JP2012099347A - 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、火を使用せ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普及している。ところで、被加熱物である調理用の鍋などは様々な材質で作られている。このため、誘導加熱調理器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。現在では、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各種提案されている。 An induction heating cooker has advantages such as a safety and temperature control function without using fire, and is widely used as an IH cooking heater incorporated in a system kitchen. By the way, cooking pots and the like to be heated are made of various materials. For this reason, the induction heating cooker is required to be able to efficiently heat all of these materials. At present, various induction heating cookers that can heat a high-permeability pan such as an iron pan and a low-permeability pan such as an aluminum pan have been proposed.
このような誘導加熱調理器は、食物などを誘導加熱調理する前に被加熱物の材質を判定する必要がある。そこで、高周波電圧の駆動周波数を徐々に変化させてインバータ電流もしくは位相差の変化を検出し、当該検出値に基いて材質判定する技術が提案されている。また、アクティブフィルタの動作を停止した状態で駆動周波数を変化させてインバータ電流値に基いて材質判定する技術が提供されている。 Such an induction heating cooker needs to determine the material of the object to be heated before induction heating cooking of food or the like. Therefore, a technique has been proposed in which the drive frequency of the high-frequency voltage is gradually changed to detect a change in the inverter current or the phase difference, and the material is determined based on the detected value. There is also provided a technique for determining the material based on the inverter current value by changing the drive frequency in a state where the operation of the active filter is stopped.
しかしながら、例えば被加熱物を温め電源オフした直後などに電源投入した場合など被加熱物の温度が高く、誘導加熱コイルの温度が高い状態で被加熱物の材質判定処理を行うとき等には、誘導加熱コイルの温度が200℃に上昇することもあり当該誘導加熱コイルの抵抗値が増加してしまうため正常に材質判定できない虞がある。 However, for example, when the material to be heated is heated and the induction heating coil is at a high temperature, such as when the power is turned on immediately after the heated object is heated and turned off, etc. Since the temperature of the induction heating coil may rise to 200 ° C. and the resistance value of the induction heating coil increases, there is a possibility that the material cannot be normally determined.
正常に材質判定できるようにした誘導加熱調理器を提供する。 Provided is an induction heating cooker that allows normal material judgment.
実施形態に示す誘導加熱調理器は、直流電源回路と、インバータと、共振回路と、温度検出手段と、制御回路と、電流検出手段と、材質判定手段とを備える。直流電源回路は、商用電源の電圧を平滑化した直流電圧について昇圧回路を通じて供給する。 The induction heating cooker shown in the embodiment includes a DC power supply circuit, an inverter, a resonance circuit, a temperature detection unit, a control circuit, a current detection unit, and a material determination unit. The DC power supply circuit supplies a DC voltage obtained by smoothing the voltage of the commercial power supply through a booster circuit.
インバータはスイッチング素子を備え、直流電圧回路により平滑化され昇圧回路を通じて供給された直流電圧を前記スイッチング素子により高周波電圧に変換出力する。共振回路は、被加熱物を誘導加熱するための誘導加熱コイルおよび共振コンデンサを備えて構成されインバータの高周波電圧が印加される。温度検出手段は誘導加熱コイルの温度を検出し、制御回路はインバータを制御する。 The inverter includes a switching element, and converts the DC voltage smoothed by the DC voltage circuit and supplied through the booster circuit into a high frequency voltage by the switching element. The resonance circuit includes an induction heating coil and an induction capacitor for induction heating of an object to be heated, and is applied with a high frequency voltage of the inverter. The temperature detecting means detects the temperature of the induction heating coil, and the control circuit controls the inverter.
電流検出手段はインバータに流れるインバータ電流値を検出する。材質判定手段は、温度検出手段により誘導加熱コイルの温度が高く検出されることに応じて昇圧回路による昇圧電圧を高く変更した状態において、インバータの駆動周波数を変化させながら電流検出手段のインバータ電流値に基いて被加熱物の材質判定処理を行う。 The current detection means detects an inverter current value flowing through the inverter. The material judging means is an inverter current value of the current detecting means while changing the drive frequency of the inverter in a state where the boosted voltage by the booster circuit is changed to be high in response to the temperature detecting means detecting a high temperature of the induction heating coil. Based on the above, the material judgment process of the object to be heated is performed.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1ないし図12を参照しながら説明する。
図1は、誘導加熱調理器の電気的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などを接続して構成されている。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9を介して200Vの単相交流電源(商用電源)10に接続されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 schematically shows an electrical configuration of the induction heating cooker. An induction heating cooker 1 shown in FIG. 1 is configured by connecting a DC
全波整流回路7の正側直流出力端子は、リアクトル11およびダイオード12のアノード−カソード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。後述するが、この直流電源回路2は、商用電源10を平滑化した直流電圧を出力する。直流電源回路2はチョッパ回路(昇圧回路)14を通じて直流電圧を出力する。
The positive-side DC output terminal of the full-wave rectifier circuit 7 is connected to one terminal of the capacitor 8 via the
NPN形のトランジスタ13は、リアクトル11およびダイオード12と共にチョッパ回路14を構成するものである。トランジスタ13のコレクタは、リアクトル11およびダイオード12のアノードの共通接続点に接続され、そのエミッタは、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15、16が接続されている。チョッパ回路14は直流電圧を必要に応じて昇圧した昇圧電圧として出力する。
The
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15、16間に第1、第2のトランジスタ17、18を直列接続した第1のハーフブリッジ回路と、同じく第3、第4のトランジスタ19、20を直列接続した第2のハーフブリッジ回路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17〜20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17〜20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17a〜20aが接続されている。第1のトランジスタ17および第2のトランジスタ18の相互接続点であるノードN1と、第3のトランジスタ19および第4のトランジスタ20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16との間にはスナバコンデンサ21、22がスイッチング損失を軽減するため接続されている。
The first to
ゲート制御回路6は、インバータ駆動パルス生成部23およびドライバ24を含んで構成され、各トランジスタ17〜20をオンオフ制御する。第1、第2のトランジスタ17、18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交互にオンオフ制御される。第3、第4のトランジスタ19、20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交互にオンオフ制御される。
The
共振回路4は、誘導加熱コイル25、第1、第2の共振コンデンサ26、27およびリレースイッチ28から構成されている。例えば鉄鍋、アルミニウム製鍋である被加熱物29を加熱するための誘導加熱コイル25と第1の共振コンデンサ26とは、ノードN1、N2間に直列に接続されている。
The
第2の共振コンデンサ27およびリレースイッチ28が直列接続されており、当該直列回路が第1の共振コンデンサ26に並列接続されている。リレースイッチ28は、共振コンデンサ26、27の接続状態を切り換えることで共振回路4の共振周波数を切換えるために設けられている。本実施形態では、誘導加熱コイル25の巻数は60ターンに設定されている。
The
リレースイッチ28がオフの状態では、誘導加熱コイル25と第1の共振コンデンサ26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26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。
In the state where the
一方、リレースイッチ28がオンの状態では、各共振コンデンサ26、27が互いに並列に接続され、その容量と誘導加熱コイル25とにより直列共振回路が構成される。各共振コンデンサ26、27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。
On the other hand, 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30、負荷判定部31、ベースクロック生成部32および位相差検出部33を備えている。
The control circuit 5 is constituted by, for example, a 32-bit microcomputer (reference clock = 40 MHz). The control circuit 5 includes an input
入力電圧検出回路34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30に与える。入力電流検出回路35は、変流器36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30および負荷判定部31に与える。インバータ電流検出回路37は、変流器38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31に与える。
The input
力率改善部39は、直流電源線15の電圧を検出する電圧検出回路39aを具備し、入力電圧検出回路34および入力電流検出回路35の各検出値や、電圧検出回路39aの検出結果に基づいて、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トランジスタ13を駆動させるためのベース信号を生成する。このベース信号は、ドライバ40を介してトランジスタ13のベースに与えられる。これにより、チョッパ回路14は、設定された直流電圧VDCを直流電源線15、16間に力率改善用の昇圧チョッパ回路として用いられる。
The power
本実施形態では、温度センサ41aがトッププレート42の温度を検出するためトッププレート42下部に配設されており、温度センサ41bが誘導加熱コイル25の温度を検出するため誘導加熱コイル25に当接するように設置されている。これらの温度センサ41a、41bは、それぞれ、絶縁性があり、且つ、耐熱性の例えばセラミック性の温度センサにより構成されている。
In the present embodiment, the
温度検出回路(温度検出手段)41は、これらの温度センサ41a、41bの検出信号により、被加熱物29を載置するトッププレート42、被加熱物29に加熱するための誘導加熱コイル25の温度を検出し、負荷判定部31に検出温度を出力する。
The temperature detection circuit (temperature detection means) 41 detects the temperature of the
なお、トッププレート42下部に配置した温度センサ41aの温度検出結果を誘導加熱コイル25の温度として代用したり、インバータ3のスイッチング素子17〜20の温度を検出し、当該スイッチング素子17〜20の温度を誘導加熱コイル25の温度として代用しても良い。
The temperature detection result of the
制御回路5の負荷判定部(材質判定手段)31は、被加熱物29の材質を判定するときには所定の初期周波数から周波数指令値を減少変化させながらベースクロック生成部32に与え、ベースクロック生成部32が当該周波数指令値に応じたベースクロック信号を生成してインバータ駆動パルス生成部23に与え、ドライバ24を通じてスイッチング素子17〜20を駆動制御する。
The load determination unit (material determination unit) 31 of the control circuit 5 gives the base
ゼロクロス検出回路43には、インバータ電流検出回路37の検出信号が与えられインバータ電流IQのゼロクロスタイミングを検出し位相差検出部33に与える。位相差検出部33は、インバータ駆動パルス生成部23によって生成された駆動パルスとゼロクロスタイミングとの位相差を検出し負荷判定部31に出力する。
The zero
負荷判定部31は、インバータ電流検出回路37により検出されるインバータ電流IQ、入力電流検出回路35により検出される入力電流を用いて被加熱物29の材質を判定する。位相差検出部33により検出された位相差PQを用いて被加熱物29の材質を判定しても良い。なお、本実施形態では、位相差検出部33、ゼロクロス検出回路43を用いた機能ブロックを用いて説明するが、当該機能ブロックは必要に応じて設ければ良い。インバータ電流IQおよび入力電流検出回路35により検出された入力電流から被加熱物29の材質を判定することができる。負荷判定部31により行われる負荷判定処理の詳細は後述する。
The
負荷判定部31は、被加熱物29がアルミニウム系(低抵抗で且つ低透磁率)の材質であると判定した場合、リレー切換回路43を介してリレースイッチ28をオフさせる。また、負荷判定部31は、被加熱物29が鉄系(高抵抗で且つ高透磁率)の材質であると判定した場合、リレー切換回路44を介してリレースイッチ28をオンさせる。
The
入力電力制御部30は、通常加熱動作時には誘導加熱コイル25で消費する電力(加熱電力)を制御する。入力電力制御部30は、誘導加熱コイル25で消費する電力が外部から指示された目標電力値に一致するように制御する回路である。本実施形態では、通常加熱動作時には、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。そして、その制御の結果として誘導加熱コイル25の消費電力(加熱電力)を目標電力値に一致させる。
The input
すなわち、入力電力制御部30は、入力電圧検出回路34により検出される交流入力電圧と、入力電流検出回路35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30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値をベースクロック生成部32に与える。
That is, the input
ベースクロック生成部32は、例えばタイマを含んで構成される。ベースクロック生成部32には、マイクロコンピュータの基準クロック信号(例えば40MHz)が与えられている。被加熱物29の材質判定処理後の通常駆動時には、ベースクロック生成部32は、この基準クロック信号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32は、基準クロック信号を分周してベースクロック信号を生成する。
The base
ベースクロック生成部32は、入力電力制御部30から与えられる周波数指令に基づき且つ負荷判定部31の判定結果に基いて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23に与えられる。
The base
ゲート制御回路6を構成するインバータ駆動パルス生成部23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17〜20をそれぞれ駆動するための駆動パルス信号VG1〜VG4を生成する。この駆動パルス信号VG1〜VG4は、ドライバ24を介してインバータ3の各トランジスタ17〜20のゲートにそれぞれ供給される。
The inverter
図2は、インバータ駆動パルス生成部23の電気的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23は、逓倍回路45、波形生成回路46およびデッドタイム可変回路47を備えている。逓倍回路45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した逓倍クロック信号を生成するもので周波数高速発振安定化回路として機能する。波形生成回路46は、逓倍回路45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。デッドタイム可変回路47は、波形生成回路46により生成された駆動パルス信号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17〜20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。
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the inverter
図3は、逓倍回路45の一構成例を示している。図3に示す逓倍回路45は、位相比較器48、LPF(低域通過フィルタ)49、VCO(電圧制御発振器)50、NOT回路51および分周器52を備えてなるPLL制御機能を設けたフィードバック回路構成となっている。位相比較器48は、ベースクロック信号と分周器52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48の出力は、LPF49を介して平滑化された後、VCO50に与えられる。
FIG. 3 shows a configuration example of the
VCO50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。VCO50の出力は、インバータ51を介して分周器52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52は、逓倍クロック信号を1/64に分周して出力する。このような構成により、逓倍回路45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64倍の周波数で高周波数化して逓倍クロック信号を生成する。この逓倍回路45は、PLL制御機能により制御しているため、発振動作を高速安定化することができる。
The
図4は、波形生成回路46の一構成例を示しており、図5は、その波形生成回路46における各部の信号波形を示している。図4に示す波形生成回路46は、カウンタ53、OR回路54、55、AND回路56、NAND回路57、NOR回路58およびNOT回路59、60により構成される。カウンタ53は、CK端子に与えられる逓倍クロック信号(図5の(a)参照)の立ち下がりに同期してカウントを行う。カウンタ53は、QA端子、QB端子およびQC端子からカウント値(3ビットのバイナリデータ)を示す信号(図5の(b)〜(d)参照)を出力する。
4 shows an example of the configuration of the
カウンタ53のQA端子、QB端子からの出力信号は、それぞれOR回路54の各入力端子に与えられている。OR回路54の出力信号(図5の(e)参照)は、AND回路56の一方の入力端子、NAND回路57の一方の入力端子およびNOT回路59の入力端子に与えられている。NOT回路59の出力信号(図5の(f)参照)は、OR回路55の一方の入力端子およびNOR回路58の一方の入力端子に与えられている。
The output signals from the QA terminal and QB terminal of the
カウンタ53のQC端子はNOT回路60の入力に接続されている。NOT回路60の出力信号(図5の(g)参照)は、AND回路56の他方の入力端子、NAND回路57の他方の入力端子、OR回路55の他方の入力端子およびNOR回路58の他方の入力端子に与えられている。このような構成により、OR回路55およびNOR回路58から、それぞれ駆動パルス信号VG1’およびVG2’が出力される(図5の(h)、(i)参照)。また、AND回路56およびNAND回路57から、それぞれ駆動パルス信号VG3’およびVG4’が出力される(図5の(j)、(k)参照)。
The QC terminal of the
図5に示すように、駆動パルス信号VG1’〜VG4’の周期(スイッチング周期)は、逓倍クロック信号の周期の8倍となっている。すなわち、インバータ3における各トランジスタ17〜20のスイッチング周波数は、逓倍クロック信号の周波数の1/8であり、ベースクロック信号の周波数の8倍となる。
As shown in FIG. 5, the period (switching period) of the drive pulse signals VG1 'to VG4' is eight times the period of the multiplied clock signal. That is, the switching frequency of each of the
また、図5の(h)に示すように、駆動パルス信号VG1’は、第1のトランジスタ17をスイッチング周期の5/8周期の間はオン状態とし、残りの3/8周期の間はオフ状態とするようになっている。図5の(j)に示すように、駆動パルス信号VG3’は、第3のトランジスタ20をスイッチング周期の3/8周期の間はオン状態とし、残りの5/8周期の間はオフ状態とするようになっている。この第3のトランジスタ20をオン状態とするタイミングは、第1のトランジスタ17をオン状態とするタイミングより1/8周期だけ遅らせている。
Further, as shown in FIG. 5 (h), the drive pulse signal VG1 ′ turns on the
駆動パルス信号VG2’、VG4’は、それぞれ駆動パルス信号VG1’、VG3’と逆極性の波形となっている。すなわち、駆動パルス信号VG2’は、第2のトランジスタ18を第1のトランジスタ17とは反対の動作をさせるようになっており、駆動パルス信号VG4’は、第4のトランジスタ20を第3のトランジスタ19とは反対の動作をさせるようになっている。
The drive pulse signals VG2 'and VG4' have waveforms having opposite polarities to those of the drive pulse signals VG1 'and VG3', respectively. That is, the drive pulse signal VG2 ′ causes the
図6は、デッドタイム可変回路47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47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47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のみ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47は、抵抗61、62、コンデンサ63、64、ダイオード65、シュミットトリガ型のNOT回路66、67、切替回路68を接続して構成されている。
The dead
駆動パルス信号VG1’の入力端子は、抵抗61およびコンデンサ63を介してグランド線69に接続されている。抵抗61と並列に、ダイオード65および抵抗62の直列回路が接続されている。ダイオード65は、カソードが駆動パルス信号VG1’の入力端子側に接続されている。抵抗61およびコンデンサ63の相互接続点であるノードN3とグランド線69との間には、コンデンサ64および切替回路68が直列に接続されている。切替回路68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トランジスタを備えスイッチング用に構成されるものであり、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。
The input terminal of the drive pulse signal VG 1 ′ is connected to the
制御回路5は、切替信号をHレベル(切替回路68を十分にオン可能なレベル)またはLレベル(切替回路68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、NOT回路66、67を通して駆動パルス信号VG1として出力される。
The control circuit 5 switches the switching signal to the H level (a level at which the
切替信号がLレベルの場合にはトランジスタ68がオフするので、ノードN3とグランド線69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68がオンするので、ノードN3とグランド線69との間にコンデンサ63、64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64の容量は、コンデンサ63の容量の2倍程度に設定されている。また、抵抗61の抵抗値は、抵抗62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61を介してコンデンサ63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61よりも十分に小さい抵抗値の抵抗62およびダイオード65を介してコンデンサ63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NOT回路66、67を通じて出力することにより、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。
According to 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61を介してコンデンサ63、64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NOT回路66、67を通じて出力することにより、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17、18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19、20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 both the first and
次に、本実施形態の作用について特に材質判定処理を中心に説明する。図9および図10は、材質判定処理の概略的な動作についてフローチャートにより示している。
ユーザが被加熱物29をトッププレート42上に載置したとき、被加熱物29の材質などによって、誘導加熱コイル25および被加熱物29間の相互作用が変化し、共振回路4の共振周波数が変化する。被加熱物29の材質がアルミニウム系である場合、共振回路4の共振周波数は高く、被加熱物29の材質が鉄系である場合、共振回路4の共振周波数は低くなる。したがって、誘導加熱コイル25に流れるインバータ電流値IQは、被加熱物29の材質が鉄系であるかアルミニウム系であるかによってそれらの共振周波数周辺において大きく異なる。負荷判定部31は、この性質を主に利用して材質判定処理を行う。
Next, the operation of this embodiment will be described focusing on the material determination process. 9 and 10 show a schematic operation of the material determination process in a flowchart.
When the user places the object to be heated 29 on the
図9において、外部より加熱開始を示す信号(図示せず)を受け付けると(S1)、負荷判定部31は、被加熱物29の種類(材質)の判定を行う。この判定を行うにあたり、負荷判定部31は、温度検出回路41を通じて誘導加熱コイル25の温度を計測する(S2)。
In FIG. 9, when a signal (not shown) indicating the start of heating is received from the outside (S1), the
ユーザが被加熱物29の加熱処理を行ってから時間経過しないうちに加熱開始信号を受付けたときには、誘導加熱コイル25の温度が通常温度よりも高い。誘導加熱コイル25の温度が高くなると、誘導加熱コイル25および被加熱物29間のギャップが膨張などによって通常よりも狭くなっているため、共振回路4の容量性が増し、共振回路4の共振周波数が高くなる。そこで、本実施形態では誘導加熱コイル25の温度が所定温度より高いときには材質判定処理を行う場合には処理を変更している。
When the user receives a heating start signal before the time has elapsed since the heat treatment of the
負荷判定部31は、所定温度以下のときには開始周波数を第1周波数f1とし(S4)、所定温度より高いときには開始周波数を第2周波数f2(>f1)として設定する(S5)。
The
図11は、駆動周波数に応じたインバータ電流値IQの材質特性変化を示しており、開始周波数の関係も合わせて示している。
開始周波数は、負荷判定部31が被加熱物29の材質を判定開始するときにスイッチング素子17〜20のゲートを駆動制御するときの目標周波数(スイッチング周期の逆数)を示している。尚、2段階に変更設定可能にしているが、これは誘導加熱コイル25の温度に応じてインバータ3の駆動開始周波数を変更すれば上記処理形態に限られず、例えば温度の高低に応じて3段階以上の複数段階に変更設定可能にしても良い。
FIG. 11 shows the change in material characteristics of the inverter current value IQ according to the drive frequency, and also shows the relationship of the start frequency.
The start frequency indicates a target frequency (reciprocal of the switching period) when the
図9に戻って、負荷判定部31は、しきい値などのパラメータ設定を行う(S6)。このパラメータは、主に、インバータ電流値IQの上限値、電圧VQと電流IQとの間の位相差の上限、位相差が不適正となる所定範囲(0含む)、などの材質判定処理に関連する不具合予防用のパラメータや、変化周波数(後述参照)などのパラメータを示している。例えば、ユーザが不適正な鍋をトッププレート42に載置したときなどは、負荷判定部31は材質判定処理を中断しインバータ3の駆動を停止させる必要があり、不具合を予防するためのパラメータを予め設定する必要があるために行われる。
Returning to FIG. 9, the
負荷判定部31は、リレー切換回路44を通じてリレースイッチ28をオフ状態とし、インバータ3の駆動周波数の目標値として例えば80〜100kHz間の開始周波数f1またはf2(前述参照)を周波数指令値としてベースクロック生成部32に指示する(S7)。この状態において、負荷判定部31は、インバータ3が駆動しているときのインバータ電流検出回路37の検出値を読み取る(S8)。なお、本実施形態では、リレースイッチ28をオフ状態とすることで比較的高い周波数(約80kHz〜100kHz)を開始周波数としているが、リレースイッチ28をオン状態として比較的低い周波数(約20〜40kHz)を開始周波数としても良い。
The
次に、負荷判定部31は、この発振初期におけるインバータ電流値IQが0であるか否かを判定し(S9)、インバータ電流値IQが0であれば(S9:YES)、異常と判断し(S10)、材質判定処理を終了しインバータ3の駆動を停止させその旨報知する。負荷判定部31は、ステップS9の条件を満たさなければ材質判定処理に移行し(S11)、正常に材質が判定されたことを条件として材質判定処理を終了する。
Next, the
図10は、ステップS11の材質判定処理の内容を概略的なフローチャートにより示している。図10に示すように、材質判定処理において、まず、温度検出回路41が誘導加熱コイル25の温度を検出する(T1)と、負荷判定部31はこの誘導加熱コイル25の温度に応じた直流電圧を算出する(T2)。
FIG. 10 is a schematic flowchart showing the content of the material determination process in step S11. As shown in FIG. 10, in the material determination process, first, when the
負荷判定部31は、力率改善部39に直流電圧指示の信号を与え、力率改善部39は、負荷判定部31が算出した昇圧電圧VDCを制御し、電圧検出回路(出力電圧検出手段)39aが昇圧回路14の出力電圧を検出し所定の昇圧電圧に達したか否かを判定する(T3)。このステップT3の処理時には、温度検出回路41が温度センサ41bにより誘導加熱コイル25の温度を検出し、チョッパ回路14は誘導加熱コイル25の検出温度に応じて電圧を出力する。昇圧電圧に達したか否かを判定する理由は、誘導加熱コイル25に入力する入力電力が低くなることを防止するためである。
The
図12(a)は、駆動周波数に応じた入力電力の温度変化特性を概略的に示している。誘導加熱コイル25は、その抵抗値が温度上昇にほぼ比例して上昇するため、温度が上昇すると入力電力が低下する。特にアルミニウム鍋について材質判定処理するときには高い駆動周波数にて駆動するため、インバータ制御に使用可能な周波数帯域が狭い場合がある。このような場合には、インバータ3の入力電力が十分ではない場合があるため、材質判定処理時においては、チョッパ回路14の昇圧度を高めると良い。すると、材質判定処理に必要な入力電力を確保でき、インバータ電流値IQを高めることができ、必要な精度を確保でき、最終的に正確な材質判定を行うことができる。
FIG. 12A schematically shows the temperature change characteristic of the input power according to the drive frequency. Since the resistance value of the
例えば、AC200Vで動作する誘導加熱調理器1においては、±10%まで動作保証するためAC220Vまで動作保証することになる。この場合、220V×√2=約310Vよりも高くマージン電圧を見込んだ所定電圧範囲(320V〜400V)内で温度に応じた昇圧電圧を出力する。例えば、誘導加熱コイル25の温度が常温(25℃)のときには320Vとし、高温(200℃)のときには400Vとし、これらの温度範囲および昇圧電圧範囲では温度と昇圧電圧を比例関係にて設定した昇圧電圧を出力する。
For example, in the induction heating cooker 1 operating at AC 200 V, the operation is guaranteed up to AC 220 V in order to guarantee the operation up to ± 10%. In this case, a boosted voltage corresponding to the temperature is output within a predetermined voltage range (320 V to 400 V) in which a margin voltage higher than 220 V × √2 = about 310 V is expected. For example, when the temperature of the
その後、電圧検出回路39aの検出結果が所望の昇圧電圧に達したことが判定されると(T3:YES)、負荷判定部31は、インバータ電流値IQと、入力電流と、駆動パルス信号VG1〜VG4(駆動電圧)およびインバータ電流の位相差を検出する(T4)。負荷判定部31は、駆動パルス信号VG1〜VG4の周期が複数周期(例えば5サイクル)経過したか否かを判定し(T5)、経過していなければステップT4から処理を繰り返す。
Thereafter, when it is determined that the detection result of the
ステップT4の処理を複数周期繰り返す理由は、ノイズに伴う検出誤差を極力抑制するためである。例えば、約80kHzの駆動周波数に設定されれば、12.5マイクロ秒の1/2となる6.25マイクロ秒の周期で1サイクルとなるが、5サイクル繰り返すときには、31.25マイクロ秒の周期でステップT5を抜ける。 The reason for repeating the process of step T4 for a plurality of cycles is to suppress detection errors accompanying noise as much as possible. For example, if the drive frequency is set to about 80 kHz, one cycle is obtained with a period of 6.25 microseconds, which is 1/2 of 12.5 microseconds. Step S5 is exited.
ここで、負荷判定部31は、温度検出回路41が検出した誘導加熱コイル25の温度検出結果に応じて比例計算により検出値(例えばインバータ電流値IQ)を補正する。この場合、制御回路5は誘導加熱コイル25の温度と昇圧電圧間で対応したデータテーブルを内部メモリ(図示せず)に保持し、常温における基準電圧320Vと電圧検出回路39aの検出電圧との比例計算を行い、インバータ電流検出回路37の検出結果を補正する。
Here, the
ステップT5を抜けた後、負荷判定部31はインバータ電流値IQ、位相差の平均値を算出し(T6)、位相差が0に近い所定範囲内であるか否かを判定する(T7)。次に負荷判定部31は位相差が0に近い所定範囲内であると判定したことを条件として(T7:YES)、不適正鍋であると判定し(T8)、ベースクロック生成部32に駆動出力停止指令を出力し(T9)、材質判定中止する。
After exiting step T5, the
そして、制御回路5は図示しないパネルなどを介して不適正鍋であることを報知する(T10)ことでユーザにその旨を通知する。ステップT7でNOと判定した場合でも、負荷判定部31は位相差が所定値以上であると判定したときには(T11:YES)、無負荷であると判定し(T12)、この場合も駆動出力停止指令を出力し(T13)材質判定中止する。このような場合、ユーザにその旨を通知する。
And the control circuit 5 notifies that to a user by alert | reporting that it is an improper pan via the panel etc. which are not shown in figure (T10). Even when it is determined NO in step T7, when the
負荷判定部31は、検出されたインバータ電流値および位相差が、アルミニウム系、または、鉄系の条件を満たしていると判定したときには(T14:YES)、アルミニウム系、または、鉄系である旨の材質を判定し(T15)、材質判定処理ルーチンを抜け、材質に応じた加熱処理を行う(S12)。
When the
被加熱物29および誘導加熱コイル25間の相互作用による共振周波数周辺では、インバータ電流値IQが急激に上昇するため、例えばインバータ電流値IQがある所定の閾値電流Ithを上回る周波数値を検出することで、アルミニウム系または鉄系であるかを判定できる。
In the vicinity of the resonance frequency due to the interaction between the object to be heated 29 and the
負荷判定部31は、2回目の入力電流値、インバータ電流値を検出したか否かを判定し(T16)、初回しか入力電流値、インバータ電流値を検出していなければ(T16:NO)、ステップT17に移行する。負荷判定部31はインバータ電流検出回路37によりインバータ電流値を検出したときには、前述と同様にインバータ電流値を補正する。負荷判定部31は、ステップT17において入力電流値、インバータ電流値の平均値、を内部メモリ(図示せず)に記憶し(T17)、周波数指令値を所定の第1ステップだけ下降変化させ(T18)、ステップT4に戻って処理を繰り返す。このようにして途中で処理を抜けなければ、ステップT4、T5、T6、T7、T11、T14、T16の処理が2回繰り返される。
The
負荷判定部31は、ステップT16において2回目の入力電流値、インバータ電流値を検出していれば(T16:YES)、前述同様に、インバータ電流値の平均値を内部メモリに記憶させる(T19)。このとき、電圧検出回路39aは、チョッパ回路14の出力電圧を検出するが、チョッパ回路14の出力電圧が所定の規定電圧よりも高いと検出されたときには、直流電源回路2の直流電圧と電圧検出回路39aの検出電圧との間の比例演算処理結果に応じてインバータ電流値IQを補正する。
If the
例えば、チョッパ回路14の昇圧電圧が350Vと得られており、直流電源回路2の直流電圧が約310Vの場合、これらの比例計算を行うことで1.13倍と得られる。したがって、インバータ電流検出回路37により検出されたインバータ電流値IQをこの比に応じて補正する。
For example, when the boost voltage of the
すると、基準直流電圧に応じて補正されたインバータ電流値IQを得ることができる。後述実施形態に示すように放電機能を設けて昇圧電圧VDCが目標昇圧電圧となるまで待機するよりも時間を要することなく処理を素早く完了できる。 Then, the inverter current value IQ corrected according to the reference DC voltage can be obtained. As shown in an embodiment described later, it is possible to complete the process more quickly without taking a time than waiting for the boosted voltage V DC to reach the target boosted voltage by providing a discharge function.
次に、負荷判定部31は、前回と今回のインバータ電流値の比を算出する(T20)。初めてステップT20においてインバータ電流値の比を算出するときには、1回目のインバータ電流値の平均値と、2回目のインバータ電流値の平均値の比を算出する。N回目のルーチンでは、N回目のインバータ電流値の平均値と、N+1回目のインバータ電流値の平均値の比を算出する。
Next, the
負荷判定部31は、比(変化率)が所定比(例えば1.5)よりも小さいときには(T21:NO)、変化周波数(変化率)を粗い第2ステップ(例えば約0.02kHzステップ)に変更して(T22)変化させる。他方、負荷判定部31は、比(変化率)が所定比以上であるときには(T21:YES)、変化周波数(変化率)を細かい第1ステップ(例えば約0.01kHzステップ)に変更して(T23)変化させる。そして、ステップT4に戻って処理を繰り返す。このようにして負荷判定部31等は処理を繰り返す。
When the ratio (change rate) is smaller than a predetermined ratio (for example, 1.5) (T21: NO), the
本実施形態では、VCO50の発振周波数をPLL制御機能により制御する逓倍回路45を設けている。逓倍回路45がPLL制御機能により信号を制御しているため発振動作を素早く安定化することができる。したがって、負荷判定部31がインバータ3の駆動周波数を変化させたとしても、駆動周波数の信号が安定化するまでの待機時間を短くすることができる。例えば約80kHzの半周期(12.5マイクロ秒÷2=6.25マイクロ秒)もしくは、その5サイクルの平均値を取得したとしても、31.25マイクロ秒という周期で材質判定でき、従来技術に比較して大幅に細かい周期で材質判定できる。
In the present embodiment, a
材質判定処理が終了すると加熱処理が行われる(S12)。負荷判定部31は、被加熱物29の材質が判定された後、その材質に応じて共振回路4のリレースイッチ28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28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28をオンして共振周波数を約20kHzとする。
When the material determination process is completed, a heating process is performed (S12). After the material of the
次に、被加熱物29がアルミニウム系の材質と判定された場合には、入力電力の周波数依存性(すなわちQ値)が高くなり、被加熱物29が鉄系の材質の場合で低入力電力加熱制御を行うときには、特に入力電力の周波数依存性のQ値が低くなるため、制御回路5の入力電力制御部30は、鉄系材質の被加熱物29と判定された場合にある所定入力電力(300W入力)より低入力電力の制御を行うときには、チョッパ回路14による昇圧動作をさせずに、所定入力電力より高入力電力の加熱制御を行うときにチョッパ回路14による昇圧動作させる。すると、被加熱物29の材質に応じた所望の制御を行うことができる。
Next, when it is determined that the object to be heated 29 is an aluminum-based material, the frequency dependency (that is, the Q value) of the input power is increased, and when the object to be heated 29 is an iron-based material, low input power is obtained. When performing the heating control, since the frequency-dependent Q value of the input power is particularly low, the input
そして、入力電力制御部30は、演算した入力電力が、使用者が設定した設定入力電力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32に与える。ベースクロック生成部32は、指示された加熱周波数の1/32の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。
Then, the input
本実施形態では、材質がアルミニウム系の場合における加熱周波数の目標値を約80kHz〜約90kHzとした場合には、ベースクロック信号は約2.5kHz〜約2.8kHzとなる。また、材質が鉄系である場合における加熱周波数の目標値を約25kHz〜約35kHzとする場合には、ベースクロック信号は約0.78kHz〜約1.09kHzと設定できる。 In this embodiment, when the target value of the heating frequency when the material is aluminum is about 80 kHz to about 90 kHz, the base clock signal is about 2.5 kHz to about 2.8 kHz. When the target value of the heating frequency when the material is iron-based is about 25 kHz to about 35 kHz, the base clock signal can be set to about 0.78 kHz to about 1.09 kHz.
インバータ駆動パルス生成部23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17〜20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24を介して各トランジスタ17〜20のゲートにそれぞれ制御信号として与えられ、各トランジスタ17〜20により構成されるインバータ3を駆動する。
The inverter
なお、インバータ3が出力する高周波電圧VQは各トランジスタ17〜20のスイッチング周波数の2倍の周波数となり、誘導加熱コイル29に流れるインバータ電流IQはスイッチング周波数の4倍の周波数となる。本実施形態では、アルミニウム系材質の鍋の2kW加熱時のスイッチング周波数は22kHzに設定されるが、これにより、インバータ電流IQの周波数は、上記スイッチング周波数の4倍である88kHzとなる。なお、被加熱物29の材質が鉄系である場合、共振回路4において第1、第2の共振コンデンサ26、27が並列接続されるという点と、加熱周波数の目標値が異なるという点を除けば、インバータ3は、上述した材質がアルミニウム系である場合と同様に動作が行われる。
The high-frequency voltage VQ output from the
尚、制御回路5のベースクロック生成部32は、タイマのカウント数に応じて変更される。このタイマの1カウントは、基準クロックが40MHzである場合には0.025μsとなる。従って、スイッチング周波数を20kHz〜22.5kHzの範囲で可変する場合、つまりベースクロック信号の周波数を2.5kHz〜2.8kHzの範囲で可変する場合には、タイマのカウント数を16000〜14285の範囲(カウント数=1715の範囲)で変更することになる。従って、インバータ3のスイッチング周波数を約1.5Hz(=2.5kHz/1715)単位で変更できる。このような制御を行うことになる。
Note that the base
本実施形態では、例えば、被加熱物29を温めて電源オフした直後に電源を再投入した場合など被加熱物29の温度が高く誘導加熱コイル25の温度が高い状態で被加熱物29の材質判定処理を行うときには、誘導加熱コイル25の温度が上昇した状態で材質判定処理が行われる。
In the present embodiment, the material of the object to be heated 29 in a state where the temperature of the object to be heated 29 is high and the temperature of the
本実施形態によれば、負荷判定部31は、温度検出回路41により誘導加熱コイル25の温度が高く検出されることに応じてチョッパ回路14による昇圧電圧を高く変更した状態において、インバータ3の駆動周波数を変更させながらインバータ電流値IQに基いて被加熱物29の材質判定処理を行っている。
According to the present embodiment, the
このため、誘導加熱コイル25の温度が高い状態で被加熱物の材質判定処理を行うときに、誘導加熱コイル25の抵抗値が上昇したとしても、チョッパ回路14を通じて昇圧電圧を高く変更することで入力電力を上昇させた状態にて被加熱物29の材質判定処理を行うことができるようになり、インバータ電流IQの検出値の分解能を高めることができ、これにより正確に材質判定できる。また、チョッパ回路14は材質判定処理時に昇圧動作し、制御回路5の入力電力制御部30が加熱制御するときの目標入力電力の高低に応じて昇圧動作している。このため所望の制御を実現できる。
For this reason, even when the resistance value of the
負荷判定部31は、所定の基準電圧と電圧検出回路39aの検出電圧との間の比例計算に応じて、インバータ電流値IQを補正し当該補正後のインバータ電流値IQに基いて被加熱物29の材質判定処理を行っているため、所定の基準電圧に応じて補正されたインバータ電流値IQを得ることができる。この場合、後述実施形態に示すように放電機能を設けて昇圧電圧VDCが目標電圧となるまで待機するよりも時間を要することなく処理を素早く完了できる。
The
また、逓倍回路45は、VCO50により周波数指令値に応じた周波数を発振し当該発振周波数をPLL制御機能により制御しベースクロック信号を逓倍した逓倍クロック信号の周波数に応じてインバータ3の駆動周波数信号としている。逓倍回路45がPLL制御機能により信号を制御しているため発振動作を素早く安定化することができる。したがって、負荷判定部31がインバータ3の駆動周波数を変化させたとしても駆動周波数の信号が安定化するまでの待機時間を短くすることができる。これにより、素早くインバータ3の駆動周波数を安定化させることができ、素早く材質判定処理できる。
The
なお、逓倍回路45の逓倍数を変更するだけで、スイッチング周波数の分解能を容易に変更することが可能となり、逓倍回路45の逓倍数を増やすほど駆動周波数の分解能を高めることができる。逓倍回路45の逓倍数を高めれば、ベースクロック信号の周波数を低くできる。つまり、制御回路5を、低い基準クロックで動作する比較的安価なマイクロコンピュータ(例えば、基準クロックが20MHzの8ビットマイクロコンピュータ)により構成することが可能となる。これにより、マイクロコンピュータにおける消費電力が低減され、制御回路5への電源供給を行う電源回路の負担を軽減できる。
Note that the resolution of the switching frequency can be easily changed only by changing the multiplication number of the
ベースクロック生成部32が生成するベースクロック信号は、タイマのカウント値に基づいて生成する方形波状の信号(デューティが50%の信号)である。このため、特別な出力波形を生成する機能(例えば三相モータ制御用のPWM信号を生成する機能)を備えたマイクロコンピュータを用いて制御回路5を構成する必要がない。従って、標準的な機能を備えた比較的安価なマイクロコンピュータを使用することが可能となる。
The base clock signal generated by the base
負荷判定部31は、駆動周波数を変更してインバータ電流検出回路37が検出したインバータ電流値の前回と今回の電流検出比に応じてインバータ3の駆動周波数の変化率を変化させながら材質判定処理を行っている。例えば、前回のインバータ電流値と今回のインバータ電流値との比(変化率)が1.5以上であるときには細かい第1ステップとし、1.5未満のときには粗い第2ステップとしているため、例えばインバータ電流値IQが低く検出される周波数領域を開始周波数として判定開始したとしても、変化周波数を第2ステップに粗くすることで周波数を素早く変化させることができ判定時間を短縮できる。
The
負荷判定部31は、位相差検出部33が検出した位相差が0に近い所定範囲内であることを条件として材質判定中止しているため、容量性負荷になることを防止することができる。また安全性を高めることができる。
Since the
負荷判定部31は、発振初期にインバータ電流値を0と判定したことを条件として回路異常と判断するため、例えば組立時などの誘導加熱コイル25の接続ミスのときには接続不良を即座に発見でき、異常であるか否かを判断できる。負荷判定部31はインバータ電流検出回路37、ゼロクロス検出回路43、などの他の機能部の異常を生じたとしても当該異常を判断できる。
Since the
負荷判定部31は、材質判定開始したときの温度検出回路41の検出温度に応じて、被加熱物29の材質判定処理を行うときのインバータ3の駆動開始周波数を変更設定している。具体的には、負荷判定部31は、温度検出回路41の検出温度が所定温度以下であることを条件として被加熱物29の判定処理を行う際の開始周波数を所定の第1周波数f1とし、所定温度より高いことを条件として第1周波数f1よりも高い第2周波数f2を開始周波数として被加熱物29の材質判定処理を行っているため、誘導加熱コイル25の温度特性を考慮して駆動時の開始周波数を設定できるようになり、材質判定処理を正確に行うことができる。
負荷判定部31は、検出されたインバータ電流値IQや位相差を複数周期平均して算出しこの算出結果を用いているため安定して当該インバータ電流値IQや位相差を算出できる。
The
The
(第2の実施形態)
図13および図14は、第2の実施形態を示すものであり、前述実施形態と異なるところは、昇圧回路の昇圧電圧を放電し電圧を低下させる放電手段を具備し、昇圧回路の出力電圧が所定電圧より高いと検出されたときには放電手段により昇圧回路の出力電圧を低下させてから被加熱物の材質判定処理を行うところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 13 and FIG. 14 show a second embodiment, which is different from the previous embodiment in that it includes discharging means for discharging the boosted voltage of the booster circuit and reducing the voltage, and the output voltage of the booster circuit is When it is detected that the voltage is higher than the predetermined voltage, the discharge means lowers the output voltage of the booster circuit, and then the material determination process for the object to be heated is performed. The same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
図13に示すように、チョッパ回路14の出力には、放電手段としての抵抗素子45がコンデンサ8に並列接続されている。この抵抗素子45は例えば数百kから1MΩ程度の抵抗値に設定されており、チョッパ回路14の昇圧電圧を低下させる機能を具備する。
As shown in FIG. 13, a
図14は、図10のステップT1〜T3に対応した材質判定処理動作を示している。この図14に示すように、負荷判定部31が、ステップT1、T2の処理を行った後、材質判定処理において検出温度に応じた直流電圧を算出した結果、実際に検出された昇圧電圧が算出直流電圧(所定電圧に相当)よりも高いと検出されたときには(T3a)、チョッパ回路14の昇圧動作を停止させ、制御回路5の内蔵タイマにより例えば100msだけ待機する(T3b)。すると、コンデンサ8の蓄積電荷が抵抗素子45に電流として流れることで電力消費し徐々に電圧が低下する。そして、電圧検出回路39aの検出電圧が算出された所定電圧以下となった後にステップT4以降の材質判定処理に移行する。
FIG. 14 shows the material determination processing operation corresponding to steps T1 to T3 in FIG. As shown in FIG. 14, after the
本実施形態によれば、例えば、電源断直後に再度電源投入した場合などに、チョッパ回路14が昇圧動作しチョッパ回路14の出力電圧が所定電圧よりも高いと検出されたときには、抵抗素子45から放電して待機し、所定電圧まで待機した後に材質判定処理に移行しているため、前述実施形態とほぼ同様に材質判定処理を行うことができる。
According to the present embodiment, for example, when the power is turned on again immediately after the power is turned off, when the
(他の実施形態)
上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
所定の基準電圧は、常温における昇圧電圧320Vと設定した実施形態を示したが、直流電源回路2が出力する平滑化された直流電圧を基準電圧と設定しても良いし、その他の基準となる直流電圧を適用できる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible.
Although the embodiment has been described in which the predetermined reference voltage is set to the boosted voltage of 320 V at room temperature, the smoothed DC voltage output from the DC
チョッパ回路14が動作し始めて昇圧機能が動作し始めた直後、入力電圧が変動しているときには、直流電圧VDCが不安定であるため、特に、負荷判定部31は、チョッパ回路14の昇圧電圧に応じてインバータ電流検出回路37の検出電流値を補正して被加熱物29の材質判定処理を行うと良い。この場合、前述実施形態に示した比例計算によりインバータ電流値を補正すると良い。
Immediately after the
前回検出されたインバータ電流値IQと今回検出されたインバータ電流値IQの比が所定比以上であることを条件として変化周波数を細かい第1ステップとし、所定比よりも小さいときには変化周波数を粗い第2ステップとした実施形態を示したが、この条件は2回の電流検出比に限られない。すなわち、3回以上の検出電流値の変化率を例えば2次近似等により算出し、この変化率に応じてインバータ3の駆動周波数の変化周波数(変化率)を変化させても良い。インバータ3の駆動周波数の変化周波数を第1ステップ(0.01kHz)、第2ステップ(0.02kHz)の2種類とした実施形態を示したが、この変化周波数は適宜変更しても良い。
On the condition that the ratio between the inverter current value IQ detected last time and the inverter current value IQ detected this time is equal to or greater than a predetermined ratio, the change frequency is set to a fine first step. Although the embodiment with steps is shown, this condition is not limited to two current detection ratios. That is, the change rate of the detected current value three times or more may be calculated by, for example, second order approximation, and the change frequency (change rate) of the drive frequency of the
逓倍回路45の逓倍数は必要に応じて変更しても良い。例えば、逓倍回路45の逓倍数を128倍、256などの2のべき乗数に設定しても良い。分周器52の分周数を他の数値(例えば1/(2のべき乗数))としても良い。逓倍回路45の逓倍クロック信号の発振周波数に応じた周期でインバータ3の駆動周波数を変化させることができればどのような組み合わせの値を適用しても良い。
The multiplication number of the
ステップT2においてインバータ3の駆動周波数の複数の所定周期毎に当該駆動周波数を変化させているが、このサイクルは何周期であっても良い。図10に示す材質判定処理において、例えばノイズ低減(発振安定化)効果が要求されなければ、前述実施形態における1サイクル=6.25マイクロ秒程度の周期でステップT2の処理を完了でき、より素早く材質判定処理を終了できる。
In step T2, the drive frequency is changed for each of a plurality of predetermined cycles of the drive frequency of the
制御回路5がマイクロコンピュータにより構成されている実施形態を示したが、インバータ駆動パルス生成部23の一部、または/および、その他の機能部(ゼロクロス検出回路43等)と共にゲートアレイ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、PLD(Programmable Logic Device)などにより構成しても良い。これにより、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。
Although the embodiment in which the control circuit 5 is configured by a microcomputer has been shown, a gate array, ASIC (Application) together with a part of the inverter drive
前述では、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。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。例えば、前述実施形態で説明した構成の形状、配置、材料、数値、時間などは一例に過ぎない。 While several embodiments have been described above, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. 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. For example, the shape, arrangement, material, numerical value, time, and the like of the configuration described in the above embodiment are merely examples.
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、5は制御回路、14はチョッパ回路(昇圧回路)、10は商用電源、17〜20はスイッチング素子、25は誘導加熱コイル、26、27は共振コンデンサ、29は被加熱物、30は入力電力制御部(加熱制御手段)、31は負荷判定部(材質判定手段)、37はインバータ電流検出回路(電流検出手段)、39aは電圧検出回路(出力電圧検出手段)、41は温度検出回路(温度検出手段)、45は逓倍回路を示す。 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, 5 is a control circuit, 14 is a chopper circuit (boost circuit), 10 is a commercial power supply, and 17 to 20 are switching elements. , 25 is an induction heating coil, 26 and 27 are resonance capacitors, 29 is an object to be heated, 30 is an input power control unit (heating control unit), 31 is a load determination unit (material determination unit), and 37 is an inverter current detection circuit ( Current detection means), 39a is a voltage detection circuit (output voltage detection means), 41 is a temperature detection circuit (temperature detection means), and 45 is a multiplication circuit.
Claims (5)
スイッチング素子を備え、前記直流電圧回路により平滑化され前記昇圧回路を通じて供給された直流電圧を前記スイッチング素子により高周波電圧に変換出力するインバータと、
被加熱物を誘導加熱するための誘導加熱コイルおよび共振コンデンサを備えて構成され前記インバータの高周波電圧が印加される共振回路と、
前記誘導加熱コイルの温度を検出する温度検出手段と、
前記インバータを制御する制御回路と、
前記インバータに流れるインバータ電流値を検出する電流検出手段と、
前記温度検出手段により前記誘導加熱コイルの温度が高く検出されることに応じて前記昇圧回路による昇圧電圧を高く変更した状態において、前記インバータの駆動周波数を変化させながら前記電流検出手段のインバータ電流値に基いて前記被加熱物の材質判定処理を行う材質判定手段とを備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。 A DC power supply circuit that supplies a DC voltage obtained by smoothing the voltage of the commercial power supply through a booster circuit;
An inverter that includes a switching element, converts the DC voltage smoothed by the DC voltage circuit and supplied through the booster circuit into a high-frequency voltage by the switching element, and
A resonance circuit configured to include an induction heating coil and a resonance capacitor for induction heating of an object to be heated and to which a high-frequency voltage of the inverter is applied;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the induction heating coil;
A control circuit for controlling the inverter;
Current detecting means for detecting an inverter current value flowing through the inverter;
Inverter current value of the current detection means while changing the drive frequency of the inverter in a state where the boost voltage by the boost circuit is changed to be high in response to the temperature detection means detecting a high temperature of the induction heating coil An induction heating cooker comprising: material determination means for performing a material determination process of the object to be heated based on the above.
前記昇圧回路は、少なくとも前記材質判定手段により材質判定処理するときに昇圧動作を行い、前記加熱制御手段が加熱制御を行うときにはその目標入力電力の高低に応じて昇圧動作することを特徴とする請求項1記載の誘導加熱調理器。 After the material determination process is performed by the material determination unit, a heating control unit that performs heating control is provided,
The boosting circuit performs a boosting operation at least when a material determination process is performed by the material determination unit, and performs a boosting operation according to the level of the target input power when the heating control unit performs heating control. Item 1. An induction heating cooker according to item 1.
前記材質判定手段は、所定の基準電圧と前記昇圧回路を通じて昇圧され前記出力電圧検出手段の出力電圧との比例計算に応じて前記電流検出手段のインバータ電流値を補正し、当該補正後のインバータ電流値に基いて前記被加熱物の材質判定処理を行うことを特徴とする請求項1または2記載の誘導加熱調理器。 Output voltage detecting means for detecting the output voltage of the booster circuit;
The material determining means corrects an inverter current value of the current detecting means according to a proportional calculation between a predetermined reference voltage and an output voltage of the output voltage detecting means that is boosted through the booster circuit, and the corrected inverter current The induction heating cooker according to claim 1 or 2, wherein a material determination process of the object to be heated is performed based on a value.
前記昇圧回路の出力電圧を検出する出力電圧検出手段とを備え、
前記材質判定手段は、前記昇圧回路の出力電圧が所定電圧より高いと前記出力電圧検出手段により検出されたときには前記放電手段により前記出力電圧を低下させてから前記被加熱物の材質判定処理を行うことを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の誘導加熱調理器。 Discharging means for discharging the boosted voltage of the booster circuit to reduce the voltage;
Output voltage detection means for detecting the output voltage of the booster circuit,
The material determination means performs the material determination processing of the object to be heated after the output voltage is reduced by the discharge means when the output voltage detection means detects that the output voltage of the booster circuit is higher than a predetermined voltage. The induction heating cooker according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記材質判定手段は、前記逓倍回路の発振周波数に応じた周期で前記インバータの駆動周波数を変化させながら前記インバータ電流検出手段のインバータ電流値に基いて前記被加熱物の材質判定処理を行うことを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の誘導加熱調理器。 A multiplication circuit for increasing the frequency of a reference signal, comprising a VCO that oscillates a frequency according to a frequency command value and a PLL control function for controlling the oscillation frequency of the VCO, and a multiplication circuit for outputting a control signal to the inverter Prepared,
The material determination means performs the material determination processing of the object to be heated based on the inverter current value of the inverter current detection means while changing the drive frequency of the inverter at a cycle corresponding to the oscillation frequency of the multiplication circuit. The induction heating cooker according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
Priority Applications (1)
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JP2010246184A JP2012099347A (en) | 2010-11-02 | 2010-11-02 | Induction heating cooker |
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