JP2004103523A - Induction heating cooker - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱調理器の電力制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の誘導加熱調理器は、裸火が出ず、負荷の温度制御が可能で安全性が高いことから、卓上のガステーブル等に代わる熱源として認知されている。また、システムキッチン等に組み込まれる電気調理器としては、従来、シーズヒータやプレートヒータ、ハロゲンヒータ等の抵抗体を熱源としたものから、一口を誘導加熱に置き換えたもの、もしくは2口以上を誘導加熱調理器にしたものに代わりつつある。
【0003】
誘導加熱調理器は交流電源を直流電源に変換した後に、スイッチング素子でオンオフして高周波電流に変換し、この高周波電流を加熱コイルに流し、発生した磁束による電磁誘導作用により、近傍に配置された金属製の負荷に渦電流を発生させ、この渦電流により負荷を自己発熱させて加熱している。
【0004】
誘導加熱調理器の制御方式として、スイッチング素子を二つ使用し、これらを交互に駆動して高周波電流を流す方式が代表的な方式の一つであり、大略マイクロコンピュータ等で形成される制御手段の指令により二つのスイッチング素子のオン時間を可変させて加熱コイルへの通電電力を制御するものである。
【0005】
このような従来例を図に従って説明する。図6は従来例の回路ブロック図、図7は従来例の主要部の波形の第一の例を示す図、図8は従来例の主要部の波形の第二の例を示す図である。
【0006】
図6において、交流電源1に整流手段2の入力端子を接続し、第一のスイッチング素子3と第二のスイッチング素子4とを直列接続し、第一のスイッチング素子3のコレクタ端子を整流手段2の高圧側出力端子に接続し、第二スイッチング素子のエミッタ端子を整流手段2の低圧側出力端子に接続する。加熱コイル5と共振コンデンサ6で構成される共振回路7の一端を整流手段2の低圧側出力端子に接続し、他端を第一と第二のスイッチング素子3、4の直列接続点に接続する。以上の構成が主回路部である。8は加熱コイル5近傍の負荷である。
【0007】
制御部は第一、第二のスイッチング素子3、4をそれぞれ駆動するドライブ手段9、10、マイクロコンピュータ等で形成される制御手段11、デジタルからアナログに変換するデジタル・アナログ変換回路(以下DA回路という)22、第一、第二のスイッチング素子3、4のオンオフ時間を作成する発振手段23、第一および第二のスイッチング素子3、4の互いのオンが重ならないようにブランク時間を作成するブランク時間設定手段17、発振手段23およびブランク時間設定手段17の出力を第一または第二のスイッチング素子3、4に分離して出力する分離手段20とで構成される。
【0008】
以上の構成において動作を説明する。
整流手段2が交流電源1を整流して直流化し、この直流電源を第一、第二のスイッチング素子3、4、加熱コイル5と共振コンデンサ6で構成される共振回路7に供給し、第一、第二のスイッチング素子3、4が交互に駆動されることにより、高周波電流が共振回路7すなわち加熱コイル5に流れ、発生した磁束による電磁誘導作用により、近傍に配置された金属製の負荷8に渦電流を発生させ、この渦電流により負荷8を自己発熱させて加熱する。
【0009】
制御手段11は設定された電力に応じたデジタル・アナログ信号をDA回路22に出力し、DA回路22はこのデジタル・アナログ信号を信号変換して発振手段23に出力する。発振手段23はDA回路22の出力信号に応じ第一および第二のスイッチング素子3、4のオンオフ時間の信号を分離手段20に出力し、さらにブランク時間設定手段17に信号を出力する。ブランク時間設定手段17は発振手段23の信号に同期してブランク時間を設定して分離手段20に出力する。分離手段20は制御手段11の指令により発振手段23からのオンオフ時間の信号とブランク時間設定手段17の信号を第一のスイッチング素子3または第二のスイッチング素子4用の信号に分離してドライブ手段9またはドライブ手段10に出力する。
【0010】
次に、主要部の詳細な動作を信号波形を参照して説明する。
図7および図8において、SEP1、SEP2の信号は分離手段20のそれぞれドライブ手段9、10への出力信号の波形で、第一、第二のスイッチング素子3、4に対応している。ILは加熱コイル5に流れる電流の波形である。区間は各信号を時間的に区分するために示したもので、A、B、C、Dの4区間がある。各信号とも横軸は時間である。以後、これらは信号を示した図において、特に断らない限り同様である。
【0011】
図7は従来例の主要部の波形の第一の例を示す図で、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にtNの場合である。
【0012】
図7において、制御手段11は設定された電力に応じたデジタル値Nを元としたデジタル・アナログ信号をDA回路22に出力し、これに対応して第一のスイッチング素子3が周期的にtN時間オンされ(図の区間A)、同様に第二のスイッチング素子4も第一のスイッチング素子3とオンが重ならないよう周期的にtN時間オンされ(図の区間C)、加熱コイル5にILで示す上下とも波高値ILPNの電流が流れる。この時の電力をPNとする。
【0013】
第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間tNを定めているのは発振手段23であり、第一のスイッチング素子3のオンの期間と第二のスイッチング素子4のオンの期間との間の両者オフの期間(図の区間BおよびD)はブランク時間で、常に一定であり、このブランク時間を定めているのはブランク時間設定手段17である。
【0014】
設定される電力が一段階変わると、例えば一段階高くなると、制御手段11はDA回路22に出力するデジタル・アナログ信号の元となるデジタル値をNからN+1に変更し、これにより第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間がtNからtN+1と長くなる。この模様を示したのが図8である。
【0015】
図8において、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間がtN+1であるため、加熱コイル5に流れる電流は上下側とも波高値ILPN+ΔILP3となり、オン時間tNの場合より、波高値ΔILP3だけ大きな電流となる。よって、この時の電力はPN+ΔP2となり、オン時間tNの場合より、ΔP2だけ高い電力となる。
【0016】
設定される電力が二段階高くなると、制御手段11が出力するデジタル・アナログ信号の元となるデジタル値はN+2となり、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間はtN+2となる。設定される電力が一段階低くなると、制御手段11が出力するデジタル・アナログ信号の元となるデジタル値はN−1となり、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間はtN−1となる。つまり、設定される電力に応じて第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間が段階的に変化する。
【0017】
以上のような方式の類似の例として、二つのスイッチング素子を交互に駆動しオン時間を変化させることにより電力を制御する方式を示した特許文献1などの例がある。
【0018】
【特許文献1】特開平7−192861号公報。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の誘導加熱調理器は、部品数が少なく構成でき安価なため、制御手段11としてマイクロコンピュータが使用されている。マイクロコンピュータの出力は8ビット前後の分解能しか備えていない。そして、電力制御の分解能(段階数)はマイクロコンピュータの出力のビット数に左右される。従って、従来の方式では簡単かつ安価には電力制御の分解能を高めることが出来なかった。
【0020】
また、制御手段11すなわちマイクロコンピュータの出力信号を二つのスイッチング素子3、4のオンオフ信号に変換するDA回路22や発振回路23等は、抵抗やコンデンサの充放電動作を利用した回路であるため、周囲の温度の変動や自己温度上昇などによって周波数の変動やパルス幅の変動を引き起こしていた。このような変動は、電力変動として自己の制御を不安定にさせる要素を持つ。従って、投入電力の安定化や、負荷8による電力制御値が時間とともにずれが生じ、制御範囲を逸脱する場合もあり、機器の故障を引き起こすこともあった。
【0021】
そこで、前記課題を回避するために、水晶発振子やセラミック発振子を用いた高周波数の基準発振手段を設け、その出力パルスをカウントして、第一および第二のスイッチング素子3、4の所定の駆動パルス幅すなわちオン時間を得る方法が考えられる。
【0022】
しかし、第一および第二のスイッチング素子3、4の駆動パルス幅すなわちオン時間は略等しく設定しなければならないため、変調度合いを一段階変更するときに第一および第二のスイッチング素子3、4の駆動パルス幅すなわちオン時間が共に変更されるので、電力の最小設定から最大設定の間の分解能が不充分であるという問題が生ずる。
【0023】
よって、電力制御の分解能を確保するために、高周波数の発振手段を設け、カウント手段の段数を増加する方法も考えられる。しかしながら、この方法も高周波数の発振手段から高周波ノイズが発生して、他の回路部分の誤動作を引き起こしたり、カウント手段の段数が増加することによって回路規模が増大しコストを高くするという問題があり、実施することが困難であった。
【0024】
本発明は、前記課題を解決するものであり、従来の電力制御の分解能を二倍にし、かつ、ノイズの影響を抑え、回路の変更を小規模としてコストの上昇を最少とすることを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために、交互に駆動されて高周波電流を流す第一、第二のスイッチング素子と、前記高周波電流が流れて近傍の負荷に渦電流を発生させ負荷を自己発熱させる加熱コイルと、回路全体を制御する制御手段とを備え、前記制御手段の指令により前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間を可変させて前記加熱コイルへの通電電力を制御する誘導加熱調理器において、前記第一、第二のスイッチング素子のオンオフ時間の基準となるパルスを発生する基準発振手段と、前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間をカウント値で設定出力するゲートカウント設定手段と、前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間の最小のカウント値を設定出力する最小カウント設定手段とを備え、前記制御手段は前記第一および第二のスイッチング素子を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値で駆動して両スイッチング素子のオン時間をほぼ等しくする状態と、前記第一または第二のスイッチング素子のいずれか一方を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値に前記最小カウント設定手段の出力するカウント値を加算したカウント値で駆動し他方を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値で駆動していずれか一方のオン時間を他方のオン時間より長くする状態の何れかを選択して制御するものである。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明は、前述のように、交互に駆動されて高周波電流を流す第一、第二のスイッチング素子と、前記高周波電流が流れて近傍の負荷に渦電流を発生させ負荷を自己発熱させる加熱コイルと、回路全体を制御する制御手段とを備え、前記制御手段の指令により前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間を可変させて前記加熱コイルへの通電電力を制御する誘導加熱調理器において、前記第一、第二のスイッチング素子のオンオフ時間の基準となるパルスを発生する基準発振手段と、前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間をカウント値で設定出力するゲートカウント設定手段と、前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間の最小のカウント値を設定出力する最小カウント設定手段とを備え、前記制御手段は前記第一および第二のスイッチング素子を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値で駆動して両スイッチング素子のオン時間をほぼ等しくする状態と、前記第一または第二のスイッチング素子のいずれか一方を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値に前記最小カウント設定手段の出力するカウント値を加算したカウント値で駆動し他方を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値で駆動していずれか一方のオン時間を他方のオン時間より長くする状態の何れかを選択して制御するものである。
【0027】
これによって、従来の電力制御の分解能を二倍にし、かつ、ノイズの影響を抑え、回路の変更を小規模としてコストの上昇を最少とすることができる。
【0028】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
【0029】
図1は本発明の一実施例の回路ブロック図、図2は本発明の一実施例における主要部の波形の第一の例を示す図、図3は本発明の一実施例における主要部の波形の第二の例を示す図、図4は本発明の一実施例における主要部の波形の第三の例を示す図、図5は本発明の一実施例におけるスイッチング素子のオン時間と電力の関係を表す図である。
【0030】
図1に従い、本発明の一実施例の全体の構成を説明する。
【0031】
図において、1は交流電源である。2は整流手段で、複数の整流器で構成され、入力端子(図の〜端子)が交流電源1に接続され、交流電源1を整流し直流電源に変換して出力端子(図の+端子および−端子)から出力する。
【0032】
3、4は第一、第二のスイッチング素子で、この二つを直列に接続し、一端を整流手段2の高圧側出力端子(図の+端子)に接続し、他端を整流手段2の低圧側出力端子(図の−端子)に接続し、交互に駆動されて高周波電流を流して後記加熱コイル5に供給する。
【0033】
5は加熱コイルで、一端が第一のスイッチング素子3と第二のスイッチング素子4の直列接続点に接続され、他端が後記共振コンデンサ6の一端に接続され、前記高周波電流が流れて近傍の後記負荷8に渦電流を発生させ後記負荷8を自己発熱させる。
【0034】
6は共振コンデンサで、一端が加熱コイル5に接続され、他端が整流手段2の低圧側出力端子(図の−端子)に接続される。7は共振回路で、加熱コイル5および共振コンデンサ6から成る。8は負荷で、金属製の鍋などである。
【0035】
9、10はドライブ手段で、それぞれ第一、第二のスイッチング素子3、4のゲート端子に接続され、入力信号を適切な電圧レベル等に変換し第一、第二のスイッチング素子3、4を駆動する。
【0036】
11は制御手段で、マイクロコンピュータ等で形成され、適宜指令を発して回路全体を制御する。この制御手段11の指令により第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間およびオフ時間を可変させて前記加熱コイル5への通電電力を制御する。また、制御手段11は前記第一および第二のスイッチング素子3、4を後記ゲートカウント設定手段14の出力するカウント値で駆動して両スイッチング素子3、4のオン時間をほぼ等しくする状態と、第一または第二のスイッチング素子3、4のいずれか一方を後記ゲートカウント設定手段14の出力するカウント値に後記最小カウント設定手段15の出力するカウント値を加算したカウント値で駆動し他方を後記ゲートカウント設定手段14の出力するカウント値で駆動していずれか一方のオン時間を他方のオン時間より長くする状態の何れかを選択して制御する。
【0037】
12は基準発振手段で、前記第一、第二のスイッチング素子3、4のオンオフ時間の基準となるパルスを発生する。13はカウント手段で、基準発振手段12の出力するパルスをカウントする。
【0038】
14はゲートカウント設定手段で、制御手段11の指令に基づき、第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間をカウント値で設定出力する。15は最小カウント設定手段で、前記第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間の最小のカウント値を設定出力する。
【0039】
16は加算手段で、ゲートカウント設定手段14の出力信号と最小カウント設定手段15の出力信号を加算して出力する。17はブランク時間設定手段で、第一および第二のスイッチング素子3、4の互いのオンが重ならないようにブランク時間を作成し、出力する。
【0040】
18は選択手段で、ゲートカウント設定手段14と加算手段16とブランク時間設定手段17のいずれかの出力の一つを選択して出力する。19は比較手段で、カウント手段13の出力と選択手段18の出力を比較し、この二つの出力が一致するとカウント手段13に対してリセット信号を出力し、カウント手段13はこのリセット信号によりカウント値をクリアする。
【0041】
20は分離手段で、後記状態設定手段21の出力信号により、カウント手段13の出力信号を第一のスイッチング素子3用のドライブ手段9か第二のスイッチング素子4用のドライブ手段10かに分離し振り分けて出力する。21は状態設定手段で、制御手段11の指令を選択手段18や分離手段20に伝達してそれぞれの状態を設定する。
【0042】
以上の構成において動作を説明する。
使用者(図示せず)が電源スイッチ(図示せず)をオンにすると、整流手段2が交流電源1を整流して直流化し直流電源とし、この直流電源は第一および第二のスイッチング素子3、4、加熱コイル5と共振コンデンサ6で構成される共振回路7に供給される。
【0043】
ここで、使用者(図示せず)が電力を設定し、加熱を開始すると、制御手段11はこの旨を認識し、ゲートカウント設定手段14および状態設定手段21に設定された電力に応じ且つそれぞれの手段に対応した指令を出力する。
【0044】
基準発振手段12は第一、第二のスイッチング素子3、4のオンオフ時間の基準となるパルスを発生し、このパルスをカウント手段13がカウントし、出力する。
【0045】
ゲートカウント設定手段14は制御手段11の指令により設定された電力に相当する第一、第二のスイッチング素子のオン時間をカウント値で設定出力する。最小カウント設定手段15は第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間の最小のカウント値を設定出力する。
【0046】
加算手段16はゲートカウント設定手段14の出力信号と最小カウント設定手段15の出力信号を加算して出力する。ブランク時間設定手段17は第一および第二のスイッチング素子3、4の互いのオンが重ならないようにブランク時間を作成し、出力する。
【0047】
選択手段18は、制御手段11の指令によりゲートカウント設定手段14と加算手段16とブランク時間設定手段17のいずれかの出力の一つを選択して比較手段19に出力する。
【0048】
比較手段19はこの選択手段18の出力とカウント手段13の出力を比較し、この二つの出力が一致するとカウント手段13に対してリセット信号を出力し、カウント手段13はこのリセット信号によりカウント値をクリアする。つまり、カウント手段13は周期的な信号を比較手段19と分離手段20に出力する。
【0049】
分離手段20は制御手段11の指令を伝達する状態設定手段21の出力信号により、カウント手段13の出力信号を第一のスイッチング素子3用のドライブ手段9か第二のスイッチング素子4用のドライブ手段10かに分離し振り分けて出力する。ドライブ手段9、10は分離手段20の出力信号を適切な電圧レベル等に変換して、それぞれ第一、第二のスイッチング素子3、4を駆動する。
【0050】
第一、第二のスイッチング素子3、4は交互に駆動されて共振回路7すなわち加熱コイル5に高周波電流を供給し、加熱コイル5近傍の負荷8に渦電流を発生させ負荷8を自己発熱させる。
【0051】
次に、主要部の詳細な動作を信号波形を参照して説明する。
先ず、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間が同じtN時間の場合について図2を参照して説明する。図2は本発明の一実施例における主要部の波形の第一の例を示す図で、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にtN時間の場合である。
【0052】
図2において、OSCの信号は基準発振手段12の発生するパルス波形である。COUNTの信号はカウント手段13の出力波形である。SELの信号は選択手段18の出力波形で、波形の中に示している「S1」等については、「S1」はゲートカウント選択手段14を選択した場合、「S2」は最小カウント設定手段15を選択した場合、「S3」はブランク時間設定手段17を選択した場合を意味する。CMPの信号は比較手段19の出力波形である。SEP1、SEP2の信号は分離手段20のそれぞれドライブ手段9、10への出力波形で、第一、第二のスイッチング素子3、4に対応している。ILは加熱コイル5に流れる電流の波形である。区間は各信号を時間的に区分するために示したもので、A、B、C、Dの4区間がある。これらは、図3および図4においても同様である。
【0053】
区間Aでは第一のスイッチング素子3がオン(時間tN)であり、区間Bでは第一および第二のスイッチング素子3、4共にオフ(ブランク時間)であり、区間Cでは第二のスイッチング素子4がオン(時間tN)であり、区間Dでは第一および第二のスイッチング素子3、4共にオフ(ブランク時間)である。区間Dの次には区間Aと同じ状態に戻る。すなわち、区間A、区間B、区間C、区間Dの各状態が周期的に繰り返される。区間Aおよび区間Cで基準発振手段12の発生するパルス数はNとする。Nは正の整数である。
【0054】
図2に示すように、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間を共にtNにする場合、次のような動作を行う。
【0055】
制御手段11は第一のスイッチング素子3をオンするタイミングに、ゲートカウント設定手段14に時間tNに対応するカウント値を出力するよう指令し、同時に第一のスイッチング素子3のオン時間をtNとする旨を状態設定手段21を介して選択手段18および分離手段20に指令する。
【0056】
選択手段18は状態設定手段21を介して送られてきた制御手段11の指令に基づき、ゲートカウント設定手段14と加算手段16とブランク時間設定手段17の中からゲートカウント設定手段14を選択してゲートカウント設定手段14の出力を比較手段19に出力する。分離手段20は状態設定手段21を介して送られてきた制御手段11の指令に基づき、カウント手段13の出力信号をドライブ手段9に出力する。これにより、第一のスイッチング素子3のオン時間がtNとなる。
【0057】
次に、制御手段11は第一および第二のスイッチング素子3、4を共にオフにする旨を状態設定手段21に指令する。状態設定手段21はこの指令を受けて、選択手段18および分離手段20に伝達する。選択手段18はこの指令により、ブランク時間設定手段17を選択し出力する。分離手段20はこの指令により、ドライブ手段9、10双方にオフの信号を出力する。これにより、第一および第二のスイッチング素子3、4が共にブランク時間オフとなる。
【0058】
次に、第二のスイッチング素子4のオン時間をtNにする動作は、タイミングが異なるだけで第一のスイッチング素子3の場合と同様である。
【0059】
次に、第一および第二のスイッチング素子3、4が共にブランク時間オフとする動作は前記と同様である。以上の動作が一周期であり、これらの動作が繰り返される。
【0060】
この場合、ILで示した加熱コイル5に流れる電流は、0Aを中心としてほぼ上下対称の電流波形となり、ピーク値をILPNとしている。この時の電力をPNとする。
【0061】
ところで、加熱コイル5に流れる電流の波高値ILPNは第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間tNと正の相関があり、また、電力PNとも正の相関がある。第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間tNは基準発振手段12の発生するパルス数Nと正比例の関係にある。すなわち、次の式でこの関係を表すことができる。尚、基準発振手段12の出力するパルスの周期をToscとする。
tN=Tosc×N。
【0062】
従って、例えば、電力を高い方に変化させる場合、第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間tNを長くすればよい。このオン時間tNを一段階長くした時間はtN+1=Tosc×(N+1)である。
【0063】
第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間を共にtN+1にした場合の各信号波形を示したのが図3で、第一のスイッチング素子3のオン時間をtN+1とし、第二のスイッチング素子4のオン時間をtNとした場合の各信号波形を示したのが図4である。
【0064】
図3に示すように、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間を共にtN+1にする場合の動作は、上記した第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間を共にtNにする場合の動作において時間tNをtN+1に置き換えればよいので、説明を省略する。
【0065】
この場合の加熱コイル5に流れる電流は、上下側とも波高値ILPN+ΔILP3となり、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にtNの場合より、波高値が上下側ともΔILP3だけ大きな電流となる。よって、この時の電力はPN+ΔP2となり、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にtNの場合より、ΔP2だけ高い電力となる。
【0066】
図4に示すように、第一のスイッチング素子3のオン時間をtN+1とし、第二のスイッチング素子4のオン時間をtNとする場合、次のような動作を行う。尚、ブランク時間すなわち区間Bおよび区間Dの動作は前記と同様なので割愛する。
【0067】
制御手段11は第一のスイッチング素子3をオンするタイミングに、ゲートカウント設定手段14に時間tN+1に対応するカウント値を出力するよう指令し、同時に第一のスイッチング素子3のオン時間をtN+1とする旨を状態設定手段21を介して選択手段18および分離手段20に指令する。
【0068】
選択手段18は状態設定手段21を介して送られてきた制御手段11の指令に基づき、ゲートカウント設定手段14と加算手段16とブランク時間設定手段17の中から加算手段16を選択して加算手段16の出力を比較手段19に出力する。分離手段20は状態設定手段21を介して送られてきた制御手段11の指令に基づき、カウント手段13の出力信号をドライブ手段9に出力する。これにより、第一のスイッチング素子3のオン時間がtN+1となる。
【0069】
そして、制御手段11は第二のスイッチング素子4をオンするタイミングに、ゲートカウント設定手段14に時間tNに対応するカウント値を出力するよう指令し、同時に第二のスイッチング素子4のオン時間をtNとする旨を状態設定手段21を介して選択手段18および分離手段20に指令する。
【0070】
選択手段18は状態設定手段21を介して送られてきた制御手段11の指令に基づき、ゲートカウント設定手段14と加算手段16とブランク時間設定手段17の中からゲートカウント設定手段14を選択してゲートカウント設定手段14の出力を比較手段19に出力する。分離手段20は状態設定手段21を介して送られてきた制御手段11の指令に基づき、カウント手段13の出力信号をドライブ手段10に出力する。これにより、第二のスイッチング素子4のオン時間がtNとなる。
【0071】
この場合の加熱コイル5の電流は、上側波高値ILPN+ΔILP1となり、下側波高値ILPN+ΔILP2となり、第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にオン時間tNの場合より、上側波高値がΔILP1、下側波高値がΔILP2だけ大きな電流となる。よって、この時の電力はPN+ΔP1となり、第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にオン時間tNの場合より、ΔP1だけ高い電力となる。
【0072】
上記加熱コイル5の電流の波高値の三つの増加分の大小関係は、「ΔILP3>ΔILP1>ΔILP2」である。尚、ΔILP2とΔILP1には大きな差はない。
【0073】
従って、第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にtNの場合の電力PNと、共にtN+1の場合の電力PN+ΔP2と、一方がtN+1で他方がtNの場合の電力PN+ΔP1の大小関係は、「PN<[PN+ΔP1]<[PN+ΔP2]」となる。
【0074】
上記における第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間が共にtNの場合と、共にtN+1の場合は従来において実現していた状態であるが、一方がtN+1で他方がtNの場合は従来では実現できなかった状態である。従来、電力PNの一段階上の電力はPN+ΔP2であったが、本構成によって、電力PNと電力PN+ΔP2の間に電力PN+ΔP1を設けることができる。
【0075】
この模様を示したのが図5である。図5は第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間と電力の関係を表した図で、tオン1、tオン2はそれぞれ第一、第二のスイッチング素子3、4のオン時間を意味している。
【0076】
図5において、オン時間については「tN<[tN+1]<[tN+2]」の大小関係であり、電力については「PN<[PN+ΔP1]<[PN+ΔP2]<[PN+ΔP3]<[PN+ΔP4]<[PN+ΔP5]」の大小関係である。
【0077】
尚、第一および第二のスイッチング素子3、4のオン時間を共に同じ時間で変化させる従来の方式の場合は、電力PNの一段階上の電力はPN+ΔP2、さらに一段階上の電力はPN+ΔP4、・・・となる。
【0078】
つまり、このような構成にすることにより、制御手段11に従来と同じビット構成のマイクロコンピュータを使用しても、従来の電力制御の分解能を二倍にすることができる。また、基準発振手段12の発振周波数を高める必要がないので、ノイズの影響を抑えることができる。また、回路の変更は最小カウント手段15と加算手段16等の小規模な追加程度で済み、コストの上昇を最小とすることができる。
【0079】
加えて、基準発振手段12に安定性の高い水晶発振子やセラミック発振子の採用が可能になったので、周波数変動に起因する第一、第二のスイッチング素子3、4の駆動時間の変動を抑制することができ、より安定度の高い電力制御が実現できる。
【0080】
尚、上記例では最小カウント設定手段15や状態設定手段21等を制御手段11の外部に設けたが、これらを制御手段11の内部に設けたり、他の回路構成で実現することも可能である。また、共振回路7の構成要素である共振コンデンサ6を一つとしたが、二つとする構成等も考えられる。
【0081】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の誘導加熱調理器によれば、交互に駆動されて高周波電流を流す第一、第二のスイッチング素子と、前記高周波電流が流れて近傍の負荷に渦電流を発生させ負荷を自己発熱させる加熱コイルと、回路全体を制御する制御手段とを備え、前記制御手段の指令により前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間を可変させて前記加熱コイルへの通電電力を制御する誘導加熱調理器において、前記第一、第二のスイッチング素子のオンオフ時間の基準となるパルスを発生する基準発振手段と、前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間をカウント値で設定出力するゲートカウント設定手段と、前記第一、第二のスイッチング素子のオン時間の最小のカウント値を設定出力する最小カウント設定手段とを備え、前記制御手段は前記第一および第二のスイッチング素子を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値で駆動して両スイッチング素子のオン時間をほぼ等しくする状態と、前記第一または第二のスイッチング素子のいずれか一方を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値に前記最小カウント設定手段の出力するカウント値を加算したカウント値で駆動し他方を前記ゲートカウント設定手段の出力するカウント値で駆動していずれか一方のオン時間を他方のオン時間より長くする状態の何れかを選択して制御するものである。
【0082】
これによって、従来の電力制御の分解能を二倍にし、かつ、ノイズの影響を抑え、回路の変更を小規模としてコストの上昇を最少とするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路ブロック図である。
【図2】本発明の一実施例における主要部の波形の第一の例を示す図である。
【図3】本発明の一実施例における主要部の波形の第二の例を示す図である。
【図4】本発明の一実施例における主要部の波形の第三の例を示す図である。
【図5】本発明の一実施例におけるスイッチング素子のオン時間と電力の関係を表す図である。
【図6】従来例の回路ブロック図である。
【図7】従来例の主要部の波形の第一の例を示す図である。
【図8】従来例の主要部の波形の第二の例を示す図である。
【符号の説明】
3 第一のスイッチング素子
4 第二のスイッチング素子
5 加熱コイル
8 負荷
11 制御手段
12 基準発振手段
14 ゲートカウント設定手段
15 最小カウント設定手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power control method for an induction heating cooker.
[0002]
[Prior art]
A conventional induction heating cooker has been recognized as a heat source that replaces a tabletop gas table or the like because it does not generate an open flame, can control the temperature of a load, and has high safety. In addition, as an electric cooker to be incorporated in a system kitchen or the like, a conventional heater using a resistor such as a sheathed heater, a plate heater, or a halogen heater as a heat source, replacing one of the heaters with induction heating, or inducing two or more heaters. It is replacing the cooker.
[0003]
The induction heating cooker converts an AC power supply into a DC power supply, and then turns it on and off with a switching element to convert it into a high-frequency current. The high-frequency current flows through the heating coil, and is arranged in the vicinity by electromagnetic induction caused by the generated magnetic flux. An eddy current is generated in the metal load, and the eddy current heats the load by generating heat.
[0004]
As a control method of an induction heating cooker, a method of using two switching elements and alternately driving them to flow a high-frequency current is one of the typical methods, and a control means generally formed by a microcomputer or the like. The ON time of the two switching elements is varied according to the above command to control the power supplied to the heating coil.
[0005]
Such a conventional example will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional example, FIG. 7 is a diagram showing a first example of a waveform of a main portion of the conventional example, and FIG. 8 is a diagram showing a second example of a waveform of a main portion of the conventional example.
[0006]
In FIG. 6, the input terminal of the
[0007]
The control unit includes drive means 9 and 10 for driving the first and
[0008]
The operation of the above configuration will be described.
The rectifying
[0009]
The control unit 11 outputs a digital / analog signal corresponding to the set power to the
[0010]
Next, a detailed operation of the main part will be described with reference to signal waveforms.
7 and 8, the signals of SEP1 and SEP2 are the waveforms of the output signals to the drive means 9 and 10 of the separation means 20, respectively, and correspond to the first and
[0011]
FIG. 7 is a diagram showing a first example of the waveform of the main part of the conventional example, in which the ON times of the first and
[0012]
In FIG. 7, the control means 11 outputs a digital / analog signal based on a digital value N corresponding to the set power to the
[0013]
The oscillating means 23 determines the ON time tN of the first and
[0014]
When the set power changes by one step, for example, by one step, the control means 11 changes the digital value that is the source of the digital / analog signal output to the
[0015]
In FIG. 8, since the ON time of the first and
[0016]
When the set power increases by two steps, the digital value serving as the source of the digital / analog signal output from the control means 11 becomes N + 2, and the ON time of the first and
[0017]
As a similar example of the above-mentioned method, there is an example of
[0018]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-192861.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional induction heating cooker uses a microcomputer as the control means 11 because it has a small number of parts and is inexpensive. The output of the microcomputer has a resolution of only about 8 bits. The resolution (the number of steps) of the power control depends on the number of bits of the output of the microcomputer. Therefore, the conventional method cannot simply and inexpensively increase the resolution of power control.
[0020]
Further, since the
[0021]
Therefore, in order to avoid the above-mentioned problem, a high-frequency reference oscillating means using a crystal oscillator or a ceramic oscillator is provided, and its output pulse is counted, and a predetermined frequency of the first and
[0022]
However, since the drive pulse widths of the first and
[0023]
Therefore, in order to secure the resolution of power control, a method of providing high-frequency oscillation means and increasing the number of stages of the counting means can be considered. However, this method also has a problem that high-frequency noise is generated from high-frequency oscillating means, which causes malfunction of other circuit parts, and increases the number of stages of the counting means, thereby increasing the circuit scale and increasing the cost. , Was difficult to implement.
[0024]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to double the resolution of conventional power control, suppress the influence of noise, minimize circuit changes, and minimize cost increases. I do.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides first and second switching elements that are alternately driven to supply a high-frequency current, and that the high-frequency current flows to generate an eddy current in a nearby load, thereby causing the load to be self-contained. A heating coil for generating heat, and control means for controlling the entire circuit, wherein an induction time for controlling the power supplied to the heating coil by varying the on time of the first and second switching elements according to a command from the control means. In the heating cooker, reference oscillation means for generating a pulse serving as a reference for the on / off time of the first and second switching elements, and a gate for setting and outputting the on time of the first and second switching elements as a count value Count setting means, and a minimum count setting means for setting and outputting a minimum count value of the ON time of the first and second switching elements, wherein the control means is A state in which the first and second switching elements are driven by the count value output by the gate count setting means to make the on-time of both switching elements substantially equal, and one of the first and second switching elements is The count value output from the gate count setting means is added to the count value output from the minimum count setting means, and the other is driven by the count value output from the gate count setting means. Is selected and controlled to be longer than the other ON time.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As described above, the present invention provides a first and a second switching element that are alternately driven to flow a high-frequency current, and a heating coil that generates an eddy current in a nearby load when the high-frequency current flows and self-heats the load. And control means for controlling the entire circuit, wherein the induction heating cooker controls the power supplied to the heating coil by varying the ON time of the first and second switching elements according to a command from the control means. Reference oscillation means for generating a pulse serving as a reference for the on / off time of the first and second switching elements, and gate count setting means for setting and outputting the on time of the first and second switching elements with a count value Minimum count setting means for setting and outputting the minimum count value of the on-time of the first and second switching elements, wherein the control means comprises the first and second switching elements. A state in which the switching elements are driven by the count value output from the gate count setting means to make the on-time of both switching elements substantially equal, and one of the first and second switching elements is changed by the gate count setting means. The count value output by the count value output from the minimum count setting means is added to the count value, and the other is driven by the count value output from the gate count setting means to set one of the ON times to the other ON time. One of the states to be longer is selected and controlled.
[0027]
As a result, the resolution of the conventional power control can be doubled, the influence of noise can be suppressed, and the cost of the circuit can be reduced by miniaturizing the circuit.
[0028]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a circuit block diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a first example of a waveform of a main part in one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of a main part in one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a second example of a waveform, FIG. 4 is a diagram showing a third example of a waveform of a main part in one embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an on-time and power of a switching element in one embodiment of the present invention. FIG.
[0030]
Referring to FIG. 1, the overall configuration of an embodiment of the present invention will be described.
[0031]
In the figure,
[0032]
[0033]
A
[0034]
[0035]
[0036]
Numeral 11 denotes a control means which is formed by a microcomputer or the like and controls the entire circuit by issuing an appropriate command. The power supplied to the
[0037]
Reference numeral 12 denotes a reference oscillating means for generating a pulse which is a reference for the on / off time of the first and
[0038]
A gate count setting means 14 sets and outputs the ON time of the first and
[0039]
Reference numeral 16 denotes an adder which adds the output signal of the gate count setting means 14 and the output signal of the minimum count setting means 15 and outputs the result. A blank time setting means 17 creates and outputs a blank time so that the ON states of the first and
[0040]
A selecting
[0041]
[0042]
The operation of the above configuration will be described.
When a user (not shown) turns on a power switch (not shown), the rectifying means 2 rectifies the
[0043]
Here, when the user (not shown) sets the power and starts heating, the control means 11 recognizes this fact and responds to the power set in the gate count setting means 14 and the state setting means 21 and respectively. The command corresponding to the means is output.
[0044]
The reference oscillating means 12 generates a pulse which is a reference for the on / off time of the first and
[0045]
The gate count setting means 14 sets and outputs the ON time of the first and second switching elements corresponding to the power set by the command of the control means 11 by a count value. The minimum count setting means 15 sets and outputs the minimum count value of the ON time of the first and
[0046]
The adding means 16 adds the output signal of the gate count setting means 14 and the output signal of the minimum count setting means 15 and outputs the result. The blank time setting means 17 creates and outputs a blank time so that the ON states of the first and
[0047]
The selecting means 18 selects one of the outputs of the gate count setting means 14, the adding means 16 and the blank time setting means 17 in accordance with a command from the control means 11 and outputs the selected output to the comparing
[0048]
The comparing means 19 compares the output of the selecting means 18 with the output of the counting means 13 and outputs a reset signal to the counting means 13 when the two outputs coincide with each other. clear. That is, the counting means 13 outputs a periodic signal to the comparing
[0049]
The separating means 20 converts the output signal of the counting means 13 into the driving means 9 for the
[0050]
The first and
[0051]
Next, a detailed operation of the main part will be described with reference to signal waveforms.
First, a case where the ON times of the first and
[0052]
In FIG. 2, the OSC signal has a pulse waveform generated by the reference oscillation means 12. The COUNT signal is the output waveform of the counting means 13. The SEL signal is the output waveform of the selection means 18. For "S1" and the like shown in the waveform, "S1" indicates that the gate count selection means 14 is selected, and "S2" indicates that the minimum count setting means 15 is selected. If selected, "S3" means a case where blank time setting means 17 is selected. The signal of CMP is the output waveform of the comparing
[0053]
In the section A, the
[0054]
As shown in FIG. 2, when the ON times of the first and
[0055]
The control means 11 instructs the gate count setting means 14 to output a count value corresponding to the time tN at the timing when the
[0056]
The selecting means 18 selects the gate count setting means 14 from the gate count setting means 14, the adding means 16 and the blank time setting means 17 based on the command of the control means 11 sent via the state setting means 21. The output of the gate count setting means 14 is output to the comparing
[0057]
Next, the control means 11 commands the state setting means 21 to turn off both the first and
[0058]
Next, the operation of setting the ON time of the second switching element 4 to tN is the same as that of the
[0059]
Next, the operation of turning off both the first and
[0060]
In this case, the current flowing through the
[0061]
Meanwhile, the peak value ILPN of the current flowing through the
tN = Tosc × N.
[0062]
Therefore, for example, when the power is changed to a higher value, the ON time tN of the first and
[0063]
FIG. 3 shows each signal waveform when the ON time of both the first and
[0064]
As shown in FIG. 3, when the ON time of both the first and
[0065]
In this case, the current flowing through the
[0066]
As shown in FIG. 4, when the ON time of the
[0067]
The control means 11 instructs the gate count setting means 14 to output a count value corresponding to the
[0068]
The selecting means 18 selects the adding means 16 from the gate count setting means 14, the adding means 16 and the blank time setting means 17 based on the command from the control means 11 sent via the state setting means 21 and The output of 16 is output to the comparison means 19. The separating means 20 outputs an output signal of the counting means 13 to the driving means 9 based on the command of the control means 11 sent via the state setting means 21. Thus, the ON time of the
[0069]
Then, at the timing when the second switching element 4 is turned on, the control means 11 instructs the gate count setting means 14 to output a count value corresponding to the time tN, and at the same time, sets the ON time of the second switching element 4 to tN. Is instructed to the selecting
[0070]
The selecting means 18 selects the gate count setting means 14 from the gate count setting means 14, the adding means 16 and the blank time setting means 17 based on the command of the control means 11 sent via the state setting means 21. The output of the gate count setting means 14 is output to the comparing
[0071]
In this case, the current of the
[0072]
The magnitude relationship between the three increases in the peak value of the current of the
[0073]
Therefore, the magnitude relationship between the power PN when the ON times of the first and
[0074]
The above-described case where the ON time of the first and
[0075]
FIG. 5 shows this pattern. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the on-time of the first and
[0076]
In FIG. 5, the ON time has a magnitude relationship of “tN <[tN + 1] <[tN + 2]”, and the power is “PN <[PN + ΔP1] <[PN + ΔP2] <[PN + ΔP3] <[PN + ΔP4] <[PN + ΔP5] Is a magnitude relationship.
[0077]
In the case of the conventional method in which the ON times of the first and
[0078]
That is, with such a configuration, the resolution of the conventional power control can be doubled even if a microcomputer having the same bit configuration as the conventional one is used for the control means 11. Further, since it is not necessary to increase the oscillation frequency of the reference oscillation means 12, the influence of noise can be suppressed. Further, the circuit need only be changed on a small-scale basis such as the minimum counting means 15 and the adding means 16 and the like, and the increase in cost can be minimized.
[0079]
In addition, since it is possible to use a crystal oscillator or a ceramic oscillator having high stability as the reference oscillating means 12, fluctuations in the drive time of the first and
[0080]
In the above example, the minimum count setting means 15, the state setting means 21 and the like are provided outside the control means 11, but they may be provided inside the control means 11 or realized by another circuit configuration. . Further, although one
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the induction heating cooker of the present invention, the first and second switching elements that are alternately driven to flow a high-frequency current, and the high-frequency current flows to generate an eddy current in a nearby load. A heating coil for self-heating the load, and control means for controlling the entire circuit, and varying the on-time of the first and second switching elements according to a command from the control means to supply electric power to the heating coil. In the induction heating cooker to be controlled, reference oscillation means for generating a pulse which is a reference for the on / off time of the first and second switching elements, and the on time of the first and second switching elements are set by a count value. A gate count setting means for outputting, and a minimum count setting means for setting and outputting a minimum count value of the ON time of the first and second switching elements, The stage drives the first and second switching elements with the count value output from the gate count setting means to make the on-time of both switching elements substantially equal, and any one of the first and second switching elements. Either one is driven by the count value obtained by adding the count value output by the minimum count setting means to the count value output by the gate count setting means, and the other is driven by the count value output by the gate count setting means. One of the states in which one ON time is longer than the other ON time is selected and controlled.
[0082]
As a result, it is possible to double the resolution of the conventional power control, suppress the influence of noise, and minimize the increase in cost by making small-scale circuit changes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a first example of a waveform of a main part in one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a second example of a waveform of a main part in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a third example of a waveform of a main part in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an on-time of a switching element and power in one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional example.
FIG. 7 is a diagram showing a first example of a waveform of a main part of a conventional example.
FIG. 8 is a diagram showing a second example of the waveform of the main part of the conventional example.
[Explanation of symbols]
3 First switching element
4 Second switching element
5 heating coil
8 Load
11 control means
12 Reference oscillation means
14 Gate count setting means
15 Minimum count setting means
Claims (1)
前記第一、第二のスイッチング素子(3)、(4)のオンオフ時間の基準となるパルスを発生する基準発振手段(12)と、前記第一、第二のスイッチング素子(3)、(4)のオン時間をカウント値で設定出力するゲートカウント設定手段(14)と、前記第一、第二のスイッチング素子(3)、(4)のオン時間の最小のカウント値を設定出力する最小カウント設定手段(15)とを備え、前記制御手段(11)は前記第一および第二のスイッチング素子(3)、(4)を前記ゲートカウント設定手段(14)の出力するカウント値で駆動して両スイッチング素子(3)、(4)のオン時間をほぼ等しくする状態と、前記第一または第二のスイッチング素子(3)、(4)のいずれか一方を前記ゲートカウント設定手段(14)の出力するカウント値に前記最小カウント設定手段(15)の出力するカウント値を加算したカウント値で駆動し他方を前記ゲートカウント設定手段(14)の出力するカウント値で駆動していずれか一方のオン時間を他方のオン時間より長くする状態の何れかを選択して制御することを特徴とする誘導加熱調理器。First and second switching elements (3) and (4), which are alternately driven to flow a high-frequency current, and generate an eddy current in a nearby load (8) by the flow of the high-frequency current, thereby allowing the load (8) to self-load A heating coil (5) for generating heat and control means (11) for controlling the entire circuit are provided, and the first and second switching elements (3) and (4) are turned on by a command from the control means (11). In an induction heating cooker for varying the time to control the power supplied to the heating coil (5),
Reference oscillating means (12) for generating a pulse serving as a reference for the on / off time of the first and second switching elements (3) and (4); and the first and second switching elements (3) and (4). ), A gate count setting means (14) for setting and outputting the ON time as a count value, and a minimum count for setting and outputting the minimum count value of the ON time of the first and second switching elements (3), (4). Setting means (15), wherein the control means (11) drives the first and second switching elements (3), (4) with the count value output from the gate count setting means (14). A state in which the ON times of the two switching elements (3) and (4) are made substantially equal, and one of the first and second switching elements (3) and (4) is set by the gate count setting means (14). Output The count value is added to the count value output from the minimum count setting means (15), and the other is driven by the count value output from the gate count setting means (14), and the other is driven by the count value. An induction heating cooker characterized by selecting and controlling one of the states that is longer than the other ON time.
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