JP4045138B2 - Induction heating cooker - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱調理器の制御手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の誘導加熱調理器は、裸火が出ず、負荷の温度制御が可能で安全性が高いことから、卓上のガステーブル等に代わる熱源として認知されている。また、システムキッチン等に組み込まれる電気調理器としては、従来、シーズヒータやプレートヒータ、ハロゲンヒータ等の抵抗体を熱源としたものから、一口を誘導加熱に置き換えたもの、もしくは2口以上を誘導加熱調理器にしたものに代わりつつある。
【0003】
誘導加熱調理器は交流電源を直流電源に変換した後に、スイッチング素子でオンオフして高周波電流に変換し、この高周波電流を加熱コイルに流し、発生した磁束による電磁誘導作用により、近傍に配置された金属製の負荷に電流を発生させ、この電流により自己発熱させて加熱している。
【0004】
動作周波数は20kHz程度から40kHz程度であり、加熱コイルにはピークで60Aから80A程度の電流が流れる。このような大電流を高周波数でオンオフするので、電源に誘起される雑音成分は大きなものとなり、周囲の他の機器を誤動作させる等の問題を生じさせることがある。
【0005】
この問題に対処するため、従来はノーマルモードコイルやコモンモードコイルなどとコンデンサを組み合わせたフィルタを交流電源側に挿入するなど、雑音成分を低減するよう配慮している。
【0006】
このような従来例を、図を用いて説明する。図6は従来例の回路ブロック図、図7は従来例における主要部の信号波形を示す図、図8は従来例の制御方法における雑音成分の分布を示す図である。
【0007】
図6において、交流電源1をフィルタ2を介して整流回路3で整流し、直流電源に変換する。インバータ9は加熱コイル5および共振コンデンサ4から成る共振回路6と、上アームスイッチング素子8aおよび下アームスイッチング素子8bから成るスイッチング素子8とで構成され、前記直流電源をスイッチング素子8により高周波電流に変換して共振回路6に供給し、近傍に配置された負荷7を加熱する。
【0008】
制御手段11は、交流電源1の周期に同期した信号を生成する電源同期信号生成手段10の信号に同期して、使用者(図示せず)が設定する加熱電力に応じたデューティ信号を電力設定手段12に出力し、且つ発振指示信号を発振手段14に出力する。
【0009】
発振手段14は発振指示信号により一定の周波数で発振パルスを出力し、電力設定手段12は制御手段11のデューティ信号に応じたオンオフデューティ設定信号を出力する。駆動パルス生成手段15は発振手段14の発振パルスに同期し、電力設定手段12のオンオフデューティ設定信号に応じてスイッチング素子8すなわち上下アームスイッチング素子8a、8bを駆動するパルスを生成出力する。
【0010】
以上の構成において、回路の主要部の動作を図7を参照して説明する。
【0011】
図7において、波形Aは発振手段14の出力する発振パルス、波形Bは制御手段11の出力するデューティ信号、波形Cは電力設定手段12の出力するオンオフデューティ設定信号、波形Da、Dbはそれぞれ上下アームスイッチング素子8a、8bを駆動する駆動パルス生成手段15の出力パルスを示している。尚、図7の横軸は全て時間である。
【0012】
波形Aすなわち発振パルスは常に一定周期、すなわち一定周波数である。波形Bすなわちデューティ信号は加熱電力の設定値が異なる三つの場合を表しており、「Low」は低電力設定値、「Mid」は中電力設定値、「High」は高電力設定値の場合を示している。
【0013】
波形Cすなわちオンオフデューティ設定信号はデューティ信号の加熱電力の設定値に応じた信号となる。波形Da、Dbすなわち上下アームスイッチング素子8a、8b用駆動パルスは波形Aすなわち発振手段14の出力する発振パルスと、波形Cすなわち電力設定手段12の出力するオンオフデューティ設定信号から作成され、信号レベルが高レベルの時上下アームスイッチング素子8a、8bはオンとなり、低レベルの時オフとなる。
【0014】
使用者(図示せず)が加熱電力を設定し、加熱の開始を指示すると、制御手段11は電源同期信号生成手段10の信号に同期して、設定された加熱電力に応じたデューティ信号(波形B)を電力設定手段12に出力し、且つ発振指示信号を発振手段14に出力する。この発振指示信号により、発振手段14は一定の周波数で発振パルス(波形A)を出力する。
【0015】
電力設定手段12はデューティ信号(波形B)に応じたオンオフデューティ設定信号(波形C)を出力する。駆動パルス生成手段15は発振手段14の発振パルス(波形A)に同期し、電力設定手段12のオンオフデューティ設定信号(波形C)に応じて上下アームスイッチング素子8a、8bを駆動するパルス(波形Da、Db)を生成する。
【0016】
この駆動パルス(波形Da、Db)によって上下アームスイッチング素子8a、8bがオンオフされ、交流電源1が整流変換された直流電源を高周波電流に変換して共振回路6に供給し、近傍に配置された負荷7が加熱される。
【0017】
加熱電力の設定値が「Low」、「Mid」、「High」の各場合において、オンオフデューティ設定信号(波形C)および上下アームスイッチング素子8a、8b用駆動パルス(波形Da、Db)は図に示すように、加熱電力の各設定値に応じた信号波形となる。すなわち、加熱電力の設定値が低設定値から高設定値になるに従って、上アームスイッチング素子8a用駆動パルス(波形Da)のオン時間は長くなり、下アームスイッチング素子8b用駆動パルス(波形Db)のオン時間は短くなる。
【0018】
この時、上下アームスイッチング素子8a、8b用駆動パルス(波形Da、Db)の周波数は発振手段14の発振周波数と同じ一定の周波数である。この周波数を基本周波数f0とすると、電源にはこの基本周波数f0および高調波の雑音成分が誘起される。この模様を図8に示す。
【0019】
図8は縦軸に雑音成分のエネルギー、横軸に周波数を示している。図のように、スイッチング素子8のオンオフの周波数が常に一定の周波数のため、雑音成分は基本周波数f0および高調波2f0(f0の2倍の周波数。以下同様。)、3f0、4f0・・・(図においては5f0以降を省略している。)において高いエネルギーとなる。このような雑音成分を低減するために、電源側に図6に示すようなフィルタ2を挿入している。
【0020】
フィルタを使用した従来例として特開平6−275372号公報、特開平5−89955号公報などがある。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の誘導加熱調理器は、電源に誘起される雑音成分を低減するため、フィルタ2を電源側に挿入するなどの対処を行っている。
【0022】
しかしながら、誘導加熱調理器の高出力化に伴い、フィルタ2に流れる電流が増大し、雑音成分を減衰させるためにフィルタ2を構成するコイルの巻き数を増加する必要があり、このためコイルの大型化や、コンデンサ容量の増大等が必要となっている。従って、製品へのフィルタ2の実装容積の増大や製造コストの増大等の問題を招いている。
【0023】
さらに、動作周波数の基本周波数成分のみならず、高調波成分の雑音も高エネルギーを持つために、フィルタ2の性能向上には限界があり、製品自体の動作が不安定になったり、周囲の他の機器の動作に対して悪影響を与えるなど、動作信頼性にも問題が生じている。
【0024】
本発明は、前記課題を解決するものであり、フィルタの小型化、低コスト化を図り、さらに製品自体および周囲の機器に対する動作信頼性を向上することを目的とする。
【0025】
また、ソフトウェア構成、回路構成を簡単な構成で実現することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために、交流を整流して直流に変換する整流回路と、前記直流を上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子により高周波電流に変換して加熱コイルおよび共振コンデンサから成る共振回路に供給し、近傍に配置された負荷を加熱するインバータと、前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のオンオフのデューティを設定して加熱電力を可変する電力設定手段と、前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のオンオフの周波数を決定する発振手段と、前記発振手段の発振周波数を変更制御する周波数変更手段を備え、この周波数変更手段は前記発振手段の発振周波数を基本周波数(f0)を中心として上下に小変化させた周波数(f0±Δf)の範囲でほぼ周期的に変更制御し、前記電力設定手段は、前記上アームスイッチング素子のオン時間を、周波数(f0−△f)のときは前記基本周波数f0のときのオン時間よりも長くなるように補正し、周波数(f0+△f)のときは前記基本周波数f0のときのオン時間よりも短くなるように補正して前記基本周波数f0の場合と略同じ加熱電力となるようにしたものである。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明は、前述のように、交流を整流して直流に変換する整流回路と、前記直流を上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子により高周波電流に変換して加熱コイルおよび共振コンデンサから成る共振回路に供給し、近傍に配置された負荷を加熱するインバータと、前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のオンオフのデューティを設定して加熱電力を可変する電力設定手段と、前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のオンオフの周波数を決定する発振手段と、前記発振手段の発振周波数を変更制御する周波数変更手段を備え、この周波数変更手段は前記発振手段の発振周波数を基本周波数(f0)を中心として上下に小変化させた周波数(f0±Δf)の範囲でほぼ周期的に変更制御し、前記電力設定手段は、前記上アームスイッチング素子のオン時間を、周波数(f0−△f)のときは前記基本周波数f0のときのオン時間よりも長くなるように補正し、周波数(f0+△f)のときは前記基本周波数f0のときのオン時間よりも短くなるように補正して前記基本周波数f0の場合と略同じ加熱電力となるようにしたものである。
【0031】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
【0032】
図1は本発明の一実施例の回路ブロック図、図2は本発明の一実施例における発振手段の内部構成を示す図、図3は本発明の制御方法を示す図、図4は本発明の制御方法における雑音成分の分布を示す図、図5は本発明のスイッチング素子の制御方法を示す図である。
【0033】
図1に従い、本発明の一実施例の全体の構成を説明する。
【0034】
図において、1は交流電源である。2はフィルタで、二つのコンデンサとコモンモードチョークコイルから成り、入力端子が交流電源1に接続され、電源に誘起される雑音を低減する。3は整流回路で、複数の整流器で構成され、入力端子(図の〜端子)がフィルタ2の出力端子に接続され、フィルタ2を介して交流電源1を整流し直流電源に変換して出力端子(図の+端子および−端子)から出力する。
【0035】
4は共振コンデンサで、一端が整流回路3の低圧側出力端子(図の−端子)に接続される。5は加熱コイルで、一端が共振コンデンサ4の他端に接続される。
【0036】
6は共振回路で、加熱コイル5および共振コンデンサ4から成る。7は負荷である。
【0037】
8はスイッチング素子で、上アームスイッチング素子8aおよび下アームスイッチング素子8bから成り、この二つを直列に接続し、接続点を加熱コイル5の他端に接続し、一端を整流回路3の高圧側出力端子(図の+端子)に接続し、他端を整流回路3の低圧側出力端子に接続し、前記直流電源を高周波電流に変換して共振回路6に供給する。
【0038】
9はインバータで、共振回路5とスイッチング素子8から成り、近傍に配置された負荷7を加熱する。
【0039】
10は電源同期信号生成手段で、交流電源1の両端に接続され、交流電源1の半波周期に同期した信号を生成して出力する。11は制御手段で、電源同期信号生成手段10の信号が入力され、この信号に同期して、使用者(図示せず)が設定する加熱電力に応じたデューティ信号と周波数変更指示信号を出力する。
【0040】
12は電力設定手段で、制御手段11のデューティ信号が入力され、この信号に応じてスイッチング素子8のオンオフのデューティを設定して加熱電力を可変するオンオフデューティ設定信号を出力する。
【0041】
13は周波数変更手段で、制御手段11の周波数変更指示信号が入力され、この周波数変更指示信号を変換した信号を出力し、後記発振手段14の発振周波数を変更制御する。詳しくは、後記発振手段14の発振周波数を基本周波数(f0)を中心として上下に小変化させた周波数(f0±Δf)の範囲でほぼ周期的に変更制御する。
【0042】
14は発振手段で、周波数変更手段13の信号が入力され、この信号に応じてスイッチング素子8のオンオフの周波数を決定し、この周波数で発振パルスを出力する。
【0043】
15は駆動パルス生成手段で、発振手段14の発振パルスと電力設定手段12のオンオフデューティ設定信号が入力され、発振手段14の発振パルスに同期し、電力設定手段12のオンオフデューティ設定信号に応じてスイッチング素子8すなわち上下アームスイッチング素子8a、8bを駆動するパルスを生成する。
【0044】
図2は発振手段14の内部構成の二つの例を示す図である。図2(a)において、16は汎用のアナログ発振IC(555等)で形成される発振器、17は抵抗、18はそれぞれ異なる容量をもつ複数のコンデンサ18a、18b、18c・・・からなるコンデンサ回路、19は前記コンデンサ18a、18b、18c・・・を切り替えるスイッチ手段である。要するに、抵抗17およびコンデンサ回路18で充放電手段を形成し、これに発振器16を接続して発振回路を構成したものであり、次にこの動作を説明する。
【0045】
コンデンサ回路18内のコンデンサ18aがスイッチ手段19により選択されて抵抗17と接続されている場合、コンデンサ18aの容量と抵抗17で決定される充放電速度に応じた周波数の発振パルスが発振器16すなわち発振手段14から出力される。周波数変更手段13から周波数変更信号が入力されると、スイッチ手段19はコンデンサ回路18との接続を切り替える。
【0046】
例えば、コンデンサ18aからコンデンサ18bに接続を切り替えると、発振手段14が出力する発振パルスの周波数はコンデンサ18bの容量と抵抗17で決定される充放電速度に応じた周波数に変更される。コンデンサ回路18を構成するコンデンサ数およびスイッチ手段19の切り替え数を変更したい周波数の数と同数で構成すれば任意の数の周波数の変更が可能である。
【0047】
図2(b)において、20は発振手段14の出力する周波数より高い周波数で発振する発振子、21はバイナリカウンタ、22はカウンタ値設定手段である。バイナリカウンタ21はCK端子に入力される発振子20からの高周波数の信号をカウントし、カウンタ値が周波数変更手段13からの周波数変更信号によってカウンタ値設定手段22に設定されたカウンタ値と一致したらパルスを出力し、同時にカウンタをクリアし、再びカウントする。以後、この動作を繰り返す。
【0048】
このような構成にすることにより、発振手段14はカウンタ値設定手段22に設定するカウンタ値に対応した周波数の発振パルスを出力でき、かつ、カウンタ値設定手段22に設定するカウンタ値を周波数変更信号で切り替えることで、発振手段14から任意の周波数の発振パルスを出力させることができる。類似の方式として、カウンタICを用いずにマイクロコンピュータを使用し、その内部カウンタを利用する構成も可能である。
【0049】
以上の構成において、従来の場合と同じ基本的構成部分の動作は従来とほぼ同様なので、基本的構成部分の動作の説明は省略し、従来と異なる周波数変更手段13に係る動作を図3を参照して説明する。
【0050】
図3は、縦軸に発振手段14の発振周波数、交流電源、電源同期信号を示したもので、横軸は全て時間である。次の説明は主に発振手段14の発振周波数の図を参照して行う。
【0051】
加熱が開始されると、周波数変更手段13は発振手段14の発振周波数を基本周波数(f0)とする周波数変更信号を出力する。ほぼ一定時間後、周波数変更手段13は発振手段14の発振周波数を基本周波数(f0)より上に小変化させた周波数(f0+Δf)とする周波数変更信号を出力する。さらにほぼ一定時間後、周波数変更手段13は発振手段14の発振周波数を基本周波数(f0)より下に小変化させた周波数(f0−Δf)とする周波数変更信号を出力する。さらにほぼ一定時間後、変更手段13は発振手段14の発振周波数を基本周波数(f0)とする周波数変更信号を出力する。以後、周波数変更手段13はほぼ周期的にこの変更制御を繰り返す。
【0052】
この結果、電源に誘起される雑音成分は図4のようになる。
【0053】
図4は縦軸に雑音成分のエネルギー、横軸に周波数を示したもので、参考に従来の場合を破線で示している。図のように、基本周波数(f0)周辺で、基本周波数(f0)だけでなく、基本周波数(f0)より上に小変化させた周波数(f0+Δf)、および基本周波数(f0)より下に小変化させた周波数(f0−Δf)にもエネルギーが発生するが、各エネルギーはこれら三つの周波数に分散されるため、単一の周波数の従来の場合より低いエネルギーとなる。また、これらの2倍、3倍、4倍・・・の高調波の雑音成分も分散されて、従来の場合より低いエネルギーとなる。尚、図において5倍の高調波(5f0)以降は省略している。
【0054】
これにより、フィルタ2の小型化、低コスト化を図り、さらに製品自体および周囲の機器に対する動作信頼性の向上を実現できる。
【0055】
但し、前記したように発振周波数を周期的に変更制御した場合の電力制御方法すなわちスイッチング素子8の制御方法は、以下の如く従来に対し変更補正する必要がある。
【0056】
図5は各状態E、F、F’、G、G’の上下アームスイッチング素子8a、8bの駆動パルス波形を示したもので、以下に詳述する。
【0057】
状態Eは発振周波数が基本周波数(f0)であり、この時の周期Teは周波数(f0)と「Te=1/f0」の関係にあり、上アームスイッチング素子8aのON時間はTHe、下アームスイッチング素子8bのON時間はTLeである。この状態を基本的な状態とする。
【0058】
状態Fは発振周波数が(f0−Δf)であり、上アームスイッチング素子8aのON時間を状態Eの時と同じTHeとした場合である。この時の周期Tfは周波数(f0−Δf)と「Tf=1/(f0−Δf)」の関係にあるので、この周期Tfは状態Eの時の周期Teより大である。この時、上アームスイッチング素子8aのON時間を状態Eの時と同じTHeにすると、下アームスイッチング素子8bのON時間は1周期TfからTHeとブランク時間を除いた時間TLfであり、TLfはTLeより大となる。この場合、1周期あたりの上アームスイッチング素子8aのオンの比率は状態Eと比べて低くなるため、電源側から負荷側に流れる電流が減少すなわち加熱電力が減少するという問題が生ずる。従って、これを補正するためには上アームスイッチング素子8aのON時間を長くする必要がある。
【0059】
この補正を行った模様を示したのが状態F’である。すなわち、上アームスイッチング素子8aのON時間をTHeより長いTHf’とし、下アームスイッチング素子8bのON時間をTLfより短いTLf’とする。このように補正変更することにより、発振周波数を(f0−Δf)に変更しても状態Eすなわち基本周波数(f0)の場合と同じ加熱電力となる。
【0060】
状態Gは発振周波数が(f0+Δf)であり、上アームスイッチング素子8aのON時間を状態Eの時と同じTHeとした場合である。この時の周期Tgは周波数(f0+Δf)と「Tg=1/(f0+Δf)」の関係にあるので、この周期Tgは状態Eの時の周期Teより小である。この時、上アームスイッチング素子8aのON時間を状態Eの時と同じTHeにすると、下アームスイッチング素子8bのON時間は1周期TgからTHeとブランク時間を除いた時間TLgであり、TLgはTLeより小となる。この場合、1周期あたりの上アームスイッチング素子8aのオンの比率は状態Eと比べて高くなるため、電源側から負荷側に流れる電流が増大すなわち加熱電力が増大するという問題が生ずる。従って、これを補正するためには上アームスイッチング素子8aのON時間を短くする必要がある。
【0061】
この補正を行った模様を示したのが状態G’である。すなわち、上アームスイッチング素子8aのON時間をTHeより短いTHg’とし、下アームスイッチング素子8bのON時間をTLgより長いTLg’とする。このように補正変更することにより、発振周波数を(f0+Δf)に変更しても状態Eすなわち基本周波数(f0)の場合と同じ加熱電力となる。
【0062】
つまり、前記した発振手段14の発振周波数をf0→f0+Δf→f0−Δf→f0→・・・に変更制御するのに合わせて上下アームスイッチング素子8a、8bのON時間制御を状態E→状態G’→状態F’→状態E→・・・のようにすることにより加熱電力を安定にすることができる。
【0063】
また、周波数変更手段13は発振周波数の変更周期を最短で交流電源1の半波周期とするとともに発振周波数の変更を交流電源1のゼロクロス点に同期して行う構成とする。
【0064】
図3に示すように、電源同期信号生成手段10は交流電源1がほぼゼロボルトとなるタイミングでパルスを発生させる信号を出力する。すると、この電源同期信号は交流電源1の半波周期かつゼロクロス点でパルスを出力する。この信号が制御手段11を経由して周波数変更手段13に伝達されるので、周波数変更手段13は前記構成が可能である。
【0065】
このような構成にすることにより、第一に、制御手段11内にマイクロコンピュータを有し、このマイクロコンピュータのプログラム処理すなわちソフトウェアによって上記のようなスイッチング素子8等の制御を行うことが容易になる。つまり、マイクロコンピュータのソフトウェアは入出力処理を定期的に行うことが必要であるが、この処理を電源周波数すなわち電源同期信号生成手段10の出力信号に同期して行えばよいのでソフトウェア構成を簡単な構成で実現できる。
【0066】
第二に、インバータ9部の電流検出(図示せず)や電力制御処理を交流電源1のゼロクロス点を基準に所定の位相で行うことが必要であるが、新たな回路を追加することなく電源同期信号生成手段10をそのまま利用すればよいので、最も簡単な回路構成で実現できる。
【0067】
また、周波数変更処理を遅い周期で処理してもよい場合には、周波数変更手段13は発振周波数の変更周期を交流電源1の半波周期の複数倍としてもよく、この場合も前記と同様の構成で実現可能である。
【0068】
但し、周波数変更処理を速い周期で処理することが必要な場合には、周波数変更手段13は交流電源1のゼロクロス点からゼロクロス点に至るまでに数段階の周波数変更処理を行ってもよい。
【0069】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の誘導加熱調理器によれば、フィルタの小型化、低コスト化ができ、さらに周囲の機器に対する動作信頼性を向上させることができるとともに加熱電力を安定にすることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路ブロック図である。
【図2】本発明の一実施例における発振手段の内部構成を示す図である。
【図3】本発明の制御方法を示す図である。
【図4】本発明の制御方法における雑音成分の分布を示す図である。
【図5】本発明のスイッチング素子の制御方法を示す図である。
【図6】従来例の回路ブロック図である。
【図7】従来例における主要部の信号波形を示す図である。
【図8】従来例の制御方法における雑音成分の分布を示す図である。
【符号の説明】
1 交流電源
3 整流回路
4 共振コンデンサ
5 加熱コイル
6 共振回路
7 負荷
8 スイッチング素子
9 インバータ
10 電源同期信号生成手段
12 電力設定手段
13 周波数変更手段
14 発振手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to control means for an induction heating cooker.
[0002]
[Prior art]
The conventional induction heating cooker is recognized as a heat source that replaces a tabletop gas table and the like because it does not generate an open flame, can control the temperature of the load, and is highly safe. In addition, as an electric cooker incorporated in a system kitchen or the like, conventionally, a resistance source such as a sheathed heater, a plate heater, or a halogen heater is used as a heat source, and one mouth is replaced with induction heating, or two or more are induced. It is being replaced with a cooker.
[0003]
After the induction heating cooker converts the AC power source to the DC power source, it is turned on and off by the switching element to convert it to a high frequency current, and this high frequency current is passed through the heating coil, and is placed in the vicinity due to the electromagnetic induction effect by the generated magnetic flux. A current is generated in a metal load, and the current is heated by self-heating.
[0004]
The operating frequency is about 20 kHz to about 40 kHz, and a current of about 60 A to 80 A flows through the heating coil at the peak. Since such a large current is turned on / off at a high frequency, a noise component induced in the power supply becomes large, which may cause problems such as malfunction of other peripheral devices.
[0005]
In order to cope with this problem, conventionally, consideration has been given to reduce the noise component, for example, by inserting a filter combining a normal mode coil, a common mode coil, and the like with a capacitor into the AC power supply side.
[0006]
Such a conventional example will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional example, FIG. 7 is a diagram showing signal waveforms of main parts in the conventional example, and FIG. 8 is a diagram showing the distribution of noise components in the control method of the conventional example.
[0007]
In FIG. 6, an AC power source 1 is rectified by a rectifier circuit 3 through a filter 2 and converted to a DC power source. The inverter 9 includes a resonance circuit 6 including a heating coil 5 and a resonance capacitor 4, and a switching element 8 including an upper arm switching element 8a and a lower arm switching element 8b. The DC power source is converted into a high frequency current by the switching element 8. Then, it is supplied to the resonance circuit 6 and the load 7 disposed in the vicinity is heated.
[0008]
The control unit 11 sets the duty signal according to the heating power set by the user (not shown) in synchronization with the signal of the power supply synchronization signal generation unit 10 that generates a signal synchronized with the cycle of the AC power supply 1. The signal is output to the means 12 and the oscillation instruction signal is output to the oscillation means 14.
[0009]
The oscillation means 14 outputs an oscillation pulse at a constant frequency in response to the oscillation instruction signal, and the power setting means 12 outputs an on / off duty setting signal corresponding to the duty signal of the control means 11. The drive pulse generator 15 generates and outputs a pulse for driving the switching element 8, that is, the upper and lower arm switching elements 8a and 8b, in accordance with the on / off duty setting signal of the power setting means 12 in synchronization with the oscillation pulse of the oscillation means 14.
[0010]
With the above configuration, the operation of the main part of the circuit will be described with reference to FIG.
[0011]
In FIG. 7, waveform A is the oscillation pulse output from the oscillation means 14, waveform B is the duty signal output from the control means 11, waveform C is the on / off duty setting signal output from the power setting means 12, and waveforms Da and Db are up and down. The output pulse of the drive pulse generation means 15 which drives the arm switching elements 8a and 8b is shown. In FIG. 7, the horizontal axis is all time.
[0012]
The waveform A, that is, the oscillation pulse, always has a constant period, that is, a constant frequency. Waveform B, that is, the duty signal, shows three cases where the set values of the heating power are different, “Low” is a low power set value, “Mid” is a medium power set value, and “High” is a high power set value. Show.
[0013]
The waveform C, that is, the on / off duty setting signal is a signal corresponding to the setting value of the heating power of the duty signal. The drive pulses for the waveforms Da and Db, that is, the upper and lower arm switching elements 8a and 8b, are generated from the waveform A, that is, the oscillation pulse output from the oscillation means 14, and the waveform C, that is, the on / off duty setting signal output from the power setting means 12. The upper and lower arm switching elements 8a and 8b are turned on when the level is high and turned off when the level is low.
[0014]
When the user (not shown) sets the heating power and instructs the start of heating, the control means 11 synchronizes with the signal of the power supply synchronization signal generating means 10 and the duty signal (waveform) corresponding to the set heating power. B) is output to the power setting means 12 and the oscillation instruction signal is output to the oscillation means 14. In response to the oscillation instruction signal, the oscillation means 14 outputs an oscillation pulse (waveform A) at a constant frequency.
[0015]
The power setting means 12 outputs an on / off duty setting signal (waveform C) corresponding to the duty signal (waveform B). The drive pulse generation means 15 synchronizes with the oscillation pulse (waveform A) of the oscillation means 14 and pulses (waveform Da) for driving the upper and lower arm switching elements 8a and 8b in accordance with the on / off duty setting signal (waveform C) of the power setting means 12. , Db).
[0016]
The upper and lower arm switching elements 8a and 8b are turned on and off by this drive pulse (waveforms Da and Db), and the alternating current power source 1 converts the rectified and converted direct current power source into a high frequency current and supplies it to the resonance circuit 6 and is disposed in the vicinity. The load 7 is heated.
[0017]
In each case where the set value of the heating power is “Low”, “Mid”, and “High”, the on / off duty setting signal (waveform C) and the drive pulses for the upper and lower arm switching elements 8a and 8b (waveforms Da and Db) are shown in FIG. As shown, the signal waveform corresponds to each set value of the heating power. That is, as the set value of the heating power is changed from the low set value to the high set value, the ON time of the drive pulse for the upper arm switching element 8a (waveform Da) becomes longer, and the drive pulse for the lower arm switching element 8b (waveform Db). The on-time becomes shorter.
[0018]
At this time, the frequency of the drive pulses (waveforms Da and Db) for the upper and lower arm switching elements 8 a and 8 b is the same constant frequency as the oscillation frequency of the oscillation means 14. If this frequency is the fundamental frequency f0, the fundamental frequency f0 and harmonic noise components are induced in the power supply. This pattern is shown in FIG.
[0019]
In FIG. 8, the vertical axis represents noise component energy, and the horizontal axis represents frequency. As shown in the figure, since the ON / OFF frequency of the switching element 8 is always constant, the noise components are the fundamental frequency f0 and the harmonic 2f0 (a frequency twice the frequency of f0, the same applies hereinafter), 3f0, 4f0. In the figure, the energy after 5f0 is omitted). In order to reduce such a noise component, a filter 2 as shown in FIG. 6 is inserted on the power supply side.
[0020]
As conventional examples using filters, there are JP-A-6-275372 and JP-A-5-89955.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional induction heating cooker takes measures such as inserting the filter 2 on the power supply side in order to reduce the noise component induced in the power supply.
[0022]
However, as the output of the induction heating cooker increases, the current flowing through the filter 2 increases, and it is necessary to increase the number of turns of the coil constituting the filter 2 in order to attenuate the noise component. It is necessary to increase the capacitor capacity. Therefore, problems such as an increase in the mounting volume of the filter 2 on the product and an increase in manufacturing cost are incurred.
[0023]
Furthermore, since not only the fundamental frequency component of the operating frequency but also the noise of the harmonic component has high energy, there is a limit to the performance improvement of the filter 2 and the operation of the product itself becomes unstable, There is also a problem in operation reliability, such as adversely affecting the operation of other devices.
[0024]
The present invention solves the above-described problems, and aims to reduce the size and cost of a filter and further improve the operational reliability of the product itself and surrounding devices.
[0025]
It is another object of the present invention to realize a software configuration and a circuit configuration with a simple configuration.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a rectifier circuit that rectifies alternating current to convert it into direct current, converts the direct current into a high-frequency current by an upper arm switching element and a lower arm switching element, and a heating coil and a resonant capacitor. An inverter for heating a load disposed in the vicinity of the inverter, a power setting means for changing heating power by setting on / off duty of the upper arm switching element and the lower arm switching element, and the upper Oscillating means for determining the on / off frequency of the arm switching element and the lower arm switching element, and frequency changing means for changing and controlling the oscillation frequency of the oscillating means, the frequency changing means converts the oscillation frequency of the oscillating means to the fundamental frequency ( Approximate period in the range of frequency (f0 ± Δf) slightly changed up and down around f0) The power setting means corrects the on-time of the upper arm switching element to be longer than the on-time at the fundamental frequency f0 at the frequency (f0−Δf), The frequency (f0 + Δf) is corrected so as to be shorter than the on-time at the basic frequency f0 so that the heating power is substantially the same as that at the basic frequency f0 .
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the present invention provides a rectifier circuit that rectifies alternating current into direct current, and converts the direct current into high-frequency current by an upper arm switching element and a lower arm switching element to form a resonance circuit including a heating coil and a resonant capacitor. An inverter that heats a load disposed in the vicinity of the inverter, power setting means that varies the heating power by setting on / off duty of the upper arm switching element and the lower arm switching element, and the upper arm switching element, Oscillating means for determining the on / off frequency of the lower arm switching element, and frequency changing means for changing and controlling the oscillation frequency of the oscillating means, the frequency changing means centering the oscillation frequency of the oscillating means around the fundamental frequency (f0). The change control is performed almost periodically in the range of the frequency (f0 ± Δf) slightly changed up and down. The power setting means corrects the on-time of the upper arm switching element so as to be longer than the on-time at the fundamental frequency f0 at the frequency (f0−Δf), and the frequency (f0 + Δf). ), The heating power is corrected to be shorter than the on-time at the fundamental frequency f0 so that the heating power is substantially the same as that at the fundamental frequency f0 .
[0031]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is a circuit block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of oscillation means in an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing a control method of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a control method of a switching element according to the present invention.
[0033]
The overall configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0034]
In the figure, 1 is an AC power source. A filter 2 includes two capacitors and a common mode choke coil. The input terminal is connected to the AC power source 1 to reduce noise induced in the power source. Reference numeral 3 denotes a rectifier circuit, which is composed of a plurality of rectifiers, whose input terminals (terminals in the figure) are connected to the output terminal of the filter 2, rectifies the AC power source 1 through the filter 2 and converts it to a DC power source, and outputs the output terminal. Output from (+ terminal and-terminal in the figure).
[0035]
Reference numeral 4 denotes a resonance capacitor, one end of which is connected to the low-voltage side output terminal (-terminal in the figure) of the rectifier circuit 3. A heating coil 5 has one end connected to the other end of the resonance capacitor 4.
[0036]
Reference numeral 6 denotes a resonance circuit, which includes a heating coil 5 and a resonance capacitor 4. 7 is a load.
[0037]
8 is a switching element comprising an upper arm switching element 8a and a lower arm switching element 8b, these two being connected in series, a connection point being connected to the other end of the heating coil 5, and one end being the high voltage side of the rectifier circuit 3. The output terminal (+ terminal in the figure) is connected, the other end is connected to the low-voltage side output terminal of the rectifier circuit 3, and the DC power is converted into a high-frequency current and supplied to the resonance circuit 6.
[0038]
Reference numeral 9 denotes an inverter which is composed of a resonance circuit 5 and a switching element 8 and heats a load 7 arranged in the vicinity.
[0039]
Reference numeral 10 denotes a power supply synchronization signal generating means which is connected to both ends of the AC power supply 1 and generates and outputs a signal synchronized with the half wave period of the AC power supply 1. Reference numeral 11 denotes a control unit which receives a signal from the power supply synchronization signal generation unit 10 and outputs a duty signal and a frequency change instruction signal corresponding to heating power set by a user (not shown) in synchronization with this signal. .
[0040]
A power setting unit 12 receives the duty signal of the control unit 11 and outputs an on / off duty setting signal for setting the on / off duty of the switching element 8 according to this signal to vary the heating power.
[0041]
Reference numeral 13 denotes frequency changing means, which receives a frequency change instruction signal from the control means 11, outputs a signal obtained by converting the frequency change instruction signal, and changes and controls the oscillation frequency of the oscillating means 14 described later. Specifically, the oscillation frequency of the oscillating means 14 to be described later is changed and controlled almost periodically in the range of a frequency (f0 ± Δf) obtained by slightly changing the oscillation frequency up and down around the basic frequency (f0).
[0042]
Reference numeral 14 denotes an oscillating means, which receives a signal from the frequency changing means 13, determines the on / off frequency of the switching element 8 in accordance with this signal, and outputs an oscillation pulse at this frequency.
[0043]
Reference numeral 15 denotes a drive pulse generating means, which receives the oscillation pulse of the oscillation means 14 and the on / off duty setting signal of the power setting means 12, and is synchronized with the oscillation pulse of the oscillation means 14 in accordance with the on / off duty setting signal of the power setting means 12. A pulse for driving the switching element 8, that is, the upper and lower arm switching elements 8a and 8b is generated.
[0044]
FIG. 2 is a diagram showing two examples of the internal configuration of the oscillation means 14. 2A, 16 is an oscillator formed by a general-purpose analog oscillation IC (555 or the like), 17 is a resistor, 18 is a capacitor circuit comprising a plurality of capacitors 18a, 18b, 18c,... Having different capacities. , 19 is switch means for switching the capacitors 18a, 18b, 18c. In short, the charging / discharging means is formed by the resistor 17 and the capacitor circuit 18, and the oscillator 16 is connected to the charging / discharging means to constitute an oscillation circuit. This operation will be described next.
[0045]
When the capacitor 18a in the capacitor circuit 18 is selected by the switch means 19 and connected to the resistor 17, an oscillation pulse having a frequency corresponding to the capacity of the capacitor 18a and the charge / discharge speed determined by the resistor 17 is generated by the oscillator 16, that is, the oscillation. Output from the means 14. When a frequency change signal is input from the frequency change means 13, the switch means 19 switches the connection with the capacitor circuit 18.
[0046]
For example, when the connection is switched from the capacitor 18a to the capacitor 18b, the frequency of the oscillation pulse output from the oscillation means 14 is changed to a frequency corresponding to the charge / discharge speed determined by the capacitance of the capacitor 18b and the resistor 17. If the number of capacitors constituting the capacitor circuit 18 and the number of switching of the switching means 19 are the same as the number of frequencies to be changed, an arbitrary number of frequencies can be changed.
[0047]
In FIG. 2B, 20 is an oscillator that oscillates at a frequency higher than the frequency output from the oscillating means 14, 21 is a binary counter, and 22 is a counter value setting means. The binary counter 21 counts the high frequency signal from the oscillator 20 input to the CK terminal, and if the counter value matches the counter value set in the counter value setting means 22 by the frequency change signal from the frequency changing means 13. A pulse is output, and at the same time the counter is cleared and counted again. Thereafter, this operation is repeated.
[0048]
With this configuration, the oscillating unit 14 can output an oscillation pulse having a frequency corresponding to the counter value set in the counter value setting unit 22, and the counter value set in the counter value setting unit 22 can be set as a frequency change signal. By switching at, the oscillation means 14 can output an oscillation pulse having an arbitrary frequency. As a similar method, a configuration in which a microcomputer is used without using a counter IC and the internal counter is used is also possible.
[0049]
In the above configuration, the operations of the same basic components as in the conventional case are almost the same as those in the conventional case. Therefore, the description of the operations of the basic components is omitted, and the operation related to the frequency changing means 13 different from the conventional case is shown in FIG. To explain.
[0050]
In FIG. 3, the vertical axis indicates the oscillation frequency of the oscillation means 14, the AC power supply, and the power supply synchronization signal, and the horizontal axis indicates time. The following description will be made mainly with reference to the oscillation frequency diagram of the oscillation means 14.
[0051]
When heating is started, the frequency changing unit 13 outputs a frequency changing signal that sets the oscillation frequency of the oscillating unit 14 to the fundamental frequency (f0). After a substantially fixed time, the frequency changing means 13 outputs a frequency changing signal that makes the oscillation frequency of the oscillating means 14 slightly change above the basic frequency (f0) (f0 + Δf). Further, after a substantially constant time, the frequency changing means 13 outputs a frequency changing signal that makes the oscillation frequency of the oscillating means 14 slightly smaller than the fundamental frequency (f0) (f0−Δf). Further, after a substantially constant time, the changing means 13 outputs a frequency changing signal having the oscillation frequency of the oscillating means 14 as the fundamental frequency (f0). Thereafter, the frequency changing means 13 repeats this change control almost periodically.
[0052]
As a result, the noise component induced in the power supply is as shown in FIG.
[0053]
FIG. 4 shows the energy of noise components on the vertical axis and the frequency on the horizontal axis, and the conventional case is indicated by a broken line for reference. As shown in the figure, in the vicinity of the fundamental frequency (f0), not only the fundamental frequency (f0) but also a frequency (f0 + Δf) slightly changed above the fundamental frequency (f0) and a small change below the fundamental frequency (f0). Energy is also generated at the frequency (f0−Δf), but since each energy is distributed to these three frequencies, the energy is lower than in the conventional case of a single frequency. Further, the noise components of the harmonics of 2 times, 3 times, 4 times,... Are dispersed and become energy lower than in the conventional case. In the figure, the fifth harmonic (5f0) and thereafter are omitted.
[0054]
As a result, the filter 2 can be reduced in size and cost, and the operational reliability of the product itself and surrounding devices can be improved.
[0055]
However, as described above, the power control method when the oscillation frequency is periodically changed and controlled, that is, the control method of the switching element 8 needs to be changed and corrected as compared with the conventional case.
[0056]
FIG. 5 shows drive pulse waveforms of the upper and lower arm switching elements 8a and 8b in the states E, F, F ′, G, and G ′, which will be described in detail below.
[0057]
In the state E, the oscillation frequency is the fundamental frequency (f0), and the period Te at this time has a relationship of “Te = 1 / f0” with the frequency (f0), the ON time of the upper arm switching element 8a is THe, and the lower arm The ON time of the switching element 8b is TLe. This state is a basic state.
[0058]
The state F is a case where the oscillation frequency is (f0−Δf) and the ON time of the upper arm switching element 8a is the same as that in the state E. Since the period Tf at this time has a relationship of the frequency (f0−Δf) and “Tf = 1 / (f0−Δf)”, the period Tf is longer than the period Te in the state E. At this time, when the ON time of the upper arm switching element 8a is set to the same THe as in the state E, the ON time of the lower arm switching element 8b is a time TLf obtained by removing THe and a blank time from one cycle Tf, and TLf is TLe. Become bigger. In this case, since the ON ratio of the upper arm switching element 8a per cycle is lower than that in the state E, there arises a problem that the current flowing from the power source side to the load side decreases, that is, the heating power decreases. Therefore, in order to correct this, it is necessary to lengthen the ON time of the upper arm switching element 8a.
[0059]
A state F ′ shows a pattern in which this correction is performed. That is, the ON time of the upper arm switching element 8a is set to THf ′ longer than THe, and the ON time of the lower arm switching element 8b is set to TLf ′ shorter than TLf. By changing the correction in this way, even if the oscillation frequency is changed to (f0−Δf), the heating power is the same as that in the state E, that is, the fundamental frequency (f0).
[0060]
The state G is a case where the oscillation frequency is (f0 + Δf) and the ON time of the upper arm switching element 8a is the same as that in the state E. Since the period Tg at this time is in a relationship of the frequency (f0 + Δf) and “Tg = 1 / (f0 + Δf)”, the period Tg is smaller than the period Te in the state E. At this time, if the ON time of the upper arm switching element 8a is set to the same THe as in the state E, the ON time of the lower arm switching element 8b is a time TLg obtained by removing THe and the blank time from one cycle Tg, and TLg is TLe. Smaller. In this case, since the ON ratio of the upper arm switching element 8a per cycle is higher than that in the state E, there arises a problem that the current flowing from the power source side to the load side increases, that is, the heating power increases. Therefore, in order to correct this, it is necessary to shorten the ON time of the upper arm switching element 8a.
[0061]
A state G ′ shows a pattern in which this correction is performed. That is, the ON time of the upper arm switching element 8a is set to THg ′ shorter than THe, and the ON time of the lower arm switching element 8b is set to TLg ′ longer than TLg. By changing the correction in this way, even if the oscillation frequency is changed to (f0 + Δf), the heating power is the same as in the state E, that is, the fundamental frequency (f0).
[0062]
That is, the ON time control of the upper and lower arm switching elements 8a and 8b is changed from the state E to the state G ′ in accordance with the change control of the oscillation frequency of the oscillation means 14 from f0 → f0 + Δf → f0−Δf → f0 →. → The heating power can be stabilized by performing the state F ′ → the state E →.
[0063]
Further, the frequency changing means 13 is configured so that the change frequency of the oscillation frequency is the shortest half-wave cycle of the AC power supply 1 and the oscillation frequency is changed in synchronization with the zero cross point of the AC power supply 1.
[0064]
As shown in FIG. 3, the power supply synchronization signal generating means 10 outputs a signal for generating a pulse at a timing when the AC power supply 1 becomes approximately zero volts. Then, this power supply synchronizing signal outputs a pulse at a half wave period and zero cross point of the AC power supply 1. Since this signal is transmitted to the frequency changing means 13 via the control means 11, the frequency changing means 13 can be configured as described above.
[0065]
With such a configuration, first, the control means 11 has a microcomputer, and it becomes easy to control the switching element 8 and the like as described above by program processing of the microcomputer, that is, software. . That is, the microcomputer software needs to periodically perform input / output processing, but this processing may be performed in synchronization with the power supply frequency, that is, the output signal of the power supply synchronization signal generating means 10, so that the software configuration is simple. It can be realized by configuration.
[0066]
Secondly, it is necessary to perform current detection (not shown) and power control processing of the inverter 9 in a predetermined phase with reference to the zero cross point of the AC power supply 1, but the power supply without adding a new circuit Since the synchronization signal generating means 10 may be used as it is, it can be realized with the simplest circuit configuration.
[0067]
When the frequency changing process may be processed at a slow cycle, the frequency changing unit 13 may set the change frequency of the oscillation frequency to a multiple of the half wave cycle of the AC power supply 1, and in this case as well, It is feasible with the configuration.
[0068]
However, when it is necessary to perform the frequency changing process at a fast cycle, the frequency changing unit 13 may perform several stages of frequency changing processes from the zero cross point of the AC power supply 1 to the zero cross point.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the induction heating cooker of the present invention, it is possible to reduce the size and cost of the filter, further improve the operation reliability with respect to surrounding equipment, and stabilize the heating power. I can .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of oscillation means in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a control method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a distribution of noise components in the control method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a method for controlling a switching element according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional example.
FIG. 7 is a diagram showing signal waveforms of main parts in a conventional example.
FIG. 8 is a diagram illustrating a distribution of noise components in a conventional control method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 3 Rectification circuit 4 Resonance capacitor 5 Heating coil 6 Resonance circuit 7 Load 8 Switching element 9 Inverter 10 Power supply synchronous signal generation means 12 Power setting means 13 Frequency change means 14 Oscillation means

Claims (1)

交流整流して直流に変換する整流回路と、前記直流を上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子により高周波電流に変換して加熱コイルおよび共振コンデンサから成る共振回路に供給し、近傍に配置された負荷を加熱するインバータと、前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のオンオフのデューティを設定して加熱電力を可変する電力設定手段と、前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のオンオフの周波数を決定する発振手段と、前記発振手段の発振周波数を変更制御する周波数変更手段を備え、この周波数変更手段は前記発振手段の発振周波数を基本周波数(f0)を中心として上下に小変化させた周波数(f0±Δf)の範囲でほぼ周期的に変更制御し、
前記電力設定手段は、前記上アームスイッチング素子のオン時間を、周波数(f0−△f)のときは前記基本周波数f0のときのオン時間よりも長くなるように補正し、周波数(f0+△f)のときは前記基本周波数f0のときのオン時間よりも短くなるように補正して前記基本周波数f0の場合と略同じ加熱電力となるようにしたことを特徴とする誘導加熱調理器。
A rectifier circuitry to convert the direct current by rectifying an AC, the dc more is converted into a high frequency current comprising heating coil Contact and resonant capacitor or et resonant circuits in the upper arm switching element and lower arm switching elements is supplied to the inverter for heating the load placed in the vicinity, the power setting means to vary the heating power by setting the duty of on-off of the upper arm switching element and lower arm switching element, the upper arm an oscillation means to determine the frequency of the on-off switching element and the lower arm switching element, comprising a frequency changing means to change control an oscillation frequency of the oscillating hand stage, the frequency change hands stage oscillation frequency of the oscillation hand stage Is changed and controlled almost periodically in the range of the frequency (f0 ± Δf) that is slightly changed up and down around the fundamental frequency (f0) ,
The power setting means corrects the on-time of the upper arm switching element to be longer than the on-time at the fundamental frequency f0 when the frequency is (f0−Δf), and the frequency (f0 + Δf) In the induction heating cooker, the heating power is corrected to be shorter than the on-time at the basic frequency f0 so that the heating power is substantially the same as that at the basic frequency f0 .
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