EP4699413A1

EP4699413A1 - Induktionskochfeldvorrichtung

Info

Publication number: EP4699413A1
Application number: EP24718530.9A
Authority: EP
Inventors: Paul Muresan; Diego Puyal Puente; Nicolas Blasco Rueda; Javier SERRANO TRULLEN; Jorge Gaston Puig; Arturo Acevedo Simon; Miguel Ángel PRADAS LÓPEZ; Jorge ESPAÑOL LEZA
Original assignee: BSH Hausgeräte GmbH
Current assignee: BSH Hausgeräte GmbH
Priority date: 2023-04-19
Filing date: 2024-04-17
Publication date: 2026-02-25
Also published as: WO2024218144A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionskochfeldvorrichtung (10) mit zumindest einem Heizinduktor (12, 14, 16, 18) und mit zumindest einer Detektionseinheit (20), welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung (22), die zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors (12, 14, 16, 18) vorgesehen ist, und ein Rückkopplungsnetzwerk (24) aufweist, wobei der Heizinduktor (12, 14, 16, 18) Teil des Rückkopplungsnetzwerks (24) ist, und mit einer Abtasteinheit (26) zum Abtasten eines Ausgangssignals der Detektionseinheit (20) an einem Messausgang (28) der Oszillatorschaltung (22). Um einen Bedienkomfort zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Abtasteinheit (26) dazu vorgesehen ist, eine Frequenz und eine Amplitude des Ausgangssignals zu bestimmen.

Description

Induktionskochfeldvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Induktionskochfelder mit Heizinduktoren und mit einer Detektionseinheit zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast eines Heizinduktors, beispielsweise zur Topferkennung, bekannt. In vielen Fällen werden die Heizinduktoren als Sensoren verwendet, wobei in einem Detektionsbetrieb einer der Heizinduktoren Teil eines Rückkopplungsnetzwerks einer selbstschwingenden Oszillatorschaltung der Detektionseinheit ist, welche beispielsweise als Colpitts-Oszillator ausgebildet sein kann. In dem Detektionsbetrieb wird der Heizinduktor mit einem hochfrequenten Detektionssignal beaufschlagt, dessen Frequenz von den Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors abhängig ist. Aus der Frequenz kann anschließend auf ein Vorhandensein eines Gargeschirrs oberhalb des Heizinduktors rückgeschlossen werden und ein Bedeckungsgrad zwischen Gargeschirr und Heizinduktor kann ermittelt werden. Allerdings sind derartige Messungen der Eigenschaften der Induktionslast, welche allein auf der Frequenz eines Ausgangssignals der Detektionseinheit basieren, relativ ungenau und einige Eigenschaften, beispielsweise ein Material eines verwendeten Gargeschirrs, können mit bisher bekannten Induktionskochfeldvorrichtungen auf Basis dieser Methode bislang nicht genau ermittelt werden, wodurch ein Bedienkomfort für Nutzer nachteilig stark eingeschränkt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht darauf beschränkt, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Bedienkomforts bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von Induktionskochfeldvorrichtung mit zumindest einem Heizinduktor und mit zumindest einer Detektionseinheit, welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung, die zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors vorgesehen ist, und ein Rückkopplungsnetzwerk aufweist, wobei der Heizinduktor Teil des Rückkopplungsnetzwerks ist, und mit einer Abtasteinheit zum Abtasten eines Ausgangssignals der Detektionseinheit an einem Messausgang der Oszillatorschaltung.

Es wird vorgeschlagen, dass die Abtasteinheit dazu vorgesehen ist, eine Frequenz und eine Amplitude des Ausgangssignals zu bestimmen.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine Induktionskochfeldvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Bedienkomforts bereitgestellt werden. Durch die Bestimmung der Frequenz und der Amplitude besteht eine verbesserte Möglichkeit zur genaueren Unterscheidung von Materialien von Gargeschirr, insbesondere von nicht ferromagnetischen und ferromagnetischen Materialien. Die Bestimmung der Amplitude des Ausgangssignals als einer zweiten Dimension neben der Frequenz eröffnet besonders vorteilhaft die Möglichkeit, bestimmte Arten von Materialien zu identifizieren, die mit bisher bekannten Induktionskochfeldvorrichtungen nicht identifiziert werden konnten. Es kann so vorteilhaft einem Benutzer eines die Induktionskochfeldvorrichtung aufweisenden Induktionskochfelds eine verbesserte Rückmeldung über die Qualität des Gargeschirrs im Hinblick auf eine Eignung zur Benutzung mit dem Induktionskochfeld gegeben werden, wodurch ein Bedienkomfort und eine Benutzerfreundlichkeit verbessert werden können. Ferner können nicht ferromagnetische Materialien wie Aluminium mit der derzeitigen Induktionstechnologie nicht erhitzt werden und Gargeschirr aus solchen Materialien wird gegenwärtig mit Hilfe eines Ansatzes erkannt, bei dem die Wechselrichter zur Erkennung verwendet werden, wobei Geräusche entstehen, die für Benutzer störend sein können. Wenn hingegen eine Abtasteinheit dazu vorgesehen ist, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals zu bestimmen, kann vorteilhaft auch eine Erkennung von nicht ferromagnetischen Materialien ermöglicht werden, ohne dass dabei Geräusche entstehen, wodurch ein Bedienkomfort noch weiter verbessert werden kann.

Die Induktionskochfeldvorrichtung ist als ein Teil, insbesondere als eine Unterbaugruppe, eines Induktionskochfelds ausgebildet. Die Induktionskochfeldvorrichtung kann auch das gesamte Induktionskochfeld umfassen. Die Induktionskochfeldvorrichtung umfasst zumindest einen Heizinduktor, welcher in dem Heizbetrieb Energie in Form eines elektromagnetischen Wechselfelds an zumindest ein Objekt, insbesondere an ein Gargeschirr, bereitstellt. Die Induktionskochfeldvorrichtung könnte zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, vorteilhaft zumindest vier, besonders vorteilhaft zumindest fünf, vorzugsweise zumindest acht und besonders bevorzugt mehrere Heizinduktoren aufweisen, welche in dem Heizbetrieb jeweils induktiv Energie bereitstellen können, und zwar insbesondere an ein einziges Objekt oder an zumindest zwei oder mehrere Objekte. Zumindest einige der Heizinduktoren könnten in einem Nahbereich zueinander, beispielsweise in einer Reihe und/oder in Form einer Matrix, angeordnet sein. Die Induktionskochfeldvorrichtung kann eine Wechselrichtereinheit mit zumindest zwei Wechselrichterschaltelementen zur Energieversorgung des zumindest einen Heizinduktors aufweisen. Alternativ kann die Wechselrichtereinheit auch Teil eines die Induktionskochfeldvorrichtung aufweisenden Induktionskochfelds sein. Die Wechselrichterschaltelemente der Wechselrichtereinheit können dabei als Halbleiterschaltelemente, insbesondere als Transistoren, beispielsweise als Metalloxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder Organischer Feldeffekttransistor (OFET), vorteilhaft als Bipolartransistor mit vorzugsweise isolierter Gate-Elektrode (IGBT), ausgebildet sein.

Die Detektionseinheit ist zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors, beispielsweise und ohne darauf beschränkt zu sein, zum Erkennen eines Vorhandenseins eines Objekts, insbesondere eines Gargeschirrs oder eines metallischen Fremdobjekts, oberhalb des Heizinduktors und/oder zum Messen eines Bedeckungsgrads des Heizinduktors durch das Objekt und/oder zum Messen von Materialeigenschaften des Objekts und/oder dergleichen vorgesehen. Die Induktionslast des Heizinduktors kann durch die Ersatzinduktivität und den elektrischen Ersatzwiderstand des Heizinduktors charakterisiert sein, wobei die Ersatzinduktivität und der elektrische Ersatzwiderstand des Heizinduktors von einem Vorhandensein eines metallischen Objekts, beispielsweise eines Gargeschirrs, oberhalb des Heizinduktors sowie von der Form, der Größe, der Position und dem Material des Objekts abhängig sind. Die Detektionseinheit weist die selbstschwingende Oszillatorschaltung auf, die in einem Detektionsbetrieb zum Messen von Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors vorgesehen ist. Die selbstschwingende Oszillatorschaltung kann beispielsweise als ein Colpitts-Oszillator, bevorzugt als ein Clapp-Oszillator, ausgebildet sein. Die selbstschwingende Oszillatorschaltung ist dazu vorgesehen, in dem Detektionsbetrieb ein Detektionssignal zu erzeugen und den Heizinduktor mit dem Detektionssignal zu beaufschlagen, wobei der Heizinduktor Teil des Rückkopplungsnetzwerks der selbstschwingenden Oszillatorschaltung ist. Die selbstschwingende Oszillatorschaltung ist dazu vorgesehen, den Heizinduktor in dem Detektionsbetrieb mit einem hochfrequenten Detektionssignal, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 50 kHz und 100 MHz, bevorzugt mit einer Frequenz von zumindest 0,8 MHz und höchstens 2 MHz, zu beaufschlagen. Da der Heizinduktor Teil des Rückkopplungsnetzwerks der selbstschwingenden Oszillatorschaltung ist, beeinflusst die Induktionslast des Heizinduktors die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals, welches an dem Messausgang der selbstschwingenden Oszillatorschaltung durch die Abtasteinheit abgreifbar ist.

Die Abtasteinheit ist zum Abtasten des Ausgangssignals der Detektionseinheit an dem Messausgang der Oszillatorschaltung vorgesehen und weist entsprechende Einheiten und/oder Elemente zur Bestimmung der Frequenz und der Amplitude des Ausgangssignals auf. Einheiten und/oder Elemente der Abtasteinheit zur Bestimmung der Frequenz und der Amplitude des Ausgangssignals könnten beispielsweise und ohne darauf beschränkt zu sein Messumformer und/oder Verstärker und/oder Nebenschlusswiderstände und/oder ein Oszilloskop und/oder dergleichen umfassen. Vorzugsweise sind sämtliche Einheiten der Abtasteinheit auf einer gemeinsamen Platine angeordnet.

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 Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Abtasteinheit eine Recheneinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals zur Bestimmung der Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors mittels zumindest eines Algorithmus auszuwerten. Hierdurch kann vorteilhaft ein Bedienkomfort weiter verbessert werden. Es kann insbesondere eine Reihe von Informationen über ein verwendetes Gargeschirr ermittelt und an Benutzer ausgegeben werden, wenn die Abtasteinheit die Recheneinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals zur Bestimmung der Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors mittels zumindest eines Algorithmus auszuwerten. Die Recheneinheit ist hierzu vorzugsweise zu einer Verbindung mit einer Steuer- und/oder Ausgabeeinheit eines die Induktionskochfeldvorrichtung aufweisenden Induktionskochfelds vorgesehen. Unter einer „Recheneinheit“ soll eine Einheit mit zumindest einem Eingang, einer Informationsverarbeitung und zumindest einem Ausgang verstanden werden. Vorteilhaft weist die Recheneinheit zumindest einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher, Ein- und Ausgabemittel, weitere elektrische Bauteile und zumindest ein Betriebsprogramm zum Ausführen des zumindest einen Algorithmus auf. Vorzugsweise sind die Bauteile der Recheneinheit auf einer gemeinsamen Platine, bevorzugt auf der Platine der Abtasteinheit, angeordnet. Vorzugsweise ist die Recheneinheit als ein Mikrocontroller ausgebildet.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit eine Speichereinheit aufweist, in welcher Referenzwerte von Frequenzen und Amplituden von Referenzausgangssignalen für verschiedene Induktionslasten gespeichert sind, und die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals bei der Auswertung mit den Referenzwerten zu vergleichen. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Genauigkeit bei der Auswertung verbessert und somit ein Bedienkomfort weiter gesteigert werden. Die Speichereinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, die Referenzwerte der Frequenzen und Amplituden der Referenzausgangssignale für verschiedene Induktionslasten permanent und insbesondere von einer Stromversorgung unabhängig zu speichern.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Algorithmus selbstlernend ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Genauigkeit der Auswertung noch weiter verbessert und somit ein Bedienkomfort noch weiter gesteigert werden. Die Recheneinheit kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, Frequenzen und Amplituden von Ausgangssignalen, die in vorherigen Detektionsvorgängen erfasst wurden, in der Speichereinheit zu speichern, in den selbstlernenden Algorithmus einzupflegen und bei der Auswertung eines aktuellen Ausgangssignals heranzuziehen. Denkbar ist auch, dass der selbstlernende Algorithmus dazu vorgesehen ist, einzelne oder sämtliche Referenzwerte von Frequenzen und Amplituden der Referenzausgangssignale für verschiedene Induktionslasten, die in der Speichereinheit gespeichert sind, auf Basis von Frequenzen und Amplituden von Ausgangssignalen, die in vorherigen Detektionsvorgängen erfasst wurden, zu optimieren. Weiterhin ist denkbar, dass Benutzer über eine Benutzeroberfläche der Induktionskochfeldvorrichtung und/oder eines die Induktionskochfeldvorrichtung aufweisenden Gargeschirrs Informationen über ein verwendetes Gargeschirr, beispielsweise eine Form und/oder eine Größe und/oder ein Material des Gargeschirrs, eingeben können und der selbstlernende Algorithmus dazu vorgesehen ist, diese Informationen für zukünftige Auswertungen heranzuziehen. Der selbstlernende Algorithmus kann beispielsweise zur Normierung einer Gargeschirrgröße vorgesehen sein, da das Ausgangssignal der Detektionseinheit je nach Art des Materials des Gargeschirrs bei gleichem Topfdurchmesser unterschiedliche Frequenzwerte aufweisen kann, die durch die Einbeziehung der Amplitude normiert werden können.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Abtasteinheit eine Wandlereinheit umfasst, welche mit dem Messausgang der Oszillatorschaltung verbunden und dazu vorgesehen ist, das Ausgangssignal zur Bestimmung der Frequenz in ein rechteckförmiges Signal zu wandeln. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Bestimmung der Frequenz des Ausgangssignals der Detektionseinheit mit besonders einfachen technischen Mitteln und besonders kosteneffizient ermöglicht werden. Die Wandlereinheit umfasst einen Eingang, welcher mit dem Messausgang der Oszillatorschaltung verbunden ist. Die Wandlereinheit umfasst vorzugsweise einen Ausgang, welcher mit einem Eingang der Recheneinheit verbunden ist.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Wandlereinheit einen Komparator umfasst. Hierdurch kann vorteilhaft eine Wandlung des Ausgangssignals in das rechteckförmige Signal mit besonders einfachen technischen Mitteln ermöglicht werden. Der Komparator umfasst vorteilhaft einen positiven Eingang, einen negativen Eingang und einen Ausgang. Vorzugsweise umfasst die Wandlereinheit einen Pullup-Widerstand, einen Pulldown- Widerstand und eine Spannungsquelle, die mit dem positiven Eingang des Komparators verbunden sind. Die Spannungsquelle ist dazu vorgesehen, eine Referenzspannung für den Komparator bereitzustellen, deren Betrag durch die Werte des Pullup-Widerstands und des Pulldown- Widerstands einstellbar ist. Der negative Eingang des Komparators ist vorzugsweise über den Eingang der Wandlereinheit mit dem Messausgang der Oszillatorschaltung verbunden. In einem Betriebszustand der Wandlereinheit ist der Komparator dazu vorgesehen, an seinem Ausgang den Wert der Referenzspannung, beispielsweise 3,3 V, auszugeben, wenn ein Wert eines Eingangssignals an dem negativen Eingang größer ist als die Hälfte der Referenzspannung, und eine Spannung von Null auszugeben, wenn der Wert des Eingangssignals an dem negativen Eingang unterhalb der Hälfte der Referenzspannung liegt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wandlereinheit eine Eingangsimpedanz für den Komparator aufweist, die größer ist als eine Eingangsimpedanz der Oszillatorschaltung. Hierdurch kann vorteilhaft eine Detektionsgenauigkeit verbessert werden. Es kann insbesondere ein Einfluss der Wandlereinheit auf die Oszillatorschaltung und damit auf das Ausgangssignal verringert, insbesondere minimiert, werden. Vorzugsweise weist die Wandlereinheit eine Eingangsimpedanz von größer als 1 MQ auf und die Oszillatorschaltung weist eine Eingangsimpedanz von kleiner als 10 Q auf.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Wandlereinheit einen Hochpassfilter umfasst. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Frequenz des Ausgangssignals verbessert werden. Es kann eine Filterung von niedrigen Frequenzen, insbesondere von Störfrequenzen, ermöglicht werden, wenn die Wandlereinheit einen Hochpassfilter umfasst. Ferner kann vorteilhaft das Ausgangssignal mit einfachen technischen Mitteln an den negativen Eingang des Komparators angepasst werden. Vorzugsweise ist der Hochpassfilter zwischen dem Eingang der Wandlereinheit und dem negativen Eingang des Komparators angeordnet. Der Hochpassfilter kann beispielsweise als ein RC-Hochpassfilter ausgebildet sein und zumindest einen elektrischen Widerstand und zumindest einen Kondensator umfassen.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Wandlereinheit einen resistiven Spannungsteiler umfasst. Hierdurch kann vorteilhaft eine Anpassung des Ausgangssignals an den negativen Eingang des Komparators weiter verbessert werden. Ferner kann vorteilhaft die Eingangsimpedanz der Wandlereinheit für den Komparator mit besonders einfachen technischen Mitteln derart angepasst werden, dass sie größer ist als eine Eingangsimpedanz der Oszillatorschaltung. Der resistive Spannungsteiler weist zumindest zwei, vorzugsweise genau zwei, elektrische Widerstände auf, deren Beträge so ausgewählt sind, dass die Eingangsimpedanz der Wandlereinheit größer ist als die Eingangsimpedanz der Oszillatorschaltung. Vorzugsweise sind die elektrischen Widerstände des resistiven Spannungsteilers jeweils elektrisch parallel zu dem Eingang der Wandlereinheit angeordnet. Vorzugsweise sind die elektrischen Widerstände des resistiven Spannungsteilers zugleich Teil des Hochpassfilters der Wandlereinheit.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Abtasteinheit eine Spitzenwertdetektoreinheit umfasst, welche mit dem Messausgang der Oszillatorschaltung verbunden und dazu vorgesehen ist, einen Spitzenwert des Ausgangssignals zur Bestimmung der Amplitude zu erfassen. Hierdurch kann vorteilhaft eine Bestimmung der Amplitude des Ausgangssignals der Detektionseinheit mit besonders einfachen technischen Mitteln und besonders kosteneffizient ermöglicht werden. Die Spitzenwertdetektoreinheit umfasst einen Eingang, welcher mit dem Messausgang der Oszillatorschaltung verbunden ist. Die Spitzenwertdetektoreinheit umfasst vorzugsweise einen Ausgang, welcher mit einem Eingang der Recheneinheit verbunden ist. Vorzugsweise umfasst die Recheneinheit einen Analog-Digital-Wandler, um ein analoges Signal der Spitzenwertdetektoreinheit in ein digitales Signal zu wandeln. Alternativ könnte die Abtasteinheit auch einen Analog-Digital- Wandler umfassen, welcher mit dem Ausgang der Spitzenwertdetektoreinheit und einem digitalen Eingang der Recheneinheit verbunden ist. Anstelle einer Spitzenwertdetektoreinheit könnte die Abtasteinheit auch einen Operationsverstärker aufweisen, welcher mit dem Messausgang der Oszillatorschaltung verbunden und dazu vorgesehen ist, die Amplitude des Ausgangssignals zu erfassen.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Wandlereinheit und die Spitzenwertdetektoreinheit elektrisch parallel zueinander angeordnet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Frequenz und der Amplitude des Ausgangssignals weiter erhöht werden. Es können insbesondere gegenseitige Störeinflüsse zwischen der Wandlereinheit und der Spitzenwertdetektoreinheit reduziert werden, wenn diese elektrisch parallel zueinander angeordnet sind. Alternativ könnte der Eingang der Spitzenwertdetektoreinheit auch von der Wandlereinheit, beispielsweise zwischen dem Spannungsteiler und dem negativen Eingang des Komparators, abgezweigt sein.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Spitzenwertdetektoreinheit einen Komparator umfasst. Hierdurch kann vorteilhaft der Spitzenwert des Ausgangssignals zur Bestimmung der Amplitude mit besonders einfachen technischen Mitteln erfasst werden. Der Komparator der Spitzenwertdetektoreinheit weist vorteilhaft einen positiven Eingang, einen negativen Eingang und einen Ausgang auf. Vorzugsweise umfasst die Spitzenwertdetektoreinheit einen resistiven Spannungsteiler, welcher zwischen dem Eingang der Spitzenwertdetektoreinheit und dem positiven Eingang des Komparators angeordnet ist. Der resistive Spannungsteiler der Spitzenwertdetektoreinheit umfasst zumindest zwei, vorzugsweise genau zwei, elektrische Widerstände, wobei einer der elektrischen Widerstände mit einer Spannungsquelle der Spitzenwertdetektoreinheit verbunden ist. Die Spitzenwertdetektoreinheit weist vorteilhaft einen Hochpassfilter auf, welcher zwischen dem Eingang der Spitzenwertdetektoreinheit und dem positiven Eingang des Komparators angeordnet ist und welcher beispielsweise als ein RC- Hochpassfilter mit zumindest einem Kondensator und zumindest einem elektrischen Widerstand ausgebildet sein kann, wobei die elektrischen Widerstände des resistiven Spannungsteilers zusätzlich Teil des Hochpassfilters sein können. Der Spannungsteiler und der Hochpassfilter am positiven Eingang des Komparators sind zur Anpassung des Ausgangssignals an den positiven Eingang des Komparators vorgesehen. Die Spitzenwertdetektoreinheit umfasst vorzugsweise eine Diode und einen Speicherkondensator. In einem Betriebszustand der Spitzenwertdetektoreinheit ist der Komparator dazu vorgesehen, seinen Ausgang auf einen Wert einer Referenzspannung der Spannungsquelle der Spitzenwertdetektoreinheit zu setzen, wenn eine Spannung, auf die der Speicherkondensator aufgeladen ist, niedriger ist als die Spannung am positiven Eingang des Komparators, und auf einen Wert von Null, wenn die Spannung, auf die der Speicherkondensator aufgeladen ist, höher ist als die Spannung am positiven Eingang.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Spitzenwertdetektoreinheit zumindest zwei Hochpassfilter umfasst, die dem Komparator nachgelagert sind. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Zuverlässigkeit der Spitzenwertdetektoreinheit erhöht werden. Es können insbesondere Störeinflüsse reduziert werden, wenn die Spitzenwertdetektoreinheit zumindest zwei Hochpassfilter umfasst, die dem Komparator nachgelagert sind. Zudem kann vorteilhaft eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert werden. Vorzugsweise ist ein erster Hochpassfilter dem Komparator unmittelbar nachgelagert und direkt mit dem Ausgang des Komparators verbunden. Vorzugsweise ist ein zweiter Hochpassfilter dem ersten Hochpassfilter nachgelagert und nahe an dem Ausgang der Spitzenwertdetektoreinheit angeordnet. Die Hochpassfilter, die dem Komparator nachgelagert sind, können beispielsweise als RC-Hochpassfilter ausgebildet sein und jeweils zumindest einen Kondensator und zumindest einen elektrischen Widerstand umfassen.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Induktionskochfeld mit einer Induktionskochfeldvorrichtung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Induktionskochfeld zeichnet sich insbesondere durch seine vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich eines Bedienkomforts aus, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Induktionskochfeldvorrichtung erreicht werden können.

Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung, insbesondere gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, mit zumindest einem Heizinduktor und mit zumindest einer Detektionseinheit, welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung, die zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors vorgesehen ist, und ein Rückkopplungsnetzwerk aufweist, wobei der Heizinduktor Teil des Rückkopplungsnetzwerks ist, wobei ein Ausgangssignal der Detektionseinheit an einem Messausgang der Oszillatorschaltung abgetastet wird.

Es wird vorgeschlagen, dass eine Frequenz und eine Amplitude des Ausgangssignals bestimmt werden. Hierdurch kann vorteilhaft ein Verfahren zum Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung bereitgestellt werden, welches einen besonders hohen Bedienkomfort ermöglicht.

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 Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Induktionskochfelds mit einer Induktionskochfeldvorrichtung, umfassend zumindest einen Heizinduktor,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Induktionskochfeldvorrichtung mit einer Detektionseinheit und einer Abtasteinheit, welche eine Wandlereinheit, eine Spitzenwertdetektoreinheit und eine Recheneinheit mit einer Speichereinheit umfasst,

Fig. 3 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer selbstschwingenden Oszillatorschaltung der Detektionseinheit,

Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Wandlereinheit der Abtasteinheit,

Fig. 5 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Spitzenwertdetektoreinheit der Abtasteinheit,

Fig. 6 ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Referenzausgangssignalen für verschiedene Induktionslasten, die in der Speichereinheit gespeichert sind,

Fig. 7 ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Funktionsweise eines Algorithmus, mittels dessen die Recheneinheit eine Frequenz und eine Amplitude eines Ausgangssignals der Detektionseinheit auswertet, und

Fig. 8 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung.

Figur 1 zeigt ein Induktionskochfeld 50 in einer schematischen Darstellung. Das Induktionskochfeld 50 umfasst eine Induktionskochfeldvorrichtung 10. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10 umfasst zumindest einen Heizinduktor 12. Vorliegend umfasst die Induktionskochfeldvorrichtung den Heizinduktor 12 und drei weitere Heizinduktoren 14, 16, 18. Die Heizinduktoren 12, 14, 16, 18 sind unterhalb einer Kochfeldplatte 52 des Induktionskochfelds 50 angeordnet und dazu vorgesehen, in einem Heizbetrieb Energie in Form eines elektromagnetischen Wechselfelds an zumindest ein Objekt (nicht dargestellt), beispielsweise ein Gargeschirr, auf der Kochfeldplatte 52 bereitzustellen. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10 ist nicht auf die Anzahl von vier Heizinduktoren 12, 14, 16, 18 beschränkt, sondern könnte alternativ jede beliebige Anzahl an Heizinduktoren 12, 14, 16, 18 größer oder gleich Eins aufweisen, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Induktionskochfeldvorrichtung 10 umfasst eine Detektionseinheit 20. Die Detektionseinheit 20 weist eine selbstschwingende Oszillatorschaltung 22 (vgl. Figur 3), die zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors 12 vorgesehen ist, und ein Rückkopplungsnetzwerk 24 (vgl. Figur 3) auf, wobei der Heizinduktor 12 Teil des Rückkopplungsnetzwerks 24 ist. Die selbstschwingende Oszillatorschaltung 22 ist vorliegend außerdem zum Messen von Eigenschaften von Induktionslasten der weiteren Heizinduktoren 14, 16, 18 vorgesehen. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10 kann eine Multiplexerschaltung (nicht dargestellt) aufweisen, die dazu vorgesehen ist, die Detektionseinheit 20 für einen Detektionsbetrieb nacheinander mit den Heizinduktoren 12, 14, 16, 18 zu verbinden und die Verbindung zwischen der Detektionseinheit 20 und den Heizinduktoren 12, 14, 16, 18 für einen Heizbetrieb der Heizinduktoren 12, 14, 16, 18 zu trennen. In dem Heizbetrieb werden die Heizinduktoren 12, 14, 16, 18 jeweils von einer Wechselrichtereinheit (nicht dargestellt) der Induktionskochfeldvorrichtung 10 betrieben.

Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Induktionskochfeldvorrichtung 10 mit dem Heizinduktor 12 und der Oszillatorschaltung 22 der Detektionseinheit 20. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10 umfasst außerdem eine Abtasteinheit 26. Die Abtasteinheit 26 ist zum Abtasten eines Ausgangssignals der Detektionseinheit 20 an einem Messausgang 28 (vgl. Figur 3) der Oszillatorschaltung 22 vorgesehen. Die Abtasteinheit 26 ist dazu vorgesehen, eine Frequenz und eine Amplitude des Ausgangssignals zu bestimmen.

Die Abtasteinheit 26 umfasst vorliegend eine Wandlereinheit 34, welche mit dem Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 verbunden und dazu vorgesehen ist, das Ausgangssignal zur Bestimmung der Frequenz in ein rechteckförmiges Signal zu wandeln.

Die Abtasteinheit 24 umfasst ferner eine Spitzenwertdetektoreinheit 36, welche mit dem Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 verbunden und dazu vorgesehen ist, einen Spitzenwert des Ausgangssignals zur Bestimmung der Amplitude zu erfassen. Vorliegend sind die Wandlereinheit 34 und die Spitzenwertdetektoreinheit 36 elektrisch parallel zueinander angeordnet.

Die Abtasteinheit 26 weist vorliegend eine Recheneinheit 30 auf. Die Recheneinheit 30 ist dazu vorgesehen, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals zur Bestimmung der Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors 12 mittels zumindest eines Algorithmus auszuwerten.

Die Recheneinheit 30 weist außerdem eine Speichereinheit 32 auf, in welcher Referenzwerte von Frequenzen und Amplituden von Referenzausgangssignalen für verschiedene Induktionslasten (vgl. Figur 6) gespeichert sind. Die Recheneinheit 30 ist vorliegend dazu vorgesehen, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals bei der Auswertung mit den Referenzwerten zu vergleichen. Vorliegend ist der Algorithmus selbstlernend. Die Recheneinheit 30 ist vorliegend dazu vorgesehen, Frequenzen und Amplituden von Ausgangssignalen, die in vorherigen Detektionsvorgängen erfasst wurden, in der Speichereinheit 32 zu speichern, in den selbstlernenden Algorithmus einzupflegen und bei der Auswertung eines aktuellen Ausgangssignals heranzuziehen.

Figur 3 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der selbstschwingenden Oszillatorschaltung 22. Die Oszillatorschaltung 22 umfasst vorliegend einen einzelnen Transistor 54, das Rückkopplungsnetzwerk 24, eine Drosselspule 56 und einen resistiven Spannungsteiler 58.

Der Transistor 54 weist einen Kollektoranschluss 60, einen Basisanschluss 62 und einen Emitteranschluss 64 auf. Der Transistor 54 ist in Basisschaltung geschaltet. Die Oszillatorschaltung 22 weist vorliegend eine Schutzdiode 66 auf, deren Anode mit dem Emitteranschluss 64 und deren Kathode mit dem Basisanschluss 62 des Transistors 54 verbunden sind. Die Schutzdiode 66 ist also ausgehend von dem Emitteranschluss 64 in Richtung des Basisanschlusses 62 in Durchlassrichtung geschaltet. Die Schutzdiode 66 ist zu einem Überspannungsschutz des Transistors 54 vorgesehen.

In dem elektrischen Schaltbild der Figur 3 ist der Heizinduktor 12 durch seine Ersatzinduktivität 68 und seinen elektrischen Ersatzwiderstand 70 repräsentiert.

Die Drosselspule 56 ist mit dem Kollektoranschluss 60 des Transistors 54 verbunden, und weist eine Induktivität auf, welche so gewählt ist, dass die Drosselspule 56 eine niedrige Impedanz für Gleichströme und eine hohe Impedanz für Wechselströme mit einer Frequenz in einem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit 20 darstellt. Vorliegend weist die Drosselspule 56 eine Induktivität von 1 ,0 mH auf.

Die Oszillatorschaltung 22 weist zwei elektrische Widerstände 72, 74 auf, die den resistiven Spannungsteiler 58 ausbilden. Der Basisanschluss 62 des Transistors 54 ist mit dem resistiven Spannungsteiler 58 verbunden, um einen Gleichstrombetriebspunkt des Transistors 54 auf die Hälfte einer Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung 22 einzustellen. Die elektrischen Widerstände 72, 74 weisen daher dieselben Beträge auf. Vorliegend weist die Induktionskochfeldvorrichtung 10 eine Gleichspannungsquelle 76 zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für die Oszillatorschaltung 22 auf. Der Transistor 54 ist über seinen Kollektoranschluss 60 und über die Drosselspule 56 mit der Gleichspannungsquelle 76 verbunden. Der Transistor 54 ist außerdem mit seinem Basisanschluss 62 über den resistiven Spannungsteiler 58 mit der Gleichspannungsquelle 76 verbunden.

Die Oszillatorschaltung 22 weist einen elektrischen Widerstand 78 und einen Kondensator 80 auf, die jeweils elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 62 des Transistors 54 geschaltet sind. Der elektrische Widerstand 78 und der Kondensator 80 sind dazu vorgesehen, eine Basisimpedanz bei Wechselstrombetrieb einzustellen, um eine Oszillation für einen breiten Bereich von Induktionslasten zu gewährleisten. Der elektrische Widerstand 78, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 62 des Transistors 54 geschaltet ist, weist einen Betrag auf, welcher zumindest um einen Faktor 2 kleiner ist als die Beträge der elektrischen Widerstände 72, 74, die den resistiven Spannungsteiler 58 ausbilden. Der elektrische Widerstand 78, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 62 des Transistors 54 geschaltet ist, weist einen Betrag von zumindest 40 Q und höchstens 250 Q auf. Vorliegend weist der elektrische Widerstand 78 einen Betrag von 200 Q auf. Die elektrischen Widerstände 72, 74 weisen vorliegend jeweils einen Betrag von 1 kQ auf, sodass der Betrag des elektrischen Widerstands 78 vorliegend um einen Faktor 5 kleiner ist als die Beträge der elektrischen Widerstände 72, 74.

Der Kondensator 80, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 62 des Transistors 54 geschaltet ist, weist eine Kapazität von 100 nF auf. Für Gleichstrom weist der Kondensator 80 daher eine hohe Impedanz auf, sodass der Gleichstrombetriebspunkt des Transistors 54 alleine durch den resistiven Spannungsteiler 58 eingestellt ist. Für Wechselströme mit einer Frequenz in dem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit 20 bildet der Kondensator 80 hingegen einen Kurzschlusspfad, sodass die Basisimpedanz des Transistors 54 bei Wechselstrombetrieb durch den elektrischen Widerstand 78 bestimmt ist.

Die Oszillatorschaltung 22 weist zwei Kondensatoren 82, 84 auf, die zwischen dem Kollektoranschluss 60 und dem Emitteranschluss 64 des Transistors 54 angeordnet sind und einen kapazitiven Spannungsteiler 86 ausbilden. Die Kondensatoren 82, 84 sind vorliegend Teil des Rückkopplungsnetzwerks 24. Der Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 ist zwischen dem Kondensator 82 und dem Kondensator 84 angeordnet. Durch diese Anordnung des Messausgangs 28 wird niederfrequentes Rauschen gefiltert. Die Kapazitäten der Kondensatoren 82, 84 sind dabei so gewählt, dass die Amplitudenbedingung gemäß den Stabilitätskriterien von Barkhausen und Nyquist, die dem Fachmann bekannt sind, erfüllt sind. Da der Transistor 54 in Basisschaltung geschaltet ist und die Basis als gemeinsamer Bezugspunkt eine Phasenverschiebung von 0° bewirkt, bewirkt auch das Rückkopplungsnetzwerk 24 eine Phasenverschiebung von 0°, sodass auch die Phasenbedingung gemäß den Stabilitätskriterien von Barkhausen und Nyquist erfüllt ist.

Die Oszillatorschaltung 22 weist außerdem einen weiteren Kondensator 88 auf, welcher elektrisch in Reihe mit dem Kollektoranschluss 60 des Transistors 54 verbunden ist und welcher zumindest in dem Detektionsbetrieb elektrisch in Reihe mit dem Heizinduktor 12 verbunden ist. Bei der Oszillatorschaltung 22 handelt es sich somit vorliegend um eine Variante eines Clapp-Oszillators. Die Oszillationsfrequenz der Oszillatorschaltung 22 wird vorliegend durch den weiteren Kondensator 88 bestimmt. Der weitere Kondensator 88 weist eine Kapazität auf, die zumindest um einen Faktor 10 kleiner ist als die Kapazitäten der Kondensatoren 82, 84, welche den kapazitiven Spannungsteiler 86 ausbilden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in Figur 3 gezeigte Ausgestaltung der Oszillatorschaltung 22 beschränkt und es könnten alternativ auch andere Oszillatorschaltungen (nicht dargestellt), welche beispielsweise als ein Collpits-Oszillator oder dergleichen ausgebildet sein könnten, zum Einsatz kommen, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Figur 4 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Wandlereinheit 34 der Abtasteinheit 26 der Induktionskochfeldvorrichtung 10. Die Wandlereinheit 34 weist einen Eingang 90 auf, welcher mit dem Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 (vgl. Figur 3) verbunden ist. Die Wandlereinheit 34 umfasst einen Komparator 38. Der Komparator 38 weist einen positiven Eingang 92, einen negativen Eingang 94 und einen Ausgang 96 auf. Die Wandlereinheit 34 weist einen Pullup-Widerstand 98, einen Pulldown-Widerstand 100 und eine Spannungsquelle 102 auf, die mit dem positiven Eingang 92 verbunden sind. Die Spannungsquelle 102 liefert eine Referenzspannung, die durch die Werte des Pullup-Widerstands 98 und des Pulldown- Widerstands 100 eingestellt wird. In einem Betriebszustand der Wandlereinheit 34 erzeugt der Komparator 38 am Ausgang 96 einen binären Wert von 1 , der einem Wert der Referenzspannung von vorliegend 3, 3 V entspricht, wenn ein Wert eines Eingangssignals an dem negativen Eingang 94 über 1,65 V liegt, und einen binären Wert von 0, wenn der Wert des Eingangssignals an dem negativen Eingang 94 unter 1 ,65 V liegt.

Die Wandlereinheit 34 umfasst einen resistiven Spannungsteiler 42. Der resistive Spannungsteiler 42 ist zwischen dem Eingang 90 der Wandlereinheit 34 und dem negativen Eingang 94 des Komparators 38 angeordnet. Der resistive Spannungsteiler 42 umfasst zwei elektrische Widerstände 104, 106. Der elektrische Widerstand 104 ist mit der Spannungsquelle 102 verbunden und die Werte der elektrischen Widerstände 104, 106 sind so gewählt, dass das Eingangssignal auf den Wert der Referenzspannung eingestellt wird.

Die Wandlereinheit 34 umfasst einen Hochpassfilter 40. Der Hochpassfilter 40 ist durch einen Kondensator 108, einen elektrischen Widerstand 110 sowie durch die elektrischen Widerstände 104, 106 ausgebildet. Die Wandlereinheit 34 weist eine Eingangsimpedanz für den Komparator 38 auf, die größer ist als eine Eingangsimpedanz der Oszillatorschaltung 22. Die Eingangsimpedanz der Wandlereinheit 34 für den Komparator 38 wird dabei durch die Werte der elektrischen Widerstände 104, 106, 110 definiert. Vorliegend weist die Wandlereinheit 34 eine Eingangsimpedanz für den Komparator 38 von größer als 1 MQ auf und die Oszillatorschaltung 22 weist eine Eingangsimpedanz von kleiner als 10 Q auf.

Die Wandlereinheit 34 weist einen digitalen Ausgang 112 auf. Die Wandlereinheit 34 ist über den digitalen Ausgang 112 mit der Recheneinheit 30 (vgl. Figur 2) verbunden. Die Recheneinheit 30 kann beispielsweise als ein Mikrocontroller ausgebildet sein. Ein Signal am digitalen Ausgang 112 kann beispielsweise von einem Input-Capture-Pin der als Mikrocontroller ausgebildeten Recheneinheit 30 eingelesen werden. Die Recheneinheit 30 ist dazu vorgesehen, die Anzahl der Flanken des Signals an dem digitalen Ausgang 112 während eines Zeitintervalls zu bestimmen. Zur Bestimmung der Frequenz des Ausgangssignals der Detektionseinheit 20 kann die Recheneinheit 30 die nachfolgende Formel (1) heranziehen: n f 'p (1) wobei f für die Frequenz des Ausgangssignals, n für die Anzahl der Flanken des Signals an dem digitalen Ausgang 112 während des Zeitintervalls und T für die Dauer des Zeitintervalls stehen.

Figur 5 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Spitzenwertdetektoreinheit 36 der Abtasteinheit 26. Die Spitzenwertdetektoreinheit 36 weist einen Eingang 114 auf, welcher mit dem Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 (vgl. Figur 3) verbunden ist. Die Spitzenwertdetektoreinheit 36 umfasst einen Komparator 44. Der Komparator 44 weist einen positiven Eingang 116, einen negativen Eingang 118 und einen Ausgang 120 auf. Die Spitzenwertdetektoreinheit 36 umfasst einen resistiven Spannungsteiler 122. Der resistive Spannungsteiler 122 ist zwischen dem Eingang 114 der Spitzenwertdetektoreinheit 36 und dem positiven Eingang 116 des Komparators 44 angeordnet. Der resistive Spannungsteiler 122 umfasst zwei elektrische Widerstände 124, 126. Der elektrische Widerstand 124 ist mit einer Spannungsquelle 200 der Spitzenwertdetektoreinheit 36 verbunden. Die Spitzenwertdetektoreinheit 36 weist einen Hochpassfilter 128 auf. Der Hochpassfilter 128 ist durch einen Kondensator 130, einen elektrischen Widerstand 132 sowie durch die elektrischen Widerstände 124, 126 ausgebildet. Der Spannungsteiler 122 und der Hochpassfilter 128 sind zur Anpassung des Ausgangssignals an den positiven Eingang 116 des Komparators 44 vorgesehen.

Die Spitzenwertdetektoreinheit 36 umfasst eine Diode 134 und einen Speicherkondensator 136. Der Komparator 44 ist dazu vorgesehen, den Ausgang 120 auf einen Wert einer Referenzspannung der Spannungsquelle 200, welcher vorliegend 3,3 V entspricht, zu setzen, wenn die Spannung am Speicherkondensator 136 niedriger ist als die Spannung am positiven Eingang 116, und auf eine Spannung von 0 V, wenn die Spannung am Speicherkondensator 136 höher ist als am positiven Eingang 116. Wenn die Spannung am Speicherkondensator 136 höher ist als am positiven Eingang 116, kann aufgrund der Diode 134 kein Strom fließen. Um die Spitzenwertdetektoreinheit 36 zurückzusetzen, kann die Ausgangsspannung des Komparators 44 auf 0 V gesetzt werden und die Spannung des Speicherkondensators 136 kann über einen elektrischen Widerstand 138 entladen werden.

Die Spitzenwertdetektoreinheit 36 weist einen Ausgang 140 auf. Die Spitzenwertdetektoreinheit 36 ist über den Ausgang 140 mit der Recheneinheit 30 (vgl. Figur 2) verbunden. Die Recheneinheit 30 umfasst einen Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt), um den am Ausgang 140 in Form eines analogen Signals anfallenden, durch die Spitzenwertdetektoreinheit 36 detektierten Spitzenwert des Ausgangssignals der Detektoreinheit 20 in ein digitales Signal zu wandeln und daraus die Amplitude des Ausgangssignals zu bestimmen.

Neben dem Hochpassfilter 128 umfasst die Spitzenwertdetektoreinheit 36 zusätzlich zumindest zwei Hochpassfilter 46, 48, die dem Komparator 44 nachgelagert sind. Ein Hochpassfilter 46 ist dem Ausgang 120 unmittelbar nachgelagert und umfasst einen elektrischen Widerstand 142 und einen dazu elektrisch parallel angeordneten Kondensator 144. Ein weiterer Hochpassfilter 48 ist dem Hochpassfilter 46 nachgelagert und dem digitalen Ausgang 140 vorgelagert. Der weitere Hochpassfilter 48 umfasst einen elektrischen Widerstand 146 und einen dazu elektrisch parallel angeordneten Kondensator 148.

Figur 6 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Referenzausgangssignale für verschiedene Induktionslasten, die in der Speichereinheit 32 der Recheneinheit 30 (vgl. Figur 2) gespeichert sind. Auf einer Abszisse 150 des Diagramms ist eine Stromstärke in Milliampere aufgetragen. Auf einer Ordinate 152 des Diagramms ist eine Frequenz in Kilohertz aufgetragen. In dem Diagramm sind fünf Messreihen 154, 156, 158, 160, 162 dargestellt, wobei für jede der Messreihen 154, 156, 158, 160, 162 ein anderes Gargeschirr mit einem identischen Durchmesser, aber aus unterschiedlichem Material, verwendet wurde. Alle Messreihen 154, 156, 158, 160, 162 beginnen an demselben Ausgangspunkt 164. Der Ausgangspunkt 164 repräsentiert einen Bedeckungsgrad von 0% zwischen dem jeweiligen Gargeschirr und dem Heizinduktor 12 (vgl. Figur 1). Mit zunehmendem Bedeckungsgrad nimmt die Frequenz des Ausgangssignals am Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 (vgl. Figur 3) zu und die Amplitude des Ausgangssignals nimmt ab, bis jede der Messreihen 154, 156, 158, 160, 162 einen Maximalwert erreicht, der einem Bedeckungsgrad von 100 % entspricht. Die Messreihen 154, 156, 158, 160, 162 weisen jedoch unterschiedlich starke Steigungen auf, was auf die unterschiedlichen Materialien der verwendeten Gargeschirre zurückzuführen ist. Die Messreihen 154, 156 wurden mit Gargeschirren aus Materialien durchgeführt, die einen niedrigen elektrischen Widerstand repräsentieren. Die Messreihe 158 wurde mit einem Gargeschirr aus einem Material durchgeführt, das einen mittleren elektrischen Widerstand repräsentiert. Die Messreihen 160, 162 wurden mit Gargeschirren aus Materialien durchgeführt, die einen hohen elektrischen Widerstand repräsentieren. Die Messreihe 162 wurde mit einem Gargeschirr aus Aluminium durchgeführt, welches für das Kochen auf dem Induktionskochfeld 50 (vgl. Figur 1) nicht geeignet ist. Eine Gerade 166 zeigt beispielhaft einen konstanten Schwellenwert, wie er bei herkömmlichen Induktionskochfeldern herangezogen werden kann, um eine ausreichenden Bedeckungsgrad zu bestimmen. Eine Kurve 168 zeigt einen dynamischen Schwellenwert, der die unterschiedlichen Materialeigenschaften der verwendeten Gargeschirre berücksichtigt. Wie an den Messreihen 154, 156, 158, 160, 162 zu erkennen, weisen nicht alle Gargeschirre denselben Bedeckungsgrad auf, wenn der konstante Schwellenwert erreicht wird. Beispielsweise wäre für das Gargeschirr der Messreihe 154 ein ausreichender Bedeckungsgrad schon vor Erreichen des konstanten Schwellenwerts gegeben, wohingegen für die Gargeschirre der Messreihen 160, 162 ein für eine effiziente Beheizung erforderlicher Bedeckungsgrad bei Überschreiten des konstanten Schwellenwerts noch nicht erreicht wäre. Da die Abtasteinheit 26 dazu vorgesehen ist, neben der Frequenz auch die Amplitude des Ausgangssignals zu bestimmen, kann die Recheneinheit 30 dazu vorgesehen sein, das Material eines verwendeten Gargeschirrs anhand der durch die Abtasteinheit 26 bestimmten Frequenz und Amplitude des Ausgangssignals und unter Berücksichtigung der in der Speichereinheit 32 gespeicherten Referenzwerte zu bestimmen. Die Recheneinheit 30 kann ferner dazu vorgesehen sein, einen dynamischen Schwellenwert für den Bedeckungsgrad heranzuziehen, welcher die Materialeigenschaften des verwendeten Gargeschirrs berücksichtigt.

Figur 7 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Funktionsweise der

Recheneinheit, und zwar der Funktionsweise eines Algorithmus, welchen die

Recheneinheit 30 bei der Auswertung der Frequenz und der Amplitude des Ausgangssignals zur Bestimmung der Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors 12 heranziehen kann. Der Algorithmus ist zur Normierung einer Gargeschirrgröße vorgesehen, da das Ausgangssignal bei gleichem Durchmesser des Gargeschirrs je nach Material des Gargeschirrs unterschiedliche Frequenzen aufweisen kann. Auf einer Abszisse 170 des Diagramms ist eine Differenz einer Stromstärke in Milliampere aufgetragen. Auf einer Ordinate 172 des Diagramms ist eine Differenz einer Frequenz in Kilohertz aufgetragen. Eine Messreihe 174 in dem Diagramm zeigt Messwerte für einen Leerzustand, also für einen Bedeckungsgrad von 0 % zwischen einem Gargeschirr und dem Heizinduktor 12. Eine Messreihe 176 in dem Diagramm zeigt Messwerte für eine Scheibe aus Aluminium mit einem Durchmesser von 80 Millimetern bei einem Bedeckungsgrad von 100 %. Eine Messreihe 178 in dem Diagramm zeigt Messwerte für eine Scheibe aus Aluminium mit einem Durchmesser von 90 Millimetern bei einem Bedeckungsgrad von 100 %. Eine Messreihe 180 in dem Diagramm zeigt Messwerte für eine Scheibe aus C45 mit einem Durchmesser von 80 Millimetern bei einem Bedeckungsgrad von 100 %. Bei C45 handelt es sich um einen unlegierten Stahl, welcher sich durch ein sehr gleichmäßiges Materialgefüge auszeichnet und im Bereich der Induktionskochfelder als Referenzmaterial verwendet wird. Eine Messreihe 182 in dem Diagramm zeigt Messwerte für eine Scheibe aus C45 mit einem Durchmesser von 90 Millimetern bei einem Bedeckungsgrad von 100 %. Die Mittelwerte aus den Messreihen 174, 176, 178, 180, 182 sind in der Speichereinheit 32 der Recheneinheit 30 gespeichert. Ein Abstand 184 in dem Diagramm zeigt eine Differenz in der Frequenz zwischen dem Mittelwert der Messreihe 180 und einer Frequenz eines aktuell bestimmten Ausgangssignals der Detektionseinheit 20 an dem Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22. Ein Abstand 186 in dem Diagramm zeigt die Differenz in der Amplitude des aktuell bestimmten Ausgangssignals gegenüber dem Mittelwert der Messreihe 174. Ein Abstand 190 zeigt eine Differenz zwischen den Amplituden der Mittelwerte der Messreihe 178 und der Messreihe 182. Ein Abstand 192 zeigt eine Differenz zwischen den Frequenzen der Mittelwerte der Messreihe 178 und der Messreihe 182. Ein Abstand 194 zeigt eine Differenz zwischen den Frequenzen der Mittelwerte der Messreihe 180 und der Messreihe 176. Zwischen den Mittelwerten der Messreihe 178 und der Messreihe 182 ist ein Winkel 188 aufgetragen.

Der Algorithmus, welchen die Recheneinheit 30 zur Normalisierung der Gargeschirrgröße heranzieht, umfasst die nachfolgenden Formeln (2) bis (4): f final = f^req + ^Af (4) wobei ß für den Winkel 188, AFreq für den Abstand 192, Avolt für den Abstand 190, Af für einen Frequenzunterschied, freq für die Frequenz des aktuell bestimmten Ausgangssignals, aluf_req für die Frequenz des Mittelwerts der Messreihe 178, volt für die Amplitude des aktuell bestimmten Ausgangssignals, alu_voit für die Amplitude des Mittelwerts der Messreihe 178 und fn_nai für eine korrigierte Frequenz des Ausgangssignals stehen. Die Recheneinheit 30 ist dazu vorgesehen, die korrigierte Frequenz zur Bestimmung eines Durchmessers eines aktuell verwendeten Gargeschirrs heranzuziehen.

Figur 8 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung 10. In dem Verfahren wird ein Ausgangssignal der Detektionseinheit 20 an dem Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 abgetastet und es werden eine Frequenz und eine Amplitude des Ausgangssignals bestimmt. Das Verfahren umfasst zumindest zwei Verfahrensschritte 196, 198. In einem ersten Verfahrensschritt 196 des Verfahrens wird das Ausgangssignal durch die Oszillatorschaltung 22 generiert und am Messausgang 28 der Oszillatorschaltung 22 abgegriffen, und zwar durch die Abtasteinheit 26. In einem zweiten Verfahrensschritt 198 des Verfahrens werden die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals bestimmt, und zwar durch die Recheneinheit 30. Hierzu wird das Ausgangssignal durch die Wandlereinheit 34 in ein rechteckförmiges Signal gewandelt und der Recheneinheit 30 zugeführt. Zeitgleich wird der Spitzenwert des Ausgangssignals durch die Spitzenwertdetektoreinheit 36 erfasst und daraus die Amplitude des Ausgangssignals bestimmt. Das Verfahren kann zudem weitere Verfahrensschritte (nicht dargestellt) umfassen, in welchen eine Auswertung der Frequenz und der Amplitude, insbesondere durch die Recheneinheit 30, durchgeführt werden können,

Bezugszeichen

10 Induktionskochfeldvorrichtung

12 Heizinduktor

14 weiterer Heizinduktor

16 weiterer Heizinduktor

18 weiterer Heizinduktor

20 Detektionseinheit

22 Oszillatorschaltung

24 Rückkopplungsnetzwerk

26 Abtasteinheit

28 Messausgang

30 Recheneinheit

32 Speichereinheit

34 Wandlereinheit

36 Spitzenwertdetektoreinheit

38 Komparator

40 Hochpassfilter

42 resistiver Spannungsteiler

44 Komparator

46 Hochpassfilter

48 weiterer Hochpassfilter

50 Induktionskochfeld

52 Kochfeldplatte

54 Transistor

56 Drosselspule

58 resistiver Spannungsteiler

60 Kollektoranschluss

62 Basisanschluss

64 Emitteranschluss Schutzdiode

Ersatzinduktivität

Ersatzwiderstand elektrischer Widerstand elektrischer Widerstand Gleichspannungsquelle elektrischer Widerstand Kondensator

Kondensator

Kondensator kapazitiver Spannungsteiler weiterer Kondensator Eingang positiver Eingang negativer Eingang Ausgang

Pullup- Widerstand

Pulldown-Widerstand

Spannungsquelle elektrischer Widerstand elektrischer Widerstand Kondensator elektrischer Widerstand digitaler Ausgang Eingang positiver Eingang negativer Eingang Ausgang resistiver Spannungsteiler elektrischer Widerstand elektrischer Widerstand Hochpassfilter

Kondensator elektrischer Widerstand

Diode

Speicherkondensator elektrischer Widerstand

Ausgang elektrischer Widerstand

Kondensator elektrischer Widerstand

Kondensator

Abszisse

Ordinate

Messreihe

Ausgangspunkt

Gerade

Kurve

Abszisse

Ordinate

Messreihe

Abstand

Winkel Abstand Abstand Abstand erster Verfahrensschritt zweiter Verfahrensschritt Spannungsquelle

Claims

Ansprüche

1. Induktionskochfeldvorrichtung (10) mit zumindest einem Heizinduktor (12, 14, 16, 18) und mit zumindest einer Detektionseinheit (20), welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung (22), die zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors (12, 14, 16, 18) vorgesehen ist, und ein Rückkopplungsnetzwerk (24) aufweist, wobei der Heizinduktor (12, 14, 16, 18) Teil des Rückkopplungsnetzwerks (24) ist, und mit einer Abtasteinheit (26) zum Abtasten eines Ausgangssignals der Detektionseinheit (20) an einem Messausgang (28) der Oszillatorschaltung (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinheit (26) dazu vorgesehen ist, eine Frequenz und eine Amplitude des Ausgangssignals zu bestimmen.

2. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinheit (26) eine Recheneinheit (30) aufweist, welche dazu vorgesehen ist, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals zur Bestimmung der Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors (12, 14, 16, 18) mittels zumindest eines Algorithmus auszuwerten.

3. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (30) eine Speichereinheit (32) aufweist, in welcher Referenzwerte von Frequenzen und Amplituden von Referenzausgangssignalen für verschiedene Induktionslasten gespeichert sind, und die Recheneinheit (30) dazu vorgesehen ist, die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals bei der Auswertung mit den Referenzwerten zu vergleichen.

4. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus selbstlernend ist.

5. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinheit (26) eine Wandlereinheit (34) umfasst, welche mit dem Messausgang (28) der Oszillatorschaltung (22) verbunden und dazu vorgesehen ist, das Ausgangssignal zur Bestimmung der Frequenz in ein rechteckförmiges Signal zu wandeln.

6. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (34) einen Komparator (38) umfasst.

7. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (34) eine Eingangsimpedanz für den Komparator (38) aufweist die größer ist als eine Eingangsimpedanz der Oszillatorschaltung (22).

8. Induktionskochfeldvorrichtung (10) zumindest nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (34) einen Hochpassfilter (40) umfasst.

9. Induktionskochfeldvorrichtung (10) zumindest nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (34) einen resistiven Spannungsteiler (42) umfasst.

10. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinheit (26) eine Spitzenwertdetektoreinheit (36) umfasst, welche mit dem Messausgang (28) der Oszillatorschaltung (22) verbunden und dazu vorgesehen ist, einen Spitzenwert des Ausgangssignals zur Bestimmung der Amplitude zu erfassen.

11. Induktionskochfeldvorrichtung (10) zumindest nach den Ansprüche 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (34) und die Spitzenwertdetektoreinheit (36) elektrisch parallel zueinander angeordnet sind.

12. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzenwertdetektoreinheit (36) einen Komparator (44) umfasst.

13. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzenwertdetektoreinheit (36) zumindest zwei

Hochpassfilter (46, 48) umfasst, die dem Komparator (44) nachgelagert sind.

14. Induktionskochfeld (50) mit einer Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

15. Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit zumindest einem Heizinduktor (12, 14,

16, 18) und mit zumindest einer Detektionseinheit (20), welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung (22), die zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors (12, 14, 16, 18) vorgesehen ist, und ein Rückkopplungsnetzwerk (24) aufweist, wobei der Heizinduktor (12, 14, 16, 18) Teil des Rückkopplungsnetzwerks (24) ist, wobei ein Ausgangssignal der

Detektionseinheit (20) an einem Messausgang (28) der Oszillatorschaltung (22) abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz und eine Amplitude des Ausgangssignals bestimmt werden.