JP2007080752A - Induction heating cooking device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To select an inverter circuit configuration suited for heating and inverter drive conditions by detecting the state of a load. <P>SOLUTION: An induction heating cooking device comprises a power supply means 3; the inverter circuit 50; an input current detection means 10; an inverter current detection means 13; a load state detection means 14 for detecting the state of a load; a voltage detection means 11 for detecting the input voltage of the power supply means 3; and a control means 300 for controlling at least the output voltage of the power supply means 3, and the inverter circuit 50. The inverter circuit 50 can be switched to a half-bridge configuration or a full-bridge configuration. The control means 300 switches to a half-bridge configuration or a full-bridge configuration by the output of the load state detection means 14 and setting power thrown to a metal body to be heated. Either the output voltage of the power supply means 3 or the drive frequency of the inverter circuit 50 is changed to control power thrown to the metal body to be heated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘導加熱調理器の被加熱金属体を加熱するための電力制御方法に関するものである。   The present invention relates to a power control method for heating a metal body to be heated of an induction heating cooker.

誘導加熱調理器は、高周波電流を流す加熱コイルの近傍に配した被加熱金属体に渦電流を発生させ、そのジュール熱によって被加熱金属体自体が自己発熱することで、効率よく被加熱金属体を加熱することができるものであり、近年、ガスコンロや電熱ヒータによる加熱調理器具に対して、安全性や温度制御性に優れた点によって、これらの置き換えが進んでいる。   The induction heating cooker generates an eddy current in a heated metal body arranged in the vicinity of a heating coil that passes a high-frequency current, and the heated metal body itself self-heats due to its Joule heat, thereby efficiently heating the heated metal body. In recent years, the replacement of cooking appliances using gas stoves or electric heaters has been progressing due to their excellent safety and temperature controllability.

このような誘導加熱調理器において、加熱コイルに高周波電流を流すための電力制御回路は、いわゆる共振型インバータと呼ばれ、被加熱金属体を含めた加熱コイルのインダクタンスと、共振コンデンサを接続し、電力制御回路のスイッチング素子を20〜40kHz程度の駆動周波数でオンオフ制御する構成が一般的である。また、共振型インバータには電圧共振型と電流共振型があり、前者は100V電源、後者は200V電源用として適用されることが多い。   In such an induction heating cooker, the power control circuit for flowing a high-frequency current to the heating coil is called a so-called resonance type inverter, and connects the inductance of the heating coil including the metal to be heated and the resonance capacitor, In general, the switching element of the power control circuit is on / off controlled at a driving frequency of about 20 to 40 kHz. In addition, there are a voltage resonance type and a current resonance type in the resonance type inverter, and the former is often applied for a 100V power source and the latter for a 200V power source.

当初は鉄などの磁性材料からなる被加熱金属体である金属鍋(負荷)のみが加熱できるだけであったが、近年は非磁性ステンレス製などの金属鍋(負荷)も加熱できるようになってきている。さらに、加熱できないとされてきたアルミニウム製の非磁性の被加熱金属体を加熱できるようにしたものが提案されている。   At first, only metal pans (loads), which are heated metal bodies made of magnetic materials such as iron, could only be heated, but in recent years, metal pans (loads) made of non-magnetic stainless steel can also be heated. Yes. Further, there has been proposed an aluminum non-heated metal body which can be heated, which can be heated.

このような共振型インバータを使用した誘導加熱調理器においては、被加熱金属体を加熱する場合は、被加熱金属体と加熱コイルで決まるインダクタンス(等価インダクタンスL)と、加熱に寄与する抵抗分(等価抵抗R)が発熱しやすさに影響することが判っている。つまり、被加熱金属体が磁性の金属(鉄や磁性ステンレスなど)では電力を投入しやすく、非磁性の金属(非磁性ステンレスやアルミ、銅など)では電力を投入しにくいことを表す。これは後者が等価抵抗Rの値が小さく、被加熱金属体に誘起する渦電流がジュール熱となりにくいためである。   In an induction heating cooker using such a resonance type inverter, when heating a metal body to be heated, an inductance (equivalent inductance L) determined by the metal body to be heated and a heating coil, and a resistance component ( It has been found that the equivalent resistance R) affects the ease of heat generation. That is, when the metal body to be heated is a magnetic metal (iron, magnetic stainless steel, etc.), it is easy to input power, and when it is a nonmagnetic metal (nonmagnetic stainless steel, aluminum, copper, etc.), it is difficult to input power. This is because the latter has a small value of the equivalent resistance R, and the eddy current induced in the metal body to be heated is unlikely to become Joule heat.

そのため、被加熱金属体の材質によって加熱コイルの巻き数を切り替える方法、すなわち非磁性の被加熱金属体に対しては加熱コイルの巻き数を増加させ、加熱効率を上昇させることによって解決を図っているものがある(例えば、特許文献1、2参照)。   Therefore, a method of switching the number of turns of the heating coil depending on the material of the metal body to be heated, i.e., by increasing the number of turns of the heating coil and increasing the heating efficiency for a non-magnetic metal body to be heated (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

また、加熱コイルの巻き数は固定(単一の加熱コイル)とし、非磁性の被加熱金属体においては電力が投入できるが、磁性の被加熱金属体では電力を投入しにくくなるという問題に対して、非磁性の被加熱金属体を検出した場合はインバータ回路構成をハーフブリッジ構成とし、磁性の被加熱金属体を検出した場合はフルブリッジ構成に切り替えられるようにする提案がなされている(例えば、特許文献3参照)。   In addition, the number of turns of the heating coil is fixed (single heating coil), and power can be applied to a non-magnetic metal object to be heated. However, it is difficult to apply power to a magnetic metal object to be heated. When a non-magnetic heated metal body is detected, the inverter circuit configuration is a half-bridge configuration, and when a magnetic heated metal body is detected, a proposal is made to switch to a full-bridge configuration (for example, And Patent Document 3).

特開昭61−16491号公報JP-A 61-16491 特開昭61−128493号公報JP-A-61-128493 特開平5−251172号公報JP-A-5-251172

しかしながら、上記の従来技術において、前者のものは、加熱コイルの巻き数を切り替える場合、高周波電流の流れない加熱コイルの部分が存在するため、その部分の被加熱金属体が発熱しなくなり、被加熱金属体の発熱分布が均一でなくなって加熱ムラが発生したり、異なる径の被加熱金属体を使用した場合には被加熱金属体の径の大きさによって電力の投入レベルが変化してしまうという問題が発生する。   However, in the above prior art, when the number of turns of the heating coil is switched, there is a portion of the heating coil in which the high-frequency current does not flow. Heat distribution of the metal body is not uniform and uneven heating occurs, or when a heated metal body with a different diameter is used, the power input level changes depending on the diameter of the heated metal body. A problem occurs.

また、加熱コイルの巻き数を切り替えるために設けられた加熱コイルのタップ構造や、重ね巻き構造によっては、加熱コイルに印加される高電圧に対する絶縁距離の確保が困難となる場合が生ずる。   Further, depending on the heating coil tap structure or the lap winding structure provided for switching the number of turns of the heating coil, it may be difficult to secure an insulation distance against a high voltage applied to the heating coil.

後者のものは、加熱コイルの巻き数を固定(単一の加熱コイル)とし、被加熱金属体が磁性あるいは非磁性かによりインバータ回路構成をフルブリッジ回路構成、またはハーフブリッジ回路構成に切り替えるようにすると、特性的にその中間領域にある被加熱金属体の場合、適さないインバータ回路構成に切り替えられて通電され、加熱効率が悪くなるとともに、インバータ回路にダメージを与えてしまうという問題点がある。   In the latter, the number of turns of the heating coil is fixed (single heating coil), and the inverter circuit configuration is switched to a full bridge circuit configuration or a half bridge circuit configuration depending on whether the metal body to be heated is magnetic or nonmagnetic. Then, in the case of the metal body to be heated which is characteristically in the intermediate region, there is a problem that the inverter circuit configuration is switched to an unsuitable inverter and energized, the heating efficiency is deteriorated and the inverter circuit is damaged.

また、単一の加熱コイルを用い、インバータ回路構成を切り替えても、インバータ回路の負荷のインピーダンスが大きい場合は、負荷である加熱コイルに電流が流れにくく、インバータ回路のスイッチング素子に接続されているスナバコンデンサが影響して、スイッチング素子の損失を増大させる場合があり、これは負荷に低電力を投入する場合に影響が大きくなる。つまり、負荷のインピーダンスが大きい場合は低電力域の制御において、スナバコンデンサに残留する電荷による充放電電流のスイッチング素子に流れる比率が大きくなり、スイッチング素子に過大な電流が流れることによりスイッチング素子の損失が増大し、温度上昇によりスイッチング素子の信頼性が悪くなったり、スイッチング素子の冷却にかかる費用が増大し、コストアップの要因になるという問題点がある。   Even if the inverter circuit configuration is switched using a single heating coil, if the impedance of the load of the inverter circuit is large, it is difficult for current to flow through the heating coil that is the load, and it is connected to the switching element of the inverter circuit The snubber capacitor may affect the loss of the switching element, which increases the effect when low power is applied to the load. In other words, when the load impedance is large, the ratio of the charge / discharge current flowing to the switching element due to the charge remaining in the snubber capacitor increases in the control of the low power range, and the switching element loss is caused by excessive current flowing in the switching element. However, there is a problem that the reliability of the switching element is deteriorated due to a temperature rise, and the cost for cooling the switching element is increased, resulting in an increase in cost.

また、スナバコンデンサの充放電電流は被加熱金属体の加熱には寄与しない電力として消費されてしまうので加熱効率が低下する。   Moreover, since the charging / discharging current of the snubber capacitor is consumed as electric power that does not contribute to heating of the metal body to be heated, the heating efficiency is lowered.

本発明は、上記の課題のうち少なくとも1つを解決するためになされたものである。   The present invention has been made to solve at least one of the above problems.

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、請求項1では直流電圧を出力する電源手段と、前記電源手段を経由して共振コンデンサと加熱コイルからなる直列共振回路に高周波電流を流し、前記加熱コイル近傍に配置された被加熱金属体に渦電流を生じさせ加熱するインバータ回路と、前記電源手段の入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記直列共振回路に流れる電流を検出するインバータ電流検出手段と、前記入力電流検出手段およびインバータ電流検出手段の入力から負荷の状態を検出する負荷状態検出手段と、前記電源手段の入力電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも前記電源手段の出力電圧および前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路は前記直列共振回路に対してハーフブリッジ構成またはフルブリッジ構成に切替え可能な構成とし、前記制御手段は、前記負荷状態検出手段の出力と被加熱金属体に投入する設定電力により前記インバータ回路をハーフブリッジ構成またはフルブリッジ構成に切り替えるとともに、前記電源手段の出力電圧および前記インバータ回路の駆動周波数のいずれか一方を変化させて被加熱金属体に投入する電力を制御するものである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problem. In claim 1, a high-frequency current is supplied to a power supply means for outputting a DC voltage and a series resonance circuit including a resonance capacitor and a heating coil via the power supply means. An inverter circuit that generates eddy currents in a metal body to be heated disposed near the heating coil and heats it, input current detection means that detects an input current of the power supply means, and current that flows in the series resonance circuit Inverter current detecting means for detecting, load state detecting means for detecting a load state from inputs of the input current detecting means and the inverter current detecting means, voltage detecting means for detecting an input voltage of the power supply means, and at least the power supply Output voltage of the means and control means for controlling the inverter circuit, the inverter circuit being half of the series resonant circuit The control means is configured to be switchable to a ridge configuration or a full-bridge configuration, and the control means switches the inverter circuit to a half-bridge configuration or a full-bridge configuration based on the output of the load state detection means and the set power supplied to the metal body to be heated. The power supplied to the metal body to be heated is controlled by changing either the output voltage of the power supply means or the drive frequency of the inverter circuit.

また、請求項2では前記負荷状態検出手段は、前記直列共振回路のインピーダンス、ないしは、共振周波数の高低状態を複数段階で判別するものである。   According to a second aspect of the present invention, the load state detection means discriminates the impedance of the series resonance circuit or the resonance frequency level in a plurality of stages.

また、請求項3では前記負荷状態検出手段が、低インピーダンス、ないしは、高共振周波数と判別した場合、前記制御手段は前記インバータ回路をハーフブリッジ構成に切替えるとともにインバータ回路の駆動周波数を略固定し、電源手段の出力電圧を可変するように制御するものである。   According to a third aspect of the present invention, when the load state detection means determines that the impedance is low impedance or high resonance frequency, the control means switches the inverter circuit to a half-bridge configuration and substantially fixes the drive frequency of the inverter circuit, The output voltage of the power supply means is controlled to be variable.

また、請求項4では前記負荷状態検出手段が、高インピーダンス、ないしは、低共振周波数と判別した場合、前記制御手段は前記インバータ回路をフルブリッジ構成に切替えるとともに、インバータ回路の駆動周波数および電源手段の出力電圧を可変するように制御するものである。   According to a fourth aspect of the present invention, when the load state detection means determines that the impedance is high impedance or low resonance frequency, the control means switches the inverter circuit to a full bridge configuration, and the inverter circuit drive frequency and power supply means The output voltage is controlled to be variable.

また、請求項5では前記負荷状態検出手段が、高インピーダンス、ないしは、低共振周波数と判別した場合、かつ、被加熱金属体に投入する電力が低電力の場合にのみハーフブリッジ構成に切り替え、前記制御手段は前記インバータ回路の駆動周波数および電源手段の出力電圧を可変するように制御するものである。   Further, in claim 5, when the load state detection means determines that the impedance is high impedance or low resonance frequency, and when the power to be applied to the metal body to be heated is low power, the half-bridge configuration is switched. The control means controls to vary the drive frequency of the inverter circuit and the output voltage of the power supply means.

本発明の誘導加熱調理器は、上記のように構成したことにより、負荷の状態を判別し、低インピーダンスないし高共振周波数の負荷ではハーフブリッジ構成のインバータ回路とし、高インピーダンスないし低共振周波数の負荷ではフルブリッジ構成のインバータ回路とし最適な回路構成を選択し、それぞれインバータ駆動周波数と直流電源電圧出力の組み合わせで電力制御を行うことができ、スイッチング素子の損失を低減させることができる。   The induction heating cooker according to the present invention is configured as described above, so that the state of the load is determined, and a low-impedance or high-resonance frequency load is a half-bridge inverter circuit. Therefore, an optimum circuit configuration can be selected as a full-bridge inverter circuit, and power control can be performed by a combination of the inverter drive frequency and the DC power supply voltage output, respectively, and the loss of the switching element can be reduced.

また、負荷に最適なインバータ回路構成に切替えて、インバータ回路の駆動周波数や電源手段の出力電圧のどちらかの制御し易い方法をとることができるため、低損失で負荷変動に強いインバータ回路を有する誘導加熱調理器を提供することができる。   Also, by switching to an inverter circuit configuration that is optimal for the load and adopting a method that makes it easy to control either the drive frequency of the inverter circuit or the output voltage of the power supply means, the inverter circuit has low loss and is resistant to load fluctuations. An induction heating cooker can be provided.

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施例を説明する回路ブロック図である。図において、交流電源1を整流手段2で直流化し、電源手段3により交流電源の実効値電圧に対して高低に設定できる略安定化直流電源電圧を出力する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram for explaining an embodiment of the present invention. In the figure, the AC power supply 1 is converted to DC by the rectifying means 2 and the power supply means 3 outputs a substantially stabilized DC power supply voltage that can be set higher or lower than the effective value voltage of the AC power supply.

インバータ回路50は加熱コイル4と共振コンデンサ5または共振コンデンサ7で構成する直列共振回路51に対してスイッチング部100だけ、またはスイッチング部100およびスイッチング部200の両方のスイッチング素子を高周波で駆動することによって、加熱コイル4に高周波電流を流し、加熱コイル4近傍に設けられる被加熱金属体である金属鍋(負荷)に渦電流を生じさせ、それによるジュール熱によって被加熱金属体自身を発熱させる。   The inverter circuit 50 drives only the switching unit 100 or both switching elements of the switching unit 100 and the switching unit 200 at a high frequency with respect to the series resonant circuit 51 configured by the heating coil 4 and the resonant capacitor 5 or the resonant capacitor 7. Then, a high-frequency current is passed through the heating coil 4 to generate an eddy current in a metal pan (load) that is a metal body to be heated provided in the vicinity of the heating coil 4, and the metal body to be heated itself is heated by Joule heat.

スイッチング部100は、スイッチング素子101、102の直列体に逆並列にダンパダイオード103、104をそれぞれ接続する。また、必要に応じて各スイッチング素子101、102にスナバコンデンサ105、106を接続する。スイッチング素子101、102の直列体の中点に負荷である直列共振回路51(加熱コイル4と共振コンデンサ5または共振コンデンサ7の直列体)の一端を接続する。   The switching unit 100 connects the damper diodes 103 and 104 in antiparallel to the series body of the switching elements 101 and 102, respectively. Further, snubber capacitors 105 and 106 are connected to the switching elements 101 and 102 as necessary. One end of a series resonance circuit 51 (a series body of the heating coil 4 and the resonance capacitor 5 or the resonance capacitor 7), which is a load, is connected to the midpoint of the series body of the switching elements 101 and 102.

スイッチング部200もスイッチング部100と同様の構成である。   The switching unit 200 has the same configuration as the switching unit 100.

インバータ回路50の回路構成はハーフブリッジ構成(SEPP(Single Ended Push Pull)回路構成を含む)およびフルブリッジ構成の双方の構成がとれるように切替リレー6および切り替えリレー8で負荷である直列共振回路51の接続先を切替える。   The circuit configuration of the inverter circuit 50 is a series resonant circuit 51 that is a load in the switching relay 6 and the switching relay 8 so that both a half-bridge configuration (including a single-ended push-pull (SEPP) circuit configuration) and a full-bridge configuration can be taken. Switch the connection destination of.

具体的には、切替リレー6を接続し、切替リレー8を切断することにより負荷である直列共振回路51はスイッチング部100の中点と電源手段3の基準電位側に接続され、ハーフブリッジ構成(又はSEPP)型のインバータ回路構成となる。切替リレー6を電源手段3の高電圧側にも接続し共振コンデンサ5も接続をするようにすればハーフブリッジ構成となる。SEPPおよびハーフブリッジ構成においては基本的な動作は同じなので、以下SEPPの回路構成として説明する。   Specifically, by connecting the switching relay 6 and disconnecting the switching relay 8, the series resonance circuit 51 as a load is connected to the midpoint of the switching unit 100 and the reference potential side of the power supply means 3, and a half-bridge configuration ( Or, it is a SEPP) type inverter circuit configuration. If the switching relay 6 is connected to the high voltage side of the power supply means 3 and the resonance capacitor 5 is also connected, a half-bridge configuration is obtained. Since the basic operation is the same in the SEPP and the half-bridge configuration, the following description will be made as the circuit configuration of the SEPP.

スイッチング素子101および102を交互に排他的に駆動することによって、負荷である直列共振回路51にスイッチング素子101、102の駆動周波数の振動数を持つ高周波電流が流れる。   By driving the switching elements 101 and 102 alternately and exclusively, a high-frequency current having the frequency of the driving frequency of the switching elements 101 and 102 flows through the series resonance circuit 51 that is a load.

フルブリッジ構成とするためには、切替リレー6を切断し、切替リレー8を接続し、負荷である直列共振回路51をスイッチング部200のスイッチング素子201、202の直列体の中点に接続する。そしてスイッチング素子101と202、および102と201の組合せを交互に排他的に駆動することによって、負荷である直列共振回路51に駆動周波数の振動数を持つ高周波電流が流れる。   In order to obtain a full bridge configuration, the switching relay 6 is disconnected, the switching relay 8 is connected, and the series resonant circuit 51 as a load is connected to the midpoint of the series body of the switching elements 201 and 202 of the switching unit 200. By alternately driving the combinations of the switching elements 101 and 202 and 102 and 201 alternately, a high-frequency current having a frequency of the driving frequency flows through the series resonance circuit 51 that is a load.

制御手段300は使用者が操作する操作部18の設定により、被加熱金属体に投入する目標とする電力を設定し、それにしたがってインバータ回路50の回路構成の設定、スイッチング素子101、102、201、202の駆動周波数の設定、電源手段3の直流電源電圧出力の設定等を行う。また、スイッチング素子101、102、201、202への駆動信号はゲートドライブ手段15によって適切な信号レベルに変換する。また、スイッチング素子101、102およびスイッチング素子201、202が短絡動作にならないように防止手段を有する。また、切替リレー6、8の駆動信号はリレードライブ手段16によって適切な信号レベルに変換するとともに、切替リレー6、8が同時に駆動されないよう防止手段を有する。   The control means 300 sets the target power to be input to the metal body to be heated according to the setting of the operation unit 18 operated by the user, and accordingly the setting of the circuit configuration of the inverter circuit 50, the switching elements 101, 102, 201, The setting of the driving frequency 202 and the setting of the DC power supply voltage output of the power supply means 3 are performed. Further, the drive signals to the switching elements 101, 102, 201, 202 are converted into appropriate signal levels by the gate drive means 15. Moreover, it has a prevention means so that switching element 101,102 and switching element 201,202 may not be short-circuited. In addition, the drive signals of the switching relays 6 and 8 are converted to an appropriate signal level by the relay drive means 16, and a prevention means is provided so that the switching relays 6 and 8 are not driven simultaneously.

制御手段300は、インバータ回路50の動作を検出するため、電流検知素子9によって交流電源1側に流れる電源手段3の入力電流を検知し、その検知した電流を電圧に変換する入力電流検出手段10と、交流電源1の電圧を検出する電圧検出手段11と、インバータ回路50の負荷である直列共振回路51に流れる電流(インバータ電流)を検知する電流検知素子12によって検知した電流を電圧に変換するインバータ電流検出手段13を備える。   In order to detect the operation of the inverter circuit 50, the control means 300 detects the input current of the power supply means 3 flowing to the AC power supply 1 side by the current detection element 9, and converts the detected current into a voltage. Then, the voltage detection means 11 for detecting the voltage of the AC power supply 1 and the current detected by the current detection element 12 for detecting the current (inverter current) flowing through the series resonance circuit 51 which is the load of the inverter circuit 50 are converted into a voltage. Inverter current detection means 13 is provided.

負荷状態検知手段14は、入力電流検出手段10とインバータ電流検出手段13の入力から、被加熱金属体の材質や形状などを推定するものであり、具体的には上記入力電流検出手段10とインバータ電流検出手段13の2つの入力からインバータ回路50の負荷の状態が高インピーダンスであるか低インピーダンスであるか、また、インバータ回路50の負荷の共振周波数の高低状態を判別するものである。その結果を数段階で判別し、制御手段300に出力する。   The load state detection means 14 estimates the material and shape of the metal body to be heated from the inputs of the input current detection means 10 and the inverter current detection means 13, and specifically, the input current detection means 10 and the inverter. From the two inputs of the current detection means 13, whether the load state of the inverter circuit 50 is high impedance or low impedance, and whether the resonance frequency of the load of the inverter circuit 50 is high or low is discriminated. The result is determined in several stages and output to the control means 300.

位相差検出手段17は、スイッチング素子101、102、201、202の駆動タイミングに対するインバータ電流の位相差を検知するものである。これはスイッチング素子101、102、201、202の駆動タイミングに対してインバータ電流が進み位相にならないようにするためであり、インバータ電流検出手段13の出力と制御手段300が出力するスイッチング素子101、102、201、202への駆動信号を入力し所定の位相差以下になった場合には検出信号を発生し、制御手段300に出力する。   The phase difference detection means 17 detects the phase difference of the inverter current with respect to the drive timing of the switching elements 101, 102, 201, 202. This is to prevent the inverter current from leading and becoming in phase with respect to the drive timing of the switching elements 101, 102, 201, 202. The switching elements 101, 102 output from the inverter current detection means 13 and the control means 300 are output. , 201, 202 are input, and when the phase difference is equal to or smaller than a predetermined phase difference, a detection signal is generated and output to the control means 300.

スイッチング素子101、102、201、202の駆動タイミングに対してインバータ電流の位相差が小さくなるのは、スイッチング素子101、102、201、202の駆動周波数とインバータ回路50の負荷の共振周波数が近づくためであり、制御手段300はこの信号を検知するとスイッチング素子101、102、201、202の駆動信号の周波数設定を既設定値よりも高く設定することで回避することが可能である。   The reason why the phase difference of the inverter current becomes small with respect to the drive timing of the switching elements 101, 102, 201, 202 is that the drive frequency of the switching elements 101, 102, 201, 202 is close to the resonance frequency of the load of the inverter circuit 50. When the control means 300 detects this signal, it can be avoided by setting the frequency setting of the drive signal of the switching elements 101, 102, 201, 202 higher than the preset value.

スイッチング素子101、102、201、202の駆動タイミングが所定の位相差以下になると、インバータ回路50の負荷の条件が変化した場合(加熱コイル4に対する被加熱金属体の相対位置の変化など)によって、スイッチング素子101、102、201、202駆動周波数とインバータ回路50の負荷の共振周波数が一致したり、スイッチング素子101、102、201、202駆動周波数のほうが低くなってしまう場合が生じ、過電流が生じたり、スイッチング素子101、102、201、202の耐圧を超える電圧が発生するおそれがあり、スイッチング素子101、102、201、202の破壊につながりインバータ回路50の故障となる。   When the drive timing of the switching elements 101, 102, 201, 202 is equal to or less than a predetermined phase difference, when the load condition of the inverter circuit 50 changes (such as a change in the relative position of the metal body to be heated with respect to the heating coil 4), The switching element 101, 102, 201, 202 drive frequency may coincide with the resonance frequency of the load of the inverter circuit 50, or the switching element 101, 102, 201, 202 drive frequency may be lower, resulting in overcurrent. Otherwise, a voltage exceeding the withstand voltage of the switching elements 101, 102, 201, 202 may be generated, leading to destruction of the switching elements 101, 102, 201, 202 and a failure of the inverter circuit 50.

通常の動作としては、フルブリッジあるいはハーフブリッジどちらかの回路構成としてインバータ回路50を駆動し、負荷状態検知手段14の出力に応じて制御手段300がインバータ回路50の構成を選択して駆動を継続することになる。   As a normal operation, the inverter circuit 50 is driven as a circuit configuration of either a full bridge or a half bridge, and the control unit 300 selects the configuration of the inverter circuit 50 according to the output of the load state detection unit 14 and continues driving. Will do.

図2は負荷状態検知手段14の動作を説明する図である。図において、横軸は入力電流検出手段10の出力であり、縦軸はインバータ電流検出手段13の出力である。そして、負荷の状態によって入力電流検出手段10の出力とインバータ電流検出手段13の出力の組合せが変化することを利用している。具体的には、入力したそれぞれの出力電圧をADコンバータでディジタル値に変換してアドレス情報として利用することによって、二つの入力に対して負荷の状態をデータとして取り出すことができる。   FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the load state detection means 14. In the figure, the horizontal axis is the output of the input current detection means 10, and the vertical axis is the output of the inverter current detection means 13. And it utilizes that the combination of the output of the input current detection means 10 and the output of the inverter current detection means 13 changes according to the state of the load. Specifically, by converting each input output voltage into a digital value by an AD converter and using it as address information, the state of the load can be taken out as data for two inputs.

例えば、図2の領域Aは、鉄や磁性ステンレス(SUS430)などの誘導加熱に最も適している被加熱金属体が示す特性である。磁性体であり、ある程度の抵抗率があるため加熱コイル4の発生する磁束が集中しやすく効率よく渦電流が発生し自己発熱させることができる。インバータ回路50の負荷インピーダンスのうち等価抵抗成分が大きいため、少ないインバータ電流で大きな電力を得ることができる。   For example, region A in FIG. 2 is a characteristic exhibited by a metal body to be heated that is most suitable for induction heating, such as iron or magnetic stainless steel (SUS430). Since it is a magnetic material and has a certain degree of resistivity, the magnetic flux generated by the heating coil 4 tends to concentrate, and an eddy current can be efficiently generated and self-heated. Since the equivalent resistance component of the load impedance of the inverter circuit 50 is large, large power can be obtained with a small inverter current.

領域Bは、非磁性ステンレス(SUS304)などで構成されており、板厚が薄い被加熱金属体の場合の特性を示している。非磁性ステンレスでは、加熱コイル4が発生する磁束が鍋底に集中することがなく、さらに材質自身の抵抗率が低いため(鉄の約4分の1)、エネルギーの伝達効率が低下する。ただし、鍋底の板厚を薄くすることで、発生した渦電流経路の抵抗成分が増加するため、領域Aほどではないが、インバータ電流を増加させれば十分に発熱する領域である。   Region B is made of non-magnetic stainless steel (SUS304) or the like, and shows characteristics in the case of a metal body to be heated with a thin plate thickness. In non-magnetic stainless steel, the magnetic flux generated by the heating coil 4 is not concentrated on the bottom of the pan, and the resistivity of the material itself is low (about one-fourth that of iron), so the energy transmission efficiency is reduced. However, since the resistance component of the generated eddy current path is increased by reducing the plate thickness at the bottom of the pan, it is a region that generates heat sufficiently if the inverter current is increased, although not as much as in region A.

領域Cは、非磁性ステンレスなどで構成されており、板厚が厚い被加熱金属体の場合の特性を示している。領域Bの負荷と異なり、渦電流経路の抵抗成分が低いため、より多くのインバータ電流を流さなければ十分に発熱させることができない。   Region C is made of nonmagnetic stainless steel or the like, and shows characteristics in the case of a heated metal body having a large plate thickness. Unlike the load in the region B, since the resistance component of the eddy current path is low, sufficient heat cannot be generated unless more inverter current is supplied.

領域Dは、非磁性の金属鍋(負荷)でも特に抵抗率の低いアルミニウムや銅を用いた金属鍋(負荷)の場合であり、領域Cよりもさらにインバータ電流を流さなければ発熱させることができない。   Region D is a case of a non-magnetic metal pan (load), especially a metal pan (load) using aluminum or copper having a low resistivity, and heat cannot be generated unless an inverter current is passed further than region C. .

例えば、高インピーダンスの金属鍋(負荷)ではインバータ電流は流れにくいが、インバータ回路50の負荷の等価抵抗も高い傾向にあるため、少ないインバータ電流に対して大きい入力電流が流れる。インバータ電流をI、インバータ回路50の負荷インピーダンスのうち等価抵抗成分をRとおけば、金属鍋(負荷)に投入される電力Wは、加熱コイル4自体で発生する損失を無視すると、W=IxRで表すことができる。 For example, although an inverter current hardly flows in a high-impedance metal pan (load), since the equivalent resistance of the load of the inverter circuit 50 tends to be high, a large input current flows with respect to a small inverter current. If the inverter current is I and the equivalent resistance component of the load impedance of the inverter circuit 50 is R, the power W input to the metal pan (load) is W = I, ignoring the loss generated in the heating coil 4 itself. 2 xR.

なお、この電力Wは、負荷インピーダンスと共振コンデンサ5、7の容量で決まる共振周波数の高周波電流が流れたときに最大となる。共振周波数は、負荷インピーダンスのうちインダクタンス成分をL、共振コンデンサ容量をCとおけば、次式のようになる。   The power W is maximized when a high-frequency current having a resonance frequency determined by the load impedance and the capacitance of the resonance capacitors 5 and 7 flows. The resonance frequency is expressed by the following equation when the inductance component of the load impedance is L and the resonance capacitor capacitance is C.

Figure 2007080752
Figure 2007080752

したがって、高インピーダンス負荷において、同レベルの等価抵抗値であっても、等価インダクタンスが異なれば共振周波数が異なるために、駆動するインバータ周波数によって加熱コイル4に流れる電流が変化する。   Therefore, even if the equivalent resistance value is the same level in a high impedance load, the resonance frequency is different if the equivalent inductance is different. Therefore, the current flowing through the heating coil 4 varies depending on the inverter frequency to be driven.

同様に、低インピーダンス負荷においては、もともと非磁性金属鍋(負荷)特有の低い等価インダクタンスが影響し共振周波数は高くなる。   Similarly, in a low impedance load, a low equivalent inductance inherent to a nonmagnetic metal pan (load) is originally affected, and the resonance frequency becomes high.

領域Dにある被加熱金属体を加熱させるためには、インバータ回路50の負荷インピーダンスを高くする必要がある。その方法としては、加熱コイル4の巻数を多くして被加熱金属体との磁気的結合を高くして等価抵抗および等価インダクタンスを大きくするものや、インバータ電流の周波数を領域Aに適した低い周波数帯(20〜40kHz等)から高い周波数帯(60〜90kHz)に高周波化する方法がある。   In order to heat the metal body to be heated in the region D, it is necessary to increase the load impedance of the inverter circuit 50. As the method, the number of turns of the heating coil 4 is increased to increase the magnetic coupling with the heated metal body to increase the equivalent resistance and the equivalent inductance, or the inverter current frequency is set to a low frequency suitable for the region A. There is a method of increasing the frequency from a band (20 to 40 kHz or the like) to a higher frequency band (60 to 90 kHz).

上記の方法の組み合わせによって、既に実用化された製品も存在するが、最大投入電力や加熱効率は鉄や磁性ステンレスのそれらまでには達していない。   Some products have already been put to practical use by the combination of the above methods, but the maximum input power and heating efficiency have not reached those of iron and magnetic stainless steel.

上記のように、入力電流とインバータ電流の組み合わせから、インバータ回路50の負荷のインピーダンスをある程度推定することが可能である。また、制御手段300の駆動周波数設定とも組み合わせることで、インバータ回路50の負荷インピーダンスの高低および共振周波数の高低を推定することができる。   As described above, the load impedance of the inverter circuit 50 can be estimated to some extent from the combination of the input current and the inverter current. Further, by combining with the drive frequency setting of the control means 300, the level of the load impedance and the level of the resonance frequency of the inverter circuit 50 can be estimated.

図3は、インバータ回路50の負荷が低インピーダンスないし高共振周波数の負荷と判断した場合の動作を説明する回路ブロック図である。本図は図1において、上記負荷と判断した場合にのみ動作させる必要がある回路ブロック部分を抜粋したものであり、個々の説明は省略する。   FIG. 3 is a circuit block diagram for explaining the operation when it is determined that the load of the inverter circuit 50 is a load having a low impedance or a high resonance frequency. This figure is an excerpt of a circuit block portion that needs to be operated only when it is determined that the load is in FIG.

加熱コイル4には切替リレー6をオン状態、切替リレー8をオフ状態にして共振コンデンサ5が接続された状態にする。   The switching coil 6 is turned on and the switching relay 8 is turned off and the resonance capacitor 5 is connected to the heating coil 4.

図3においてインバータ回路50の負荷の電力制御を行う場合、特に低インピーダンス負荷では加熱コイル4と共振コンデンサ5で構成する直列共振回路51の選択度Qが高くなるため、インバータ駆動周波数を操作して負荷の電力を制御しようとすると、その操作幅が狭く、かつ電力の変化が急激であるため、非常に制御しにくい。したがって、このような負荷の場合は、あらかじめインバータ駆動周波数を共振周波数に近づけておき、インバータ回路50に印加する電源電圧を変化させることによって負荷の電力を制御する方法が有利である。   In FIG. 3, when the power control of the load of the inverter circuit 50 is performed, the selectivity Q of the series resonance circuit 51 composed of the heating coil 4 and the resonance capacitor 5 is increased particularly in a low impedance load. When trying to control the power of the load, the operation width is narrow and the change in power is abrupt, which makes it very difficult to control. Therefore, in the case of such a load, a method in which the inverter drive frequency is brought close to the resonance frequency in advance and the power of the load is controlled by changing the power supply voltage applied to the inverter circuit 50 is advantageous.

低インピーダンスないしは高共振周波数の負荷に対しては、図3に示すようにハーフブリッジ(ないしはSEPP)構成のインバータ回路50とする。これは、フルブリッジ構成のインバータ回路50に対して、同じ電源電圧ならば負荷にかかる電圧が半分に相当するのでインバータ電流が半分になり、同じスイッチング素子101、102の駆動条件で入力される電力は約1/4になる。これにより低インピーダンスに起因する過電流を抑えることができる。   For a load having a low impedance or a high resonance frequency, an inverter circuit 50 having a half bridge (or SEPP) configuration is used as shown in FIG. This is because, with respect to the inverter circuit 50 having the full bridge configuration, if the power supply voltage is the same, the voltage applied to the load corresponds to half, so that the inverter current is halved and the power input under the driving conditions of the same switching elements 101 and 102 Becomes about 1/4. Thereby, the overcurrent resulting from low impedance can be suppressed.

インバータ駆動周波数と加熱コイル4と共振コンデンサ5で構成する直列共振回路51の共振周波数を近づけるためには、位相差検知手段17の出力を監視し、スイッチング素子101、102の駆動信号とインバータ電流の位相を所定の値以内にならないようにインバータ駆動周波数を制御すればよい。このため、負荷が安定した状態ならば、インバータ駆動周波数は略固定した状態となる。   In order to bring the inverter drive frequency close to the resonance frequency of the series resonance circuit 51 composed of the heating coil 4 and the resonance capacitor 5, the output of the phase difference detection means 17 is monitored, and the drive signal of the switching elements 101 and 102 and the inverter current The inverter drive frequency may be controlled so that the phase does not fall within a predetermined value. For this reason, if the load is in a stable state, the inverter drive frequency is substantially fixed.

この状態で、制御手段300は電源手段3に対して、出力電圧を制御するための信号を出力し、入力電流検出手段10と電圧検出手段11から入力電力を計算し、目標とする負荷の電力に対して所定の範囲内になるよう電源手段3の直流電源電圧出力の設定を調節する。   In this state, the control means 300 outputs a signal for controlling the output voltage to the power supply means 3, calculates the input power from the input current detection means 10 and the voltage detection means 11, and sets the target load power. The setting of the DC power supply voltage output of the power supply means 3 is adjusted so as to be within a predetermined range.

したがって、制御手段300は低インピーダンスないしは高共振周波数となる負荷においては、切替リレー6、8の動作によりハーフブリッジ構成のインバータ回路50とし、負荷の電力制御はインバータ駆動周波数を略固定した上で電源手段3の出力電圧を可変することによって行う。   Therefore, the control means 300 is a half-bridge inverter circuit 50 by the operation of the switching relays 6 and 8 in a load having a low impedance or a high resonance frequency, and the power control of the load is performed with the inverter drive frequency substantially fixed. This is done by varying the output voltage of the means 3.

なお、本動作中においても、負荷状態検出手段14は動作しており、加熱途中で負荷の状態が変化したときは判定結果を制御手段300に出力し、適時インバータ回路50の動作状態を変更させるものである。   Even during this operation, the load state detection unit 14 is operating, and when the load state changes during heating, the determination result is output to the control unit 300 to change the operation state of the inverter circuit 50 in a timely manner. Is.

図4は、上記の方法による負荷の電力制御の例である。図4において、横軸は操作部18で設定する金属鍋(負荷)に投入する目標電力W、縦軸はインバータ駆動周波数fおよび電源手段3の出力電圧Vである。   FIG. 4 is an example of load power control by the above method. In FIG. 4, the horizontal axis represents the target power W to be input to the metal pan (load) set by the operation unit 18, and the vertical axis represents the inverter drive frequency f and the output voltage V of the power supply means 3.

インバータ駆動周波数fは略固定しており、電源手段3の出力電圧Vのみを目標電力Wにしたがって変化させる。これにより、金属鍋(負荷)に投入する低電力から最大電力までの電力制御が可能となる。   The inverter drive frequency f is substantially fixed, and only the output voltage V of the power supply means 3 is changed according to the target power W. Thereby, electric power control from the low electric power thrown into a metal pan (load) to the maximum electric power is attained.

図5は、高インピーダンスないし低共振周波数の負荷と判断した場合の動作を説明する回路ブロック図である。本図は図1において、上記負荷の場合のみ動作させる必要がある回路ブロック部分を抜粋したものであり、個々の説明は省略する。   FIG. 5 is a circuit block diagram for explaining the operation when it is determined that the load has a high impedance or a low resonance frequency. This figure is an excerpt of a circuit block portion that needs to be operated only in the case of the load in FIG.

図5において負荷の電力制御を行う場合、高インピーダンス負荷では加熱コイル4と共振コンデンサ5で構成する直列共振回路51の選択度Qが低いので、インバータ駆動周波数の変化に対して被加熱金属体に投入される電力の変化が緩やかなので、インバータ駆動周波数の制御を行うことが一般的である。ただし、前述の低インピーダンス負荷を加熱する加熱コイル4と共用すると、加熱コイル4は低インピーダンス負荷に対応できる巻数にする必要があるため、高インピーダンス負荷に対してはさらに高インピーダンス状態となり、被加熱金属体に電力を投入する場合には高い電源電圧をインバータ回路50に印加しなければならない。   In the case of performing load power control in FIG. 5, since the selectivity Q of the series resonance circuit 51 composed of the heating coil 4 and the resonance capacitor 5 is low in a high impedance load, the metal object to be heated is not affected by changes in the inverter drive frequency. Since the change in the input power is gradual, it is common to control the inverter drive frequency. However, if the above-described low-impedance load is shared with the heating coil 4, the heating coil 4 needs to have a number of turns that can handle the low-impedance load. When power is applied to the metal body, a high power supply voltage must be applied to the inverter circuit 50.

例えば、高インピーダンス負荷に対し、電源電圧200Vをインバータ回路50に印加して被加熱金属体に2kWを投入できる加熱コイル4に対して、加熱コイル4の巻数を増加して同条件で500Wに低下してしまう場合には、印加電圧を400Vに昇圧する必要がある。   For example, for a high impedance load, a heating coil 4 that can apply a power supply voltage of 200 V to the inverter circuit 50 and supply 2 kW to the metal body to be heated is increased to 500 W under the same conditions by increasing the number of turns of the heating coil 4. In this case, it is necessary to boost the applied voltage to 400V.

このような負荷に対しては、インバータ回路50をフルブリッジ構成とする。これは、フルブリッジ構成のインバータ回路50はハーフブリッジ構成のインバータ回路50に対して、負荷にはインバータ回路50に印加する電圧の2倍の電圧を印加できるためである。   For such a load, the inverter circuit 50 has a full bridge configuration. This is because the full-bridge inverter circuit 50 can apply a voltage twice as high as the voltage applied to the inverter circuit 50 to the load with respect to the half-bridge inverter circuit 50.

前述の例では、印加電圧を200Vから400Vに昇圧するかわりに、インバータ回路構成をハーフブリッジ(またはSEPP)からフルブリッジ構成にすることで、電力を投入することが可能となる。   In the above-described example, instead of increasing the applied voltage from 200 V to 400 V, the inverter circuit configuration is changed from a half bridge (or SEPP) to a full bridge configuration, so that power can be supplied.

また、電源手段3に昇圧機能を持たせることにより、さらに電力を投入できる状態になることは明らかであり、このような電源手段3は一般的である。   In addition, it is clear that the power supply means 3 has a boosting function, so that it is possible to supply more power, and such a power supply means 3 is general.

電力制御を行う場合、電源手段3の出力電圧を所定の電圧に設定してインバータ駆動周波数を変化させて行う方法と、インバータ駆動周波数を略固定して電源手段3の出力電圧を変化させる方法がとれる。   When performing power control, there are a method of changing the inverter drive frequency by setting the output voltage of the power supply means 3 to a predetermined voltage, and a method of changing the output voltage of the power supply means 3 while substantially fixing the inverter drive frequency. I can take it.

前者の方法では、インバータ駆動周波数を低く設定すれば入力電力は高くなり、インバータ駆動周波数を高く設定すれば入力電力は低くなる。出力電圧は、最大電力を供給するに十分な電圧を設定できることが必要がある。   In the former method, the input power increases when the inverter driving frequency is set low, and the input power decreases when the inverter driving frequency is set high. The output voltage needs to be able to set a voltage sufficient to supply the maximum power.

後者の方法では、電源手段3の出力電圧を低く設定すれば入力電力は低く、高く設定すれば高くなる。インバータ駆動周波数は最大電力を供給するに十分な周波数に設定できることが必要がある。   In the latter method, the input power is low if the output voltage of the power supply means 3 is set low, and high if it is set high. It is necessary that the inverter drive frequency can be set to a frequency sufficient to supply the maximum power.

なお、上記2つの方法のどちらか一方のみを用いて電力制御できることは言うまでもないが、双方を組み合わせて用いることで、電源手段3自体の損失や、インバータ回路50の損失を総合して低く抑えて電力制御することができる。具体的には、低い電力を設定する場合は後者の方法を用い、高い電力を設定する場合は前者の方法を用いたり、あるいは双方の中間領域を用いたりすることで実現できる。   Needless to say, power control can be performed using only one of the above two methods, but by using both in combination, the loss of the power supply means 3 itself and the loss of the inverter circuit 50 can be kept low. The power can be controlled. Specifically, the latter method can be used when setting low power, and the former method can be used when setting high power, or both intermediate regions can be used.

図6は、上記の方法による電力制御例である。図6において、横軸は設定する目標電力W、縦軸はインバータ駆動周波数fおよび電源手段3の出力電圧Vである。   FIG. 6 is an example of power control by the above method. In FIG. 6, the horizontal axis represents the target power W to be set, and the vertical axis represents the inverter drive frequency f and the output voltage V of the power supply means 3.

図6(a)は前者の方法、図6(b)は後者の方法、図6(c)は両者を組み合わせた方法である。   6A shows the former method, FIG. 6B shows the latter method, and FIG. 6C shows a combination of both methods.

図6(c)の方法では最大電力設定と最小電力設定の間の所定の電力設定において、(a)および(b)の方法を切り替えている。任意の電力設定値Wxを境にして、インバータ駆動周波数fまたは電源手段3の出力電圧設定Vのどちらか一方のみを変化させている。   In the method of FIG. 6C, the methods of (a) and (b) are switched in a predetermined power setting between the maximum power setting and the minimum power setting. Only one of the inverter driving frequency f and the output voltage setting V of the power supply means 3 is changed with an arbitrary power setting value Wx as a boundary.

図7は、高インピーダンスないし低共振周波数の負荷と判断した場合でかつ低電力域を目標電力に設定する場合の動作を説明する回路ブロック図である。本図は図1において上記負荷の場合のみに動作させる必要がある回路ブロック部分を抜粋したものであり、ここの説明は省略する。   FIG. 7 is a circuit block diagram for explaining the operation when it is determined that the load has a high impedance or a low resonance frequency and when the low power region is set as the target power. This drawing is an excerpt of a circuit block portion that needs to be operated only in the case of the load in FIG. 1, and a description thereof is omitted here.

高インピーダンスないし低共振周波数の負荷においては、図5の説明でも述べたように、加熱コイル4の巻き数を増加して低インピーダンスないし高共振周波数の負荷との共用をはかると、高インピーダンスないし高共振周波数の負荷では低いインバータ電流で被加熱金属体を加熱することが可能である。しかしながら、低電力を出力する場合、インバータ電流が低いために、過渡電圧抑制用としてスイッチング素子101、102、201、202に接続しているスナバコンデンサ105、106、205、206に対する充放電電流が大きくなり、スイッチング素子101、102、201、202の損失が増加するためにスイッチング素子の温度が上昇して破損したり、熱効率が極端に悪化するなどの弊害が現れる。   In a high impedance or low resonance frequency load, as described in the explanation of FIG. 5, if the number of turns of the heating coil 4 is increased to share the load with a low impedance or high resonance frequency, a high impedance or high resonance frequency is obtained. With a load having a resonance frequency, it is possible to heat the metal body to be heated with a low inverter current. However, when outputting low power, since the inverter current is low, the charge / discharge current for the snubber capacitors 105, 106, 205, and 206 connected to the switching elements 101, 102, 201, and 202 for suppressing the transient voltage is large. Therefore, since the loss of the switching elements 101, 102, 201, 202 increases, the switching element rises in temperature and is damaged, and the thermal efficiency is extremely deteriorated.

図7においては、上記の問題を解決するために、図5の回路構成において、スイッチング素子201をオフ状態、スイッチング素子202をオン状態に固定してハーフブリッジ(SEPP)構成として動作させるものである。   In FIG. 7, in order to solve the above-described problem, in the circuit configuration of FIG. 5, the switching element 201 is fixed in the off state and the switching element 202 is fixed in the on state to operate as a half bridge (SEPP) configuration. .

ハーフブリッジ構成であるために、フルブリッジ構成に比較して同じ電源電圧を印加し、同じ駆動周波数の場合は、前者は後者の約1/4の電力が投入されることになる。このとき、スイッチング部200のスイッチング素子に並列に接続されているスナバコンデンサ205、206は状態が固定されるために充放電電流が流れず、それによるスイッチング素子201、202の損失も発生しない。   Because of the half-bridge configuration, the same power supply voltage is applied as compared to the full-bridge configuration, and in the case of the same drive frequency, the former is supplied with about 1/4 of the latter power. At this time, since the state of the snubber capacitors 205 and 206 connected in parallel to the switching elements of the switching unit 200 is fixed, no charging / discharging current flows, and no loss of the switching elements 201 and 202 is caused thereby.

また、低電力を投入するには、フルブリッジ構成の場合よりも低い駆動周波数で可能であるために、スイッチング部100のスイッチング素子101、102に並列に接続されているスナバコンデンサ105、106の充放電回数が減少し、スイッチング素子101、102の損失も低減できる。   Moreover, since it is possible to apply low power at a lower driving frequency than in the case of the full bridge configuration, charging of the snubber capacitors 105 and 106 connected in parallel to the switching elements 101 and 102 of the switching unit 100 is possible. The number of discharges is reduced, and the loss of the switching elements 101 and 102 can be reduced.

電力制御を行うためには、図5の場合と同様に電源手段3の出力電圧を所定の電圧に設定してインバータ駆動周波数を変化させて行う方法と、インバータ駆動周波数を略固定して電源手段3の出力電圧を変化させる方法がとれる。   In order to perform power control, a method of changing the inverter drive frequency by setting the output voltage of the power supply means 3 to a predetermined voltage as in the case of FIG. 5 and a power supply means with the inverter drive frequency substantially fixed. 3 can be used.

本制御は図5のインバータ構成において設定可能な電力制御範囲に含まれる低電力域において、より低損失でかつ加熱効率の高い方法として併用または切り替えて用いることが有効である。   It is effective to use this control in combination or switching as a method of lower loss and higher heating efficiency in the low power range included in the power control range that can be set in the inverter configuration of FIG.

図8は、上記の方法による電力制御例である。図8において、横軸は設定する目標電力、縦軸はインバータ駆動周波数fおよび電源手段3の出力電圧Vである。   FIG. 8 is an example of power control by the above method. In FIG. 8, the horizontal axis represents the target power to be set, and the vertical axis represents the inverter drive frequency f and the output voltage V of the power supply means 3.

図8(a)は低電力域の目標電力Wxを境にしてフルブリッジ構成とハーフブリッジ構成を切り替える。Wx以上の領域Fの場合はフルブリッジ構成とし、未満の領域Hの場合はハーフブリッジ構成としている。領域Hでは電源手段3の出力電圧Vを固定し、インバータ駆動周波数fのみを変化させて電力制御を行う。領域Fでは電源手段3の出力電圧Vを固定し、インバータ駆動周波数fを変化させて電力制御を行う。同じ周波数を設定しても、領域Fではより高い電力を投入することができる。   In FIG. 8A, the full bridge configuration and the half bridge configuration are switched with the target power Wx in the low power range as a boundary. In the case of the region F that is greater than or equal to Wx, the full bridge configuration is used, and in the region H that is less than the region F, the half bridge configuration is used. In region H, the output voltage V of the power supply means 3 is fixed, and the power control is performed by changing only the inverter drive frequency f. In region F, the output voltage V of the power supply means 3 is fixed, and the inverter drive frequency f is changed to perform power control. Even if the same frequency is set, higher power can be input in the region F.

図8(b)は低電力域の目標電力Wxを境にしてフルブリッジ構成とハーフブリッジ構成を切り替え、それよりも高い目標電力Wyでフルブリッジ構成の場合の電力制御方法を切り替える組み合わせとした方法である。   FIG. 8B shows a method in which the full bridge configuration and the half bridge configuration are switched with the target power Wx in the low power range as a boundary, and the power control method in the case of the full bridge configuration with a higher target power Wy is switched. It is.

このように、負荷の状態を判別し、低インピーダンスないし高共振周波数の負荷ではハーフブリッジ構成のインバータ回路とし、高インピーダンスないし低共振周波数の負荷ではフルブリッジ構成のインバータ回路とし最適な回路構成を選択し、それぞれインバータ駆動周波数fと電源手段3の出力電圧Vの組み合わせで電力制御を行うことができ、スイッチング素子101、102、201、202の損失を低減させることができる。   In this way, the state of the load is discriminated, and an optimum circuit configuration is selected as a half-bridge inverter circuit for a low impedance or high resonance frequency load, and as a full bridge inverter circuit for a high impedance or low resonance frequency load. In addition, power control can be performed by a combination of the inverter drive frequency f and the output voltage V of the power supply means 3, respectively, and the loss of the switching elements 101, 102, 201, 202 can be reduced.

また、負荷に最適なインバータ回路50の構成に切替えて、インバータ回路50の駆動周波数や電源手段3の出力電圧のどちらかの制御し易い方法をとることができるため、低損失で負荷変動に強いインバータ回路50を有する誘導加熱調理器を提供することができる。   In addition, since it is possible to switch to the configuration of the inverter circuit 50 that is optimal for the load and to easily control either the drive frequency of the inverter circuit 50 or the output voltage of the power supply means 3, it is low loss and is resistant to load fluctuations. An induction cooking device having the inverter circuit 50 can be provided.

本発明の一実施例の要部回路ブロック図である。It is a principal part circuit block diagram of one Example of this invention. 同じく負荷状態検出手段の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a load condition detection means similarly. 同じく低インピーダンスないし高共振周波数負荷用の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram for low impedance or high resonance frequency load in the same manner. 同じく低インピーダンスないし高共振周波数負荷用の回路ブロックの電力制御方法を説明する図である。It is a figure explaining the electric power control method of the circuit block for a low impedance thru | or high resonance frequency load similarly. 同じく高インピーダンスないし低共振周波数負荷用の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram for high impedance or low resonance frequency load. 同じく高インピーダンスないし低共振周波数負荷用の回路ブロックの電力制御方法を説明する図である。It is a figure explaining the electric power control method of the circuit block for a high impedance thru | or low resonance frequency load similarly. 同じく高インピーダンスないし低共振周波数負荷における低電力域制御用回路ブロック図である。FIG. 6 is a circuit block diagram for controlling a low power range in the same high impedance or low resonance frequency load. 同じく高インピーダンスないし低共振周波数負荷における低電力域制御を含む電力制御方法を説明する図である。It is a figure explaining the electric power control method similarly including the low electric power range control in a high impedance thru | or low resonant frequency load.

符号の説明Explanation of symbols

3 電源手段
4 加熱コイル
5、7 共振コンデンサ
10 入力電流検出手段
11 電圧検出手段
13 インバータ電流検出手段
14 負荷状態検出手段
50 インバータ回路
51 直列共振回路
300 制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Power supply means 4 Heating coil 5, 7 Resonance capacitor 10 Input current detection means 11 Voltage detection means 13 Inverter current detection means 14 Load state detection means 50 Inverter circuit 51 Series resonance circuit 300 Control means

Claims (5)

直流電圧を出力する電源手段と、前記電源手段を経由して共振コンデンサと加熱コイルからなる直列共振回路に高周波電流を流し、前記加熱コイル近傍に配置された被加熱金属体に渦電流を生じさせ加熱するインバータ回路と、前記電源手段の入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記直列共振回路に流れる電流を検出するインバータ電流検出手段と、前記入力電流検出手段およびインバータ電流検出手段の入力から負荷の状態を検出する負荷状態検出手段と、前記電源手段の入力電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも前記電源手段の出力電圧および前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路は前記直列共振回路に対してハーフブリッジ構成またはフルブリッジ構成に切替え可能な構成とし、前記制御手段は、前記負荷状態検出手段の出力と被加熱金属体に投入する設定電力により前記インバータ回路をハーフブリッジ構成またはフルブリッジ構成に切り替えるとともに、前記電源手段の出力電圧および前記インバータ回路の駆動周波数のいずれか一方を変化させて被加熱金属体に投入する電力を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。 A high-frequency current is passed through a power supply means for outputting a direct current voltage and a series resonance circuit including a resonance capacitor and a heating coil via the power supply means, and an eddy current is generated in a metal body to be heated arranged near the heating coil From the input of the inverter circuit for heating, the input current detection means for detecting the input current of the power supply means, the inverter current detection means for detecting the current flowing through the series resonance circuit, and the input current detection means and the inverter current detection means A load state detection means for detecting a load state; a voltage detection means for detecting an input voltage of the power supply means; and a control means for controlling at least the output voltage of the power supply means and the inverter circuit, The control can be switched to a half-bridge configuration or a full-bridge configuration for the series resonant circuit, and the control The stage switches the inverter circuit to a half-bridge configuration or a full-bridge configuration according to the output of the load state detection means and the set power supplied to the metal body to be heated, An induction heating cooker characterized by controlling power supplied to a metal body to be heated by changing either one of them. 前記負荷状態検出手段は、前記直列共振回路のインピーダンス、ないしは、共振周波数の高低状態を複数段階で判別することを特徴とする請求項1記載の誘導加熱調理器。 2. The induction heating cooker according to claim 1, wherein the load state detection unit determines an impedance of the series resonance circuit or a resonance frequency level in a plurality of stages. 前記負荷状態検出手段が、低インピーダンス、ないしは、高共振周波数と判別した場合、前記制御手段は前記インバータ回路をハーフブリッジ構成に切替えるとともにインバータ回路の駆動周波数を略固定し、電源手段の出力電圧を可変するように制御することを特徴とする請求項1および2記載の誘導加熱調理器。 When the load state detection means determines that the impedance is low impedance or high resonance frequency, the control means switches the inverter circuit to a half-bridge configuration, substantially fixes the drive frequency of the inverter circuit, and sets the output voltage of the power supply means. The induction heating cooker according to claim 1 or 2, wherein the induction heating cooker is controlled to be variable. 前記負荷状態検出手段が、高インピーダンス、ないしは、低共振周波数と判別した場合、前記制御手段は前記インバータ回路をフルブリッジ構成に切替えるとともに、インバータ回路の駆動周波数および電源手段の出力電圧を可変するように制御することを特徴とする請求項1および2記載の誘導加熱調理器。 When the load state detection means determines that the impedance is high impedance or low resonance frequency, the control means switches the inverter circuit to a full bridge configuration and changes the drive frequency of the inverter circuit and the output voltage of the power supply means. The induction heating cooker according to claim 1 or 2, wherein the induction heating cooker is controlled. 前記負荷状態検出手段が、高インピーダンス、ないしは、低共振周波数と判別した場合、かつ、被加熱金属体に投入する電力が低電力の場合にのみハーフブリッジ構成に切り替え、前記制御手段は前記インバータ回路の駆動周波数および電源手段の出力電圧を可変するように制御することを特徴とする請求項1および2記載の誘導加熱調理器。
When the load state detecting means determines that the impedance is high impedance or low resonance frequency, and the power to be applied to the metal body to be heated is low power, the control means switches to the inverter circuit. The induction heating cooker according to claim 1 or 2, wherein the drive frequency and the output voltage of the power supply means are controlled to be variable.
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008300113A (en) * 2007-05-30 2008-12-11 Panasonic Corp Induction heating cooking device
EP2066013A3 (en) * 2007-11-30 2010-12-08 Hitachi, Ltd. Electric power converter and control method for the same
CN102823322A (en) * 2010-06-10 2012-12-12 松下电器产业株式会社 Induction heating cooker
WO2012169169A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 パナソニック株式会社 Induction heating cooker
JP2013080577A (en) * 2011-10-03 2013-05-02 Toshiba Corp Induction heating cooker
JP2016146234A (en) * 2015-02-06 2016-08-12 日立アプライアンス株式会社 Electromagnetic induction heating device
JP2017045505A (en) * 2015-08-24 2017-03-02 日立アプライアンス株式会社 Electromagnetic induction heating device
JP2018014884A (en) * 2013-02-20 2018-01-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-contact charger and non-contact charging method
US10038390B1 (en) 2017-03-16 2018-07-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion circuit
US10097102B1 (en) 2017-03-16 2018-10-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion circuit
US20180329341A1 (en) * 2017-03-16 2018-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Image forming apparatus
EP3740032A1 (en) * 2019-05-07 2020-11-18 LG Electronics Inc. -1- Induction heating device having improved interference noise removal function and power control function
EP3796753A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-24 LG Electronics Inc. Induction heating device having improved output control function

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4929305B2 (en) * 2009-03-16 2012-05-09 日立アプライアンス株式会社 Electromagnetic induction heating device
CN102123532B (en) * 2010-01-08 2013-03-27 哈尔滨理工大学 Full-digital-frequency tracking inverting type electromagnetic induction heating power supply
CN104079076B (en) * 2013-03-29 2016-02-24 河南工程学院 Adopt contactless power supply system and the driving method thereof of frequency conversion Sofe Switch Driving technique

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63138687A (en) * 1986-11-29 1988-06-10 株式会社東芝 Induction heating cooker
JPH05251172A (en) * 1992-03-03 1993-09-28 Sharp Corp Electromagnetic induction heating cooker
JP2003151751A (en) * 2001-11-08 2003-05-23 Mitsubishi Electric Corp Induction heating cooker
JP2003324956A (en) * 2002-05-09 2003-11-14 Origin Electric Co Ltd Method of controlling series resonant bridge inverter circuit and the circuit
JP2006202705A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Mitsubishi Electric Corp Induction heating cooker and induction heating cooking method
JP2006331964A (en) * 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Appliances Inc Induction heating device
JP2006331965A (en) * 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Appliances Inc Induction heating device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63138687A (en) * 1986-11-29 1988-06-10 株式会社東芝 Induction heating cooker
JPH05251172A (en) * 1992-03-03 1993-09-28 Sharp Corp Electromagnetic induction heating cooker
JP2003151751A (en) * 2001-11-08 2003-05-23 Mitsubishi Electric Corp Induction heating cooker
JP2003324956A (en) * 2002-05-09 2003-11-14 Origin Electric Co Ltd Method of controlling series resonant bridge inverter circuit and the circuit
JP2006202705A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Mitsubishi Electric Corp Induction heating cooker and induction heating cooking method
JP2006331964A (en) * 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Appliances Inc Induction heating device
JP2006331965A (en) * 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Appliances Inc Induction heating device

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008300113A (en) * 2007-05-30 2008-12-11 Panasonic Corp Induction heating cooking device
EP2066013A3 (en) * 2007-11-30 2010-12-08 Hitachi, Ltd. Electric power converter and control method for the same
US9462639B2 (en) 2010-06-10 2016-10-04 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Induction heating cooker
CN102823322A (en) * 2010-06-10 2012-12-12 松下电器产业株式会社 Induction heating cooker
WO2012169169A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 パナソニック株式会社 Induction heating cooker
JP2013080577A (en) * 2011-10-03 2013-05-02 Toshiba Corp Induction heating cooker
JP2018014884A (en) * 2013-02-20 2018-01-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-contact charger and non-contact charging method
JP2016146234A (en) * 2015-02-06 2016-08-12 日立アプライアンス株式会社 Electromagnetic induction heating device
JP2017045505A (en) * 2015-08-24 2017-03-02 日立アプライアンス株式会社 Electromagnetic induction heating device
US10038390B1 (en) 2017-03-16 2018-07-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion circuit
US10097102B1 (en) 2017-03-16 2018-10-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion circuit
US20180329341A1 (en) * 2017-03-16 2018-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Image forming apparatus
US10289042B2 (en) 2017-03-16 2019-05-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Image forming apparatus
EP3740032A1 (en) * 2019-05-07 2020-11-18 LG Electronics Inc. -1- Induction heating device having improved interference noise removal function and power control function
US11395378B2 (en) 2019-05-07 2022-07-19 Lg Electronics Inc. Induction heating device having improved interference noise removal function and power control function
EP3796753A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-24 LG Electronics Inc. Induction heating device having improved output control function
US11528783B2 (en) 2019-09-17 2022-12-13 Lg Electronics Inc. Induction heating device having improved output control function
EP4236622A3 (en) * 2019-09-17 2023-11-08 LG Electronics Inc. Induction heating device having improved output control function

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