JP2005294186A

JP2005294186A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2005294186A
Application number: JP2004110849A
Authority: JP
Inventors: Jun Fumiya; 潤文屋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】還流ダイオードの過昇防止を実現することができる誘導加熱調理器を得る。
【解決手段】加熱コイル８に高周波電流を供給するインバータ３と、インバータ３に駆動信号を与えるインバータ駆動回路５と、加熱コイル８の電流を回生させる還流ダイオード９と、負荷電流を検知する負荷電流検知回路１１と、設定電力指示回路７と、入力電力を演算し出力する入力電力検知回路２と、入力電力検知回路２の出力に基づきインバータを制御し且つ負荷電流検知回路１１の出力に上限値を設けてインバータ駆動回路５に信号を与える制御回路６と、インバータ駆動回路５の駆動信号オン時間を計測するオン時間計測回路６ｃを備え、制御回路６で与えられる負荷電流検知回路１１の出力上限値を、オン時間計測回路６ｃで計測されるオン時間と設定電力指示回路７の出力により変化させる制御アルゴリズムを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、使用者が鍋を載置し、火力を設定して調理を行う誘導加熱調理器に関するものである。

従来の誘導加熱調理器は、制御手段で与えられる負荷電流検知回路の出力上限値を、使用者が設定する設定電力や鍋材質に関係なく一定としており、鍋をトッププレート上に載置した後、電源を投入して火力を設定すると制御回路は設定電力で動作するようにインバータを駆動する。このとき制御回路は、入力電流及び入力電圧から入力電力を演算する入力電力検知回路の出力により実際の入力電力が設定電力と一致するように制御する。

図７において、トッププレートに載置された鍋の材質が鉄等で高インピーダンス特性を有する場合、設定電力では制御回路インバータへ出力する駆動信号のオン時間を長くすることで加熱コイルに負荷電流を多く供給するようにし、実際の入力電力が設定電力と一致するように制御する。トッププレートに載置された鍋の材質が非磁性ＳＵＳ３０４等で低インピーダンス特性を有する場合、設定電力は制御回路がインバータへ出力する駆動信号のオン時間を短くすることで加熱コイルに負荷電流が過大に流れるのを防止し、実際の入力電力が設定電力と一致するように制御する。

また、図１２において、制御回路は負荷電流検知回路の出力上限値を一定値として定めており、負荷電流検知回路により検知される負荷電流が出力上限値を超える場合にはインバータへ出力する駆動信号のオン時間を短くして入力電力を抑えることで負荷電流値を上限値に制御する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−７５６２３号公報（段落００１４〜００３７、図１、図７、図１２）

解決しようとする課題は、使用者がトッププレート上に載置した鍋の材質が低インピーダンス特性を有する鍋（非磁性ＳＵＳ３０４等）であった場合、上記に示すようにインバータ３へ出力する駆動信号のオン時間を短くすることで負荷電流値を上限値に制御しても、負荷電流を回生させる還流ダイオードには過大な電流が流れるため発熱が大きくなることであった。また仮に負荷電流の上限値を低く抑えると、高インピーダンス特性を有する鍋（鉄等の適正鍋）がトッププレートに載置された場合、負荷電流が上限値を超えてしまうことがあり、インバータ３へ出力する駆動信号のオン時間が短く制御されるために実際の入力電力が設定電力と一致しなくなるという問題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、還流ダイオードの過昇防止ができる誘導加熱調理器を得ることを目的とする。

この発明に係る誘導加熱調理器は、加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ、このインバータに駆動信号を与えるインバータ駆動回路、前記加熱コイルの電流を回生させる還流ダイオード、前記加熱コイルに流れる負荷電流を検知する負荷電流検知回路、設定電力を指示する設定電力指示回路、入力電流及び入力電圧から入力電力を演算し出力する入力電力検知回路及び前記入力電力検知回路の出力と前記負荷電流検知回路の出力に基づいて前記インバータを制御する制御回路を備えた誘導加熱調理器において、
前記制御回路は、前記インバータ駆動回路の前記駆動信号のオン時間を計測するオン時間計測回路を備え、前記設定電力に基づいて、前記オン時間計測回路で計測された前記駆動信号のオン時間が、一定時間以下は変化し、前記一定時間を超えたときに一定となるように負荷電流上限値を設定し、前記オン時間計測回路で計測された前記駆動信号オン時間が前記一定時間よりも短く、かつ、前記負荷電流検知回路で検知された負荷電流が、前記負荷電流上限値よりも大きいときに、前記駆動信号オン時間を短くして前記検知された負荷電流が前記負荷電流上限値となるようにしたものである。

この発明は、設定電力に基づいて、オン時間計測回路で計測された駆動信号のオン時間が、一定時間以下は変化し、前記一定時間を超えたときに一定となるように負荷電流上限値を設定し、前記オン時間計測回路で計測された前記駆動信号オン時間が前記一定時間よりも短く、かつ、前記負荷電流検知回路で検知された負荷電流が、前記負荷電流上限値よりも大きいときに、前記駆動信号オン時間を短くして前記検知された負荷電流が前記負荷電流上限値となるようにしたので、還流ダイオードの過昇防止をすることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路図、図２はこの発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の動作フロー図、図３はこの発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の動作波形図、図４はこの発明の実施の形態１における駆動信号オン時間と負荷電流上限値との関係図である。

図１において、制御回路６の出力はインバータ駆動回路４及び５に接続され、インバータ駆動回路４及び５にインバータ３が接続される。インバータ３はスイッチング素子３ａ、３ｂから構成され、電源ＡＣの交流を整流するダイオードブリッジ１に接続されている。インバータ３の出力端には加熱コイル８と共振用コンデンサ１０の直列回路が接続され、また共振用コンデンサ１０と並列に負荷電流を回生させる還流ダイオード９が接続される。負荷電流検知回路１１は共振用コンデンサ１０の配線上に置かれることで負荷電流値を検知し、また入力電力検知回路２は電源ＡＣからの交流入力電流が流れる配線上に置かれることで入力電力値を検知する構成となっている。ここで負荷電流検知回路１１は還流ダイオード９の配線上に置かれてもよい。制御回路６は、ＰＷＭを生成するＰＷＭ生成部６ａ、駆動信号オン時間を計測するオン時間計測回路６ｃ、及び負荷電流の上限を設定する負荷電流上限値設定部６ｂから構成される。また、設定電力指示回路７は制御回路６内のＰＷＭ生成部６ａに接続されている。

次に動作について図１〜４を用いて説明する。図３（ａ）は鉄鍋の時のインバータ駆動回路４の駆動信号と還流ダイオード９の電流波形、図３（ｂ）は非磁性ＳＵＳ鍋の時のインバータ駆動回路４の駆動信号と還流ダイオード９の電流波形を示す。また、図４はインバータ駆動回路４の駆動信号のオン時間Ｔ_onと負荷電流上限値との関係を示し、制御回路６に設定されているもので、設定電力に基づいて、駆動信号オン時間の経過とともに、一定時間以内は増加し、前記一定時間を超えたときに一定となるように負荷電流上限値が設定されている。負荷電流上限値がオン時間により変化する負荷電流上限値可変領域と変化しない負荷電流上限値一定領域を定め、負荷電流上限値可変領域と負荷電流上限値一定領域の境界が一定時間である境界時間をｔ₀とする。

まず、使用者が鍋をトッププレート上に載置した後、電源ＡＣを投入して所望の火力を設定すると設定電力指示回路７から制御回路６内のＰＷＭ生成部６ａに設定電力が指示され（Ｓ１）、制御回路６はこの設定電力で動作するようにインバータ駆動回路４、５を介してインバータ３を駆動する。このとき制御回路６は、電源ＡＣ入力電流及び入力電圧から入力電力を演算する入力電力検知回路２の出力（Ｓ２）により実際の入力電力が設定電力と一致するように、インバータ駆動回路４、５のオン時間を変化させて制御する（Ｓ３〜Ｓ４）。

加熱コイル８に流れる負荷電流は、共振用コンデンサ１０にも同様に流れ、図１に示すようにインバータ３を、例えばハーフブリッジ構成とした場合、スイッチング素子３ａがオフし、スイッチング素子３ｂがオンすると負荷電流は共振用コンデンサ１０から加熱コイル８を介してスイッチング素子３ｂに流れる。このとき共振用コンデンサ１０と加熱コイル８の接点電位が零電位に達すると、還流ダイオード９が導通し、共振用コンデンサ１０の電流は回生される。

トッププレートに載置された鍋の材質が鉄等で高インピーダンス特性を有する場合には、負荷電流が流れにくくなることから図３ａに示すように回生される還流ダイオード９の電流９１ａは大きくなく、インバータ駆動回路４の駆動信号４１ａのオン時間をＴ_onaと長くすることで実際の入力電力が設定電力と一致するように制御される（Ｓ３〜Ｓ４）。
しかし、トッププレートに載置された鍋の材質が非磁性ＳＵＳ３０４等で低インピーダンス特性を有する場合には、過大な負荷電流が流れるため図２ｂに示すように還流ダイオード９の電流９１ｂも過大となるので、インバータ駆動回路４の駆動信号４１ｂのオン時間をＴ_onｂと短くすることで実際の入力電力が設定電力と一致するように制御される（図３のＳ３〜Ｓ４）。

このように、鍋の材質毎に実際の入力電力と設定電力を一致すると駆動信号オン時間Ｔ_onが出力され（Ｓ５）、出力されたインバータ駆動回路４の駆動信号オン時間Ｔ_onは制御回路６内のオン時間計測回路６ｃで計測される（Ｓ６）。
次に、図４に示すように負荷電流上限値がオン時間で変化する領域と変化しない領域の境界時間ｔ₀と駆動信号オン時間Ｔ_onを比較する（Ｓ８）。Ｔ_onがｔ₀より大きい場合にはそのままＴ_onで動作を持続し（Ｓ１１）、Ｔ_onがｔ₀以下の場合には、負荷電流検知回路１１で検知される負荷電流が制御回路６で与えられる負荷電流上限値を越えるかどうか比較し（Ｓ９）、負荷電流が負荷電流上限値に達しない時はそのままＴ_onで動作持続し（Ｓ１１）、負荷電流が負荷電流上限値を超える時にはオン時間をＴ_on’（＜Ｔ_on）と短くして（Ｓ１０）、負荷電流を負荷電流上限値に一致させる。そして、このオン時間Ｔ_on’で動作を持続する（Ｓ１２）。

境界時間ｔ₀は、設定電力により決められ、設定電力が大きければｔ₀も大きくなる。また、Ｉｃは負荷電流上限値一定領域の負荷電流上限値であり、スイッチング素子３ａ，３ｂや還流ダイオード９の定格電流で規定される。これは負荷電流上限値を高くしてしまうと、鍋種類によってはスイッチング素子に定格を超える電流が流れてしまうためである。

以上のように、制御回路６内のオン時間計測回路６ｃで計測されるオン時間Ｔ_onが境界オン時間ｔ₀よりも短く、且つ負荷電流検知回路１１で検知される負荷電流が、制御回路６で与えられＴ_on値毎で定められる負荷電流上限値よりも大きくなる時、オン時間Ｔ_onを小さくして負荷電流を上限値とするようにしているので、トッププレートに載置された鍋の材質が非磁性ＳＵＳ３０４等で低インピーダンス特性を有する場合、過大な負荷電流が流れることなく、即ち、過大な還流ダイオード電流が流れなくなるため、還流ダイオードの過昇防止（発熱）を実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、設定電力に基づいて、駆動信号オン時間の経過とともに、一定時間以内は増加し、一定時間を超えたときに一定となるように負荷電流上限値を設定したが、本実施の形態は、設定電力及びオン時間Ｔ_on値毎で変化させる負荷電流上限値を、設定電力及びオン時間Ｔ_onをパラメータとしたテーブルで与えて動作させるものである。
図５はこの発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の制御回路６の負荷電流上限値設定部６ｂ記憶された負荷電流上限値テーブル、図６はこの発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の動作フロー図である。
構成は実施の形態１の図１において、制御回路６の負荷電流上限値設定部６ｂに負荷電流上限値テーブルが記憶されている。他の構成は同じなので説明を省略する。

次に動作について図５、図６を用いて説明する。なお、回路動作は実施の形態１と同様のため説明を省略する。
図５は設定電力とオン時間で決定される負荷電流上限を定めた負荷電流上限テーブルであり、Ｉ１は実施の形態１の図４のＩｃに相当し、負荷電流上限値の負荷電流上限値一定領域の負荷電流上限値（下降を不要とする値を意味する）を示す。Ｉ２からＩ５は図４の負荷電流上限値可変領域の負荷電流上限値を示し、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４＞Ｉ５である。
図５において、例えば、設定電力が２．２ｋＷの時、オン時間計測回路６ｃによるオン時間Ｔ_onが１８μｓｅｃであった場合、負荷電流上限値はＩ３であり、また、設定電力が例えば３．０ｋＷの時、オン時間Ｔ_onが１１μｓｅｃであった場合、負荷電流上限値はＩ５である。
また、実施の形態１の図４の境界時間ｔ₀は、例えば、設定電力が１．３ｋＷならばｔ₀＝１５μｓｅｃ、設定電力が２．２ｋＷであればｔ_o＝２５μｓｅｃである。

動作は図６のステップＳ１１〜１７は実施の形態１の図２のＳ１〜７と同じなので説明を省略する。
ステップＳ１６で計測された駆動信号オン時間Ｔ_onとステップＳ１１で設定された設定電力から図５に示した負荷電流上限テーブルにより負荷電流上限値を求め、ステップＳ１７で検知された負荷電流が負荷電流上限テーブルから求めた負荷電流上限値に達しない時はそのままＴ_onで動作持続し（Ｓ２０）、負荷電流が負荷電流上限値を超える時にはオン時間をＴ_on’（＜Ｔ_on）に変化させ（Ｓ１９）、負荷電流を負荷電流上限値に一致させる。そして、このオン時間Ｔ_on’で動作を持続する（Ｓ２１）。
例えば、設定電力が２．２ｋＷで、オン時間Ｔ_on＝１８μｓｅｃのときは、図５に示した負荷電流上限テーブルから負荷電流上限値はＩ₃であり、ある鍋で、設定電力が２．２ｋＷ、オン時間Ｔ_on＝１８μｓｅｃと制御された時の実際の負荷電流がＩ₃を超えてしまった場合は、オン時間Ｔ_onを１８μｓｅｃより小さくして（Ｔ_on’として）実際の負荷電流がＩ₃となるように制御する。

以上のように、負荷電流上限値テーブルに基づいてオン時間計測回路６ｃで計測された駆動信号オン時間から負荷電流上限値を求め、負荷電流検知回路１１で検知された負荷電流が、負荷電流上限値テーブルから求めた前記負荷電流上限値よりも大きいときに、駆動信号オン時間を短くして負荷電流を負荷電流上限値となるようにするので、実施の形態１の効果に加え、制御回路６の制御アルゴリズムを容易に作製することが可能となる。
なお、この発明の誘導加熱調理器の他に、動信号オン時間によりＩＨクッキングヒーターの鍋材質判別等にも適用できる。

この発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の回路図である。この発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の動作波形図である。この発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の動作フロー図である。この発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の駆動信号オン時間と負荷電流上限値との関係図である。この発明の実施の形態２を示す負荷電流上限値テーブルの設定例である。この発明の実施の形態２を示す誘導加熱調理器の動作フロー図である。

符号の説明

２入力電力検知回路、３インバータ、３ａ、３ｂスイッチング素子、４、５インバータ駆動回路、６制御回路、６ａＰＷＭ生成部、６ｂ負荷電流上限値設定部、６ｃオン時間計測回路、７設定電力指示回路、８加熱コイル、９還流ダイオード、１１負荷電流検知回路。

Claims

加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ、このインバータに駆動信号を与えるインバータ駆動回路、前記加熱コイルの電流を回生させる還流ダイオード、前記加熱コイルに流れる負荷電流を検知する負荷電流検知回路、設定電力を指示する設定電力指示回路、入力電流及び入力電圧から入力電力を演算し出力する入力電力検知回路及び前記入力電力検知回路の出力と前記負荷電流検知回路の出力に基づいて前記インバータを制御する制御回路を備えた誘導加熱調理器において、
前記制御回路は、前記インバータ駆動回路の前記駆動信号のオン時間を計測するオン時間計測回路を備え、
前記設定電力に基づいて、前記オン時間計測回路で計測された前記駆動信号のオン時間が、一定時間以下は変化し、前記一定時間を超えたときに一定となるように負荷電流上限値を設定し、前記オン時間計測回路で計測された前記駆動信号オン時間が前記一定時間よりも短く、かつ、前記負荷電流検知回路で検知された負荷電流が、前記負荷電流上限値よりも大きいときに、前記駆動信号オン時間を短くして前記検知された負荷電流が前記負荷電流上限値となるようにしたことを特徴とする誘導加熱調理器。
加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ、このインバータに駆動信号を与えるインバータ駆動回路、前記加熱コイルの電流を回生させる還流ダイオード、前記加熱コイルに流れる負荷電流を検知する負荷電流検知回路、設定電力を指示する設定電力指示回路、入力電流及び入力電圧から入力電力を演算し出力する入力電力検知回路及び前記入力電力検知回路の出力と前記負荷電流検知回路の出力に基づいて前記インバータを制御する制御回路を備えた誘導加熱調理器において、
前記制御回路は、前記インバータ駆動回路の前記駆動信号のオン時間を計測するオン時間計測回路と、
前記設定電力と駆動信号のオン時間に基づいて負荷電流上限値を定めた負荷電流上限値テーブルとを備え、
前記負荷電流上限値テーブルに基づいて前記オン時間計測回路で計測された前記駆動信号オン時間から負荷電流上限値を求め、前記負荷電流検知回路で検知された前記負荷電流が、前記負荷電流上限値テーブルから求めた前記負荷電流上限値よりも大きいときに、駆動信号オン時間を短くして前記負荷電流を前記負荷電流上限値となるようにすることを特徴とする誘導加熱調理器。