WO2007042316A1 - Verfahren zur topferkennung und induktionsheizeinrichtung - Google Patents

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WO2007042316A1
WO2007042316A1 PCT/EP2006/009914 EP2006009914W WO2007042316A1 WO 2007042316 A1 WO2007042316 A1 WO 2007042316A1 EP 2006009914 W EP2006009914 W EP 2006009914W WO 2007042316 A1 WO2007042316 A1 WO 2007042316A1
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WO
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voltage
crossing
zero
link capacitor
zero crossing
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Application number
PCT/EP2006/009914
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Schilling
Ralf Dorwarth
Tobias SCHÖNHERR
Martin Volk
Original Assignee
E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/05—Heating plates with pan detection means

Definitions

  • the invention relates to an induction heater and an associated method for pot detection.
  • an induction coil is subjected to an alternating voltage or an alternating current, whereby eddy currents are induced in a cookware or cooking vessel which is magnetically coupled to the induction coil and is heated.
  • the eddy currents cause heating of the cookware.
  • a cooking or heating device such as a stove, may have a plurality of heating zones, each heating zone is associated with each one induction heating.
  • the mains input voltage is usually first rectified by means of a rectifier into a DC supply voltage or intermediate circuit voltage and then processed to generate the high-frequency drive voltage with the aid of one or more switching means, generally insulated gate bipolar transistors (IGBT) ,
  • IGBT insulated gate bipolar transistors
  • a first converter variant forms a converter in full-bridge circuit, in which the induction coil and a capacitor are connected in series between two so-called half bridges. The half bridges are each looped between the intermediate circuit voltage and the reference potential.
  • the induction coil and the capacitor form a series resonant circuit.
  • Another converter variant forms a half-bridge circuit of two IGBTs, wherein the induction coil and two capacitors, which are connected in series between the intermediate circuit voltage and the reference potential, form a series resonant circuit.
  • the induction coil is connected to a connection to a connection point of the two capacitors and to its other connection to a connection point of the two IGBTs forming the half-bridge.
  • a variant optimized from a cost point of view uses only one switching means or an IGBT, wherein the induction coil and a capacitor form a parallel resonant circuit. Between the output terminals of the rectifier, parallel to the DC link capacitor, the parallel resonant circuit of induction coil and capacitor are connected in series with the IGBT.
  • Such converters are also referred to as Eintransistorumrichter.
  • pan detection is often desired or necessary.
  • pot detection is checked whether a cooking vessel or a pot in a heating zone of the cooking or heating device, such as a stove, is located. From the result of the review For example, it can be made dependent on whether the heating power given by a user for a heating zone is actually released or output.
  • a pan detection system in which not the induction coil but an inductive sensor is used for pot detection, the effective inductance changes depending on whether a cooking vessel or a pot in a heating zone of the cooking or heating device located.
  • the inductive sensor is part of a resonant circuit whose resonant frequency changes as a function of the effective inductance of the sensor.
  • the invention has for its object to provide a method for pot detection for an induction heater and an induction heater available that allow a reliable, simple and inexpensive pan detection.
  • the invention solves this problem by a method having the features of claim 1 and an induction heater with the features of claim 5.
  • Advantageous and preferred embodiments of the invention are the subject of further claims and are explained in more detail below. The wording of the claims is incorporated herein by express reference.
  • a voltage at the intermediate circuit capacitor is evaluated for pan detection.
  • the voltage applied to the intermediate circuit capacitor changes as a function of whether a cooking vessel is located on a hotplate associated with the induction heater or not.
  • a zero-crossing voltage is determined at the DC link capacitor at the time of a zero crossing of the AC mains voltage and a pot is detected when the zero-crossing voltage is smaller than a predefinable maximum value.
  • a calibration during a startup can take place such that a reference cooking vessel is placed on the heating zone and the voltage value resulting during a heating operation at the intermediate circuit capacitor in the zero-voltage range gear is stored as a reference value.
  • the calculation of the maximum value can be based on the stored reference value.
  • a voltage curve on the intermediate circuit capacitor is determined in a predefinable time range about a zero crossing of the mains alternating voltage, an average of the voltage profile is determined in the predeterminable time range and a pot is detected if the mean value is smaller than a predefinable maximum value. Due to the averaging, possibly occurring disturbances can be effectively suppressed.
  • the predefinable time range preferably begins 1 ms before the zero crossing and ends 1 ms after the zero crossing.
  • the induction heating device comprises an induction coil and a converter for generating a drive voltage for the induction coil with a rectifier, which rectifies a mains AC voltage, a DC link capacitor, which is looped between output terminals of the rectifier and the rectified voltage or the DC link voltage buffers, and a pan detection device.
  • the pan detection device is designed such that it evaluates a voltage at the DC link capacitor for pot detection.
  • this comprises a network zero crossing determination device for determining a zero crossing of the AC mains voltage and a voltage measuring device for measuring the voltage at the DC link capacitor, wherein the pan detection device is coupled to the network zero crossing detection device and the voltage measuring device and is set up such that it has a zero-crossing voltage at the DC link capacitor at the time a zero crossing of the mains AC voltage detected and detects a pot when the zero-crossing voltage is smaller than a predetermined maximum value.
  • the network zero crossing detection means is used to synchronize the voltage measurement on the link capacitor with the line zero crossing.
  • the voltage measuring device comprises a voltage divider which is connected in parallel to the intermediate circuit capacitor and at whose center tap an evaluation voltage is applied.
  • the voltage divider is used to transform the voltage at the DC link capacitor to a level that is suitable for evaluation, for example by a microcontroller.
  • the converter is a single-transistor converter, a converter in half-bridge circuit or a converter in full-bridge circuit.
  • Fig. 1 is a circuit diagram of an induction heater according to the invention and Fig. 2 shows timing diagrams of an AC line voltage and a voltage at a DC link capacitor of Fig. 1 for a case in which no cooking vessel is present in a heating zone, and for a case in which a cooking vessel is present in the heating zone.
  • Fig. 1 shows a circuit diagram of an induction heater with a single-transistor converter EU.
  • the induction heating device is part of a cooking or heating device, not shown, for example, a stove, which may have a plurality of heating zones, each heating zone is associated with each one induction heating.
  • the induction heater is used for inductive heating of a cookware KG.
  • the Eintransistorumrichter EU includes a bridge rectifier GL 1 of an input AC voltage UN of 230V and 50Hz generates a DC link voltage UZ, a buffer or DC link capacitor C1 for stabilizing or buffering the DC link voltage UZ, which is looped between output terminals N1 and N2 of the rectifier GL, a Induction coil L1 and a capacitor C2, which are connected in parallel and form a parallel resonant circuit, a controllable switching means in the form of an IGB transistor T1, which is looped in series with the resonant circuit between the output terminals N1 and N2 of the rectifier GL, a freewheeling diode D1, the is connected in parallel to a collector-emitter path of the IGB transistor T1, a Netznull diegangsars- device NE for determining a zero crossing of the AC line voltage UN, a voltage measuring device for measuring the voltage UZ on the DC link capacitor C1 in the form of Wi resistors R1 and R2, which form
  • control unit SE controls the IGBT T1 in a conventional manner.
  • the network zero crossing determining device NE is coupled to the control unit SE and signals this one zero crossing of the mains alternating voltage UN.
  • the evaluation voltage UA present at the center tap N3 serves as input voltage for the control unit SE, which may have, for example, an integrated A / D converter for digitizing the evaluation voltage UA.
  • the control unit SE in conjunction with the voltage measuring device and the network zero crossing determination device NE form or implement a pan detection device, wherein the control unit SE determines the level of the intermediate circuit voltage UZ by measuring the evaluation voltage UA in the system zero crossing, which is signaled to it by the network zero crossing detection device NE , The control unit SE evaluates the intermediate circuit voltage UZ or the evaluation voltage UA at zero crossing in order to determine whether a cooking vessel KG is located on a cooking coil associated with the induction coil L1.
  • Fig. 2 shows timing diagrams of the AC line voltage UN and the voltage UZ on the DC link capacitor C1.
  • the voltage UZ is shown for a case in which no cooking vessel KG is present in a heating zone.
  • the voltage UZ is shown for a case where a cooking vessel KG is present in the heating zone.
  • the attenuation of the parallel resonant circuit of capacitor C2 and inductor L1 is low because no or only a small active power in the resonant circuit or the components of the inverter EU is consumed.
  • the voltage at the DC link capacitor C1 decreases only slightly with decreasing mains AC voltage UN, since the energy stored in the DC link capacitor C1 is sufficient to supply the components.
  • the intermediate circuit or evaluation voltage UA determined by the control unit SE in the system zero crossing exceeds a preset maximum value, which may be, for example, in a range from 5V to 50V, in particular 10V to 30V, ie the control unit SE detects or determines that no cooking vessel KG is in the heating zone.
  • the damping of the parallel resonant circuit of capacitor C2 and induction coil L1 is large, since active power is transmitted from the induction coil L1 in the cooking vessel KG.
  • the intermediate circuit voltage UZ therefore decreases approximately in the same way as the mains alternating voltage UN or again, so that in the line zero crossing an intermediate circuit voltage UZ and an evaluation voltage UA of approximately OV are present.
  • the intermediate circuit or evaluation voltage UA determined by the control unit SE in the system zero crossing falls below the preset maximum value, ie. the control unit detects or determines that a cooking vessel KG is in the heating zone.
  • the maximum value can also be specified or set dynamically instead of static. For example, a calibration can be carried out at a startup of the cooking appliance such that a reference cooking vessel is placed on the heating zone and the resulting Span ⁇ ungswert the DC link capacitor C1 in the network zero crossing is stored as a reference value in the control unit SE. The calculation of the maximum value can then take place on the basis of the stored reference value.
  • the voltage profile at the intermediate circuit capacitor C1 can be determined and stored in a predefinable time range about a zero crossing of the mains alternating voltage UN and an average value of the stored voltage profile can be calculated in the predeterminable time range.
  • a cooking vessel KG can then be recognized, for example, if the mean value is smaller than the predefinable maximum value.
  • the predefinable time range can start, for example, 1 ms before the zero crossing and end 1 ms after the zero crossing.
  • the embodiments shown can of course also be operated at AC mains voltages with other voltages and frequencies.

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Abstract

Ein Verfahren zur Topferkennung für eine Induktionsheizeinrichtung und eine Induktionsheizeinrichtung sind beschrieben. Erfindungsgemäß wird eine Spannung (UZ) an einem Zwischenkreiskondensator (C1) zur Topferkennung ausgewertet.

Description

Beschreibung Verfahren zur Topferkennunq und Induktionsheizeinrichtunα
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizeinrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren zur Topferkennung.
Bei Induktionsheizeinrichtungen wird eine Induktionsspule mit einer Wechselspannung bzw. einem Wechselstrom beaufschlagt, wodurch in einem magnetisch mit der Induktionsspule gekoppelten, zu erhitzenden Kochgeschirr bzw. Kochgefäß Wirbelströme induziert werden. Die Wirbelströme bewirken eine Erhitzung des Kochgeschirrs. Ein Koch- oder Wärmegerät, beispielsweise ein Herd, kann mehrere Heizzonen aufweisen, wobei jeder Heizzone jeweils eine Induktionsheizeinrichtungen zugeordnet ist.
Zur Ansteuerung der Induktionsspule sind unterschiedliche Schaltungsanordnungen und Ansteuerverfahren bekannt. Allen Schaltungs- bzw. Verfahrensvarianten ist gemeinsam, dass sie aus einer niederfrequenten Netzeingangsspannung eine hochfrequente Ansteuerspannung für die Induktionsspule erzeugen. Derartige Schaltungen werden als Umrichter bezeichnet.
Zur Umrichtung bzw. Frequenzwandlung wird üblicherweise zunächst die Netzeingangsspannung mit Hilfe eines Gleichrichters in eine Versorgungsgleichspannung bzw. Zwischenkreisspannung gleichgerichtet und anschließend zur Erzeugung der hochfrequenten Ansteuerspannung mit Hilfe von einem oder mehreren Schaltmitteln, im allgemeinen Insulated- Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), aufbereitet. Am Ausgang des Gleichrichters, d.h. zwischen der Zwischenkreisspannung und einem Bezugspotential, ist üblicherweise ein so genannter Zwischenkreiskondensator zur Pufferung der Zwischenkreisspannung vorgesehen. Eine erste Umrichtervariante bildet ein Umrichter in Vollbrückenschal- tung, bei dem zwischen zwei so genannten Halbbrücken die Induktionsspule und ein Kondensator seriell eingeschleift sind. Die Halbbrücken sind jeweils zwischen die Zwischenkreisspannung und das Bezugspotential eingeschleift. Die Induktionsspule und der Kondensator bilden einen Serienschwingkreis.
Eine weitere Umrichtervariante bildet eine Halbbrückenschaltung aus zwei IGBTs, wobei die Induktionsspule und zwei Kondensatoren, die seriell zwischen die Zwischenkreisspannung und das Bezugspotential eingeschleift sind, einen Serienschwingkreis bilden. Die Induktionsspule ist mit einem Anschluss mit einem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren und mit ihrem anderen Anschluss mit einem Verbindungspunkt der beiden die Halbbrücke bildenden IGBTs verbunden.
Sowohl die Variante mit Vollbrücke als auch die Variante mit Halbbrücke sind aufgrund der großen Anzahl benötigter Bauteile, insbesondere von IGBTs, jedoch vergleichsweise teuer.
Eine aus Kostengesichtspunkten optimierte Variante verwendet daher nur ein Schaltmittel bzw. einen IGBT, wobei die Induktionsspule und ein Kondensator einen Parallelschwingkreis bilden. Zwischen die Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters, parallel zum Zwischenkreiskon- densator sind der Parallelschwingkreis aus Induktionsspule und Kondensator seriell mit dem IGBT eingeschleift. Derartige Umrichter werden auch als Eintransistorumrichter bezeichnet.
Bei Koch- oder Wärmegeräten, die eine oder mehrere Induktionsheizeinrichtungen umfassen, ist häufig eine Topferkennung gewünscht bzw. notwendig. Bei der Topferkennung wird überprüft, ob sich ein Kochgefäß bzw. ein Topf in einer Heizzone des Koch- oder Wärmegeräts, beispielsweise eines Herdes, befindet. Vom Ergebnis der Überprüfung kann beispielsweise abhängig gemacht werden, ob die von einem Benutzer vorgegebene Heizleistung für eine Heizzone tatsächlich freigegeben bzw. ausgegeben wird oder nicht.
In der DE 42 08 249 A1 ist ein Verfahren zur Topferkennung beschrieben, bei dem ein Schwingkreis, der die Induktionsspule umfasst, zu einer Schwingung angeregt wird. Die Dämpfung der Schwingung wird zur Topferkennung ausgewertet.
In der EP 0 442 275 A2 ist ein Topferkennungssystem beschrieben, bei dem nicht die Induktionsspule sondern ein induktiver Sensor zur Topferkennung verwendet wird, dessen wirksame Induktivität sich in Abhängigkeit davon ändert, ob sich ein Kochgefäß bzw. ein Topf in einer Heizzone des Koch oder Wärmegerätes befindet. Der induktive Sensor ist Teil eines Schwingkreises, dessen Resonanzfrequenz sich in Abhängigkeit von der wirksamen Induktivität des Sensors verändert.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Topferkennung für eine Induktionsheizeinrichtung und eine Induktionsheizeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine zuverlässige, einfache und kostengünstige Topferkennung ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Induktionsheizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Spannung am Zwi- schenkreiskondensator zur Topferkennung ausgewertet. Die am Zwi- schenkreiskondensator anliegende Spannung ändert sich in Abhängigkeit davon, ob sich ein Kochgefäß auf einer der Induktionsheizeinrichtung zugeordneten Kochstelle befindet oder nicht. Wenn ein Kochgefäß während eines Heizbetriebs von einer Kochstelle entfernt oder auf der Kochstelle derart verschoben wird, dass eine magnetische Kopplung zwischen der Induktionsspule und dem Kochgefäß abnimmt, verringert sich die durch den Umrichter aus dem Zwischenkreiskondensator entnommene Wirkleistung und die Dämpfung eines Schwingkreises, dessen induktive Komponente die Induktionsspule darstellt. Dies bewirkt, dass die am Zwischenkreiskondensator anliegende Spannung, insbesondere im Bereich eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung, zunimmt, da der Zwischenkreiskondensator nicht mehr vollständig entladen wird. Die Spannung am Zwischenkreiskondensator kann daher zur Topferkennung ausgewertet werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Nulldurchgangsspannung am Zwischenkreiskondensator zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung ermittelt und ein Topf erkannt, wenn die Nulldurchgangsspannung kleiner als ein vorgebbarer Maximalwert ist. Durch Messen der Höhe der Zwischenkreisspannung bzw. der Spannung am Zwischenkreiskondensator zum Zeitpunkt des Netznulldurchgangs kann auf die eingespeiste Wirkleistung bzw. die Dämpfung des Schwingkreises und somit auf das Vorhandensein eines Kochgefäßes bzw. eines Topfs geschlossen werden. Der Maximalwert kann hierbei statisch vorgegeben werden und beispielsweise in einem Bereich von 10V bis 50V liegen. Er kann jedoch auch dynamisch vorgegeben bzw. eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Kalibrierung bei einer Inbetriebnahme derart erfolgen, dass ein Referenzkochgefäß auf die Heizzone gestellt wird und der sich während eines Heizbetriebs ergebende Spannungswert am Zwischenkreiskondensator im Netznulldurch- gang als ein Referenzwert gespeichert wird. Die Berechnung des Maximalwerts kann auf Basis des gespeicherten Referenzwertes erfolgen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein Spannungsverlauf am Zwischenkreiskondensator in einem vorgebbaren Zeitbereich um einen Nulldurchgang der Netzwechselspannung ermittelt, ein Mittelwert des Spannungsverlaufs in dem vorgebbaren Zeitbereich ermittelt und ein Topf erkannt, wenn der Mittelwert kleiner als ein vorgebbarer Maximalwert ist. Durch die Mittelwertbildung können gegebenenfalls auftretende Störgrößen effektiv unterdrückt werden. Bevorzugt beginnt der vorgebbare Zeitbereich 1 ms vor dem Nulldurchgang und endet 1ms nach dem Nulldurchgang.
Die erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung umfasst eine Induktionsspule und einen Umrichter zur Erzeugung einer Ansteuerspannung für die Induktionsspule mit einem Gleichrichter, der eine Netzwechselspannung gleichrichtet, einem Zwischenkreiskondensator, der zwischen Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters eingeschleift ist und die gleichgerichtete Spannung bzw. die Zwischenkreisspannung puffert, und einer Topferkennungseinrichtung. Die Topferkennungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie eine Spannung am Zwischenkreiskondensator zur Topferkennung auswertet.
In einer Weiterbildung der Induktionsheizeinrichtung umfasst diese eine Netznulldurchgangsermittlungseinrichtung zur Ermittlung eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung und eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Spannung am Zwischenkreiskondensator, wobei die Topferkennungseinrichtung mit der Netznulldurchgangsermitt- lungseinrichtung und der Spannungsmesseinrichtung gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass sie eine Nulldurchgangsspannung am Zwischenkreiskondensator zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung ermittelt und einen Topf erkennt, wenn die Nulldurchgangsspannung kleiner als ein vorgebbarer Maximalwert ist. Die Netz- nulldurchgangsermittlungseinrichtung wird zur Synchronisation der Spannungsmessung am Zwischenkreiskondensator mit dem Netznulldurchgang verwendet.
In einer Weiterbildung der Induktionsheizeinrichtung umfasst die Spannungsmesseinrichtung einen Spannungsteiler, der dem Zwischenkreiskondensator parallel geschaltet ist und an dessen Mittelabgriff eine Auswertespannung anliegt. Der Spannungsteiler dient zur Transformation der Spannung am Zwischenkreiskondensator auf einen Pegel, der zur Auswertung, beispielsweise durch einen Mikrocontroller, geeignet ist.
In einer Weiterbildung der Induktionsheizeinrichtung ist der Umrichter ein Eintransistorumrichter, ein Umrichter in Halbbrückenschaltung oder ein Umrichter in Vollbrückenschaltung.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwi- schen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung und Fig. 2 Zeitablaufdiagramme einer Netzwechselspannung und einer Spannung an einem Zwischenkreiskondensator von Fig. 1 für einen Fall, bei dem kein Kochgefäß in einer Heizzone vorhanden ist, und für einen Fall, bei dem ein Kochgefäß in der Heizzone vorhanden ist.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Induktionsheizeinrichtung mit einem Eintransistorumrichter EU. Die Induktionsheizeinrichtung ist Teil eines nicht gezeigten Koch- oder Wärmegeräts, beispielsweise eines Herds, das mehrere Heizzonen aufweisen kann, wobei jeder Heizzone jeweils eine Induktionsheizeinrichtungen zugeordnet ist. Die Induktionsheizeinrichtung dient zur induktiven Erwärmung eines Kochgeschirrs KG.
Der Eintransistorumrichter EU umfasst einen Brückengleichrichter GL1 der aus einer Eingangsnetzwechselspannung UN von 230V und 50Hz eine Zwischenkreisspannung UZ erzeugt, einen Puffer- oder Zwischenkreiskondensator C1 zur Stabilisierung bzw. Pufferung der Zwischenkreisspannung UZ, der zwischen Ausgangsanschlüsse N1 und N2 des Gleichrichters GL eingeschleift ist, eine Induktionsspule L1 und einen Kondensator C2, die parallel geschaltet sind und einen Parallelschwingkreis bilden, ein ansteuerbares Schaltmittel in Form eines IGB- Transistors T1 , der in Serie mit dem Schwingkreis zwischen die Ausgangsanschlüsse N1 und N2 des Gleichrichters GL eingeschleift ist, eine Freilaufdiode D1 , die parallel zu einer Kollektor-Emitter-Strecke des IGB-Transistors T1 geschaltet ist, eine Netznulldurchgangsermittlungs- einrichtung NE zur Ermittlung eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung UN, eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Spannung UZ am Zwischenkreiskondensator C1 in Form der Widerstände R1 und R2, die einen Spannungsteiler bilden, der dem Zwischenkreiskondensator C1 parallel geschaltet ist und an dessen Mittelabgriff N3 eine Auswertespannung UA anliegt, und eine Steuereinheit SE, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors oder eines digitalen Signalprozessors.
Zur Heizleistungserzeugung steuert die Steuereinheit SE den IGBT T1 in herkömmlicher Weise an.
Die Netznulldurchgangsermittlungseinrichtung NE ist mit der Steuereinheit SE gekoppelt und signalisiert dieser einen Nulldurchgang der Netzwechselspannung UN. Die am Mittelabgriff N3 anliegende Auswertespannung UA dient als Eingangsspannung für die Steuereinheit SE, die beispielsweise einen integrierten A/D-Wandler zur Digitalisierung der Auswertespannung UA aufweisen kann.
Die Steuereinheit SE in Verbindung mit der Spannungsmesseinrichtung und der Netznulldurchgangsermittlungseinrichtung NE bilden bzw. implementieren eine Topferkennungseinrichtung, wobei die Steuereinheit SE im Netznulldurchgang, der ihr durch die Netznulldurchgangsermitt- lungseinrichtung NE signalisiert wird, die Höhe der Zwischenkreisspan- nung UZ durch Messen der Auswertespannuπg UA bestimmt. Die Steuereinheit SE wertet die Zwischenkreisspannung UZ bzw. die Auswertespannung UA im Nulldurchgang aus, um zu bestimmen, ob sich ein Kochgefäß KG auf einer der Induktionsspule L1 zugeordneten Kochstelle befindet.
Fig. 2 zeigt Zeitablaufdiagramme der Netzwechselspannung UN und der Spannung UZ am Zwischenkreiskondensator C1. Im oberen Diagramm ist die Spannung UZ für einen Fall gezeigt, bei dem kein Kochgefäß KG in einer Heizzone vorhanden ist. Im unteren Diagramm ist die Spannung UZ für einen Fall gezeigt, bei dem ein Kochgefäß KG in der Heizzone vorhanden ist.
Wenn kein Kochgefäß KG vorhanden ist, ist die Dämpfung des Parallelschwingkreises aus Kondensator C2 und Induktionsspule L1 gering, da keine bzw. nur eine geringe Wirkleistung im Schwingkreis bzw. den Komponenten des Umrichters EU verbraucht wird. Dies hat zur Folge, dass die Spannung am Zwischenkreiskondensator C1 bei abnehmender Netzwechselspannung UN nur geringfügig abnimmt bzw. einbricht, da die im Zwischenkreiskondensator C1 gespeicherte Energie ausreicht, die Komponenten zu versorgen. Die von der Steuereinheit SE im Netznulldurchgang ermittelte Zwischenkreis- bzw. Auswertespannung UA überschreitet in diesem Fall einen voreingestellten Maximalwert, der beispielsweise in einem Bereich von 5V bis 50V, insbesondere 10V bis 30V, liegen kann, d.h. die Steuereinheit SE erkennt bzw. bestimmt, dass sich kein Kochgefäß KG in der Heizzone befindet.
Wenn jedoch ein Kochgefäß KG vorhanden ist, ist die Dämpfung des Parallelschwingkreises aus Kondensator C2 und Induktionsspule L1 groß, da Wirkleistung von der Induktionsspule L1 in das Kochgefäß KG übertragen wird. Dies hat zur Folge, dass die Spannung am Zwischenkreiskondensator C1 bei abnehmender Netzwechselspannung UN stark abnimmt bzw. einbricht, da die im Zwischenkreiskondensator C1 gespeicherte Energie nicht mehr ausreicht, die Zwischeπkreisspannung UZ zu puffern. Die Zwischenkreisspannung UZ nimmt daher in etwa wie die Netzwechselspannung UN ab bzw. wieder zu, so dass im Netznulldurchgang eine Zwischenkreisspannung UZ und eine Auswertespannung UA von ca. OV anliegen. Die von der Steuereinheit SE im Netznulldurchgang ermittelte Zwischenkreis- bzw. Auswertespannung UA unterschreitet in diesem Fall den voreingestellten Maximalwert, d.h. die Steuereinheit erkennt bzw. bestimmt, dass sich ein Kochgefäß KG in der Heizzone befindet.
Der Maximalwert kann anstatt statisch vorgegeben zu werden auch dynamisch vorgegeben bzw. eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Kalibrierung bei einer Inbetriebnahme des Kochgerätes derart erfolgen, dass ein Referenzkochgefäß auf die Heizzone gestellt wird und der sich ergebende Spanπungswert am Zwischenkreiskondensator C1 im Netz- nulldurchgang als ein Referenzwert in der Steuereinheit SE gespeichert wird. Die Berechnung des Maximalwerts kann dann auf Basis des gespeicherten Referenzwertes erfolgen.
Anstatt des gezeigten Eintransistorumrichters können selbstverständlich auch ein Umrichter in Halbbrückenschaltung oder ein Umrichter in VoII- brückenschaltung verwendet werden.
Zusätzlich oder alternativ zur Auswertung der Spannung am Zwischen- kreiskondensator C1 im Nulldurchgang kann der Spannungsverlauf am Zwischenkreiskondensator C1 in einem vorgebbaren Zeitbereich um einen Nulldurchgang der Netzwechselspannung UN ermittelt und gespeichert und ein Mittelwert des gespeicherten Spannungsverlaufs in dem vorgebbaren Zeitbereich berechnet werden. Ein Kochgefäß KG kann dann beispielsweise erkannt werden, wenn der Mittelwert kleiner als der vorgebbare Maximalwert ist. Der vorgebbare Zeitbereich kann beispielsweise 1ms vor dem Nulldurchgang beginnen und 1ms nach dem Nulldurchgang enden.
Die gezeigten Ausführungsformen lassen sich selbstverständlich auch bei Netzwechselspannungen mit anderen Spannungen und Frequenzen betreiben.
Die gezeigt Auswertung der Zwischenkreisspannung im Netznulldurchgang ermöglicht eine einfache und zuverlässige Topferkennung während eines Heizbetriebs.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Topferkennung für eine Induktionsheizeinrichtung mit einer Induktionsspule (L1 ) und einem Umrichter (EU) zur Erzeugung einer Ansteuerspannung für die Induktionsspule (L1 ) mit einem Gleichrichter (GL), der eine Netzwechselspannung (UN) gleichrichtet, und einem Zwischenkreiskondensator (C1 ), der zwischen Ausgangsanschlüsse (N1, N2) des Gleichrichters (GL) eingeschleift ist und die gleichgerichtete Spannung (UZ) puffert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung (UZ) am Zwischenkreiskondensator (C1) zur Topferkennung ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Nulldurchgangsspannung am Zwischenkreiskondensator (C1) zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung (UN) ermittelt wird und ein Kochgefäß (KG) erkannt wird, wenn die Nulldurchgangsspannung kleiner als ein vorgebbarer Maximalwert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsverlauf am Zwischenkreiskondensator (C1) in einem vorgebbaren Zeitbereich um einen Nulldurchgang der Netzwechselspannung (UN) ermittelt wird, ein Mittelwert des Spannungsverlaufs in dem vorgebbaren Zeitbereich ermittelt wird und ein Kochgefäß (KG) erkannt wird, wenn der Mittelwert kleiner als ein vorgebbarer Maximalwert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Zeitbereich 1ms vor dem Nulldurchgang beginnt und 1 ms nach dem Nulldurchgang endet.
5. Induktionsheizeinrichtung mit einer Induktionsspule (L1), einem Umrichter (EU) zur Erzeugung einer Ansteuerspannung für die Induktionsspule (L1) mit einem Gleichrichter (GL), der eine Netzwechselspannung (UN) gleichrichtet, einem Zwischenkreiskondensator (C1 ), der zwischen Ausgangsanschlüsse (N1 , N2) des Gleichrichters (GL) eingeschleift ist und die gleichgerichtete Spannung (UG) puffert, und einer Topferkennungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Topferkennungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie eine Spannung (UZ) am Zwischenkreiskondensator (C1 ) zur Topferkennung auswertet.
6. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Netznulldurchgangsermittlungseinrichtung (NE) zur Ermittlung eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung und eine Spannungsmesseinrichtung (R1 , R2) zur Messung der Spannung (UZ) am Zwischenkreiskondensator (C1), wobei die Topferkennungseinrichtung mit der Netznulldurchgangs- ermittlungseinrichtung (NE) und der Spannungsmesseinrichtung (R1 , R2) gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass sie eine Nulldurchgangsspannung am Zwischenkreiskondensator (C1 ) zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Netzwechselspannung (UN) ermittelt und ein Kochgefäß (KG) er- kennt, wenn die Nulldurchgangsspannung kleiner als ein vorgebbarer Maximalwert ist.
7. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesseinrichtung einen Spannungsteiler (R1 , R2) umfasst, der dem Zwischenkreiskondensator (C1 ) parallel geschaltet ist und an dessen Mittelabgriff (N3) eine Auswertespannung (UA) anliegt.
8. Induktionsheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter ein Eintransistorumrichter (ET), ein Umrichter in Halbbrückenschaltung oder ein Umrichter in Vollbrückenschaltung ist.
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