JP2012049019A - Induction heating cooker - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、誘導加熱調理器に関する。 Embodiments of the present invention relate to an induction heating cooker.
誘導加熱調理器は、火を使わず安全で温度制御機能があるなどの利点があり、システムキッチンに組み込まれるIHクッキングヒータとして急速に普及しつつある。ところで、加熱対象である調理用の鍋などは様々な材質で作られていることから、誘導加熱調理器にはそれら全ての材質を効率よく加熱できることが求められる。このため、鉄製鍋のような高透磁率の鍋の加熱に加え、アルミニウム製鍋のような低透磁率の鍋も加熱できるようにした誘導加熱調理器が考案されている(例えば特許文献1、2参照)。 The induction heating cooker has advantages such as safety and temperature control function without using fire, and is rapidly spreading as an IH cooking heater incorporated in a system kitchen. By the way, since the cooking pot etc. which are heating objects are made with various materials, it is calculated | required that an induction heating cooking appliance can heat all those materials efficiently. For this reason, in addition to heating a high-permeability pan such as an iron pan, an induction heating cooker has been devised that can also heat a low-permeability pan such as an aluminum pan (for example, Patent Document 1, 2).
このような誘導加熱調理器の一例としては、互いにターン数の異なる2種類の誘導加熱コイルを設け、被加熱調理器具の材質に合わせて各誘導加熱コイルを切り替える構成、誘導加熱コイルにタップを設けることでターン数の切り替えを可能にする構成、低透磁率の鍋に適したターン数を持つ1種類の誘導加熱コイルを設け、高透磁率の鍋を加熱する際にインバータの出力電圧を高めることで所望の出力を得るようにする構成などがある。 As an example of such an induction heating cooker, two types of induction heating coils having different numbers of turns are provided, and each induction heating coil is switched according to the material of the cooked utensil, and a tap is provided on the induction heating coil. In order to increase the output voltage of the inverter when heating a high-permeability pan, it is possible to switch the number of turns by providing a single induction heating coil with the number of turns suitable for a low-permeability pan. And so on to obtain a desired output.
そこで、被加熱物の材質を問わず効果的に加熱できる誘導加熱調理器を提供する。 Then, the induction heating cooking appliance which can be heated effectively irrespective of the material of a to-be-heated material is provided.
本実施形態の誘導加熱調理器によれば、直流電源回路と、共振回路と、インバータと、制御手段とを備える。共振回路は、被加熱物を設定加熱電力に基づいて誘導加熱するための1つの誘導加熱コイルおよび共振コンデンサからなる。インバータは、複数のスイッチング素子を含んで構成され、直流電源回路から出力される直流電圧を高周波電圧に変換して共振回路に供給する。制御手段は、複数のスイッチング素子をそれぞれ駆動するための複数の駆動信号を生成する駆動信号生成回路を含んで構成され、インバータのスイッチング動作を制御する。制御手段は、共振回路に流れる高周波電流の周波数が最大周波数以下となり且つ最小周波数以上となる範囲内で駆動信号の駆動周波数を変化させることにより、加熱電力を設定加熱電力に一致させる電力制御を行う。制御手段は、電力制御を行う際、駆動信号の駆動周波数を最大値まで変化させたにもかかわらず、そのときの加熱電力が設定加熱電力に一致しない場合には、スイッチング素子をオン駆動するオン期間がスイッチング素子をオフ駆動するオフ期間となるように駆動信号の1周期単位で駆動信号を変更する信号変更動作と、駆動信号を変更しない通常動作とを交互に実行する間引き制御を実行する。 According to the induction heating cooker of the present embodiment, it includes a DC power supply circuit, a resonance circuit, an inverter, and a control means. The resonance circuit includes one induction heating coil and a resonance capacitor for induction heating an object to be heated based on set heating power. The inverter includes a plurality of switching elements, converts a DC voltage output from the DC power supply circuit into a high frequency voltage, and supplies the high frequency voltage to the resonance circuit. The control means includes a drive signal generation circuit that generates a plurality of drive signals for driving the plurality of switching elements, respectively, and controls the switching operation of the inverter. The control means performs power control to match the heating power with the set heating power by changing the driving frequency of the driving signal within a range in which the frequency of the high-frequency current flowing in the resonance circuit is equal to or lower than the maximum frequency and equal to or higher than the minimum frequency. . When controlling the power, when the heating power at that time does not match the set heating power even though the drive frequency of the drive signal is changed to the maximum value, the control means turns on the switching element. Thinning control is performed in which a signal change operation for changing the drive signal in units of one cycle of the drive signal and a normal operation in which the drive signal is not changed are alternately executed so that the period becomes an off period in which the switching element is turned off.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、誘導加熱調理器の電気構成を概略的に示している。図1に示す誘導加熱調理器1は、直流電源回路2、インバータ3、共振回路4、制御回路5、ゲート制御回路6などから構成されている。全波整流回路7は、平滑用のコンデンサ8とともに直流電源回路2を構成するものであり、その交流入力端子は、交流電源線L1、L2およびノイズフィルタ10を介して交流電源11に接続されている。交流電源11は、例えば単相200Vの商用交流電源である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows the electrical configuration of an induction heating cooker. An induction heating cooker 1 shown in FIG. 1 includes a DC
全波整流回路7の正側直流出力端子は、リアクトル12およびダイオード13を介してコンデンサ8の一方の端子に接続されている。全波整流回路7の負側直流出力端子は、コンデンサ8の他方の端子に接続されている。NPN形のトランジスタ14は、リアクトル12およびダイオード13とともに昇圧コンバータ15を構成するものである。トランジスタ14のコレクタは、リアクトル12およびダイオード13の相互接続点に接続され、同エミッタは、全波整流回路7の負側直流出力端子に接続されている。コンデンサ8の両端子には、直流電源線16、17が接続されている。
The positive side DC output terminal of the full-
インバータ3は、そのスイッチング動作により直流電源回路2から出力される直流電圧VDCを高周波電圧に変換し、共振回路4に供給する。インバータ3は、直流電源線16、17間に第1、第2のトランジスタ18、19を直列接続した第1のハーフブリッジ回路(アームに相当)と、同じく第3、第4のトランジスタ20、21を直列接続した第2のハーフブリッジ回路(アームに相当)とからなるフルブリッジ型のインバータ回路である。
The
第1〜第4のトランジスタ18〜21は、スイッチング素子に相当するものであり、例えばIGBTである。これら第1〜第4のトランジスタ18〜21には、それぞれコレクタ・エミッタ間にフリーホイールダイオード18a〜21aが接続されている。第1のトランジスタ18および第2のトランジスタ19の相互接続点であるノードN1と、第3のトランジスタ20および第4のトランジスタ21の相互接続点であるノードN2との間には、共振回路4が接続されている。また、ノードN1、N2と直流電源線17との間にはスイッチング損失を軽減するためのスナバコンデンサ22、23が接続されている。
The first to
第1、第2のトランジスタ18、19は、一方がオン状態のときには他方がオフ状態となるようにして交互に動作する。第3、第4のトランジスタ20、21も、一方がオン状態のときには他方がオフ状態となるようにして交互に動作する。各トランジスタ18〜21のオンオフ動作は、ゲート制御回路6により制御される。ゲート制御回路6は、インバータ駆動パルス生成部25とドライバ26とから構成されている。
The first and
共振回路4は、誘導加熱コイル27、第1、第2の共振コンデンサ28、29およびリレースイッチ30から構成されている。例えば鍋である被加熱物31を加熱するための誘導加熱コイル27と第1の共振コンデンサ28とは、ノードN1、N2間に直列に接続されている。第1の共振コンデンサ28に対して並列に、第2の共振コンデンサ29およびリレースイッチ30の直列回路が接続されている。リレースイッチ30は、各共振コンデンサ28、29の接続状態を切り換えて共振周波数の切り換えを行うために設けられている。本実施形態では、アルミニウム系の材質で構成された被加熱物31を誘導加熱可能にするため、誘導加熱コイル27の巻数は60ターンに設定されている。
The resonance circuit 4 includes an
リレースイッチ30がオフの状態では、誘導加熱コイル27と第1の共振コンデンサ28とにより直列共振回路が構成される。第1の共振コンデンサ28の容量は、この状態でアルミニウム製鍋(被加熱物)を加熱する場合の共振周波数が約80kHzになるように設定されている。一方、リレースイッチ30がオンの状態では、各共振コンデンサ28、29が互いに並列に接続され、その容量と誘導加熱コイル27とにより直列共振回路が構成される。各共振コンデンサ28、29の並列容量は、その状態で鉄製鍋(被加熱物)を加熱する場合の共振周波数が約20kHzになるように設定されている。この場合、先にリレースイッチ30がオフ状態のときの条件を満たすように第1の共振コンデンサ28の容量を決定し、後からリレースイッチ30がオン状態のときの条件を満たすように第2の共振コンデンサ29の容量を決定する。
When the
制御回路5は、例えば32ビットのマイクロコンピュータ(基準クロック=40MHz)により構成されている。制御回路5は、そのソフトウェアなどにより実現される機能として、入力電力制御部32、負荷判定部33、ベースクロック生成部34を備えている。
入力電圧検出回路35は、交流電源線L1、L2間の交流入力電圧を検出し、その検出値を入力電力制御部32に与える。入力電流検出回路36は、変流器37を介して交流入力電流を検出し、その検出値を入力電力制御部32および負荷判定部33に与える。インバータ電流検出回路38は、変流器39を介してインバータ3に流れる電流を検出し、その検出値を負荷判定部33に与える。
The control circuit 5 is constituted by, for example, a 32-bit microcomputer (reference clock = 40 MHz). The control circuit 5 includes an input
The input
力率改善部40は、入力電圧検出回路35および入力電流検出回路36の各検出値に基づいて、交流入力電流の波形が交流入力電圧の波形に追従するように、且つ、直流電源回路2の出力電圧が設定された値まで昇圧されるようにトランジスタ14を駆動するためのベース信号を生成する。そのベース信号は、ドライバ41を介してトランジスタ14のベースに与えられる。これにより、昇圧コンバータ15は、設定された直流電圧VDCを直流電源線16、17間に印加するとともに力率改善チョッパとして作用する。本実施形態では、昇圧コンバータ15、力率改善部40およびドライバ41により、昇圧動作を伴う力率改善動作を行う力率改善回路71が構成される。力率改善回路71は、入力電力制御部32が間引き制御(後述する)を実行しない期間には力率改善動作を行い、間引き制御を実行する期間には力率改善動作を行わないようになっている。
Based on the detection values of the input
負荷判定部33(材質判定手段に相当)は、入力電流検出回路36により検出される交流入力電流と、インバータ電流検出回路38により検出されるインバータ電流IQとから被加熱物31の材質を判定する。負荷判定部33は、材質の判定結果を示す判定信号をベースクロック生成部34に与える。負荷判定部33は、被加熱物31の材質がアルミニウム系(低抵抗であり且つ低透磁率である材料)であると判定した場合、リレー切換回路42を介してリレースイッチ30をオフさせる。また、負荷判定部33は、被加熱物31の材質が鉄系(高抵抗であり且つ高透磁率である材料)であると判定した場合、リレー切換回路42を介してリレースイッチ30をオンさせる。
The load determination unit 33 (corresponding to the material determination unit) determines the material of the object to be heated 31 from the AC input current detected by the input
誘導加熱コイル27で消費させる電力(加熱電力)は、入力電力制御部32により制御される。入力電力制御部32は、誘導加熱コイル27で消費させる電力を、外部から指示された目標電力値(設定加熱電力)に一致させるように制御する。誘導加熱コイル27に流れるインバータ電流IQは高周波電流であるため上記加熱電力を検出することは簡単ではない。そこで、本実施形態では、誘導加熱コイル27で消費させる電力を直接的に制御する代わりに、直流電源回路2の入力電力を、目標電力値に基づいて算出される入力電力目標値に一致させる電力制御を行う。そして、その電力制御の結果として誘導加熱コイル27の消費電力(加熱電力)を目標電力値に一致させるようにしている。
The power (heating power) consumed by the
すなわち、入力電力制御部32は、入力電圧検出回路35により検出される交流入力電圧と、入力電流検出回路36により検出される交流入力電流とから入力電力を演算する。入力電力制御部32は、演算した入力電力が入力電力目標値と等しくなるように、加熱周波数(インバータ電流IQの周波数)の目標値を指示する周波数指令をベースクロック生成部34に与える。加熱周波数の目標値は、最大周波数〜最小周波数の範囲の値に設定される。本実施形態における最大周波数および最小周波数は、いずれも誘導加熱調理器において一般的に用いられる値としており、それぞれ100kHzおよび20kHzとしている。
That is, the input
入力電力制御部32は、負荷判定部33により被加熱物31の材質が、鉄やステンレスなどの高抵抗で高透磁率の材料であると判定された場合、間引き制御の実行が可能な状態となる。間引き制御を実行する際、入力電力制御部32は、インバータ駆動パルス生成部25に対し、間引き指令Saを出力する。詳細は後述するが、上記間引き制御は、加熱周波数の目標値を最大周波数に設定したにもかかわらず、入力電力を最小値(本実施形態では100W)まで下げられない場合に実行されるようになっている。
When the
ベースクロック生成部34は、例えばタイマを含んで構成されている。ベースクロック生成部34には、マイクロコンピュータの基準クロック(例えば40MHz)が与えられている。ベースクロック生成部34は、この基準クロックをタイマによりカウントし、そのカウント値に応じた周波数を持つベースクロック信号を生成する。すなわち、ベースクロック生成部34は、基準クロックを分周してベースクロック信号を生成する。ベースクロック生成部34は、入力電力制御部32から与えられる周波数指令に基づき且つ負荷判定部33の判定結果を加味し、ベースクロック信号の周波数を決定する。ベースクロック信号は、例えばマイクロコンピュータの汎用I/Oポートから出力され、インバータ駆動パルス生成部25に与えられる。
The base
ゲート制御回路6において、インバータ駆動パルス生成部25は、制御回路5から与えられるベースクロック信号を用いてインバータ3の各トランジスタ18〜21をそれぞれ駆動するための駆動パルス信号VG1〜VG4(駆動信号に相当)を生成する。駆動パルス信号VG1〜VG4は、ドライバ26を介してインバータ3の各トランジスタ18〜21のゲートにそれぞれ供給される。本実施形態では、制御回路5およびゲート制御回路6により制御手段9が構成される。
In the
図2は、インバータ駆動パルス生成部25の構成を示すブロック図である。インバータ駆動パルス生成部25は、逓倍回路43、波形生成回路44、間引き回路72およびデッドタイム可変回路45を備えている。逓倍回路43は、制御回路5から与えられるベースクロック信号を逓倍(m倍、mは整数)した逓倍クロック信号を生成する。波形生成回路44(駆動信号生成回路に相当)は、デジタル回路により構成されている。波形生成回路44は、逓倍回路43から与えられる逓倍クロック信号に基づいて駆動パルス信号VG1’〜VG4’を生成する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the inverter drive
間引き回路72は、デジタル回路により構成されている。間引き回路72は、間引き指令Saが与えられない場合には、波形生成回路44により生成された駆動パルス信号VG1’〜VG4’に何ら変更を加えることなく、駆動パルス信号VG1’’〜VG4’’として出力する。また、間引き回路72は、間引き指令Saが与えられた場合には、駆動パルス信号VG1’〜VG4’に対して所定の変更(詳細は後述する)を加えた後、駆動パルス信号VG1’’〜VG4’’として出力する。デッドタイム可変回路45は、間引き回路72から与えられる駆動パルス信号VG1’’〜VG4’’の立ち上がりタイミングを変更し、インバータ3の各トランジスタ18〜21をオンオフさせるための駆動パルス信号VG1〜VG4として出力する。
The thinning
図3は、逓倍回路43の一構成例を示している。図3に示す逓倍回路43は、位相比較器46、LPF47、VCO48、インバータ49および分周器50により構成されている。位相比較器46は、ベースクロック信号と分周器50の出力信号の位相の差に応じた電圧信号を出力する。位相比較器46の出力は、LPF47(低域通過フィルタ)を介して平滑化された後、VCO48に与えられる。
FIG. 3 shows a configuration example of the
VCO48(電圧制御発振器)は、与えられる電圧信号の電圧値に応じた周波数の信号を出力する。VCO48の出力は、インバータ49を介して分周器50に与えられるとともに逓倍クロック信号として出力される。分周器50は、逓倍クロック信号を1/mに分周して出力する。このような構成により、逓倍回路43は、ベースクロック信号に同期し且つベースクロック信号のm倍の周波数を持つ逓倍クロック信号を生成する。
The VCO 48 (voltage controlled oscillator) outputs a signal having a frequency corresponding to the voltage value of a given voltage signal. The output of the
図4は、波形生成回路の出力信号波形と、間引き指令が与えられた際の間引き回路の出力信号波形とを示している。図示しないが、波形生成回路44は、逓倍クロック信号をカウントするカウンタと、そのカウンタの出力信号を入力とする複数の論理回路とから構成されている。このような構成により、波形生成回路44は、逓倍クロック信号に基づいて、駆動パルス信号VG1’〜VG4’を生成する。図4の(a)、(b)に示すように、駆動パルス信号VG1’〜VG4’は、50%のデューティでトランジスタ18〜21をオン/オフさせるような波形になっている。
FIG. 4 shows an output signal waveform of the waveform generation circuit and an output signal waveform of the thinning circuit when a thinning command is given. Although not shown, the
図4の(c)、(d)に示すように、間引き回路72は、間引き指令Saが与えられると、駆動パルス信号(VG1’〜VG4’)を変更しない通常動作と、駆動パルス信号(VG1’〜VG4’)を変更する信号変更動作とを交互に実行する。信号変更動作は、各駆動パルス信号のHレベルの期間(トランジスタ18〜21をオン駆動するオン期間)を、Lレベルの期間(トランジスタ18〜21をオフ駆動するオフ期間)に変更する動作である。上記通常動作および信号変更動作は、駆動パルス信号の1周期単位で実行されるようになっている。本実施形態では、通常動作および信号変更動作は、いずれも駆動パルス信号の2周期に相当する期間だけ実行される。すなわち、通常動作および信号変更動作の繰り返し周期(間引き制御の周期)は、駆動パルス信号の4周期分に相当する。このため、間引き制御の周波数faは、駆動パルス信号の駆動周波数をfbとした場合、下記(1)式により表される。
fa=(1/4)・fb …(1)
このような間引き制御が実行されると、間引き制御が実行されない場合に対し、各駆動パルス信号のオン期間が1/2になるため、加熱電力についても約1/2になる。
As shown in FIGS. 4C and 4D, when the thinning-out command Sa is given, the thinning-
fa = (1/4) · fb (1)
When such thinning-out control is executed, the on-period of each drive pulse signal is halved compared to the case where the decimating control is not executed, so that the heating power is also halved.
通常動作の期間Taおよび信号変更動作の期間Tbは、駆動周波数fbが最大値(インバータ電流IQの周波数が最大周波数(100kHz)になるときの値)であるときの間引き制御の周波数faが、インバータ電流IQの最小周波数(20kHz)以上となる範囲であれば、適宜変更することが可能である。 In the normal operation period Ta and the signal change operation period Tb, the frequency fa of the thinning control when the drive frequency fb is the maximum value (the value when the frequency of the inverter current IQ becomes the maximum frequency (100 kHz)) is Any change can be made as long as it is within the range of the minimum frequency (20 kHz) of the current IQ.
具体的には、図5に示すように、通常動作の期間Taおよび信号変更動作の期間Tbは、間引き制御の周期が駆動パルス信号の5周期以内になるように設定すればよい。すなわち、期間Taを駆動パルス信号の1周期とした場合には、期間Tbは駆動パルス信号の1〜4周期のうちいずれかに設定することができる。また、期間Taを駆動パルス信号の2周期とした場合には、期間Tbは駆動パルス信号の1〜3周期のうちいずれかに設定することができる。また、期間Taを駆動パルス信号の3周期とした場合には、期間Tbは駆動パルス信号の1周期または2周期に設定することができる。また、期間Taを駆動パルス信号の4周期とした場合には、期間Tbは駆動パルス信号の1周期に設定することができる。期間Ta、T2のうち、いずれか一方でも駆動パルス信号の5周期以上に設定することはできない。なぜなら、前述した(1)式の条件を満たすことができなくなるからである。 Specifically, as shown in FIG. 5, the period Ta of the normal operation and the period Tb of the signal changing operation may be set so that the cycle of the thinning control is within 5 cycles of the drive pulse signal. That is, when the period Ta is one cycle of the drive pulse signal, the period Tb can be set to any one of 1 to 4 cycles of the drive pulse signal. When the period Ta is set to two cycles of the drive pulse signal, the period Tb can be set to any one of 1 to 3 cycles of the drive pulse signal. Further, when the period Ta is set to 3 cycles of the drive pulse signal, the period Tb can be set to 1 cycle or 2 cycles of the drive pulse signal. Further, when the period Ta is set to four cycles of the drive pulse signal, the period Tb can be set to one cycle of the drive pulse signal. Either one of the periods Ta and T2 cannot be set to 5 cycles or more of the drive pulse signal. This is because the condition of the above-described expression (1) cannot be satisfied.
各トランジスタ18〜21をオン駆動する通常動作の期間Taは、図5に示す条件を満たした上で、さらに共振可能な最低限の周期に設定する必要がある。ただし、その期間Ta内において高周波電流が共振波形とならない場合、信号変更動作の期間Tbにおける自由共振で共振状態が定まることになる。その場合、信号変更動作の後に行われる通常動作において、共振状態が終わらないうちに異常なタイミングでオン駆動されるおそれがあるため、期間Tbは、上記自由共振が収束するのに十分な期間に設定するとよい。このようなことを踏まえた上で、本実施形態では、期間Taおよび期間Tbのいずれについても、駆動パルス信号の2周期分に相当する期間に設定している。
The normal operation period Ta in which the
図6は、デッドタイム可変回路45の一構成例を示しており、図7および図8は、そのデッドタイム可変回路45の各部の信号波形を示している。図6に示すデッドタイム可変回路45は、入力される駆動パルス信号VG1’’の立ち上がりタイミングを遅らせるように変更し、駆動パルス信号VG1として出力する。なお、図示しないが、本回路と同様の構成が、駆動パルス信号VG2’’〜VG4’’に対応してそれぞれ設けられている。
FIG. 6 shows an example of the configuration of the dead
図6に示すデッドタイム可変回路45は、抵抗59、60、コンデンサ61、62、ダイオード63、シュミットトリガ型のインバータ64、65およびトランジスタ66により構成されている。駆動パルス信号VG1’’の入力端子は、抵抗59およびコンデンサ61を介してグランド線67に接続されている。この抵抗59と並列に、ダイオード63および抵抗60の直列回路が接続されている。ダイオード63は、カソードが上記入力端子側となるように設けられている。抵抗59およびコンデンサ61の相互接続点であるノードN3とグランド線67との間には、コンデンサ62およびトランジスタ66が直列に接続されている。
The dead
トランジスタ66は、ベース・エミッタ間抵抗およびベース抵抗が内蔵されたものであり、そのベースには、制御回路5から出力される切替信号が与えられている。制御回路5は、切替信号をHレベル(トランジスタ66を十分にオン可能なレベル)またはLレベル(トランジスタ66を十分にオフ可能なレベル)に切り替えるようになっている。ノードN3の信号は、インバータ64、65を通して駆動パルス信号VG1として出力される。
The
切替信号がLレベルの場合にはトランジスタ66がオフするので、ノードN3とグランド線67との間にコンデンサ61のみが接続された状態となる。一方、切替信号がHレベルの場合にはトランジスタ66がオンするので、ノードN3とグランド線67との間にコンデンサ61、62が並列に接続された状態となる。本実施形態では、コンデンサ62の容量は、コンデンサ61の容量の2倍程度に設定されている。また、抵抗59の抵抗値は、抵抗60の抵抗値の10倍程度に設定されている。
Since the
このような構成によれば、切替信号がLレベルである場合、駆動パルス信号VG1’’(図7の(a)参照)が立ち上がる際(時刻t0)には、抵抗59を介してコンデンサ61が充電されるので、ノードN3の信号の立ち上がりは緩やかなものとなる(図7の(b)参照)。一方、駆動パルス信号VG1’’が立ち下がる際(時刻t1)には、抵抗59よりも十分に小さい抵抗値の抵抗60およびダイオード63を介してコンデンサ61の電荷が放電されるので、ノードN3の信号の立ち下がりは急峻なものとなる(図7の(b)参照)。このようにして生成される緩やかな立ち上がりの信号をインバータ64、65を通すことにより、立ち上がりタイミングを時間T1だけ遅らせた駆動パルス信号VG1(図7の(c)参照)が生成される。
With such a configuration, when the switching signal is at the L level, the
また、切替信号がHレベルである場合、駆動パルス信号VG1’’(図8の(a)参照)が立ち上がる際(時刻t0)には、抵抗59を介してコンデンサ61、62が充電されるので、ノードN3の信号の立ち上がりは非常に緩やかなものとなる(図8の(b)参照)。一方、駆動パルス信号VG1’’が立ち下がる際(時刻t1)には、上述した切替信号がLレベルである場合と同様に、ノードN3の信号の立ち下がりは急峻なものとなる(図8の(b)参照)。このようにして生成される非常に緩やかな立ち上がりの信号をインバータ64、65を通すことにより、立ち上がりタイミングを時間T1よりも長い時間T2だけ遅らせた駆動パルス信号VG1(図8の(c)参照)が生成される。
When the switching signal is at the H level, the
このようにして、駆動パルス信号VG1〜VG4の立ち上がりタイミングを遅らせることにより、第1、第2のトランジスタ18、19がいずれもオフ状態となるデッドタイム、第3、第4のトランジスタ20、21がいずれもオフ状態となるデッドタイムを設けるようにしている。また、上記デッドタイムの長さは、制御回路5から与えられる切替信号のレベルに応じて2段階に切り替え可能としている。制御回路5は、入力電力が所定値以上の場合にはLレベルの切替信号を出力し、入力電力が所定値未満の場合にはHレベルの切替信号を出力する。従って、デッドタイムの長さは、入力電力が所定値以上であれば短くなり、入力電力が所定値未満であれば長くなる。
In this way, by delaying the rising timing of the drive pulse signals VG1 to VG4, the dead time when the first and
次に、上記構成の誘導加熱調理器1における電力制御の内容について説明する。
外部より加熱開始を示す信号(図示せず)が入力されると、負荷判定部33は、被加熱物31の種類(材質)の判定を行う。この判定を行うにあたって、負荷判定部33は、リレースイッチ30をオン状態とする。入力電力制御部32は、ベースクロック生成部34に対し、インバータ3の加熱周波数の目標値として例えば25kHzを指示する。この状態で、インバータ3が駆動されているときのインバータ電流検出回路38の検出値を読み取る。被加熱物31の材質がアルミニウム系である場合、透磁率が低いために誘導加熱コイル27のインダクタンスは小さな値となる。そのため、共振回路4の共振周波数は25kHzから大きく外れた値(例えば50kHz)となる。この場合、誘導加熱コイル27には僅かな電流しか流れない。
Next, the content of the power control in the induction heating cooker 1 having the above configuration will be described.
When a signal (not shown) indicating the start of heating is input from the outside, the
これに対し、被加熱物31の材質が鉄系である場合、共振周波数は約20kHzとなる。加熱周波数25kHzはその値にかなり近い値であるため、誘導加熱コイル27にはアルミニウム系材質の場合よりも大きな電流が流れる。従って、誘導加熱コイル27に流れる電流の大きさから被加熱物31の材質が鉄系であるか、またはアルミニウム系であるかを判断することができる。なお、誘導加熱コイル27に流れる電流の大きさの代わりに、入力電力制御部32により求められる入力電力の大きさから判断することもできる。この場合、入力電力の値は、アルミニウム系では小さく鉄系材質ではそれよりも大きくなる。
On the other hand, when the material of the article to be heated 31 is iron-based, the resonance frequency is about 20 kHz. Since the
このようにして被加熱物31の材質を判定した後、その材質に応じて共振回路4のリレースイッチ30の切り換えを行う。材質がアルミニウム系であった場合にはリレースイッチ30をオフして共振周波数を約80kHzとする。材質が鉄系であった場合にはリレースイッチ30をオンして共振周波数を約20kHzとする。
After determining the material of the object to be heated 31, the
入力電力制御部32は、演算した入力電力が、使用者が設定した設定加熱電力に基づいて算出される入力電力目標値と等しくなるように加熱周波数の目標値をベースクロック生成部34に与える。ベースクロック生成部34は、指示された加熱周波数に応じた周波数を持つベースクロック信号をインバータ駆動パルス生成部25に出力する。インバータ駆動パルス生成部25は、上記指示された加熱周波数に一致する高周波電流が誘導加熱コイル27に流れるように各トランジスタ18〜21をオンオフさせるための駆動パルス信号VG1〜VG4を生成する。これら駆動パルス信号VG1〜VG4は、ドライバ26を介して各トランジスタ18〜21のゲートにそれぞれ与えられる。
The input
駆動パルス信号VG1〜VG4により、トランジスタ18〜21が駆動されると、誘導加熱コイル27に高周波電流が流れて被加熱物31が誘導加熱される。前述したように、本実施形態の駆動パルス信号VG1〜VG4は、50%のデューティでトランジスタ18〜21をオン/オフするような波形となっている。このため、駆動パルス信号VG1〜VG4の周波数(駆動周波数)と誘導加熱コイル27(共振回路4)に流れる高周波電流の周波数とは同じになる。すなわち、本実施形態では、駆動周波数を共振回路4に流れる高周波電流の周波数と同じにするインバータ3の駆動方式を採用している。
When the
入力電力を入力電力目標値に一致させる電力制御(加熱電力制御)は、インバータ3のスイッチング周波数(駆動パルス信号の駆動周波数)を可変して行う。一般に、誘導加熱調理器における直列共振回路は誘導性として使用されるため、駆動周波数が共振周波数を下回ることはない。そして、誘導加熱調理器においては、インバータ3の駆動周波数を上昇させる(共振周波数から離れる方向に変化させる)ことで入力電力を減少させ、駆動周波数を低下させる(共振周波数に近づく方向に変化させる)ことで入力電力を増加させるようになっている。
Power control (heating power control) for matching the input power to the input power target value is performed by varying the switching frequency of the inverter 3 (drive frequency of the drive pulse signal). In general, since the series resonance circuit in the induction heating cooker is used as inductive, the drive frequency does not fall below the resonance frequency. In the induction heating cooker, the drive frequency of the
さて、本実施形態の誘導加熱調理器1のように1つ(1種類)の誘導加熱コイル27を用いる場合、通常、その誘導加熱コイル27は、アルミニウム系の鍋などの低透磁率の材質に合わせたターン数(鉄系の材質に合わせたターン数の2倍程度)となるように設計される。そして、鉄系の鍋などの高透磁率の材質を加熱する際に所望の最大電力(例えば3kW)を得るため、インバータ電圧を高めに設定する。このようにすることで、被加熱物31の材質にかかわらず、所望の最大加熱電力でもって加熱調理を行うことを可能としている。しかし、このような構成では、インバータ電圧を高めに設定しているため、被加熱物31が鉄系の鍋などである場合において、加熱電力の最小値をある程度の値(例えば200W〜150W)までしか下げられない。その一方で、例えば制御仕様の都合などから上記最小値をさらに小さい値まで引き下げたいという要望もある。そこで、本実施形態では、以下のような間引き制御を実行可能とすることで、鉄系材質の被加熱物31を加熱する際における最小加熱電力の引き下げを実現している。
Now, when using one (one kind)
すなわち、入力電力制御部32は、このような電力制御を行う際、負荷判定結果に基づいて被加熱物31の材質が鉄系であると判断した場合に間引き制御の実行が可能な状態となる。図9は、被加熱物31の材質が鉄系であると判断した場合における電力制御の内容を示すフローチャートである。最初のステップS1では、設定電力(入力電力目標値)が設定される。まず、このステップS1において、間引き制御をすることなく、電力制御を行うことが可能な程度の値の設定電力が設定された場合について説明する。
That is, when performing such power control, the input
ステップS2では、その時点における入力電力が演算により求められる。ステップS3では、求めた入力電力が設定電力より小さいか否かが判断される。入力電力が設定電力より小さいと判断された場合(ステップS3で「YES」)、ステップS4に進む。ステップS4では、入力電力を増やすために駆動周波数が所定値だけ下げられる。そして、ステップS5に進み、間引き制御が実行されているか否かが判断される。この場合、間引き制御は実行されていないため「NO」と判断され、ステップS6に進む。ステップS6では、駆動周波数が最小値fmin未満であるか否かが判断される。最小値fminは、共振回路4に流れる高周波電流の周波数が最小周波数(20kHz)であるときの駆動周波数であり、本実施形態では20kHzである。駆動周波数が20kHz以上である場合(NO)、そのままステップS2に戻る。そして、駆動周波数が20kHz未満である場合(YES)、ステップS7を実行してからステップS2に戻る。ステップS7では、駆動周波数が最小値fminに設定される。 In step S2, the input power at that time is obtained by calculation. In step S3, it is determined whether or not the obtained input power is smaller than the set power. When it is determined that the input power is smaller than the set power (“YES” in step S3), the process proceeds to step S4. In step S4, the drive frequency is lowered by a predetermined value in order to increase the input power. Then, the process proceeds to step S5, and it is determined whether or not the thinning control is being executed. In this case, since the thinning control is not executed, it is determined as “NO”, and the process proceeds to Step S6. In step S6, it is determined whether or not the drive frequency is less than the minimum value fmin. The minimum value fmin is a driving frequency when the frequency of the high-frequency current flowing through the resonance circuit 4 is the minimum frequency (20 kHz), and is 20 kHz in the present embodiment. If the drive frequency is 20 kHz or higher (NO), the process returns to step S2. And when a drive frequency is less than 20 kHz (YES), it returns to step S2 after performing step S7. In step S7, the drive frequency is set to the minimum value fmin.
一方、入力電力が設定電力より大きいと判断された場合(ステップS3で「NO」)、ステップS8に進む。ステップS8では、入力電力を減らすために駆動周波数が所定値だけ上げられる。そして、ステップS9に進み、駆動周波数が最大値fmaxより大きいか否かが判断される。最大値fmaxは、共振回路4に流れる高周波電流の周波数が最大周波数(100kHz)であるときの駆動周波数であり、本実施形態では100kHzである。この場合、駆動周波数は100kHz以下であるため(NO)、そのままステップS2に戻る。通常は、上記各ステップが繰り返されることにより、入力電力が設定電力に一致するように制御される。なお、本実施形態では、間引き制御を実行することなく、駆動周波数を100kHzに設定した場合に、入力電力が150Wになるものとする。 On the other hand, if it is determined that the input power is greater than the set power (“NO” in step S3), the process proceeds to step S8. In step S8, the drive frequency is increased by a predetermined value in order to reduce the input power. In step S9, it is determined whether the drive frequency is greater than the maximum value fmax. The maximum value fmax is a driving frequency when the frequency of the high-frequency current flowing through the resonance circuit 4 is the maximum frequency (100 kHz), and is 100 kHz in this embodiment. In this case, since the drive frequency is 100 kHz or less (NO), the process directly returns to step S2. Normally, the above steps are repeated so that the input power is controlled to match the set power. In the present embodiment, it is assumed that the input power is 150 W when the driving frequency is set to 100 kHz without executing the thinning control.
続いて、ステップS1において、上記通常の電力制御だけでは到達できないような低い電力値(例えば100W)が設定電力として設定された場合について説明する。この場合、前述した通常の制御が実行されることにより、駆動周波数が100kHzまで上げられる。しかしながら、そのときの入力電力値は、未だ目標電力値である100Wまで低下しておらず、150Wとなっている。このため、ステップS3において、「NO」と判断され、ステップS8に進む。ステップS8では、駆動周波数が100kHzからさらに所定値だけ上げられる。従って、ステップS9において、「YES」と判断され、ステップS10に進む。 Next, a case where a low power value (for example, 100 W) that cannot be reached only by the normal power control is set as the set power in step S1 will be described. In this case, the drive frequency is increased to 100 kHz by executing the above-described normal control. However, the input power value at that time has not yet decreased to the target power value of 100 W, but is 150 W. Therefore, “NO” is determined in step S3, and the process proceeds to step S8. In step S8, the drive frequency is further increased by a predetermined value from 100 kHz. Therefore, in step S9, “YES” is determined, and the process proceeds to step S10.
ステップS10に進むと、駆動周波数が最大値fmax(100kHz)に設定される。そして、ステップS11に進み、間引き制御の実行が開始される(間引き制御設定)。これにより、入力電力が150Wの1/2である75Wまで低下した状態で、ステップS2に戻る。つまり、入力電力が目標電力値よりも低くなるため、続いて行われるステップS3で「YES」と判断され、ステップS4に進む。ステップS4で駆動周波数が所定値だけ下げられた後、ステップS5に進む。この場合、間引き制御実行中であるため、ステップS5で「YES」と判断され、ステップS12に進む。 In step S10, the drive frequency is set to the maximum value fmax (100 kHz). And it progresses to step S11 and execution of thinning-out control is started (thinning-out control setting). Thus, the process returns to step S2 in a state where the input power is reduced to 75W, which is 1/2 of 150W. That is, since the input power becomes lower than the target power value, “YES” is determined in the subsequent step S3, and the process proceeds to step S4. After the drive frequency is lowered by a predetermined value in step S4, the process proceeds to step S5. In this case, since the thinning control is being executed, “YES” is determined in the step S5, and the process proceeds to the step S12.
ステップS12では、駆動周波数が間引き終了判定値fthより小さいか否かが判断される。間引き終了判定値fthは以下のようにして定められている。すなわち、間引き制御実行中において、共振回路4に流れる高周波電流は、間引き制御の周波数成分を有する。このため、間引き制御の周波数faが高周波電流の最小周波数である20kHz(=駆動周波数fbの最小値fmin)よりも小さくなると高周波電流に含まれる上記周波数成分が可聴周波数となり、鍋から異音が発生し、ユーザに不快感を与えてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、間引き制御の実行中、その間引き制御の周波数faが駆動周波数fbの最小値fmin(高周波電流の最小周波数=20kHz)未満となった時点で、間引き制御を解除するようにしている。間引き終了判定値fthは、下記(2)式により表される。
fth=fmin・(fb/fa) …(2)
In step S12, it is determined whether or not the drive frequency is smaller than the thinning-out completion determination value fth. The thinning end determination value fth is determined as follows. That is, during execution of thinning control, the high-frequency current flowing through the resonance circuit 4 has a frequency component for thinning control. For this reason, when the frequency fa of the thinning control becomes smaller than 20 kHz (= the minimum value fmin of the driving frequency fb) which is the minimum frequency of the high frequency current, the frequency component contained in the high frequency current becomes an audible frequency, and abnormal noise is generated from the pan. In this case, the user may feel uncomfortable. Therefore, in the present embodiment, during the execution of the thinning control, the thinning control is canceled when the frequency fa of the thinning control becomes less than the minimum value fmin of the driving frequency fb (minimum frequency of the high-frequency current = 20 kHz). ing. The thinning end determination value fth is expressed by the following equation (2).
fth = fmin · (fb / fa) (2)
上記(2)式によれば、本実施形態における間引き終了判定値fthは、80kHzとなる。駆動周波数が間引き終了判定値fth以上であれば、ステップS12で「YES」と判断され、ステップS2に戻る。一方、駆動周波数が間引き終了判定値fth未満であれば、ステップS12で「NO」と判断され、ステップS13に進む。ステップS13に進むと、駆動周波数が最大値fmaxに設定される。そして、ステップS14に進み、間引き制御の実行が停止される(間引き制御解除)。これにより、入力電力が間引き制御を実行しない状態における最低値である150Wになった状態で、ステップS2に戻る。 According to the above equation (2), the decimation end determination value fth in this embodiment is 80 kHz. If the drive frequency is equal to or higher than the thinning end determination value fth, “YES” is determined in the step S12, and the process returns to the step S2. On the other hand, if the drive frequency is less than the thinning end determination value fth, “NO” is determined in the step S12, and the process proceeds to a step S13. In step S13, the drive frequency is set to the maximum value fmax. And it progresses to step S14 and execution of thinning-out control is stopped (thinning-out control cancellation | release). As a result, the process returns to step S2 in a state where the input power is 150 W, which is the lowest value when the thinning control is not executed.
このように、間引き制御が実行されると、駆動周波数が間引き終了判定値fth以上である期間は、間引き制御が実行された状態で、入力電力を設定電力に一致させるべく、電力制御が実行される。そして、駆動周波数を間引き終了判定値fthまで変化させたにもかかわらず、そのときの入力電力が設定電力に一致しない場合には、間引き制御の実行が解除され、その後、通常どおりの電力制御が実行されることになる。 As described above, when the thinning control is executed, the power control is executed so that the input power matches the set power in the state in which the driving frequency is equal to or greater than the thinning end determination value fth while the thinning control is executed. The When the drive frequency is changed to the thinning end determination value fth but the input power at that time does not match the set power, the execution of the thinning control is canceled, and then the normal power control is performed. Will be executed.
以上説明したように、本実施形態の誘導加熱調理器1は、被加熱物31が鉄系の材質である場合に間引き制御の実行を可能とした入力電力制御部32を備えている。このため、アルミニウム系の材質に合わせたターン数を持つ1つ(1種類)の誘導加熱コイル27を用いた構成において、鉄系の鍋などの高抵抗且つ高透磁率の材質を加熱する際に所望の最大電力(例えば3kW)を得ることを可能にしつつ、さらに、加熱電力の最小値を従来に比べて小さい値(例えば100W程度)まで引き下げることを可能にしている。従って、本実施形態の誘導加熱調理器1は、被加熱物31の材質を問わず効果的に加熱することができる。
As described above, the induction heating cooker 1 of the present embodiment includes the input
さて、加熱電力の最小値を引き下げる別の方法としては、長い周期(秒単位)で電力のオン/オフを繰り返し、積算電力として加熱電力を低減するという方法も考えられる。しかしながら、その方法では次のような問題が生じる。すなわち、比較的長い周期でオン/オフを繰り返すことになるため、連続的に加熱する場合に比べてオン時の入力電力が高くなってしまい、突沸が発生する可能性がある。そして、突沸の発生により、例えば煮込み料理を行う際などにおいて、鍋底に焦げ付きが生じるおそれがある。さらに、鍋が外された場合、電力をオフしている期間は、その状態を検出できなくなるため、鍋検出時間が長くなるという問題などもある。これに対し、本実施形態の誘導加熱調理器1によれば、加熱電力を最小値まで引き下げる際、上記した間引き制御が実行されることで、駆動信号(共振回路4に流れる高周波電流)の周期(数十μ秒単位)で電力の供給/停止(オン/オフ)が繰り返される。このため、連続加熱している状態とほとんど変わらない加熱状態を維持することができる。従って、本実施形態によれば、突沸の発生が抑制されるとともに、鍋が外された場合には、直ちに、その状態を検出することができる。 As another method for lowering the minimum value of the heating power, a method of reducing the heating power as the integrated power by repeatedly turning on / off the power in a long cycle (second unit) is conceivable. However, this method has the following problems. That is, since ON / OFF is repeated with a relatively long cycle, input power at the time of ON becomes higher than in the case of continuous heating, and bumping may occur. Due to the occurrence of bumping, for example, when cooking in stew, there is a risk of scorching on the bottom of the pan. Furthermore, when the pan is removed, there is a problem that the pan detection time becomes long because the state cannot be detected during the period when the power is turned off. On the other hand, according to the induction heating cooker 1 of the present embodiment, when the heating power is reduced to the minimum value, the above-described thinning control is executed, so that the cycle of the drive signal (the high-frequency current flowing through the resonance circuit 4) is increased. Power supply / stop (on / off) is repeated in units of several tens of microseconds. For this reason, the heating state which is hardly different from the state of continuous heating can be maintained. Therefore, according to the present embodiment, the occurrence of bumping is suppressed, and when the pan is removed, the state can be detected immediately.
間引き制御の実行中、その間引き制御の周波数が駆動周波数の最小値fminとなった時点で間引き制御の実行を解除するようにした。これにより、間引き制御実行中における共振回路4に流れる高周波電流が有する間引き制御の周波数成分は、20kHz(最小周波数)よりも小さくなることがない。このため、間引き制御の実行に伴って共振回路4に流れる高周波電流が可聴周波数成分を含むようなことはなく、被加熱物31である鍋からの異音の発生が抑制される。 During execution of the thinning control, the execution of the thinning control is canceled when the frequency of the thinning control becomes the minimum value fmin of the drive frequency. Thereby, the frequency component of the thinning control included in the high-frequency current flowing in the resonance circuit 4 during the thinning control is not smaller than 20 kHz (minimum frequency). For this reason, the high-frequency current flowing through the resonance circuit 4 with the execution of the thinning-out control does not include an audible frequency component, and the generation of abnormal noise from the pan as the object to be heated 31 is suppressed.
力率改善回路71は、インバータ3に供給する直流電圧を所定値まで昇圧する昇圧動作を含んだ力率改善動作を行う。ただし、力率改善回路71は、入力電力制御部32が間引き制御を実行しない期間に力率改善動作を行い、間引き制御を実行する期間には力率改善動作を行わないようにしている。間引き制御が実行される期間というのは、入力電力を比較的小さい値の設定電力に一致させるような電力制御が行われている。そして、昇圧動作が行われず、インバータ3に供給される直流電圧が低くなると、それに応じて入力電力も低下する。従って、このような構成によれば、入力電力の最小値をさらに低い値に設定することが可能となる。なお、力率改善回路71は、入力電力制御部32が間引き制御を実行するか否かにかかわらず、力率改善動作を行うようにしてもよい。
The power
間引き制御において間引き回路72が行う通常動作および信号変更動作は、いずれも駆動パルス信号の2周期に相当する期間だけ実行されるようにした。これにより、各トランジスタ18〜21がオン駆動される通常動作の実行後、次の通常動作の実行までには、少なくとも信号変更動作が行われる駆動パルス信号の2周期に相当する期間だけは、各トランジスタ18〜21がオフ駆動される期間が存在する。このようなオフ期間を設けたことにより、次にトランジスタ18〜21がオン駆動される際に、共振状態が収束しておらず、異常電圧でオン駆動(スイッチング)される事態が発生してしまうことを防止できる。なお、このオフ期間は、共振回路4による自由共振が収束するのに必要な期間であれば、適宜変更可能である。
Both the normal operation and the signal changing operation performed by the thinning
デッドタイム可変回路45を設け、駆動パルス信号VG1〜VG4の立ち上がりタイミングを2段階に変更可能とした。すなわち、インバータ3の各アームのデッドタイムの長さを2段階に変更可能とした。共振回路4に流れる高周波電流は入力電力に応じて変化するが、その高周波電流の大きさによりトランジスタ18〜21のコレクタ・エミッタ間電圧の傾きは変化する。具体的には、図10に示すように、入力電力が小さいほど、トランジスタ18〜21のコレクタ・エミッタ間電圧の立ち下がりの傾きは緩やかになる。これは、共振回路4の共振電流が小さくなると、スナバコンデンサ22、23が充電される時間が長くなるためである。そこで、共振電流が小さい場合、すなわち入力電力が小さい場合にはデッドタイムを長くし、共振電流が大きい場合、すなわち入力電力が大きい場合にはデッドタイムを短くすることで、アームの短絡を防止するとともに、スナバ電圧によるスイッチングロスを低減することができる。
A dead
インバータ駆動パルス生成部25が備える間引き回路72には、例えばマイクロコンピュータの汎用I/Oポートから出力されるベースクロック信号に基づいて生成される駆動パルス信号VG1’〜VG4’が与えられている。間引き回路72は、その駆動パルス信号VG1’〜VG4’に対し、オン期間をオフ期間に変更する間引き動作を行う。そして、間引き回路72は、デジタル回路(ロジック回路)として構成されている。このような構成によれば、間引き回路72は、駆動パルス信号の1周期単位で上記信号変更動作を容易に行うことができる。
Drive pulse signals VG1 'to VG4' generated based on, for example, a base clock signal output from a general-purpose I / O port of a microcomputer are given to the thinning
波形生成回路44は、間引き回路72と同様にデジタル回路として構成される。これにより、これらの回路をFPGA(Field Programmable Gate Array)、PLD(Programmable Logic Device)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)など、プログラミングにより回路構成を変更可能な(プログラマブルな)ロジック回路を含んだ回路により構成することが可能となり、回路構成を簡素化できるとともに基板面積の削減や部品点数の削減などの効果が得られる。また、間引き制御を実行可能にする上で、新たに部品点数を増やす必要が無い。さらに、逓倍回路43の一部構成(LPF47、VCO48を構成するコンデンサ、抵抗など)を除く回路構成についてもデジタル回路であるので、その回路構成をASIC等に取り込めば、さらに上述した各効果が高まることになる。
The
入力電力制御部32は、負荷判定部33により被加熱物31の材質が高抵抗であり且つ高透磁率である材料の鉄系(ステンレスを含む)であると判断された場合に間引き制御の実行を可能にした。アルミニウム系など非磁性体材料の材質の場合、Qの値(共振のピークの鋭さを表す値)が高い。従って、駆動周波数の変更に伴う入力電力の変化が大きくなるため、駆動周波数の変更可能範囲内において入力電力を比較的低い値に設定し易い。一方、鉄系などの磁性体材料の材質の場合、Qの値が小さい。従って、駆動周波数の変更に伴う入力電力変化が小さいため、駆動周波数の変更可能範囲内において入力電力を比較的低い値に設定することが難しい。本実施形態では、入力電力を低い値に設定し難い鉄系の材質の被加熱物31を加熱する際に間引き制御を実行することで、その入力電力を比較的低い値まで引き下げることを可能にしている。なお、負荷判定部33により被加熱物31の材質がアルミニウム系であると判断された場合にも、上記間引き制御を実行可能に構成してもよい。
The input
(その他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
駆動パルス信号VG1〜VG4は、上記実施形態において示した波形に限らない。すなわち、インバータ3の駆動方式は、上記実施形態において示した駆動周波数を共振回路4に流れる高周波電流(共振電流)の周波数と同じにする方式に限らない。例えば、駆動周波数を共振電流の周波数の1/2で済ますことができる方式であってもよいし、駆動周波数を共振電流の周波数の1/4で済ますことができる方式であってもよい。さらに、これらの方式を切り替えることが可能な構成としてもよい。
The drive pulse signals VG1 to VG4 are not limited to the waveforms shown in the above embodiment. That is, the driving method of the
ただし、上述したような駆動周波数が共振周波数の1/N倍(Nは整数)となる方式を採用する場合、間引き制御に関して以下のような変更が必要となる。すなわち、通常動作の期間Taおよび信号変更動作の期間Tbは、駆動周波数fbが最大値(共振電流の周波数が最大周波数(100kHz)になるときの値)であるときの間引き制御の周波数faが、共振電流の最小周波数(20kHz)を1/N倍した周波数以上となる範囲に設定すればよい。また、間引き制御の実行中、その間引き制御の周波数faが高周波電流の最小周波数(=20kHz)を1/N倍した周波数未満となった時点で、間引き制御を解除するようにすればよい。 However, when adopting a method in which the drive frequency as described above is 1 / N times the resonance frequency (N is an integer), the following changes are necessary for the thinning control. That is, during the normal operation period Ta and the signal change operation period Tb, the frequency fa of the thinning control when the drive frequency fb is the maximum value (the value when the frequency of the resonance current becomes the maximum frequency (100 kHz)) What is necessary is just to set to the range used as the frequency which becomes 1 / N times or more the minimum frequency (20kHz) of resonance current. Further, during execution of the thinning control, the thinning control may be canceled when the frequency fa of the thinning control becomes less than 1 / N times the minimum frequency (= 20 kHz) of the high frequency current.
デッドタイム可変回路45は、駆動パルス信号VG1’’〜VG4’’の立ち上がりタイミングを変更して駆動パルス信号VG1〜VG4として出力するものであればよく、図6の回路構成に限らずともよい。また、デッドタイム可変回路45は、デッドタイムを3段階以上に切り替え可能なものでもよし、デッドタイムの切り替え機能が無いものでもよい。さらには、デッドタイム可変回路45は、必要に応じて設ければよい。
波形生成回路44および間引き回路72は、FPGA、PLD、ASICなどのプログラマブルなロジック回路を含んだ回路により構成されていなくともよく、それぞれ個別に構成されたデジタル回路であってもよい。
The dead
The
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
図面中、1は誘導加熱調理器、2は直流電源回路、3はインバータ、4は共振回路、9は制御手段、18〜21は第1〜第4のトランジスタ(スイッチング素子)、27は誘導加熱コイル、28、29は共振コンデンサ、31は被加熱物、33は負荷判定部(材質判定手段)、44は波形生成回路(駆動信号生成回路)、71は力率改善回路を示す。 In the drawings, 1 is an induction heating cooker, 2 is a DC power supply circuit, 3 is an inverter, 4 is a resonance circuit, 9 is a control means, 18 to 21 are first to fourth transistors (switching elements), and 27 is induction heating. Coil, 28 and 29 are resonance capacitors, 31 is an object to be heated, 33 is a load determination unit (material determination means), 44 is a waveform generation circuit (drive signal generation circuit), and 71 is a power factor improvement circuit.
Claims (8)
前記被加熱物を設定加熱電力に基づいて誘導加熱するための1つの誘導加熱コイルおよび共振コンデンサからなる共振回路と、
複数のスイッチング素子を含んで構成され、前記直流電源回路から出力される直流電圧を高周波電圧に変換して前記共振回路に供給するインバータと、
前記複数のスイッチング素子をそれぞれ駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成回路を含んで構成され、前記インバータのスイッチング動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記共振回路に流れる高周波電流の周波数が最大周波数以下となり且つ最小周波数以上となる範囲内で前記駆動信号の駆動周波数を変化させることにより、加熱電力を前記設定加熱電力に一致させる電力制御を行い、
前記電力制御を行う際、前記駆動信号の駆動周波数を最大値まで変化させたにもかかわらず、そのときの加熱電力が前記設定加熱電力に一致しない場合には、
前記スイッチング素子をオン駆動するオン期間が前記スイッチング素子をオフ駆動するオフ期間となるように前記駆動信号の1周期単位で前記駆動信号を変更する信号変更動作と、前記駆動信号を変更しない通常動作とを交互に実行する間引き制御を実行することを特徴とする誘導加熱調理器。 A DC power supply circuit;
A resonance circuit including one induction heating coil and a resonance capacitor for induction heating the object to be heated based on a set heating power;
An inverter configured to include a plurality of switching elements, and converts the DC voltage output from the DC power supply circuit into a high-frequency voltage and supplies the high-frequency voltage to the resonance circuit;
A control means configured to include a drive signal generation circuit that generates a drive signal for driving each of the plurality of switching elements, and controls a switching operation of the inverter;
With
The control means includes
By changing the drive frequency of the drive signal within a range where the frequency of the high-frequency current flowing in the resonant circuit is equal to or lower than the maximum frequency and equal to or higher than the minimum frequency, power control is performed to match the heating power with the set heating power
When performing the power control, even when the driving frequency of the driving signal is changed to the maximum value, the heating power at that time does not match the set heating power,
A signal changing operation for changing the drive signal in units of one cycle of the drive signal so that an ON period for driving the switching element to be an OFF period for driving the switching element OFF, and a normal operation for not changing the drive signal An induction heating cooker that executes thinning control for alternately executing the above.
前記制御手段は、前記駆動周波数が最大値であるときの前記間引き制御の周波数が、前記高周波電流の最小周波数を1/N倍した周波数以上となるように、前記信号変更動作および前記通常動作の期間を設定することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 The drive frequency of the drive signal generated by the drive signal generation circuit is 1 / N times the frequency of the high-frequency current flowing in the resonance circuit (where N is an integer),
The control means performs the signal change operation and the normal operation so that the frequency of the thinning control when the drive frequency is the maximum value is equal to or higher than a frequency obtained by multiplying the minimum frequency of the high-frequency current by 1 / N. The induction heating cooker according to claim 1, wherein a period is set.
商用交流電源から与えられる交流電圧を整流および平滑した直流電圧を出力するものであり、
昇圧動作を伴う力率改善動作を実行可能な力率改善回路を備え、
前記力率改善回路は、前記制御手段が前記間引き制御を実行する期間には、前記力率改善動作を実行しないことを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。 The DC power supply circuit is
It outputs a DC voltage that is obtained by rectifying and smoothing an AC voltage supplied from a commercial AC power source.
Equipped with a power factor correction circuit capable of performing power factor correction operation with boosting operation,
The induction heating cooker according to claim 1 or 2, wherein the power factor correction circuit does not execute the power factor correction operation during a period in which the control unit executes the thinning control.
前記制御手段は、前記間引き制御を実行した状態において、前記間引き制御の周波数が、前記高周波電流の最小周波数を1/N倍した周波数に達するまで前記駆動信号の駆動周波数を変化させたにもかかわらず、そのときの加熱電力が設定加熱電力に一致しない場合には、前記間引き制御の実行を解除することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の誘導加熱調理器。 The drive frequency of the drive signal generated by the drive signal generation circuit is 1 / N times the frequency of the high-frequency current flowing in the resonance circuit (where N is an integer),
In the state where the thinning control is executed, the control means changes the driving frequency of the driving signal until the frequency of the thinning control reaches a frequency obtained by multiplying the minimum frequency of the high-frequency current by 1 / N. The induction heating cooker according to any one of claims 1 to 3, wherein when the heating power at that time does not coincide with the set heating power, the execution of the thinning control is canceled.
前記制御手段は、入力電力が小さいほど、前記アームの2つのスイッチング素子が同時にオフとなるデッドタイムが長くなるように、前記駆動信号を変更することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の誘導加熱調理器。 The inverter includes an arm having two switching elements connected in series,
The said control means changes the said drive signal so that the dead time when two switching elements of the said arm turn off simultaneously becomes long, so that input power is small. The induction heating cooker as described in one.
前記制御手段は、前記材質判定手段により被加熱物の材質が高抵抗であり且つ高透磁率の材料であると判定された場合に、前記間引き制御の実行を可能とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の誘導加熱調理器。 Comprising a material judging means for judging the material of the object to be heated;
The said control means enables execution of the said thinning | decimation control, when it determines with the material of a to-be-heated material having a high resistance and a high magnetic permeability by the said material determination means. The induction heating cooking appliance as described in any one of claim | item 1 -7.
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CN114062908B (en) * | 2020-08-06 | 2023-07-04 | 浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司 | Relay state detection method, device and equipment of electromagnetic heating appliance |
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