ES2279950T3 - INDUCTION KITCHEN PLATE. - Google Patents
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Abstract
Description
Placa de cocina de inducción.Induction cooktop
Este invento se refiere a un sistema de calentamiento por inducción, más particularmente a una cocina de inducción para uso como electrodoméstico.This invention relates to a system of induction heating, more particularly to a kitchen induction for use as an appliance.
Los dispositivos de cocina o placas de cocina de inducción son más fiables y eficaces, no tienen llama y, por tanto, son aparatos más seguros en comparación con otros tipos de cocinas. En las placas de cocina de inducción se genera corriente de alta frecuencia en la bobina de calentamiento que, usualmente, está acoplada con un condensador resonante. La corriente de la bobina de calentamiento genera un flujo magnético de alta frecuencia que da lugar a una acción de inducción electromagnética que genera corrientes parásitas en un utensilio de cocina, retirable o no retirable (cazo, sartén, etc.), fabricado de un material magnético tal como acero, hierro, etc. Como resultado de estas corrientes parásitas, el utensilio de cocina y el alimento en él contenido, se calientan.The kitchen devices or hobs of Induction are more reliable and effective, have no flame and therefore They are safer appliances compared to other types of kitchens. High current is generated in the induction cooktops frequency in the heating coil that is usually coupled with a resonant capacitor. The coil current of heating generates a high frequency magnetic flux that gives place to an electromagnetic induction action that generates stray currents in a kitchen utensil, removable or not removable (saucepan, pan, etc.), made of a magnetic material such as steel, iron, etc. As a result of these currents parasites, the kitchen utensil and the food contained therein, are They heat up.
Dado que el invento está relacionado con un electrodoméstico, éste no debe emitir ruido a la línea de alimentación de corriente alterna, debe funcionar con un factor de potencia unitario y debe estar dotado de protecciones contra condiciones peligrosas tales como no existencia de carga, sobreintensidades, sobretensiones o sobrecalentamiento. Otro aspecto importante de tales aparatos es la reducción del coste de todo el sistema.Since the invention is related to a appliance, it should not emit noise to the line of AC power, must work with a factor of unit power and must be provided with protections against dangerous conditions such as non-existence of cargo, overcurrents, overvoltages or overheating. Other important aspect of such devices is the reduction of the cost of The whole system.
La circuitería de las placas de cocina de inducción tiene, fundamentalmente, dos partes: una primera consistente en una etapa de potencia que genera energía para cocinar, y una segunda, consistente en un circuito de control de potencia, de temporización y de vigilancia, que hace funcionar al sistema y que proporciona un control conveniente para el usuario.The circuitry of the kitchen plates of induction has, fundamentally, two parts: a first consisting of a power stage that generates energy to cooking, and a second, consisting of a control circuit of power, timing and monitoring, which operates at system and that provides convenient control for the Username.
En las placas de cocina de inducción se utilizan dos tipos de etapas de potencia principales: un inversor con un solo transistor y un inversor de medio puente. El inversor con un solo transistor es una etapa de potencia de bajo coste con un solo transistor que lo facilita el control. Por otro lado, las placas de cocina con inversor de medio puente tienen dos transistores y su coste es mayor que el de las que tienen inversores con un solo transistor. A cambio, pueden funcionar con márgenes de potencia más amplios y con frecuencias más altas, lo que puede permitir que el aparato caliente incluso materiales magnéticos de baja resistencia, tales como el aluminio.Induction cooktops are used Two types of main power stages: an inverter with a only transistor and a half bridge inverter. The investor with a single transistor is a low cost power stage with a single transistor that facilitates the control. On the other hand, the plates of kitchen with half bridge inverter have two transistors and their cost is greater than those of investors with only one transistor. In return, they can work with more power margins wide and with higher frequencies, which may allow the hot appliance even low strength magnetic materials, such as aluminum.
Se han desarrollado varias soluciones para incorporar en la práctica la circuitería de control de un sistema de cocina de inducción. Algunas de ellas se basan, únicamente, en la circuitería analógica para las operaciones de control de la potencia, la vigilancia y la temporización, por ejemplo, como la descrita en la patente norteamericana núm. 4429205. Las principales desventajas de los sistemas analógicos son que no pueden ser fácilmente modificados para cambiar sus características de funcionamiento, que la resolución de los problemas que presentan tales sistemas puede ser difícil y que son menos estables y robustos en comparación con los sistemas digitales. Otras soluciones se basan en circuitos analógicos y digitales, tales como la descrita en el documento US 5648008. Este sistema utiliza circuitería analógica solamente para vigilar y activar el inversor de potencia, pero ello no resulta ser más ventajoso que los sistemas totalmente digitales, ya que el control de la potencia o la adaptación del sistema de activación para sistemas con múltiples bobinas, resultan ser muy difíciles. Además, este sistema interrumpe el funcionamiento de la placa de cocina en ciclos seleccionados de la línea de corriente, lo que provoca el problema conocido como "parpadeo".Several solutions have been developed for incorporate into practice the control circuitry of a system Induction cooker Some of them are based solely on the analog circuitry for control operations of the power, monitoring and timing, for example, such as described in U.S. Patent No. 4429205. The main disadvantages of analog systems are that they cannot be easily modified to change its characteristics operation, that the resolution of the problems they present such systems can be difficult and they are less stable and robust compared to digital systems. Other solutions are based on analog and digital circuits, such as the one described in US 5648008. This system uses circuitry analog only to monitor and activate the power inverter, but this does not turn out to be more advantageous than systems totally digital, since the control of the power or the adaptation of the activation system for systems with multiple coils, result be very difficult In addition, this system interrupts operation of the cooktop in selected cycles of the line of current, which causes the problem known as "flicker".
También se conocen en la técnica anterior sistemas de inducción que se basan solamente en circuitos digitales. El documento US 4.511.781 describe un sistema que emplea un microprocesador para todas las acciones de control, pero que intenta gestionar todas las críticas y rápidas operaciones de temporización con el microprocesador. Por tanto, se necesita un microprocesador sumamente rápido y caro. En consecuencia, el coste del sistema aumenta y éste resulta ser menos factible.They are also known in the prior art. induction systems based only on circuits digital US 4,511,781 describes a system that employs a microprocessor for all control actions, but that try to manage all the critical and fast operations of Microprocessor timing. Therefore, a Extremely fast and expensive microprocessor. Consequently, the cost of the system increases and it turns out to be less feasible.
Además, en la técnica anterior se reivindica que los microprocesadores son sensibles a las fluctuaciones de la línea de corriente, lo que puede causar salidas y errores de programa aleatorios. Así, no es aconsejable basarse solamente en el microprocesador para activar señales de paso discriminado de la etapa de potencia. Pero, en este invento, con ayuda de circuitería adicional podría evitarse que la etapa de potencia resultase dañada. En la técnica anterior no se conoce ningún invento que lleve a cabo todas las acciones de control a través de un microprocesador, que sea estable y robusto y que tenga un coste competitivamente bajo en comparación con otros sistemas.Furthermore, in the prior art it is claimed that The microprocessors are sensitive to line fluctuations of current, which can cause outputs and program errors random. Thus, it is not advisable to rely solely on the microprocessor to activate discriminated pass signals from the power stage But, in this invention, with the help of circuitry additional could prevent the power stage from resulting damaged. No prior invention is known in the prior art. carry out all control actions through a microprocessor, which is stable and robust and has a cost Competitively low compared to other systems.
Se han realizado muchos intentos para detectar la presencia de un utensilio de cocina adecuado sobre la placa de cocina. Algunos de esos inventos han hecho uso de observadores adicionales o de equipos especiales para detectar la presencia del utensilio de cocina o sus dimensiones. Algunos de ellos solamente utilizan técnicas para vigilar diversas señales de los inversores de potencia para compensación de carga.Many attempts have been made to detect the presence of a suitable kitchen utensil on the plate kitchen. Some of those inventions have made use of observers additional or special equipment to detect the presence of kitchen utensil or its dimensions. Some of them only they use techniques to monitor various signals from investors of power for load compensation.
Los objetos principales del presente invento son proporcionar una cocina de calentamiento por inducción que funcione con un factor de potencia unitario, que no genere ruido audible durante su funcionamiento, que pueda detectar continuamente las variaciones de carga y que pueda trabajar en un amplio margen de potencias, pueda controlar la temperatura del utensilio de cocina y se proteja automáticamente contra condiciones peligrosas, tales como situaciones de sobre-intensidad y falsas señales de paso discriminado.The main objects of the present invention are provide a working induction heating stove with a unit power factor, which does not generate audible noise during operation, which can continuously detect the load variations and that can work in a wide range of powers, can control the temperature of the kitchen utensil and automatically protect against dangerous conditions, such as situations of over-intensity and false discriminated pass signals.
El aparato de cocina de inducción de este invento comprende una etapa de potencia constituida por un circuito inversor casi resonante con un único transistor (transistor bipolar con electrodo de mando aislado, IGBT). De acuerdo con la serie de los impulsos de paso discriminado, el transistor es puesto en conducción y fuera de conducción de manera continua. Como resultado de estos impulsos, se genera una corriente de alta frecuencia en la bobina de calentamiento y el condensador resonante. La corriente en la bobina de calentamiento genera un flujo magnético de alta frecuencia que da lugar a una acción de inducción electromagnética que genera corrientes parásitas en un utensilio de cocina, retirable o no retirable, situado sobre la placa de cocina y fabricado de un material magnético tal como acero, hierro, etc. Como resultado de estas corrientes parásitas, se calientan el utensilio de cocina y el alimento en él contenido.The induction cooker of this invention comprises a power stage constituted by a circuit almost resonant inverter with a single transistor (bipolar transistor with isolated control electrode, IGBT). According to the series of the impulses of discriminated passage, the transistor is put in driving and driving off continuously. As a result of these impulses, a high frequency current is generated in the heating coil and resonant condenser. The current in The heating coil generates a high magnetic flux frequency that gives rise to an electromagnetic induction action which generates parasitic currents in a kitchen utensil, removable or non-removable, located on the hob and Made of a magnetic material such as steel, iron, etc. How result of these parasitic currents, the utensil is heated of cooking and the food contained therein.
El sistema de placa de cocina de inducción se alimenta a partir de una fuente de tensión de corriente alterna. Un rectificador está conectado entre la fuente de tensión de corriente alterna y la etapa de potencia de la placa de cocina de inducción para generar series de semiciclos de corriente alterna rectificada. La bobina de calentamiento está conectada entre la salida del rectificador y el interruptor semiconductor (IGBT). El condensador resonante está conectado en paralelo a la bobina de calentamiento y un diodo anti-paralelo está conectado en paralelo al IGBT.The induction cooktop system is feeds from an AC voltage source. A rectifier is connected between the current voltage source alternate and the power stage of the induction hob to generate series of rectified alternating current half cycles. The heating coil is connected between the output of the rectifier and semiconductor switch (IGBT). Condenser resonant is connected in parallel to the heating coil and an anti-parallel diode is connected in parallel to the IGBT.
Como se ha mencionado en la sección previa, en la técnica anterior no existe ningún sistema que emplee un microprocesador para activar el transistor y para ejecutar las operaciones de temporización, rápidas y críticas, tales como la medición de señales de realimentación procedentes de la etapa de potencia. El objetivo de este sistema es aprovechar todas las ventajas de un microprocesador para estas operaciones críticas y, con ayuda de circuitería analógica adicional, reducir al mínimo las desventajas de un sistema digital (por ejemplo, las salidas y los errores de programa aleatorios debidos a fluctuaciones de potencia).As mentioned in the previous section, in prior art there is no system that employs a microprocessor to activate the transistor and to execute the timing, fast and critical operations, such as the measurement of feedback signals from the stage of power. The objective of this system is to take advantage of all advantages of a microprocessor for these critical operations and, with the help of additional analog circuitry, minimize disadvantages of a digital system (for example, outputs and random program errors due to fluctuations in power).
La figura 1 muestra el diagrama de bloques funcional del conjunto del sistema de cocina de inducción que incorpora el invento.Figure 1 shows the block diagram Functional set of induction cooker system which Incorporates the invention.
La figura 2 ilustra el diagrama de bloques en que los bloques de control de la figura 1 han sido sustituidos por el microprocesador.Figure 2 illustrates the block diagram in that the control blocks of figure 1 have been replaced by The microprocessor
La figura 3 representa la etapa de potencia y la etapa de entrada del sistema de cocina de inducción.Figure 3 represents the power stage and the input stage of the induction cooker system.
Las figuras 4a y 4c muestran la forma de onda de la corriente del IGBT en función del tiempo, la tensión colector-emisor, V_{CE}, del IGBT en función del tiempo, y la señal de paso discriminado del IGBT en función del tiempo, respectivamente, cuando la potencia de entrada es relativamente baja.Figures 4a and 4c show the waveform of the current of the IGBT as a function of time, the voltage IGBT collector-emitter, V_ {CE}, depending on the time, and the discriminated passage signal of the IGBT based on the time, respectively, when the input power is relatively low
Las figuras 5a y 5c muestran la forma de onda de la corriente del IGBT en función del tiempo, la tensión colector-emisor, V_{CE}, del IGBT en función del tiempo, y la señal de paso discriminado del IGBT en función del tiempo, respectivamente, cuando la potencia de entrada es relativamente alta.Figures 5a and 5c show the waveform of the current of the IGBT as a function of time, the voltage IGBT collector-emitter, V_ {CE}, depending on the time, and the discriminated passage signal of the IGBT based on the time, respectively, when the input power is relatively high
Las figuras 6a y 6b ilustran el diagrama de flujo del software del microprocesador.Figures 6a and 6b illustrate the diagram of Microprocessor software flow.
Las figuras 7a y 7b representan la "Rutina 1: Obtener entradas de usuario" y la "Rutina 2: Determinar duración del período de puesta fuera de conducción" del software del microprocesador ilustrado en las figuras 6a y 6b.Figures 7a and 7b represent "Routine 1: Get user entries "and" Routine 2: Determine duration of the out-of-driving period of the software of the microprocessor illustrated in Figures 6a and 6b.
La figura 8 muestra el diagrama de circuito para el bloque transformador de corriente.Figure 8 shows the circuit diagram for The current transformer block.
La figura 9 ilustra el diagrama de circuito para el bloque de circuitos de protección.Figure 9 illustrates the circuit diagram for The protection circuit block.
Las figuras 10a y 10b muestran la forma de onda V_{CE} en función del tiempo, después de que el electrodo de mando del IGBT recibe un impulso de puesta en conducción y la temporización del siguiente impulso de puesta en conducción.Figures 10a and 10b show the waveform V_ {CE} as a function of time, after the electrode of IGBT command receives a driving boost and the timing of the next driving start pulse.
Las figuras 11a-11d ilustran la corriente del inductor, I_{L}, en función del tiempo, V_{CE} en función del tiempo, la señal de paso discriminado, V_{GE}, en función del tiempo y la salida de paso por cero en función del tiempo.Figures 11a-11d illustrate the inductor current, I_ {L}, as a function of time, V_ {CE} in function of time, the discriminated step signal, V_ {GE}, in function of time and zero crossing output depending on the weather.
La figura 12 representa el diagrama de circuito del circuito de detección de utensilio de cocina.Figure 12 represents the circuit diagram of the kitchen utensil detection circuit.
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Las figuras 13a y 13b muestran la tensión, V_{C1}, de enlace de corriente continua en función del tiempo, y la salida del detector de paso por cero de 50 Hz en función del tiempo, cuando sobre la placa de cocina está colocado un utensilio adecuado.Figures 13a and 13b show the tension, V_ {C1}, of DC link as a function of time, and the output of the 50 Hz zero-pass detector depending on the time, when a utensil is placed on the kitchen plate suitable.
Las figuras 14a y 14b muestran la tensión, V_{DC}, de enlace de corriente continua en función del tiempo, y la salida del detector de paso por cero de 50 Hz en función del tiempo, cuando sobre la placa de cocina no hay colocado un utensilio adecuado.Figures 14a and 14b show the tension, V_ {DC}, of DC link as a function of time, and the output of the 50 Hz zero-pass detector depending on the time, when there is no placed on the cooktop suitable utensil.
La figura 15 representa el diagrama de circuito del bloque convertidor de temperatura en tensión.Figure 15 represents the circuit diagram of the voltage to voltage converter block.
La figura 16 representa el diagrama de circuito del bloque de activación del electrodo de mando del sistema de cocina de inducción.Figure 16 represents the circuit diagram of the activation block of the system control electrode induction cook.
La figura 1, en la que los bloques han sido designados de acuerdo con sus funciones, muestra la representación, en forma de diagrama de bloques, del sistema de cocina de inducción. El bloque "Etapa de potencia" (10) es donde tiene lugar la transmisión de energía del sistema al utensilio de cocina (20) y donde se generan la corriente y el campo magnético de alta frecuencia. El transistor bipolar con electrodo de mando aislado (IGBT) empleado en este bloque es activado por los impulsos de paso discriminado enviados por el bloque "activador de electrodo de mando" (11).Figure 1, in which the blocks have been Designated according to their functions, shows the representation, in the form of a block diagram of the induction cooker system. The "Power stage" block (10) is where the transmission of energy from the system to the kitchen utensil (20) and where the current and the high magnetic field are generated frequency. The bipolar transistor with isolated control electrode (IGBT) used in this block is activated by the passing pulses discriminated sent by the "electrode activator block of command "(11).
"Activador de electrodo de mando" (11) recibe señales de los bloques "controlador de duración del período en conducción" (12) y de "controlador de duración del período fuera de conducción" (13). "Controlador de duración del período en conducción" (12) determina la duración del período de conducción de los impulsos de paso discriminado de acuerdo con el nivel de potencia requerido por el bloque "controlador de potencia" (14). Las duraciones de los períodos de conducción de las señales de paso discriminado de cada nivel de potencia son definidas y diferentes entre sí. El valor al que llega la corriente del inductor (19) en ese período también es definido, por lo que también se vigila el valor (620) de la corriente del inductor. El bloque "controlador de duración del período fuera de conducción" (13) determina las duraciones de los períodos de fuera de conducción de los impulsos (540) de paso discriminado. Los períodos de fuera de conducción no varían con el valor de la corriente, pero son sensibles a las variaciones de carga. Y las duraciones de los períodos de fuera de conducción están definidas por los pasos por cero de la corriente del inductor o bobina de calentamiento (19). Así, el circuito "Detector de paso por cero" (22) empleado en el bloque "Circuitos de protección" (15) detecta los instantes de paso por cero de la corriente del inductor (19) y, en esos instantes, envía una señal al controlador (13) de período de fuera de conducción."Command electrode activator" (11) receives signals from the "duration controller of the driving period "(12) and" duration controller driving period "(13)." Duration controller of the driving period "(12) determines the duration of the period of conduction of the impulses of discriminated passage according to the power level required by the block "controller power "(14). The durations of the driving periods of the discriminated step signals of each power level are defined and different from each other. The value that the current reaches of the inductor (19) in that period is also defined, so the value (620) of the inductor current is also monitored. He block "period duration controller out of driving "(13) determines the durations of the periods of out of conduction of the impulses (540) of discriminated passage. The periods of non-driving do not vary with the value of the current, but are sensitive to load variations. And the durations of periods outside driving are defined by the zero crossings of the inductor or coil current of heating (19). Thus, the circuit "Detector passing through zero "(22) used in the" Protection circuits "block (15) detects the moments of zero crossing of the current of the inductor (19) and, in those moments, sends a signal to the controller (13) off-driving period.
La corriente del inductor (19) es medida y transformada en una señal de tensión de bajo valor por el bloque "transformador de corriente" (16). El "Controlador de potencia" (14) obtiene las entradas de usuario, tales como el nivel de potencia deseado o la temperatura deseada del utensilio de cocina, y define en consecuencia las duraciones de los períodos de puesta en conducción del impulso de paso discriminado (540). También, vigila el valor de pico (610) de la corriente del inductor y la temperatura del utensilio de cocina (20) para controlar el nivel de potencia y la temperatura del utensilio de cocina (20). Además, vigila las salidas (570A, 570B, 590) de señales de aviso e interrumpe el funcionamiento en caso necesario.The inductor current (19) is measured and transformed into a low value voltage signal by the block "current transformer" (16). The "Controller of power "(14) obtains user inputs, such as the desired power level or the desired temperature of the utensil cooks, and defines accordingly the durations of the periods of commissioning of the discriminated step pulse (540). Also, monitor the peak value (610) of the inductor current and the temperature of the kitchen utensil (20) to control the power level and temperature of the kitchen utensil (20). In addition, it monitors the outputs (570A, 570B, 590) of warning signals e interrupts operation if necessary.
El bloque "Circuitos de protección" (15) está diseñado para proteger el sistema contra condiciones de sobre-intensidad y señales de paso discriminado (520) erróneas. Este bloque vigila continuamente la tensión colector-emisor, V_{CE}, del IGBT y el valor (620) de la corriente del inductor y hace que el bloque (14) de control de potencia interrumpa el funcionamiento del sistema cuando se presenta una condición peligrosa. El circuito (17) de detección de utensilio de cocina observa la tensión (500) de enlace de corriente continua de la etapa de potencia (10) y hace que el bloque (14) controlador de potencia interrumpa el funcionamiento si se detecta un utensilio de cocina inadecuado.The "Protection circuits" block (15) It is designed to protect the system against conditions of over-intensity and discriminated pass signals (520) wrong. This block continuously monitors the voltage collector-emitter, V_ {CE}, of the IGBT and the value (620) of the inductor current and makes the control block (14) power interrupt system operation when It presents a dangerous condition. The detection circuit (17) of cookware observes the current link voltage (500) continues from the power stage (10) and makes the block (14) power controller interrupt operation if detected An inappropriate kitchen utensil.
La figura 2 muestra el mismo diagrama de bloques funcional que la figura 1 cuando se emplea un microprocesador (18) en el sistema como interconexión con el usuario, para controlar la temperatura del utensilio (20) y el nivel de potencia, y para la observación de condiciones peligrosas.Figure 2 shows the same block diagram functional than figure 1 when using a microprocessor (18) in the system as an interconnection with the user, to control the utensil temperature (20) and power level, and for the observation of dangerous conditions.
El circuito "Etapa de potencia" (10) genera un campo electromagnético de alta frecuencia (unos 20-25 KHz) para calentar un utensilio de cocina (20) de material magnético. La figura 3 muestra el diagrama de circuito detallado de la etapa de potencia (10). El circuito de potencia está conectado a la red a través de un "rectificador de onda completa" (24) D1, D2, D3 y D4. La salida (500) del rectificador de onda completa (24) es alimentada a la etapa de potencia (10) a través de un condensador de derivación de alta frecuencia, C1. La tensión a través de C1, V_{C1} o V_{DC}, también se denomina tensión de enlace de corriente continua (500). C1 no es lo bastante grande para hacer que V_{DC} sea una señal de corriente continua lisa; así, V_{DC} está formada por la pluralidad de semiciclos de línea de corriente rectificada. Como la frecuencia de interrupción (unos 20 KHz) del IGBT es mucho mayor que la frecuencia de la red (50 Hz), podría suponerse que la tensión de enlace de corriente continua (500), V_{DC}, es constante durante un período de interrupción (aproximadamente 50 \mus).The circuit "Power stage" (10) generates a high frequency electromagnetic field (about 20-25 KHz) to heat a kitchen utensil (20) of magnetic material. Figure 3 shows the diagram of detailed circuit of the power stage (10). The circuit of power is connected to the network through a "rectifier of full wave "(24) D1, D2, D3 and D4. The output (500) of the full wave rectifier (24) is fed to the stage of power (10) through a high bypass capacitor frequency, C1. The voltage across C1, V_ {C1} or V_ {DC}, It is also called DC link voltage (500). C1 is not large enough to make V_ {DC} a signal of direct current smooth; thus, V_ {DC} is formed by the plurality of rectified current line half cycles. As the Interrupt frequency (about 20 KHz) of the IGBT is much higher that the frequency of the network (50 Hz), it could be assumed that the voltage DC link (500), V_ {DC}, is constant during a period of interruption (approximately 50 \ mus).
El transistor (IGBT) es puesto en conducción y fuera de conducción en respuesta a señales (520) de impulsos procedentes del circuito de activación para llevar a una bobina de calentamiento (19), L, y a un condensador en paralelo con ella, C_{RES}, a un estado resonante. En consecuencia, la bobina de calentamiento (19) genera un flujo magnético que provoca una acción de inducción electromagnética para generar una corriente parásita en un utensilio de cocina (20) de material magnético. Cuando el transistor es puesto en conducción, una corta corriente de circuito, I_{Cres}, circula por el condensador resonante y el IGBT durante un período muy breve (unos pocos microsegundos). Durante el resto del período de conducción, por la bobina de calentamiento (19) y el IGBT circula la corriente I_{L}. La suma de estas dos corrientes es la corriente del IGBT y está representada en la figura 4a. El valor de I_{Cres} depende del valor de la tensión (510) de colector-emisor del IGBT, V_{CE}, en el instante de ser puesto en conducción. La forma de onda de V_{CE} (510) se ilustra en la figura 4b. Como puede verse, el transistor es puesto en conducción en el instante en que la tensión de colector no es cero. Así, la tensión a través del condensador resonante esforzada a un cambio igual al valor de V_{CE} (510) en el instante de la puesta en conducción. De esta manera, puede escribirse la siguiente ecuación:The transistor (IGBT) is put into driving and out of conduction in response to impulse signals (520) from the activation circuit to carry a coil of heating (19), L, and a condenser in parallel with it, C_ {RES}, to a resonant state. Consequently, the coil of heating (19) generates a magnetic flux that causes an action of electromagnetic induction to generate a parasitic current in a kitchen utensil (20) of magnetic material. When he transistor is put into conduction, a short current of circuit, I_ {Cres}, circulates through the resonant capacitor and the IGBT for a very short period (a few microseconds). During the rest of the driving period, by the heating coil (19) and the IGBT circulates the current I_ {L}. The sum of these two currents is the current of the IGBT and is represented in the figure 4a. The value of I_ {Cres} depends on the value of the voltage (510) IGBT collector-emitter, V_ {CE}, in the instant of driving. The V_ {CE} waveform (510) is illustrated in Figure 4b. As can be seen, the transistor it is put into driving at the moment when the voltage of Collector is not zero. Thus, the voltage across the capacitor resonant forced to a change equal to the value of V_ {CE} (510) in the moment of the start-up. This way, you can write the following equation:
C_{RES} \text{*} \Delta V_{Cres}/\Delta t_{fi} \ = \ C_{RES} \text{*} V_{CE}/\Delta t_{fi} \ = \ I_{Cres}C_ {RES} \ text {*} \ Delta V_ {Cres} / \ Delta t_ {fi} \ = \ C_ {RES} \ text {*} V_ {CE} / \ Delta t_ {fi} \ = \ I_ {Cres}
Donde \Deltat_{fi}, ilustrado en la figura 4b, se define como el período de tiempo que V_{CE} (510) cae a cero, a saber, el tiempo de cambio a conducción. Asimismo, \DeltaV_{Cres} es el cambio de la tensión a través de C_{RES}.Where \ Deltat_ {fi}, illustrated in the figure 4b, is defined as the period of time that V_ {CE} (510) falls to zero, namely the time of change to driving. Likewise, \ DeltaV_ {Cres} is the change in voltage across C_ {RES}.
Cuando se aumentan las duraciones de los períodos de tiempo en conducción también aumenta la potencia consumida de la línea de corriente. La corriente del IGBT para el caso de una salida de alta potencia, está representada en la figura 5a. Como V_{CE} (510) en el instante de puesta en conducción es de cero voltios, \DeltaV_{Cres} es, también, igual a cero. Así, utilizando la ecuación anterior, se encuentra que I_{Cres} es cero. Por ello, es evidente, a partir de la figura 5a, que sólo circula por el IGBT la corriente del inductor (19). La forma de onda de la tensión (510) de colector está representada en la figura 5b. Dada la naturaleza del circuito resonante, V_{CE} tiende a adoptar valores negativos, pero el diodo en anti-paralelo, D_{P}, impide estos ciclos negativos. Por tanto, V_{CE} (510) está limitada a cero voltios cuando D_{P} está en conducción, como se indica en la figura 5b.When the durations of the driving time periods also increases power consumed from the power line. The current of the IGBT for case of a high power output, is represented in the figure 5th. As V_ {CE} (510) at the time of commissioning is of zero volts, \ DeltaV_ {Cres} is also equal to zero. So, using the previous equation, I_ {Cres} is found to be zero. Therefore, it is evident, from Figure 5a, that only The inductor current (19) circulates through the IGBT. The way of collector voltage wave (510) is represented in the figure 5b Given the nature of the resonant circuit, V_ {CE} tends to adopt negative values but the diode in anti-parallel, D_ {P}, prevents these cycles negative Therefore, V_ {CE} (510) is limited to zero volts when D_ {P} is driving, as indicated in the figure 5b
Si durante 20 milisegundos, que es el período de la señal de corriente alterna de entrada de 50 Hz (V_{ac}), se supone que los períodos de puesta en conducción y fuera de conducción de los impulsos de paso discriminado (520) tienen duración constante y se desprecia la corriente I_{CRES}, entonces podría aceptarse que la media de la corriente del IGBT, es decir, la corriente de entrada, es proporcional a la tensión (500) de enlace de corriente continua y, por ello, a V_{ac}. Consiguientemente, el sistema toma corriente de la red con un factor de potencia unitario, es decir, la corriente de entrada y V_{ac} tienen la misma fase.If for 20 milliseconds, which is the period of the 50 Hz input alternating current signal (V ac), is assumes that the periods of driving and out of conduction of the discriminated step pulses (520) have constant duration and current I_ {CRES} is neglected, then it could be accepted that the average of the current of the IGBT, that is, the input current is proportional to the voltage (500) of DC link and, therefore, to V_ {ac}. Consequently, the system takes power from the network with a unit power factor, that is, the input current and V_ {ac} have the same phase.
El dispositivo digital (18) responde para iniciar e interrumpir el funcionamiento de la etapa de potencia (10). El microprocesador (18) pone en marcha la etapa de potencia (18) cuando el sistema es activado y se recibe una entrada de usuario. El microprocesador (18) detiene el funcionamiento cuando la temperatura del utensilio de cocina (20) alcanza un valor predeterminado por el usuario. Asimismo, inhabilita el funcionamiento del inversor cuando se detecta la presencia de un utensilio de cocina inadecuado y vuelve a poner en marcha el sistema después de un tiempo. Cuando es recibida una señal de alarma (570A, 570B, 590) procedente de los circuitos periféricos analógicos (15, 17), el microprocesador (18) trata esta señal e inhabilita las señales de paso discriminado (540) durante un período de duración determinada; luego, se reinicia cuando se ha superado el período de silencio.The digital device (18) responds to start and interrupt the operation of the power stage (10) The microprocessor (18) starts the power stage (18) when the system is activated and an input is received from Username. The microprocessor (18) stops operation when the cookware temperature (20) reaches a value Default by the user. It also disables the operation of the inverter when the presence of a improper kitchen utensil and restart the system after a while. When an alarm signal is received (570A, 570B, 590) from peripheral circuits analog (15, 17), the microprocessor (18) treats this signal and disables discriminated pass signals (540) during a fixed duration period; then it restarts when it has The period of silence has passed.
El dispositivo digital (18) ajusta el nivel de potencia regulando los períodos de puesta en conducción de los impulsos de paso discriminado (540); no se requiere un funcionamiento intermitente para ajustar el nivel de potencia. Al comienzo, la placa de cocina empieza a calentar a la potencia mínima, lo que significa que las señales de paso discriminado de conducción son las más cortas y, luego, se incrementa la potencia hasta que se alcanza el nivel de potencia deseado del usuario. La potencia se vigila supervisando el valor de pico de la corriente (610) del inductor; este valor está relacionado directamente con la potencia de salida.The digital device (18) adjusts the level of power regulating the commissioning periods of the discriminated passage pulses (540); no one is required intermittent operation to adjust the power level. To the start, the cooktop begins to heat to power minimum, which means that the discriminated passage signals of driving are the shortest and then the power is increased until the user's desired power level is reached. The power is monitored by monitoring the peak current value (610) of the inductor; this value is directly related to the output power.
Se describe el algoritmo del programa del microprocesador (18) con ayuda del diagrama de proceso ilustrado en las figuras 6a y 6b. Cuando se activa (100) el sistema, el microprocesador (18) lee las entradas de usuario como se muestra mediante la Rutina 1: OBTENER ENTRADAS DE USUARIO (110), que se muestra en la figura 7a.The program algorithm of the microprocessor (18) using the process diagram illustrated in Figures 6a and 6b. When the system is activated (100), the microprocessor (18) reads user inputs as shown through Routine 1: GET USER TICKETS (110), which shown in figure 7a.
En la Rutina 1 (110), el microprocesador (18) lee las variables MODO y NIVEL (111) definidas por el usuario a través del panel de usuario, no necesariamente mostrado en la figura. MODO podría ser TEMP (TEMPERATURA) o POWER (POTENCIA) (112). Si es TEMP, ello significa que la placa de cocina de inducción funcionará como sistema (114) controlado por temperatura. Así, funcionará a la máxima potencia, definida como Max_Power (potencia_máxima) hasta que la temperatura alcance el valor deseado por el usuario, definido como Final_Temp (temperatura_final), que es igual a la variable NIVEL. Si el MODO es POTENCIA (113) ello significa que la placa de cocina funcionará a la potencia deseada por el usuario, que es igual a la variable NIVEL. Asimismo, el funcionamiento se interrumpirá, como precaución de seguridad, si la temperatura alcanza el valor máximo permisible, definido como Max_Temp (temperatura_máxima). Max_Temp y Max_Power son los parámetros constantes del sistema y no pueden ser modificados por el usuario.In Routine 1 (110), the microprocessor (18) read the variables MODE and LEVEL (111) defined by the user to through the user panel, not necessarily shown in the figure. MODE could be TEMP (TEMPERATURE) or POWER (POWER) (112). If it is TEMP, it means that the cooktop of induction will work as a temperature controlled system (114). Thus, it will work at maximum power, defined as Max_Power (maximum_power) until the temperature reaches the desired value by the user, defined as Final_Temp (final_temperature), which It is equal to the variable LEVEL. If the MODE is POWER (113) it means that the hob will work at the desired power by the user, which is equal to the variable LEVEL. Also, the operation will be interrupted, as a safety precaution, if the temperature reaches the maximum permissible value, defined as Max_Temp (maximum_temperature). Max_Temp and Max_Power are the constant system parameters and cannot be modified by the user.
Tras adquirir las entradas de usuario, el nivel de potencia de corriente, Nivel_de_potencia, con que funciona la placa de cocina, se fija al nivel de potencia mínimo del sistema, Potencia_minima (120). Las duraciones de los períodos de conducción son valores predeterminados que cambian, en consecuencia, con el nivel de potencia de corriente. Cada nivel de potencia tiene sus propias duraciones (120) predefinidas de los períodos de conducción. Potencia_mínima es un parámetro constante del sistema y no puede ser modificado por el usuario.After acquiring user tickets, the level of current power, power_level, with which the cooktop, set to the minimum power level of the system, Minimum_power (120). The durations of the driving periods they are default values that change accordingly with the current power level. Each power level has its own predefined durations (120) of the periods of driving. Minimum_Power is a constant system parameter and It cannot be modified by the user.
La duración de los períodos de fuera de conducción depende de la frecuencia resonante de la etapa de potencia (10), a saber, de las variaciones de la carga; por ello, deben actualizarse dinámicamente. Durante la puesta en marcha para determinar las duraciones de los períodos de fuera de conducción, en primer lugar se genera (130) un único impulso de paso discriminado (540). "Paso discriminado" es una función incorporada de la salida en PWM (modulación de anchura de impulsos) del microprocesador. El primer argumento de la función "paso discriminado" es la duración en conducción de la señal de paso discriminado (520), y el segundo argumento es la duración fuera de conducción. Para generar un único impulso, se envía la duración predefinida en conducción como primer argumento y, como duración (130) del período fuera de conducción se introduce un tiempo suficientemente largo, de 1 segundo (este valor no es obligatorio sino, simplemente, preferible), de forma que en la salida (520) del electrodo de mando del microprocesador (18) solamente se producirá un impulso.The duration of periods outside of conduction depends on the resonant frequency of the stage of power (10), namely, of load variations; thus, They must be updated dynamically. During startup for determine the durations of periods of non-driving, in First, a single discriminated step pulse is generated (130) (540). "Discriminated step" is a built-in function of the PWM output (pulse width modulation) of the microprocessor. The first argument of the function "step discriminated "is the conduction duration of the step signal discriminated against (520), and the second argument is the duration outside driving. To generate a single pulse, the duration is sent predefined in driving as the first argument and, as duration (130) of the off-driving period a time is entered long enough, 1 second (this value is not mandatory but simply preferable), so that at the exit (520) of the microprocessor control electrode (18) will only be produced an impulse.
Después de generar el impulso único de paso discriminado, se llama a la Rutina 2: DETERMINAR LA DURACIÓN (140) DEL PERÍODO FUERA DE CONDUCCIÓN, ilustrada en la figura 7b. En esta rutina, en el instante (141) de puesta fuera de conducción de la señal (520) de paso discriminado, se pone en marcha un temporizador (142) y se cuenta (143) el tiempo que transcurre hasta que se presenta el borde descendente de la señal del perceptor de paso por cero. Este tiempo se guarda como duración (144) del periodo fuera de conducción.After generating the single step pulse discriminated against, Routine 2 is called: DETERMINING DURATION (140) FROM THE PERIOD OUT OF DRIVING, illustrated in Figure 7b. In this routine, at the instant (141) of driving out of the discriminated step signal (520), a timer is started (142) and the time elapsed until it is counted (143) is counted presents the falling edge of the signal of the perceiver passing through zero. This time is saved as duration (144) of the period outside of driving.
Después de determinar las duraciones de los períodos de conducción y fuera de conducción de las señales de paso discriminado, podrían iniciarse éstas utilizando la función "Paso discriminado" (150).After determining the durations of the driving and off-driving periods of the passing signals discriminated, these could be started using the "Step discriminated against "(150).
Cada segundo se comprueban las entradas de usuario, para ver si éste ha realizado alguna actualización y, cada 100 milisegundos (este valor no es obligatorio sino, simplemente, preferible) se comprueba el valor (610) de pico de la corriente del inductor; se actualiza Nivel_de_potencia de forma que pueda alcanzarse Nivel_de_potencia_final y, finalmente, se comprueba la temperatura del utensilio de cocina (20). Se emplean dos temporizadores: temporizador 1 y temporizador 2, para contar la duración de estos períodos. Estos temporizadores se ponen en marcha justamente después de iniciarse (160, 170) los impulsos (540) de paso discriminado. Cuando la tensión de enlace de corriente continua alcanza su valor de pico, se actualiza la duración del período fuera de conducción empleando la Rutina 2 (140), como se ha descrito en lo que antecede. Esta acción se repite en un bucle cada 10 milisegundos (este valor no es obligatorio sino, simplemente, preferible).Every second the entries of the user, to see if this has made any update and, each 100 milliseconds (this value is not mandatory but simply preferable) the peak value (610) of the current of the inductor; power_level is updated so that you can reach final_power_level and, finally, the cooking utensil temperature (20). Two are used timers: timer 1 and timer 2, to count the duration of these periods. These timers are set in motion. just after starting (160, 170) the impulses (540) of discriminated step. When the current link voltage continuous reaches its peak value, the duration of the off-driving period using Routine 2 (140), as has been described above. This action is repeated in a loop every 10 milliseconds (this value is not mandatory but simply preferable).
Así, se ejecutan 3 bucles anidados (cada uno de ellos con sus propios temporizadores: temporizador 1, temporizador 2, temporizador 3) que se repiten continuamente a no ser que se interrumpa el funcionamiento del sistema. La envolvente del valor (610) de la corriente del inductor se comprueba cada 100 milisegundos; si el valor de pico (610) de la corriente no está en una banda de \pm20% (este valor no es obligatorio sino, simplemente, preferible) en torno al valor esperado, entonces se detiene (200) el funcionamiento durante 3 segundos y se inicia de nuevo todo el procedimiento; de otro modo, el software continúa su ejecución (190).Thus, 3 nested loops are executed (each of them with their own timers: timer 1, timer 2, timer 3) that are repeated continuously unless interrupt system operation. The value envelope (610) of the inductor current is checked every 100 milliseconds; if the peak value (610) of the current is not in a band of ± 20% (this value is not mandatory but, simply, preferable) around the expected value, then it stops (200) operation for 3 seconds and starts from new the whole procedure; otherwise, the software continues its execution (190).
El nivel de la potencia de la corriente, Nivel_de_potencia, es comparado con el Nivel_de_potencia_final, que es el nivel de potencia deseado (190) por el usuario. Si Nivel_de_potencia es mayor que Nivel_de_potencia_final, entonces se reduce (210) Nivel_de_potencia. Si son iguales, no se lleva a cabo actualización alguna (220); de otro modo, se incrementa (230) Nivel_de_potencia. La temperatura del utensilio de cocina (20) es recibida desde el circuito periférico analógico (21) y se guarda en la variable TEMP. Se compara TEMP con el valor Temperatura_final que desea (240) el usuario. Si la temperatura del utensilio de cocina (20) llega al valor deseado, se detiene el funcionamiento del sistema durante 10 segundos (este valor no es obligatorio sino, simplemente, preferible) y se vuelve a iniciar todo el procedimiento desde el principio (250). De otro modo, el software continúa su ejecución (260).The level of the power of the current, Power_Level, is compared to the final_Power_Level, which is the desired power level (190) by the user. Yes Power_Level is greater than final_power_Level, then it reduce (210) Power_Level. If they are the same, it is not carried out any update (220); otherwise, it increases (230) Power_Level The temperature of the kitchen utensil (20) is received from the analog peripheral circuit (21) and stored in the TEMP variable. TEMP is compared with the value Final_Temperature what the user wants (240). If the temperature of the utensil of cooker (20) reaches the desired value, operation stops of the system for 10 seconds (this value is not mandatory but, simply preferable) and the whole procedure is restarted from the beginning (250). Otherwise, the software continues its execution (260).
El bucle más corto se termina en el instante en que aparece el valor de pico de la señal (500) de enlace de corriente continua; este instante se presenta 5 milisegundos después de que la salida (580) del detector (23) de paso por cero de 50 Hz alcanza el valor ALTO (si se supone que la frecuencia de la línea es de 50 Hz). Si esta salida (580) no adopta el valor ALTO, se comprueban (280) las salidas (570A, 570B) de los circuitos de protección (15) y la salida (590) del circuito (17) de detección de utensilio de cocina. Si alguna de ellas (570A, 570B, 590) tiene el valor ALTO, ello significa que se ha colocado un utensilio de cocina inadecuado sobre la placa de cocina o que se ha producido una condición peligrosa, por lo que las señales (540) de paso discriminado se interrumpen durante 3 segundos (200). Una vez completado el período de 3 segundos, se vuelve a iniciar (100) todo el procedimiento. Si ninguna de ellas (570A, 570B, 590) tiene el valor ALTO, entonces se comprueba de nuevo la salida (580) del detector (23) de paso por cero de 50 Hz, en forma de bucle (260).The shortest loop ends instantly in that the peak value of the link signal (500) of DC; this instant appears 5 milliseconds later that the output (580) of the 50 Hz zero-pass detector (23) reaches the HIGH value (if the frequency of the line is assumed is 50 Hz). If this output (580) does not adopt the HIGH value, it check (280) the outputs (570A, 570B) of the circuits protection (15) and output (590) of the detection circuit (17) of cooking utensil. If any of them (570A, 570B, 590) has the HIGH value, this means that a utensil of improper cooking on the hob or that there has been a dangerous condition, so the passing signals (540) Discriminated are interrupted for 3 seconds (200). One time Once the 3-second period is completed, it starts again (100) all The procedure. If none of them (570A, 570B, 590) has the HIGH value, then the output (580) of the 50 Hz zero-pass detector (23), loop-shaped (260).
Cuando la salida (580) del detector (23) de paso por cero de 50 Hz toma el valor ALTO, el microprocesador repone el "temporizador 3" y da comienzo a un recuento de 5 milisegundos (270). Mientras se realiza dicho cómputo, el microprocesador (18) también comprueba las salidas (570A, 570B) de los circuitos de protección (15) y la salida (590) del circuito (17) de detección de utensilio de cocina. Si alguna de ellas (570A, 570B, 590) adopta el valor ALTO (320), las señales (540) de paso discriminado son interrumpidas durante 3 segundos (200). De otro modo, se comprueba el temporizador 3 si expira (330) el período de 5 milisegundos. Si no ha expirado, se comprueban, en forma de bucle (320), las señales (570A, 570B, 590) de aviso de peligro. De lo contrario, se actualiza la duración del período de fuera de conducción de los impulsos (540) de paso discriminado empleando la Rutina 2 (140) y se actualizan en consecuencia (290) las duraciones de los períodos de fuera de conducción de las señales de paso discriminado.When the output (580) of the passage detector (23) by 50 Hz it takes the HIGH value, the microprocessor replenishes the "timer 3" and begins a count of 5 milliseconds (270). While said calculation is being carried out, the microprocessor (18) it also checks the outputs (570A, 570B) of the circuits of protection (15) and output (590) of the detection circuit (17) of cooking utensil. If any of them (570A, 570B, 590) adopts the HIGH value (320), the discriminated step signals (540) are interrupted for 3 seconds (200). Otherwise, it is checked Timer 3 if the period of 5 milliseconds expires (330). Yes has not expired, the signals are checked in loop form (320) (570A, 570B, 590) warning of danger. Otherwise, it updates the duration of the off-driving period of the discriminated passage pulses (540) using Routine 2 (140) and the durations of the periods are updated accordingly (290) out of conduction of the discriminated passage signals.
Luego, se comprueban los temporizadores para ver si se han superado (300, 310) las duraciones de los bucles. Si se ha superado (310) la duración de 100 milisegundos, entonces el temporizador 2 es repuesto (170) y se repite el procedimiento descrito en lo que antecede. Si se ha superado (300) la duración de 1 segundo, se comprueban las entradas de usuario utilizando la Rutina 1 (110), en cuanto a actualizaciones y, luego, se repone (160) el temporizador 1 y se repite el bucle.Then, the timers are checked to see if the durations of the loops have been exceeded (300, 310). Whether has exceeded (310) the duration of 100 milliseconds, then the Timer 2 is spare (170) and the procedure is repeated described above. If you have exceeded (300) the duration of 1 second, user entries are checked using the Routine 1 (110), regarding updates and then replenished (160) timer 1 and the loop is repeated.
El bloque (16) de transformación de corriente transforma la corriente del inductor (19) en un valor de tensión que se define como valor (620) de la corriente del inductor. La figura 8 muestra el diagrama interno del bloque (16) transformador de corriente. El lado del primario del transformador es la bobina de calentamiento (19) y el lado del secundario es donde aparece la tensión transformada, en la resistencia R10. La relación de arrollamientos, 1:N, define la tensión de salida del transformador de corriente, V_{SALIDA}, comoThe current transformation block (16) transforms the inductor current (19) into a voltage value which is defined as value (620) of the inductor current. The Figure 8 shows the internal diagram of the transformer block (16) of current. The primary side of the transformer is the coil of heating (19) and the side of the secondary is where the voltage transformed, in resistance R10. The relationship of windings, 1: N, defines the output voltage of the transformer of current, V_ {OUTPUT}, as
V_{SALIDA} = R10 \text{*} I_{L}/NV_ {OUTPUT} = R10 \ text {*} I_ {L} / N
Donde I_{L} es la corriente que circula por la bobina de calentamiento (19).Where I_ {L} is the current flowing through the heating coil (19).
Asimismo, utilizando D10 y C10, se guarda y se envía al microprocesador (18) el valor de pico de V_{SALIDA} y, por tanto, el valor de pico (610) de la corriente del inductor.Also, using D10 and C10, it is saved and sends the peak value of V_ {OUTPUT} to the microprocessor (18) and, therefore, the peak value (610) of the inductor current.
Los circuitos de protección (15) y el circuito (17) de detección de utensilio de cocina están diseñados para proteger al circuito de potencia (10) contra condiciones de peligro inesperadas, tales como un fallo del microprocesador (18).The protection circuits (15) and the circuit (17) kitchen utensil detection are designed to protect the power circuit (10) against dangerous conditions unexpected, such as a microprocessor failure (18).
El circuito (15) de protección analógico vigila el valor (620) de la corriente del inductor y la tensión de colector (510) del interruptor semiconductor. Cuando el valor (620) de la corriente del inductor supera el valor máximo permisible (V_{ref,corriente}), la salida de COMP1 toma el valor ALTO. Esta salida pone en conducción el transistor bipolar T3 (530); en consecuencia, engancha la salida de la señal (520) de paso discriminado en el estado bajo de forma que se inhabilite el inversor (10) de corriente. Por tanto, el circuito de potencia (10) y el IGBT están protegidos contra las sobreintensidades. También, envía un señal de alarma (570A) al microprocesador (18) para hacer que éste inhabilite las salidas (540) de paso discriminado de la circuitería digital (18). Similarmente, cuando la tensión (510) de colector del transistor se encuentra por encima de un valor predeterminado (V_{ref,tensión}) la salida de las señales (520) de paso discriminado es enganchada en un estado bajo a través de T3 (530), de modo que se eliminen las señales de paso discriminado falsas que puedan ser originadas por un fallo del microprocesador. Si llega un impulso (540) de paso discriminado en el instante en que la salida de COMP2 tiene un valor ALTO, esta señal de paso discriminado no puede poner en conducción el IGBT, porque la tensión de colector de T3 (530) ya ha establecido las señales (520) de paso discriminado en el estado BAJO, de forma que la etapa de potencia (10) y el IGBT puedan estar protegidos, pero la salida (570B) de la puerta lógica Y1 adoptará un estado ALTO, indicando una condición peligrosa. Así, el microprocesador (18) deja de generar impulsos (540) de paso discriminado.The analog protection circuit (15) monitors the value (620) of the inductor current and the voltage of manifold (510) of the semiconductor switch. When the value (620) of the inductor current exceeds the maximum permissible value (V_ {ref, current}), the output of COMP1 takes the value HIGH. This output drives the T3 bipolar transistor (530); in consequently, it hooks the output of the step signal (520) discriminated in the low state so that the power inverter (10). Therefore, the power circuit (10) and the IGBT are protected against overcurrents. Too, sends an alarm signal (570A) to the microprocessor (18) to make that this one disables the outputs (540) of discriminated passage of the digital circuitry (18). Similarly, when the tension (510) of transistor collector is above a value default (V_ {ref, voltage}) the signal output (520) of discriminated step is hooked in a low state through T3 (530), so that discriminated passage signals are eliminated false that may be caused by a microprocessor failure. If a pulse (540) of discriminated passage arrives at the instant in that the output of COMP2 has a HIGH value, this step signal discriminated against cannot drive the IGBT, because the T3 collector voltage (530) has already set the signals (520) discriminated in the LOW state, so that the stage of power (10) and the IGBT may be protected, but the output (570B) of logic gate Y1 will adopt a HIGH state, indicating a dangerous condition. Thus, the microprocessor (18) stops generating impulses (540) of discriminated passage.
Como las pérdidas fuera de conducción y en conducción del IGBT son inevitables, solamente podrían reducirse al mínimo las pérdidas en conducción. Para conseguir este objetivo, debe investigarse V_{CE} (510), ya que es el parámetro más importante que afecta al valor de las pérdidas fuera de conducción. Como puede verse en la figura 10a, después del instante en que es puesto fuera de conducción el transistor, V_{CE} (510) oscila a la frecuencia de resonancia de la bobina de calentamiento (19) y el condensador resonante, C_{RES}. Así, el mínimo de V_{CE} (510) siempre ocurre en el mismo instante después de la puesta fuera de conducción para la misma carga, bobina de calentamiento (19), y C_{RES}.As the losses out of driving and in IGBT driving is inevitable, it could only be reduced to Minimum driving losses. To achieve this goal, V_ {CE} (510) should be investigated, as it is the most important that affects the value of losses outside driving. As can be seen in figure 10a, after the moment it is put the transistor off, V_ {CE} (510) oscillates at the resonant frequency of the heating coil (19) and the resonant capacitor, C_ {RES}. Thus, the minimum of V_ {CE} (510) it always occurs at the same moment after putting off conduction for the same load, heating coil (19), and C_ {RES}.
La duración del período de fuera de conducción es constante durante un semiciclo de corriente alterna y está relacionada directamente con la frecuencia de resonancia del inversor de potencia (10). Pero, debido a las variaciones de carga, la frecuencia de resonancia puede variar. Para compensar estas variaciones, la corriente del inductor (19) es vigilada por el transformador de corriente (16), que se utiliza también como protección contra sobreintensidades. Teóricamente, la tensión mínima V_{CE} (510) ocurre en el paso por cero de la corriente del inductor (19). Las figuras 11a y 11b muestran las formas de onda típicas de la corriente del inductor (19) y V_{CE} (510), respectivamente, Así, observando el valor (620) de la corriente del inductor, podrían conseguirse las duraciones de los períodos fuera de conducción con pérdidas de potencia mínimas. El valor (620) de la corriente del inductor vigilada es invertido mediante un amplificador inversor (22) y es alimentado al microprocesador como salida (560) del detector de paso por cero. El microprocesador (18) actualiza la duración de las señales de fuera de conducción cada 10 milisegundos (290) vigilando esta señal. El microprocesador (18) calcula el tiempo transcurrido entre el instante de puesta fuera de conducción de las señales (140) de paso discriminado y el borde descendente de la salida (560) del detector (22) de paso por cero. La figura 11d muestra la salida (560) del detector (22) de paso por cero.The duration of the off-driving period is constant during an alternating current half cycle and is directly related to the resonance frequency of the power inverter (10). But, due to load variations, Resonance frequency may vary. To compensate for these variations, the inductor current (19) is monitored by the current transformer (16), which is also used as overcurrent protection. Theoretically, the minimum tension V_ {CE} (510) occurs in the zero crossing of the current of the inductor (19). Figures 11a and 11b show the waveforms typical of the inductor current (19) and V_ {CE} (510), respectively, thus, observing the value (620) of the current of the inductor, the durations of the periods outside could be achieved driving with minimal power losses. The value (620) of the monitored inductor current is inverted by a inverter amplifier (22) and is fed to the microprocessor as output (560) of the zero crossing detector. The microprocessor (18) updates the duration of the off-road signals every 10 milliseconds (290) watching this signal. The microprocessor (18) calculates the time elapsed between the instant of setting off conduction of the discriminated passage signals (140) and the edge downstream of the output (560) of the zero crossing detector (22). Figure 11d shows the output (560) of the detector (22) passing through zero.
El sistema incluye, además, un circuito, denominado circuito (17) de detección de utensilio de cocina, para detectar si sobre la placa de cocina se ha colocado un utensilio de cocina (20) adecuado. Este circuito (17) vigila la señal (500) de tensión de enlace de corriente continua. De acuerdo con la señal vigilada, el circuito (17) de detección de utensilio de cocina decide si sobre la placa de cocina hay o no un utensilio de cocina (20) adecuado. Si no está presente un utensilio de cocina adecuado, este circuito (17) envía una señal de alarma (590) al microprocesador (18) para hacer que éste inhabilite el funcionamiento del inversor de potencia (10) durante un tiempo predeterminado.The system also includes a circuit, called kitchen utensil detection circuit (17), for detect if a kitchen utensil has been placed on the hob kitchen (20) suitable. This circuit (17) monitors the signal (500) of DC link voltage. According to the signal monitored, the cookware detection circuit (17) decide whether or not there is a kitchen utensil on the plate (20) adequate. If a suitable kitchen utensil is not present, This circuit (17) sends an alarm signal (590) to the microprocessor (18) to make it disable the operation of the power inverter (10) for a while predetermined.
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Si sobre la placa de cocina no está presente un utensilio de cocina adecuado, no se producirá transmisión de energía alguna desde la etapa de potencia (10) al utensilio de cocina (20). La detección de la presencia de un utensilio de cocina (20) se basa en el cambio de la forma de onda de la tensión (500) de enlace de corriente continua. En la figura 13a se representa gráficamente esta tensión (500) en el caso de que haya un utensilio de cocina (20) adecuado. Cuando no hay utensilio de cocina adecuado, la forma de onda (500) pasa a ser la señal de la figura 14a. Como no se produce transmisión de energía cuando no está presente un utensilio de cocina adecuado, la energía se almacenará en el condensador C1 de derivación de alta frecuencia. Por tanto, la presencia del utensilio de cocina (20) puede detectarse evaluando esta forma de onda (500). El detector (23) de paso por cero de 50Hz produce una señal de valor ALTO (580) durante el paso por cero de la señal (500) de enlace de corriente continua durante un período de, aproximadamente, 400 microsegundos. Esta salida (580) es alimentada también al microprocesador (18) G para detectar el instante en que se produce el pico de la tensión de enlace de corriente continua. La tensión (500) de enlace de corriente continua es vigilada con un divisor por resistencia por la entrada inversora del comparador COMP3 de la figura 12. El valor de la entrada no inversora, a saber, el valor de referencia, es una pequeña fracción del valor de pico de la tensión (500) de enlace de corriente continua. De este modo, cuando la tensión (500) de enlace de corriente continua caiga por debajo de un cierto valor, la salida del comparador (580) pasará a un estado ALTO, como se ve en la figura 13b.If a cooktop is not present proper kitchen utensil, there will be no transmission of any energy from the power stage (10) to the utensil of kitchen (20). Detection of the presence of a kitchen utensil (20) is based on the change of the voltage waveform (500) of DC link Figure 13a shows graphically this tension (500) in case there is a utensil Kitchen (20) suitable. When there is no suitable kitchen utensil, the waveform (500) becomes the signal of figure 14a. How no power transmission occurs when a Proper kitchen utensil, energy will be stored in the C1 high frequency bypass capacitor. Therefore, the presence of the kitchen utensil (20) can be detected by evaluating this waveform (500). The 50Hz zero-pass detector (23) produces a HIGH value signal (580) during the zero crossing of the DC link signal (500) over a period of, approximately 400 microseconds. This output (580) is powered also to the microprocessor (18) G to detect the moment in which the peak of the direct current link voltage occurs. The DC link voltage (500) is monitored with a resistance divider by the inverting input of the comparator COMP3 of Figure 12. The value of the non-inverting input, to know, the reference value, is a small fraction of the value of peak voltage (500) of direct current link. Of this mode, when the DC link voltage (500) falls below a certain value, the comparator output (580) will pass to a HIGH state, as seen in figure 13b.
Como se ve en la figura 14b, no se produce paso por cero cuando no hay un utensilio de cocina adecuado. Así, el circuito (23) detector de paso por cero de 50 Hz no producirá una salida de señal de valor ALTO cuando no existe utensilio de cocina adecuado. El circuito (17) de detección de utensilio de cocina observa estas salidas y, si el detector (23) de paso por cero de 50 Hz no genera una salida (580) de señal de valor ALTO durante un período de 400 milisegundos, envía una señal (590) de inhabilitar al microprocesador (18) para detener el funcionamiento de la etapa de potencia (10). 3 segundos después de haberse inhabilitado el funcionamiento, el circuito (17) vuelve a poner en marcha el sistema para detectar si el usuario ha colocado un utensilio de cocina (20) adecuado sobre la placa de cocina. Luego, observa la salida (580) del detector (23) de paso por cero de 50 Hz durante 400 milisegundos e inhabilita el sistema o se mantiene a la espera, de acuerdo con el valor de esta señal, es decir, de la presencia de un utensilio de cocina (20).As seen in Figure 14b, no step occurs by zero when there is no suitable kitchen utensil. Thus, the circuit (23) 50 Hz zero-pass detector will not produce a HIGH value signal output when there is no cookware suitable. The cookware detection circuit (17) observe these outputs and, if the detector (23) of zero crossing of 50 Hz does not generate a signal output (580) of HIGH value during a 400 millisecond period, sends a signal (590) to disable the microprocessor (18) to stop the operation of the stage of power (10). 3 seconds after the operation, the circuit (17) starts the system to detect if the user has placed a utensil of cooker (20) suitable on the hob. Then, look at the output (580) of the 50 Hz zero-pass detector (23) during 400 milliseconds and disables the system or stays on hold, according to the value of this signal, that is, the presence of a kitchen utensil (20).
En la figura 13, la salida (580) del detector (23) de paso por cero de 50 Hz alimenta la entrada de la puerta NO-Y A. La salida de la puerta NO-Y A carga el condensador C23 y, si su entrada tiene valor BAJO, ello quiere decir que no se producen pasos por cero. El tiempo transcurrido para cargar C23 hasta un valor que haga que la salida de la puerta NO-Y B adopte un estado BAJO es de, aproximadamente, 400 milisegundos. Si no se produce paso por cero, entonces C23 se carga hasta el valor de umbral, la salida de la puerta NO-Y B toma el valor BAJO y la salida (590) de la puerta NO-Y C toma el valor ALTO, que es conectado al microprocesador (18).In Figure 13, the output (580) of the detector (23) 50 Hz zero-pass feeds the entrance of the door NO-Y A. The exit of the NO-Y gate A capacitor C23 charges and, if its input has a LOW value, it It means that there are no zero steps. Time elapsed to load C23 up to a value that causes the output of the door NO-Y B adopt a LOW state is, approximately 400 milliseconds. If there is no zero crossing, then C23 is loaded up to the threshold value, the output of the NO-Y B gate takes the LOW value and the output (590) of the NO-Y C gate takes the HIGH value, which is connected to the microprocessor (18).
La figura 15 ilustra el diagrama de circuito del bloque (21) convertidor de temperatura en tensión. Una termistancia de coeficiente negativo con la temperatura (NTC) está situada debajo de la placa superior de la placa de cocina y percibe la temperatura del utensilio de cocina (20). La termistancia NTC y R11 forman un divisor por resistencia y la tensión en el nodo (600) cambia a medida que cambia la temperatura. Así, observando la tensión en el nodo (600), el microprocesador podría adquirir la temperatura del utensilio de cocina (20).Figure 15 illustrates the circuit diagram of the block (21) voltage to voltage converter. A thermistor of negative temperature coefficient (NTC) is located below of the top plate of the cooktop and perceives the temperature of the kitchen utensil (20). The NTC and R11 thermistors form a resistance divider and the voltage at node (600) changes to As the temperature changes. Thus, observing the tension in the node (600), the microprocessor could acquire the temperature of the kitchen utensil (20).
El invento contiene un activador (11) de electrodo de mando con una sola salida en contrafase de terminación única diseñada para la activación directa de los IGBT. Este bloque es necesario porque los impulsos (540) de paso discriminado del microprocesador (18) están entre 0 y 5 V, pero el IGBT requiere entre 0 y 15 V para tener un mejor comportamiento. Cuando llegue una señal (540) de paso discriminado para puesta en conducción desde el microprocesador (18), el transistor inferior T1 será puesto fuera de conducción y el transistor superior T2 será puesto en conducción. Por tanto, llegará una señal de 15 voltios al electrodo de mando del IGBT a través del nodo (520) y el transistor superior, T2. Cuando llega una señal (540) de paso discriminado para puesta fuera de conducción desde el microprocesador (18), el transistor inferior T1 será puesto en conducción y el transistor superior T2 será puesto fuera de conducción. Por tanto, el electrodo de mando del IGBT será puesto a tierra a través del nodo (520) y el transistor inferior T1. A través del nodo (530), la salida del activador de electrodo de mando podría ser puesta a tierra por los circuitos de protección (15), independientemente de la señal de paso discriminado recibida desde el microprocesador (18). Esto impide que las falsas señales (540) de paso discriminado provocadas por fallos del microprocesador, destruyan el transistor de potencia.The invention contains an activator (11) of control electrode with a single output in termination counter unique designed for direct activation of IGBT. This block it is necessary because the impulses (540) of discriminated passage of the microprocessor (18) is between 0 and 5 V, but the IGBT requires between 0 and 15 V to have a better behavior. When arrive a discriminated passage signal (540) for driving from the microprocessor (18), the lower transistor T1 will be set out of driving and the upper transistor T2 will be put in driving. Therefore, a 15 volt signal will reach the electrode IGBT control via node (520) and the upper transistor, T2 When a discriminated step signal (540) arrives for setting out of conduction from the microprocessor (18), the transistor lower T1 will be put into driving and the upper transistor T2 It will be put out of driving. Therefore, the control electrode of the IGBT will be grounded through node (520) and the lower transistor T1. Through node (530), the exit of the command electrode activator could be grounded by the protection circuits (15), regardless of the signal of discriminated step received from the microprocessor (18). This prevents false signals (540) from discriminated passage caused for microprocessor failures, destroy the transistor of power.
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