JP6854405B2 - 誘導加熱装置および誘導加熱装置の駆動制御方法 - Google Patents
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Description
本開示は、誘導加熱装置、特に、その駆動制御に関するものである。
誘導加熱装置では、加熱開始の際、加熱コイルに供給される電力を所望の値まで徐々に増加させる、いわゆるソフトスタート動作が行われる(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示されたソフトスタート動作は、負荷の特性に合わせて、起動時に可能な限り高い電力を設定することにより、インバータにおける電力変換効率の低下を引き起こす低出力電力での動作を回避するものである。
このようにして、上記従来の誘導加熱装置では、インバータの電力変換効率を上昇させるとともに、ソフトスタート期間の短縮が図られる。
しかしながら、起動時の出力電力を高く設定すると、起動時などの加熱コイルに流れる電流が急激に変化する場合に、鍋などの負荷の振動により誘導加熱装置に特有の音が発生する。以下、この音を鍋鳴り音(Pot vibration sound)という。鍋鳴り音は、電流の変化の大きさに依存して大きくなる。
本開示は、誘導加熱装置の起動時における鍋鳴り音の発生を防止する、または、鍋鳴り音をできるだけ低減することを目的とする。
本開示の一態様の誘導加熱装置は、加熱コイルと駆動部と制御部とを備える。駆動部は、スイッチング素子を有し、加熱コイルに高周波電流を供給する。制御部は、可変のパルス幅を有する、スイッチング素子のための制御信号を出力する。
制御部は、制御信号の出力を開始する発振開始点を含む最初の動作周期において、スイッチング素子をオンしないパルス幅と、スイッチング素子をオンするパルス幅とを含む、徐々に長くなるパルス幅を有する制御信号を出力する。
本開示によれば、誘導加熱装置の起動時における鍋鳴り音の発生を防止する、または、鍋鳴り音をできるだけ低減することができる。
本開示の第1の態様は、加熱コイルと駆動部と制御部とを備えた誘導加熱装置である。駆動部は、スイッチング素子を有し、加熱コイルに高周波電流を供給する。制御部は、可変のパルス幅を有する、スイッチング素子のための制御信号を出力する。
制御部は、制御信号の出力を開始する発振開始点を含む最初の動作周期において、スイッチング素子をオンしないパルス幅と、スイッチング素子をオンするパルス幅とを含む、徐々に長くなるパルス幅を有する制御信号を出力する。
本開示の第2の態様の誘導加熱装置によれば、第1の態様において、駆動部が、電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路をさらに有する。制御部は、ゼロクロス検出回路による検出信号に基づき、発振開始点を、電源電圧の前記ゼロクロス点から所定時間後に設定する。
本開示の第3の態様の誘導加熱装置によれば、第2の態様において、制御部が、ゼロクロス検出回路による検出信号に基づき、電源電圧のピーク値の時点とその後のゼロクロス点との間の範囲内に発振開始点を設定する。
本開示の第4の態様の誘導加熱装置によれば、第1の態様において、制御部が、最初の動作周期における制御信号の発振周波数を、最初の動作周期より後の動作周期における制御信号の発振周波数より高い周波数に設定する。
本開示の第5の態様の誘導加熱装置によれば、第4の態様において、最初の動作周期より後の動作周期において、制御信号のパルス幅を動作周期ごとに長く設定する。
本開示の第6の態様は、加熱コイルと駆動部と制御部とを備えた誘導加熱装置の駆動制御方法である。駆動部は、スイッチング素子を有し、加熱コイルに高周波電流を供給する。制御部は、可変のパルス幅を有する、スイッチング素子のための制御信号を出力する。
本態様の駆動制御方法によれば、制御信号の出力を開始する発振開始点を含む最初の動作周期において、スイッチング素子をオンしないパルス幅を有する制御信号を出力し、その後、徐々に長くなるパルス幅を有する制御信号を出力し、その後、スイッチング素子をオンするパルス幅を有する制御信号を出力する。
本開示の第7の態様の誘導加熱装置の駆動制御方法によれば、第6の態様において、発振開始点が、電源電圧のゼロクロス点から所定時間後に設定される。
本開示の第8の態様の誘導加熱装置の駆動制御方法によれば、第7の態様において、発振開始点が、電源電圧のピーク値の時点とその後のゼロクロス点との間の範囲内に設定される。
本開示の第9の態様の誘導加熱装置の駆動制御方法によれば、第6の態様において、最初の動作周期における制御信号の発振周波数が、最初の動作周期より後の動作周期における制御信号の発振周波数より高い周波数に設定される。
本開示の第10の態様の誘導加熱装置の駆動制御方法によれば、第9の態様において、制御信号のパルス幅を動作周期ごとに長く設定する。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態はいずれも本開示の一具体例である。実施の形態において示される数値、形状、構成、ステップ、および、ステップの順序などは一例であり、本開示を限定するものではない。
本開示は、いくつかの実施の形態の構成が適宜組み合わされた構成を含む。そのため、組み合わされた構成は、関連する実施の形態のすべての効果を奏する。
以下の実施の形態は、本開示の誘導加熱装置を誘導加熱調理器に適用した例である。しかし、本開示は誘導加熱調理器に限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本開示の実施の形態1に係る誘導加熱調理器の回路ブロック図である。
図1は、本開示の実施の形態1に係る誘導加熱調理器の回路ブロック図である。
図1に示すように、本実施の形態の誘導加熱調理器は、本体(図示せず)の内部に、駆動部1と加熱コイル3と制御部11とを有する。加熱コイル3は、本体の上部を覆うトッププレート(図示せず)に近接して設けられる。
トッププレートには、使用者により加熱条件の設定、加熱開始の操作が行われ、設定された加熱条件および動作状況を表示するように構成された操作表示部(図示せず)が設けられる。
駆動部1は、ダイオードブリッジ5と平滑回路8とインバータ2と駆動回路10と入力電流検出器12と出力電流検出器13と共振コンデンサ14とスナバコンデンサ15とゼロクロス検出回路21とを備える。駆動部1は、商用電源4により供給された電力から高周波電流を生成し、高周波電流を加熱コイル3に供給する。
ダイオードブリッジ5は、商用電源4の電源電圧を整流する。平滑回路8は、チョークコイル6と平滑コンデンサ7とを有し、ダイオードブリッジ5により整流された直流電力を平滑する。
インバータ2は、高圧側に配置されたスイッチング素子9aと、低圧側に配置されたスイッチング素子9bとが直列接続されて構成される。スイッチング素子9a、9bには、例えばIGBTが用いられる。スイッチング素子9a、9bには、それぞれ逆導通ダイオードが並列に接続される。インバータ2は、平滑コンデンサ7の両端に接続される。
スイッチング素子9bの両端は、加熱コイル3に接続された駆動部1の出力端である。
駆動回路10は、制御部11により出力された制御信号に基づいて、スイッチング素子9a、9bをオンまたはオフする駆動信号を出力する。
共振コンデンサ14は、加熱コイル3に直列接続され、加熱コイル3とともに共振回路を構成する。
スナバコンデンサ15は、スイッチング素子9bに並列に接続される。スナバコンデンサ15は、スイッチング素子9a、9bがオフするときに発生するスイッチング損失を低減する。
入力電流検出器12は、商用電源4とダイオードブリッジ5との間に設けられ、ダイオードブリッジ5に供給される電流に応じた検出信号を出力する。出力電流検出器13は、スイッチング素子9a、9bの接続点と加熱コイル3との間に設けられ、加熱コイル3に流れる電流に応じた検出信号を出力する。
ゼロクロス検出回路21は、商用電源4の電源電圧のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点を示す検出信号を出力する。
制御部11は、入力電流検出器12、出力電流検出器13、ゼロクロス検出回路21による検出信号に基づいて、駆動回路10に制御信号を出力する。
[制御部11]
ここで、制御部11について説明する。図1に示すように、制御部11は、制御信号出力部16とデューティ比決定部17と負荷検出部18と電力比較部19と電力演算部20とを含む。
ここで、制御部11について説明する。図1に示すように、制御部11は、制御信号出力部16とデューティ比決定部17と負荷検出部18と電力比較部19と電力演算部20とを含む。
電力演算部20は、入力電流検出器12による検出信号を受信し、駆動部1への入力電力を算出する。電源電圧の実効値が変化する場合には、電源電圧を検出する電圧検出回路(図示せず)を設けてもよい。この場合、この電圧検出回路により検出された信号により、算出された入力電力を補正する。
電力比較部19は、電力演算部20により算出された電力(以下、検出電力という)と、予め設定された目標電力とを比較し、その結果を示す比較信号をデューティ比決定部17に出力する。目標電力は、本実施の形態の誘導加熱調理器により出力可能な複数の火力の各々に対して予め設定される。
電力比較部19により出力された比較信号は、検出電力が目標電力に達成しているか否かという情報と、検出電力が目標電力に達成していない場合には、目標電力と検出電力との差を示す情報とを含む。
負荷検出部18は、電力演算部20により算出された検出電力と、出力電流検出器13による検出信号と、インバータ2に含まれたスイッチング素子(本実施の形態1ではスイッチング素子9a)のオン時間とに基づいて、加熱コイル3の上方の加熱領域に被加熱物が載置されているか否かを判別する。
負荷検出部18は、デューティ比決定部17により出力された情報により、スイッチング素子9aのオン時間を認識する。負荷検出部18は、その結果を示す判別信号をデューティ比決定部17に出力する。
デューティ比決定部17は、電力比較部19により出力された比較信号に基づいて、スイッチング素子9a、9bのオン時間とオフ時間との比であるデューティ比を決定する。
比較信号が、検出電力が目標電力より低いことを示す場合、デューティ比決定部17は、検出電力が目標電力に到達するように、スイッチング素子9aのオン時間を伸ばしたデューティ比を出力する。比較信号が、検出電力が目標電力に到達していることを示す場合、そのときのデューティ比が維持される。
制御信号出力部16は、デューティ比決定部17で決定されたデューティ比に基づいて、スイッチング素子9a、9bの動作を制御する制御信号を駆動回路10に出力する。制御信号は、例えば5Vの低電圧の信号である。
負荷検出部18が、被加熱物が載置されていないと判別した場合、デューティ比決定部17は、スイッチング素子9aのオン時間をゼロに設定する。制御信号出力部16は発振を停止し、駆動回路10は、スイッチング素子9a、9bの動作を停止する。
本実施の形態では、マイクロコンピュータが制御部11を構成する。本開示はこれに限定されるものではないが、プログラム可能なマイクロコンピュータを用いれば、処理内容を容易に変更可能であり、設計の自由度を高めることができる。
処理速度の向上のため、制御部11を論理回路で構成することも可能である。制御部11を物理的に一つまたは複数の電子部品で構成してもよい。制御部11を複数の電子部品で構成する場合、制御部11に含まれた各要素を一つの電子部品に対応させてもよい。その場合、これらの電子部品が、制御信号出力部16、デューティ比決定部17、負荷検出部18、電力比較部19、電力演算部20にそれぞれ対応すると考えることができる。
[駆動回路10]
IGBTで構成されたスイッチング素子9a、9bを駆動するには、10V以上の高電圧の駆動信号が必要である。
IGBTで構成されたスイッチング素子9a、9bを駆動するには、10V以上の高電圧の駆動信号が必要である。
本実施の形態では、制御信号出力部16とスイッチング素子9a、9bとの間に、駆動回路10が設けられる。駆動回路10は、制御信号出力部16により出力される低電圧(例えば5V)の制御信号に応じて、例えば20Vの高電圧の駆動信号を出力し、スイッチング素子9a、9bを駆動する。
[鍋鳴り音の発生]
上述の通り、起動時など加熱コイル3に流れる電流が急激に変化する場合、誘導加熱調理器に特有の鍋鳴り音が発生する。鍋鳴り音の抑制のためには、起動時の電流をできるだけ小さくする必要がある。
上述の通り、起動時など加熱コイル3に流れる電流が急激に変化する場合、誘導加熱調理器に特有の鍋鳴り音が発生する。鍋鳴り音の抑制のためには、起動時の電流をできるだけ小さくする必要がある。
しかし、スイッチング素子を構成するIGBTは特性のバラツキを有する。このため、起動時の電流を小さくするように設計されたデューティ比の駆動信号でスイッチング素子を駆動しても、製品として出荷された全ての誘導加熱装置において、必ずしも所望の効果が得られるとは限らない。
従って、従来の誘導加熱装置では、起動時において鍋鳴り音の抑制より正常に作動することが優先されていた。すなわち、起動時にどの製品でも加熱コイルに確実に電流が流れるように、ある程度の長さのオン時間を有するパルス幅の駆動信号が供給されていた。
発明者らは、種々の実験を行った結果、鍋鳴り音の発生を防止する、または、鍋鳴り音をできるだけ低減することができる、起動時における加熱コイル3の駆動制御を見出した。
[起動時における加熱コイルの駆動制御]
図2〜図4は、本実施の形態に係る誘導加熱調理器を起動させるための加熱コイル3の駆動制御(以下、発振開始動作という)を示す波形図である。
図2〜図4は、本実施の形態に係る誘導加熱調理器を起動させるための加熱コイル3の駆動制御(以下、発振開始動作という)を示す波形図である。
図2の波形(a)は、制御信号CS1の波形を示す。制御部11は、駆動回路10がスイッチング素子9aを駆動する駆動信号を生成するように、制御信号CS1を出力する。すなわち、制御信号CS1は、スイッチング素子9aのための制御信号である。制御信号CS1は、周期Tcと可変のパルス幅とを有するパルス信号である。本実施の形態では、周期Tcは約22μsに設定される。
図2の波形(a)に示すように、最初のパルス幅がオン時間T1を有し、2番目のパルス幅がオン時間T1より少し長いオン時間T2を有するというように、制御信号CS1のパルス幅はパルスごとに徐々に長くなる。
オン時間T1〜T3は、スイッチング素子9a、9bなどの電子部品の特性のバラツキを考慮して、スイッチング素子9aが絶対にオンしない時間幅の範囲(以下、非動作範囲という)内に設定される。
オン時間T7は、スイッチング素子9a、9bなどの電子部品の特性のバラツキを考慮して、スイッチング素子9aが必ずオンする時間幅の範囲(以下、動作範囲という)内に設定される。
オン時間T4〜オン時間T6は、スイッチング素子9a、9bなどの電子部品の特性のバラツキにより、製品によってスイッチング素子9aがオンしたりオンしなかったりする可能性がある時間幅の範囲(以下、不確定範囲という)内に設定される。
図2の波形(a)において、オン時間T1は0.8μsに設定される。これに限らず、オン時間T1は、0.1μs以上かつ1.9μs以下に設定されていればよい。これらの数値は使用されるスイッチング素子や駆動回路部品のバラツキに応じて適宜設定される。オン時間T2〜T7は、0.9μs、1.0μs、1.1μs、1.2μs、1.3μs、2.0μsにそれぞれ設定される。
図2の波形(b)は、制御信号CS2の波形を示す。制御部11は、駆動回路10がスイッチング素子9bを駆動する駆動信号を生成するように、制御信号CS2を出力する。すなわち、制御信号CS2は、スイッチング素子9bのための制御信号である。制御信号CS2は、周期Tcと可変のパルス幅とを有するパルス信号である。
制御信号CS2のパルス幅は、スイッチング素子9a、9bが同時にオンしないように設定される。制御信号CS2のパルス幅は、制御信号CS1のパルス幅が長くなるにつれて短くなる。
図2の波形(b)において、オン時間T1からT6までは、隣り合う二つのオン時間の差は0.1μsである一方、オン時間T7は、オン時間T6より0.7μs長い。その理由は次の通りである。
上述の通り、本実施の形態では、不確定範囲に含まれるオン時間T4の場合に、初めて加熱コイル3に電流が流れる。オン時間T4より長いが、やはり不確定範囲に含まれるオン時間T5、T6の場合にも、加熱コイル3に電流が流れる。
このことから、オン時間T6より長いオン時間であれば、必ず加熱コイル3に電流が流れると予測される。従って、これ以上、オン時間を徐々に増加させる必要がなくなるわけである。
図2の波形(c)は、加熱コイル3に流れる電流ILの波形を示す。図2の波形(c)に示すように、制御信号CS1のパルス幅をオン時間T1からパルスごとに徐々に長くすると、パルス幅がオン時間T4のときに初めて加熱コイル3に正の電流が流れる。
スイッチング素子9aがオン、スイッチング素子9bがオフのとき、加熱コイル3に正の電流が流れる。スイッチング素子9aがオフ、スイッチング素子9bがオンのとき、加熱コイル3に負の電流が流れる。
本実施の形態では、オン時間T1〜T3、オン時間T4〜T6、オン時間T7は、それぞれ無効範囲、不確定範囲、動作範囲にそれぞれ含まれる。しかし、製品によっては、電子部品の定数のバラツキにより、オン時間T2〜T6が不確定範囲に含まれる場合もあれば、オン時間T6のみが不確定範囲に含まれる場合もある。
図3の波形(a)は、商用電源4の電源電圧を示す。図3の波形(b)は、ダイオードブリッジ5の出力電圧を示す。図3の波形(c)は、平滑コンデンサ7の両端電圧、すなわち、平滑回路8の出力電圧を示す。
図3の波形(c)に示すように、発振開始点STで、インバータ2が発振を開始する。発振開始点STまでは、加熱コイル3に電流が流れないので、平滑回路8の出力電圧にあまり変化は見られない。
発振開始点STは、発振開始期間SPの間のいずれかの時点に設定される。発振開始期間SPは、図3の波形(a)に示す電源電圧における正および負のピーク値の時点とその後のゼロクロス点との間の期間である。実際には、周波数が50Hzの商用電源4の場合、発振開始期間SPは、ゼロクロス点から5ms後の時点とゼロクロス点から9ms後の時点との間の期間である。
制御部11は、発振開始点STにおいて制御信号CS1、CS2の出力を開始する。制御部11は、発振開始点STを含む発振開始期間SPが終了するまでに、オン時間T1〜T7を有するパルス幅の制御信号CS1を順に出力する。
制御部11は、オン時間T7を有するパルス幅の制御信号CS1を出力した後、発振開始点STを含む発振開始期間SPが終了するまで、オン時間T7を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。これにより、発振開始点STを含む発振開始期間SPにおいて、必ずスイッチング素子9a、9bがオンされる。その結果、図3の波形(c)に示すように、加熱コイル3に電流が流れ、平滑回路8の出力電圧が、ダイオードブリッジ5の出力電圧に応答して変化する。
本実施の形態では、制御信号CS1のパルス幅は、オン時間T1からオン時間T7まで順に長くなる。しかし、これに限らず、制御部11は、遅くとも発振開始期間SPが終了するまでに、スイッチング素子9aを必ずオンするオン時間を有するパルス幅の制御信号を出力すればよい。同じオン時間が何回か繰り返された後、オン時間を長くしてもよい。
図3の波形(c)に示すように、本実施の形態では、発振開始点STが、発振開始期間SP内に設定される。このため、スイッチング素子9a、9bが動作すると、平滑コンデンサ7の両端電圧は降下する。
制御部11は、発振開始期間SPの終了までに、平滑コンデンサ7の両端電圧をゼロまたはその近傍まで降下させるために、オン時間T7を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力し、スイッチング素子9aを繰り返し動作させる。これにより、商用電源4からインバータ2に供給される電力を最小限に抑えることができる。
上述の通り、本実施の形態では、発振開始期間SPは、ゼロクロス点から5ms後の時点とゼロクロス点から9ms後の時点との間である。その理由は、発振開始期間SPの終了前にスイッチング素子9a、9bの動作を開始させ、発振開始期間SPの終了時に、平滑コンデンサ7の両端電圧をゼロまたはその近傍まで降下させるためである。
発振開始後、平滑コンデンサ7の両端電圧がゼロまたはその近傍まで降下するとき、平滑コンデンサ7に蓄えられたエネルギーの一部は、スイッチング素子9aの動作により生じるスイッチング損失となる。本実施の形態によれば、発振開始期間SP内に発振開始点STを設定することにより、スイッチング損失による発熱を低減させ、スイッチング素子9aを熱破壊から保護することができる。
本実施の形態では、非動作範囲および不確定範囲において、スイッチング素子9bに制御信号CS2が供給される。しかし、非動作範囲および不確定範囲では、制御信号CS2が供給されなくてもよい。
不確定範囲に含まれるオン時間を有するパルス幅の制御信号CS1に応答して、加熱コイル3に電流が流れた後、制御部11は、動作範囲に含まれるオン時間を有する最初の制御信号CS1に同期させて、制御信号CS2を供給し始めればよい。
図3の波形(d)は、動作周期V1〜V4における加熱コイル3に流れる電流の最大値の軌跡ILpを模式的に示す。軌跡ILpは、各オン時間において流れる電流の最大値を結ぶ線である(図2の波形(c)参照)。
図3の波形(d)に示すように、最初の動作周期(動作周期V1)は、発振開始点STとその後のゼロクロス点との間の期間である。動作周期V1より後の動作周期(動作周期V2〜V4)は、電源電圧のゼロクロス点とその後のゼロクロス点との間の期間である(図3の波形(a)参照)。
上述の通り、動作周期V1における発振開始動作(図2参照)は、その後のゼロクロス点まで継続される。すなわち、制御部11は、オン時間T1〜T7を有するパルス幅の制御信号CS1を順に出力する。その後、制御部11は、その後のゼロクロス点まで、オン時間T7を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。これにより、起動時の突入電流を抑制することができる。
動作周期V2では、制御部11は、オン時間T7より長く、動作範囲に含まれるオン時間T8を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。
動作周期V3では、制御部11は、オン時間T8より長く、動作範囲に含まれるオン時間T9を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。
動作周期V4では、制御部11は、オン時間T9より長く、動作範囲に含まれるオン時間T10を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。
すなわち、制御部11は、動作周期V1より後の動作周期V2〜V4において、制御信号CS1のパルス幅を動作周期ごとに長く設定する。
その結果、動作周期V2における軌跡ILpより、動作周期V3における軌跡ILpの方が大きい。動作周期V3における軌跡ILpより、動作周期V4における軌跡ILpの方が大きい。このように、加熱コイル3に流れる電流ILを徐々に大きくすることで、ソフトスタート動作を実行することができる。
動作周期V1における発振周波数F1(図4参照)は、動作周期V1より後の動作周期における発振周波数F2より高く設定される。本実施の形態では、動作周期V1における発振周波数が45.5kHz、動作周期V1より後の動作周期における発振周波数が22.7kHzに設定される。
このように、動作周期V1において、スイッチング素子9aにより多くのスイッチング動作を行わせることで、スイッチング損失を増大させて、エネルギー消費を増加させることができる。その結果、微小なオン時間で平滑コンデンサ7の両端電圧の降下を促進させることができる。
使用者に不快感を与えないように、発振周波数F1、F2、および、二つの発振周波数の差が、可聴周波数(20kHz)より高に周波数に設定される。具体的には、発振周波数F1は45.5kHz(周期Ts:22μs)に設定され、発振周波数F2は22.7kHz(周期Ts:44μs)に設定される。
図4の波形(a)は、図3の波形(b)に対応する。本実施の形態では、電源電圧の周波数は50Hzであり、その周期は20msである。図4の波形(b)は、動作周期V1〜V4における制御信号CS1、CS2を示す。図4の波形(c)は、平滑コンデンサ7の両端電圧、すなわち、平滑回路8の出力電圧を示す。
図4の波形(b)に示すように、動作周期V1において、制御部11は、オン時間T1〜T7を有するパルス幅の制御信号CS1を順に出力する。その後、制御部11は、その後のゼロクロス点まで、オン時間T7を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。
動作周期V2では、制御部11は、オン時間T8を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。動作周期V3では、制御部11は、オン時間T9を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。動作周期V4では、制御部11は、オン時間T10を有するパルス幅の制御信号CS1を繰り返し出力する。
動作周期V1では、制御信号CS1、CS2は発振周波数F1を有し、動作周期V1より後の動作周期では、制御信号CS1、CS2は発振周波数F2を有する。制御信号CS1のパルス幅は予め規定されるため、制御信号CS2のパルス幅を長くすることで、発振周波数を低くする。
図4の波形(c)に示すように、不確定範囲に含まれるオン時間(例えば、オン時間T4)を有するパルス幅の制御信号CS1に応答して、初めてスイッチング素子9aがオンされ、加熱コイル3に電流が流れる。その結果、平滑回路8の出力電圧が、ダイオードブリッジ5の出力電圧に応答して変化する。
以上のように、本実施の形態に係る誘導加熱調理器は、徐々に長くなるオン時間を有するパルス幅の制御信号を出力することにより、ソフトスタート動作を実行する。本実施の形態によれば、誘導加熱調理器の起動時における鍋鳴り音を抑制することができる。
インバータ2は、シングルエンデッドプッシュプル(Single ended push-pull)回路であるため、制御信号CS1、CS2を入れ替えても、同様に加熱コイル3に電流が流れる。
すなわち、図2の波形(a)に示す制御信号CS1が、スイッチング素子9bのための制御信号として用いられ、図2の波形(b)に示す制御信号CS2が、スイッチング素子9aのための制御信号として用いられてもよい。
(実施の形態2)
本開示の実施の形態2に係る誘導加熱調理器について、図5、図6を用いて説明する。
本開示の実施の形態2に係る誘導加熱調理器について、図5、図6を用いて説明する。
図5は、本実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路ブロック図である。図5において、図1と同一または相当部分には、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図5に示すように、駆動部1Aは、入力電流検出器12の代わりに、平滑コンデンサ7の両端に接続された入力電圧検出器23を含む。入力電圧検出器23は、平滑回路8の出力電圧を検出する。
駆動部1Aは、共振コンデンサ14の代わりに、加熱コイル3と並列接続され、加熱コイル3とともに共振回路を構成する共振コンデンサ24を含む。駆動部1Aは、インバータ2と直列接続され、共振コンデンサ24に発生する電圧を抑制するためのクランプコンデンサ22をさらに含む。
本実施の形態の制御部11は、実施の形態1のそれと同一の構成を有する。ただし、電力演算部20は、入力電圧検出器23による検出信号を受信する。
図6は、本実施の形態に係る誘導加熱調理器を起動させるための、駆動部1Aによる発振開始動作を示す波形図である。
本実施の形態では、駆動部1Aがアクティブクランプ(Active clamp)回路であるため、上述の制御信号CS1、CS2が、スイッチング素子9b、9aにそれぞれ供給される。
すなわち、図2の波形(a)に示す制御信号CS1が、スイッチング素子9bのための制御信号として用いられ、図2の波形(b)に示す制御信号CS2が、スイッチング素子9aのための制御信号として用いられる。それ以外、本実施の形態に係る発振開始動作は、図2に示す実施の形態1の発振開始動作と同じである。
以上のように、本実施の形態の誘導加熱調理器は、徐々に長くなるオン時間を有するパルス幅の制御信号を出力することにより、ソフトスタート動作を実行する。本実施の形態によれば、誘導加熱調理器の起動時における鍋鳴り音を抑制することができる。
上述の通り、本開示の誘導加熱装置およびその駆動制御方法は、誘導加熱調理器に適応可能である。
1,1A 駆動部
2 インバータ
3 加熱コイル
4 商用電源
5 ダイオードブリッジ
6 チョークコイル
7 平滑コンデンサ
8 平滑回路
9a,9b スイッチング素子
10 駆動回路
11 制御部
12 入力電流検出器
13 出力電流検出器
14,24 共振コンデンサ
16 制御信号出力部
17 デューティ比決定部
18 負荷検出部
19 電力比較部
20 電力演算部
21 ゼロクロス検出回路
22 クランプコンデンサ
2 インバータ
3 加熱コイル
4 商用電源
5 ダイオードブリッジ
6 チョークコイル
7 平滑コンデンサ
8 平滑回路
9a,9b スイッチング素子
10 駆動回路
11 制御部
12 入力電流検出器
13 出力電流検出器
14,24 共振コンデンサ
16 制御信号出力部
17 デューティ比決定部
18 負荷検出部
19 電力比較部
20 電力演算部
21 ゼロクロス検出回路
22 クランプコンデンサ
Claims (10)
- 加熱コイルと、
スイッチング素子を有し、前記加熱コイルに高周波電流を供給するように構成された駆動部と、
可変のパルス幅を有する、前記スイッチング素子のための制御信号を出力するように構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記制御信号の出力を開始する発振開始点を含む最初の動作周期において、前記スイッチング素子をオンしない前記パルス幅と、前記スイッチング素子をオンする前記パルス幅とを含む、徐々に長くなる前記パルス幅を有する前記制御信号を出力するように構成された誘導加熱装置。 - 前記駆動部が、電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路をさらに有し、
前記制御部が、前記ゼロクロス検出回路による検出信号に基づき、前記発振開始点を、前記電源電圧の前記ゼロクロス点から所定時間後に設定するように構成された、請求項1に記載の誘導加熱装置。 - 前記制御部が、前記ゼロクロス検出回路による検出信号に基づき、前記電源電圧のピーク値の時点とその後のゼロクロス点との間の範囲内に前記発振開始点を設定するよう構成された、請求項2に記載の誘導加熱装置。
- 前記制御部が、前記最初の動作周期における前記制御信号の発振周波数を、前記最初の動作周期より後の動作周期における前記制御信号の前記発振周波数より高い周波数に設定するよう構成された請求項1に記載の誘導加熱装置。
- 前記制御部が、前記最初の動作周期より後の前記動作周期において、前記制御信号の前記パルス幅を前記動作周期ごとに長く設定するよう構成された請求項4に記載の誘導加熱装置。
- 加熱コイルと、
スイッチング素子を有し、前記加熱コイルに高周波電流を供給するように構成された駆動部と、
可変のパルス幅を有する、前記スイッチング素子のための制御信号を出力するように構成された制御部と、を備えた誘導加熱装置の駆動制御方法であって、
前記制御信号の出力を開始する前記発振開始点を含む最初の動作周期において、前記スイッチング素子をオンしない前記パルス幅を有する制御信号を出力し、その後、徐々に長くなる前記パルス幅を有する前記制御信号を出力し、その後、前記スイッチング素子をオンする前記パルス幅を有する制御信号を出力する誘導加熱装置の駆動制御方法。 - 前記発振開始点が、電源電圧の前記ゼロクロス点から所定時間後に設定された請求項6に記載の誘導加熱装置の駆動制御方法。
- 前記発振開始点が、前記電源電圧のピーク値の時点とその後のゼロクロス点との間の範囲内に設定された請求項7に記載の誘導加熱装置の駆動制御方法。
- 前記最初の動作周期における前記制御信号の前記発振周波数が、前記最初の動作周期より後の動作周期における前記制御信号の前記発振周波数より高い周波数に設定された請求項6に記載の誘導加熱装置の駆動制御方法。
- 前記最初の動作周期より後の前記動作周期において、前記制御信号の前記パルス幅を前記動作周期ごとに長く設定する請求項9に記載の誘導加熱装置の駆動制御方法。
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