind dabei mit hohen elektrischen Verlusten verbunden, sodass eine Effizienz bisher bekannter Induktionskochfeldvorrichtungen im Hinblick auf eine Entladung von Bus-Kondensatoren nachteilig sehr gering ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 15 und 16 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Induktionskochfeldvorrichtung mit zumindest einem Bus- Kondensator, mit zumindest einem Gleichrichter und mit einem Netzanschluss zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz, wobei der Bus-Kondensator über zumindest einen ersten Ladepfad zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und über zumindest einen zweiten Ladepfad zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter mit dem Netzanschluss verbunden ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Induktionskochfeldvorrichtung eine Entladungseinheit aufweist, welche zumindest zwei Schalteinheiten mit jeweils zumindest einem Schaltelement zum zeitweisen Entladen des Bus-Kondensators über das Stromversorgungsnetz umfasst, wobei eine der Schalteinheiten als eine Highside-Schalteinheit mit einem Highsi- de-Schaltelement und eine der Schalteinheiten als eine Lowside-Schalteinheit mit einem Lowside-Schaltelement ausgebildet ist und die Schaltelemente dazu vorgesehen sind, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad von dem Bus-Kondensator zurück zu dem Netzanschluss freizuschalten.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Induktionskochfeldvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitgestellt werden. Es kann insbesondere eine periodische zumindest teilweise Entladung des Bus-Kondensators mit vernachlässigbaren Verlusten ermöglicht werden. Im Vergleich zu bisher bekannten dissipativen Methoden zum Entladen von Bus-Kondensatoren, beispielsweise über einen hochohmigen Widerstand, können vorteilhaft bis 10 W pro Phase eingespart werden, wenn die Entladungseinheit zumindest zwei Schaltelemente zum zeitweisen Entladen des Bus- Kondensators über das Stromversorgungsnetz umfasst, die in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad von dem Bus-Kondensator zurück zu dem Netzanschluss freischalten. Ferner kann durch die Induktionskochfeldvorrichtung vorteilhaft eine besonders effiziente Gargeschirrerkennung auf der Grundlage von Wechselrichterleistungsmessungen bei hohen Abtastraten ermöglicht werden.
Unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“ soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Induktionskochfelds, verstanden werden, wobei insbesondere zusätzlich auch Zubehöreinheiten für das Kochfeld umfasst sein können, wie beispielsweise eine Sensoreinheit zur externen Messung einer Temperatur eines Gargeschirrs und/oder eines Garguts. Insbesondere kann die Induktionskochfeldvorrichtung auch das gesamte Induktionskochfeld umfassen.
Ein die Induktionskochfeldvorrichtung aufweisendes Induktionskochfeld umfasst zumindest einen Induktor, welcher in wenigstens einem Betriebszustand Energie in Form eines elektromagnetischen Wechselfeldes an zumindest ein Objekt, insbesondere an ein Gargeschirr, bereitstellt und eine Wechselrichtereinheit mit zumindest zwei Wechselrichterschaltelementen zur Energieversorgung des Induktors. Die Wechselrichterschaltelemente der Wechselrichtereinheit können dabei als Halbleiterschaltelemente, insbesondere als Transistoren, beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder Organischer Feldeffekttransistor (OFET), vorteilhaft als Bipolartransistor mit vorzugsweise isolierter Gate- Elektrode (IGBT), ausgebildet sein. Der zumindest eine Bus- Kondensator der Induktionskochfeldvorrichtung ist in einem montierten Zustand des die Induktionskochfeldvorrichtung aufweisenden Induktionskochfelds vorzugsweise elektrisch parallel zu den zumindest zwei Wechselrichterschaltelementen der Wechselrichtereinheit angeordnet.
Der Netzanschluss der Induktionskochfeldvorrichtung ist vorzugsweise zur Verbindung mit einem mehrphasigen Stromversorgungsnetz vorgesehen. In einem Betriebszustand ist die Induktionskochfeldvorrichtung über den Netzanschluss mit dem Stromversorgungsnetz verbunden und wird mit einer Netzwechselspannung versorgt. Die Netzwechselspannung wechselt ihre elektrische Polarität periodisch innerhalb eines Netzspannungszyklus, dessen Periodendauer dem Kehrwert der Netzfrequenz entspricht, wobei die Periodendauer beispielsweise bei einer Netzfrequenz von 50 Hz, welche für europäische Stromversorgungsnetze typisch ist, 20 ms andauert. Während des positiven Netzspannungsteilzyklus, welcher einer halben Periodendauer der Netzwechselspannung entspricht, weist die Netzwechselspannung eine positive elektrische Polarität auf und während des negativen Netzspannungsteilzyklus, welcher einer halben Periodendauer der Netzwechselspannung entspricht, weist die Netzwechselspannung eine negative elektrische Polarität auf.
Der Gleichrichter ist mit dem Netzanschluss verbunden und dazu vorgesehen, die in dem Betriebszustand an dem Netzanschluss anliegende Netzwechselspannung gleichzurichten, vorzugsweise in eine pulsierende Gleichspannung. Der Gleichrichter ist vorzugsweise als ein einphasiger Vollwellengleichrichter ausgebildet. Alternativ ist jedoch auch ein Einsatz eines mehrphasigen Vollwellengleichrichters, insbesondere eines Dreiphasengleichrichters, denkbar, ohne den vorhergehend und nachfolgend beschriebenen Rahmen der Erfindung zu verlassen. Der Gleichrichter umfasst vorzugsweise zumindest vier Gleichrichterelemente, insbesondere Dioden und/oder Thyristoren und/oder Transistoren und/oder dergleichen, welche, in zumindest einem Schaltzustand, einen Stromfluss in einer Durchlassrichtung ermöglichen und in zumindest einem weiteren Schaltzustand, einen Stromfluss in einer Sperrrichtung sperren. Vorzugsweise sind zumindest zwei der Gleichrichterelemente dem ersten Ladepfad zugeordnet und dazu vorgesehen, den Bus- Kondensator während des positiven Netzspannungsteilzyklus mit dem Netzanschluss zu verbinden. Vorzugsweise sind zumindest zwei der Gleichrichterelemente dem zweiten Ladepfad zugeordnet und dazu vorgesehen, den Bus-Kondensator während des negativen Netzspannungsteilzyklus mit dem Netzanschluss zu verbinden. Die Entladungseinheit ist zu einer zumindest teilweisen oder vollständigen Entladung des Bus-Kondensators, innerhalb zumindest eines Netzspannungsteilzyklus vorgesehen und weist hierzu die zumindest zwei Schaltelemente auf, welche in ihrem geschlossenen Zustand den Entladungspfad freischalten. Die Entladungseinheit kann zur zumindest teilweisen oder vollständigen Entladung des Bus-Kondensators innerhalb des positiven Netzspannungsteilzyklus vorgesehen sein, wobei hierzu jeweils eines der Schaltelemente elektrisch parallel zu jeweils einem der Gleichrichterelemente der Gleichrichtereinheit angeordnet ist, welche dem positiven Ladepfad zugeordnet sind und die Schaltelemente dazu vorgesehen sind, diese Gleichrichterelemente in ihrem geschlossenen Zustand zu der teilweisen oder vollständigen Entladung des Bus-Kondensators zu überbrücken. Die Entladungseinheit kann alternativ oder zusätzlich zur teilweisen oder vollständigen Entladung des Bus-Kondensators innerhalb des negativen Netzspannungsteilzyklus vorgesehen sein, wobei hierzu jeweils eines der Schaltelemente elektrisch parallel zu jeweils einem der Gleichrichterelemente der Gleichrichtereinheit angeordnet ist, welche dem positiven Ladepfad zugeordnet sind und die Schaltelemente dazu vorgesehen sind, diese Gleichrichterelemente in ihrem geschlossenen Zustand zu der teilweisen oder vollständigen Entladung des Bus-Kondensators zu überbrücken. Denkbar ist auch, dass die Entladungseinheit zur zumindest teilweisen oder vollständigen Entladung des Bus- Kondensators über einen ersten Entladungspfad innerhalb des positiven Netzspannungsteilzyklus und über einen zweiten Entladungspfad innerhalb des negativen Netzspannungsteilzyklus vorgesehen ist und hierzu zumindest vier Schaltelemente aufweist, wobei jeweils zwei der Schaltelemente als Highside-Schaltelemente und jeweils zwei der Schaltelemente als Lowside-Schaltelemente ausgebildet sind und wobei jeweils eines der Schaltelemente elektrisch parallel zu jeweils einem der Gleichrichterelemente der Gleichrichtereinheit angeordnet ist.
Unter einer „Highside-Schalteinheit“ oder einem „Highside-Schaltelement“ soll in diesem Zusammenhang eine Schalteinheit oder ein Schaltelement verstanden werden, welche oder welches in einem montierten Zustand der Induktionskochfeldvorrichtung zwischen einem positiven Leiter, insbesondere stromführenden Leiter, des Netzanschlusses und einer elektrischen Last, insbesondere dem Bus-Kondensator, angeordnet ist. Unter einer „Highside-Schalteinheit“ oder einem „Lowside-Schaltelement“ soll in diesem Zusammenhang eine Schalteinheit oder ein Schaltelement verstanden werden, welche oder welches in dem montierten Zustand der Induktionskochfeldvorrichtung zwischen einem negativen Leiter, insbesondere Neutralleiter und/oder Nullleiter, des Netzanschlusses und der elektrischen Last, insbesondere dem Bus-Kondensator, angeordnet ist.
Unter einer „Schalteinheit“ soll eine Einheit verstanden werden, welche zumindest ein ansteuerbares Schaltelement aufweist. Die Entladungseinheit weist anspruchsgemäß eine erste Schalteinheit auf, welche als die Highside-Schalteinheit ausgebildet ist und welche ein erstes Schaltelement aufweist, welches als das Highside-Schaltelement ausgebildet ist. Die Entladungseinheit weist anspruchsgemäß ferner eine zweite Schalteinheit auf, welche als die Lowside-Schalteinheit ausgebildet ist und welche ein zweites Schaltelement aufweist, welches als das Lowside-Schaltelement ausgebildet ist.
Die Schalteinheiten und/oder die Schaltelemente der Entladungseinheit können als unidi- rektionale Schalteinheiten und/oder Schaltelemente ausgebildet sein, das heißt in dem geschlossenen Zustand einen Stromfluss in einer ersten Richtung ermöglichen und in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung blockieren. Denkbar ist auch, dass die Schalteinheiten und/oder Schaltelemente als bidirektionale Schalteinheiten und/oder Schaltelemente ausgebildet sind, das heißt in dem geschlossenen Zustand einen Stromfluss sowohl in einer ersten Richtung als auch in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung ermöglichen. Die Entladungseinheit kann zumindest teilweise einstückig mit dem Gleichrichter ausgebildet sein. Darunter, dass zwei Einheiten „teilweise einstückig“ ausgebildet sind, soll verstanden werden, dass die Einheiten zumindest ein, insbesondere zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei gemeinsame Elemente aufweisen, die Bestandteil, insbesondere funktionell wichtiger Bestandteil, beider Einheiten sind. Beispielsweise ist denkbar, dass zumindest ein Gleichrichterschaltelement des Gleichrichters zugleich auch als Schaltelement der Entladungseinheit fungiert.
In dem vorliegenden Dokument dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unterscheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbesondere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“.
Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem An- wendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheiten jeweils als spannungsbidirektionale Zweiquadrantenschalter ausgebildet sind, welche insbesondere in der Fachsprache auch unter der Bezeichnung „voltage- bidirectional two-quadrant switches“ bekannt sind. Ein spannungsbidirektionaler Zweiquadrantenschalter aufweisend ein Schaltelement leitet Strom insbesondere in nur eine Richtung, insbesondere in einem geschlossenen, leitenden Zustand des Schaltelements, und blockiert insbesondere Spannung zumindest in einem geöffneten, nichtleitenden Zustand des Schaltelements in beide Richtungen.
Hierdurch kann ein vorteilhafter Schutz der Schaltelemente erreicht werden, insbesondere wenn diese jeweils als ein MOSFET ausgebildet sind. Insbesondere kann vermieden werden, dass ein Strom anstatt durch ein Bauelement, insbesondere eine Diode, des Gleichrichters durch einen zu dem Bauelement parallel geschalteten Bereich, insbesondere durch eine intrinsische Diode, des Schaltelements, insbesondere des MOSFET, fließt. Im Falle zweier zueinander parallel geschalteter Dioden fließt ein Großteil des Stromes nämlich insbesondere durch diejenige Diode mit dem niedrigeren Spannungsabfall, wobei durch eine mit einem Stromfluss einhergehende Erwärmung der Diode der Spannungsabfall insbesondere weiter absinkt, sodass sich der Effekt selbst verstärkt. Dadurch kann insbesondere der Fall eintreten, dass eine anfänglich gewünschte Stromaufteilung durch die zwei parallel geschalteten Dioden mit zunehmender Erwärmung in eine ungewünschte Stromaufteilung übergeht, was mit einer Beschädigung von Komponenten, insbesondere des MOSFET, einhergehen kann. Durch die Ausgestaltung als spannungsbidirektionaler Zweiquadrantenschalter kann sichergestellt werden, dass zumindest in einem geöffneten Zustand des Schaltelements ein Spannungsabfall über Bauelementen, insbesondere Dioden, des Gleichrichters niedriger ausfällt als über der Schalteinheit. Insbesondere kann zudem auf die Verwendung dissipativer Elemente, insbesondere ohmscher Widerstände, verzichtet werden, wodurch ein Bauraumbedarf reduziert und/oder eine Energieeffizienz gesteigert werden kann, insbesondere trotz des am PN-Übergang der Schutzdiode zusätzlich auftretenden Spannungsabfalls, welcher jedoch insbesondere im Wesentlichen stromstärkenunabhängig ist. Somit ist auch keine unvorteilhafte Beeinflussung der erreichbaren Bus-Spannung nach einer Entladung zu erwarten. Zudem können Anforderun- gen an Bauteile, insbesondere an das Schaltelement, reduziert werden. So kann insbesondere ein Schaltelement, vorzugsweise ein MOSFET, mit relativ kleiner Stromfestigkeit verwendet werden, wodurch ein Bauraumbedarf und/oder Kosten reduziert werden können. Ferner kann eine zuverlässige vollständige Entladung des Bus- Kondensators sichergestellt werden, da ein Stromfluss nicht durch einen zusätzlichen ohmschen Widerstand weiter gehemmt wird. Unter einer „intrinsischen Diode“ des Schaltelements soll insbesondere ein Bereich des Schaltelements verstanden werden, welcher wie eine Diode, insbesondere wie ein PN-Übergang, wirkt.
Vorteilhaft weisen beide Schalteinheiten jeweils eine zu dem jeweiligen Schaltelement in Reihe geschaltete Schutzdiode auf, wodurch eine besonders vorteilhafte und einfache Implementierung eines spannungsbidirektionalen Zweiquadrantenschalters erreicht werden kann. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass jedes Bauteil nur die ihm zugewiesene Aufgabe ausführt. Ferner kann eine Designfreiheit gesteigert und/oder eine Qualifizierung von Bauteilen vereinfacht werden, da insbesondere eine Änderung am Gleichrichter, beispielsweise die Verwendung anderer Dioden, insbesondere eines anderen Typs oder von einem anderen Zulieferer, keine Auswirkungen auf die verwendeten Schaltelemente hätte. Schließlich erlaubt die Diode den Gebrauch des Schaltelements, insbesondere des MOSFET, für weitere Aufgaben und eröffnet somit weitere Designmöglichkeiten.
Das Schaltelement kann dabei als beliebiger Einzelquadrantenschalter, in der Fachsprache auch „single quadrant switch“, ausgebildet sein, beispielsweise als Bipolartransistor (BJT), als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) ohne intrinsische Diode, als Thyristor (SCR) oder auch als „Gate Turn Off“-Thyristor (GTO). Zudem kann das Schaltelement auch als beliebiger strombidirektionaler Zweiquadrantenschalter, in der Fachsprache auch „current-bidirectional two-quadrant switch“, ausgebildet sein, bevorzugt als MOSFET, insbesondere mit intrinsischer antiparalleler Diode. Durch die Verwendung eines MOSFET kann eine vorteilhafte Spannungsansteuerung im Gegensatz zu einer unvorteilhafteren Stromansteuerung implementiert werden. Die Schutzdiode ist insbesondere derart in Serie mit dem Schaltelement geschaltet, dass sie bei einem Entladevorgang des Bus-Kondensators leitet. Die Schutzdiode ist dazu vorgesehen, einen Stromfluss durch das Schaltelement beim Laden des Bus-Kondensators während der positiven Netzspannungsteilzyklen und/oder der negativen Netzspannungsteilzyklen zu verhindern. Die Schutzdiode ist vorzugsweise antiparallel zu der dem Schaltelement parallelgeschalteten Diode des Gleichrichters geschaltet. Bei Ausgestaltung des Schaltelements als MOSFET mit integrierter Diode ist die Schutzdiode vorzugsweise antiparallel zur intrinsischen Diode geladen. Sowohl das Schaltelement als auch die Schutzdiode weisen bevorzugt eine vergleichbare Stromfestigkeit auf, da sie im Betrieb von demselben Strom durchflossen werden. Zudem weisen das Schaltelement, insbesondere ausgebildet als MOSFET, als auch die Schutzdiode bevorzugt eine vergleichbare Spannungsfestigkeit auf, insbesondere von zumindest 650 V und bevorzugt im Bereich von 800 V bis 1000 V, um auch Spannungsspitzen, beispielsweise bedingt durch einen Blitzeinschlag, beschädigungsfrei überstehen zu können.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Entladungseinheit eine Steuereinheit zum Ansteuern der Schaltelemente aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine teilweise Entladung des Bus- Kondensators besonders präzise gesteuert werden. Unter einer „Steuereinheit“ soll dabei eine elektronische Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest die Schaltelemente der Entladungseinheit zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Die Steuereinheit kann zumindest teilweise einstückig mit einer Hauptsteuereinheit eines die Induktionskochfeldvorrichtung aufweisenden Induktionskochfelds ausgebildet sein.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die Schaltelemente zu einer vollständigen Entladung des Bus-Kondensators anzusteuern. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine besonders effiziente vollständige Entladung des Bus- Kondensators ermöglicht werden. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die Schaltelemente zu einer teilweisen Entladung des Bus-Kondensators anzusteuern. Hierdurch kann vorteilhaft eine teilweise Entladung des Bus-Kondensators auf eine gewünschte Spannung besonders effizient ermöglicht werden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit in einer ersten Konfiguration der Entladungseinheit dazu vorgesehen, die Schaltelemente zu einer vollständigen Entladung des Bus-Kondensators anzusteuern und in einer zweiten Konfiguration der Entladungseinheit dazu vorgesehen, die Schaltelemente zu einer teilweisen Entladung des Bus-Kondensators anzusteuern, wobei ein Entladungsgrad des Bus-Kondensators bevorzugt anhand einer durch die Steuereinheit steuerbaren Einschaltdauer zumindest eines der Schaltelemente variierbar ist.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Schaltelemente durch die Steuereinheit direkt steuerbar ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders kompakte und effiziente Ausgestaltung erreicht werden. Denkbar ist, dass sämtliche Schaltelemente der Entladungseinheit durch die Steuereinheit direkt steuerbar sind. Je nach Art und Anordnung der Schaltelemente ist eine direkte Ansteuerung zumindest eines der Schaltelemente durch die Steuereinheit jedoch nicht in allen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung möglich oder zweckdienlich, weshalb vorgeschlagen wird, dass die Entladungseinheit zumindest ein Hilfsschaltelement aufweist, über welches zumindest eines der Schaltelemente durch die Steuereinheit indirekt steuerbar ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine sichere Steuerung der Schaltelemente ermöglicht werden. Vorzugsweise ist das Hilfsschaltelement zu einer Isolation der Steuereinheit gegenüber dem Stromversorgungsnetz vorgesehen. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann das Hilfsschaltelement beispielsweise als ein Optokoppler oder dergleichen ausgebildet sein. Die Entladungseinheit kann eine Mehrzahl von Hilfsschaltelementen, insbesondere zumindest ein Hilfsschaltelement für jedes Schaltelement der Entladungseinheit, umfassen.
Die Schaltelemente der Entladungseinheit könnten als mechanische und/oder elektromechanische Schaltelemente, insbesondere als Relais, ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass zumindest eines der Schaltelemente als ein Halbleiterschaltelement ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine besonders schnelle und präzise Ansteuerung des Schaltelements beziehungsweise der Schaltelemente ermöglicht werden. Vorzugsweise sind sämtliche Schaltelemente der Entladungseinheit als Halbleiterschaltelemente ausgebildet.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Schaltelemente als ein Thyristorschaltelement ausgebildet ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders kompakte Entladungseinheit mit einfachen technischen Mitteln bereitgestellt werden. Unter einem „Thyristorschaltelement“ soll ein Halbleiterschaltelement verstanden werden, welches aus vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut ist. Das Thyristorschaltelement könnte, ohne darauf beschränkt zu sein, beispielsweise als ein GTO- Thyristor (Gate Turn Off) oder als ein GOT (Gate Commutated Thyristor) oder als ein IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) oder als Thyristortetrode oder als Fotothyristor oder als LTT (Light Triggered Thyristor) oder als DIAC oder als TRIAC, vorzugsweise als optoTRIAC, oder dergleichen ausgebildet sein. Denkbar ist, dass sämtliche Schaltelemente der Entladungseinheit als Thyristorschaltelemente ausgebildet sind. Vorzugsweise ist zumindest das erste Schaltelement der Entladungseinheit, insbesondere das Highside-Schaltelement, als Thyristorelement ausgebildet, wobei ein zweites Schaltelement, insbesondere das Lowside-Schaltelement, als eine andere Art von Halbleiterschaltelement, beispielsweise als ein Transistor, ausgebildet sein kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Schaltelemente als ein optoTRIAC ausgebildet ist. Durch eine Verwendung von Schaltelementen, welche als optoTRIAC ausgebildet sind, kann vorteilhaft auf eine zusätzliche Steuerspannungsquelle zum Ansteuern der Schaltelemente verzichtet werden. Es kann somit eine Effizienz, insbesondere Kosteneffizienz, vorteilhaft weiter verbessert werden. Darüber hinaus weisen Schaltelemente, welche als optoTRIAC ausgebildet sind, vorteilhaft eine intrinsische elektrische Isolation auf, sodass auf eine zusätzliche Isolation verzichtet und eine Kosteneffizienz noch weiter verbessert werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Schaltelemente als ein Transistor ausgebildet ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz weiter verbessert werden, da es sich bei Transistoren um Bauteile handelt, welche in großen Stückzahlen produziert werden und daher kostengünstig erhältlich sind. Das zumindest eine als Transistor ausgebildete Schaltelement der Entladungseinheit kann, ohne darauf beschränkt zu sein, beispielsweise als ein Organischer Feldeffekttransistor (OFET) oder als ein Bipolartransistor mit vorzugsweise isolierter Gate-Elektrode (IGBT) und bevorzugt als Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgebildet sein. Denkbar ist, dass sämtliche Schaltelemente der Entladungseinheit als Transistoren ausgebildet sind.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Highside-Schaltelement als ein PNP-Transistor ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das als PNP-Transistor ausgebildete Schaltelement dazu vorgesehen, mittels eines Pegelwandlers ausgelöst zu werden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft auf eine Steuerspannungsquelle zur Versorgung des Highside-Schaltelements verzichtet werden. In einer derartigen Ausgestaltung kann für das Lowside-Schaltelement jede andere der vorhergehend beschriebenen Arten von Schaltelement, beispielsweise ein Transistor oder ein Thyristorschaltelement, zum Einsatz gebracht werden. Vorzugsweise weist die Entladungseinheit in einer Ausgestaltung mit einem als PN P-Transistor ausgebildeten Highside-Schaltelement zumindest ein Hilfsschaltelement auf, welches ebenfalls als ein PN P-Transistor ausgebildet ist, welches mit dem Highside-Schaltelement in einer Darlington-Schaltung verschaltet ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine größere Verstärkung und somit eine vollständige Entladung des Bus- Kondensators ermöglicht werden. Denkbar ist alternativ auch, dass auf ein Hilfsschaltelement verzichtet wird und das Highside-Schaltelement als ein Darlinton-Transistor in PNP-PNP-Form ausgebildet ist.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass beide Schaltelemente als NPN-Transistoren ausgebildet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Kosteneffizienz noch weiter verbessert werden, da NPN- Transistoren, insbesondere N-MOSFETs, im Vergleich zu PNP-Transistoren, auf dem Markt deutlich mehr verbreitet und daher in großen Stückzahlen und von verschiedenen Herstellern und besonders kostengünstig erhältlich sind. Bevorzugt sind die als NPN- Transistoren ausgebildeten Schaltelemente als N-MOSFETs ausgebildet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Induktionskochfeld mit zumindest einer Induktionskochfeldvorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Induktionskochfeld zeichnet sich insbesondere durch die vorteilhaften Eigenschaften aus, welche durch die vorhergehend beschriebenen Merkmale der Induktionskochfeldvorrichtung erreicht werden können. Das Induktionskochfeld kann mehrere der vorhergehend beschriebenen Induktionskochfeldvorrichtungen aufweisen.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Das Verfahren umfasst vorzugsweise zumindest zwei Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens wird der Bus-Kondensator über den ersten Ladepfad während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und/oder über den zweiten Ladepfad während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter mit dem Netzanschluss verbunden und aufgeladen. In einem zweiten Verfahrensschritt des Verfahrens wird der Bus- Kondensator zumindest teilweise oder vollständig entladen, und zwar indem die Schaltelemente der Entladungseinheit, während eines gesamten Netzspannungsteilzyklus oder einem Teil eines Netzspannungsteilzyklus geschlossen werden und ein Entladungspfad von dem Bus-Kondensator zurück zu dem Netzanschluss freigeschaltet wird. Die Induktionskochfeldvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Induktionskochfeldvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind fünf 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 ein Induktionskochfeld mit einer Induktionskochfeldvorrichtung in einer schematischen Ansicht,
Fig. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Induktionskochfeldvorrichtung mit einem Bus-Kondensator, einem Gleichrichter, einem Netzanschluss und einer Entladungseinheit zur zumindest teilweisen Entladung des Bus-Kondensators,
Fig. 3 sechs schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung in einer ersten Konfiguration der Entladungseinheit,
Fig. 4 sechs schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung in einer zweiten Konfiguration der Entladungseinheit,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung in einem schematischen elektrischen Schaltbild,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung in einem schematischen elektrischen Schaltbild,
Fig. 7 fünf schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung des Ausführungsbeispiels der Figur 5,
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung in einem schematischen elektrischen Schaltbild, Fig. 9 sechs schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung des Ausführungsbeispiels der Figur 7,
Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung in einem schematischen elektrischen Schaltbild und
Fig. 11 sechs schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung des Ausführungsbeispiels der Figur 9.
Figur 1 zeigt ein Induktionskochfeld 50a in einer schematischen Darstellung. Das Induktionskochfeld 50a umfasst eine Kochfeldplatte 52a und vier Induktoren 54a, welche unter der Kochfeldplatte 52a montiert sind.
Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen.
Das Induktionskochfeld 50a weist eine Hauptsteuereinheit 66a auf, welche eine Wechselrichtereinheit (nicht dargestellt) zur Energieversorgung der Induktoren 52a umfasst.
Das Induktionskochfeld 50a weist eine Induktionskochfeldvorrichtung 10a auf. In einem montierten Zustand des Induktionskochfelds 50a ist die Induktionskochfeldvorrichtung 10a mit der Wechselrichtereinheit der Hauptsteuereinheit 66a verbunden.
Figur 2 zeigt ein vereinfachtes und schematisches elektrisches Schaltbild der Induktionskochfeldvorrichtung 10a. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist einen Netzanschluss 16a zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz (nicht dargestellt) auf.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist vorliegend eine Filtereinheit 56a auf, welche zur Reduzierung von Störeinflüssen vorgesehen ist.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist ferner zumindest einen Gleichrichter 14a zur Gleichrichtung eines von dem Stromversorgungsnetz bereitgestellten Wechselstroms auf. Der Gleichrichter 14a ist vorliegend als ein Einphasen-Vollwellengleichrichter ausgebildet. Der Gleichrichter 14a umfasst vorliegend vier Dioden 58a, 60a, 62a, 64a, und zwar eine erste Diode 58a, eine zweite Diode 60a, eine dritte Diode 62a und eine vierte Diode 64a.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist zumindest einen Bus-Kondensator 12a auf.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist einen elektrischen Widerstand 112a zum Laden des Bus-Kondensators 12a auf, welcher elektrisch in Reihe zu dem Bus- Kondensator 12a angeordnet ist.
In dem schematischen elektrischen Schaltbild der Figur 2 ist vereinfachend ein Ersatzwiderstand 114a gezeigt, welcher elektrisch parallel zu dem Bus-Kondensator 12a angeordnet ist. Der Ersatzwiderstand 114a repräsentiert sämtliche elektrische Lasten, welche dem Bus-Kondensator 12a nachgeschaltet sein können, beispielsweise Wechselrichter (nicht dargestellt) der Hauptsteuereinheit 66a des Induktionskochfelds 50a und/oder zumindest einer der Induktoren 54a (vgl. Figur 1) und/oder dergleichen.
Der Bus-Kondensator 12a ist über zumindest einen ersten Ladepfad 18a zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter 14a mit dem Netzanschluss 16a verbunden. Die erste Diode 58a und die vierte Diode 64a des Gleichrichters 14a sind dem ersten Ladepfad 18a zugeordnet. Während des positiven Netzspannungsteilzyklus ist der Bus-Kondensator 12a über die erste Diode 58a und die vierte Diode 64a des Gleichrichters 14a mit dem Netzanschluss 16a verbunden und kann über den ersten Ladepfad 18a geladen werden.
Der Bus-Kondensator 12a ist über zumindest einen zweiten Ladepfad 20a zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter 14a mit dem Netzanschluss 16a verbunden. Die zweite Diode 60a und die dritte Diode 62a des Gleichrichters 14a sind dem zweiten Ladepfad 20a zugeordnet. Während des negativen Netzspannungsteilzyklus ist der Bus-Kondensator 12a über die zweite Diode 60a und die dritte Diode 62a des Gleichrichters 14a mit dem Netzanschluss 16a verbunden und kann über den zweiten Ladepfad 20a geladen werden.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist eine Entladungseinheit 22a auf. Die Entladungseinheit 22a umfasst zumindest zwei Schalteinheiten 23a, 25a mit jeweils zumindest einem Schaltelement 24a, 26a zum zeitweisen Entladen des Bus- Kondensators 12a über das Stromversorgungsnetz. Eine erste Schalteinheit 23a der Entladungseinheit 22a ist als Highside-Schalteinheit 27a ausgebildet. Eine zweite Schalteinheit 25a der Entladungseinheit 22a ist als Lowside-Schalteinheit 29a ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente 24a, 26a jeweils als elektromechanische Relais ausgebildet. Ein erstes Schaltelement 24a der Entladungseinheit 22a ist als ein Highside- Schaltelement 28a ausgebildet. Das Highside-Schaltelement 28a ist zwischen einem posi- tiven Leiter des Netzanschlusses 16a und dem Bus-Kondensator 12a angeordnet. Ein zweites Schaltelement 26a der Entladungseinheit 22a ist als ein Lowside-Schaltelement 30a ausgebildet. Das Lowside-Schaltelement 30a ist zwischen einem Neutralleiter des Netzanschlusses 16a und dem Bus-Kondensator 12a angeordnet. Die Schaltelemente 24a, 26a sind dazu vorgesehen, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad 32a von dem Bus-Kondensator 12a zurück zu dem Netzanschluss 16a freizuschalten.
Das erste Schaltelement 24a ist elektrisch parallel zu der ersten Diode 58a des Gleichrichters 14a angeordnet. Das zweite Schaltelement 26a ist elektrisch parallel zu der vierten Diode 64a des Gleichrichters 14a angeordnet. Vorliegend ist die Entladungseinheit 22a daher ausschließlich zu einer Entladung des Bus-Kondensators 12a während positiver Netzspannungsteilzyklen einer von dem Stromversorgungsnetz bereitgestellten Netzwechselspannung 76a (vgl. Figur 3) vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich könnte die Entladungseinheit 22a jedoch zu einer Entladung des Bus- Kondensators 12a während positiver Netzspannungsteilzyklen vorgesehen sein, wobei das erste Schaltelement 24a dann elektrisch parallel zu der zweiten Diode 60a und das zweite Schaltelement 26a elektrisch parallel zu der dritten Diode 62a angeordnet sein müsste oder die Entladungseinheit 22a zusätzlich zu den Schaltelementen 24a, 26a ein drittes Schaltelement elektrisch parallel zu der zweiten Diode 60a und ein viertes Schaltelement elektrisch parallel zu der dritten Diode 62a aufweisen müsste (nicht gezeigt).
Das erste Schaltelement 24a weist eine erste Steuerspannungsquelle 68a auf. Das zweite Schaltelement 26a weist eine zweite Steuerspannungsquelle 70a auf.
Die Entladungseinheit 22a weist eine Steuereinheit 34a zum Ansteuern der Schaltelemente 24a auf. Die Steuereinheit 34a ist zum Ansteuern der Schaltelemente 24a, 26a mit der ersten Steuerspannungsquelle 68a und der zweiten Steuerspannungsquelle 70a verbunden. Vorliegend ist die Steuereinheit 34a dazu vorgesehen, das erste Schaltelement 24a über eine von der ersten Steuerspannungsquelle 68a bereitgestellte erste Steuerspannung 94a (vgl. Figur 3) und das zweite Schaltelement 26a über eine von der zweiten Steuerspannungsquelle 70a bereitgestellte zweite Steuerspannung 96a (vgl. Figur 3) anzusteuern. Zumindest eines der Schaltelemente 24a, 26a ist durch die Steuereinheit 34a direkt steuerbar. Vorliegend sind beide Schaltelemente 24a, 26a durch die Steuereinheit 34a direkt steuerbar.
Figur 3 zeigt sechs schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung 10a in einer ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22a.
Auf einer Abszisse 72a eines ersten Diagramms der Figur 3 ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 74a des ersten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das erste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Netzwechselspannung 76a, welche durch das Stromversorgungsnetz bereitgestellt wird und in einem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10a an dem Netzanschluss 16a anliegt.
Auf einer Abszisse 78a eines zweiten Diagramms der Figur 3 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 80a des zweiten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das zweite Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer gleichgerichteten Netzwechselspannung 82a, vorliegend eine pulsierende Gleichspannung, in welche der Gleichrichter 14a die Netzwechselspannung 76a in dem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10a gleichrichtet.
Auf einer Abszisse 84a eines dritten Diagramms der Figur 3 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 86a des dritten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das dritte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer an dem Bus- Kondensator 12a anliegenden Kondensatorspannung 88a in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22a.
Auf einer Abszisse 90a eines vierten Diagramms der Figur 3 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 92a des vierten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das vierte Diagramm zeigt die zeitlichen Verläufe der ersten Steuerspannung 94a und der zweiten Steuerspannung 96a, mittels derer die Steuereinheit 34a das erste Schaltelement 24a und das zweite Schaltelement 36a über die Steuerspannungsquellen 68a, 70a in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22a ansteuert. Auf einer Abszisse 98a eines fünften Diagramms der Figur 3 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 100a des fünften Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Milliampere aufgetragen. Das fünfte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines durch das erste Schaltelement 24a fließenden elektrischen Stroms 102a in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22a.
Auf einer Abszisse 104a eines sechsten Diagramms der Figur 3 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 106a des sechsten Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Ampere aufgetragen. Das sechste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Kondensatorstroms 108a, welcher beim Laden und Entladen des Bus- Kondensators 12a in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22a fließt.
In der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22a ist die Steuereinheit 34a dazu vorgesehen, die Schaltelemente 24a, 26a zu einer vollständigen Entladung des Bus- Kondensators 12a anzusteuern. Wie der Figur 3 entnommen werden kann, aktiviert die Steuereinheit 34a die Schaltelemente 24a, 26a an einem Maximum der gleichgerichteten Netzwechselspannung 82a während des positiven Netzspannungsteilzyklus mittels der Steuerspannungen 94a, 96a und deaktiviert die Schaltelemente 24a, 26a an einem Nulldurchgang der Netzwechselspannung 76a im Übergang vom positiven Netzspannungsteilzyklus zum negativen Netzspannungsteilzyklus, sodass der Bus-Kondensator 12a vollständig über den Entladepfad 32a entladen wird, solange die Steuerspannungen 94a, 96a an den Schaltelementen 24a, 26a anliegen und diese geschlossen sind.
Figur 4 zeigt sechs weitere schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung 10a in einer zweiten Konfiguration der Entladungseinheit 22a.
Auf einer Abszisse 72a‘ eines ersten Diagramms der Figur 4 ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 74a‘ des ersten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das erste Diagramm der Figur 4 zeigt wiederum den zeitlichen Verlauf der Netzwechselspannung 76a.
Auf einer Abszisse 78a‘ eines zweiten Diagramms der Figur 4 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 80a‘ des zweiten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das zweite Diagramm zeigt wiederum den zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Netzwechselspannung 82a. Auf einer Abszisse 84a‘ eines dritten Diagramms der Figur 4 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 86a‘ des dritten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das dritte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer an dem Bus- Kondensator 12a anliegenden Kondensatorspannung 88a‘ in der zweiten Konfiguration der Entladungseinheit 22a.
Auf einer Abszisse 90a‘ eines vierten Diagramms der Figur 4 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 92a‘ des vierten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das vierte Diagramm zeigt die zeitlichen Verläufe einer ersten Steuerspannung 94a‘ und einer zweiten Steuerspannung 96a‘, mittels derer die Steuereinheit 34a das erste Schaltelement 24a und das zweite Schaltelement 36a über die Steuerspannungsquellen 68a, 70a in der zweiten Konfiguration der Entladungseinheit 22a ansteuert.
Auf einer Abszisse 98a‘ eines fünften Diagramms der Figur 4 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 100a‘ des fünften Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Milliampere aufgetragen. Das fünfte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines durch das erste Schaltelement 24a fließenden elektrischen Stroms 102a‘ in der zweiten Konfiguration der Entladungseinheit 22a.
Auf einer Abszisse 104a‘ eines sechsten Diagramms der Figur 4 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 106a‘ des sechsten Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Ampere aufgetragen. Das sechste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Kondensatorstroms 108a‘, welcher beim Laden und Entladen des Bus- Kondensators 12a‘ in der zweiten Konfiguration der Entladungseinheit 22a fließt.
In der zweiten Konfiguration der Entladungseinheit 22a ist die Steuereinheit 34a dazu vorgesehen, die Schaltelemente 24a, 26a zu einer teilweisen Entladung des Bus- Kondensators 12a anzusteuern. Analog zu der ersten Konfiguration aktiviert die Steuereinheit 34a in der zweiten Konfiguration die Schaltelemente 24a, 26a an einem Maximum der gleichgerichteten Netzwechselspannung 82a während eines positiven Netzspannungsteilzyklus mittels der Steuerspannungen 94a‘, 96a‘. Im Unterschied zu der ersten Konfiguration deaktiviert die Steuereinheit 34a die Schaltelemente 24a, 26a in der zweiten Konfiguration vor einem Nulldurchgang der Netzwechselspannung 76a, sodass der Bus- Kondensator 12a nur teilweise über den Entladepfad 32a entladen wird, solange die Steuerspannungen 94a‘, 96a‘ an den Schaltelementen 24a, 26a anliegen und diese geschlossen sind.
Unabhängig von der Konfiguration der Entladungseinheit 22a ist eine Aktivierung der Schaltelemente 24a, 26a an einem Maximum der gleichgerichteten Netzwechselspannung 82a vorgesehen, um eine Überlastung der Schaltelemente 24a, 26a durch Stromspitzen, welche beispielsweise bei Aktivierung der Schaltelemente 24a, 26a vor dem Maximum der gleichgerichteten Netzwechselspannung 82a, also bei ansteigender Spannung, auftreten können, zu verhindern. Außerdem ist eine Deaktivierung der Schaltelemente 24a, 26a spätestens an dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung 76a vorgesehen. Insbesondere ist die Steuereinheit 34a dazu vorgesehen, das zweite Schaltelement 26a spätestens an dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung 76a zu deaktivieren, da bei geschlossenem zweiten Schaltelement 26a während des negativen Netzspannungsteilzyklus ansonsten ein Kurzschluss des Netzanschlusses 16a über das zweite Schaltelement 26a entstehen würde.
In einem Verfahren zum Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung 10a wird der Bus- Kondensator 12a über den ersten Ladepfad 18a während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und/oder über den zweiten Ladepfad 20a während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter 14a mit dem Netzanschluss 16a verbunden und aufgeladen, und zwar auf die Kondensatorspannung 88a (vgl. drittes Diagramm der Figur 3), welche in einem aufgeladenen Zustand des Bus-Kondensators 12a einem Scheitelwert der gleichgerichteten Netzwechselspannung 82a (vgl. zweites Diagramm der Figur 3) vorliegend beispielsweise 400 V entspricht. Anschließend wird der Bus-Kondensator 12a in dem Verfahren vollständig (vgl. drittes Diagramm der Figur 3) oder teilweise (vgl. drittes Diagramm der Figur 4) entladen, und zwar indem das erste Schaltelement 24a und das zweite Schaltelement 26a während eines gesamten Netzspannungsteilzyklus (vgl. viertes Diagramm der Figur 3) oder einem Teil eines Netzspannungsteilzyklus (vgl. viertes Diagramm der Figur 4), vorliegend einem positiven Netzspannungsteilzyklus, geschlossen werden und der Entladungspfad 32a von dem Bus-Kondensator 12a zurück zu dem Netzanschluss 16a (vgl. Figur 2) freigeschaltet wird.
In den Figuren 5 bis 11 sind vier weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merk- male und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 4 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 4 durch die Buchstaben b bis e in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der Figuren 5 bis 11 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 4 verwiesen werden.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung 10b in einem schematischen elektrischen Schaltbild. Analog zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel umfasst die Induktionskochfeldvorrichtung 10b zumindest einen Bus- Kondensator 12b, einen Gleichrichter 14b und einen Netzanschluss 16b zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz (nicht dargestellt), wobei der Bus-Kondensator 12b über zumindest einen ersten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und über zumindest einen zweiten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter 14b mit dem Netzanschluss 16b verbunden ist.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10b weist eine Entladungseinheit 22b auf, welche zumindest zwei Schalteinheiten 23b, 25b, und zwar eine Highside-Schalteinheit 27b und eine Lowside-Schalteinheit 29b, mit jeweils zumindest einem Schaltelement 24b, 26b zum zeitweisen Entladen des Bus-Kondensators 12b über das Stromversorgungsnetz umfasst, wobei ein erstes Schaltelement 24b als ein Highside-Schaltelement 28b und ein zweites Schaltelement 26b als ein Lowside-Schaltelement 30b ausgebildet ist. Analog zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente 24b, 26b dazu vorgesehen, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) von dem Bus-Kondensator 12b zurück zu dem Netzanschluss 16b freizuschalten.
Im Unterschied zu der Induktionskochfeldvorrichtung 10a aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Schaltelemente 24b, 26b der Entladungseinheit 22b als ein Halbleiterschaltelement 38b ausgebildet. Vorliegend sind sowohl das erste Schaltelement 24b als auch das zweite Schaltelement 26b als Halbleiterschaltelemente 38b ausgebildet. Zumindest eines der Schaltelemente 24b, 26b ist als ein Transistor 44b ausgebildet. Vorliegend sind sowohl das erste Schaltelement 24b als auch das zweite Schaltelement 26b als Transistoren 44b ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beide Schaltelemente 24b, 26b als NPN-Transistoren 48b ausgebildet, und zwar als N-MOSFETS.
Die Entladungseinheit 22b weist eine Steuereinheit 34b zum Ansteuern der Schaltelemente 24b, 26b auf. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 34b nicht zu einer direkten Ansteuerung der Schaltelemente 24b, 26b vorgesehen. Die Entladungseinheit 22b weist zumindest ein Hilfsschaltelement 36b auf, über welches zumindest eines der Schaltelemente 24b, 26b durch die Steuereinheit 34b indirekt steuerbar ist. Vorliegend weist die Entladungseinheit 22b ein erstes Hilfsschaltelement 36b und ein zweites Hilfsschaltelement 110b auf. Das erste Hilfsschaltelement 36b ist dem ersten Schaltelement 24b vorgeschaltet. Über das erste Hilfsschaltelement 36b ist das erste Schaltelement 24b durch die Steuereinheit 34b steuerbar. Das zweite Hilfsschaltelement 110b ist dem zweiten Schaltelement 26b vorgeschaltet. Über das zweite Hilfsschaltelement 110b ist das zweite Schaltelement 26b durch die Steuereinheit 34b steuerbar. Vorliegend sind das erste Hilfsschaltelement 36b und das zweite Hilfsschaltelement 110b jeweils als Optokoppler ausgebildet, um eine Isolierung der Steuereinheit 34b von dem Stromversorgungsnetz zu ermöglichen.
Die Entladeeinheit 22b weist eine erste Steuerspannungsquelle 68b zur Energieversorgung des ersten Hilfsschaltelements 36b auf. Die Entladungseinheit 22b weist eine zweite Steuerspannungsquelle 70b zur Energieversorgung des zweiten Hilfsschaltelements 110b auf.
Die Entladungseinheit 22b weist einen Nulldurchgangsdetektor 116b auf, welcher dazu vorgesehen ist, einen Nulldurchgang der Netzwechselspannung (hier nicht dargestellt, vgl. Figuren 3 und 4) zu erfassen, welcher einen Übergang von dem positiven Netzspannungsteilzyklus zu dem negativen Netzspannungsteilzyklus darstellt. Mittels des Nulldurchgangsdetektors 116b kann sichergestellt werden, dass eine rechtzeitige Deaktivierung der Schaltelemente 24b, 26b, insbesondere des zweiten Schaltelements 26b durch die Steuereinheit 34b erfolgt. Insbesondere kann eine Steuerung der Schaltelemente 24b, 26b an einen Netzspannungszyklus einer Netzwechselspannung des Stromversorgungsnetzes angepasst werden. Die Entladungseinheit 22b, und zwar die Highside-Schalteinheit 27b, weist eine erste Schutzdiode 118b auf. Die erste Schutzdiode 118b ist bezüglich eines Source- Anschlusses des als NPN-Transistor 48b ausgebildeten ersten Schaltelements 24b in Sperrrichtung angeordnet und dazu vorgesehen, einen Stromfluss durch das erste Schaltelement 24b, insbesondere über dessen interne Diode, beim Laden des Bus- Kondensators 12b während der positiven Netzspannungsteilzyklen über den ersten Ladepfad zu verhindern. Analog dazu weist die Entladungseinheit 22b, und zwar die Lowsi- de-Schalteinheit 29b, eine zweite Schutzdiode 120b auf, welche bezüglich eines Source- Anschlusses des als NPN-Transistor 48b ausgebildeten zweiten Schaltelements 26b in Sperrrichtung angeordnet und dazu vorgesehen ist, einen Stromfluss durch das zweite Schaltelement 26b, insbesondere über dessen interne Diode, beim Laden des Bus- Kondensators 12b während der negativen Netzspannungsteilzyklen über den zweiten Ladepfad zu verhindern. Die Highside-Schalteinheit 27b als auch die Lowside- Schalteinheit 29b sind somit als spannungsbidirektionale Zweiquadrantenschalter ausgebildet.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung 10c in einem schematischen elektrischen Schaltbild. Analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen umfasst die Induktionskochfeldvorrichtung 10c zumindest einen Bus- Kondensator 12c, einen Gleichrichter 14c und einen Netzanschluss 16c zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz (nicht dargestellt), wobei der Bus-Kondensator 12c über zumindest einen ersten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und über zumindest einen zweiten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter 14c mit dem Netzanschluss 16c verbunden ist.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10c weist eine Entladungseinheit 22c auf, welche zumindest zwei Schalteinheiten 23c, 25c, und zwar eine Highside-Schalteinheit 27c und eine Lowside-Schalteinheit 29c, mit jeweils zumindest einem Schaltelement 24c, 26c zum zeitweisen Entladen des Bus-Kondensators 12c über das Stromversorgungsnetz umfasst, wobei ein erstes Schaltelement 24c als ein Highside-Schaltelement 28c und ein zweites Schaltelement 26c als ein Lowside-Schaltelement 30c ausgebildet ist. Analog zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente 24c, 26c dazu vorgesehen, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur
2) von dem Bus-Kondensator 12c zurück zu dem Netzanschluss 16c freizuschalten.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist zumindest eines der Schaltelemente 24c, 26c als ein Thyristorschaltelement 40c ausgebildet ist. Vorliegend sind sowohl das erste Schaltelement 24c als auch das zweite Schaltelement 26c als Thyristorschaltelement 40c ausgebildet. Zumindest eines der Schaltelemente 24c, 26c ist als eine optoTRIAC 42c ausgebildet. Vorliegend sind sowohl das erste Schaltelement 24c als auch das zweite Schaltelement 26c als optoTRIAC 42c ausgebildet.
Die Entladungseinheit 22c weist eine Steuereinheit 34c zum Ansteuern der Schaltelemente 24c, 26c auf. Zumindest eines der Schaltelemente 24c, 26c ist durch die Steuereinheit 34c direkt steuerbar. Vorliegend sind beide Schaltelemente 24c, 26c durch die Steuereinheit 34c direkt steuerbar.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist die Entladungseinheit 22c nur eine erste Steuerspannungsquelle 68c auf. Die Schaltelemente 24a, 26c sind durch die Steuereinheit 34c mittels einer durch die erste Steuerspannungsquelle 68c bereitgestellte erste Steuerspannung 94c (vgl. Figur 7) zeitgleich steuerbar.
Figur 7 zeigt fünf schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung 10c in einer ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22c.
Auf einer Abszisse 72c eines ersten Diagramms der Figur 7 ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 74c des ersten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das erste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Netzwechselspannung 76c, welche durch das Stromversorgungsnetz bereitgestellt wird und in einem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10c an dem Netzanschluss 16c anliegt.
Auf einer Abszisse 78c eines zweiten Diagramms der Figur 7 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 80c des zweiten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das zweite Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer gleichgerichteten Netzwechselspannung 82c, in welche der Gleichrichter 14c die Netzwechselspannung 76c in dem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10c gleichrichtet. Auf einer Abszisse 84c eines dritten Diagramms der Figur 7 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 86c des dritten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das dritte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer an dem Bus- Kondensator 12c anliegenden Kondensatorspannung 88c in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22c.
Auf einer Abszisse 90c eines vierten Diagramms der Figur 7 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 92c des vierten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das vierte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf der ersten Steuerspannung 94c, mittels derer die Steuereinheit 34c das erste Schaltelement 24c und das zweite Schaltelement 26c über die erste Steuerspannungsquelle 68c in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22c ansteuert.
Auf einer Abszisse 98c eines fünften Diagramms der Figur 7 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 100c des fünften Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Ampere aufgetragen. Das fünfte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines durch das erste Schaltelement 24c und das zweite Schaltelement 26c fließenden elektrischen Stroms 122c in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22c. Wie dem fünften Diagramm entnommen werden kann, fließen nach einer vollständigen Entladung des Bus- Kondensators 12c sehr hohe Ströme von bis zu 700 A durch die Schaltelemente 24c, 26c, obwohl keine Steuerspannung 94c mehr anliegt. Dies liegt darin begründet, dass die Thyristorschaltelemente 40c einschaltbare Bauelemente sind, welche nach einem Einschalten durch Anlegen der Steuerspannung 94c an ihren Gate-Elektroden, auch nach einer Deaktivierung der Steuerspannung 94c, wenn kein Gate-Strom mehr an den Gate- Elektroden fließt, leitend bleiben und hat zur Folge, dass der Netzanschluss 16c während des nachfolgenden negativen Netzspannungsteilzyklus kurzgeschlossen ist. Eine Lösung für diese Problematik könnte in der Verwendung von GTO-Thyristoren (Gate Turn Off) als Schaltelemente 24c, 26c anstelle von optoTRIACs liegen. Eine weitere Lösung dieser Problematik ist in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der Figuren 8 und 9 gezeigt.
Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung 10d in einem schematischen elektrischen Schaltbild. Analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen umfasst die Induktionskochfeldvorrichtung 10d zumindest einen Bus- Kondensator 12d, einen Gleichrichter 14d und einen Netzanschluss 16d zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz (nicht dargestellt), wobei der Bus-Kondensator 12d über zumindest einen ersten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und über zumindest einen zweiten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter 14d mit dem Netzanschluss 16d verbunden ist.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10d weist eine Entladungseinheit 22d auf, welche zumindest zwei Schalteinheiten 23d, 25d, und zwar eine Highside-Schalteinheit 27d und eine Lowside-Schalteinheit 29d, mit jeweils zumindest einem Schaltelement 24d, 26d zum zeitweisen Entladen des Bus-Kondensators 12d über das Stromversorgungsnetz umfasst, wobei ein erstes Schaltelement 24d als ein Highside-Schaltelement 28d und ein zweites Schaltelement 26d als ein Lowside-Schaltelement 30d ausgebildet ist. Analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind die Schaltelemente 24d, 26d dazu vorgesehen, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) von dem Bus-Kondensator 12d zurück zu dem Netzanschluss 16d freizuschalten.
Analog zu dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Schaltelemente 24d, 26d als ein Thyristorschaltelement 40d ausgebildet ist. Im Unterschied zu der Entladungseinheit 22c aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur das erste Schaltelement 24d als Thyristorschaltelement 40d und zwar als optoTRIAC 42d ausgebildet. Das zweite Schaltelement 26d ist als ein Transistor 44d, und zwar als ein NPN-Transistor 48d, insbesondere als ein N-MOSFET, ausgebildet.
Die Entladungseinheit 22d weist eine Steuereinheit 34d zum Ansteuern der Schaltelemente 24d, 26d auf. Zumindest eines der Schaltelemente 24d, 26d ist durch die Steuereinheit 34d direkt steuerbar. Vorliegend sind beide Schaltelemente 24d, 26d durch die Steuereinheit 34d direkt steuerbar. Das erste Schaltelement 24d ist mittels einer von einer ersten Steuerspannungsquelle 68d bereitgestellten ersten Steuerspannung 94d (vgl. Figur 9) und das zweite Schaltelemente 26d ist mittels einer von einer zweiten Steuerspannungsquelle 70d bereitgestellten zweiten Steuerspannung 96d (vgl. Figur 9) durch die Steuereinheit 34d direkt steuerbar.
Figur 9 zeigt sechs schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung 10d. Auf einer Abszisse 72d eines ersten Diagramms der Figur 9 ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 74d des ersten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das erste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Netzwechselspannung 76d, welche durch das Stromversorgungsnetz bereitgestellt wird und in einem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10d an dem Netzanschluss 16d anliegt.
Auf einer Abszisse 78d eines zweiten Diagramms der Figur 9 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 80d des zweiten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das zweite Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer gleichgerichteten Netzwechselspannung 82d, in welche der Gleichrichter 14d die Netzwechselspannung 76d in dem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10d gleichrichtet.
Auf einer Abszisse 84d eines dritten Diagramms der Figur 9 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 86d des dritten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das dritte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer an dem Bus- Kondensator 12d anliegenden Kondensatorspannung 88d.
Auf einer Abszisse 90d eines vierten Diagramms der Figur 9 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 92d des vierten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das vierte Diagramm zeigt die zeitlichen Verläufe der ersten Steuerspannung 94d und der zweiten Steuerspannung 96d, mittels derer die Steuereinheit 34d das erste Schaltelement 24d und das zweite Schaltelement 36d über die Steuerspannungsquellen 68d, 70d der Entladungseinheit 22d ansteuert.
Auf einer Abszisse 98d eines fünften Diagramms der Figur 9 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 100d des fünften Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Milliampere aufgetragen. Das fünfte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines durch das erste Schaltelement 24d fließenden elektrischen Stroms 122d in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22d.
Auf einer Abszisse 104d eines sechsten Diagramms der Figur 9 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 106a des sechsten Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Ampere aufgetragen. Das sechste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Kondensatorstroms 108d, welcher beim Laden und Entladen des Bus-Kondensators 12d der Entladungseinheit 22d fließt.
Wie dem vierten Diagramm entnommen werden kann, deaktiviert die Steuereinheit 34d die zweite Steuerspannungsquelle 70d vor der ersten Steuerspannungsquelle 68d. Wenn das als NPN-Transistor 48d ausgebildete zweite Schaltelement 26d vor dem als optoTRI- AC 42d ausgebildeten ersten Schaltelement 24d ausgeschaltet wird, hat dies zur Folge, dass ein TRIAC-Strom in dem ersten Schaltelement 24d zwangsweise erlischt und das erste Schaltelement 24d vor dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung 76d ausgeschaltet wird. Die anhand des vorhergehenden Ausführungsbeispiels beschriebene Problematik von Kurzschlüssen des Netzanschlusses 16c, besteht bei der vorliegenden Ausgestaltung der Induktionskochfeldvorrichtung 10d nicht. Wie dem dritten Diagramm zu entnehmen, ist eine vollständige Entladung des Bus-Kondensators 12d hierdurch nicht möglich.
Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung 10e in einem schematischen elektrischen Schaltbild. Analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen umfasst die Induktionskochfeldvorrichtung 10e zumindest einen Bus- Kondensator 12e, einen Gleichrichter 14e und einen Netzanschluss 16e zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz (nicht dargestellt), wobei der Bus-Kondensator 12e über zumindest einen ersten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und über zumindest einen zweiten Ladepfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter 14e mit dem Netzanschluss 16e verbunden ist.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10e weist eine Entladungseinheit 22e auf, welche zumindest zwei Schalteinheiten 23e, 25e, und zwar eine Highside-Schalteinheit 27e und eine Lowside-Schalteinheit 29e, mit jeweils zumindest einem Schaltelement 24e, 26e zum zeitweisen Entladen des Bus-Kondensators 12e über das Stromversorgungsnetz umfasst, wobei ein erstes Schaltelement 24e als ein Highside-Schaltelement 28e und ein zweites Schaltelement 26e als ein Lowside-Schaltelement 30e ausgebildet ist. Analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind die Schaltelemente 24e, 26e dazu vorgesehen, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 2) von dem Bus-Kondensator 12e zurück zu dem Netzanschluss 16e freizuschalten. Die Entladungseinheit 22e weist eine Steuereinheit 34e zum Ansteuern der Schaltelemente 24e, 26e auf. Zumindest eines der Schaltelemente 24e, 26e ist durch die Steuereinheit 34e direkt steuerbar.
Analog zu dem in den Figuren 8 und 9 gezeigten vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist das zweite Schaltelement 26e als ein Transistor 44e, und zwar als eine NPN-Transistor 48e, insbesondere als ein N-MOSFET, ausgebildet. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist das Highside-Schaltelement 28e als ein PNP-Transistor 46e ausgebildet. Die Entladungseinheit 36e weist zumindest ein Hilfsschaltelement 36e auf. Vorliegend ist das Hilfsschaltelement 36e ebenfalls als ein PNP-Transistor 46e ausgebildet und mit dem ersten Schaltelement 24e in einer Darlington-Schaltung verknüpft, um eine vollständige Entladung des Bus-Kondensators 12e zu ermöglichen.
Ein Source-Anschluss des ersten Schaltelements 24e ist mit einem Drain Anschluss des zweiten Schaltelements 26e über einen Widerstand 124e verbunden. Hierdurch kann auf eine zweite Spannungsquelle verzichtet werden und die Schaltelemente 24e, 26e können über eine erste Steuerspannungsquelle 68e durch die Steuereinheit 34e angesteuert werden.
Figur 11 zeigt sechs schematische Diagramme zur Illustration einer Funktionsweise der Induktionskochfeldvorrichtung 10e.
Auf einer Abszisse 72e eines ersten Diagramms der Figur 11 ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 74e des ersten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das erste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Netzwechselspannung 76e, welche durch das Stromversorgungsnetz bereitgestellt wird und in einem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10e an dem Netzanschluss 16e anliegt.
Auf einer Abszisse 78e eines zweiten Diagramms der Figur 3 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 80e des zweiten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das zweite Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer gleichgerichteten Netzwechselspannung 82e, vorliegend eine pulsierende Gleichspannung, in welche der Gleichrichter 14e die Netzwechselspannung 76e in einem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10e gleichrichtet. Auf einer Abszisse 84e eines dritten Diagramms der Figur 11 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 86e des dritten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das dritte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer an dem Bus- Kondensator 12e anliegenden Kondensatorspannung 88e in der ersten Konfiguration der Entladungseinheit 22e.
Auf einer Abszisse 90e eines vierten Diagramms der Figur 11 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 92e des vierten Diagramms ist eine elektrische Spannung in Volt aufgetragen. Das vierte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer ersten Steuerspannung 94e, mittels derer die Steuereinheit 34e das erste Schaltelement 24e und das zweite Schaltelement 36e über die erste Steuerspannungsquelle 68e ansteuert.
Auf einer Abszisse 98e eines fünften Diagramms der Figur 11 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 100e des fünften Diagramms ist eine elektrische Stromstärke in Milliampere aufgetragen. Das fünfte Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf eines durch den Widerstand 124e fließenden elektrischen Stroms 122e.
Auf einer Abszisse 104e eines sechsten Diagramms der Figur 11 ist die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 106e des sechsten Diagramms ist eine Leistung in Watt aufgetragen. Das sechste Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf einer über dem Widerstand 124e beim Entladen des Bus-Kondensators 12e abfallenden elektrischen Leistung 126e. Wie dem sechsten Diagramm entnommen werden kann, ist eine Entladung des Bus-Kondensators 12e im vorliegenden Ausführungsbeispiel und im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen mit erhöhten dissipativen Verlusten, welche an dem Widerstand 124e abfallen, verbunden.
Bezugszeichen
10 Induktionskochfeldvorrichtung
12 Bus-Kondensator
14 Gleichrichter
16 Netzanschluss
18 erster Ladepfad
20 zweiter Ladepfad
22 Entladungseinheit
23 erste Schalteinheit
24 erstes Schaltelement
25 zweite Schalteinheit
26 zweites Schaltelement
27 Highside-Schalteinheit
28 Highside-Schaltelement
29 Lowside-Schalteinheit
30 Lowside-Schaltelement
32 Entladungspfad
34 Steuereinheit
36 erstes Hilfsschaltelement
38 Halbleiterschaltelement
40 Thyristorschaltelement
42 optoTRIAC
44 Transistor
46 PNP-Transistor
48 NPN-Transistor
50 Induktionskochfeld
52 Kochfeldplatte
54 Induktor
56 Filtereinheit erste Diode zweite Diode dritte Diode vierte Diode
Hauptsteuereinheit erste Steuerspannungsquelle zweite Steuerspannungsquelle
Abszisse
Ordinate
Netzwechselspannung
Abszisse
Ordinate gleichgerichtete Netzwechselspannung
Abszisse
Ordinate
Kondensatorspannung
Abszisse
Ordinate erste Steuerspannung zweite Steuerspannung
Abszisse
Ordinate elektrischer Strom
Abszisse
Ordinate
Kondensatorstrom zweites Hilfsschaltelement
Widerstand
Ersatzwiderstand
Nulldurchgangsdetektor erste Schutzdiode zweite Schutzdiode elektrischer Strom Widerstand Leistung

Claims

Ansprüche Induktionskochfeldvorrichtung (10a-e) mit zumindest einem Bus-Kondensator (12a-e), mit zumindest einem Gleichrichter (14a-e) und mit einem Netzanschluss (16a-e) zur Verbindung mit einem Stromversorgungsnetz, wobei der Bus- Kondensator (12a-e) über zumindest einen ersten Ladepfad (18a) zum Aufladen während eines positiven Netzspannungsteilzyklus und über zumindest einen zweiten Ladepfad (20a-e) zum Aufladen während eines negativen Netzspannungsteilzyklus über den Gleichrichter (14a-e) mit dem Netzanschluss (16a-e) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Entladungseinheit (22a-e), welche zumindest zwei Schalteinheiten (23a-e, 25a-e) mit jeweils zumindest einem Schaltelement (24a-e, 26a-e) zum zeitweisen Entladen des Bus-Kondensators (12a-e) über das Stromversorgungsnetz umfasst, wobei eine der Schalteinheiten (23a-e) als eine Highside-Schalteinheit (27a-e) mit einem Highside- Schaltelement (28a-e) und eine der Schalteinheiten (25a-e) als eine Lowside- Schalteinheit (29a-e) mit einem Lowside-Schaltelement (30a-e) ausgebildet ist und die Schaltelemente (24a-e, 26a-e) dazu vorgesehen sind, in einem geschlossenen Zustand einen Entladungspfad (32a) von dem Bus-Kondensator (12a-e) zurück zu dem Netzanschluss (16a-e) freizuschalten. Induktionskochfeldvorrichtung (10b; 10e) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheiten (23b, 25b; 23e, 25e) jeweils als spannungsbidirektionale Zweiquadrantenschalter ausgebildet sind. Induktionskochfeldvorrichtung (10b; 10e) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schalteinheiten (23b, 25b; 23e, 25e) jeweils eine zu dem jeweiligen Schaltelement (24b, 26b; 24e, 26e) in Reihe geschaltete Schutzdiode (118b, 120b; 118e, 120e) aufweisen. Induktionskochfeldvorrichtung (10a-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungseinheit (22a-e) eine Steuereinheit (34a-e) zum Ansteuern der Schaltelemente (24a-e, 26a-e) aufweist. Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10e) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34a; 34b; 34c; 34e) dazu vorgesehen ist, die Schaltelemente (24a, 26a; 24b, 26b; 24c, 26c; 24e, 26e) zu einer vollständigen Entladung des Bus-Kondensators (12a; 12b; 12c; 12e) anzusteuern. Induktionskochfeldvorrichtung (10a-e) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34a-e) dazu vorgesehen ist, die Schaltelemente (24a-e, 26a-e) zu einer teilweisen Entladung des Bus-Kondensators (12a-e) anzusteuern. Induktionskochfeldvorrichtung (10a-e) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Schaltelemente (24a-e) durch die Steuereinheit (34a-e) direkt steuerbar ist. Induktionskochfeldvorrichtung (10b) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungseinheit (22b) zumindest ein Hilfsschaltelement (36b) aufweist, über welches zumindest eines der Schaltelemente (24b, 26b) durch die Steuereinheit (34b) indirekt steuerbar ist. Induktionskochfeldvorrichtung (10b-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Schaltelemente (24b- e) als ein Halbleiterschaltelement (38b-e) ausgebildet ist. Induktionskochfeldvorrichtung (10c; 10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Schaltelemente (24c, 26c; 24d) als ein Thyristorschaltelement (40c; 40d) ausgebildet ist. Induktionskochfeldvorrichtung (10c; 10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Schaltelemente (24c, 26c; 24d) als ein optoTRIAC (42c; 42d) ausgebildet ist. Induktionskochfeldvorrichtung (10b; 10d; 10e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Schaltelemente (24b, 26b; 26d; 24e, 26e) als ein Transistor (44b; 44d; 44e) insbesondere als ein MOSFET, ausgebildet ist. Induktionskochfeldvorrichtung (10e) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Highside-Schaltelement (28e) als ein PNP-Transistor (46e) aus- gebildet ist. Induktionskochfeldvorrichtung (10b) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schaltelemente (24b, 26b) als NPN-Transistoren (48b) ausgebildet sind. Induktionskochfeld (50) mit einer Induktionskochfeldvorrichtung (10a-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung (10a-e) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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