JP4432498B2 - Induction heating inverter controller - Google Patents
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Description
この発明は、直流電源と、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路と、加熱コイル及び共振コンデンサからなる共振回路と、前記インバータ主回路を制御する制御回路とを備え、前記加熱コイル上の鍋を加熱する誘導加熱インバータの制御装置に関する。 The present invention relates to a DC power supply, an inverter main circuit formed by bridge-connecting an antiparallel circuit of a self-extinguishing element and a diode, a resonance circuit including a heating coil and a resonance capacitor, and a control circuit for controlling the inverter main circuit. It is related with the control apparatus of the induction heating inverter which heats the pan on the said heating coil.
図4は、下記特許文献1に記載の回路構成などを含む、この種の誘導加熱インバータの従来例を示す回路構成図であり、この図において、1は整流電源などの直流電源、2,3はそれぞれIGBT2a,3aとダイオード2b,3bとを逆並列接続してなる半導体スイッチ、4,5は共振コンデンサ、6は直流電源1の端子電圧を検出する直流電圧検出器、7は直流電源1の出力電流を検出する直流電流検出器、8は加熱コイル20の上に設置される被加熱物としての鍋21を誘導加熱するために加熱コイル20に流れる高周波の交流電流を検出する交流電流検出器、10は後述の制御回路であり、この回路構成では半導体スイッチ2と半導体スイッチ3とでハーフブリッジ接続のインバータ主回路を形成し、さらに、共振コンデンサ4,5と加熱コイル20とで共振回路を形成している。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a conventional example of this type of induction heating inverter including the circuit configuration described in
この制御回路10には鍋21の加熱電力を設定する電力設定器11と、直流電圧検出器6,直流電流検出器7それぞれの検出値から鍋21への加熱電力の演算値を導出する電力演算器12と、電力設定器11の設定値と電力演算器12の演算値との偏差に基づいて前記インバータ主回路が出力すべき電力の調節演算をする電力調節器13と、電力調節器13の出力値と交流電流検出器8,整流器14を介して得られる前記インバータ主回路が出力する電流の検出値(直流量)との偏差に基づいて前記インバータ主回路が出力すべき電流の調節演算を行う電流調節器15と、電流調節器15の出力値と交流電流検出器8の検出値(交流量)とから前記インバータ主回路が出力する電圧と電流の位相差(γ)が所望の値に調整された半導体スイッチ2,3への駆動信号を出力するγ制御回路16と、前記駆動信号を半導体スイッチ2,3それぞれへのオン・オフ信号に分解するパルス分配器17と、前記オン・オフ信号を半導体スイッチ2,3のIGBT2a,3aへのゲート信号に変換するゲート駆動回路18とを備えている。
The control circuit 10 includes a power setting unit 11 for setting the heating power of the
図4に示した誘導加熱インバータにおいて、前記共振回路の共振周波数が例えば20kHz程度に整定されたとすると、この誘導加熱インバータの起動時には、制御回路10から前記インバータ主回路の出力周波数を50kHz程度に設定して該インバータ主回路を起動させ、起動完了時には、鍋21への加熱電力が指令される値に達する周波数まで出力周波数を下降させるが、このとき、前記出力周波数の変化範囲を25〜50kHz程度にすることで、前記インバータ主回路から前記共振回路への出力電流に対する該インバータ主回路の出力電圧が進み位相となり、その位相差(γ)は所望の値の状態に保たれ、この誘導加熱インバータが安定に動作することが知られている。
In the induction heating inverter shown in FIG. 4, assuming that the resonance frequency of the resonance circuit is set to about 20 kHz, for example, the output frequency of the inverter main circuit is set to about 50 kHz from the control circuit 10 when the induction heating inverter is started. Then, the inverter main circuit is activated, and when the activation is completed, the output frequency is lowered to a frequency at which the heating power to the
なお、上述の制御回路10を形成するそれぞれの機能は周知の技術により構成できるので、その詳細構成の説明を省略する。
この種の誘導加熱インバータにおいて、その制御機能をマイクロコンピュータにより具現することが一般的になってきているが、近年、マイクロコンピュータの演算処理速度の高速化に伴い、例えば、関数演算の高速処理が低価格のマイクロコンピュータでも可能となってきている。 In this type of induction heating inverter, it has become common to implement the control function by a microcomputer. However, in recent years, with the increase in the processing speed of microcomputers, for example, high-speed processing of function operations has been performed. Even low-cost microcomputers are becoming possible.
すなわち、この発明の目的は、マイクロコンピュータの関数演算の高速処理能力を利用することにより、この種の誘導加熱インバータ全体の小型化・コストダウンを可能にする誘導加熱インバータの制御方法を提供することにある。 That is, an object of the present invention is to provide a control method of an induction heating inverter that makes it possible to reduce the size and cost of this type of induction heating inverter as a whole by utilizing the high-speed processing capability of the microcomputer's function operation. It is in.
この発明は直流電源と、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路と、加熱コイル及び共振コンデンサからなる共振回路と、前記インバータ主回路を制御する制御回路とを備え、前記インバータ主回路から前記共振回路への出力電流に対する該インバータ主回路の出力電圧が進み位相になる周波数領域の交流電力により前記加熱コイル上の被加熱物を誘導加熱する誘導加熱インバータにおいて、
前記制御回路に、前記直流電源からインバータ主回路に入力される入力直流電圧(V DC )を検出する入力直流電圧検出器と、前記インバータ主回路の出力電流(Io)を検出する出力電流検出器と、前記出力電流検出器の検出波形および前記インバータ主回路の自己消弧形素子への駆動信号に基づいて前記インバータ主回路の出力電圧―出力電流間の位相差(γ)を求めるγ角計測回路と、前記入力直流電圧検出器により検出した入力直流電圧(V DC )と前記出力電流検出器により検出した出力電流(Io)とγ角計測回路により求めた出力電圧―出電流間の位相差(γ)の余弦とを乗算して前記被加熱物への加熱電力(P)を求める電力演算器とを設けたことを特徴とする。
The present invention relates to a DC power supply, an inverter main circuit formed by bridge-connecting an antiparallel circuit of a self-extinguishing element and a diode, a resonance circuit including a heating coil and a resonance capacitor, and a control circuit for controlling the inverter main circuit; An induction heating inverter that induction-heats an object to be heated on the heating coil with AC power in a frequency region in which an output voltage of the inverter main circuit is in a lead phase with respect to an output current from the inverter main circuit to the resonance circuit ,
The control circuit includes an input DC voltage detector that detects an input DC voltage (V DC ) input from the DC power source to the inverter main circuit, and an output current detector that detects an output current (Io) of the inverter main circuit. And γ angle measurement for obtaining a phase difference (γ) between the output voltage and output current of the inverter main circuit based on the detection waveform of the output current detector and the drive signal to the self-extinguishing element of the inverter main circuit Circuit, input DC voltage (V DC ) detected by the input DC voltage detector, output current (Io) detected by the output current detector, and phase difference between output voltage and output current obtained by the γ angle measuring circuit A power calculator is provided that multiplies the cosine of (γ) to determine the heating power (P) for the object to be heated .
この種の誘導加熱インバータにおいて、従来は前記加熱コイル上の鍋への加熱電力を前記インバータ回路への入力直流電圧と入力直流電流とから導出していたが、この発明では前記加熱電力を前記インバータ主回路への入力直流電圧と前記出力電流と前記位相差とに基づいて導出することで、直流絶縁が要求されることなどから大型で高価な直流電流検出器を省略することができる。 In this type of induction heating inverter, conventionally, the heating power for the pan on the heating coil was derived from the input DC voltage and the input DC current to the inverter circuit. In the present invention, the heating power is derived from the inverter. By deriving based on the input DC voltage to the main circuit, the output current, and the phase difference, a large and expensive DC current detector can be omitted because DC insulation is required.
図1は、この発明の実施例を示す誘導加熱インバータの制御装置の回路構成図であり、この図において、図4に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a control device for an induction heating inverter showing an embodiment of the present invention. In this figure, components having the same functions as those of the conventional configuration shown in FIG. Yes.
すなわち、図1に示した誘導加熱インバータにおいては直流電流検出器7が省略され、制御回路30として電力設定器11,電力調節器13,整流回路14,電流調節器15,γ制御回路16,パルス分配器17,ゲート駆動回路18の他に、電力演算器12に代えて、電力演算器31とγ角計測回路32とを備えている。
That is, in the induction heating inverter shown in FIG. 1, the DC
図2は、図1に示したγ角計測回路32の詳細回路構成図であり、このγ角計測回路32には波形整形回路32aとγ時間計測回路32bと周期計測回路32cと除算演算回路32dとを備えている。
FIG. 2 is a detailed circuit configuration diagram of the γ
また図3は、図2に示したγ計測回路32の動作を説明する波形図であり、出力電流検出器8で検出される正弦波状の出力電流波形は、波形整形回路32aによりほぼ零クロス点で変化する論理信号に変換され、γ時間計測回路32bでは前記波形整形出力とパルス分配器17が出力するIGBT3aへの論理レベルの駆動信号との論理積演算を行い、この演算結果の論理「H」レベルの継続時間をγ時間として計測する。また、周期計測回路32cでは前記IGBT3aへの駆動信号が論理「L」から「H」に変化する期間をT時間として計測し、除算演算回路32では「γ角=(γ/T)×360°」の演算を行い、この演算結果を電力演算回路31へ出力している。なお、図3に示した動作波形例では前記電流波形が正から負に変化する時点でのγ角を計測しているが、負から正に変化する時点、若しくは双方の時点で行ってもよい。
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the
また、電力演算器31では交流電流検出器8により検出される前記インバータ回路の出力電流の実効値を求め、この実効値(IO )と、直流電圧検出器6により検出される前記インバータ主回路への入力直流電圧、すなわち、直流電源1の端子電圧(VDC)と、γ角計測回路32により得られたγ角とにより、加熱コイル20上の鍋21への加熱電力の演算値(P)として、「P=(VDC/2)×IO ×cosγ」なる演算を行い、この演算結果を電力調節器13へ出力している。
なお、直流電源1が例えば三相の全波整流波形出力の場合には、この整流電圧のピーク値をα倍(α<1)すれば、平均値とみなすことができるので、例えば整流電圧のピーク値の約0.9倍した値を前記VDCとして、上記の演算を行えばよい。また、この電力演算器31では上記三角関数などの関数演算を例えば20μ秒程度の処理速度で行えることが望ましい。
The
When the
なお、図1に示したこの発明の誘導加熱インバータの回路構成ではインバータ主回路がハーフブリッジ接続の回路構成であるが、インバータ主回路がフルブリッジ接続の回路構成でもこの発明の制御方法を行うことができる。 In addition, in the circuit configuration of the induction heating inverter of the present invention shown in FIG. 1, the inverter main circuit is a half-bridge connection circuit configuration, but the control method of the present invention is performed even when the inverter main circuit is a full-bridge connection circuit configuration. Can do.
1…直流電源、2,3…半導体スイッチ、4,5…共振コンデンサ、6…直流電圧検出器、7…直流電流検出器、8…交流電流検出器、10…制御装置、11…電力設定器、12…電力演算器、13…電力調節器、14…整流回路、15…電流調節器、16…γ制御回路、17…パルス分配器、18…ゲート駆動回路、20…加熱コイル、21…鍋、30…制御回路、31…電力演算器、32…γ角計測回路。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記制御回路に、前記直流電源からインバータ主回路に入力される入力直流電圧(V DC )を検出する入力直流電圧検出器と、前記インバータ主回路の出力電流(Io)を検出する出力電流検出器と、前記出力電流検出器の検出波形および前記インバータ主回路の自己消弧形素子への駆動信号に基づいて前記インバータ主回路の出力電圧―出力電流間の位相差(γ)を求めるγ角計測回路と、前記入力直流電圧検出器により検出した入力直流電圧(V DC )と前記出力電流検出器により検出した出力電流(Io)とγ角計測回路により求めた出力電圧―出電流間の位相差(γ)の余弦とを乗算して前記被加熱物への加熱電力(P)を求める電力演算器とを設けたことを特徴とする誘導加熱インバータの制御装置。 A DC power supply, an inverter main circuit formed by bridge-connecting an antiparallel circuit of a self-extinguishing element and a diode, a resonance circuit including a heating coil and a resonance capacitor, and a control circuit for controlling the inverter main circuit , In an induction heating inverter that induction-heats an object to be heated on the heating coil with AC power in a frequency region in which an output voltage of the inverter main circuit is in a lead phase with respect to an output current from the inverter main circuit to the resonance circuit ,
The control circuit includes an input DC voltage detector that detects an input DC voltage (V DC ) input from the DC power source to the inverter main circuit, and an output current detector that detects an output current (Io) of the inverter main circuit. And γ angle measurement for obtaining a phase difference (γ) between the output voltage and output current of the inverter main circuit based on the detection waveform of the output current detector and the drive signal to the self-extinguishing element of the inverter main circuit Circuit, input DC voltage (V DC ) detected by the input DC voltage detector, output current (Io) detected by the output current detector, and phase difference between output voltage and output current obtained by the γ angle measuring circuit A control device for an induction heating inverter, comprising: a power calculator that multiplies a cosine of (γ) to obtain heating power (P) for the object to be heated.
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