EP4721514A1 - Induktionskochfeldvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionskochfeldvorrichtung (10) mit zumindest einem Heizinduktor (12, 14, 16, 18) und mit einer Detektionseinheit (20), welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung (22) aufweist, die in einem Detektionsbetrieb zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors (12, 14, 16, 18) vorgesehen ist, und die einen einzelnen Transistor (24), ein Rückkopplungsnetzwerk (26), eine Drosselspule (28) und einen resistiven Spannungsteiler (30) aufweist, wobei der Transistor (24) in Basisschaltung geschaltet ist, wobei der Heizinduktor (12, 14, 16, 18) in dem Detektionsbetrieb Teil des Rückkopplungsnetzwerks (26) ist, wobei die Drosselspule (28) mit einem Kollektoranschluss (32) des Transistors (24) verbunden ist, wobei ein Basisanschluss (34) des Transistors (24) mit dem resistiven Spannungsteiler (30) verbunden ist, um einen Gleichstrombetriebspunkt des Transistors (24) auf einen Wert zwischen 0 V und einer Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung (22) einzustellen, wobei die Oszillatorschaltung (22) einen elektrischen Widerstand (38) und einen Kondensator (40) aufweist, die jeweils elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss (34) des Transistors geschaltet und dazu vorgesehen sind, eine Basisimpedanz bei Wechselstrombetrieb einzustellen, um eine Oszillation für einen breiten Bereich von Induktionslasten zu gewährleisten

Description

Induktionskochfeldvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Induktionskochfelder mit Heizinduktoren und mit einer Detektionseinheit zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors, beispielsweise zur Topferkennung, bekannt. In vielen Fällen werden die Heizinduktoren als Sensoren verwendet, wobei die Heizinduktoren in einem Detektionsbetrieb mit einem hochfrequenten Detektionssignal beaufschlagt werden, welches durch eine selbstschwingende Oszillatorschaltung der Detektionseinheit, beispielsweise durch einen Colpitts-Oszillator, erzeugt wird. Hierbei gilt es zu beachten, dass die Frequenzen des Detektionssignals ausreichend zu der Eigenresonanzfrequenz des Heizinduktors beabstandet sind, weil es ansonsten zu einem Verlust der Oszillation und/oder zu Messabweichungen kommen kann, insbesondere wenn ein Benutzer den Topf während der Messung berührt. Die selbstschwingende Oszillatorschaltung muss deshalb einen großen Oszillationsbereich gewährleisten können, um oszillierende Detektionssignale mit ausreichend Abstand zu der Eigenresonanzfrequenz des Heizinduktors zu generieren. Für herkömmliche Heizinduktoren aus Kupfer ist der Oszillationsbereich bisher bekannter selbstschwingender Oszillatorschaltungen gerade noch ausreichend groß, um Detektionssignale mit ausreichend Abstand zu der Eigenresonanzfrequenz des Heizinduktors zu generieren. Sollen hingegen anstelle von herkömmlichen Heizinduktoren aus Kupfer Heizinduktoren aus Aluminium zum Einsatz kommen, was aufgrund der deutlich niedrigeren Materialkosten angestrebt wird, so ist der Oszillationsbereich bisher bekannter selbstschwingender Oszillatorschaltungen jedoch zu klein, um einen ausreichenden Abstand zu der Eigenresonanzfrequenz des Heizinduktors, welche im Falle von Aluminium deutlich niedriger ist, einzuhalten. Ein Messen von Eigenschaften einer Induktionslast eines Heizinduktors unter Verwendung des Heizinduktors als Sensor ist daher mit bisher bekannten Induktionskochfeldvorrichtungen, die herkömmliche selbstschwingende Oszillatorschaltungen aufweisen, nicht möglich, wenn der Heizinduktor aus Aluminium ausgebildet ist. Hierdurch ist eine Flexibilität nachteilig stark eingeschränkt. Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Flexibilität bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Induktionskochfeldvorrichtung mit zumindest einem Heizinduktor und mit einer Detektionseinheit, welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung aufweist, die in einem Detektionsbetrieb zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors vorgesehen ist, und die einen einzelnen Transistor, ein Rückkopplungsnetzwerk, eine Drosselspule und einen resistiven Spannungsteiler aufweist, wobei der Transistor in Basisschaltung geschaltet ist, wobei der Heizinduktor in dem Detektionsbetrieb Teil des Rückkopplungsnetzwerks ist, wobei die Drosselspule mit einem Kollektoranschluss des Transistors verbunden ist, wobei ein Basisanschluss des Transistors mit dem resistiven Spannungsteiler verbunden ist, um einen Gleichstrombetriebspunkt des Transistors auf einen Wert zwischen 0 V und einer Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung, insbesondere auf die Hälfte der Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung, einzustellen.

Es wird vorgeschlagen, dass die Oszillatorschaltung einen elektrischen Widerstand und einen Kondensator aufweist, die jeweils elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet und dazu vorgesehen sind, eine Basisimpedanz bei Wechselstrombetrieb einzustellen, um eine Oszillation für einen breiten Bereich von Induktionslasten zu gewährleisten.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Induktionskochfeldvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Flexibilität bereitgestellt werden. Es kann vorteilhaft ein größerer Oszillationsbereich erreicht werden als bei bisher bekannten Oszillatorschaltungen, die zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast eines Heizinduktors zum Einsatz kommen. Zudem kann ein höherer Strom in den Heizinduktor eingespeist werden, wodurch vorteilhaft die Störfestigkeit von Signalen gegenüber Rauschen erhöht wird. Ferner ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit zur Unterscheidung von Materialien von Gargeschirr, insbesondere zur Unterscheidung zwischen nichtferromagnetischen Materialien von ferromagnetischen Materialien, da neben der Frequenz auch die Amplitude des Detektionssignals gemessen werden kann, welche in Zusammenhang mit dem Ersatzwiderstand der Induktionslast steht.

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 könnten, und zwar insbesondere an ein einziges Objekt oder an zumindest zwei oder mehrere Objekte. Zumindest ein Teil 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 Metall-Oxid- 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 Messen 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 Detektionseinheit weist hierzu die selbstschwingende Oszillatorschaltung auf, die in dem Detektionsbetrieb zum Messen von Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors vorgesehen ist. 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 Induktionslast des Heizinduktors kann dabei 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 ist. Da der Heizinduktor Teil des Rückkopplungsnetzwerks der selbstschwingenden Oszillatorschaltung ist, beeinflusst die Induktionslast des Heizinduktors die Frequenz des oszillierenden Detektionssignals, welches an einem Messausgang der selbstschwingenden Oszillatorschaltung als Ausgangssignal abgreifbar ist. Die Detektionseinheit weist vorzugsweise eine Abtasteinheit auf, die mit dem Messausgang der selbstschwingenden Oszillatorschaltung verbunden und zu einer Weiterverarbeitung des Ausgangssignals vorgesehen ist. Der Messausgang der selbstschwingenden Oszillatorschaltung ist vorzugsweise mit einem Emitteranschluss des einzelnen Transistors der selbstschwingenden Oszillatorschaltung verbunden. Der Transistor ist in Basisschaltung geschaltet, wodurch der Transistor vorteilhaft eine niedrige Eingangsimpedanz und eine hohe Ausgangsimpedanz aufweist. Ein weiterer Vorteil der Basisschaltung des Transistors ist, dass in dieser Konfiguration keine Phasenverschiebung zwischen Eingang und Ausgang des Transistors entsteht, wodurch die Phasenbedingung gemäß den Stabilitätskriterien von Barkhausen und Nyquist erfüllt ist. Der Transistor ist vorzugsweise als ein Bipolartransistor, bevorzugt als ein NPN- Bipolartransistor ausgebildet. Alternativ könnte der Transistor auch als ein Feldeffekttransistor, beispielsweise als ein MOSFET, vorzugsweise als ein n-Kanal- MOSFET, ausgebildet sein, welcher dann in einer zu einer Basisschaltung äquivalenten Gateschaltung geschaltet ist.

Die selbstschwingende Oszillatorschaltung weist ferner den resistiven Spannungsteiler auf, der mit dem Basisanschluss des Transistors verbunden und dazu vorgesehen ist, den Gleichstrombetriebspunkt des Transistors auf einen Wert zwischen 0 V und der Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung, insbesondere auf die Hälfte der Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung, einzustellen. Der resistive Spannungsteiler weist zumindest zwei, vorzugsweise genau zwei, elektrische Widerstände auf, deren Beträge ausgewählt sind, um den Gleichstrombetriebspunkt des Transistors auf die Hälfte der Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung einzustellen. Vorzugsweise weist die selbstschwingende Oszillatorschaltung eine Gleichspannungsquelle auf, welche zur Bereitstellung der Versorgungsspannung vorgesehen und mit dem resistiven Spannungsteiler verbunden ist.

Die selbstschwingende Oszillatorschaltung weist zudem die Drosselspule auf, die mit dem Kollektoranschluss des Transistors verbunden ist. Die Drosselspule ist vorzugsweise mit der Gleichspannungsquelle verbunden und dazu vorgesehen, einen Gleichstrompfad zu dem Kollektoranschluss des Transistors freizuschalten und einen Wechselstrompfad zwischen dem Kollektoranschluss und dem Basisanschluss des Transistors zu blockieren.

Die Oszillatorschaltung weist den elektrischen Widerstand und den Kondensator auf, die jeweils elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet und dazu vorgesehen sind, die Basisimpedanz bei Wechselstrombetrieb einzustellen, um eine Oszillation für einen breiten Bereich von Induktionslasten zu gewährleisten. Eine Kapazität des Kondensators, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, ist so gewählt, dass der Kondensator eine hohe Impedanz für Gleichstrom aufweist, sodass der Gleichstrombetriebspunkt des Transistors alleine durch den resistiven Spannungsteiler eingestellt ist. Gleichzeitig ist die Kapazität des Kondensators, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, so gewählt, dass der Kondensator für Wechselströme mit einer Frequenz in einem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit einen Kurzschlusspfad bildet, sodass die Basisimpedanz des Transistors bei Wechselstrombetrieb durch den elektrischen Widerstand, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, bestimmt ist. Vorzugsweise ist der Basisanschluss des Transistors, über den dazu in Reihe geschalteten elektrischen Widerstand und den Kondensator, mit dem Emitteranschluss des Transistors verbunden. Bei bisher bekannten Oszillatorschaltungen ist der Basisanschluss des Transistors hingegen oftmals über einen Kondensator auf Masse geschaltet, was jedoch zu einer festen Frequenz des Detektionssignals führt und für Anwendungen zum Messen von Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors daher ungeeignet ist. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass durch den in Reihe zu dem Basisanschluss des Transistors geschalteten elektrischen Widerstand überraschenderweise der Oszillationsbereich der selbstschwingenden Oszillatorschaltung vergrößert werden kann.

Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Dokument verstanden werden, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% des vorgegebenen Werts abweicht.

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 der elektrische Widerstand, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, einen Betrag aufweist, welcher zumindest um einen Faktor 2 kleiner ist, als die Beträge der elektrischen Widerstände, die den resistiven Spannungsteiler ausbilden. Hierdurch kann vorteilhaft eine Flexibilität weiter erhöht werden. Insbesondere kann vorteilhaft der Oszillationsbereich der selbstschwingenden Oszillatorschaltung weiter vergrößert werden. Der elektrische Widerstand, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, weist einen Betrag auf, welcher vorteilhaft zumindest um einen Faktor 3, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 4 und bevorzugt zumindest um einen Faktor 5 kleiner ist, als die Beträge der elektrischen Widerstände, die den resistiven Spannungsteiler ausbilden. Beispielsweise können die elektrischen Widerstände, welche den resistiven Spannungsteiler ausbilden, jeweils einen Betrag von 1 kQ aufweisen und der elektrische Widerstand, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, kann einen Betrag von 200 Q aufweisen. Zudem wird vorgeschlagen, dass der elektrische Widerstand, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, einen Betrag von zumindest 40 Q und höchstens 250 Q aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Flexibilität weiter erhöht werden. Es kann vorteilhaft eine Oszillation für eine besonders große Bandbreite an Gargeschirren mit verschiedenen Materialeigenschaften sichergestellt werden. Der elektrische Widerstand, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, weist insbesondere einen Betrag von zumindest 45 Q und höchstens 240 Q, vorteilhaft einen Betrag von zumindest 50 Q und höchstens 230 Q, besonders vorteilhaft einen Betrag von zumindest 55 Q und höchstens 230 Q, vorzugsweise einen Betrag von zumindest 60 Q und höchstens 220 Q, bevorzugt einen Betrag von zumindest 65 Q und höchstens 210 Q und besonders bevorzugt einen Betrag von 200 Q auf.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Kondensator, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, eine Kapazität von 100 nF aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Zuverlässigkeit der Induktionskochfeldvorrichtung erhöht werden. Es kann insbesondere sichergestellt werden, dass der Kondensator, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, eine hohe Impedanz für Gleichstrom und eine niedrige Impedanz für Wechselströme mit einer Frequenz in dem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit aufweist. Alternativ kann der Kondensator, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss des Transistors geschaltet ist, auch eine Kapazität von weniger als 100 nF oder mehr als 100 nF aufweisen, solange der eine ausreichend hohe Impedanz für Gleichstrom und eine ausreichend niedrige Impedanz für Wechselströme mit einer Frequenz in dem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit aufweist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Oszillatorschaltung zwei Kondensatoren aufweist, die zwischen dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss des Transistors angeordnet sind und einen kapazitiven Spannungsteiler ausbilden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein einfacher Aufbau der Oszillatorschaltung erreicht werden. Die Oszillatorschaltung kann als ein Collpits-Oszil lator ausgebildet sein, wenn sie die zwei Kondensatoren aufweist, die zwischen dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss des Transistors angeordnet sind und den kapazitiven Spannungsteiler ausbilden. Vorzugsweise ist der Messausgang der Oszillatorschaltung mit einem Mittelpunkt des kapazitiven Spannungsteilers verbunden. Hierdurch kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit verbessert werden, da der kapazitive Spannungsteiler auch als Hochpassfilter wirkt und somit tieffrequentes Rauschen, das von dem Heizinduktor kommen und ansonsten das Ausgangsignal überlagen kann, herausfiltert. Die Kapazitäten der zwei Kondensatoren, die den kapazitiven Spannungsteiler ausbilden, sind so gewählt, dass eine Oszillation im Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit gewährleistet ist, das heißt dass die Amplitudenbedingung gemäß den Stabilitätskriterien von Barkhausen und Nyquist erfüllt ist.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Oszillatorschaltung einen weiteren Kondensator aufweist, welcher elektrisch in Reihe mit dem Kollektoranschluss des Transistors verbunden ist und welcher in dem Detektionsbetrieb elektrisch in Reihe mit dem Heizinduktor verbunden ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Flexibilität weiter erhöht werden. Die Oszillatorschaltung kann als ein Clapp-Oszillator ausgebildet sein, wenn sie den weiteren Kondensator aufweist, welcher elektrisch in Reihe mit dem Kollektoranschluss des Transistors verbunden ist und welcher zumindest in dem Detektionsbetrieb elektrisch in Reihe mit dem Heizinduktor verbunden ist. Durch den weiteren Kondensator kann vorteilhaft eine Frequenz des Detektionssignals genauer eingestellt werden. Durch den weiteren Kondensator kann ferner vorteilhaft eine kapazitive Entkopplung der Detektionseinheit von dem Heizinduktor in einem Heizbetrieb mit besonders einfachen technischen Mitteln ermöglicht werden. Dies kann erreicht werden indem eine Kapazität des weiteren Kondensators so gewählt ist, dass der weitere Kondensator eine hohe Impedanz für Wechselströme im Bereich von bis 100 kHz, mit welchen der Heizinduktor in dem Heizbetrieb von der Wechselrichtereinheit mit Energie versorgt wird, und eine niedrige Impedanz für Wechselströme im Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit, welcher Frequenzen oberhalb von 500 kHz umfasst, darstellt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der weitere Kondensator eine Kapazität aufweist, die zumindest um einen Faktor 10 kleiner ist, als die Kapazitäten der Kondensatoren, welche den kapazitiven Spannungsteiler ausbilden. Hierdurch kann vorteilhaft die Frequenz des Detektionssignals noch genauer eingestellt werden, da eine Abhängigkeit der Frequenz des Detektionssignals von den Kapazitäten der zwei Kondensatoren, die den kapazitiven Spannungsteiler ausbilden, weiter reduziert wird. Der weitere Kondensator weist insbesondere eine Kapazität auf, die zumindest um einen Faktor 20, vorteilhaft zumindest um einen Faktor 50, besonders vorteilhaft zumindest um einen Faktor 100, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 500, bevorzugt zumindest um einen Faktor 1.000 und besonders bevorzugt zumindest um einen Faktor 10.000 kleiner ist, als die Kapazitäten der Kondensatoren, welche den kapazitiven Spannungsteiler ausbilden. Die Kondensatoren, die den kapazitiven Spannungsteiler ausbilden, können beispielsweise und ohne darauf beschränkt zu sein, jeweils eine Kapazität von 1 nF aufweisen und der weitere Kondensator kann beispielsweise und ohne darauf beschränkt zu sein eine Kapazität von 10 pF aufweisen.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Heizinduktor wenigstens zu einem Großteil aus Aluminium ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Effizienz, insbesondere eine Kosteneffizienz verbessert werden, da Aluminium im Vergleich zu Kupfer, das herkömmlicherweise als Material für Heizinduktoren in Induktionskochfeldern verwendet wird, deutlich kostengünstiger erhältlich ist. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Induktionskochfeldvorrichtung kann so ein besonders preiswertes Induktionskochfeld bereitgestellt werden, das zugleich ein besonders hohes Maß an Bedienkomfort aufweist, da ein Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors nun auch möglich ist, wenn dieser wenigstens zu einem Großteil aus Aluminium ausgebildet ist. Der Heizinduktor ist insbesondere wenigstens zu einem Großteil von mehr als 50 Gew-%, vorteilhaft wenigstens zu einem Großteil von mehr als 60 Gew-%, besonders vorteilhaft wenigstens zu einem Großteil von mehr als 70 Gew-%, vorzugsweise wenigstens zu einem Großteil von mehr als 80 Gew-% und bevorzugt wenigstens zu einem Großteil von mehr als 90 Gew-% aus Aluminium ausgebildet. Beispielsweise könnte der Heizinduktor aus einer Legierung aus Aluminium und Kupfer mit einem Anteil von Aluminium von mehr als 50 Gew-% ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der Heizinduktor vollständig aus Aluminium ausgebildet.

Zudem wird vorgeschlagen, dass der Heizinduktor eine Ersatzinduktivität von zumindest 20 pH und höchstens 120 pH, einen elektrischen Ersatzwiderstand von höchstens 200 Q, und eine parasitäre Kapazität von höchsten 150 pF aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Flexibilität noch weiter erhöht werden. Es kann insbesondere für alle gängigen am Markt erhältlichen Gargeschirre, die aus unterschiedlichsten metallischen Materialien ausgebildet sein können, sichergestellt werden, dass eine Oszillation stattfindet und damit ein Messen von Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors ermöglicht wird, wenn der Heizinduktor eine Ersatzinduktivität von zumindest 20 H und höchstens 120 pH, einen elektrischen Ersatzwiderstand von höchstens 200 Q, und eine parasitäre Kapazität von höchstens 150 pF aufweist.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Drosselspule eine Induktivität aufweist, welche so gewählt ist, dass die Drosselspule eine niedrige Impedanz für Gleichströme und eine hohe Impedanz für Wechselströme mit einer Frequenz in einem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit darstellt. Hierdurch kann vorteilhaft ein zuverlässiger Betrieb der Oszillatorschaltung sichergestellt werden. Die Drosselspule weist insbesondere eine Induktivität von zumindest 0,5 mH und höchstens 1,5 mH, vorteilhaft eine Induktivität von zumindest 0,6 mH und höchstens 1,4 mH, besonders vorteilhaft eine Induktivität von zumindest 0,7 mH und höchstens 1,3 mH, vorzugsweise eine Induktivität von zumindest 0,8 mH und höchstens 1 ,2 mH, bevorzugt eine Induktivität von zumindest 0,9 mH und höchstens 1,1 mH und besonders bevorzugt eine Induktivität von 1 ,0 mH auf.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Oszillatorschaltung eine Schutzdiode aufweist, deren Anode mit einem Emitteranschluss und deren Kathode mit dem Basisanschluss des Transistors verbunden ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Sicherheit erhöht werden. Es kann insbesondere eine Beschädigung des Transistors durch Überspannungen vermieden werden. Die Schutzdiode ist ausgehend von dem Emitteranschluss in Richtung des Basisanschlusses in Durchlassrichtung geschaltet und zu einem Überspannungsschutz des Transistors vorgesehen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Induktionskochfeld mit zumindest einer Induktionskochfeldvorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Induktionskochfeld zeichnet sich insbesondere durch seine vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer hohen Flexibilität und Effizienz aus, die durch die Induktionskochfeldvorrichtung erreicht werden.

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 ist ein Ausführungsbeispiel 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 und eine Detektionseinheit,

Fig. 2 ein schematisches elektrisches Ersatzschaltbild des Heizinduktors, Fig. 3 ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Eigenresonanzfrequenz des Heizinduktors der Induktionskochfeldvorrichtung im Vergleich zu einer Eigenresonanzfrequenz eines herkömmlichen Heizinduktors,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Gütefaktoren des Heizinduktors der Induktionskochfeldvorrichtung im Vergleich zu Gütefaktoren des herkömmlichen Heizinduktors,

Fig. 5 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer selbstschwingenden Oszillatorschaltung der Detektionseinheit und

Fig. 6 ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Frequenz- und Phasengangs der selbstschwingenden Oszillatorschaltung.

Figur 1 zeigt ein Induktionskochfeld 60 in einer schematischen Darstellung. Das Induktionskochfeld 60 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 64 des Induktionskochfelds 60 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 64 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 5) auf, die in einem Detektionsbetrieb zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors 12 vorgesehen 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 den 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 elektrisches Ersatzschaltbild des Heizinduktors 12. Der Heizinduktor 12 ist wenigstens zu einem Großteil aus Aluminium ausgebildet. Vorliegend ist der Heizinduktor 12 vollständig aus Aluminium ausgebildet. Der Heizinduktor 12 weist eine Ersatzinduktivität 54, einen elektrischen Ersatzwiderstand 56 und eine parasitäre Kapazität 58 auf, die in dem Ersatzschaltbild der Figur 2 gezeigt sind. Der Heizinduktor 12 weist vorliegend die Ersatzinduktivität 54 von zumindest 20 pH und höchstens 120 pH auf. Der Heizinduktor 12 weist vorliegend den elektrischen Ersatzwiderstand 56 von höchstens 200 Q auf. Der Heizinduktor 12 weist vorliegend die parasitäre Kapazität 58 von höchstens 150 pF auf. Die weiteren Heizinduktoren 14, 16, 18 weisen vorliegend im Wesentlichen identische Eigenschaften zu dem Heizinduktor 12 auf.

Figur 3 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Eigenresonanzfrequenz 66 des Heizinduktors der Induktionskochfeldvorrichtung 10 im Vergleich zu einer Eigenresonanzfrequenz 68 eines herkömmlichen Heizinduktors (nicht dargestellt). Auf einer Abszisse 70 des Diagramms ist eine Frequenz eines Detektionsstroms in Megahertz aufgetragen. Auf einer Ordinate 72 des Diagramms ist eine Eigeninduktivität in Millihenry aufgetragen. Eine Messreihe 74 in dem Diagramm zeigt einen Verlauf der Eigeninduktivität des Heizinduktors 12 bei Anregung mit Detektionsströmen mit Frequenzen im Megahertzbereich. Eine Messreihe 76 in dem Diagramm zeigt einen Verlauf der Eigeninduktivität des herkömmlichen Heizinduktors bei Anregung mit Detektionsströmen mit Frequenzen im Megahertzbereich. Im Unterschied zu dem Heizinduktor 12 ist der herkömmliche Induktor im Wesentlichen aus Kupfer ausgebildet, weist ansonsten aber eine im Wesentlichen identische Geometrie und im Wesentlichen identische Abmessungen mit dem Heizinduktor 12 auf. Die in dem Diagramm gezeigten Messungen wurden jeweils mit demselben Gargeschirr (nicht dargestellt), welches oberhalb des Heizinduktors 12 bzw. oberhalb des herkömmlichen Induktors aufgestellt war, durchgeführt. Wie dem Diagramm entnommen werden kann, ist die Eigenresonanzfrequenz 66 des Heizinduktors 12 deutlich niedriger als die Eigenresonanzfrequenz 68 des herkömmlichen Heizinduktors, was auf die Verwendung der unterschiedlichen Materialien zurückzuführen ist. Wenn der Detektionsstrom eine Frequenz aufweist, die im Bereich der Eigenresonanzfrequenz 66 des Heizinduktors 12 beziehungsweise im Bereich der Eigenresonanzfrequenz 68 des herkömmlichen Heizinduktors liegt, kann dies zu verschiedenen Problemen führen, unter anderem zu einem Verlust der Oszillation und/oder zu Messabweichungen, wenn der Topf während der Messung von einem Benutzer berührt wird, wodurch die parasitäre Kapazität des Systems erhöht wird. Es ist deshalb wünschenswert, dass der Detektionsstrom eine Frequenz aufweist, die weit genug beabstandet von den jeweiligen Eigenresonanzfrequenzen 66, 68 ist. Für herkömmlicher Heizinduktoren ist dies aufgrund der höheren Eigenresonanzfrequenz 68 mit bisher bekannten Oszillatorschaltungen gut möglich. Für Induktoren, welche, wie der Heizinduktor 12, wenigstens zu einem Großteil aus Aluminium ausgebildet sind, ist hingegen ein größeres Oszillationsspektrum erforderlich, um eine zuverlässige Detektion zu ermöglichen, was mit bisher bekannten Oszillatorschaltungen nicht möglich war.

Eine weitere Herausforderung bei der Verwendung von Aluminium anstelle von Kupfer als Material für den Heizinduktor 12 stellt der Gütefaktor dar. Der Gütefaktor ergibt sich aus der nachfolgenden Formel 1 : wobei Q für den Gütefaktor, w für die Kreisfrequenz, L_eq für die Ersatzinduktivität, R_eq für den elektrischen Ersatzwiderstand stehen. Die Kreisfrequenz w berechnet sich nach der nachfolgenden Formel 2: iü = 2’rcjf (2) wobei TT für die Kreiszahl und f für die Frequenz des Detektionsstroms stehen.

Figur 4 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Gütefaktoren des Heizinduktors 12 der Induktionskochfeldvorrichtung 10 im Vergleich zu Gütefaktoren des herkömmlichen Heizinduktors. Auf einer Abszisse 78 des Diagramms ist eine Frequenz in Megahertz aufgetragen. Auf einer Ordinate 80 des Diagramms ist der Gütefaktor als dimensionslose Kenngröße aufgetragen. Eine Messreihe 82 zeigt einen Verlauf des Gütefaktors des Heizinduktors 12 in Abhängigkeit der Frequenz des Detektionsstroms. Eine Messreihe 84 zeigt einen Verlauf des Gütefaktors des herkömmlichen Heizinduktors in Abhängigkeit der Frequenz des Detektionsstroms. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, weist der herkömmliche Heizinduktor über den gesamten Frequenzbereich durchweg einen höheren Gütefaktor auf als der Heizinduktor 12. Eine Amplitude eines sinusförmigen Ausgangssignals der verwendeten Oszillatorschaltung hängt dabei unter anderem von dem Gütefaktor ab, sodass die Amplitude des Ausgangssignals beim Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors 12 geringer ist als bei dem herkömmlichen Heizinduktor, wenn eine herkömmliche Oszillatorschaltung verwendet wird. Dies kann dazu führen, dass ein Signal-Rausch-Verhältnis zu gering ist und die Messungen entsprechend ungenau werden.

Die vorhergehend anhand der Figuren 3 und 4 beschriebenen Nachteile, welche sich bei der Verwendung von Induktoren aus Aluminium als Heizinduktoren in Induktionskochfeldern im Hinblick auf die Messung von Eigenschaften von Induktionslasten ergeben, können durch die selbstschwingende Oszillatorschaltung 22 der Detektionseinheit 20 der Induktionskochfeldvorrichtung 10 überwunden werden.

Figur 5 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der selbstschwingenden Oszillatorschaltung 22. Die Oszillatorschaltung 22 umfasst einen einzelnen Transistor 24, ein Rückkopplungsnetzwerk 26, eine Drosselspule 28 und einen resistiven Spannungsteiler 30. Der Transistor 24 weist einen Kollektoranschluss 32, einen Basisanschluss 34 und einen Emitteranschluss 36 auf. Der Transistor 24 ist in Basisschaltung geschaltet. Die Oszillatorschaltung 22 weist vorliegend eine Schutzdiode 62 auf, deren Anode mit dem Emitteranschluss 36 und deren Kathode mit dem Basisanschluss 34 des Transistors 24 verbunden ist. Die Schutzdiode 62 ist also ausgehend von dem Emitteranschluss 36 in Richtung des Basisanschlusses 34 in Durchlassrichtung geschaltet. Die Schutzdiode 62 ist zu einem Überspannungsschutz des Transistors 24 vorgesehen.

Der Heizinduktor 12 ist in dem Detektionsbetrieb Teil des Rückkopplungsnetzwerks 26. In dem elektrischen Schaltbild der Figur 5 ist der Heizinduktor 12 durch seine Ersatzinduktivität 54 und seinen elektrischen Ersatzwiderstand 56 repräsentiert. Die parasitäre Kapazität 58 (vgl. Figur 2) wurde in der Figur 5 zur Vereinfachung weggelassen.

Die Drosselspule 28 ist mit dem Kollektoranschluss 32 des Transistors 24 verbunden. Die Drosselspule 28 weist eine Induktivität auf, welche so gewählt ist, dass die Drosselspule 28 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 28 eine Induktivität von 1 ,0 mH auf.

Die Oszillatorschaltung 22 weist zwei elektrische Widerstände 42, 44 auf, die den resistiven Spannungsteiler 30 ausbilden. Der Basisanschluss 34 des Transistors 24 ist mit dem resistiven Spannungsteiler 30 verbunden, um einen Gleichstrombetriebspunkt des Transistors 24 auf die Hälfte einer Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung 22 einzustellen. Die elektrischen Widerstände 42, 44 weisen daher dieselben Beträge auf. Vorliegend weist die Induktionskochfeldvorrichtung 10 eine Gleichspannungsquelle 86 zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für die Oszillatorschaltung 22 auf. Der Transistor 24 ist über seinen Kollektoranschluss 32 und über die Drosselspule 28 mit der Gleichspannungsquelle 86 verbunden. Der Transistor 24 ist außerdem über seinen Basisanschluss 34 über den resistiven Spannungsteiler 30 mit der Gleichspannungsquelle 86 verbunden.

Die Oszillatorschaltung 22 weist einen elektrischen Widerstand 38 und einen Kondensator

40 auf, die jeweils elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 34 des Transistors geschaltet sind. Der elektrische Widerstand 38 und der Kondensator 40 sind dazu vorgesehen, eine Basisimpedanz bei Wechselstrombetrieb einzustellen, um eine Oszillation für einen breiten Bereich von Induktionslasten zu gewährleisten. Der elektrische Widerstand 38, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 34 des Transistors 24 geschaltet ist, weist einen Betrag auf, welcher zumindest um einen Faktor 2 kleiner ist, als die Beträge der elektrischen Widerstände 42, 44, die den resistiven Spannungsteiler 30 ausbilden. Der elektrische Widerstand 38, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 34 des Transistors 24 geschaltet ist, weist einen Betrag von zumindest 40 Q und höchstens 250 Q auf. Vorliegend weist der elektrische Widerstand 38 einen Betrag von 200 Q auf. Die elektrischen Widerstände 42, 44 weisen vorliegend jeweils einen Betrag von 1 kQ auf, sodass der Betrag des elektrischen Widerstands 38 vorliegend um einen Faktor 5 kleiner ist, als die Beträge der elektrischen Widerstände 42, 44.

Der Kondensator 40, welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss 34 des Transistors 24 geschaltet ist, weist eine Kapazität von 100 nF auf. Für Gleichstrom weist der Kondensator 40 daher eine hohe Impedanz auf, sodass der Gleichstrombetriebspunkt des Transistors 24 alleine durch den resistiven Spannungsteiler 30 eingestellt ist. Für Wechselströme mit einer Frequenz in dem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit 20 bildet der Kondensator 40 hingegen einen Kurzschlusspfad, sodass die Basisimpedanz des Transistors bei Wechselstrombetrieb durch den elektrischen Widerstand 38 bestimmt ist.

Die Oszillatorschaltung 22 weist zwei Kondensatoren 46, 48 auf, die zwischen dem Kollektoranschluss 32 und dem Emitteranschluss 36 des Transistors 24 angeordnet sind und einen kapazitiven Spannungsteiler 50 ausbilden. Die Kondensatoren 46, 48 sind Teil des Rückkopplungsnetzwerks 26. Ein Messausgang 88 der Oszillatorschaltung 22 ist zwischen dem Kondensator 46 und dem Kondensator 48 angeordnet. Durch diese Anordnung des Messausgangs 88 wird niederfrequentes Rauschen gefiltert. Die Kapazitäten der Kondensatoren 46, 48 sind dabei so gewählt, dass die Amplitudenbedingung gemäß den Stabilitätskriterien von Barkhausen und Nyquist, die dem Fachmann bekannt sind, erfüllt sind. Da der Transistor 24 in Basisschaltung geschaltet ist und die Basis als gemeinsamer Bezugspunkt eine Phasenverschiebung von 0° bewirkt, bewirkt auch das Rückkopplungsnetzwerk 26 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 52 auf, welcher elektrische in Reihe mit dem Kollektoranschluss 32 des Transistors 24 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 52 bestimmt. Der weitere Kondensator 52 weist eine Kapazität auf, die zumindest um einen Faktor 10 kleiner ist, als die Kapazitäten der Kondensatoren 46, 48, welche den kapazitiven Spannungsteiler 50 ausbilden.

Figur 6 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines beispielhaften Frequenz- und Phasengangs der selbstschwingenden Oszillatorschaltung 22. Auf einer Abszisse 90 des Diagramms ist eine Frequenz in Megahertz aufgetragen. Auf einer ersten Ordinate 92 des Diagramms ist eine Signalstärke in Dezibel aufgetragen. Auf einer zweiten Ordinate 94 des Diagramms ist eine Phasenlage in ° aufgetragen. Eine Kurve 96 in dem Diagramm zeigt einen Verlauf des Phasengangs. Eine Kurve 98 in dem Diagramm zeigt einen Verlauf einer Signalstärke eines Signals in der Oszillatorschaltung 22 in Abhängigkeit der Frequenz. Zu Beginn des Detektionsbetriebs sind die Kondensatoren 46, 48, 52 entladen. Sobald die Spannungsquelle 86 aktiviert wird, werden die Kondensatoren 46, 48, 52 über die Drosselspule 28 aufgeladen. Es ist dabei nicht notwendig, dass die Kondensatoren 46, 48, 52 vollständig aufgeladen sind, bevor eine Oszillation beginnen kann. Der Transistor 24 arbeitet zu Beginn des Detektionsbetriebs in einem Verstärkermodus. Wie in jedem elektronischen Schaltkreis existiert auch in der Oszillatorschaltung 22 ein kleines Rauschsignal, welches durch den Transistor 24 verstärkt wird, allerdings nur bei einer bestimmten Frequenz, welche in dem Diagramm der Figur 6 als Arbeitsfrequenz 100 der Detektionseinheit 20 dargestellt ist. Damit die Oszillation beginnen kann, müssen die Stabilitätskriterien von Barkhausen und Nyquist erfüllt sein und der Verstärkungsfaktor des Transistors 24 muss einen Betrag von größer 1 aufweisen und eine Phasenverschiebung zwischen dem Eingang, vorliegend dem Emitteranschluss 36 und dem Ausgang, vorliegend dem Kollektoranschluss 32, des Transistors 24 muss einen Wert von 0° aufweisen, was vorliegend für die Arbeitsfrequenz 100 gegeben ist. Vorliegend beträgt die Arbeitsfrequenz 100 beispielsweise 0,915 MHz. Da der Heizinduktor 12 Teil des Rückkopplungsnetzwerks 26 ist, ist der Betrag der Arbeitsfrequenz 100 unter anderem auch von den Eigenschaften der Induktionslast des Heizinduktors 12, also beispielsweise von den Materialeigenschaften, der Form und Größe, sowie der Positionierung eines oberhalb des Heizinduktors 12 aufgestellten Gargeschirrs abhängig.

Bezugszeichen

10 Induktionskochfeldvorrichtung

12 Heizinduktor

14 weiterer Heizinduktor

16 weiterer Heizinduktor

18 weiterer Heizinduktor

20 Detektionseinheit

22 selbstschwingende Oszillatorschaltung

24 Transistor

26 Rückkopplungsnetzwerk

28 Drosselspule

30 resistiver Spannungsteiler

32 Kollektoranschluss

34 Basisanschluss

36 Emitteranschluss

38 elektrischer Widerstand

40 Kondensator

42 elektrischer Widerstand

44 elektrischer Widerstand

46 Kondensator

48 Kondensator

50 kapazitiver Spannungsteiler

52 weiterer Kondensator

54 Ersatzinduktivität

56 elektrischer Ersatzwiderstand

58 parasitäre Kapazität

60 Induktionskochfeld

62 Schutzdiode

64 Kochfeldplatte Eigenresonanzfrequenz

Eigenresonanzfrequenz

Abszisse

Ordinate

Messreihe

Messreihe

Abszisse

Ordinate

Messreihe

Messreihe

Gleichspannungsquelle

Messausgang

Abszisse erste Ordinate zweite Ordinate

Kurve

Kurve

Arbeitsfrequenz

Claims

Ansprüche

1. Induktionskochfeldvorrichtung (10) mit zumindest einem Heizinduktor (12, 14, 16, 18) und mit einer Detektionseinheit (20), welche zumindest eine selbstschwingende Oszillatorschaltung (22) aufweist, die in einem Detektionsbetrieb zum Messen von Eigenschaften einer Induktionslast des Heizinduktors (12, 14, 16, 18) vorgesehen ist, und die einen einzelnen Transistor (24), ein Rückkopplungsnetzwerk (26), eine Drosselspule (28) und einen resistiven Spannungsteiler (30) aufweist, wobei der Transistor (24) in Basisschaltung geschaltet ist, wobei der Heizinduktor (12, 14, 16, 18) in dem Detektionsbetrieb Teil des Rückkopplungsnetzwerks (26) ist, wobei die Drosselspule (28) mit einem Kollektoranschluss (32) des Transistors (24) verbunden ist, wobei ein Basisanschluss (34) des Transistors (24) mit dem resistiven Spannungsteiler (30) verbunden ist, um einen Gleichstrombetriebspunkt des Transistors (24) auf einen Wert zwischen 0 V und einer Versorgungsspannung der Oszillatorschaltung (22) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (22) einen elektrischen Widerstand (38) und einen Kondensator (40) aufweist, die jeweils elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss (34) des Transistors geschaltet und dazu vorgesehen sind, eine Basisimpedanz bei Wechselstrombetrieb einzustellen, um eine Oszillation für einen breiten Bereich von Induktionslasten zu gewährleisten.

2. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand (38), welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss (34) des Transistors (24) geschaltet ist, einen Betrag aufweist, welcher zumindest um einen Faktor 2 kleiner ist, als die Beträge der elektrischen Widerstände (42, 44), die den resistiven Spannungsteiler (30) ausbilden.

3. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand (38), welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss (34) des Transistors (24) geschaltet ist, einen Betrag von zumindest 40 Q und höchstens 250 Q aufweist.

4. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (40), welcher elektrisch in Reihe mit dem Basisanschluss (34) des Transistors (24) geschaltet ist, eine Kapazität von 100 nF aufweist.

5. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (22) zwei Kondensatoren (46, 48) aufweist, die zwischen dem Kollektoranschluss (32) und einem Emitteranschluss (36) des Transistors (24) angeordnet sind und einen kapazitiven Spannungsteiler (50) ausbilden.

6. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (22) einen weiteren Kondensator (52) aufweist, welcher elektrisch in Reihe mit dem Kollektoranschluss (32) des Transistors (24) verbunden ist und welcher zumindest in dem Detektionsbetrieb elektrisch in Reihe mit dem Heizinduktor (12, 14, 16, 18) verbunden ist.

7. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kondensator (52) eine Kapazität aufweist, die zumindest um einen Faktor 10 kleiner ist, als die Kapazitäten der Kondensatoren (46, 48), welche den kapazitiven Spannungsteiler (50) ausbilden.

8. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizinduktor (12, 14, 16, 18) wenigstens zu einem Großteil aus Aluminium ausgebildet ist.

9. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizinduktor (12, 14, 16, 18) eine Ersatzinduktivität (54) von zumindest 20 pH und höchstens 120 pH, einen elektrischen Ersatzwiderstand (56) von höchstens 200 Q, und eine parasitäre Kapazität (58) von höchstens 150 pF aufweist.

10. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselspule (28) eine Induktivität aufweist, welche so gewählt ist, dass die Drosselspule (28) eine niedrige Impedanz für Gleichströme und eine hohe Impedanz für Wechselströme mit einer Frequenz in einem Arbeitsfrequenzbereich der Detektionseinheit (20) darstellt.

11. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (22) eine Schutzdiode (62) aufweist, deren Anode mit einem Emitteranschluss (36) und deren Kathode mit dem Basisanschluss (34) des Transistors (24) verbunden ist.

12. Induktionskochfeld (60) mit zumindest einer Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.