JP5275783B2 - Control device for electromagnetic induction heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁誘導加熱装置の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an electromagnetic induction heating device.
特許文献1には、共振コンデンサと、共振コンデンサとともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、2つのスイッチング素子を備えてこの2つのスイッチング素子を交互にオンさせることで誘導加熱コイルに高周波電流を供給するハーフブリッジ形のインバータ回路とを備えた電磁誘導加熱装置を制御する制御装置が開示されている。この制御装置は、2つスイッチング素子を各々駆動させる駆動信号を出力するインバータ駆動回路を備え、インバータ駆動回路には、制御演算回路から2つスイッチング素子を交互にオンさせる制御信号が所定の周期時間毎に入力されることで2つスイッチング素子に交互にオンさせる駆動信号を各々出力している。
特許文献1の電磁誘導加熱装置の制御装置においては、インバータ駆動回路から各スイッチング素子に出力される各駆動信号は20kHz〜50kHzと高速であり、誘導加熱コイルの出力を変えるためにはインバータ駆動回路から各スイッチング素子に出力される各駆動信号の周波数を細かく変化させて出力する必要があった。このような駆動信号をインバータ駆動回路から出力させるためには、インバータ駆動回路に入力される制御信号も高速の信号で周波数を細かく変化するものである必要があり、このような制御信号にするには制御演算回路はマイコンから出力される信号を高速の信号に変えるための複雑な集積回路を備えるようにしなければならなくコストが高くなる問題があった。また、制御演算回路に内蔵するマイコンのソフトにより制御信号を作成することも可能であるが、高速な処理が必要となるために高性能なマイコンを必要としてコストが高くなるとともに、マイコンが実行している他のシリアル通信処理や表示処理により、制御信号の出力されるタイミングが僅かにでもずれるとインバータ回路の2つのスイッチング素子が同時に通電してこのインバータ回路のスイッチング素子が破壊するおそれがあった。本発明はこのような問題を解決することを目的とする。 In the control device of the electromagnetic induction heating device disclosed in Patent Document 1, each drive signal output from the inverter drive circuit to each switching element is as high as 20 kHz to 50 kHz. In order to change the output of the induction heating coil, the inverter drive circuit Therefore, it is necessary to finely change the frequency of each drive signal output to each switching element. In order to output such a drive signal from the inverter drive circuit, the control signal input to the inverter drive circuit must also be a high-speed signal that changes in frequency finely. However, the control arithmetic circuit has to be provided with a complicated integrated circuit for changing a signal output from the microcomputer to a high-speed signal. It is also possible to create control signals using the microcomputer software built in the control arithmetic circuit. However, since high-speed processing is required, a high-performance microcomputer is required and the cost increases. If the output timing of the control signal is slightly shifted due to other serial communication processing or display processing, the two switching elements of the inverter circuit may be energized at the same time and the switching element of the inverter circuit may be destroyed. . The present invention aims to solve such problems.
本発明は上記課題を解決するため、共振コンデンサと、共振コンデンサとともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、2つのスイッチング素子を備えてこの2つのスイッチング素子を交互にオンさせることで誘導加熱コイルに高周波電流を供給するハーフブリッジ形のインバータ回路とを備えた電磁誘導加熱装置を制御する制御装置であって、2つスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子をオンさせるための第1制御信号と、一方のスイッチング素子がオンし終えた後に他方のスイッチング素子をオンさせるための第2制御信号とが時間t0〜時間t4よりなる周期時間T毎に入力されることで2つスイッチング素子に交互にオンさせる駆動信号を各々に出力する駆動回路と、第1電位と第2電位とをとる2値信号よりなり第1電位を時間t0から時間t1まで印可されて第2電位を時間t1から時間t4まで印可される第1信号と、2値信号よりなり第1電位を時間t0から時間t2まで印可されて第2電位を時間t2から時間t4まで印可される第2信号と、2値信号よりなり第1電位を時間t0から時間t3まで印可されて第2電位を時間t3から時間t4まで印可される第3信号とを出力するマイコンを備えた制御回路と、制御回路から出力される第3信号を反転して出力する反転器と、制御回路から出力される第2信号と反転器から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路とを備え、制御回路から出力される第1信号が時間t0から時間t1まで第1電位であることに基づいて時間t0から時間t1までオンさせる第1制御信号とし、論理和回路から出力される論理和信号が時間t2から時間t3まで第2電位であることに基づいて時間t2から時間t3までオンさせる第2制御信号としたことを特徴とする電磁誘導加熱装置の制御装置を提供するものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a resonance capacitor, an induction heating coil that forms a series resonance circuit together with the resonance capacitor, and two switching elements, and the two switching elements are turned on alternately so that the induction heating coil is turned on. A control device for controlling an electromagnetic induction heating device including a half-bridge type inverter circuit for supplying a high-frequency current to a first control signal for turning on one of the two switching elements; After one switching element has been turned on, a second control signal for turning on the other switching element is input every cycle time T consisting of time t0 to time t4, so that the two switching elements are alternately turned on. A driving circuit that outputs a driving signal to be output to each other and a binary signal that takes a first potential and a second potential. The first potential is applied from time t0 to time t1 and the second potential is applied from time t1 to time t4 and the binary signal, and the first potential is applied from time t0 to time t2, and the second potential is applied. A second signal applied from time t2 to time t4, a third signal comprising a binary signal, the first potential applied from time t0 to time t3, and the second potential applied from time t3 to time t4; Logic of a control circuit including a microcomputer that outputs a signal, an inverter that inverts and outputs a third signal output from the control circuit, and a signal output from the second signal output from the control circuit and the inverter And a first control signal that is turned on from time t0 to time t1 based on the fact that the first signal output from the control circuit is at the first potential from time t0 to time t1. , OR A control device for an electromagnetic induction heating device, characterized in that the second control signal is turned on from time t2 to time t3 based on the fact that the logical sum signal output from the path is the second potential from time t2 to time t3. Is to provide.
このような電磁誘導加熱装置の制御装置においては、第1電位と第2電位とをとる2値信号よりなり第1電位を時間t0から時間t1まで印可されて第2電位を時間t1から時間t4まで印可される第1信号と、2値信号よりなり第1電位を時間t0から時間t2まで印可されて第2電位を時間t2〜時間t4まで印可される第2信号と、2値信号よりなり第1電位を時間t0から時間t3まで印可されて第2電位を時間t3から時間t4まで印可される第3信号とを出力するマイコンを備えた制御回路と、制御回路から出力される第3信号を反転して出力する反転器と、制御回路から出力される第2信号と反転器から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路とを備え、制御回路から出力される第1信号が時間t0から時間t1まで第1電位であることに基づいて時間t0から時間t1までオンさせる第1制御信号とし、論理和回路から出力される論理和信号が時間t2から時間t3まで第2電位であることに基づいて時間t2から時間t3までオンさせる第2制御信号としているので、複雑な集積回路を用いることなくマイコンを備えた制御回路と、反転器と論理和回路とのような安価な論理回路等により第1及び第2制御信号を生成することができるようになる。 In such a control device for the electromagnetic induction heating device, the first potential is applied from the time t0 to the time t1 and includes the binary signal taking the first potential and the second potential, and the second potential is applied from the time t1 to the time t4. The first signal is applied from the time t0 to the time t2, and the second signal is applied from the time t2 to the time t4. The second signal is formed from the binary signal. A control circuit including a microcomputer that outputs a third signal in which a first potential is applied from time t0 to time t3 and a second potential is applied from time t3 to time t4, and a third signal output from the control circuit And a logical sum circuit that outputs a logical sum signal of the second signal output from the control circuit and the signal output from the inverter, and a first output from the control circuit. Signal from time t0 to time t1 The first control signal is turned on from time t0 to time t1 based on the first potential, and the logical sum signal output from the OR circuit is the second potential from time t2 to time t3. Since the second control signal is turned on from time t2 to time t3, the first control signal is provided by a control circuit including a microcomputer without using a complicated integrated circuit, an inexpensive logic circuit such as an inverter and an OR circuit, or the like. And the second control signal can be generated.
上記のように構成した電磁誘導加熱装置の制御装置においては、制御回路と反転器との間には第3信号を遅延させて出力する遅延回路とこの遅延回路から出力された信号を整形して反転器に出力する整形回路とを備えるようにするのが好ましく、このようにしたときには、制御回路から第2信号がわずかでも遅れて出力されたとしても、反転器から論理和回路に入力される信号は、時間t0から遅延回路により遅延された時間だけ第1電位となっているため、論理和回路から出力される信号は時間t0から遅れることなく第1電位をとることとなり、駆動回路に第1及び第2スイッチング素子が同時にオンする制御信号が入力されることがなく、第1及び第2スイッチング素子が同時にオンして破壊されるようなことがない。 In the control device for the electromagnetic induction heating device configured as described above, a delay circuit that delays and outputs the third signal between the control circuit and the inverter and a signal output from the delay circuit are shaped. It is preferable to provide a shaping circuit that outputs to the inverter. In this case, even if the second signal is output from the control circuit with a slight delay, it is input from the inverter to the OR circuit. Since the signal has the first potential for the time delayed by the delay circuit from time t0, the signal output from the OR circuit takes the first potential without delay from time t0, and the drive circuit receives the first potential. A control signal for simultaneously turning on the first and second switching elements is not input, and the first and second switching elements are not simultaneously turned on and destroyed.
上記のように構成した電磁誘導加熱装置の制御装置においては、第1〜第3信号は制御回路のマイコンのクロックからつくられた信号であるのが好ましく、このようにしたときには、制御回路のマイコンは第1〜第3信号を出力するのに負荷がかかることがなく、マイコンは高性能のものでなくても他の制御の処理を実行可能とすることができる。 In the control device for the electromagnetic induction heating apparatus configured as described above, the first to third signals are preferably signals generated from the clock of the microcomputer of the control circuit. No load is applied to output the first to third signals, and the microcomputer can execute other control processing even if it is not of high performance.
以下、本発明の電磁誘導加熱装置の制御装置の一実施形態を図面を用いて説明する。この電磁誘導加熱装置の制御装置20は、共振コンデンサ13,14と、共振コンデンサ13,14とともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイル15と、2つのIGBT(スイッチング素子)17,18を備えてこれら2つのIGBT17,18を交互にオンさせることで誘導加熱コイル15に高周波電流を供給するハーフブリッジ形のインバータ回路16とを備えた電磁誘導加熱装置を制御するものであって、この制御装置20は、2つIGBT17,18のうち一方のIGBT17をオンさせるための第1制御信号と、IGBT17がオンし終えた後に他方のIGBT18をオンさせるための第2制御信号とが時間t0〜時間t4で終わる周期時間T毎に入力されることで2つIGBT17,18に交互にオンさせる駆動信号を各々に出力する駆動回路31,32と、第1電位と第2電位とをとる2値信号よりなり電位H(第1電位)を時間t0から時間t1まで印可されて電位L(第2電位)を時間t1から時間t4まで印可される第1信号と、2値信号よりなり電位Hを時間t0から時間t2まで印可されて電位Lを時間t2〜時間t4まで印可される第2信号と、2値信号よりなり電位Hを時間t0から時間t3まで印可されて電位Lを時間t3から時間t4まで印可される第3信号とを出力するマイコンを備えた制御回路40と、制御回路40から出力される第3信号を反転して出力する反転器54と、制御回路40から出力される第2信号と反転器54から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路55aとを備え、制御回路40から出力される第1信号が時間t0から時間t1まで第1電位であることに基づいて時間t0から時間t1までオンさせる第1制御信号とし、論理和回路55aから出力される論理和信号が時間t2から時間t3(本実施形態では遅延回路52によりt3’に遅延されている)まで第2電位であることに基づいて時間t2から時間t3(本実施形態では遅延回路52によりt3’に遅延されている)までオンさせる第2制御信号としている。
Hereinafter, an embodiment of a control device for an electromagnetic induction heating device of the present invention will be described with reference to the drawings. The
制御装置20の制御回路40と反転器54との間には第3信号を遅延させて出力する遅延回路52とこの遅延回路52から出力された信号を整形して反転器54に出力する整形回路53とが設けられている。以下に電磁誘導加熱装置の制御装置20について詳述する。
Between the
図1は本実施形態の電磁誘導加熱装置の回路図である。図1において、整流回路11は、商用交流電源の出力を整流して直流電圧に変換するものである。平滑コンデンサ12は、直流に変換した電圧を平滑するものである。共振コンデンサ13,14は、誘導加熱コイル15と直列共振回路を形成するものである。インバータ回路16は、スイッチング素子であるIGBT17,18が直列に接続されたハーフブリッジ形をして、これら2つのIGBT17,18を交互にオンさせることで誘導加熱コイル15に高周波電流を供給するものである。保護コンデンサ19,19は、各IGBT17,18を保護するためのものである。
FIG. 1 is a circuit diagram of the electromagnetic induction heating device of this embodiment. In FIG. 1, a
電磁誘導加熱装置の制御装置20は、駆動回路30と、第1〜第3信号を出力する制御回路40とを備えている。駆動回路30は、第1及び第2駆動回路31,32とからなり、各駆動回路31,32は各IGBT17,18に時間t0から始まり時間t4で終わる周期時間T毎に交互に各IGBT17,18をオンさせる第1及び第2駆動信号を出力する。第1及び第2駆動回路31,32はフォトカプラを用いたものであり、各駆動回路31,32に電位Lの制御信号が入力されると内蔵するLEDが点灯し、このLEDが点灯したときに各IGBT17,18に15Vの電位Hを出力してオンさせるものである。なお、第1駆動信号がオンである状態を終了してから第2駆動信号がオンを開始するまでと、第2駆動信号がオンである状態を終了してから再度第1駆動信号がオンを開始するまでには、両IGBT17,18が同時にオンとならないようにするためのデッドタイムが設定されている。
The
制御回路40は、各駆動回路31,32から駆動信号を出力させるために電位Hと電位Lとをとる2値信号よりなる第1〜第3信号を出力するものである。第1〜第3信号は制御回路40のマイコンのクロックにより作成された信号であり、図2の(a)〜(c)に示すように、第1信号は電位Hを時間t0から時間t1まで印可されて電位Lを時間t1から時間t4まで印可された信号であり、第2信号は電位Hを時間t0から時間t2まで印可されて電位Lを時間t2〜時間t4まで印可された信号であり、第3信号は電位Hを時間t0から時間t3まで印可されて電位Lを時間t3から時間t4まで印可された信号である。
The
制御回路40と各駆動回路31,31との間には、反転器51と、遅延回路52と、シュミット・トリガを含む整形回路53と、反転器54と、論理和回路55aと反転器55bとからなる否定論理和回路55と、反転器56とが設けられている。
Between the
制御回路40のマイコンから出力された第1信号は、反転器51により反転した信号(図2の(f)に示す)となって第1駆動回路31に入力される。制御回路40のマイコンから出力された第3信号は、遅延回路52により遅延された信号(図2の(d)に示す)となり、この信号は整形回路53により信号の波形が整形されて反転器54により反転した信号(図2の(e)に示す)となって否定論理和回路55に出力される。なお、図2の(e)に示すように、反転器54により反転して出力された信号は、第3信号と比して時間t3から時間t3’に遅延されるタイミングで電位が変化している。制御回路40のマイコンから出力された第2信号と反転器54から出力された信号は、否定論理和回路55により論理和信号となって反転して反転器56に出力され、この反転器56により反転した信号(図2の(g)に示す)となって第2駆動回路32に入力される。
The first signal output from the microcomputer of the
本実施形態における制御回路40のマイコンは、そのクロック周波数が20MHzであるときには、このマイコンのクロックは1カウントを50nsとする信号を出力するものである。この制御回路40のマイコンにおいて、上記のデッドタイムを1.75μsとし、遅延回路52により遅延する遅延時間を0.35μsとすると、このデッドタイムはマイコンのクロックによる信号の35カウントに相当し、遅延時間はマイコンのクロックによる信号の7カウントに相当する。第1及び第2制御信号の周波数が20kHzと40kHzの場合において、上記の第1〜第3信号及び周期時間Tにおけるマイコンのクロックのカウント数を算出すると下記の表1のようになる。
When the clock frequency of the microcomputer of the
上記の表1に示すように、第1及び第2制御信号は周波数20kHz〜40kHzの間でその周波数を250分割することが可能となっている。各共振コンデンサ13,14と誘導加熱コイル15との共振点に近い20kHz付近では、各駆動信号の周波数が少し変化するだけでも誘導加熱コイル15の加熱出力が大きく変わるが、各制御信号の周波数を細かく変化させることで各駆動回路31,32から出力する各駆動信号も同様に細かく変化して出力させることができるので、誘導加熱コイル15の加熱出力を細かく設定することが可能となる。なお、制御回路40のマイコンにクロック周波数が16MHzのものを用いたときには、第1及び第2制御信号は周波数20kHZ〜40kHzの間でその周波数を200分割することが可能である。
As shown in Table 1 above, the first and second control signals can be divided into 250 frequencies between 20 kHz and 40 kHz. In the vicinity of 20 kHz, which is close to the resonance point between each of the
このように電磁誘導加熱装置の制御装置20においては、電位Hと電位Lとをとる2値信号よりなり電位Hを時間t0から時間t1まで印可されて電位Lを時間t1から時間t4まで印可される第1信号と、2値信号よりなり電位Hを時間t0から時間t2まで印可されて電位Lを時間t2から時間t4まで印可される第2信号と、2値信号よりなり電位Hを時間t0から時間t3まで印可されて電位Lを時間t3から時間t4まで印可される第3信号とを出力するマイコンを備えた制御回路40と、制御回路40から出力される第3信号を反転して出力する反転器54と、制御回路40から出力される第2信号と反転器54から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路55aとを備え、制御回路40から出力される第1信号が時間t0から時間t1まで電位Hであることに基づいて時間t0から時間t1までオンさせる第1制御信号とし、論理和回路55aから出力される論理和信号が時間t2から時間t3’(本実施形態では、遅延回路52によりt3からt3’に遅延されている)まで電位Lであることに基づいて時間t2から時間t3’(本実施形態では、遅延回路52によりt3からt3’に遅延されている)までオンさせる第2制御信号としているので、複雑な集積回路を用いることなくマイコンを備えた制御回路40と、反転器54と論理和回路55aとのような安価な論理回路等により第1及び第2制御信号を生成することができるようになる。
As described above, in the
また、制御回路40と反転器54との間には第3信号を遅延させて出力する遅延回路52とこの遅延回路52から出力された信号を整形して反転器54に出力する整形回路53とを備えているので、制御回路40から第2信号がわずかでも遅れて出力されたとしても、反転器54から論理和回路55aに入力される信号は、時間t0から遅延回路52により遅延された時間だけ電位Hとなっているため、論理和回路55aから出力される信号は時間t0から遅れることなく電位Hをとることとなり、駆動回路31,32にIGBT17,18が同時にオンする制御信号が入力されることがなく、両IGBT17,18が同時にオンして破壊されるようなことがない。
A delay circuit 52 that delays and outputs the third signal between the
また、第1〜第3信号は制御回路40のマイコンのクロックからつくられた信号であるので、制御回路40のマイコンは第1〜第3信号を出力するのに負荷がかかることがなく、マイコンは高性能のものでなくても他の制御の処理を実行可能とすることができる。
Further, since the first to third signals are signals generated from the clock of the microcomputer of the
10…電磁誘導加熱装置、13,14…共振コンデンサ、15…誘導加熱コイル、16…インバータ回路、17,18…スイッチング素子(IGBT)、20…制御装置、30(31,32)…駆動回路、40…制御回路、52…遅延回路、53…整形回路、54…反転器、55a…論理和回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electromagnetic induction heating device, 13, 14 ... Resonance capacitor, 15 ... Induction heating coil, 16 ... Inverter circuit, 17, 18 ... Switching element (IGBT), 20 ... Control device, 30 (31, 32) ... Drive circuit, 40 ... control circuit, 52 ... delay circuit, 53 ... shaping circuit, 54 ... inverter, 55a ... OR circuit.
Claims (3)
前記2つスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子をオンさせるための第1制御信号と、前記一方のスイッチング素子がオンし終えた後に他方のスイッチング素子をオンさせるための第2制御信号とが時間t0〜時間t4よりなる周期時間T毎に入力されることで前記2つスイッチング素子に交互にオンさせる駆動信号を各々に出力する駆動回路と、
第1電位と第2電位とをとる2値信号よりなり前記第1電位を前記時間t0から前記時間t1まで印可されて前記第2電位を前記時間t1から前記時間t4まで印可される第1信号と、前記2値信号よりなり前記第1電位を前記時間t0から前記時間t2まで印可されて前記第2電位を前記時間t2〜前記時間t4まで印可される第2信号と、前記2値信号よりなり前記第1電位を前記時間t0から前記時間t3まで印可されて前記第2電位を前記時間t3から前記時間t4まで印可される第3信号とを出力するマイコンを備えた制御回路と、
前記制御回路から出力される第3信号を反転して出力する反転器と、
前記制御回路から出力される第2信号と前記反転器から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路とを備え、
前記制御回路から出力される前記第1信号が前記時間t0から前記時間t1まで前記第1電位であることに基づいて前記時間t0から前記時間t1までオンさせる前記第1制御信号とし、
前記論理和回路から出力される論理和信号が前記時間t2から前記時間t3まで前記第2電位であることに基づいて前記時間t2から時間t3までオンさせる前記第2制御信号としたことを特徴とする電磁誘導加熱装置の制御装置。 A resonance capacitor, an induction heating coil that forms a series resonance circuit with the resonance capacitor, and a half bridge that includes two switching elements and alternately turns on the two switching elements to supply a high-frequency current to the induction heating coil A control device for controlling an electromagnetic induction heating device comprising an inverter circuit of a shape,
A first control signal for turning on one of the two switching elements and a second control signal for turning on the other switching element after the one switching element has been turned on are at time t0. A drive circuit that outputs a drive signal to each of the two switching elements to be alternately turned on by being input every cycle time T consisting of a time t4,
A first signal comprising a binary signal taking a first potential and a second potential, wherein the first potential is applied from the time t0 to the time t1, and the second potential is applied from the time t1 to the time t4. And a second signal comprising the binary signal, wherein the first potential is applied from the time t0 to the time t2, and the second potential is applied from the time t2 to the time t4, and from the binary signal. A control circuit including a microcomputer that outputs a third signal in which the first potential is applied from the time t0 to the time t3 and the second potential is applied from the time t3 to the time t4;
An inverter that inverts and outputs the third signal output from the control circuit;
A logical sum circuit that outputs a logical sum signal of the second signal output from the control circuit and the signal output from the inverter;
The first control signal to be turned on from the time t0 to the time t1 based on the fact that the first signal output from the control circuit is the first potential from the time t0 to the time t1,
The logical sum signal output from the logical sum circuit is the second control signal that is turned on from the time t2 to the time t3 based on the second potential from the time t2 to the time t3. Control device for electromagnetic induction heating device.
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