JP3702131B2 - Induction heating device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導加熱装置、特に家庭用誘導加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
誘導加熱装置は、高周波電流をインバ−タ内の加熱コイルに供給し、この加熱コイルで高周波交番磁界を生成し、この加熱コイルに近接配置される被加熱物を誘導加熱するものである。
【0003】
このような誘導加熱装置は、例えば特公平6−48636号に示されているように、交流電源電圧を全波整流する全波整流回路と、この全波整流回路に結ばれた誘導加熱コイル及びこの誘導加熱コイルに振動電流を流すためのスイッチング素子からなるインバ−タ回路と、を有する誘導加熱装置において、上記全波整流回路へ入力される交流入力電流により誘導加熱コイルに近接配置された負荷の適、不適を判別する負荷判別手段と、を設けている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、こうした装置においては、金属の構造物を加熱コイルの近傍に有する場合、加熱してよい負荷(18.8t1.5や18.8t2.0等)と加熱できない負荷(小物7cm、小物8cm等)の判別境界が略重なってしまい(図4参照)、判別できなかった。また、正確に判別しようとすると、検出する際の入力レベルが重なる部分以下に限定されてしまうという問題点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段及びその効果】
第1の本発明では、交流電源電圧を全波整流する全波整流回路と、この全波整流回路に結ばれた誘導加熱コイル及びこの誘導加熱コイルに振動電流を流すためのスイッチング素子からなるインバ−タ回路と、を有する誘導加熱装置において、
上記全波整流回路へ入力される交流入力電流を電圧値として検出する入力電流検出手段と、上記誘導加熱コイルを流れる電流を電圧値として検出するコイル電流検出手段と、入力電力を操作設定する操作手段と、該操作手段で設定した入力電力と上記入力電流検出手段で検出した電圧値とが等しくなるように上記スイッチング素子のON期間長を調整するための上記インバータ回路への指令電圧値に基づいて、上記スイッチング素子をONまたはOFFして、上記インバータ回路の発振を継続する駆動回路と、上記指令電圧値と上記コイル電流検出手段で検出した電圧値とを乗算する乗算回路と、上記入力電流検出手段の出力値と上記乗算回路の出力値とを比較することにより上記誘導加熱コイルに近接配置された負荷の適、不適を判別する負荷判別手段と、を設けている。
【0006】
上記構成により、加熱してよい負荷と加熱できない負荷の判別境界は重なることがなくなり、入力レベルの制限なく、正確に判別できるようになる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の誘導加熱装置をその一実施例について図面に基づき説明する。
【0008】
図1は本発明誘導加熱装置の一実施例回路ブロック図であって、1は商用交流電圧を受け全波整流する全波整流回路、2はこの全波整流回路1出力端に結ばれたチョ−クコイルである。
【0009】
3は上記チョ−クコイル2に結ばれたフィルタコンデンサ、4は上記チョ−クコイル2に結ばれた誘導加熱コイル、5はこの誘導加熱コイル4と共振回路を為す共振コンデンサ、6はこの共振コンデンサ5に並列接続されたスイッチングトランジスタ、7はこのスイッチングトランジスタ6に逆並列に接続されたダンパ−ダイオ−ドを示し、これらフィルタコンデンサ3〜ダンパ−ダイオ−ド7でインバ−タ回路8を形成している。
【0010】
9は上記スイッチングトランジスタ6をON、OFF制御する駆動回路を示し、スイッチングトランジスタ6へのベース電圧を供給する。
【0011】
10は上記加熱コイル4両端間の電圧を比較してスイッチングトランジスタ6のONタイミングを検出し、ONパルスをフリップフロップ回路11へ与えるONパルス生成回路であって、このONパルスによりフリップフロップ回路11から、駆動回路9に信号が与えられてスイッチングトランジスタ6がONされるようになっている。
【0012】
12は交流入力電流を検出する第1のカレントトランス13からの信号を受けこの入力電流に応じた入力電力レベルを出力する入力電流検出手段としての入力電力検出回路、14は入力電力を操作設定する操作手段、16はインバ−タ回路8内の共振電流を検出する第2のカレントトランス17に結ばれ、この共振電流の大きさに応じたレベル信号を出力するコイル(振動)電流検出手段としての共振電流検出回路、18はこの共振電流検出回路16からのレベル信号の大きさを調整するレベル調整手段であり、これら操作手段14、入力電力検出回路12、共振電流検出回路16からのレベル信号はA/D変換回路19で夫々デジタルなデ−タPref、Power、IpRに変換される。
【0013】
20は上記A/D変換回路19でのt番目のA/D変換タイミングに応じてPref−Power(t)を算出する減算器、21はこのPref−Power(t)を1回前のON期間データPcon(t−1)に加え新たなON期間デ−タPcon(t)とする加算器を示し、そのON期間デ−タPcon(t)は遅延回路22を介してこの加算器21の入力側に与えられている。
【0014】
尚、上記ON期間データPcon(t)はインバータ回路への指令電圧値となる。
23は発振初期時、上記遅延回路からのPcon(t−1)に代わって、上記加算器21へ低レベルのソフトスタ−トデ−タSoftを与えるソフトスタ−ト回路を示し、この発振開始時上記減算器20からの出力は遮断され、このSoftがON期間デ−タとして加算器21から出力されるようになっている。
【0015】
24は上記Prefの増加即ち操作手段14での設定入力に応じて増加する設定共振電流値Irefを生成する電流値設定器、25は上記A/D変換回路19でのt番目のA/D変換タイミングに応じて順次Iref−IpR(t)を算出する減算器、26は共振電流を制限するための制限デ−タIpcon(t)を生成する加算器であって、遅延回路27を介して伝えられる1回前の制限デ−タIpcon(t−1)に上記減算器25からのIref−IpR(t)を加えて新たなIpcon(t)を算出する。
【0016】
28は、上記フリップフロップ回路11からの信号によりカウントを開始するON期間カウンタ、29はこのON期間カウンタ28のカウント値と上記Pcon(t)を比較する比較器、30は上記ON期間カウンタ28のカウント値とIpcon(t)を比較する比較器であって、これらの比較器29、30のどちらか一方でも一致が採れたとき、ORゲ−ト31を介してフリップフロップ回路11がクリアされ、駆動回路9及びON期間カウンタ28への信号出力がなくなる。
【0017】
32は上記共振電流に応じたデ−タIpR(t)とON期間データPcon(t)とを乗算した後、線形変換して不適性負荷検知レベルPLS(t)を演算する乗算回路としての演算回路、33はこのPLS(t)と上記入力電力に応じたデ−タPower(t)を比較する負荷判別手段となる負荷判別器を示し、Power<PLSのとき、上記ORゲ−ト31を介してフリップフロップ回路11にクリアをかける。
【0018】
34は上記第2のカレントトランス17で検出される共振電流が所定以上になったかどうかを検出する過電流保護回路であって、過電検出されたとき、上記ORゲ−ト31を介してフリップフロップ回路11に上にクリアがかけられる。
【0019】
こうした誘導加熱装置において、被加熱物負荷である調理鍋が誘導加熱コイル4に近接配置された状態で発振を開始すると、最初ONパルス生成回路10からフリップフロップ回路11に信号が与えられる。
【0020】
フリップフロップ回路11は駆動回路9及びON期間カウンタ28に信号を与え、スイッチングトランジスタ6がONされるとともに、ON期間カウンタ28のカウント動作が開始される。
【0021】
このカウント値は比較回路29、30でPcon、Ipconと比較される。
【0022】
発振初期状態においては、上述したようにソフトスタ−ト回路23から加算器21を介してレベルの低いデ−タSoftが比較回路29にPcon(0)として与えられているので、ON期間カウンタ28のカウント値がSoftになったとき、比較器29からORゲ−トを介してフリップフロップ回路11にクリアがかけられ、駆動回路9によりスイッチングトランジスタ6がOFFされるとともにON期間カウンタ28もカウントを停止し、その内容をクリアする。
【0023】
その後インバ−タ回路8での共振によりスイッチングトランジスタ6のコレクタ電圧は一旦立ち上がって再度低下する。
【0024】
こうしたコレクタ電圧の立下りを加熱コイル4両端間電圧の逆転によりONパルス生成回路10が検出し、フリップフロップ回路11に信号が与えられる。
【0025】
これにより再びフリップフロップ回路11から信号が発せられて、スイッチングトランジスタ6がONされるとともに、ON期間カウンタ28がカウントを開始する。
【0026】
こうした動作が続けられてインバ−タ回路8の発振が続けられる。
【0027】
この発振開始と同時にA/D変換回路19の動作が開始され、操作手段14での設定入力電力値、入力電力検出回路12からのレベル信号、共振電流検出回路16からのレベル信号が夫々デジタルなデ−タPref(t)、Power(t)、OPR(t)に時分割的にA/D変換される。
【0028】
また、こうしたA/D変換は商用交流の半波毎に1回の周期を単位として行う。
【0029】
減算器20はこうしてA/D変換されたデ−タからPref−Power(t)を算出し、加算器21へ送り、加算器21では遅延回路22を介して与えられる1回前のON期間データPcon(t−1)に上記Pref−Power(t)を加え新たなON期間データPcon(t)としている。
【0030】
即ち、ここではON期間データを順次補正してPowerがPrefに等しくなるようON期間長を調節している。
【0031】
従って発振開始後はこの機能により、スイッチングトランジスタ6のON期間長が増加してPowerがPrefに等しくなる。
【0032】
その後は、このON期間長に保たれる。
【0033】
一方、減算器25でPrefに応じて生成されるIrefからIpR(t)を引いたデータIref−IpR(t)がA/D変換回路19の動作に順じてなされ、加算器26に与えられる。
【0034】
加算器26は遅延回路27を介して与えられる1回前の制限データIpcon(t−1)に上記Iref−IpR(t)を加えて新たな制限データIpcon(t)を形成している。
【0035】
即ち、ここでは制限データIpconを順次補正してIrefがIpR(t)に等しくなるようON期間長を調整する作用をしている。
【0036】
しかしながら、鉄、ホーロー等の磁性の強い材質の調理鍋を使用している場合は、交流入力に比してインバータ回路8内の共振電流は小さく通常ON期間データPconの方で、スイッチングトランジスタ6のON期間長が決められる。
【0037】
ところが、ステンレス系の磁性の弱い材質の鍋が使用される場合は交流入力電力に比してインバータ回路8内の共振電流は前述の場合より比較的大きくなり制限データIpconでスイッチングトランジスタ6のON期間長が規制され、実質的にIrefとIpRの比較で出力が制御されるようになる。
【0038】
また過電流保護回路34はこうした制御中にインバータ回路8内の共振電流が急激に増えたり、比較回路29、30の故障等で一致出力が出されなかったときのスイッチングトランジスタ6に流れる過電流を検出してフリップフロップ回路1にクリアをかけてスイッチングトランジスタ6をOFFさせて保護を行う。
【0039】
さらに、このような発振動作とともに負荷判別器33はIpRに比例して演算回路32で生成される負荷判別レベルPLSとPowerを比較してPLS<Powerのとき不適性負荷と判別して、フリップフロップ回路11にクリアをかける。この場合、図2に示すように加熱してよい負荷(18.8t1.5や18.8t2.0等)と加熱できない負荷(小物7cm、小物8cm等)で判別境界が重なることなく正確な判別が行える。
【0040】
図3に上記判別のフローチャートを示す。
【0041】
上記共振電流検出手段16によって電圧値出力IpR(t)(コイル電流)を得るステップS1と、上記入力電力検出手段12によって電圧値出力Power(t)(入力電流)を得るステップS2と、上記指令電圧値Pcon(t)を得るステップS3と、前記共振電流検出手段16の電圧値出力IpR(t)と前記指令電圧値Pcon(t)(VCO(周波数))とを乗算するステップS4と、乗算して得られた結果PLS(t)と前記入力電力検出手段12の出力電圧値Power(t)とを負荷判別器33で比較テーブルデータによって比較するステップS5とよりなり、この比較によって負荷の適(ステップS7)、不適(ステップS6)を判別する。
従って、ナイフ、フォーク等の小物負荷が誘導加熱コイルに近接配置されたり、非磁性の調理鍋が使用されてPLS>Powerとなるとインバータ発振は停止される。
【0042】
さらに、こうしたPLSとPowerの比率は負荷が同じものであれば略一定になるので、上述のようにソフトスタート期間の出力調整が重なり、Prefに対するPowerの変化が直線的でない負荷を適、不適に判別する場合でも、確実に判別が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明誘導加熱装置の回路ブロック図である。
【図2】 入力電流特性図である。
【図3】 負荷判別のフローチャートである。
【図4】 従来の入力電流特性図である。
【符号の説明】
1 全波整流回路
4 誘導加熱コイル
8 インバータ回路
12 入力電流検出手段
16 コイル電流検出手段
32 乗算回路
33 負荷判別手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating device, and more particularly to a domestic induction heating device.
[0002]
[Prior art]
The induction heating device supplies a high-frequency current to a heating coil in an inverter, generates a high-frequency alternating magnetic field with the heating coil, and induction-heats an object to be heated that is disposed in proximity to the heating coil.
[0003]
Such an induction heating device includes, for example, a full-wave rectification circuit for full-wave rectification of an AC power supply voltage, an induction heating coil connected to the full-wave rectification circuit, and the like as shown in Japanese Patent Publication No. 6-48636. inverter comprising switching elements for supplying an oscillating current to the induction heating coil - in the induction heating device having a capacitor circuit, and is arranged close to a more induction heating coil to the AC input current inputted to the full-wave rectifier circuit Load discriminating means for discriminating whether or not the load is appropriate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an apparatus, when a metal structure is provided in the vicinity of the heating coil, a load that can be heated (18.8 t1.5, 18.8 t2.0, etc.) and a load that cannot be heated (
[0005]
[Means for solving the problems and effects thereof]
According to the first aspect of the present invention, there is provided an inverter comprising a full-wave rectification circuit for full-wave rectification of an AC power supply voltage, an induction heating coil connected to the full-wave rectification circuit, and a switching element for causing an oscillating current to flow through the induction heating coil. An induction heating device comprising:
Input current detection means for detecting the alternating current input to the full-wave rectifier circuit as a voltage value, coil current detection means for detecting the current flowing through the induction heating coil as a voltage value, and an operation for setting the input power Based on a command voltage value to the inverter circuit for adjusting the ON period length of the switching element so that the input power set by the operating means and the voltage value detected by the input current detecting means are equal. Te, and ON or OFF the switching element, a drive circuit for continuing the oscillation of the inverter circuit, a multiplier circuit for multiplying the voltage value detected by the command voltage value and the coil current detecting means, on entry force current detecting means output value and the upper Symbol output value and application of a load disposed in the immediate vicinity of the induction heating coil by comparing the multiplication circuit, to determine unsuitable And load determining means, the is provided.
[0006]
With the above configuration, the determination boundary between the load that can be heated and the load that cannot be heated does not overlap, and the input level can be accurately determined without limitation.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the induction heating apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a circuit block diagram of an embodiment of the induction heating apparatus according to the present invention. -It is a coil.
[0009]
3 is a filter capacitor connected to the
[0010]
[0011]
[0012]
12 input power detection circuit as an input current detecting means for outputting an input power level corresponding to a first of the input current receiving a signal from the
[0013]
20 is a subtractor that calculates Pref-Power (t) in accordance with the t-th A / D conversion timing in the A /
[0014]
The ON period data Pcon (t) is a command voltage value to the inverter circuit .
23 at oscillation initial, on behalf of the Pcon (t-1) from the delay circuit, low-level software Star to the adder 21 - with Dinner - give data Soft Soft Star - shows the door circuit, when the oscillation start The output from the
[0015]
[0016]
28 is an ON period counter that starts counting by a signal from the flip-
[0017]
32 is a multiplication circuit that multiplies the data IpR (t) corresponding to the resonance current and the ON period data Pcon (t) and then linearly converts them to calculate the improper load detection level PLS (t). A circuit 33 is a load discriminator serving as a load discriminating means for comparing the PLS (t) with the data Power (t) corresponding to the input power. When Power <PLS, the OR
[0018]
An
[0019]
In such an induction heating device, when oscillation starts in a state where the cooking pot, which is an object to be heated, is placed close to the
[0020]
The flip-
[0021]
This count value is compared with Pcon and Ipcon by comparison circuits 29 and 30.
[0022]
In oscillation the initial state, the soft static as described above - DOO circuit low de-level via the adder 21 from 23 - because data Soft are gills given as a Pcon (0) to the comparison circuit 29, ON period When the count value of the
[0023]
Thereafter, due to resonance in the
[0024]
The fall of the collector voltage is detected by the ON
[0025]
As a result, a signal is generated again from the flip-
[0026]
Such an operation is continued and oscillation of the
[0027]
Simultaneously with the start of the oscillation, the operation of the A /
[0028]
Further, such A / D conversion is performed in units of one cycle for each half wave of commercial alternating current.
[0029]
The
[0030]
That is, the ON period length is adjusted so that the power becomes equal to Pref by sequentially correcting the ON period data.
[0031]
Therefore, after the oscillation starts, this function increases the ON period length of the switching
[0032]
Thereafter, the ON period length is maintained.
[0033]
On the other hand, data Iref−IpR (t) obtained by subtracting IpR (t) from Iref generated according to Pref by the subtractor 25 is made in accordance with the operation of the A /
[0034]
The
[0035]
That is, here, the limit data Ipcon is sequentially corrected to adjust the ON period length so that Iref becomes equal to IpR (t).
[0036]
However, when a cooking pot made of a strong magnetic material such as iron or enamel is used, the resonance current in the
[0037]
However, when a stainless steel pot with a weak magnetic material is used, the resonance current in the
[0038]
The
[0039]
Further, along with such an oscillation operation, the load discriminator 33 compares the load discriminating levels PLS and Power generated by the arithmetic circuit 32 in proportion to IpR, and discriminates that the load is improper when PLS <Power.
[0040]
FIG. 3 shows a flowchart of the determination.
[0041]
Step S1 for obtaining a voltage value output I p R (t) (coil current) by the resonance current detecting
Therefore, when a small load such as a knife or fork is placed close to the induction heating coil or a non-magnetic cooking pan is used and PLS> Power is satisfied, the inverter oscillation is stopped.
[0042]
Furthermore, since the ratio of PLS and Power is substantially constant if the load is the same, the output adjustment in the soft start period overlaps as described above, and the load whose power change with respect to Pref is not linear is appropriate or inappropriate. Even when making a determination, the determination can be made reliably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram of an induction heating device of the present invention.
FIG. 2 is an input current characteristic diagram.
FIG. 3 is a flowchart of load determination.
FIG. 4 is a conventional input current characteristic diagram.
[Explanation of symbols]
1 Full-wave rectifier circuit
4 Induction heating coil
8 Inverter circuit
12 Input current detection means
16 Coil current detection means
32 Multiplier circuit
33 Load discrimination means
Claims (1)
上記全波整流回路へ入力される交流入力電流を電圧値として検出する入力電流検出手段と、上記誘導加熱コイルを流れる電流を電圧値として検出するコイル電流検出手段と、入力電力を操作設定する操作手段と、該操作手段で設定した入力電力と上記入力電流検出手段で検出した電圧値とが等しくなるように上記スイッチング素子のON期間長を調整するための上記インバータ回路への指令電圧値に基づいて、上記スイッチング素子をONまたはOFFして、上記インバータ回路の発振を継続する駆動回路と、上記指令電圧値と上記コイル電流検出手段で検出した電圧値とを乗算する乗算回路と、上記入力電流検出手段の出力値と上記乗算回路の出力値とを比較することにより上記誘導加熱コイルに近接配置された負荷の適、不適を判別する負荷判別手段と、を設けたことを特徴とする誘導加熱装置。A full-wave rectifier circuit for full-wave rectification of an AC power supply voltage; and an inverter circuit comprising an induction heating coil connected to the full-wave rectification circuit and a switching element for causing an oscillating current to flow through the induction heating coil. In induction heating equipment,
Input current detection means for detecting the alternating current input to the full-wave rectifier circuit as a voltage value, coil current detection means for detecting the current flowing through the induction heating coil as a voltage value, and an operation for setting the input power Based on a command voltage value to the inverter circuit for adjusting the ON period length of the switching element so that the input power set by the operating means and the voltage value detected by the input current detecting means are equal. Te, and ON or OFF the switching element, a drive circuit for continuing the oscillation of the inverter circuit, a multiplier circuit for multiplying the voltage value detected by the command voltage value and the coil current detecting means, on entry force current detecting means output value and the upper Symbol output value and application of a load disposed in the immediate vicinity of the induction heating coil by comparing the multiplication circuit, to determine unsuitable Induction heating apparatus characterized by comprising a load determination means.
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