JP2008053070A - Induction heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁誘導により加熱を行う、誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to an induction heating apparatus that performs heating by electromagnetic induction.
入力を検知してスイッチング周波数を変えて、制御をおこなう誘導加熱装置(例えば特許文献1)がある。
スイッチング周波数が共振周波数以下になると共振手段が誘導性から容量性となり、スイッチ手段に過大な短絡電流が流れる不具合があった。 When the switching frequency is lower than the resonance frequency, the resonance means changes from inductive to capacitive and there is a problem that an excessive short-circuit current flows through the switch means.
そこで本発明は上記問題点に鑑み、共振周波数以下にならないようにスイッチング周波数を制御可能な誘導加熱装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an induction heating apparatus capable of controlling the switching frequency so as not to be lower than the resonance frequency.
本発明における請求項1の誘導加熱装置では、スイッチング周波数に対する共振周波数を検知し、この共振周波数より高い周波数でスイッチ手段を動作させることにより、共振手段の動作が誘導性になり、スイッチ手段が故障することを防止することができる。 In the induction heating apparatus according to the first aspect of the present invention, by detecting the resonance frequency relative to the switching frequency and operating the switch means at a frequency higher than the resonance frequency, the operation of the resonance means becomes inductive and the switch means fails. Can be prevented.
本発明の請求項1によると、共振周波数以下にならないようにスイッチング周波数を制御可能な誘導加熱装置を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an induction heating apparatus capable of controlling the switching frequency so as not to be lower than the resonance frequency.
以下、添付図面を参照しながら、本発明における誘導加熱装置の好ましい実施例を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the induction heating apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本実施例の構成図であり、これに基づいて本実施例における電気的構成を説明する。同図において、1は例えばAC100Vなどの交流電源、2は交流電源1からの交流電力を直流入力電力に整流する例えばダイオードブリッジと平滑コンデンサとチョークコイルなどを含む直流整流回路、3は加熱手段としての誘導加熱コイル、4a,4bは逆方向ダイオードを含む例えばトランジスタなどからなるスイッチ手段としてのスイッチング素子、5は入力電圧検知手段、6は入力電流検知手段、7は共振コンデンサ、8は例えば入力電力検知手段とスイッチング素子駆動手段を内蔵したマイクロコンピュータなどを含む制御手段としての誘導加熱制御回路、9は誘導加熱制御回路8を任意の電力で動作させるための信号入力手段である。
FIG. 1 is a configuration diagram of the present embodiment, and the electrical configuration of the present embodiment will be described based on this. In the figure, 1 is an AC power supply such as AC100V, for example, 2 is a DC rectifier circuit including a diode bridge, a smoothing capacitor, a choke coil, etc. for rectifying AC power from the
交流電源1の両端は直流整流回路2の入力側へ接続されており、この直流整流回路2の出力側には前記直流電力を高周波電力に変換するインバータ回路が構成されている。当該インバータ回路は、スイッチング素子4a,4bの直列回路と、誘導加熱コイル3と共振コンデンサ7とを直列接続してなる共振手段としての共振回路10とから構成される。スイッチング素子4a,4bは、両者の導通方向が直流整流回路2の出力側正極から負極向きになるよう接続される。反対に、これらの導通端子間にそれぞれ逆接続された逆方向ダイオードは、その導通方向が直流整流回路2の出力側負極から正極向きになる。共振回路10はスイッチング素子4bの例えばコレクタ−エミッタ間などの導通端子間に並列接続される。
Both ends of the
他方、直流整流回路2の入力側となる交流電源1には、前記インバータ回路に供給する入力電圧を検知する入力電圧検知手段5と、入力電流を検知する入力電流検知手段6の入力側が接続されており、これらの検知結果を出力する出力側は誘導加熱制御回路8へ接続されている。また、誘導加熱制御回路8には、信号入力手段9が接続されている。
On the other hand, the input side of the input voltage detection means 5 for detecting the input voltage supplied to the inverter circuit and the input current detection means 6 for detecting the input current are connected to the
誘導加熱制御回路8は、この入力電圧検知手段5と入力電流検知手段6で得られた検知結果を基に、スイッチング素子4a,4bのスイッチング動作すなわちオン時間を可変制御するものである。従って、誘導加熱制御回路8において、パルス駆動信号を出力するための出力端子がスイッチング素子4a,4bの例えばベースなどの駆動端子へそれぞれ接続される。そして、スイッチング素子4a,4bの駆動端子に供給される前記パルス駆動信号によりスイッチング素子4a,4bを交互にスイッチング動作させ、誘導加熱コイル3と共振コンデンサ7との間で共振を起こすことで、誘導加熱コイル3に高周波電流を流すように構成している。
The induction heating control circuit 8 variably controls the switching operation, that is, the ON time of the
次に、上記構成についてその作用を説明する。交流電源1から入力された電源は直流整流回路2で直流に整流され、後段の前記インバータ回路へ供給される。信号入力手段9から入力された情報を基に、誘導加熱制御回路8に対して目標電力が指示される。誘導加熱制御回路8は、入力電圧検知手段5及び入力電流検知手段6から入力された電圧・電流情報をもとに入力電力を算出する。入力電力が目標電力となるように誘導加熱制御回路8に含まれているスイッチング素子駆動手段からスイッチング素子4a,4bのオン/オフ周波数(スイッチング周波数)を制御し、インバータ電流の増減を行う。これにより、誘導加熱コイル3に高周波電流が供給され、誘導加熱コイル3から交番磁界が発生して、誘導加熱コイル3に近接して置かれた被加熱物が電磁誘導加熱される。
Next, the effect | action is demonstrated about the said structure. The power input from the
図3はスイッチング素子4a,4bのオン/オフによるインバータ電流及び各部の波形を示したものである。同図から、スイッチング素子4a,4bが若干のデッドタイム(双方が同時にオフになる時間)を挟んで前記オン/オフ周波数で交互にオンしているのがわかる。スイッチング素子4aがオンすると、このスイッチング素子4aを通じて直流整流回路2からの前記直流電力が誘導加熱コイル3と共振コンデンサ7とからなる共振回路10に供給され、インバータ電流Iinvが正方向(図1においては右向き)に流れる。この正方向のインバータ電流Iinvにより誘導加熱コイル3に電磁エネルギーが蓄えられると共に、共振コンデンサ7に電荷エネルギーが蓄えられる。スイッチング素子4aがオフ、すなわち前記デッドタイムとなると、スイッチング素子4bの逆方向ダイオードを通じて、誘導加熱コイル3の電磁エネルギーが放出され、正方向のインバータ電流Iinvが流れ続け、誘導加熱コイル3の電磁エネルギーが電荷エネルギーとして共振コンデンサ7へ移動する。
FIG. 3 shows the inverter current and the waveform of each part depending on on / off of the
続いて、スイッチング素子4bがオンし、誘導加熱コイル3が電磁エネルギーを放出し終わると、スイッチング素子4bを通じて共振コンデンサ7が電荷エネルギーを放出し、インバータ電流Iinvが負方向(図1においては左向き)に流れる。同様に、この負方向のインバータ電流Iinvにより誘導加熱コイル3に電磁エネルギーが蓄えられる。スイッチング素子4bがオフ、すなわち前記デッドタイムとなると、スイッチング素子4aの逆方向ダイオードと直流整流回路2の平滑コンデンサを通じて誘導加熱コイル3の電磁エネルギーが放出され、負方向のインバータ電流Iinvが流れ続け、誘導加熱コイル3の電磁エネルギーが電荷エネルギーとして前記平滑コンデンサへ移動する。
Subsequently, when the switching
以上のようなスイッチング動作を繰り返すことにより、インバータ電流Iinvは、前記スイッチング周波数に略等しい周波数を有する交流電流として誘導加熱コイル3ひいては共振回路10を流れる。
By repeating the switching operation as described above, the inverter current Iinv flows through the
ここで、誘導加熱制御回路8における周波数制御について説明する。 Here, frequency control in the induction heating control circuit 8 will be described.
図2は、共振回路10の周波数に対するインピーダンス変化を示したもので共振周波数f0でインピーダンスが最小となり、共振周波数f0より高い場合には誘導性、低い場合には容量性となる。従って、共振回路10に与えるインバータ電流Iinvが共振周波数f0以下になると容量性となり、スイッチング素子4aに短絡電流が流れて破壊される恐れがあることから、スイッチング周波数は共振周波数f0以上にする必要がある。これに加え、動作開始時の突入電流を低くするために、誘導加熱の動作開始時は共振周波数f0から離れた高い周波数からスタートする。また、共振周波数f0から離れると共振回路10のインピーダンスが高くなることから、スタート時の入力電力は低い電力からスタートし、目標の入力電力となるようにスイッチング周波数を変化させる。
FIG. 2 shows a change in impedance with respect to the frequency of the
図2のインピーダンスと周波数の関係から、共振周波数f0付近では周波数変化に対するインピーダンス変化の傾きが緩やかになり、共振周波数f0では傾きがゼロとなる。目標電力に対し、入力電力が低いときはスイッチング周波数が低くなるように動作させるが、このときにスイッチング周波数の変化幅に対して入力電力の変化幅が緩やかになったことを検知し、共振周波数f0より高い周波数になるよう、内蔵するスイッチング素子駆動手段の動作を制限する。 From the relationship between the impedance and the frequency in FIG. 2, the slope of the impedance change with respect to the frequency change becomes gentle near the resonance frequency f0, and the slope becomes zero at the resonance frequency f0. When the input power is low relative to the target power, the switching frequency is lowered. At this time, it is detected that the change width of the input power is moderate relative to the change width of the switching frequency, and the resonance frequency is detected. The operation of the built-in switching element driving means is limited so that the frequency is higher than f0.
具体的な例を示すと、例えば、インバータ動作周波数たる前記スイッチング周波数を、20ms毎に約1kHzずつ下げ、入力電圧・電流を20ms毎に測定し、毎回測定値との差を計算し、電力値変化幅が50W程度以下で、緩やかと判断し、周波数低減を止めるよう構成すればよい。なお、入力電流だけを監視する場合には、一定時間間隔で入力電流を測定し、前回電流測定値との差を計算し、計算値が所定値以下で、入力電流変化が緩やかと判断すればよい。 Specifically, for example, the switching frequency as the inverter operating frequency is lowered by about 1 kHz every 20 ms, the input voltage / current is measured every 20 ms, the difference from the measured value is calculated every time, and the power value is calculated. What is necessary is just to comprise so that it may be judged that a change width is about 50 W or less and it is loose, and frequency reduction is stopped. When monitoring only the input current, measure the input current at regular time intervals, calculate the difference from the previous current measurement value, and if the calculated value is less than the predetermined value and the input current change is determined to be gradual, Good.
以上のようにして、スイッチング周波数に対する入力電力の変化が緩やかになったことを検知し、共振周波数f0より高い周波数で動作させることにより、共振回路10の動作が誘導性になり、スイッチング素子4aが故障することを防止することができる。目標電力に対し、入力電力が不足している場合でも、共振周波数f0より高い安全な周波数領域において目標電力に対して出力可能な最大の電力で制御を行なうことができる。
As described above, it is detected that the change in the input power with respect to the switching frequency has become gradual, and the operation of the
以上のように本実施例の誘導加熱装置は、共振手段としての共振回路10と、スイッチング動作により共振回路10へ入力電力を断続的に供給するスイッチ手段としてのスイッチング素子4a,4bと、共振回路10への入力を検知する検知手段としての入力電圧検知手段5,入力電流検知手段6と、この入力電圧検知手段5,入力電流検知手段6の検知結果に基づいてスイッチング素子4a,4bのスイッチング周波数を変化させる制御手段としての誘導加熱制御回路8とを備えた誘導加熱装置であって、誘導加熱制御回路8は、前記スイッチング周波数を低減していったときに、前記検知結果の変化幅が所定値以下になったときのスイッチング周波数を共振周波数f0として検知して、前記スイッチング周波数を前記共振周波数f0以下にしないよう制御するものであることを特徴とする。
As described above, the induction heating apparatus of this embodiment includes the
このようにすると、スイッチング周波数に対する入力電力の変化が緩やかになったことから共振回路10の共振周波数f0を検知し、この共振周波数f0より高い周波数でスイッチング素子4a,4bを動作させることにより、共振回路10の動作が誘導性になり、スイッチング素子4a,4bが故障することを防止することができる。また、目標電力に対し、入力電力が不足している場合でも、共振周波数f0より高い安全な周波数領域において目標電力に対して出力可能な最大の電力で制御を行なうことができる。以上により、共振回路10の共振周波数f0以下にならないようにスイッチング周波数を制御可能な誘導加熱装置を提供することができる。
In this way, since the change in input power with respect to the switching frequency has become gradual, the resonance frequency f0 of the
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。インバータ回路等は、上記で説明した回路構成に限定されず、あらゆる方式の回路に適用可能である。 In addition, this invention is not limited to the said Example, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. The inverter circuit or the like is not limited to the circuit configuration described above, and can be applied to any type of circuit.
4a,4b スイッチング素子(スイッチ手段)
5 入力電圧検知手段
6 入力電流検知手段
8 誘導加熱制御回路(制御手段)
10 共振回路(共振手段)
4a, 4b Switching element (switch means)
5 Input voltage detection means 6 Input current detection means 8 Induction heating control circuit (control means)
10 Resonant circuit (resonant means)
Claims (1)
An induction heating apparatus comprising: a resonance unit; a switch unit that supplies power; a detection unit that detects an input; and a control unit that controls the switch unit based on a detection result of the detection unit. The means detects the switching frequency when the detection result is equal to or lower than a predetermined value when the switching frequency is changed as a resonance frequency, and controls the switching frequency not to be lower than the resonance frequency. An induction heating device characterized by that.
Priority Applications (1)
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JP2006228615A JP2008053070A (en) | 2006-08-25 | 2006-08-25 | Induction heating device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2006228615A Pending JP2008053070A (en) | 2006-08-25 | 2006-08-25 | Induction heating device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2008053070A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010153134A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Hoshizaki Electric Co Ltd | Control device for electromagnetic induction heater |
US10234802B2 (en) | 2014-10-23 | 2019-03-19 | Hp Printing Korea Co., Ltd. | Image forming device and method |
JP2019075949A (en) * | 2017-10-19 | 2019-05-16 | 株式会社デンソー | Resonance inverter device |
-
2006
- 2006-08-25 JP JP2006228615A patent/JP2008053070A/en active Pending
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US10234802B2 (en) | 2014-10-23 | 2019-03-19 | Hp Printing Korea Co., Ltd. | Image forming device and method |
US10705461B2 (en) | 2014-10-23 | 2020-07-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Image forming device and method |
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