JP2005166499A - 誘導加熱インバータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フルブリッジ構成の誘導加熱インバータを複数台備え、該インバータそれぞれの加熱コイルを介して１個または前記複数個の鍋を加熱する際に生ずることがある干渉音を抑制する。
【解決手段】
３台の誘導加熱インバータにより１個の鍋を加熱する回路構成例として、誘導加熱インバータ１０ａ（２０ａ，３０ａ）にはダイオード整流回路１１（２１，３１）と、フィルタコンデンサ１２（２２，３２）と、インバータ主回路１３（２３，３３）と、共振コンデンサ１４（２４，３４）および加熱コイル１５（２５，３５）と、電流検出器１６（２６，３６）と、電圧検出器１７（２７，３７）と、インバータ制御回路１９（２９，３９）とから構成し、設定回路２００からの周波数信号とそれぞれへの電力指令値とにより、インバータ主回路の一方のアームの駆動信号に対して他方のアームの駆動信号との間の位相差を前記電力指令値に対応して制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、フルブリッジ構成の誘導加熱インバータを複数台備え、該インバータそれぞれの加熱コイルを介して１個または前記複数個の鍋を加熱する際の誘導加熱インバータの制御方法に関する。

図５は、この種の誘導加熱インバータとして、３台の誘導加熱インバータにより１個の鍋を加熱する構成の従来例を示す回路構成図であり、この図において、１は三相の商用電源などの交流電源、２は誘導加熱インバータ１０，２０，３０それぞれの加熱コイル１５，２５，３５を介して加熱される鍋を示す。

この誘導加熱インバータ１０（２０，３０）には交流電源１の電圧を整流するダイオード整流回路１１（２１，３１）と、フィルタコンデンサ１２（２２，３２）と、例えばＩＧＢＴ（図示のＳ₁₁〜Ｓ₁₄，Ｓ₂₁〜Ｓ₂₄，Ｓ₃₁〜Ｓ₃₄）とダイオードの逆並列回路をフルブリッジ構成にしたインバータ主回路１３（２３，３３）と、直列共振回路を形成する共振コンデンサ１４（２４，３４）および加熱コイル１５（２５，３５）と、交流電源１からの入力電流を検出する電流検出器１６（２６，３６）と、ダイオード整流回路１１（２１，３１）の整流電圧を入力電圧として検出する電圧検出器１７（２７，３７）と、前記入力電流と入力電圧と設定回路１００からの電力指令値とに基づきインバータ主回路１３（２３，３３）を形成する前記Ｓ₁₁〜Ｓ₁₄（Ｓ₂₁〜Ｓ₂₄，Ｓ₃₁〜Ｓ₃₄）への駆動信号を生成するインバータ制御回路１８（２８，３８）とから構成されている。

図６は、図５に示したインバータ制御回路１８，２８，３８のうちの一例としてのインバータ制御回路１８の詳細回路構成図であり、電力演算回路１８ａと電力調節回路１８ｂと周波数調整回路１８ｃとゲート駆動回路１８ｄ，１８ｅとを備えている。

以下に、図６の回路構成を参照しつつ、図５に示した誘導加熱インバータ１０，２０，３０による鍋２への加熱動作を説明する。

予め、直列共振回路を形成する共振コンデンサ１４および加熱コイル１５、共振コンデンサ２４および加熱コイル２５、共振コンデンサ３４および加熱コイル３５それぞれの共振周波数をほぼ等しく調整されているものとし、鍋２に対する誘導加熱インバータ１０，２０，３０へのそれぞれの電力指令値が設定回路１００から発せられると、インバータ制御回路１８では電圧検出器１２から得られる入力電圧の平均値と、電流検出器１６から得られる入力電流の実効値との乗算演算値に基づいて加熱コイル１５を介した鍋２への加熱電力検出値を電力演算回路１８ａで求め、求めた加熱電力検出値と前記電力指令値との偏差を零にする調節演算を電力調節回路１８ｂに行わせ、この調節演算結果に基づいて周波数調整回路１８ｃでは、前記共振周波数より高い周波数領域（例えば、２０〜５０ｋＨｚ）で所望の周波数の駆動信号を生成し、この駆動信号に基づいてゲート駆動回路１８ｄ，１８ｅでは前記Ｓ₁₁〜Ｓ₁₄へのオン，オフ信号を発生させることにより、誘導加熱インバータ１０は安定に動作しつつ、鍋２を誘導加熱できることが知られている。

このとき、誘導加熱インバータ２０，３０でも、上述の誘導加熱インバータ１０と同様の制御動作で、鍋２を誘導加熱する。
特開２００３−２６４０５６号公報 （第２頁〜４頁，第１図）

図５，６に示した従来の回路構成による誘導加熱インバータの制御方法によると、直列共振回路を形成する共振コンデンサ１４および加熱コイル１５、共振コンデンサ２４および加熱コイル２５、共振コンデンサ３４および加熱コイル３５それぞれの共振周波数をほぼ等しく調整されている状態でも、加熱コイル１５，２５，３５それぞれから鍋２へ供給する加熱電力としての前記電力指令値が互いに異なるときには、それぞれの前記駆動信号の周波数が互いに異なった値となり、その結果、それぞれの駆動信号のうち、少なくとも何れか二つの周波数差が可聴周波数領域にあるときには、発生する干渉音も可聴周波数領域となり、この干渉音が周囲の人間に不快感を与えることがあった。

前記特許文献１に開示されている上記干渉音の解消策は、複数台の誘導加熱インバータそれぞれの駆動信号の周波数を何れか１台の誘導加熱インバータがその電力指令値に基づく加熱電力が出力できる周波数値とし、他の誘導加熱インバータは前記周波数値で前記駆動信号のオン，オフ比（導通比）を制御することにより、所望の加熱電力が得られるような調整を行うようにしていた。しかしながら、この解消策では、前記駆動信号のオン，オフ比を制御することから、ゲート駆動回路などのスイッチング特性も高速のものが必要となり、また、その都度の電力指令値により前記駆動信号の周波数値を決定する誘導加熱インバータが異なることとなり、その結果、誘導加熱インバータの制御回路が複雑になるという難点があった。

この発明の目的は上記問題点を解決し、その回路構成を簡単にできる誘導加熱インバータの制御方法を提供することにある。

この第１の発明はフルブリッジ構成の誘導加熱インバータを複数台備え、該インバータそれぞれの加熱コイルを介して１個の鍋を加熱する際の誘導加熱インバータの制御方法において、前記鍋への加熱電力を所望の値にするために、前記誘導加熱インバータそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させつつ、該インバータそれぞれは一方のアームの駆動信号に対応する他方のアームの駆動信号の位相差を制御することを特徴とする。

第２の発明はフルブリッジ構成の誘導加熱インバータを複数台備え、該インバータそれぞれの加熱コイルを介して前記複数個の鍋を加熱する際の誘導加熱インバータの制御方法において、前記鍋それぞれへの加熱電力を所望の値にするために、前記誘導加熱インバータそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させつつ、該インバータそれぞれは一方のアームの駆動信号に対応する他方のアームの駆動信号の位相差を制御することを特徴とする。

第３の発明は前記第１または第２の発明の誘導加熱インバータの制御方法において、前記誘導加熱インバータそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させるために共通の周波数信号を設け、この周波数信号を前記１個または複数個の鍋への加熱電力それぞれに基づいて調整することを特徴とする。

この発明によれば、前記誘導加熱インバータそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させることにより、前記干渉音の発生を抑制し、また、前記誘導加熱該インバータは一方のアームの駆動信号に対応する他方のアームの駆動信号の位相差を制御することにより、前記ゲート駆動回路などのスイッチング特性も高速の必要がなく、前記加熱コイルから鍋へ供給する加熱電力をほぼ０％から連続的に制御することが可能である。

図１は、この発明の第１の実施例を示す誘導加熱インバータの回路構成図であり、図５に示した従来例構成と同様に、３台の誘導加熱インバータにより１個の鍋を加熱する回路構成を示し、この図において、図５と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち図１において、図５と異なる点は、インバータ制御回路１８，２８，３８に代えてインバータ制御回路１９，２９，３９を備え、従って、誘導加熱インバータ１０，２０，３０は誘導加熱インバータ１０ａ，２０ａ，３０ａとしている。また、設定回路１００に代えて設定回路２００を備えている。

図２は、図１に示したインバータ制御回路１９，２９，３９のうちの一例としてのインバータ制御回路１９の詳細回路構成図であり、ゲート駆動回路１９ａと電力演算回路１９ｂと電力調節回路１９ｃと位相調整回路１９ｄとゲート駆動回路１９ｅとを備えている。

以下に、図３の動作波形図を参照しつつ、図１，２に示した誘導加熱インバータ１０ａ，２０ａ，３０ａによる鍋２への加熱動作を説明する。

先述の干渉音の発生を抑制するために、誘導加熱インバータ１０ａ，２０ａ，３０ａそれぞれをほぼ同一の出力周波数で動作させるが、このために、予め、直列共振回路を形成する共振コンデンサ１４および加熱コイル１５、共振コンデンサ２４および加熱コイル２５、共振コンデンサ３４および加熱コイル３５それぞれの共振周波数をほぼ等しく設定されているものとする。

先ず、鍋２に対する誘導加熱インバータ１０ａ，２０ａ，３０ａへのそれぞれの電力指令値と前記共振周波数より高い周波数領域（例えば、２０〜５０ｋＨｚ）で前記電力指令値それぞれが出力できる周波数信号（図３参照）とが設定回路２００から発せられると、インバータ制御回路１９のゲート駆動回路１９ａにより前記周波数信号を駆動信号とし、該周波数信号と同じ周期で前記Ｓ₁₁へのオン，オフ信号（オン，オフ比がほぼ１、図３参照）および前記Ｓ₁₂へは該Ｓ₁₁とは逆相のオン，オフ信号（図３参照）を生成し、また位相調整回路１９ｄでは、前記周波数信号としての駆動信号に対してその位相差αが許容最大値に設定された新たな駆動信号を発生させ、ゲート駆動回路１９ｅではこの新たな駆動信号に基づく前記Ｓ₁₄へのオン，オフ信号（オン，オフ比がほぼ１）および前記Ｓ₁₃への該Ｓ₁₄とは逆相のオン，オフ信号を生成することで鍋２への加熱を開始する。

次に、鍋２への加熱が開始されると、電圧検出器１２から得られる入力電圧の平均値と、電流検出器１６から得られる入力電流の実効値との乗算演算値に基づいて加熱コイル１５を介した鍋２への加熱電力検出値を電力演算回路１９ｂで求め、求めた加熱電力検出値と前記電力指令値との偏差を零にする調節演算を電力調節回路１９ｃに行わせ、この調節演算結果に基づいて位相調整回路１９ｄでは、上述の如く最大値に設定された位相差αを前記偏差がほぼ零になるような位相差α₁₀（図３参照）の駆動信号を生成し、この駆動信号に基づいて、ゲート駆動回路１９ｅでは前記Ｓ₁₃およびＳ₁₄へのオン，オフ信号（図３参照）を発生させることにより、共振コンデンサ１４と加熱コイル１５の両端には図３に示すような電圧が印加され、誘導加熱インバータ１０ａは安定に動作しつつ、前記電力指令値に対応した加熱電力で鍋２を誘導加熱することができる。

このとき、誘導加熱インバータ２０ａ，３０ａでも、上述の誘導加熱インバータ１０ａと同様の制御動作で、鍋２を誘導加熱する。なお、図３には誘導加熱インバータ２０ａの前記Ｓ₂₁〜Ｓ₂₄，前記位相差α₂₀，共振コンデンサ２４と加熱コイル２５の両端電圧それぞれの動作波形も図示している。

なお、図１による動作説明では、設定回路２００よりの前記周波数信号を用いることにより、誘導加熱インバータ１０ａ，２０ａ，３０ａそれぞれを同一出力周波数で動作させるようにしているが、例えば、水晶発振回路と分周回路とをそれぞれのインバータ制御回路に内蔵させることで、前記周波数信号を省略した回路構成、すなわち、図１において、設定回路２００に代えて設定回路１００を用いた回路構成でも、誘導加熱インバータ１０ａ，２０ａ，３０ａそれぞれをほぼ同一の出力周波数で動作させることができる。

図４は、この発明の第２の実施例を示す誘導加熱インバータの回路構成図であり、３台の誘導加熱インバータにより、近接して配置された３個の鍋を加熱するときの回路構成を示し、この図において、図１，２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、図４に示した回路構成が図１に示した回路構成と異なる点は、鍋３〜５となり、直列共振回路を形成する共振コンデンサ１４ａ（２４ａ，３４ａ）および加熱コイル１５ａ（２５ａ，３５ａ）となっていることであり、その結果、誘導加熱インバータ１０ａ，２０ａ，３０ａも誘導加熱インバータ１０ｂ，２０ｂ，３０ｂとしている。

ここで、先述の干渉音の発生を抑制するために、誘導加熱インバータ１０ｂ，２０ｂ，３０ｂそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させるが、このため及び異なった材質または形状の鍋にも対応するために、予め設定した標準的な鍋に対する共振コンデンサ１４ａ，２４ａ，３４ａそれぞれの静電容量および加熱コイル１５ａ，２５ａ，３５ａそれぞれのインダクタンスをほぼ等しく設定し、従って、その共振周波数もほぼ等しくしている。

以下に、図４に示した誘導加熱インバータ１０ｂ，２０ｂ，３０ｂによる鍋３〜５への加熱動作を説明する。

すなわち、鍋３〜５に対する誘導加熱インバータ１０ｂ，２０ｂ，３０ｂへのそれぞれの電力指令値と前記共振周波数より高い周波数領域（例えば、２０〜５０ｋＨｚ）で前記電力指令値それぞれが出力できる周波数信号とが設定回路２００から発せられると、インバータ制御回路１９では前記周波数信号を駆動信号とし、該周波数信号と同じ周期で前記Ｓ₁₁へのオン，オフ信号および前記Ｓ₁₂へは該Ｓ₁₁とは逆相のオン，オフ信号を生成すると共に、誘導加熱インバータ１０ｂが起動完了状態では、前記周波数信号としての駆動信号に対して所望の位相差αを有する前記Ｓ₁₄へのオン，オフ信号および前記Ｓ₁₃への該Ｓ₁₄とは逆相のオン，オフ信号を生成することで、誘導加熱インバータ１０ｂは安定に動作しつつ、前記電力指令値に対応した加熱電力で鍋３を誘導加熱することができる。

このとき、誘導加熱インバータ２０ｂ，３０ｂでも、上述の誘導加熱インバータ１０ｂと同様の制御動作で、鍋４，５を誘導加熱する。

なお、図１，４に示した実施例の回路構成それぞれでは、設定回路２００から発せられる電力指令値に対応する前記加熱電力検出値を、前記入力電流と入力電圧とに基づいて導出しているが、前記入力電圧とそれそれの加熱コイルに流れる電流の実効値とに基づいて導出することもできる。

この発明の第１の実施例を示す誘導加熱インバータの回路構成図 図１の部分詳細回路構成図 図１，２の動作を説明する波形図 この発明の第２の実施例を示す誘導加熱インバータの回路構成図 従来例を示す誘導加熱インバータの回路構成図 図５の部分詳細回路構成図

符号の説明

１…交流電源、２〜５…鍋、１０，２０，３０，１０ａ，２０ａ，３０ａ，１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ…誘導加熱インバータ、１１，２１，３１…ダイオード整流回路、１２，２２，３２…フィルタコンデンサ、１３，２３，３３…インバータ主回路、１４，２４，３４，１４ａ，２４ａ，３４ａ…共振コンデンサ、１５，２５，３５，１５ａ，２５ａ，３５ａ…加熱コイル、１６，２６，３６…電流検出器、１７，２７，３７…電圧検出器、１８，１９，２８，２９，３８，３９…インバータ制御回路、１８ａ…電力演算回路、１８ｂ…電力調節回路、１８ｃ…周波数調整回路、１８ｄ，１８ｅ，１９ａ…ゲート駆動回路、１９ｂ…電力演算回路、１９ｃ…電力調節回路、１９ｄ…位相調整回路、１９ｅ…ゲート駆動回路。

Claims (3)

1. フルブリッジ構成の誘導加熱インバータを複数台備え、該インバータそれぞれの加熱コイルを介して１個の鍋を加熱する際の誘導加熱インバータの制御方法において、
   前記鍋への加熱電力を所望の値にするために、前記誘導加熱インバータそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させつつ、該インバータそれぞれは一方のアームの駆動信号に対応する他方のアームの駆動信号の位相差を制御することを特徴とする誘導加熱インバータの制御方法。
2. フルブリッジ構成の誘導加熱インバータを複数台備え、該インバータそれぞれの加熱コイルを介して前記複数個の鍋を加熱する際の誘導加熱インバータの制御方法において、
   前記鍋それぞれへの加熱電力を所望の値にするために、前記誘導加熱インバータそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させつつ、該インバータそれぞれは一方のアームの駆動信号に対応する他方のアームの駆動信号の位相差を制御することを特徴とする誘導加熱インバータの制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘導加熱インバータの制御方法において、
   前記誘導加熱インバータそれぞれをほぼ同じ出力周波数で動作させるために共通の周波数信号を設け、この周波数信号を前記１個または複数個の鍋への加熱電力それぞれに基づいて調整することを特徴とする誘導加熱インバータの制御方法。
   

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