JP7045295B2 - Electromagnetic induction heating device - Google Patents

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Description

本発明は、被加熱物に対し所望の電力を供給して誘導加熱を行うインバータ方式の電磁誘導加熱装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter type electromagnetic induction heating device that supplies desired electric power to an object to be heated to perform induction heating.

近年、火を使わずに金属製鍋を誘導加熱するインバータ方式の電磁誘導加熱装置が広く用いられるようになってきている。電磁誘導加熱装置は、加熱コイルに高周波電流を流し、この加熱コイルの上方に近接配置した金属製鍋の鍋底に渦電流を発生させ、鍋底自体の電気抵抗により発熱させるものである。電磁誘導加熱装置の従来例として、特許文献1に開示されるような誘導加熱調理器がある。 In recent years, an inverter type electromagnetic induction heating device that induces and heats a metal pot without using fire has been widely used. In the electromagnetic induction heating device, a high-frequency current is passed through a heating coil, an eddy current is generated in a pot bottom of a metal pot arranged close to the heating coil, and heat is generated by the electric resistance of the pot bottom itself. As a conventional example of an electromagnetic induction heating device, there is an induction heating cooker as disclosed in Patent Document 1.

この特許文献1の請求項1には、「2個の主スイッチング素子の直列体である第1,第2の上下アームを有し、直流電圧を直流/交流変換して交流電圧を負荷に供給するインバータと、前記第1の上下アームのスイッチング素子を駆動することによって、前記インバータをハーフブリッジ方式インバータとして動作させる第1のインバータ制御手段と、前記第1,第2の上下アームのスイッチング素子を駆動することによって、前記インバータをフルブリッジ方式インバータとして動作させる第2のインバータ制御手段とを備えた電力変換装置において、直流電源電圧を直流/直流変換して前記インバータに前記直流電圧として印加するチョッパ回路を備え、前記第1の上下アームを含んで構成される前記ハーフブリッジ方式インバータの出力端子間に接続した第1の負荷回路と、前記第1,第2の上下アームによって構成されるフルブリッジ方式インバータの出力端子間に接続され、前記第1の負荷回路の少なくとも一部を含む第2の負荷回路と、この第2の負荷回路を前記インバータから接離するスイッチ手段とを備え、前記第2の上下アームの一方のスイッチング素子は、前記チョッパ回路の昇圧または昇降圧用のスイッチング素子として兼用されることを特徴とする電力変換装置」が開示されている。 According to claim 1 of this Patent Document 1, "having first and second upper and lower arms which are a series of two main switching elements, DC voltage is converted into DC / AC and AC voltage is supplied to the load. A first inverter control means for operating the inverter as a half-bridge type inverter by driving the switching element of the first upper and lower arms, and the switching element of the first and second upper and lower arms. In a power conversion device provided with a second inverter control means for operating the inverter as a full-bridge type inverter by driving, a chopper that converts a DC power supply voltage into DC / DC and applies it to the inverter as the DC voltage. A full bridge comprising a circuit, a first load circuit connected between the output terminals of the half-bridge inverter including the first upper and lower arms, and the first and second upper and lower arms. A second load circuit connected between the output terminals of the method inverter and including at least a part of the first load circuit, and a switch means for connecting and disconnecting the second load circuit from the inverter are provided. A power conversion device characterized in that one of the switching elements of the upper and lower arms of No. 2 is also used as a switching element for boosting or raising / lowering the pressure of the chopper circuit "is disclosed.

すなわち、特許文献1の方式は、同文献の図1等に示されるように、インバータの前段にチョッパ回路を備え、インバータがフルブリッジ方式になった場合にインバータのスイッチング素子の一部がチョッパ回路のスイッチング素子として兼用されるものである。 That is, as shown in FIG. 1 and the like of the same document, the method of Patent Document 1 is provided with a chopper circuit in front of the inverter, and when the inverter becomes a full bridge method, a part of the switching element of the inverter is a chopper circuit. It is also used as a switching element of.

特開2009-136104号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-136104

特許文献1では、フルブリッジ方式インバータ用およびチョッパ用として兼用したスイッチング素子がオフ状態の時、平滑用コンデンサの電圧が入力電源電圧より低い場合に入力電源から平滑用コンデンサを直接充電する経路を遮断するためにスイッチング素子を別途設けて降圧動作を行っている。そのため、制御するスイッチング素子が増え、ドライブ回路や制御回路を追加する必要がある。また、スイッチング素子がオンオフされるため、導通損失に加えてスイッチング損失も増加するという問題があった。 In Patent Document 1, when the switching element for both the full-bridge type inverter and the chopper is in the off state, the path for directly charging the smoothing capacitor from the input power supply is cut off when the voltage of the smoothing capacitor is lower than the input power supply voltage. In order to do so, a switching element is separately provided to perform step-down operation. Therefore, the number of switching elements to be controlled increases, and it is necessary to add a drive circuit and a control circuit. Further, since the switching element is turned on and off, there is a problem that the switching loss increases in addition to the conduction loss.

本発明の目的は、上記の課題に対処することであり、特にインバータ以外のスイッチング素子を追加することなくインバータに印加するDCリンク電圧を平滑化し、加熱コイル電流の脈動を抑えることによって鍋から発生する励振音を防止するインバータ方式の電磁誘導加熱装置を提供することである。 An object of the present invention is to address the above problems, and it is generated from a pan by smoothing the DC link voltage applied to the inverter without adding a switching element other than the inverter and suppressing the pulsation of the heating coil current. It is an object of the present invention to provide an inverter type electromagnetic induction heating device that prevents an exciting noise.

上記課題を達成するために、本発明の電磁誘導加熱装置は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、平滑用コンデンサの平滑直流電圧を交流電圧に変換し、前記加熱コイルと共振コンデンサを含む共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータと、商用交流電源の交流電圧を整流した整流電圧を前記平滑直流電圧に変換し、前記インバータに印加するチョッパ回路と、を備え、前記インバータは、2個のインバータ用スイッチング素子と1個のダイオードの直列回路と、上アームと下アームのそれぞれに設けられる逆並列ダイオードと、で構成される第一の上下アームを有し、前記チョッパ回路は、インダクタと、前記インダクタの蓄積エネルギーによって流れる環流電流を前記平滑用コンデンサに流す環流ダイオードと、昇降圧チョッパ用スイッチング素子と、を備え、前記インバータ用スイッチング素子の一方は、前記昇降圧チョッパ用スイッチング素子と兼用され、兼用されたスイッチング素子がオフ状態の場合、前記インバータの前記ダイオードは前記商用交流電源の交流電圧を整流した整流電圧から前記平滑用コンデンサを直接充電する経路を遮断することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the electromagnetic induction heating device of the present invention includes a heating coil for inductively heating an object to be heated, a smoothing DC voltage of a smoothing capacitor is converted into an AC voltage, and the heating coil and a resonance capacitor are included. It includes an inverter that supplies high-frequency power to the resonance load circuit and a chopper circuit that converts the rectified voltage obtained by rectifying the AC voltage of a commercial AC power supply into the smoothed DC voltage and applies it to the inverter. It has a first upper and lower arm composed of a switching element for an AC, a series circuit of one diode, and antiparallel diodes provided in each of the upper arm and the lower arm, and the chopper circuit is an inductor. A recirculation diode that allows a recirculation current flowing due to the stored energy of the inductor to flow through the smoothing capacitor and a switching element for a buck-boost chopper, and one of the switching elements for the inverter is also used as the switching element for the buck-boost chopper. When the combined switching element is in the off state, the diode of the inverter cuts off the path for directly charging the smoothing capacitor from the rectified voltage obtained by rectifying the AC voltage of the commercial AC power supply.

本発明のインバータ方式の電磁誘導加熱装置によれば、インバータ以外のスイッチング素子を追加することなくインバータに印加するDCリンク電圧を平滑化し、加熱コイル電流の脈動を抑えることによって鍋から発生する励振音を防止することができる。 According to the inverter type electromagnetic induction heating device of the present invention, the excitation sound generated from the pan by smoothing the DC link voltage applied to the inverter without adding a switching element other than the inverter and suppressing the pulsation of the heating coil current. Can be prevented.

実施例1の電磁誘導加熱装置の回路構成図。The circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 1. FIG. 図1の電磁誘導加熱装置の動作波形。The operating waveform of the electromagnetic induction heating device of FIG. 図1の電磁誘導加熱装置の動作波形。The operating waveform of the electromagnetic induction heating device of FIG. 図1の電磁誘導加熱装置の電力制御特性図。The power control characteristic diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of FIG. 実施例2の電磁誘導加熱装置の回路構成図。The circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 2. 実施例3の電磁誘導加熱装置の回路構成図。The circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 3. FIG. 実施例4の電磁誘導加熱装置の回路構成図。The circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 4. FIG. 実施例5の電磁誘導加熱装置の回路構成図。The circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 5. 図8の電磁誘導加熱装置の動作波形。The operating waveform of the electromagnetic induction heating device of FIG. 図8の電磁誘導加熱装置の動作波形。The operating waveform of the electromagnetic induction heating device of FIG. 実施例6の電磁誘導加熱装置の回路構成図。The circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 6. 図11の電磁誘導加熱装置の動作波形。The operating waveform of the electromagnetic induction heating device of FIG. 図11の電磁誘導加熱装置の動作波形。The operating waveform of the electromagnetic induction heating device of FIG. 図11の電磁誘導加熱装置の動作波形。The operating waveform of the electromagnetic induction heating device of FIG.

以下、本発明の電磁誘導加熱装置の実施例について、図面を用いながら説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示しており、適宜重複説明を省略している。 Hereinafter, examples of the electromagnetic induction heating device of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, reference numbers having the same reference number indicate the same configuration requirements or configuration requirements having similar functions, and duplicate explanations are omitted as appropriate.

図1は、実施例1の電磁誘導加熱装置100の回路構成図である。ここに示すように、商用交流電源1は、ノーマルフィルタを構成するインダクタ8とコンデンサ9を介して、ダイオード2aから2dで構成される整流回路2の入力端子に接続される。この整流回路2は、商用交流電圧を整流した整流直流電圧を出力するものであり、整流回路2の出力端子には、チョッパ用インダクタ41とパワー半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)5bが直列に接続されている。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device 100 of the first embodiment. As shown here, the commercial AC power supply 1 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 2 composed of the diodes 2a to 2d via the inductor 8 and the capacitor 9 constituting the normal filter. The rectifier circuit 2 outputs a rectified DC voltage obtained by rectifying a commercial AC voltage, and the output terminal of the rectifier circuit 2 is a chopper inductor 41 and a power semiconductor switching element (hereinafter, simply referred to as "switching element"). ) 5b are connected in series.

また、インダクタ41の両端には、環流ダイオード6hと逆並列ダイオード6aを介して、平滑用コンデンサ44が接続されている。この平滑用コンデンサ44の両端には、上アームを構成するスイッチング素子5aと、下アームを構成するスイッチング素子5bとダイオード10bの直列体と、を含む上下アームが並列に接続されている。この上下アームの上アーム(スイッチング素子5a)には逆並列ダイオード6aが逆方向に並列接続されており、下アーム(スイッチング素子5bとダイオード10b)には逆並列ダイオード6bが逆方向に並列接続されている。 Further, a smoothing capacitor 44 is connected to both ends of the inductor 41 via a recirculation diode 6h and an antiparallel diode 6a. An upper and lower arm including a switching element 5a constituting an upper arm and a series of a switching element 5b and a diode 10b constituting a lower arm are connected in parallel to both ends of the smoothing capacitor 44. A reverse parallel diode 6a is connected in parallel to the upper arm (switching element 5a) of the upper and lower arms in the opposite direction, and a reverse parallel diode 6b is connected in parallel to the lower arm (switching element 5b and the diode 10b). ing.

上アームおよび下アームに図示しないスナバコンデンサを並列に接続することにより、スイッチング素子5a又は5bのターンオフ時の遮断電流によってスナバコンデンサが充電あるいは放電され、両スイッチング素子に印加される電圧の変化が低減されターンオフ損失を抑制することができる。 By connecting a snubber capacitor (not shown) in parallel to the upper arm and the lower arm, the snubber capacitor is charged or discharged by the breaking current at the turn-off of the switching element 5a or 5b, and the change in the voltage applied to both switching elements is reduced. It is possible to suppress the turn-off loss.

上下アームの出力端子には加熱コイル11の一端が接続されており、加熱コイル11の他端と平滑用コンデンサ44の正負電極間にはそれぞれ共振コンデンサ13a、13bが接続されハーフブリッジ方式のインバータ回路を構成している。 One end of the heating coil 11 is connected to the output terminals of the upper and lower arms, and resonance capacitors 13a and 13b are connected between the other end of the heating coil 11 and the positive and negative electrodes of the smoothing capacitor 44, respectively, and a half-bridge type inverter circuit is used. Consists of.

上記した構成の本実施例の電磁誘導加熱装置100においては、スイッチング素子5bはインバータ用スイッチング素子として利用されると共に、インダクタ41をチョッパ用のインダクタとする昇降圧チョッパ用スイッチング素子としても利用される。この場合、ダイオード10bは、スイッチング素子5bがオフ状態であり、かつ、平滑用コンデンサ44の電圧が商用交流電圧より低い場合に、商用交流電源1からインダクタ41と逆並列ダイオード6aを介して、平滑用コンデンサ44を直接充電する経路を遮断する役割を果たす。 In the electromagnetic induction heating device 100 of the present embodiment having the above configuration, the switching element 5b is used as a switching element for an inverter and also as a switching element for a buck-boost chopper using the inductor 41 as an inductor for a chopper. .. In this case, the diode 10b is smoothed from the commercial AC power supply 1 via the inductor 41 and the antiparallel diode 6a when the switching element 5b is in the off state and the voltage of the smoothing capacitor 44 is lower than the commercial AC voltage. It serves to block the path for directly charging the capacitor 44.

図2は、本実施例における商用周波数一周期分の動作波形である。図中の波形は、上から、平滑用コンデンサ44の電圧v(44)、商用交流電源1の電圧v(1)、入力電流i(1)、インダクタ41の電流i(41)、加熱コイル11の電流i(11)である。 FIG. 2 is an operation waveform for one commercial frequency cycle in this embodiment. From the top, the waveforms in the figure are the voltage v (44) of the smoothing capacitor 44, the voltage v (1) of the commercial AC power supply 1, the input current i (1), the current i (41) of the inductor 41, and the heating coil 11. Current i (11).

平滑用コンデンサ44の電圧v(44)は、商用周波数の二倍の周波数で脈動しているが十分に平滑されており、加熱コイル11の電流i(11)の脈動が抑えられている。インダクタ41の電流i(41)は電流が断続(オンオフを繰り返し)しているため、図中では黒く塗りつぶされた形で表される。本実施例では、インダクタ41の電流i(41)が断続する条件でインバータを動作させることにより、力率改善制御を追加することなく入力電流i(1)を正弦波状の波形にすることが可能である。すなわち、チョッパ用とインバータ用を兼用するスイッチング素子5bのオン時間dutyを商用周波数一周期の間で固定していれば、インダクタ41には商用交流電源1の電圧v(1)の瞬時電圧に応じた電流が流れるため、ノーマルフィルタを介した入力電流i(1)は自ずと正弦波状になる。平滑電圧v(44)が商用交流電圧より低くなる条件においても、入力電流i(1)が増大する現象は起きておらず、ダイオード10bによる直接充電経路の遮断機能の達成が確認できる。 The voltage v (44) of the smoothing capacitor 44 is pulsating at a frequency twice the commercial frequency, but is sufficiently smoothed, and the pulsation of the current i (11) of the heating coil 11 is suppressed. Since the current i (41) of the inductor 41 is intermittent (repeated on / off), it is shown in black in the figure. In this embodiment, by operating the inverter under the condition that the current i (41) of the inductor 41 is intermittent, the input current i (1) can be made into a sinusoidal waveform without adding the power factor improvement control. Is. That is, if the on-time duty of the switching element 5b for both the chopper and the inverter is fixed during one cycle of the commercial frequency, the inductor 41 responds to the instantaneous voltage of the voltage v (1) of the commercial AC power supply 1. Since the current flows, the input current i (1) passed through the normal filter naturally becomes a sinusoidal shape. Even under the condition that the smoothing voltage v (44) is lower than the commercial AC voltage, the phenomenon that the input current i (1) increases does not occur, and the achievement of the direct charging path cutoff function by the diode 10b can be confirmed.

図3は、商用交流電源電圧のピーク付近の動作波形である。図中の波形は、上から、平滑用コンデンサ44の電圧v(44)、スイッチング素子5a、5bのゲート信号vg(5a)、vg(5b)、インダクタ41の電流i(41)、加熱コイル11の電流i(11)、および、各素子の電流i(5a)、i(6a)、i(5b)、i(6b)、i(10b)である。 FIG. 3 is an operating waveform near the peak of the commercial AC power supply voltage. The waveforms in the figure are, from the top, the voltage v (44) of the smoothing capacitor 44, the gate signals vg (5a) and vg (5b) of the switching elements 5a and 5b, the current i (41) of the inductor 41, and the heating coil 11. The currents i (11) and the currents i (5a), i (6a), i (5b), i (6b), and i (10b) of each element.

スイッチング素子5bがオン(vg(5b)がオン)すると、インダクタ41に電流が流れ始め電流i(41)は増加する。一方、加熱コイル11の電流i(11)は逆並列ダイオード6bを流れて環流した後、電流の極性が反転し、スイッチング素子5bにはインダクタ41の電流i(41)と加熱コイル11の電流i(11)の合成電流が流れる。また、ダイオード10bには加熱コイル11の電流i(11)のみが流れる。 When the switching element 5b is turned on (vg (5b) is turned on), a current starts to flow in the inductor 41 and the current i (41) increases. On the other hand, the current i (11) of the heating coil 11 flows through the antiparallel diode 6b and recirculates, and then the polarity of the current is reversed. The combined current of (11) flows. Further, only the current i (11) of the heating coil 11 flows through the diode 10b.

一方、スイッチング素子5bがオフ(vg(5b)がオフ)すると、インダクタ41に蓄積されたエネルギーによって、逆並列ダイオード6aおよび環流ダイオード6hを介して平滑用コンデンサ44に環流電流が流れ、インダクタ41の電流i(41)は減少する。逆並列ダイオード6aに電流が流れている間にスイッチング素子5aをターンオンすることにより、ゼロ電圧ゼロ電流ターンオン動作となるため、スイッチング素子5aでのターンオン損失は発生しない。 On the other hand, when the switching element 5b is turned off (vg (5b) is turned off), the energy stored in the inductor 41 causes a circulating current to flow through the smoothing capacitor 44 via the antiparallel diode 6a and the recirculation diode 6h, and the inductor 41 The current i (41) decreases. By turning on the switching element 5a while the current is flowing through the antiparallel diode 6a, the zero voltage zero current turn-on operation is performed, so that no turn-on loss occurs in the switching element 5a.

また、スイッチング素子5aがオン(vg(5a)がオン)状態の間にインダクタ41の電流i(41)がゼロとなり、加熱コイル11の電流i(11)がスイッチング素子5aを流れている時にスイッチング素子5aがオフすると、加熱コイル11の電流i(11)は逆並列ダイオード6bを流れて環流する。その間にスイッチング素子5bをターンオンすることにより、ゼロ電圧ゼロ電流ターンオン動作となるため、スイッチング素子5bでのターンオン損失も発生しない。 Further, while the switching element 5a is on (vg (5a) is on), the current i (41) of the inductor 41 becomes zero, and the current i (11) of the heating coil 11 is switched when the current i (11) of the heating coil 11 is flowing through the switching element 5a. When the element 5a is turned off, the current i (11) of the heating coil 11 flows through the antiparallel diode 6b and recirculates. By turning on the switching element 5b during that time, the zero voltage zero current turn-on operation is performed, so that the turn-on loss in the switching element 5b does not occur.

このように、本実施例では、インダクタ41の電流i(41)が断続する条件で両スイッチング素子を動作させることにより、昇降圧チョッパ用とインバータ用で兼用したスイッチング素子5bにはターンオン損失は発生しない。また、新たに力率改善制御を付加することなく入力電流i(1)を正弦波状の波形にすることが可能である。 As described above, in this embodiment, by operating both switching elements under the condition that the current i (41) of the inductor 41 is intermittent, a turn-on loss occurs in the switching element 5b used for both the buck-boost chopper and the inverter. do not do. Further, it is possible to make the input current i (1) into a sinusoidal waveform without newly adding a power factor improvement control.

図4は、スイッチング素子5bのオン時間duty(図3のvg(5b)で示す、スイッチング周期に対するスイッチング素子5bの導通期間の割合)と電力の関係を表す電力制御特性図である。この図に示す関係を利用することで、本実施例の電磁誘導加熱装置100では、スイッチング素子5bのオン時間dutyを制御することにより、使用者が設定した火力に応じて、電力を制御することが可能である。上述したように、スイッチング素子5bは昇降圧チョッパ用のスイッチング素子としても機能するため、スイッチング素子5bのオン時間dutyを制御することにより、インダクタ41に蓄えるエネルギーを調整し、平滑用コンデンサ44の電圧を制御することが可能である。また、インバータ用のスイッチング素子としても機能するため、加熱コイル11に流れる電流を制御することが可能であり、これらの両作用を利用することで電力を使用者が設定した所望の火力となるように制御することができる。 FIG. 4 is a power control characteristic diagram showing the relationship between the on-time duty of the switching element 5b (the ratio of the conduction period of the switching element 5b to the switching cycle shown by vg (5b) in FIG. 3) and the power. By utilizing the relationship shown in this figure, in the electromagnetic induction heating device 100 of this embodiment, the power is controlled according to the thermal power set by the user by controlling the on-time duty of the switching element 5b. Is possible. As described above, since the switching element 5b also functions as a switching element for the buck-boost chopper, the energy stored in the inductor 41 is adjusted by controlling the on-time duty of the switching element 5b, and the voltage of the smoothing capacitor 44 is adjusted. It is possible to control. In addition, since it also functions as a switching element for an inverter, it is possible to control the current flowing through the heating coil 11, and by utilizing both of these actions, the electric power can be the desired thermal power set by the user. Can be controlled to.

以上で説明した本実施例の電磁誘導加熱装置によれば、インバータの実現に必要なスイッチング素子以外に、スイッチング素子を新たに設けることなく、入力電流の力率改善、DCリンク電圧の平滑化による励振音の発生防止およびインバータの電力制御を実現することが可能である。また、インバータの実現に必要なスイッチング素子以外に、スイッチング素子を必要としないため、スイッチング素子の制御回路の大規模化を抑制することができる。 According to the electromagnetic induction heating device of the present embodiment described above, the power factor of the input current is improved and the DC link voltage is smoothed without newly providing a switching element other than the switching element necessary for realizing the inverter. It is possible to prevent the generation of excitation noise and control the power of the inverter. Further, since a switching element is not required other than the switching element required for realizing the inverter, it is possible to suppress the scale-up of the control circuit of the switching element.

図5は実施例2の電磁誘導加熱装置100の回路構成図である。なお、実施例1との共通点については重複説明を省略する。 FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device 100 of the second embodiment. It should be noted that duplicate explanations will be omitted for the common points with the first embodiment.

本実施例では、整流回路2の出力端子に、チョッパ用インダクタ41とスイッチング素子5aが直列に接続されている。インダクタ41の両端には、環流ダイオード6gと逆並列ダイオード6bを介して、平滑用コンデンサ44が接続されている。この平滑用コンデンサ44の両端には、上アームを構成するスイッチング素子5aとダイオード10aの直列体と、下アームを構成するスイッチング素子5bと、を含む上下アームが並列に接続されている。この上下アームの上アーム(スイッチング素子5aとダイオード10a)には逆並列ダイオード6aが逆方向に並列接続されており、下アーム(スイッチング素子5b)には逆並列ダイオード6bが逆方向に並列接続されている。 In this embodiment, the chopper inductor 41 and the switching element 5a are connected in series to the output terminal of the rectifier circuit 2. A smoothing capacitor 44 is connected to both ends of the inductor 41 via a recirculation diode 6 g and an antiparallel diode 6b. An upper and lower arm including a series of a switching element 5a constituting an upper arm and a diode 10a and a switching element 5b constituting a lower arm are connected in parallel to both ends of the smoothing capacitor 44. A reverse parallel diode 6a is connected in parallel to the upper arm (switching element 5a and a diode 10a) of the upper and lower arms, and a reverse parallel diode 6b is connected in parallel to the lower arm (switching element 5b). ing.

実施例1ではスイッチング素子5bを、昇降圧チョッパ用とインバータ用のスイッチング素子として兼用したが、本実施例では、スイッチング素子5aがその役割を果たす。この場合、ダイオード10aは、スイッチング素子5aがオフ状態であり、かつ、平滑用コンデンサ44の電圧が商用交流電圧より低い場合に、商用交流電源1から逆並列ダイオード6bとインダクタ41を介して平滑用コンデンサ44を直接充電する経路を遮断する役割を果たす。 In the first embodiment, the switching element 5b is also used as the switching element for the buck-boost chopper and the inverter, but in the present embodiment, the switching element 5a plays a role. In this case, the diode 10a is used for smoothing from the commercial AC power supply 1 via the antiparallel diode 6b and the inductor 41 when the switching element 5a is in the off state and the voltage of the smoothing capacitor 44 is lower than the commercial AC voltage. It serves to block the path for directly charging the capacitor 44.

以上で説明した本実施例の電磁誘導加熱装置においても、実施例1と同等の効果を得ることができる。 The electromagnetic induction heating device of the present embodiment described above can also obtain the same effect as that of the first embodiment.

図6は実施例3の電磁誘導加熱装置100の回路構成図である。なお、上記の実施例との共通点については重複説明を省略する。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device 100 of the third embodiment. It should be noted that duplicate explanations will be omitted for the common points with the above embodiments.

本実施例では、平滑用コンデンサ44の両端に、上アームのスイッチング素子5cと下アームのスイッチング素子5dからなる第二の上下アームが並列に接続されている。スイッチング素子5c、5dにはそれぞれ逆並列ダイオード6c、6dが逆方向に並列接続されている。二つの上下アームの出力端子間には加熱コイル11と共振コンデンサ13が接続され、フルブリッジ方式のインバータを構成している。 In this embodiment, a second upper and lower arm composed of a switching element 5c of the upper arm and a switching element 5d of the lower arm are connected in parallel to both ends of the smoothing capacitor 44. Antiparallel diodes 6c and 6d are connected in parallel to the switching elements 5c and 5d, respectively, in opposite directions. A heating coil 11 and a resonance capacitor 13 are connected between the output terminals of the two upper and lower arms to form a full-bridge type inverter.

本実施例のフルブリッジ方式は、実施例1や実施例2のハーフブリッジ方式に比べて、加熱コイル11の巻数を増やすことが可能であり、加熱コイル11の電流i(11)を減らしても起磁力は維持できる。これにより、スイッチング素子に流れる電流を低減し、損失を減らす効果がある。 The full bridge method of the present embodiment can increase the number of turns of the heating coil 11 as compared with the half bridge method of the first and second embodiments, and even if the current i (11) of the heating coil 11 is reduced. The magnetomotive force can be maintained. This has the effect of reducing the current flowing through the switching element and reducing the loss.

図7は実施例4の電磁誘導加熱装置100の回路構成図である。なお、実施例3との共通点については重複説明を省略する。 FIG. 7 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device 100 of the fourth embodiment. It should be noted that duplicate explanations will be omitted for the common points with the third embodiment.

実施例3と異なる点は、加熱コイル11と共振コンデンサ13からなる共振負荷回路を、スイッチング素子5a、5b、ダイオード10bからなる上下アームから切り離すリレー20が設けられており、また、加熱コイル11と共振コンデンサ13の接続点と平滑用コンデンサ44の正負電極間にそれぞれ共振コンデンサ12a,12bが接続されている点である。 The difference from the third embodiment is that a relay 20 for disconnecting the resonance load circuit including the heating coil 11 and the resonance capacitor 13 from the upper and lower arms including the switching elements 5a and 5b and the diode 10b is provided, and the heating coil 11 and the resonance load circuit are provided. Resonant capacitors 12a and 12b are connected between the connection point of the resonance capacitor 13 and the positive and negative electrodes of the smoothing capacitor 44, respectively.

本実施例では、被加熱物の材質(磁性体か非磁性体か)や設定火力の大小に応じてリレー20を切替えることにより、インバータ方式をフルブリッジ方式かハーフブリッジ方式か切替えると共に共振コンデンサの容量を切替えて共振周波数を変更することができる。 In this embodiment, the inverter method is switched between the full bridge method and the half bridge method by switching the relay 20 according to the material (magnetic material or non-magnetic material) of the object to be heated and the magnitude of the set thermal power, and the resonance capacitor is used. The resonance frequency can be changed by switching the capacitance.

ここで、加熱コイル11と被加熱物(図示せず)は磁気的に結合するため、被加熱物を加熱コイル11側からみた等価回路に変換すると、被加熱物の等価抵抗と等価インダクタンスが直列に接続された構成になる。等価抵抗及び等価インダクタンスは、被加熱物の材質によって異なり、非磁性体で低抵抗の銅やアルミの場合は等価抵抗及び等価インダクタンスのどちらも小さくなり、磁性体で高抵抗の鉄の場合はどちらも大きくなる。 Here, since the heating coil 11 and the object to be heated (not shown) are magnetically coupled, when the object to be heated is converted into an equivalent circuit viewed from the heating coil 11 side, the equivalent resistance and the equivalent inductance of the object to be heated are in series. It becomes a configuration connected to. Equivalent resistance and equivalent inductance differ depending on the material of the object to be heated. In the case of non-magnetic material with low resistance copper or aluminum, both the equivalent resistance and equivalent inductance are small, and in the case of magnetic material with high resistance iron, which one. Will also grow.

図7において、被加熱物が銅やアルミ等の非磁性体の場合は、リレー20をオフし、第二の上下アームと加熱コイル11及び共振コンデンサ12a,12bから構成されるハーフブリッジ方式のインバータで加熱を行う。前述のように、非磁性体で低抵抗の被加熱物は等価抵抗が小さいため所望の出力を得るには大きな電流を流す必要がある。被加熱物の表皮抵抗は周波数の平方根に比例する特徴があり、銅又はアルミなどの低抵抗の被加熱物を加熱する場合には、周波数を高くすることが有効である。従って、第二の上下アームを例えば約90kHzの周波数で駆動できるように共振コンデンサ12a、12bの容量を設定する。第一の上下ア-ムはリレー20がオフ状態にあるため共振負荷回路から切り離される。したがって、スイッチング素子5bはインダクタ41をチョッパ用のインダクタとする昇降圧チョッパ用スイッチング素子としてのみ動作する。 In FIG. 7, when the object to be heated is a non-magnetic material such as copper or aluminum, the relay 20 is turned off, and a half-bridge type inverter composed of a second upper and lower arm, a heating coil 11, and resonance capacitors 12a and 12b. Heat with. As described above, since the non-magnetic material and the object to be heated with low resistance has a small equivalent resistance, it is necessary to pass a large current in order to obtain a desired output. The skin resistance of the object to be heated has a characteristic of being proportional to the square root of the frequency, and when heating a low-resistance object to be heated such as copper or aluminum, it is effective to increase the frequency. Therefore, the capacitances of the resonance capacitors 12a and 12b are set so that the second upper and lower arms can be driven at a frequency of, for example, about 90 kHz. The first upper and lower arms are disconnected from the resonant load circuit because the relay 20 is in the off state. Therefore, the switching element 5b operates only as a switching element for a buck-boost chopper using the inductor 41 as an inductor for the chopper.

一方、被加熱物が鉄やステンレス等の磁性体の場合は、リレー20をオンし、第一及び第二の上下アームと加熱コイル11及び共振コンデンサ12a、12b、13から構成されるフルブリッジ方式のインバータで加熱を行う。前述のように、磁性体で高抵抗の被加熱物は等価抵抗が大きいため共振負荷回路には電流が流れ難い。従って、フルブリッジ方式に切替えることによりインバータの出力電圧を2倍に高め所望の出力を得る。前述の銅やアルミの場合は抵抗が小さいためインバータの周波数を約90kHzにし表皮抵抗を高くしたが、鉄の場合は元々抵抗が大きいため、約20kHzの周波数で第一、第二の上下アームを駆動する。前述のように共振コンデンサ12a、12bの容量は、約90kHzの駆動周波数に合わせて設定するが、共振コンデンサ13の容量は、約20kHzの駆動周波数に合わせて設定する。駆動周波数が大きく異なるため、共振コンデンサ13の容量は共振コンデンサ12a、12bより十分に大きい値になる。従って、フルブリッジ方式のインバータの共振周波数は、主に共振コンデンサ13により設定される。また、フルブリッジ方式のインバータ動作においても、共振コンデンサ13に流れる電流が大きいため、共振用コンデンサ12a、12bが接続された状態でもインバータ動作上、問題はない。 On the other hand, when the object to be heated is a magnetic material such as iron or stainless steel, the relay 20 is turned on, and the full bridge method is composed of the first and second upper and lower arms, the heating coil 11, and the resonance capacitors 12a, 12b, and 13. Heat with the inverter of. As described above, since the magnetic material and the object to be heated having high resistance has a large equivalent resistance, it is difficult for current to flow in the resonance load circuit. Therefore, by switching to the full bridge method, the output voltage of the inverter is doubled to obtain the desired output. In the case of copper and aluminum mentioned above, the resistance is small, so the frequency of the inverter was set to about 90 kHz to increase the skin resistance, but in the case of iron, the resistance is originally large, so the first and second upper and lower arms are used at a frequency of about 20 kHz. Drive. As described above, the capacitance of the resonance capacitors 12a and 12b is set according to the drive frequency of about 90 kHz, but the capacitance of the resonance capacitor 13 is set according to the drive frequency of about 20 kHz. Since the drive frequencies are significantly different, the capacitance of the resonance capacitor 13 is sufficiently larger than that of the resonance capacitors 12a and 12b. Therefore, the resonance frequency of the full bridge type inverter is mainly set by the resonance capacitor 13. Further, even in the full bridge type inverter operation, since the current flowing through the resonance capacitor 13 is large, there is no problem in the inverter operation even when the resonance capacitors 12a and 12b are connected.

本実施例ではリレー20の切替えにより、共振コンデンサの容量も切替えができる。従って、インバータの駆動周波数の設定範囲を広げることができ被加熱物の材質に合わせて最適な周波数で加熱することができる。 In this embodiment, the capacitance of the resonance capacitor can also be switched by switching the relay 20. Therefore, the setting range of the drive frequency of the inverter can be widened, and heating can be performed at an optimum frequency according to the material of the object to be heated.

図8は実施例5の電磁誘導加熱装置100の回路構成図である。なお、上記の実施例との共通点については重複説明を省略する。 FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device 100 of the fifth embodiment. It should be noted that duplicate explanations will be omitted for the common points with the above embodiments.

本実施例では、例えば実施例1のインバータを複数台使用する構成を示しており、インダクタ8とコンデンサ9からなるノーマルフィルタは共通で使用している。ここでは、1台目から3台目のインバータをそれぞれ20A、20B、20Cとする。なお、インバータ20B、20Cは、インバータ20Aと同等の構成であり、各インバータの加熱コイル11は、別々の被加熱物の加熱に対応した三口コンロ状の配置であってもよいし、一つの被加熱物の加熱に対応した一口コンロの配置(例えば、各コイルを同芯状に配置)であってもよい。 In this embodiment, for example, a configuration in which a plurality of inverters of the first embodiment are used is shown, and a normal filter composed of an inductor 8 and a capacitor 9 is commonly used. Here, the first to third inverters are 20A, 20B, and 20C, respectively. The inverters 20B and 20C have the same configuration as the inverter 20A, and the heating coil 11 of each inverter may be arranged in a three-burner stove shape corresponding to the heating of different objects to be heated, or one cover. The arrangement of the bite-sized stoves corresponding to the heating of the heated object (for example, the coils are arranged concentrically) may be used.

図9はインバータを2台使用した場合の動作波形例である。2台のインバータを使用する場合、インバータ20Aのスイッチング素子5a、5bのゲート信号に対して、インバータ20Bのスイッチング素子5a、5bのゲート信号を180°ずらしている。これにより、インバータ20Aのインダクタ41に流れる電流とインバータ20Bのインダクタ41に流れる電流の位相が180°ずれるため、インダクタ41の合成電流のリップルは低減する。これにより、各インバータのノーマルフィルタのインダクタ8およびコンデンサ9の値を小さくすることができ、ノーマルフィルタを小型化することができる。 FIG. 9 is an example of an operating waveform when two inverters are used. When two inverters are used, the gate signals of the switching elements 5a and 5b of the inverter 20B are shifted by 180 ° with respect to the gate signals of the switching elements 5a and 5b of the inverter 20A. As a result, the phase of the current flowing through the inductor 41 of the inverter 20A and the phase of the current flowing through the inductor 41 of the inverter 20B are shifted by 180 °, so that the ripple of the combined current of the inductor 41 is reduced. As a result, the values of the inductor 8 and the capacitor 9 of the normal filter of each inverter can be reduced, and the normal filter can be miniaturized.

一方、図10はインバータを3台使用した場合の動作波形例である。3台のインバータを使用する場合、インバータ20Aのスイッチング素子5a、5bのゲート信号に対して、インバータ20Bのスイッチング素子5a、5bのゲート信号を120°ずらし、インバータ20Bのスイッチング素子5a、5bのゲート信号に対して、インバータ20Cのスイッチング素子5a、5bのゲート信号を120°ずらしている。これにより、インバータ20Aから20Cのインダクタ41に流れる電流の位相は120°ずつずれるため、インダクタ41の合成電流のリップルは低減する。 On the other hand, FIG. 10 is an example of an operating waveform when three inverters are used. When three inverters are used, the gate signal of the switching elements 5a and 5b of the inverter 20B is shifted by 120 ° with respect to the gate signal of the switching elements 5a and 5b of the inverter 20A, and the gate of the switching elements 5a and 5b of the inverter 20B is used. The gate signal of the switching elements 5a and 5b of the inverter 20C is shifted by 120 ° with respect to the signal. As a result, the phase of the current flowing from the inverter 20A to the inductor 41 of the 20C is shifted by 120 °, so that the ripple of the combined current of the inductor 41 is reduced.

このように、本実施例では、複数台のインバータの位相をずらして動作させることによりノーマルフィルタのインダクタ及びコンデンサの小型化が可能となる。 As described above, in this embodiment, the inductor and the capacitor of the normal filter can be miniaturized by operating the plurality of inverters with the phases shifted.

図11は実施例6の電磁誘導加熱装置100の回路構成図である。なお、上記の実施例との共通点については重複説明を省略する。 FIG. 11 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device 100 of the sixth embodiment. It should be noted that duplicate explanations will be omitted for the common points with the above embodiments.

本実施例では、商用交流電源1の電圧が正の場合には、ダイオード2aを介して、スイッチング素子5aとインダクタ41が直列接続される。インダクタ41の両端には環流ダイオード6gと逆並列ダイオード6bを介して平滑用コンデンサ44が接続されている。一方、商用交流電源1の電圧が負の場合には、ダイオード2bを介して、スイッチング素子5bとインダクタ41が直列接続される。インダクタ41の両端には環流ダイオード6hと逆並列ダイオード6aを介して平滑用コンデンサ44が接続されている。 In this embodiment, when the voltage of the commercial AC power supply 1 is positive, the switching element 5a and the inductor 41 are connected in series via the diode 2a. A smoothing capacitor 44 is connected to both ends of the inductor 41 via a recirculation diode 6 g and an antiparallel diode 6b. On the other hand, when the voltage of the commercial AC power supply 1 is negative, the switching element 5b and the inductor 41 are connected in series via the diode 2b. A smoothing capacitor 44 is connected to both ends of the inductor 41 via a recirculation diode 6h and an antiparallel diode 6a.

この平滑用コンデンサ44の両端には、上アームを構成するスイッチング素子5aとダイオード10aの直列体と、下アームを構成するスイッチング素子5bとダイオード10bの直列体と、が直列に接続された上下アームが並列に接続されている。 At both ends of the smoothing capacitor 44, an upper and lower arm in which a series body of a switching element 5a and a diode 10a constituting an upper arm and a series body of a switching element 5b and a diode 10b constituting a lower arm are connected in series. Are connected in parallel.

図12は、本実施例における商用周波数一周期分の動作波形である。図中の波形は、上から、平滑用コンデンサ44の電圧v(44)、商用交流電源1の電圧v(1)、入力電流i(1)、インダクタ41の電流i(41)、加熱コイル11の電流i(11)である。 FIG. 12 is an operation waveform for one commercial frequency cycle in this embodiment. From the top, the waveforms in the figure are the voltage v (44) of the smoothing capacitor 44, the voltage v (1) of the commercial AC power supply 1, the input current i (1), the current i (41) of the inductor 41, and the heating coil 11. Current i (11).

平滑用コンデンサ44の電圧v(44)は、商用周波数の二倍の周波数で脈動しているが十分に平滑されており、加熱コイル11の電流i(11)の脈動が抑えられている。インダクタ41の電流i(41)は電流が断続(オンオフを繰り返し)しているため、図中では黒く塗りつぶされた形で表される。本実施例では、インダクタ41の電流i(41)が断続する条件でインバータを動作させることにより、力率改善制御を追加することなく入力電流i(1)を正弦波状の波形にすることが可能である。すなわち、チョッパ用とインバータ用を兼用するスイッチング素子5a,5bのオン時間dutyを商用周波数一周期の間で固定していれば、インダクタ41には商用交流電源1の電圧v(1)の瞬時電圧に応じた電流が流れるため、ノーマルフィルタを介した入力電流i(1)は自ずと正弦波状になる。 The voltage v (44) of the smoothing capacitor 44 is pulsating at a frequency twice the commercial frequency, but is sufficiently smoothed, and the pulsation of the current i (11) of the heating coil 11 is suppressed. Since the current i (41) of the inductor 41 is intermittent (repeated on / off), it is shown in black in the figure. In this embodiment, by operating the inverter under the condition that the current i (41) of the inductor 41 is intermittent, the input current i (1) can be made into a sinusoidal waveform without adding the power factor improvement control. Is. That is, if the on-time duty of the switching elements 5a and 5b for both the chopper and the inverter is fixed in one cycle of the commercial frequency, the inductor 41 has the instantaneous voltage of the voltage v (1) of the commercial AC power supply 1. Since the current corresponding to the current flows, the input current i (1) via the normal filter naturally becomes a sinusoidal shape.

図13は、商用交流電源電圧の正のピーク付近の動作波形、図14は、商用交流電源電圧の負のピーク付近の動作波形である。図中の波形は、上から、平滑用コンデンサ44の電圧v(44)、スイッチング素子5a、5bのゲート信号vg(5a)、vg(5b)、インダクタ41の電流i(41)、加熱コイル11の電流i(11)、および、各素子の電流i(5a)、i(6a)、i(5b)、i(6b)、i(10b)である。 FIG. 13 is an operating waveform near the positive peak of the commercial AC power supply voltage, and FIG. 14 is an operating waveform near the negative peak of the commercial AC power supply voltage. The waveforms in the figure are, from the top, the voltage v (44) of the smoothing capacitor 44, the gate signals vg (5a) and vg (5b) of the switching elements 5a and 5b, the current i (41) of the inductor 41, and the heating coil 11. The currents i (11) and the currents i (5a), i (6a), i (5b), i (6b), and i (10b) of each element.

図13より、商用交流電源1の電圧v(1)が正の場合、スイッチング素子5aがオン(vg(5a)がオン)すると、インダクタ41に電流が流れ始め電流i(41)は増加する。一方、加熱コイル11の電流i(11)は逆並列ダイオード6aを流れて環流した後、電流の極性が反転し、スイッチング素子5aにはインダクタ41の電流i(41)と加熱コイル11の電流i(11)の合成電流が流れる。また、ダイオード10aには加熱コイル11の電流i(11)のみが流れる。 From FIG. 13, when the voltage v (1) of the commercial AC power supply 1 is positive, when the switching element 5a is turned on (vg (5a) is turned on), a current starts to flow in the inductor 41 and the current i (41) increases. On the other hand, the current i (11) of the heating coil 11 flows through the antiparallel diode 6a and recirculates, and then the polarity of the current is reversed. The combined current of (11) flows. Further, only the current i (11) of the heating coil 11 flows through the diode 10a.

一方、スイッチング素子5aがオフ(vg(5a)がオフ)すると、インダクタ41に蓄積されたエネルギーによって、逆並列ダイオード6bおよび環流ダイオード6gを介して平滑用コンデンサ44に環流電流が流れ、インダクタ41の電流i(41)は減少する。逆並列ダイオード6bに電流が流れている間にスイッチング素子5bをターンオンすることにより、ゼロ電圧ゼロ電流ターンオン動作となるため、スイッチング素子5bでのターンオン損失は発生しない。 On the other hand, when the switching element 5a is turned off (vg (5a) is turned off), the energy stored in the inductor 41 causes a recirculation current to flow in the smoothing capacitor 44 via the antiparallel diode 6b and the recirculation diode 6g, and the inductor 41 The current i (41) decreases. By turning on the switching element 5b while the current is flowing through the antiparallel diode 6b, the zero voltage zero current turn-on operation is performed, so that no turn-on loss occurs in the switching element 5b.

また、スイッチング素子5bがオン(vg(5b)がオン)状態の間にインダクタ41の電流がゼロとなり、加熱コイル11の電流i(11)がスイッチング素子5bを流れている時にスイッチング素子5bがオフすると、加熱コイル11の電流i(11)は逆並列ダイオード6aを流れて環流する。その間にスイッチング素子5aをターンオンすることにより、ゼロ電圧ゼロ電流ターンオン動作となるため、スイッチング素子5aでのターンオン損失も発生しない。 Further, the current of the inductor 41 becomes zero while the switching element 5b is on (vg (5b) is on), and the switching element 5b is turned off when the current i (11) of the heating coil 11 is flowing through the switching element 5b. Then, the current i (11) of the heating coil 11 flows through the antiparallel diode 6a and recirculates. By turning on the switching element 5a in the meantime, the zero voltage zero current turn-on operation is performed, so that the turn-on loss in the switching element 5a does not occur.

図14より、商用交流電源1の電圧v(1)が負の場合、スイッチング素子5bがオン(vg(5b)がオン)すると、インダクタ41に電流が流れ始め電流i(41)は増加する。なお、ここでは、インダクタ41の電流は図11の左から右に流れる方向を正としているため、負の方向へ増加する波形となる。加熱コイル11の電流i(11)は逆並列ダイオード6bを流れて環流した後、電流の極性が反転し、スイッチング素子5bにはインダクタ41の電流i(41)と加熱コイル11の電流i(11)の合成電流が流れる。また、ダイオード10bには加熱コイル11の電流i(11)のみが流れる。 From FIG. 14, when the voltage v (1) of the commercial AC power supply 1 is negative and the switching element 5b is turned on (vg (5b) is turned on), a current starts to flow in the inductor 41 and the current i (41) increases. Here, since the direction in which the current of the inductor 41 flows from the left to the right in FIG. 11 is positive, the waveform increases in the negative direction. After the current i (11) of the heating coil 11 flows through the antiparallel diode 6b and recirculates, the polarity of the current is reversed, and the current i (41) of the inductor 41 and the current i (11) of the heating coil 11 are connected to the switching element 5b. ) Combined current flows. Further, only the current i (11) of the heating coil 11 flows through the diode 10b.

一方、スイッチング素子5bがオフ(vg(5b)がオフ)すると、インダクタ41に蓄積されたエネルギーによって、逆並列ダイオード6aおよび環流ダイオード6hを介して平滑用コンデンサ44に環流電流が流れ、インダクタ41の電流i(41)は減少する。逆並列ダイオード6aに電流が流れている間にスイッチング素子5aをターンオンすることにより、ゼロ電圧ゼロ電流ターンオン動作となるため、スイッチング素子5aでのターンオン損失は発生しない。 On the other hand, when the switching element 5b is turned off (vg (5b) is turned off), the energy stored in the inductor 41 causes a circulating current to flow through the smoothing capacitor 44 via the antiparallel diode 6a and the recirculation diode 6h, and the inductor 41 The current i (41) decreases. By turning on the switching element 5a while the current is flowing through the antiparallel diode 6a, the zero voltage zero current turn-on operation is performed, so that no turn-on loss occurs in the switching element 5a.

また、スイッチング素子5aがオン(vg(5a)がオン)状態の間にインダクタ41の電流がゼロとなり、加熱コイル11の電流i(11)がスイッチング素子5aを流れている時にスイッチング素子5aがオフすると、加熱コイル11の電流i(11)は逆並列ダイオード6bを流れて環流する。その間にスイッチング素子5bをターンオンすることにより、ゼロ電圧ゼロ電流ターンオン動作となるため、スイッチング素子5bでのターンオン損失も発生しない。 Further, the current of the inductor 41 becomes zero while the switching element 5a is on (vg (5a) is on), and the switching element 5a is turned off when the current i (11) of the heating coil 11 is flowing through the switching element 5a. Then, the current i (11) of the heating coil 11 flows through the antiparallel diode 6b and recirculates. By turning on the switching element 5b during that time, the zero voltage zero current turn-on operation is performed, so that the turn-on loss in the switching element 5b does not occur.

実施例1から実施例5は、商用交流電源1の電圧極性に関わらず、上アームもしくは下アームの一方のみが昇降圧チョッパ用とインバータ用のスイッチング素子として兼用する構成であった。そのため、兼用したスイッチング素子とダイオードの負担が大きくなる。本実施例では、商用交流電源電圧の正負極性に応じて、兼用するスイッチング素子が5aと5bで切り替わるため、逆並列ダイオード6a,6bを含めた半導体素子への負担が軽減する。 In Examples 1 to 5, regardless of the voltage polarity of the commercial AC power supply 1, only one of the upper arm and the lower arm is configured to be used as a switching element for the buck-boost chopper and the inverter. Therefore, the burden on the switching element and the diode that are also used becomes large. In this embodiment, since the switching element to be shared is switched between 5a and 5b according to the positive and negative polarities of the commercial AC power supply voltage, the burden on the semiconductor elements including the antiparallel diodes 6a and 6b is reduced.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, or replace other configurations with respect to the configurations of each embodiment.

100 電磁誘導加熱装置、
1 商用交流電源、
2 整流回路、
2a~2d、10a、10b ダイオード、
6a~6d 逆並列ダイオード、
6g、6h 環流ダイオード、
5a~5d スイッチング素子、
8 インダクタ、
9 コンデンサ、
12a、12b、13、13a、13b 共振コンデンサ、
11 加熱コイル、
20 リレー、
41 インダクタ、
44 平滑用コンデンサ
100 electromagnetic induction heating device,
1 Commercial AC power supply,
2 Rectifier circuit,
2a-2d, 10a, 10b diodes,
6a-6d antiparallel diode,
6g, 6h recirculation diode,
5a-5d switching element,
8 inductor,
9 capacitors,
12a, 12b, 13, 13a, 13b resonant capacitors,
11 heating coil,
20 relays,
41 inductor,
44 Smoothing capacitor

Claims (7)

被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
平滑用コンデンサの平滑直流電圧を交流電圧に変換し、前記加熱コイルと共振コンデンサを含む共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータと、
商用交流電源の交流電圧を整流した整流電圧を前記平滑直流電圧に変換し、前記インバータに印加するチョッパ回路と、
を備えた電磁誘導加熱装置であって、
前記インバータは、2個のインバータ用スイッチング素子と1個のダイオードの直列回路と、上アームと下アームのそれぞれに設けられる逆並列ダイオードと、で構成される第一の上下アームを有し、
前記チョッパ回路は、インダクタと、前記インダクタの蓄積エネルギーによって流れる環流電流を前記平滑用コンデンサに流す環流ダイオードと、昇降圧チョッパ用スイッチング素子と、を備え、
前記インバータ用スイッチング素子の一方は、前記昇降圧チョッパ用スイッチング素子と兼用され、
兼用されたスイッチング素子がオフ状態の場合、前記インバータの前記ダイオードは前記商用交流電源の交流電圧を整流した整流電圧から前記平滑用コンデンサを直接充電する経路を遮断することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
A heating coil that induces and heats the object to be heated,
An inverter that converts the smoothing DC voltage of the smoothing capacitor into an AC voltage and supplies high-frequency power to the resonance load circuit including the heating coil and the resonance capacitor.
A chopper circuit that converts the rectified voltage obtained by rectifying the AC voltage of a commercial AC power supply into the smoothed DC voltage and applies it to the inverter.
It is an electromagnetic induction heating device equipped with
The inverter has a first upper and lower arm composed of a series circuit of two inverter switching elements and one diode, and a reverse parallel diode provided in each of the upper arm and the lower arm.
The chopper circuit includes an inductor, a recirculation diode that causes a recirculation current flowing due to the stored energy of the inductor to flow through the smoothing capacitor, and a switching element for a buck-boost chopper.
One of the switching elements for the inverter is also used as the switching element for the buck-boost chopper.
When the dual-purpose switching element is in the off state, the diode of the inverter cuts off the path for directly charging the smoothing capacitor from the rectified voltage obtained by rectifying the AC voltage of the commercial AC power supply. Device.
被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
平滑用コンデンサの平滑直流電圧を交流電圧に変換し、前記加熱コイルと共振コンデンサを含む共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータと、
商用交流電源の交流電圧を前記平滑直流電圧に変換し、前記インバータに印加するチョッパ回路と、
を備えた電磁誘導加熱装置であって、
前記インバータは、インバータ用スイッチング素子とダイオードの直列回路からなる上アームと、インバータ用スイッチング素子とダイオードの直列回路からなる下アームと、該上アームと該下アームのそれぞれに設けられる逆並列ダイオードと、で構成される第一の上下アームを有し、
前記チョッパ回路は、インダクタと、前記インダクタの蓄積エネルギーによって流れる環流電流を前記平滑用コンデンサに流す環流ダイオードと、昇降圧チョッパ用スイッチング素子と、を備え、
前記インバータ用スイッチング素子は、前記昇降圧チョッパ用スイッチング素子と兼用され、
兼用されたスイッチング素子がオフ状態の場合、同アームに含まれる前記ダイオードは前記商用交流電源の交流電圧から前記平滑用コンデンサを直接充電する経路を遮断することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
A heating coil that induces and heats the object to be heated,
An inverter that converts the smoothing DC voltage of the smoothing capacitor into an AC voltage and supplies high-frequency power to the resonance load circuit including the heating coil and the resonance capacitor.
A chopper circuit that converts the AC voltage of a commercial AC power supply into the smooth DC voltage and applies it to the inverter.
It is an electromagnetic induction heating device equipped with
The inverter includes an upper arm consisting of a series circuit of an inverter switching element and a diode, a lower arm consisting of a series circuit of an inverter switching element and a diode, and an antiparallel diode provided in each of the upper arm and the lower arm. Has a first upper and lower arm composed of,
The chopper circuit includes an inductor, a recirculation diode that causes a recirculation current flowing due to the stored energy of the inductor to flow through the smoothing capacitor, and a switching element for a buck-boost chopper.
The inverter switching element is also used as the buck-boost chopper switching element.
An electromagnetic induction heating device characterized in that when a switching element also used is in an off state, the diode included in the arm cuts off a path for directly charging the smoothing capacitor from the AC voltage of the commercial AC power supply.
請求項1または2に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記インバータは、さらに、2個のインバータ用スイッチング素子の直列回路で構成される第二の上下アームを有し、
前記第一の上下アームと該第二の上下アームの出力端子間に、前記共振負荷回路を接続したことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
In the electromagnetic induction heating device according to claim 1 or 2.
The inverter further has a second upper and lower arm composed of a series circuit of two inverter switching elements.
An electromagnetic induction heating device, characterized in that the resonance load circuit is connected between the output terminals of the first upper and lower arms and the second upper and lower arms.
請求項3に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記第一の上下アームの出力端子と前記共振負荷回路の間に、前記第一の上下アームの出力端子から前記共振負荷回路を切り離すスイッチを備えたことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
In the electromagnetic induction heating device according to claim 3,
An electromagnetic induction heating device comprising a switch between the output terminal of the first upper and lower arm and the resonance load circuit to disconnect the resonance load circuit from the output terminal of the first upper and lower arm.
請求項1から4の何れか一項に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記チョッパ回路のインダクタには電流が断続して流れることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
In the electromagnetic induction heating device according to any one of claims 1 to 4.
An electromagnetic induction heating device characterized in that an electric current flows intermittently through the inductor of the chopper circuit.
請求項1から5の何れか一項に記載の電磁誘導加熱装置において、
複数台の前記インバータを駆動する場合、各々に流れる電流位相をずらして駆動することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
In the electromagnetic induction heating device according to any one of claims 1 to 5.
When driving a plurality of the inverters, the electromagnetic induction heating device is characterized in that the current flowing in each of the inverters is driven by shifting the phase.
請求項1から5の何れか一項に記載の電磁誘導加熱装置において、
設定された火力が大きいほど、兼用されるスイッチング素子のオン時間dutyが大きくなることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
In the electromagnetic induction heating device according to any one of claims 1 to 5.
An electromagnetic induction heating device characterized in that the larger the set thermal power, the larger the on-time duty of the switching element that is also used.
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