JP3966600B2 - Electromagnetic cooker - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱コイルに高周波電流を供給して調理容器を加熱する電磁調理器に関する。
【0002】
【従来の技術】
電磁調理器は、火を使わず安全で且つ熱効率に優れており、システムキッチンなどに組み込まれるクッキングヒータとして普及しつつある。電磁調理器は、システムキッチンにおいては複数組み込まれることが多く、それら複数の電磁調理器が同時に使用された場合に干渉音が発生するのを防止するために、常時一定周波数で加熱制御を行うハーフブリッジ型のインバータが採用されることがある。
【0003】
図10は、従来の電磁調理器に採用されているハーフブリッジ型インバータの電気的構成を示すものである。この図10において、ダイオードブリッジで構成される整流回路1の交流入力端子は、商用交流電源2に接続されており、直流出力端子は、平滑コンデンサ3の両端に接続されている。
【0004】
その平滑コンデンサ3の両端には、直流母線4,5を介して、正側及び負側のIGBT6及び7からなるアームが接続されており、以てハーフブリッジ型のインバータ主回路8を構成している。IGBT6及び7のコレクタ−エミッタ間には、フリーホイールダイオード9及び10が夫々接続されている。
【0005】
インバータ主回路8の出力端子8aには、加熱コイル11の一端が接続されており、加熱コイル11の他端と直流母線5との間には、共振コンデンサ12とダイオード13との並列回路が接続されている。尚、加熱コイル11及び共振コンデンサ12は、共振回路14を構成している。
【0006】
また、出力端子8aには、スナバコンデンサ15の一端が接続されており、スナバコンデンサ15の他端は、IGBT16のコレクタ−エミッタを介して直流母線5に接続されている。そして、IGBT16のコレクタ−エミッタ間には、ダイオード17が接続されている。これらは、所謂スナバ回路18を構成しており、IGBT6及び7のオフ時におけるスイッチング損失を減少させるために設けられている。
【0007】
発振器19が出力する所定周波数の発振信号は、可変オン時間設定部20及び固定オン時間設定部21に与えられている。整流回路1の交流入力側には電流トランス22が介挿されており、その電流トランス22の出力端子は、入力電流検出部23を介して入力設定部24aの入力端子に接続されている。入力電流検出部23は、電流トランス22が検出する入力電流値をA/D変換し、入力電流検出値Vinとして入力設定部24aに出力するようになっている。
【0008】
操作部25には、具体的には図示しないが、使用者が各種の自動調理メニュー(制御プログラム)を選択するキーや、加熱量を1KW,2KWなどの電力量で設定するためのキーなどが設けられている。そして、入力設定部24aは、操作部25における電力量の設定に応じた入力電流値となるように、入力電流検出部23から与えられる入力電流検出値Vinに基づきフィードバック制御を行い、可変オン時間設定部20にPWM信号を与えるようになっている。
【0009】
また、加熱停止部24bは、所定の条件が成立した場合に加熱停止指令を可変オン時間設定部20及び固定オン時間設定部21に出力するようになっている。尚、入力設定部24a及び加熱停止部24bは、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと称す)24の機能をブロック化して示すものである。
【0010】
可変オン時間設定部20の出力信号は、第1及び第3駆動部26及び27に与えられ、固定オン時間設定部21の出力信号は、第2及び第3駆動部28及び27に与えられている。そして、第1,第2及び第3駆動部26,28及び27の出力端子は、IGBT6,7及び16のゲートに夫々接続されている。
【0011】
また、図13は、第1駆動部26の詳細な電気的構成を示すものである。この図13において、可変オン時間設定部20の出力信号はフォトカプラ29に与えられており、フォトカプラ29の一方の出力端子は、抵抗30及び31の直列回路を介してIGBT6のゲートに接続されている。抵抗30には、ダイオード32が逆並列接続されている。また、フォトカプラ29の他方の出力端子は、IGBT6のエミッタに接続されている。抵抗30,31の抵抗値は、例えば150Ω,10Ω程度に設定されている。
【0012】
以上のように構成されたインバータを備えてなる電磁調理器の動作について、図11乃至図14をも参照して以下に述べる。鍋の加熱は、インバータにより加熱コイル11に高周波電流を供給することによって行う。図11に、この場合の各部の信号波形を示す。図11(a)及び(b)に示すように、IGBT6,7は、例えば、20KHz程度のインバータの制御周期Tinv において、交互にオンオフされるようになっている。
【0013】
IGBT6のオン期間Ton1 は、可変オン時間設定部20から与えられる出力信号に基づいて、Tinv /2を上限として変化するようになっている。一方、IGBT7のオン期間Ton2 は、固定オン時間設定部21から与えられる出力信号に基づいて、略Tinv /2に固定されている。但し、IGBT6,7間の短絡を防ぐため、両者のオン期間の切り替わりには、ターンオン遅延時間TD1,TD2が夫々確保されるようになっている。
【0014】
スナバ回路18のIGBT16は、図11(c)に示すように、第3駆動部27により、IGBT7がオンした後一定時間Tα経過してからオンされると共に、IGBT6がオフした後一定時間Tα経過してからオフされるようになっている。これによって、IGBT6及び7がオン状態からオフ状態に移行する場合に、コレクタ−エミッタ間の電圧変化を緩やかにしてスイッチング損失の発生を防止すると共に、IGBT7のオン時にスナバコンデンサ15に短絡電流が流れることをも防止している。
【0015】
ここで、一定時間Tαは、適正範囲内にあるどの様な負荷或いは設定入力であっても、IGBT6及び7のターンオフ時の電圧変化が当該時間内に収束するように設定されている。また、IGBT16は、IGBT6,7のターンオフ時のスイッチング損失を減少させると共に、IGBT6がオフしてからIGBT7がオンするまでの期間にスナバコンデンサ15が充電されないようにオンオフ制御される。
【0016】
制御周期は、次の4つのサイクルからなる。また、図11(d)は、この時加熱コイル11に流れる電流IL の波形であり、図11(e)は、IGBT7のコレクタ−エミッタ間電圧Vtr2 の波形である。
▲1▼IGBT6:オン/IGBT7:オフ
平滑コンデンサ3,IGBT6,加熱コイル11,共振コンデンサ12及び平滑コンデンサ3の経路により、加熱コイル11に電流を供給すると共に共振コンデンサ12を充電する(図11(d),A参照)。
【0017】
▲2▼IGBT6:オフ/IGBT7:オフ
加熱コイル11,共振コンデンサ12,フリーホイールダイオード10及び加熱コイル11の経路で、加熱コイル11の遅れ電流により更に共振コンデンサ12を充電する(図11(d),B参照)。
【0018】
▲3▼IGBT6:オフ/IGBT7:オン
共振コンデンサ12,加熱コイル11,IGBT7及び共振コンデンサ12の経路により、共振コンデンサ12を放電させて加熱コイル11に逆方向の電流を流す(図11(d),C参照)。共振コンデンサ12が放電し切ると、電流は、並列に接続されているダイオード13を経由して流れる(図11(d),C′参照)。
【0019】
▲4▼IGBT6:オフ/IGBT7:オフ
加熱コイル11,フリーホイールダイオード9,平滑コンデンサ3,ダイオード13及び加熱コイル11の経路で、加熱コイル11の遅れ電流を、フリーホイールダイオード9を介して電源側に回生させる(図11(d),D参照)。
【0020】
以上のサイクルを繰返すことによって加熱コイル11に高周波電流を供給し、トッププレート33の上に載置される鍋34(図10参照)に渦電流を誘導して加熱調理を行うようになっている。入力電流制御は、IGBT6のオン期間Ton1 を変化させて行うようになっており、オン期間Ton1 を長くすれば入力電流は増加し、鍋34の加熱量は増加する。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来の電磁調理器では、微弱入力加熱を行うためにIGBT6のオン期間Ton1 を短くして行くと、以下のような問題が生じていた。図12は、この時の各部の信号波形を示すものである。即ち、図12(a)に示すように、IGBT6のオン期間Ton1 がある時間以下になると、加熱コイル11に対する電流供給量が減少するため(図12(d),A参照)、サイクル▲3▼の期間C及びC′並びにサイクル▲4▼において、IGBT7の端子間電圧Vtr2 が直流電源電圧に等しくなるまでスナバコンデンサ15を充電し切れなくなり、従って、サイクル▲4▼では回生電流は流れず、スナバコンデンサ15を充電し続けることになる。
【0022】
そして、その状態のままで次のサイクル▲1▼でIGBT6がオンするため、直流電源電圧と電圧Vtr2 との電位差によって、直流母線4,IGBT6,スナバコンデンサ15,IGBT16及び直流母線5の経路で短絡電流が流れる。ここで、図12(f)は、IGBT6に流れる電流波形Itr1 を示すものであり、図12(f)中に示す点Pにおいて短絡電流が流れるようになっている。
【0023】
斯様な短絡電流の発生をできるだけ抑制するため、図13に示したように、IGBT6のゲートに抵抗30及び31の直列回路を介することによりターンオン時のゲート抵抗値が大となるように設定し、図14に示すように、ゲート信号VG1の立上がりを緩やかにして、IGBT6がオンするタイミングを遅延させるようにしている。
【0024】
しかし、この様にゲート信号VG1の立上がりを緩やかにすることによって、IGBT6のコレクタ−エミッタ間電圧の立上がりも緩やかになるために、IGBT6のターンオン時に生じるスイッチング損失(ターンオン損失)が発生してしまう。このターンオン時におけるスイッチング損失は、設定入力が低い程大きくなり、ターンオン損失が大なる状態のまま連続加熱を行うと、IGBT6の温度が上昇して最悪の場合熱破壊に至ることになる。
【0025】
従って、従来の電磁調理器では、例えば弱火で長時間の煮込みを行う調理に対応するような微弱入力加熱を行う場合には、IGBT6のターンオン損失が発生しない程度の低入力を下限に設定して、例えば、3秒加熱した後3秒加熱停止、のように周期的な加熱を行わざるを得なかった。
【0026】
そして、この様な加熱方式では、被調理物が少量の場合は突然に沸騰状態となったり、煮込み調理を行った場合に被調理物が焦げ付いてしまうなどの不具合が生じていた。
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング損失を低減し得る状態で微弱入力で連続加熱を行うことができる電磁調理器を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の電磁調理器は、交流電源を整流して直流電源を生成する整流回路と、
この整流回路によって生成される直流電源が供給される正側及び負側直流母線と、
この正側及び負側直流母線間に直列に接続される第1及び第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子の両端子間に接続され、調理容器を誘導加熱するための加熱コイル及び共振コンデンサで構成される共振回路と、
前記第2のスイッチング素子の両端子間に接続され、スナバコンデンサ及び第3のスイッチング素子で構成されるスナバ回路と、
前記第2のスイッチング素子をオフしてから前記第1のスイッチング素子をオンするまでのターンオン遅延時間に、前記オン時に前記第1のスイッチング素子に印加される電圧を低減するように付加遅延時間を加える遅延時間制御手段とを備え、
前記第1及び第2のスイッチング素子は、一定周波数で、両者が同時にオフとなる期間を間に挟んで交互にオンされると共に、
前記第3のスイッチング素子は、前記第2のスイッチング素子がオンされた後にオンされ、前記第1のスイッチング素子がオフされた後にオフされるように制御されることを特徴とする。
【0028】
斯様に構成すれば、例えば前記第1のスイッチング素子のオン時間が短くなり加熱コイルに供給される電流量が低下した場合であっても、遅延時間制御手段によりターンオン遅延時間に付加遅延時間が加えられることで、その間におけるスナバコンデンサの充電時間が長くなる。すると、スナバコンデンサの端子電圧が上昇することにより、当該端子電圧と整流回路の直流電源電圧との電位差が縮小するので、次回に第1のスイッチング素子がオンした時に当該スイッチング素子に印加される電圧が低減される。従って、第1のスイッチング素子におけるスイッチング損失を低減し得る状態で加熱コイルに高周波電流を連続的に供給することができ、微弱入力で連続加熱を行うことができる。
【0029】
この場合、請求項2または3に記載したように、スナバコンデンサの端子電圧を検出する端子電圧検出手段を備え、
遅延時間制御手段を、前記端子電圧検出手段が検出するスナバコンデンサの端子電圧に応じて付加遅延時間を変化させる(請求項2)構成にすると良く、具体的には、遅延時間制御手段を、端子電圧検出手段が検出するスナバコンデンサの端子電圧が最大となるように付加遅延時間を変化させる(請求項3)構成とするのが好ましい。
【0030】
斯様に構成すれば、遅延時間制御手段は、スナバコンデンサの端子電圧が上昇するように付加遅延時間を変化させて、その端子電圧が最大になるまでスナバコンデンサを充電するので、第1のスイッチング素子がオンした時に当該スイッチング素子に印加される電圧を最小にすることができる。
【0031】
また、請求項4に記載したように、端子電圧検出手段が検出するスナバコンデンサの最大端子電圧が所定値を下回らないように、入力電流値について下限を設定する入力設定手段を備えると良い。斯様に構成すれば、例えば、入力電流値の設定が非常に低くなると、それに応じて前記第1のスイッチング素子のオン時間も短くなるので、加熱コイルに供給される電流量が著しく低下して、スナバコンデンサの最大端子電圧レベルは相対的に低くなる。従って、入力設定手段が入力電流値について下限を設定すれば、第1のスイッチング素子がオンした時に当該スイッチング素子に印加される電圧レベルを抑制することができる。
【0032】
請求項5に記載したように、遅延時間制御手段を、入力電流値のレベルに応じて付加遅延時間を変化させる構成としても良く、斯様に構成すれば、遅延時間制御手段が、入力電流値レベルの低下に応じて付加遅延時間を変化させることにより、スナバコンデンサの端子電圧を上昇させることができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施例について、図1乃至図5を参照して説明する。尚、図10と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。図1は、電気的構成を示すものである。本実施例では、図10に示すマイコン24に代えて、入力設定部(入力設定手段)41a,加熱停止部41b及びターンオン遅延部(遅延時間制御手段)41cを有するマイコン(制御手段)41が配置されている。ターンオン遅延部(遅延時間制御手段)41cは、IGBT6(第1のスイッチング手段)ターンオン遅延時間TD1を後述のように変化させるようになっている。
【0041】
スナバコンデンサ電圧検出部(端子電圧検出手段,以下、電圧検出部と称す)42は、スナバコンデンサ15の端子電圧VCSを検出するものであり、その入力端子は、インバータ主回路8の出力端子8aに接続されている。また、電圧検出部42には、前記端子電圧VCSの測定タイミングを得るために、可変オン時間設定部20及び固定オン時間設定部21の出力信号が与えられるようになっている。そして、電圧検出部42の出力端子は、ターンオン遅延部41cの入力端子に接続されている。その他の構成は図10に示すものと同様である。
【0042】
次に、本実施例の作用について、図2乃至図4をも参照して説明する。前述のように、使用者によって操作部25で設定される入力設定値が比較的大であり、IGBT6のオン時間が比較的長い場合は、加熱コイル11に供給される電流量が大であるから、サイクル▲3▼の期間C及びC′並びにサイクル▲4▼において、IGBT7の端子間電圧Vtr2 が直流電源電圧に等しくなるまでスナバコンデンサ15は充電される。
【0043】
従って、ターンオン遅延部41cは、期間Dにおいて電圧検出部42より検出されるスナバコンデンサ15の端子電圧VCSを参照し、その端子電圧VCSが略直流電源電圧に等しい場合は、図11に示す場合と同様に制御を行う。即ち、IGBT7(第2のスイッチング素子)がオフしてからIGBT6がオンするまでのターンオン遅延時間は固定値TD1であり、IGBT6が略50%デューティのオン期間でオフした時点からIGBT7がオンするまでのターンオン遅延時間は、固定値TD2に設定された状態で制御される。
【0044】
そして、ターンオン遅延部41cは、操作部25で設定される入力設定値が小さくなり、期間Dにおけるスナバコンデンサ15の端子電圧VCSが直流電源電圧に達しない場合は、ターンオン遅延時間を固定遅延時間TD1に付加遅延時間TDXを加え、TD1′=TD1+TDXとして延長するように制御する。この場合、付加遅延時間TDXは可変であり、ターンオン遅延部41cは、端子電圧VCSを参照しながら、その端子電圧VCSが最大レベルに達するまで付加遅延時間TDXを徐々に延長する。
【0045】
ここで、図3は、図2(e)に示す期間Dの部分を拡大したものであり、この場合におけるスナバコンデンサ15の端子電圧VCSの変化を示すものである。従来、ターンオン遅延時間は常に固定値TD1であったため、低入力時におけるスナバコンデンサ15は、端子電圧VCSがレベル▲2▼までしか充電されなかった。そのため、図3において破線で示すように、IGBT6のオン時においてそのコレクタ−エミッタ間に印加される電圧、即ち、直流電源電圧と端子電圧VCSとの電位差(▲1▼−▲2▼)が非常に大きくスイッチング損失を増加させる要因となっていた。
【0046】
これに対して、本実施例では、ターンオン遅延時間をTD1′=TD1+TDXとして延長することにより、その間にスナバコンデンサ15が充電されて端子電圧VCSはレベル▲2▼′に達するので、IGBT6のオン時における電位差は(▲1▼−▲2▼′)に縮小される。従って、図2(f)のQ点に示すように、電位差が(▲1▼−▲2▼)から(▲1▼−▲2▼′)に縮小された分だけIGBT6に流れる短絡電流が減少して、スイッチング損失は従来よりも減少することになる。
【0047】
図4は、本発明の発明者が行った一測定例であり、入力設定値(横軸)を変化させて鉄製の鍋(調理容器)34を加熱した場合の、IGBT6の温度変化(縦軸)を示す。入力設定値の低下に応じてIGBT6の温度も低下するが、従来のようにターンオン遅延時間を常に固定値TD1とした場合は、図4中破線で示すように、入力電力量がある程度低下するとIGBT6の温度は急激に上昇する。
【0048】
これに対して、本実施例のように入力電力量が低い領域でターンオン遅延時間を変化させた場合は、図4中実線で示すように、低入力領域におけるIGBT6の温度上昇度合いは比較的緩慢になる。
【0049】
また、図4に示す温度TthはIGBT6の温度上昇限度値であり、その限度値Tthに対応する入力電力量がWL である。入力電力量が低下するにつれて、加熱コイル11に供給される電流量は漸次低下するため、それに応じてスナバコンデンサ15の端子電圧VCSの最大レベルも低下する。従って、IGBT6のオン時に印加される電位差も増加して行き、やがてその温度は限度値Tthに至ることになる。
そこで、入力設定部41aは、入力電力量がWL 以下とならないように予め制限を設け、一定レベル以下での低入力加熱は行わせないようにする。
【0050】
以上のように本実施例によれば、ターンオン遅延部41cは、スナバコンデンサ15の端子電圧VCSを参照し、入力設定値が低下することにより、ターンオン遅延時間が固定値TD1のままでは端子電圧VCSが直流電源電圧に達しなくなると、ターンオン遅延時間をTD1′=TD1+TDXとして延長するようにした。
【0051】
すると、スナバコンデンサ15の充電期間が延長されて端子電圧が上昇することにより、IGBT6がオンした時にコレクタ−エミッタ間に印加される電位差が縮小されてスイッチング損失が低減されるので、微弱入力による連続加熱を行うことができ、従来とは異なり、例えば長時間の煮込み調理などを、調理物を焦げ付かせたり突然沸騰させたりすることなく良好に行うことができる。
【0052】
また、入力設定値が小なる場合は、例えばIGBT16をオフ状態に維持することにより、スナバ回路18自体を動作させないようにする方式も考えられるが、斯様な場合はIGBT7のオンオフによるスイッチング損失が増加することが予想される。これに対して本実施例によれば、IGBT7に生じるスイッチング損失を増加させることなしに、IGBT6のスイッチング損失を低減することが可能となる。
【0053】
更に、本実施例によれば、入力設定部41aは、入力電力量がWL 以下とならないように予め制限を設けて、一定レベル以下での低入力加熱は行わせないようにしたので、IGBT6の温度上昇は限度値Tthに達することがなく、素子が安全に動作する範囲内で使用することができる。
【0054】
図5は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例の電磁調理器は、マイコン41のターンオン遅延部41cに代えて、スナバコンデンサ切換部(以下、切換部と称す)43cを有してなるマイコン43を備えている。
【0055】
また、スナバコンデンサ15は、容量が小なる第1スナバコンデンサ44に置き換えられており、その第1スナバコンデンサ44に対して、一端がインバータ主回路8の出力端子8aに接続された第2スナバコンデンサ45が、ノーマリオン型のリレー46を介して並列に接続されるようになっている。これら第1及び第2スナバコンデンサ44及び45の容量は、両者が並列に接続された状態で、第1実施例のスナバコンデンサ15の容量と等しくなるように設定されている。
【0056】
尚、第1及び第2スナバコンデンサ44及び45,リレー46,IGBT16並びにダイオード17は、スナバ回路47を構成している。そして、マイコン43の切換部43cは、制御信号Vs を与えてリレー46の開閉を制御するようになっている。
【0057】
共振コンデンサ12及びダイオード13には、抵抗48が並列に接続されている。抵抗48の抵抗値は、インバータ主回路8が動作している場合の共振コンデンサ12のインピーダンスに対して十分大きな値に設定されている。その他の構成は、第1実施例と同様である。また、切換部43c及びリレー46は、容量切換え手段を構成している。
【0058】
次に、第2実施例の作用について図6乃至図9をも参照して説明する。切換部43cは、入力設定値が比較的高く設定されており、期間Dにおいて電圧検出部42より検出される端子電圧VCSが略直流電源電圧に等しい場合は、リレー46を閉成させたまま第1及び第2スナバコンデンサ44及び45を並列に接続した状態で第1実施例と同様に制御を行う。
【0059】
そして、入力設定値が比較的低く設定されることにより、期間Dにおける端子電圧VCSが直流電源電圧に達しなくなると、切換部43cは、制御信号Vs を与えてリレー46を開放することにより第2スナバコンデンサ45を切り離し、第1スナバコンデンサ44のみによりスナバ回路47を動作させる。この時、図6(e)及び図7に示すように、IGBT6のオン時間が短くなり共振回路14に供給される電流量が低下しても、容量が小なる第1スナバコンデンサ44は、期間D内(即ち、ターンオン遅延時間TD1内)に充電されて、その端子電圧は直流電源電圧に達するようになる。従って、図6(f)のR点に示すように、次にIGBT6がオンする時には短絡電流は流れることがない。
【0060】
また、この時、入力設定部41aは、切換部43cにより制御信号Vs が出力された場合の入力設定値を記憶しておき、次回以降の制御においては、操作部25において設定される入力設定値が上記記憶した値に一致した場合は、切換部43cに制御信号Vs を出力させるように指令を与える構成としても良い。
【0061】
図8は、図4相当図である。第2実施例のように入力電力量が低い領域において第1スナバコンデンサ44のみによりスナバ回路47を動作させると、図8中実線で示すように、低入力領域におけるIGBT6の温度は、入力設定値の低下に比例して低下するようになり、TaからTbに大きく減少する。従って、略0Wまで、低入力加熱を連続して行うことができる。
【0062】
また、図9は、入力設定値に応じてリレー46の開閉切換えを行う場合の制御状態を、IGBT7の端子間電圧Vtr2 (a)と制御信号Vs (b)とにより示すものである。この図9において、リレー46を閉状態から開状態に切換える場合には、切換部43cは、入力設定部41aに制御信号を与えて、加熱停止部41bを介してIGBT6,7の導通制御を停止させる(図9(a),時点A参照)。
【0063】
すると、共振コンデンサ12に残留している電荷が抵抗48を介して放電するので、電圧Vtr2 は直流電源電圧から次第に低下して、想定時間Ta の経過後に略0Vとなる(図9(a),時点B参照)。更に、余裕時間Tb を待ち電圧Vtr2 が確実に0Vとなった後、切換部43cは、リレー46に制御信号Vs を出力して開離させて第2スナバコンデンサ45を切り離す(図9(b),時点C参照)。次に、制御方式の切替わり待ち時間Tc の経過を待ってから、IGBT6,7の導通制御を開始させ、微弱入力での連続加熱を行う(図9(a),時点D参照)。
【0064】
また、微弱入力加熱から通常の加熱制御に戻る場合にも、同様に切換えを行う。即ち、切換部43cは、入力設定部41aを介し加熱停止部41bに制御信号を与えてIGBT6,7の導通制御を停止させ(図9(a),時点E参照)、想定時間Ta の間に共振コンデンサ12の残留電荷の放電を待つ(図9(a),時点F参照)。
【0065】
更に、余裕時間Tb を待ってから、切換部43cは、リレー46に対する制御信号Vs の出力を停止して、第1スナバコンデンサ44に第2スナバコンデンサ45を並列接続する(図9(b),時点G参照)。そして、制御方式の切替わり待ち時間Tc の経過を待ってから、通常の加熱制御を開始する(図9(a),時点H参照)。
【0066】
以上のように第2実施例によれば、切換部43cは、入力設定値が低くなり第1及び第2スナバコンデンサ45及び45の端子電圧VCSが直流電源電圧に達しなくなると、リレー46を開離させ、第2スナバコンデンサ45を切り離して第1スナバコンデンサ44のみによりスナバ回路47を動作させるようにした。
【0067】
従って、共振回路14に供給される電流量が低下しても、容量が小さい第1スナバコンデンサ44は短時間内に充電されるので、ターンオン遅延時間TD1の経過後に後IGBT6をオンしても充電容量不足による短絡電流が流れることがなく、低入力設定値で加熱コイル11に高周波電流を連続的に供給することができる。而して、IGBT6のスイッチング損失を抑制した上で微弱入力による連続加熱を行うことができ、また、スイッチング損失を低減するための制御を第1実施例よりも簡単に行うことができる。
【0068】
また、第2実施例によれば、共振コンデンサ12に対して並列に抵抗48を接続し、切換部43cは、第2スナバコンデンサ45の切り離しまたは接続を行う場合は、IGBT6及び7に対する導通制御を一旦停止して、その間に切り離しと接続との移行を行うので、その際に、IGBT16に短絡電流が流れるのを防止することができ、また、IGBT6及び7に対する導通制御を停止しても、共振コンデンサ12に充電されている電荷を、抵抗48を介して速やかに放電させることができる。
【0069】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
第1実施例における付加遅延時間TX は、必ずしもスナバコンデンサ15の端子電圧VCSに応じて変化させる必要はなく、端子電圧VCSが直流電源電圧に達しなくなった場合には、常に一定の値としてターンオン遅延時間TD1に付加しても良い。
例えば、入力設定部41aは、使用者が、操作部25に設けられている調理(制御)プログラムを選択するキーのうち、例えば『にこみ』キー(低出力設定キー)がオン操作されると、最初は高入力で加熱を行い被調理物を沸騰させてその後は微弱入力加熱を連続的に行うような制御プログラムに応じて、自動的にターンオン遅延時間を延長するようにしても良い。また、高入力加熱を行っている途中で、『保温キー』がオン操作されると、その時点から微弱入力加熱を連続的に行うように制御を切り替えても良い。
【0070】
或いは、トッププレート33に鍋34の温度を検出するための温度センサ(温度検出手段)を設けて、その温度センサが検出した温度が予め定めた値(所定温度)に達すると、その時点から微弱入力加熱を連続的に行うように制御を切り替えても良い。
スイッチング素子は、IGBTに限ることなく、パワートランジスタやパワーMOSFETなどであっても良い。
【0071】
第2実施例において、抵抗48を取り除き、高入力加熱から低入力加熱へ移行させる場合は、入力設定部41aは、先ず、加熱停止部41bに制御信号を与えて、IGBT6のみの導通制御を停止させ、IGBT7の導通制御は僅かの間継続させてから停止させるようにしても良い。すると、共振コンデンサ12に残留している電荷は、周波数数10KHzのIGBT7のスイッチング動作によって極めて短時間(例えば、3,4周期程度)内に放電・消費される。その後は、第2実施例と同様に、余裕時間Tb の経過を待ち低入力加熱を開始する。また、低入力加熱から高入力加熱へ移行させる場合にも同様にする。斯様に構成すれば共振コンデンサ12に充電されている電荷を、一方のIGBT7の導通制御(オンオフ)によるスイッチング動作によってより速やかに放電・消費させることができ、制御状態の切換えに要する時間を短縮することができる。また、抵抗48を削除できるので部品点数を削減することができる。
調理容器は鍋に限ることなく、フライパンや鉄板などでも良い。
【0072】
【発明の効果】
本発明は以上説明した通りであるので、以下の効果を奏する。
請求項1記載の電磁調理器によれば、第1のスイッチング素子のオン時間が短くなり加熱コイルに供給される電流量が低下した場合であっても、遅延時間制御手段によりターンオン遅延時間に付加遅延時間が加えられることで、その間におけるスナバコンデンサの充電時間が長くなり、スナバコンデンサの端子電圧が上昇することにより当該端子電圧と整流回路の直流電源電圧との電位差が縮小するので、次回に第1のスイッチング素子がオンした時に当該スイッチング素子に印加される電圧が低減される。従って、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減し得る状態で加熱コイルに高周波電流を連続的に供給することができ、微弱入力で連続加熱を行うことができる。
【0073】
請求項2または3記載の電磁調理器によれば、遅延時間制御手段は、スナバコンデンサの端子電圧が上昇するように付加遅延時間を変化させて(請求項2)、その端子電圧が最大になるまでスナバコンデンサを充電するので(請求項3)、第1のスイッチング素子がオンした時に当該スイッチング素子に印加される電圧を最小にして、スイッチング損失をより低減することができる。
【0074】
請求項4記載の電磁調理器によれば、入力設定手段は、端子電圧検出手段が検出するスナバコンデンサの最大端子電圧が所定値を下回らないように、入力電流値について下限を設定するので、スイッチング素子がオンした時に当該スイッチング素子に印加される電圧レベルを抑制することができる。
【0075】
請求項5記載の電磁調理器によれば、遅延時間制御手段は、入力電流値のレベルに応じて付加遅延時間を変化させるので、入力電流値レベルの低下に応じて付加遅延時間を変化させることにより、スナバコンデンサの端子電圧を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の電気的構成を示す機能ブロック図
【図2】入力設定値が低い領域での各部の信号波形を示す図
【図3】図2(e)の期間D→Aの部分を拡大して示す図
【図4】入力設定値(横軸)を変化させて鉄製の鍋を加熱した場合の、IGBTの温度変化(縦軸)を示す図
【図5】本発明の第2実施例を示す図1相当図
【図6】図2相当図
【図7】図3相当図
【図8】図4相当図
【図9】第2スナバコンデンサの切り離し,接続を切換える場合の制御状態を示す図
【図10】従来技術を示す図1相当図
【図11】入力設定値が比較的高い領域における図2相当図
【図12】図2相当図
【図13】IGBTのゲート駆動部の電気的構成を示す図
【図14】ゲート信号の電圧波形を示す図
【符号の説明】
1は整流回路、2は交流電源、4及び5は正側及び負側直流母線、6及び7はIGBT(第1及び第2のスイッチング手段)、8はインバータ主回路、11は加熱コイル、12は共振コンデンサ、14は共振回路、15はスナバコンデンサ、16はIGBT(第3のスイッチング素子)、18はスナバ回路、34は鍋(調理容器)、41aは入力設定部(入力設定手段)、41cはターンオン遅延部(遅延時間制御手段)、42はスナバコンデンサ電圧検出部(端子電圧検出手段)、43cはスナバコンデンサ切換部(容量切換え手段)、44及び45はスナバコンデンサ、46はリレー(容量切換え手段)、47はスナバ回路、48は抵抗を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic cooker that supplies a high-frequency current to a heating coil to heat a cooking vessel.
[0002]
[Prior art]
Electromagnetic cookers are safe and heat efficient without using fire, and are becoming popular as cooking heaters incorporated into system kitchens and the like. A plurality of electromagnetic cookers are often incorporated in a system kitchen, and in order to prevent interference sound from occurring when these multiple electromagnetic cookers are used at the same time, a half of which performs heating control at a constant frequency at all times. A bridge type inverter may be employed.
[0003]
FIG. 10 shows the electrical configuration of a half-bridge inverter used in a conventional electromagnetic cooker. In FIG. 10, the AC input terminal of the
[0004]
Both ends of the
[0005]
One end of the
[0006]
Further, one end of the
[0007]
An oscillation signal having a predetermined frequency output from the
[0008]
Although not specifically illustrated, the
[0009]
Further, the
[0010]
The output signal of the variable on-
[0011]
FIG. 13 shows a detailed electrical configuration of the
[0012]
The operation of the electromagnetic cooker including the inverter configured as described above will be described below with reference to FIGS. 11 to 14. The pot is heated by supplying a high-frequency current to the
[0013]
The on-period Ton1 of the IGBT 6 changes based on the output signal given from the variable on-
[0014]
As shown in FIG. 11C, the
[0015]
Here, the fixed time Tα is set so that the voltage change at the turn-off time of the
[0016]
The control cycle consists of the following four cycles. FIG. 11 (d) shows the waveform of the current IL flowing through the
(1) IGBT6: ON / IGBT7: OFF
A current is supplied to the
[0017]
(2) IGBT6: Off / IGBT7: Off
The
[0018]
(3) IGBT6: Off / IGBT7: On
The
[0019]
(4) IGBT6: Off / IGBT7: Off
In the path of the
[0020]
By repeating the above cycle, a high-frequency current is supplied to the
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional electromagnetic cooker, if the on period Ton1 of the IGBT 6 is shortened in order to perform weak input heating, the following problems occur. FIG. 12 shows signal waveforms of the respective parts at this time. That is, as shown in FIG. 12A, when the ON period Ton1 of the IGBT 6 becomes less than a certain time, the amount of current supplied to the
[0022]
In this state, the IGBT 6 is turned on in the next cycle {circle around (1)}. Therefore, a short circuit occurs in the path of the DC bus 4, IGBT 6,
[0023]
In order to suppress the occurrence of such a short-circuit current as much as possible, as shown in FIG. 13, the gate resistance value at turn-on is set to be large by connecting a series circuit of
[0024]
However, since the rise of the collector-emitter voltage of the IGBT 6 becomes gentle by making the rise of the gate signal VG1 in this way, a switching loss (turn-on loss) that occurs when the IGBT 6 is turned on occurs. The switching loss at the time of turn-on becomes larger as the setting input is lower. If continuous heating is performed with the turn-on loss being increased, the temperature of the IGBT 6 rises, and in the worst case, thermal destruction occurs.
[0025]
Therefore, in the conventional electromagnetic cooker, for example, when performing weak input heating corresponding to cooking with a long period of cooking with low heat, a low input that does not cause the turn-on loss of the IGBT 6 is set as the lower limit. For example, periodic heating such as heating for 3 seconds and then stopping heating for 3 seconds had to be performed.
[0026]
And in such a heating system, when a to-be-cooked object is a small amount, it will be in a boiling state suddenly, and the in-cooked object will burnt when stewed cooking was performed.
This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the electromagnetic cooker which can perform continuous heating by a weak input in the state which can reduce a switching loss.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an electromagnetic cooker according to
Positive and negative DC buses supplied with DC power generated by the rectifier circuit;
First and second switching elements connected in series between the positive and negative DC buses;
in frontNo.2 switching elementsBothA resonance circuit connected between the terminals and configured by a heating coil and a resonance capacitor for inductively heating the cooking vessel;
SaidSecondA snubber circuit connected between both terminals of the switching element and configured by a snubber capacitor and a third switching element;
SaidSecondAfter turning off the switching elementThe firstIn the turn-on delay time until the switching element is turned on,The firstDelay time control means for adding an additional delay time so as to reduce the voltage applied to the switching element,
The first and second switching elements are alternately turned on at a constant frequency with a period during which both are turned off at the same time,
The third switching element is controlled to be turned on after the second switching element is turned on, and to be turned off after the first switching element is turned off.It is characterized by that.
[0028]
If constituted in this way, for example, saidFirstEven when the on-time of the switching element becomes shorter and the amount of current supplied to the heating coil decreases, the additional delay time is added to the turn-on delay time by the delay time control means, and the snubber capacitor is charged during that time. The time will be longer. Then, as the terminal voltage of the snubber capacitor rises, the potential difference between the terminal voltage and the DC power supply voltage of the rectifier circuit is reduced.FirstWhen the switching element is turned on, the voltage applied to the switching element is reduced. Therefore,FirstA high-frequency current can be continuously supplied to the heating coil in a state where switching loss in the switching element can be reduced, and continuous heating can be performed with a weak input.
[0029]
In this case, as described in
The delay time control means may be configured to change the additional delay time according to the terminal voltage of the snubber capacitor detected by the terminal voltage detection means (claim 2). Specifically, the delay time control means is connected to the terminal It is preferable that the additional delay time is changed so that the terminal voltage of the snubber capacitor detected by the voltage detecting means is maximized.
[0030]
By configuring in this way, the delay time control means changes the additional delay time so that the terminal voltage of the snubber capacitor rises, and charges the snubber capacitor until the terminal voltage becomes maximum.FirstWhen the switching element is turned on, the voltage applied to the switching element can be minimized.
[0031]
Further, as described in claim 4, it is preferable to provide input setting means for setting a lower limit for the input current value so that the maximum terminal voltage of the snubber capacitor detected by the terminal voltage detection means does not fall below a predetermined value. With such a configuration, for example, when the setting of the input current value becomes very low,FirstSince the on-time of the switching element is also shortened, the amount of current supplied to the heating coil is significantly reduced, and the maximum terminal voltage level of the snubber capacitor is relatively lowered. Therefore, if the input setting means sets a lower limit for the input current value,FirstWhen the switching element is turned on, the voltage level applied to the switching element can be suppressed.
[0032]
According to a fifth aspect of the present invention, the delay time control means may be configured to change the additional delay time in accordance with the level of the input current value. With this configuration, the delay time control means is configured to change the input current value. The terminal voltage of the snubber capacitor can be increased by changing the additional delay time according to the level decrease.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that the same parts as those in FIG. FIG. 1 shows an electrical configuration. In this embodiment, instead of the
[0041]
A snubber capacitor voltage detection unit (terminal voltage detection means, hereinafter referred to as a voltage detection unit) 42 detects the terminal voltage VCS of the
[0042]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS. As described above, when the input set value set by the user at the
[0043]
Therefore, the turn-on
[0044]
The turn-on
[0045]
Here, FIG. 3 is an enlarged view of the period D shown in FIG. 2E, and shows the change in the terminal voltage VCS of the
[0046]
On the other hand, in this embodiment, the turn-on delay time is extended as TD1 '= TD1 + TDX, so that the
[0047]
FIG. 4 shows an example of measurement performed by the inventor of the present invention, in which the temperature change of the IGBT 6 (vertical axis) when the iron pan (cooking vessel) 34 is heated by changing the input set value (horizontal axis). ). As the input set value decreases, the temperature of the IGBT 6 also decreases. However, when the turn-on delay time is always set to the fixed value TD1 as in the prior art, as shown by the broken line in FIG. The temperature rises rapidly.
[0048]
On the other hand, when the turn-on delay time is changed in a region where the input power amount is low as in the present embodiment, the temperature rise degree of the IGBT 6 in the low input region is relatively slow as shown by the solid line in FIG. become.
[0049]
Further, the temperature Tth shown in FIG. 4 is a temperature rise limit value of the IGBT 6, and the input electric energy corresponding to the limit value Tth is WL. As the amount of input power decreases, the amount of current supplied to the
Therefore, the
[0050]
As described above, according to the present embodiment, the turn-on
[0051]
Then, the charging period of the
[0052]
In addition, when the input set value is small, for example, a method may be considered in which the
[0053]
Furthermore, according to the present embodiment, the
[0054]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Only different parts will be described below. The electromagnetic cooker according to the second embodiment includes a
[0055]
Further, the
[0056]
The first and second snubber capacitors 44 and 45, the
[0057]
A resistor 48 is connected in parallel to the
[0058]
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIGS. When the input set value is set to be relatively high and the terminal voltage VCS detected by the
[0059]
When the input set value is set to be relatively low and the terminal voltage VCS in the period D does not reach the DC power supply voltage, the
[0060]
At this time, the
[0061]
FIG. 8 corresponds to FIG. When the
[0062]
FIG. 9 shows a control state when the
[0063]
Then, since the electric charge remaining in the
[0064]
The same switching is performed when returning from the weak input heating to the normal heating control. That is, the
[0065]
Further, after waiting for a margin time Tb, the
[0066]
As described above, according to the second embodiment, the
[0067]
Therefore, even if the amount of current supplied to the
[0068]
Further, according to the second embodiment, when the resistor 48 is connected in parallel to the
[0069]
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The additional delay time TX in the first embodiment is not necessarily changed according to the terminal voltage VCS of the
For example, the
[0070]
Alternatively, when a temperature sensor (temperature detecting means) for detecting the temperature of the
TheThe switching element is not limited to the IGBT but may be a power transistor, a power MOSFET, or the like.
[0071]
In the second embodiment, when removing the resistor 48 and shifting from high input heating to low input heating, the
The cooking container is not limited to a pan but may be a frying pan or an iron plate.
[0072]
【The invention's effect】
Since this invention is as having demonstrated above, there exist the following effects.
According to the electromagnetic cooking device of
[0073]
According to the electromagnetic cooker of
[0074]
According to the electromagnetic cooker of claim 4, the input setting means sets the lower limit for the input current value so that the maximum terminal voltage of the snubber capacitor detected by the terminal voltage detection means does not fall below a predetermined value. The voltage level applied to the switching element when the element is turned on can be suppressed.
[0075]
According to the electromagnetic cooker of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an electrical configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms at various parts in a region where the input set value is low.
FIG. 3 is an enlarged view showing a portion of period D → A in FIG.
FIG. 4 is a view showing a temperature change (vertical axis) of an IGBT when an iron pan is heated by changing an input set value (horizontal axis).
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention.
6 is a view corresponding to FIG.
7 is a view corresponding to FIG.
FIG. 8 is a view corresponding to FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a control state when the second snubber capacitor is disconnected and the connection is switched.
FIG. 10 is a view corresponding to FIG.
11 is a view corresponding to FIG. 2 in a region where the input set value is relatively high.
FIG. 12 is a view corresponding to FIG.
FIG. 13 is a diagram showing an electrical configuration of an IGBT gate driver.
FIG. 14 is a diagram illustrating a voltage waveform of a gate signal.
[Explanation of symbols]
1 is a rectifier circuit, 2 is an AC power source, 4 and 5 are positive and negative DC buses, 6 and 7 are IGBTs (first and second switching means), 8 is an inverter main circuit, 11 is a heating coil, 12 Is a resonance capacitor, 14 is a resonance circuit, 15 is a snubber capacitor, 16 is an IGBT (third switching element), 18 is a snubber circuit, 34 is a pan (cooking vessel), 41 a is an input setting unit (input setting means), 41 c Is a turn-on delay section (delay time control means), 42 is a snubber capacitor voltage detection section (terminal voltage detection means), 43 c is a snubber capacitor switching section (capacitance switching means), 44 and 45 are snubber capacitors, and 46 is a relay (capacitance switching). Means), 47 is a snubber circuit, and 48 is a resistor.
Claims (5)
この整流回路によって生成される直流電源が供給される正側及び負側直流母線と、
この正側及び負側直流母線間に直列に接続される第1及び第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子の両端子間に接続され、調理容器を誘導加熱するための加熱コイル及び共振コンデンサで構成される共振回路と、
前記第2のスイッチング素子の両端子間に接続され、スナバコンデンサ及び第3のスイッチング素子で構成されるスナバ回路と、
前記第2のスイッチング素子をオフしてから前記第1のスイッチング素子をオンするまでのターンオン遅延時間に、前記オン時に前記第1のスイッチング素子に印加される電圧を低減するように付加遅延時間を加える遅延時間制御手段とを備え、
前記第1及び第2のスイッチング素子は、一定周波数で、両者が同時にオフとなる期間を間に挟んで交互にオンされると共に、
前記第3のスイッチング素子は、前記第2のスイッチング素子がオンされた後にオンされ、前記第1のスイッチング素子がオフされた後にオフされるように制御されることを特徴とする電磁調理器。A rectifier circuit that rectifies an AC power source to generate a DC power source;
Positive and negative DC buses supplied with DC power generated by the rectifier circuit;
First and second switching elements connected in series between the positive and negative DC buses;
Is connected between both terminals of the pre-Symbol second switching element, a resonant circuit composed of the heating coil and the resonance capacitor for induction heating of the cooking container,
A snubber circuit connected between both terminals of the second switching element and configured by a snubber capacitor and a third switching element;
The turn-on delay before turning on the first switching element after turning off the second switching element, the additional delay time to reduce the voltage applied to the first switching element during the on A delay time control means for adding ,
The first and second switching elements are alternately turned on at a constant frequency with a period during which both are turned off at the same time,
It said third switching element is turned on after the second switching element is turned on, induction cooker, wherein Rukoto is controlled to be turned off after the first switching element is turned off.
遅延時間制御手段は、前記端子電圧検出手段が検出するスナバコンデンサの端子電圧に応じて付加遅延時間を変化させることを特徴とする請求項1記載の電磁調理器。A terminal voltage detecting means for detecting the terminal voltage of the snubber capacitor;
The electromagnetic cooker according to claim 1, wherein the delay time control means changes the additional delay time according to the terminal voltage of the snubber capacitor detected by the terminal voltage detection means.
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