WO2022248174A1 - Haushaltsgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer haushaltsgerätevorrichtung - Google Patents

Haushaltsgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer haushaltsgerätevorrichtung Download PDF

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WO2022248174A1
WO2022248174A1 PCT/EP2022/061928 EP2022061928W WO2022248174A1 WO 2022248174 A1 WO2022248174 A1 WO 2022248174A1 EP 2022061928 W EP2022061928 W EP 2022061928W WO 2022248174 A1 WO2022248174 A1 WO 2022248174A1
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WO
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unit
voltage
bootstrap
household appliance
appliance device
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/061928
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arturo Acevedo Simon
Carlos CALVO MESTRE
David Cros Querol
Cristina Diez Esteban
Manuel Fernandez Martinez
Guillermo Lazaro Amatriain
Jorge Pascual Aza
Diego Puyal Puente
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Hausgeräte GmbH
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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

Definitions

  • the invention relates to a household appliance device according to the preamble of claim 1 and a method for operating a household appliance device according to the preamble of claim 11.
  • Induction cooktops are known from the prior art, which include an inverter with two switching units and a driver circuit with a bootstrap unit, a control voltage of at least one of the switching units being set via the bootstrap unit.
  • a parameter of the bootstrap unit for example a capacity and/or resistance, can also be changed in order to enable dynamic adaptation to different operating states.
  • the object of the invention is in particular, but not limited to, to provide a generic device with improved properties in terms of operational reliability.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 11, while advantageous refinements and further developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on a household appliance device, in particular an induction cooking appliance device, with at least one switching unit and with at least one driver circuit which is intended to set a control voltage for the switching unit and which has a bootstrap unit which includes an adaptation unit which is provided for this purpose is to change at least one parameter of the bootstrap unit.
  • the bootstrap unit has a voltage limiting unit for limiting a bootstrap voltage drop across the matching unit.
  • a generic household appliance device with improved properties in terms of operational reliability can be provided.
  • the driver and/or the switching unit can be protected against damage caused by overvoltages.
  • Operating reliability and/or an operating time of the household appliance device can also be advantageously increased by effectively reducing, preferably minimizing, negative influences from stray impedances, in particular on the driver and/or the switching unit.
  • costs can advantageously be kept low.
  • a household appliance device with improved properties in terms of switching behavior can advantageously be made available.
  • a fast response time of the switching unit can be achieved, as a result of which control and/or efficiency of the household appliance device can be improved in particular.
  • a “household appliance device”, in particular an “induction cooking appliance device”, advantageously an “induction hob appliance” should be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of a household appliance, in particular an induction cooking appliance, advantageously an induction hob.
  • a household appliance having the household appliance device is advantageously a cooking appliance, in particular an induction cooking appliance.
  • a household appliance configured as a cooking appliance could be, for example, an oven, in particular an induction oven and/or a microwave and/or a grill, in particular an induction grill and/or a steamer.
  • a household appliance designed as a cooking appliance is advantageously a hob and preferably an induction hob.
  • the domestic appliance device preferably comprises a control unit, at least one inverter and at least one heating element, in particular at least one inductor.
  • the inverter is preferably provided to provide and/or generate an oscillating electric current, preferably with a frequency of at least 1 kHz, in particular at least 10 kHz and advantageously at least 20 kHz, in particular for operating the at least one heating element.
  • the inverter advantageously includes the switching unit.
  • a “switching unit” should be understood to mean a preferably electronic unit which comprises a switching element and is intended to interrupt a conduction path, in particular one comprising at least part of the switching unit.
  • the switching element is preferably designed as a circuit breaker and is intended to switch a current of at least 0.5 A, preferably at least 4 A and particularly preferably at least 10 A, in particular periodically.
  • the switching unit is advantageously designed as a bidirectional unipolar switching unit and includes in particular a control input and a reference voltage connection, a switching state of the switching unit being controllable by a control voltage between the control connection and the reference voltage connection.
  • the reference voltage connection can be at a floating potential.
  • the switching element of the switching unit can be in the form of any switching element that a person skilled in the art considers sensible, preferably a semiconductor switching element, such as a transistor, preferably an FET, a MOSFET and/or an IGBT.
  • a switching unit can also include a number of control inputs, reference voltage connections and/or switching elements.
  • a "conduction path” should be understood as an element which at least temporarily produces an electrically conductive connection between at least two points and/or at least two components.
  • a “floating potential” is to be understood in particular as a potential which changes its potential value, preferably periodically, by at least 10 V, advantageously by at least 50 V, preferably by at least 75 V and particularly preferably by at least 100 V.
  • the driver circuit preferably has at least one driver.
  • a “driver” is to be understood as an electronic unit which comprises a driver input, a driver output and/or preferably two supply voltage connections and is intended to be in at least one operating state, in particular in an operating state in which one of the two supply voltage connections applied voltage exceeds a limit value, in particular at least 8 V, preferably at least 10 V, to amplify a voltage signal and/or potential applied to the driver input, in particular of the control unit, and in particular to feed it to the control terminal of the switching unit.
  • the driver unit can also have a number of driver inputs, driver outputs and/or more than two supply voltage connections.
  • the bootstrap unit is preferably provided to generate and/or provide a bootstrap voltage and in particular to feed it to the two supply voltage connections, as a result of which a switching state of the switching unit can preferably be controlled.
  • the bootstrap voltage corresponds at least essentially to the supply voltage of the driver, which is in particular present at the two supply voltage connections.
  • the bootstrap unit also includes at least one bootstrap resistor and/or at least one bootstrap diode.
  • a “bootstrap capacitance” is to be understood in particular as a unit which comprises at least one capacitor and advantageously at least two capacitors and is intended in particular to provide energy, in particular the bootstrap voltage, in particular to supply the driver.
  • the bootstrap resistor comprises at least one resistance component and advantageously at least two resistance components, and is intended to limit a current flowing into the bootstrap capacitance and/or through the at least one bootstrap diode.
  • the bootstrap unit includes the adjustment unit, which is provided for changing and/or preferably adjusting at least one, preferably electronic, parameter of the bootstrap unit, in particular dynamically.
  • the term “adapt” is intended to mean to optimize and/or adjust to beneficial operation.
  • the adaptation unit preferably comprises the bootstrap capacity. However, it would also be conceivable for the adaptation unit to be designed separately from the bootstrap capacitance.
  • the bootstrap voltage corresponds to the voltage dropped across the matching unit.
  • the voltage limiting unit is intended to limit the bootstrap voltage drop across the adaptation unit, in particular to a maximum value which does not exceed a maximum permissible supply voltage of the driver and/or a maximum gate voltage of the switching element of the switching unit.
  • the voltage limiting unit is preferably arranged electrically upstream of the adjustment unit and in particular arranged electrically parallel to the adjustment unit, specifically preferably between a connection of the adjustment unit to a secondary energy source for supplying energy to the driver.
  • the voltage limiting unit could be embodied as an integrated circuit (IC).
  • the voltage-limiting unit is preferably made up of discrete electrical and/or electronic components, which advantageously makes it possible to provide a particularly simple, cost-effective voltage-limiting unit that is individually adapted to the respective needs of the drivers and/or switching elements used in the switching unit.
  • the household appliance device can also include a number of switching units, driver circuits and/or inverters. Furthermore, the driver circuit can include multiple drivers and/or multiple bootstrap units. The household appliance device can in particular also form the entire household appliance.
  • numerals such as “first” and “second”, which precede certain terms, serve only to distinguish objects and/or to associate objects with one another and do not imply an existing one Total number and/or ranking of objects.
  • a “second object” does not necessarily imply the existence of a "first object”.
  • “Provided” is to be understood to mean specially programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is provided for a specific function should be understood to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the adjustment unit is provided to change the at least one parameter of the bootstrap unit as a function of the bootstrap voltage drop across the adjustment unit. In this way, an advantageously simple control can be achieved.
  • the at least one parameter corresponds to a loading time constant of the bootstrap unit.
  • a “charging time constant” should be understood to mean a charging time of the bootstrap capacity and/or a period of time after which the bootstrap capacity has a voltage value and/or an effective voltage value which is in particular at least 63%, advantageously at least 75%, particularly advantageously at least 80%, preferably at least 90% and particularly preferably at least 95%, of a maximum voltage value and/or maximum effective voltage value of the bootstrap capacitance.
  • the at least one parameter preferably has a value between 10 9 s and 10 5 s and preferably between 10 8 s and 10 6 s, at least in a starting operating state.
  • a "starting operating state" is to be understood in this context as an operating state which starts, in particular immediately, after the domestic appliance device has been started and/or an operating program has been selected and/or an operating program has been changed.
  • the bootstrap capacity is completely discharged at the beginning of the starting operating state, in particular over a longer period of in particular at least 1 ms, advantageously at least 0.5 s, preferably at least 1 s and particularly preferably at least 5 s.
  • the at least one parameter has a value between 10 7 s and 10 3 s and preferably between 10 6 s and 10 4 s, at least in a continuous operating state.
  • a “continuous operating state” should be understood to mean an operating state which, preferably immediately, follows the starting operating state.
  • a maximum voltage value and/or effective voltage value and/or a maximum bootstrap voltage stored in the bootstrap capacitance is at least substantially constant in the continuous operating state at least between two switching operations of the switching unit and preferably between all switching operations of the switching unit.
  • “at least essentially constant” is to be understood as meaning a change by a maximum of 5%, preferably by a maximum of 2% and particularly preferably by a maximum of 1%.
  • an advantageous filter effect in particular filtering of a supply voltage and/or the bootstrap voltage, can be achieved, as a result of which possible leakage currents and/or leakage voltages, which are caused in particular by stray impedances, can be effectively minimized.
  • the at least one parameter could be given by an inductance value of the bootstrap unit, for example.
  • the at least one parameter preferably corresponds to a capacitance value and/or an effective capacitance value of the bootstrap unit.
  • the at least one parameter corresponds to a resistance value and/or an effective resistance value of the bootstrap unit. This can in particular increase the flexibility of the household appliance device.
  • the matching unit comprises at least two capacitors or at least two resistance components which are connected in parallel in at least one operating state, in particular in the starting operating state and/or the continuous operating state. In this way, in particular, a simple construction can be achieved. It is also proposed that the matching unit comprises at least two capacitors or at least two resistance components which are connected in series in at least one operating state, in particular in the starting operating state and/or the continuous operating state. As a result, the domestic appliance device can be adapted in particular flexibly to different requirements.
  • the matching unit includes a bridging switching element, which is provided for bridging and/or at least one component, in particular at least one capacitor and/or at least one resistor component, of the bootstrap unit in at least one operating state, in particular in the starting operating state and/or the continuous operating state
  • the at least one parameter can advantageously be adjusted easily and in particular during operation of the household appliances device.
  • the bridging switching element can be configured as any switching element that a person skilled in the art considers sensible, preferably a semiconductor switching element, such as a transistor, preferably a FET, a MOSFET and/or an IGBT.
  • the matching unit can also have a plurality of preferably identically designed bridging switching elements.
  • the matching unit and/or the bridging switching element could, for example, be controlled by a control signal from the control unit.
  • the adjustment unit and/or the bridging switching element is preferably designed to be self-controlling.
  • the fact that the adjustment unit is "self-controlling" is to be understood as meaning that the adjustment unit, in at least one operating state, automatically and/or independently controls its state, in particular the switching state, in particular as a function of a, in particular instantaneous, voltage value and/or current value of the Driver circuit and / or the bootstrap unit changes.
  • the adjustment unit and/or the bridging switching element is not connected, in particular directly, to the control unit. In this way, an advantageously simple, cost-effective and reliable control can be achieved.
  • the voltage limiting unit has at least one energy store, which is arranged electrically in parallel with the adjustment unit.
  • the driver circuit can advantageously be protected against high-frequency voltage peaks using particularly simple technical means.
  • a particularly fast and advantageous through the energy storage efficient charging of the matching unit capacitors can be achieved.
  • a voltage rise rate and/or an inrush current can advantageously be limited by means of the energy store.
  • the energy store has at least one storage capacitor unit.
  • the storage capacitor unit has at least one storage capacitor.
  • the storage capacitor unit could have a plurality of storage capacitors. A plurality of at least two storage capacitors of the storage capacitor unit could be connected in parallel with one another. Alternatively or additionally, it would also be conceivable for a plurality of at least two storage capacitors of the storage capacitor unit to be arranged in series with one another.
  • the storage capacitor unit preferably has precisely one storage capacitor, as a result of which a particularly cost-effective storage capacitor unit that is technically simple to implement can advantageously be implemented.
  • the storage capacitor unit has a capacitance of between 10 nF and 1 pF.
  • the storage capacitor unit has a capacitance between 20 nF and 900 nF, advantageously between 30 nF and 850 nF, advantageously between 40 nF and 750 nF, preferably between 50 nF and 650 nF and particularly preferably between 60 nF and 550 nF.
  • the capacitance of the storage capacitor unit refers to the effective total capacitance of all storage capacitors of the storage capacitor unit.
  • the voltage limiting unit could be connected to the control unit and be controllable by it with the aid of control signals. In an advantageous embodiment, however, it is proposed that the voltage-limiting unit be designed to be self-controlling. Such an embodiment advantageously makes it possible to provide a particularly compact household appliance device with reduced production and/or material costs.
  • additional connecting lines between the voltage limiting unit and the control unit can be dispensed with. Since the voltage limiting unit is designed to be "self-controlling", it should be understood that the voltage limiting unit was in at least one operating state, its state, in particular the switching state, automatically and/or automatically, in particular particular depending on a particular instantaneous voltage value and / or current value of the driver circuit and / or the bootstrap unit changes.
  • the voltage limiting unit is preferably free of a connection, in particular a direct connection, to the control unit. In this way, an advantageously simple, cost-effective and reliable control can be achieved.
  • the voltage limiting unit has at least one semiconductor switching element, which is provided to establish or disconnect an electrically conductive connection between the matching unit and the energy store depending on a threshold value of the bootstrap voltage drop across the matching unit.
  • the semiconductor switching element is designed as a transistor, for example as an IGBT, preferably as a MOSFET and particularly preferably as an n-channel MOSFET.
  • the semiconductor switching element of the voltage limiting unit is preferably provided to establish or disconnect the electrically conductive connection between the adjustment unit and the energy store and between the adjustment unit and the secondary energy source depending on the threshold value of the bootstrap voltage dropping across the adjustment unit.
  • the semiconductor switching element is preferably provided to disconnect the connection between the adjustment unit and the energy store and between the adjustment unit and the secondary energy source, in particular automatically, when the threshold value is reached and/or exceeded.
  • the semiconductor switching element is preferably provided to establish the connection between the matching unit and the energy store and between the matching unit and the secondary energy source when the threshold value is undershot, in particular automatically.
  • the semiconductor switching element of the voltage limiting unit could be connected to the control unit and be controllable by it for the purpose of establishing and/or separating the connection.
  • the semiconductor switching element of the voltage-limiting unit is preferably designed to be self-controlling, based on the threshold value of the bootstrap voltage drop across the matching unit.
  • the voltage limiting unit has at least one Z diode, which is electrically connected to a control electrode of the semiconductor switching element is conductively connected.
  • the threshold value of the bootstrap voltage drop across the matching unit is characterized by a breakdown voltage of the Z diode.
  • the Z diode preferably has a breakdown voltage between 5 V and 20 V.
  • the Zener diode can be designed either as a Zener diode or as an avalanche diode.
  • the use of conventional Z diodes based on silicon or silicon carbide semiconductors with breakdown voltages of 10 V to 20 V and/or based on gallium nitride semiconductors with breakdown voltages between 5 V and 10 V is particularly recommended.
  • the voltage limiting unit preferably has a control capacitor which is arranged in parallel with the zener diode, in particular in order to standardize a leakage inductance of the zener diode, which can vary depending on the manufacturer and/or type of zener diode used.
  • the voltage-limiting unit preferably has at least one variable resistor, which is provided to limit currents flowing through the Z-diode and thus, in particular, to prevent damage to the Z-diode.
  • the invention also relates to a household appliance, in particular an induction cooking appliance, with at least one household appliance device according to one of the configurations described above.
  • a household appliance is characterized in particular by its advantageous properties with regard to operational reliability and ease of use, which can be provided by the household appliance device.
  • the invention is also based on a method for operating a household appliance device, in particular according to one of the configurations described above, with a switching unit and with a driver circuit which is intended to set a control voltage for the switching unit and which has a bootstrap unit which has an adaptation unit comprises, which is intended to change at least one parameter of the bootstrap unit.
  • a bootstrap voltage dropped across the matching unit is automatically limited.
  • Such a method can advantageously Particularly reliable and safer operation of the household appliance device is achieved, which means that the longevity of the household appliance device can also be improved in particular.
  • the domestic appliance device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the domestic appliance device can have a number of individual elements, components and units that differs from a number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • FIG. 1 shows a household appliance with a household appliance device in a schematic plan view
  • Fig. 2 shows a simplified electrical schematic diagram of the household appliance device with two switching units and a driver circuit having a bootstrap unit
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of various signals for controlling the household appliance device
  • FIG. 6 shows a schematic process flow diagram to illustrate a process for operating the household appliance device.
  • FIG. 1 shows a household appliance 32 in a schematic plan view.
  • the household appliance 32 is designed as an induction cooking appliance, specifically as an induction hob.
  • the household appliance 32 has a hob plate 106 four heating zones 34 on. Each heating zone 34 is intended to heat exactly one cookware element (not shown).
  • the household appliance 32 includes a household appliance device 10.
  • the household appliance device 10 includes a control unit 36.
  • the control unit 36 has a computing unit, a memory unit and an operating program stored in the memory unit, which is intended to be Arithmetic unit to be executed.
  • FIG. 2 shows a simplified basic circuit diagram of the household appliance device 10.
  • the household appliance device 10 has a heating unit 38 .
  • the heating unit 38 comprises at least one inductor (not shown) and can in particular comprise a plurality of inductors.
  • the heating unit 38 can include a switching arrangement (not shown) in order to operate the inductors alternately and/or together, for example in a time-division multiplex process.
  • the household appliance device 10 includes a main energy source 40, which provides a pulsating rectified mains voltage in an operating state.
  • the household appliance device 10 includes an inverter 42.
  • the inverter 42 includes two switching units 12, 30.
  • the switching units 12, 30 are essentially identical to one another.
  • the switching units 12, 30 each include a control input.
  • the switching units 12, 30 each include a switching element.
  • the switching elements are designed as IGBTs.
  • the switching units 12, 30 each include a freewheeling diode and a snubber capacitance, which are connected in particular in parallel with the switching elements.
  • a household appliance device it is also conceivable for a household appliance device to have a number of inverters.
  • at least one inverter has different switching units.
  • a first connection of the main energy source 40 is electrically conductively connected to a collector connection of a first switching unit 12 of the switching units 12, 30 and/or the switching element of the first switching unit 12.
  • a second connection of the main energy source 40 is electrically conductively connected to an emitter connection of a second switching unit 30 of the switching units 12, 30 and/or the switching element of the second switching unit 30.
  • the inverter 42 is provided to convert the pulsating rectified mains voltage of the main energy source 40 into a high-frequency To convert alternating current and in particular to supply the heating unit 38 .
  • the heating unit 38 is arranged in a bridge branch between a center tap 44 of the inverter 42 and a resonance unit 46 .
  • the household appliance device 10 includes a driver circuit 14.
  • the driver circuit 14 is provided to generate a control voltage for the switching units 12,
  • the driver circuit 14 includes a secondary energy source 48.
  • the secondary energy source 48 has a voltage between 10V and 25V.
  • a first connection of the secondary energy source 48 is electrically conductively connected to the second connection of the main energy source 40 via a first conduction path 54 .
  • the driver circuit 14 includes two drivers 50, 52.
  • the drivers 50, 52 are identical to each other. Alternatively, it is also conceivable to use different drivers.
  • Drivers 50, 52 are in the form of high-voltage ICs (high-voltage integrated circuits). Each of the drivers 50, 52 has a driver input and a driver output. In addition, each of the drivers 50, 52 has two supply voltage connections.
  • a first driver 50 of the drivers 50, 52 is provided to operate the first switching unit 12.
  • a second driver 52 of the drivers 50, 52 is provided to operate the second switching unit 30.
  • the driver inputs of the drivers 50, 52 are each connected to the control unit 36 in an electrically conductive manner.
  • the driver outputs of the drivers 50, 52 are each connected to the control inputs of the switching units 12, 30 in an electrically conductive manner.
  • the driver circuit 14 has a bulk capacitor 56 .
  • the bulk capacitor 56 is designed as an energy buffer.
  • the bulk capacitor 56 has a capacitance between 10 nF and 330 nF.
  • the bulk capacitor 56 is intended to provide a largely constant supply voltage for the second driver 52 .
  • a first connection of the bulk capacitor 56 is electrically conductively connected to the first connection of the secondary energy source 48.
  • the first connection of the bulk capacitor 56 is electrically conductively connected, in particular via the first conduction path 54, to a first supply voltage connection of the second driver 52.
  • the first terminal of the bulk capacitor 56 is electrically conductively connected to the emitter terminal of the second switching unit 30, in particular via the first conductive path 54.
  • the first conduction path 54 thus serves as a reference voltage connection for the second switching unit 30.
  • the first conduction path 54 is at a fixed potential.
  • a second terminal of the bulk capacitor 56 is connected to a second Connection of the secondary energy source 48 electrically connected.
  • the second connection to the bulk capacitor 56 is electrically conductively connected to a second supply voltage connection of the second driver 52 .
  • the driver circuit 14 includes a bootstrap unit 16, which is initially shown in greatly simplified form in FIG. 2 and is to be explained in detail below with reference to FIGS.
  • the bootstrap unit 16 includes a bootstrap diode 58.
  • the bootstrap unit 16 includes a bootstrap capacitor 60.
  • the bootstrap capacitor 60 is designed as an energy buffer.
  • the bootstrap capacitor 60 has an effective capacitance value between 33 nF and 3.3 pF.
  • the bootstrap capacitance 60 has a voltage-dependent capacitance value.
  • the bootstrap unit 16 includes a bootstrap resistor 62.
  • the bootstrap resistor 62 is provided to limit a current flowing into the bootstrap capacitance 60 and through the bootstrap diode 58.
  • the bootstrap resistor 62 has an effective resistance of between 0.5W and 50W.
  • the bootstrap diode 58 is electrically conductively connected with an anode connection to the second connection of the secondary energy source 48 .
  • the bootstrap diode 58 is electrically conductively connected with a cathode connection to a first connection of the bootstrap resistor 62 .
  • a second connection of the bootstrap resistor 62 is electrically conductively connected to a first connection of the bootstrap capacitance 60 .
  • the second connection of the bootstrap resistor 62 is electrically conductively connected to a first supply voltage connection of the first driver 50 .
  • a second connection of the bootstrap capacitor 60 is electrically conductively connected to the center tap 44 via a second conduction path 64 .
  • the bootstrap capacitance 60 is electrically conductively connected to a collector connection of the second switching unit 30 and/or the switching element of the second switching unit 30 and an emitter connection of the first switching unit 12 and/or the switching element of the first switching unit 12 . Furthermore, the bootstrap capacitance 60 is electrically conductively connected to a second supply voltage connection of the first driver 50, in particular via the second conduction path 64.
  • the second conduction path 64 serves as a reference voltage connection for the first switching unit 12.
  • the second conduction path 64 is at a floating potential. In an operating state in which the switching units 12, 30 are switched alternately, the second conduction path 64 is alternately at a reference potential of the first Conduction path 54 and a mains voltage potential Vo.
  • the bootstrap capacitance 60 is intended to provide a bootstrap voltage VBS .
  • the bootstrap voltage VBS corresponds to a supply voltage of the first driver 50 and is present at the supply voltage connections of the first driver 50 in particular in at least one operating state.
  • the drivers 50, 52 are also equipped with undervoltage lockout (UVLO) protection. Accordingly, the drivers 50, 52 have no function when the supply voltage is below a limit value, in particular when it is present at the supply voltage terminals. In the present case, the limit value is between 9 V and 16 V.
  • Drivers 50, 52 are therefore provided to amplify a voltage signal of control unit 36 present at the driver input in an operating state in which a voltage present at the supply voltage connections exceeds the limit value .
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of various signals for controlling the household appliance device 10 in a starting operating state and a continuous operating state, in particular following the starting operating state.
  • An ordinate axis 68 is shown as a magnitude axis.
  • the time is shown on an abscissa axis 66 .
  • the abscissa axis 66 has two periods of time with an interruption, where a first period of time represents a starting operating state and a second, in particular later, period of time represents a continuous operating state.
  • a curve 70 illustrates the switching states of the switching element of the second switching unit 30.
  • a curve 72 illustrates the switching states of the switching element of the first switching unit 12.
  • a "0" level defines a non-conductive state.
  • a curve 74 shows the mains voltage potential V 0 of the main energy source 40.
  • the mains voltage potential V 0 has a creeping voltage V L EAK superimposed on it.
  • the creep voltage VLEAK shows a curve 76.
  • the creep voltage V L EAK can occur due to leakage inductances of connecting lines, in particular of connecting cables and/or conductor tracks, in particular after the switching unit 12 has been closed.
  • a curve 78 shows an input voltage of the Bootstrap unit 16, while a curve 80 represents the bootstrap voltage VBS .
  • the input voltage of the bootstrap unit 16 corresponds to a superimposition of the mains voltage potential Vo and the voltage potential of the secondary energy source 48.
  • the bootstrap voltage VB S corresponds at least essentially to an envelope of the input voltage and in particular to a supply voltage of the first driver 50.
  • An optimal supply voltage of the first driver 50 in particular specified by a manufacturer specification, defines a curve 82.
  • the bootstrap voltage VBS is compared to the optimal supply voltage of the first driver 50 increases at least in the starting operating state, which can lead to the destruction and/or malfunction of the first driver 50 in particular.
  • the bootstrap voltage V B s in the continuous operating state corresponds at least essentially to the optimal supply voltage of the first driver 50, as a result of which a destruction and/or a malfunction of the first driver 50 can advantageously be counteracted.
  • the switching units 12, 30 are switched alternately.
  • the second switching unit 30 is open and the first switching unit 12 is closed
  • at at least a second point in time, in particular different from the first point in time the second switching unit 30 is closed and the first switching unit 12 is open.
  • the bulk capacitor 56 and the bootstrap capacitor 60 are alternately charged and discharged.
  • the bulk capacitor 56 is discharged during an activation of the second switching unit 30 .
  • the bulk capacitor 56 is charged during activation of the first switching unit 12 .
  • Bootstrap capacitance 60 is discharged during activation of first switching unit 12 .
  • Bootstrap capacitance 60 is charged via bootstrap diode 58 and bootstrap resistor 62 during activation of second switching unit 30 .
  • the bootstrap unit 16 also includes an adjustment unit 18.
  • the adjustment unit 18 is intended to change at least one parameter of the bootstrap unit 16.
  • the adaptation unit 18 is provided for changing the at least one parameter of the bootstrap unit 16 as a function of a voltage drop across the adaptation unit 18, which voltage corresponds to the bootstrap voltage V B s .
  • the parameter is given by a charging time constant T, in particular the bootstrap capacity 60 .
  • the charging time constant t results from:
  • variable R ßoot corresponds to the resistance value of bootstrap resistor 62, while a variable C ßoot corresponds to the capacitance value of bootstrap capacitor 60.
  • the adjustment unit 18 is provided to dynamically adjust the capacitance value of the bootstrap capacitance 60 and in particular during operation of the household appliance device 10 .
  • the parameter has a value between 1 10 8 s and 1 10 6 s in the starting operating state. If the bootstrap voltage V B s exceeds a limit value of approximately 12 V, the adjustment unit 18 is provided to change a value of the parameter, for example by switching between at least two capacitors of the bootstrap capacitance 60. In a continuous operating state, the parameter has a higher value than in the startup mode. In the continuous operating state, the parameter has a value between 10 6 s and 10 -4 s. As a result, a rapid response behavior of first switching unit 12 can be achieved in the starting operating state, since bootstrap capacitance 60 already reaches a required voltage limit value for a first switching pulse, which is required for operating first driver 50 .
  • an advantageous filter effect can be achieved by increasing the charging time constant t.
  • the bootstrap capacitance 60 and the bootstrap resistance 62 correspond to a low-pass filter.
  • voltage peaks in the supply voltage of the first driver 50 in particular due to the creepage voltage VLEAK, can be filtered, in particular by adapting the charging time constant T of the bootstrap unit 16 by the adapting unit 18.
  • destruction and/or a reduction in the operating time of the first driver 50 as a result of an excessive operating voltage can be prevented.
  • the bootstrap resistor 62 consists of a single resistor component.
  • the bootstrap resistor 62 has an, in particular fixed, resistance value of 15 W.
  • the bootstrap capacitance 60 includes two capacitors 90, 92.
  • a first capacitor 90 of the capacitors 90, 92 has a capacitance value of 2.2 pF.
  • a second capacitor 92 of the capacitors 90, 92 has a capacitance value of 68 nF.
  • the matching unit 18 has a bypass switching element 94 with a diode 84 connected in parallel.
  • the bypass switching element 94 is in the form of an n-channel MOSFET.
  • the matching unit 18 includes a zener diode 86.
  • the zener diode 86 is designed as a blocking element. Zener diode 86 is provided to block bypass switching element 94 below a voltage limit of approximately 12V.
  • the adjustment unit 18 includes a resistor 88 which defines an operating point of the bypass switching element 94 .
  • a first connection of the first capacitor 90 is electrically conductively connected to a first supply voltage connection of the first driver 50 .
  • the first connection of the first capacitor 90 is electrically conductively connected to a cathode connection of the Zener diode 86 .
  • the first connection of the first capacitor 90 is connected to the bootstrap resistor 62 .
  • a second terminal of the first capacitor 90 is electrically conductively connected to a drain terminal of the bypass switching element 94 .
  • the second connection of the first capacitor 90 is connected to a first connection of the second capacitor 92 . Accordingly, the capacitors 90, 92 are connected in series. The first connection of the second capacitor 92 is thus also electrically conductively connected to the drain connection of the bypass switching element 94 .
  • a second connection of the second capacitor 92 is electrically conductively connected to a second supply voltage connection of the first driver 50 .
  • the second connection of the second capacitor 92 is electrically conductively connected to a source connection of the bypass switching element 94 .
  • the second connection of the second capacitor 92 is electrically conductively connected to a second connection of the resistor 88 .
  • An anode connection of the Zener diode 86 is also electrically conductively connected to a base connection of the bridging switching element 94 .
  • the anode connection of the Zener diode 84 is also electrically conductively connected to a first connection of the resistor 88 .
  • a capacitance value of the bootstrap capacitance 60 is given by an effective capacitance value from the capacitances of the two capacitors 90, 92.
  • the effective capacitance value in the starting operating state is approximately 66 nF.
  • a charging time constant t of the bootstrap unit 16 is approximately 1 ps.
  • the Zener diode 86 reaches its forward range, so that the bypass switching element 94 switches on. Accordingly, the adjustment unit 18 is designed to be self-controlling and, in particular, is not connected to the control unit 36. Alternatively, however, it is also conceivable to control an adjustment unit by means of a signal from a control unit.
  • the bypass switching element 94 is provided to bypass the second capacitor 92 .
  • the effective capacitance value in the continuous operating state is therefore 2.2 pF.
  • a charging time constant T of the bootstrap unit 16 is about 33 ps.
  • FIG. 5 shows a schematic electrical circuit diagram of bootstrap unit 16 with matching unit 18 and a voltage limiting unit 20.
  • Voltage limiting unit 20 is provided for limiting a voltage drop across matching unit 18, which voltage corresponds to bootstrap voltage VBS in the present case.
  • the voltage limiting unit 20 is arranged electrically in parallel with the matching unit 18 .
  • the voltage limiting unit 20 has at least one energy store 22 .
  • the energy store 22 is arranged electrically in parallel with the adjustment unit 18 .
  • the energy store 20 has at least one storage capacitor unit 24 .
  • the storage capacitor unit 24 has a capacitance between 10 nF and 1 pF. In the present case, the storage capacitor unit 24 has precisely one storage capacitor 96, the capacitance of which is between 10 nF and 1 pF.
  • the voltage limiting unit 20 has at least one semiconductor switching element 26 .
  • the semiconductor switching element 26 is provided for the purpose of producing or separating an electrically conductive connection between the matching unit 18 and the energy store 22 as a function of a threshold value of the voltage VBS dropping across the matching unit 18 .
  • the semiconductor switching element 26 is provided to ensure that the electrically conductive connection between the adjustment unit 18 and the energy store 22 is below the threshold value of the adjustment unit 18 produce falling voltage VBS and above the threshold value of the voltage dropping across the adjustment unit 18 VBS ZU disconnect.
  • the threshold value of the voltage VBS dropping across the matching unit 18 is preferably slightly above the optimal supply voltage of the first driver 50. It can therefore be ensured by means of the semiconductor switching element 26 of the voltage limiting unit 20 that the optimal supply voltage of the first driver 50 is not exceeded.
  • a collector connection of the semiconductor switching element 26 is electrically conductively connected to the bootstrap resistor 62 .
  • the collector connection of the semiconductor switching element 26 is electrically conductively connected to a first connection of the storage capacitor 96 of the storage capacitor unit 24 of the energy store 22 .
  • An emitter connection of the semiconductor switching element 26 is electrically conductively connected to the first supply voltage connection of the first driver 50 .
  • the emitter connection of the semiconductor switching element 26 is connected to the first connection of the capacitor 90 and to the cathode connection of the zener diode 86 .
  • the voltage limiting unit 20 has at least one Zener diode 28 .
  • the Zener diode 28 is electrically conductively connected to a control electrode, that is to say a base connection, of the semiconductor switching element 26 .
  • a cathode connection of the Zener diode 28 is electrically conductively connected to the control electrode of the semiconductor switching element 26 .
  • An anode connection of the Zener diode 28 is electrically conductively connected to a second connection of the storage capacitor 96 of the storage capacitor unit 24 of the energy store 22 .
  • the voltage limiting unit 20 has a variable capacitor 98 and a variable resistor 100 which are connected in series with one another.
  • the variable capacitor 98 and the variable resistor 100 are arranged electrically in parallel with the storage capacitor 96 of the storage capacitor unit 24 of the energy store 22 .
  • the control capacitor 98 is arranged electrically in parallel with the zener diode 28 .
  • the control capacitor 98 is intended to achieve a uniform stray capacitance of the zener diode 28, which can vary depending on the manufacturer of the zener diode 28.
  • the crizkonden capacitor 98 has a capacity between 10 pF and 100 nF, depending on the Zener diode 28 used. In principle, it is conceivable that the control capacitor 98 can be dispensed with if the stray capacitance of the Zener diode 28 used is already at a desired level has value.
  • the variable resistor 100 is provided to limit a current flow through the Zener diode 28 .
  • the threshold value of the voltage VBS dropping across the matching unit 18 is characterized by a breakdown voltage of the Zener diode 28 .
  • the electrically conductive connection between the matching unit 18 and the energy store 22 via the collector connection and the emitter connection of the semiconductor switching element 26 only exists if the voltage V B s, which drops between the emitter connection of the semiconductor switching element 26 and the center tap 44, is lower than the sum from the breakdown voltage of the Zener diode 28 and the base-emitter voltage of the semiconductor switching element 26.
  • the Zener diode 28 has a breakdown voltage of 20V.
  • the semiconductor switching element 26 requires a base-emitter voltage of approximately 0.6 V so that it becomes conductive and a current can flow between the collector connection and the emitter connection.
  • the voltage VBS exceeds the breakdown voltage of the Zener diode 28, it becomes conductive in the reverse direction, so that there is no longer sufficient base-emitter voltage at the semiconductor switching element 26 and the semiconductor switching element 26 separates the electrically conductive connection between the matching unit 18 and the energy store 22.
  • the threshold value of the voltage VBS dropping across the matching unit 18 is therefore characterized by the breakdown voltage of the Zener diode 28 .
  • the voltage limiting unit 20 is designed to be self-controlling. A connec tion of the voltage limiting unit 20 with the control unit 26 and a control of the voltage limiting unit 20 by the control unit 36 is therefore not required Lich.
  • FIG. 6 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the household appliance device 10.
  • the voltage V B s dropping across the matching unit 18 is automatically limited.
  • the method comprises at least two method steps.
  • a first method step 102 of the method the household appliance device 10 is switched on and supplied with energy via the main energy source 40 .
  • the household appliance device 10 is operated in the starting operating state and the switching units 12, 30 are switched alternately by the control unit 36.
  • the drivers 50, 52 are controlled alternately by the control unit.
  • the capacitor 90 and the capacitor 92 are connected in series, so that an effective capacitance value of the bootstrap unit 16 is low and is approximately 66 nF in the present case.
  • a low charging time constant t of the bootstrap unit 16 of approximately 1 ps in the present case is thus also achieved.
  • the bootstrap voltage V B s dropping across the matching unit 18 exceeds the breakdown voltage of the Zener diode 84, which is 12 V in the present case, it becomes conductive in the reverse direction, so that the capacitor 90 is bypassed by the bypass switching element 94.
  • This point in time represents both a transition from the starting operating state to the continuous operating state of the household appliance device 10 and a transition from the first method step 102 to a second method step 104 of the method.
  • the household appliance device 10 is operated in the continuous operating state.
  • the capacitor 92 of the matching unit 18 is bridged, so that the effective capacitance value of the bootstrap unit 16 is set to 2.2 pF and the charging time constant t of the bootstrap unit 16 is approximately 33 ps.
  • the bootstrap voltage VBS dropping across the matching unit 18 for example due to superimposition by the leakage voltage VLEAK, reaches or exceeds the breakdown voltage of the Zener diode 28 of 20 V, the connection between the matching unit 18 and the energy store 22 and the secondary energy source 48 is broken the semiconductor switching element 26 separately. As a result, the bootstrap voltage VBS dropping across the matching unit 18 is automatically limited.
  • VBS bootstrap voltage

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Haushaltsgerätevorrichtung (10), insbesondere Induktionsgargerätevorrichtung, mit zumindest einer Schalteinheit (12, 30) und mit zumindest einem Treiberschaltkreis (14), welcher dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit (12, 30) einzustellen und welcher eine Bootstrapeinheit (16) aufweist, die eine Anpassungseinheit (18) umfasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit (16) zu verändern. Um eine Betriebssicherheit zu erhöhen wird vorgeschlagen, dass die Bootstrapeinheit (16) eine Spannungsbegrenzungseinheit (20) zur Begrenzung einer über der Anpassungseinheit (18) abfallenden Bootstrapspannung (VBS) aufweist.

Description

Haushaltsgerätevorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer
Haushaltsgerätevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Haushaltsgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Haushaltsgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Aus dem Stand der Technik sind Induktionskochfelder bekannt, die einen Wechselrichter mit zwei Schalteinheiten sowie einen Treiberschaltkreis mit einer Bootstrapeinheit umfas sen, wobei eine Steuerspannung zumindest einer der Schalteinheiten über die Bootstrapeinheit eingestellt wird. In einigen bekannten Induktionskochfeldern kann zudem ein Parameter der Bootstrapeinheit, beispielsweise eine Kapazität und/oder ein Wider stand verändert werden, um so eine dynamische Anpassung an verschiedene Betriebs zustände zu ermöglichen.
In der Praxis stoßen bisher bekannte Induktionskochfelder mit Bootstraptechnologie je doch an ihre Grenzen, insbesondere wenn im Wechselrichter-Layout aufgrund von Leiter bahnen Streuinduktivitäten und schnelle Stromtransienten auftreten. Durch die Resonanz zwischen den Streuinduktivitäten und Snubber-Kondensatoren der Wechselrichter wird ein hochfrequentes Rauschen erzeugt. Je schneller ein Schaltelement des Wechselrich ters abschaltet und je größer die Streuinduktivitäten und Abschaltströme sind, desto grö ßer ist das erzeugte Rauschen. Die Tendenz geht heutzutage dahin, schnellere Bauele mente zu verwenden, um die Leistung und die Schaltströme zu erhöhen. Außerdem wird eine Reduzierung der Streuinduktivitäten durch die Verwendung von Wechselrichter- Gehäusen mit Durchgangslochmontage sowie durch mechanische Einschränkungen beim Leiterplattenlayout eingeschränkt. Aufgrund von Streuinduktivitäten erzeugte Kriechspan nungen werden so mit der Versorgungsspannung überlagert und dann durch die Bootstrap-Schaltung gleichgerichtet. Hierdurch können zwei Maximalwerte überschritten werden und zwar die maximal zulässige Versorgungsspannung des Treibers und die ma ximal zulässige Gatespannung der Wechselrichterschaltelemente. Die Folge ist in beiden Fällen eine Beschädigung oder Fehlfunktion des Wechselrichters. Zudem kann es nach teilig zur Überhitzung des Treibers kommen, dessen elektrische Verlustleistung direkt proportional zum Quadratwert der Bootstrapspannung ist. Bei bisher bekannten Indukti- onskochfeldern werden daher Klemmschaltungen eingesetzt, um die Bootstrapspannung zu begrenzen. Alle bisher bekannten Techniken basieren auf der Ableitung der über schüssigen Energie. Treiberschaltungen befinden sich jedoch meistens in der Nähe der heißesten Stelle der Leiterplatte, wo die Umgebungstemperatur bis zu 100°C hoch sein kann, sodass eine bestimmte Menge an Energie nur schwierig abgeleitet werden kann, was bisher zu einer Überdimensionierung der Klemm- oder Verlustleistungsgeräte führt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Be triebssicherheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Haushaltsgerätevorrichtung, insbesondere Induktions gargerätevorrichtung, mit zumindest einer Schalteinheit und mit zumindest einem Treiber schaltkreis, welcher dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit ein zustellen und welcher eine Bootstrapeinheit aufweist, die eine Anpassungseinheit um fasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit zu verändern.
Es wird vorgeschlagen, dass die Bootstrapeinheit eine Spannungsbegrenzungseinheit zur Begrenzung einer über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung aufweist.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Haushaltsgerätevorrich tung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Betriebssicherheit bereitgestellt werden. Es kann vorteilhaft ein Schutz der Treiber und/oder der Schalteinheit vor Be schädigungen durch Überspannungen erreicht werden. Auch kann eine Betriebssicherheit und/oder eine Betriebsdauer der Haushaltsgerätevorrichtung vorteilhaft erhöht werden, indem negative Einflüsse von Streuimpedanzen, insbesondere auf die Treiber und/oder die Schalteinheit, wirkungsvoll reduziert, vorzugsweise minimiert, werden können. Ferner können Kosten vorteilhaft geringgehalten werden. Zudem kann vorteilhaft eine Haushalts gerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Schaltverhaltens be reitgestellt werden. Insbesondere kann eine schnelle Ansprechzeit der Schalteinheit er reichtwerden, wodurch insbesondere eine Steuerung und/oder eine Effizienz der Haus haltsgerätevorrichtung verbessert werden kann. Unter einer „Haushaltsgerätevorrichtung“, insbesondere unter einer „Induktionsgargeräte vorrichtung“, vorteilhaft unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“ soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Haushaltsgeräts, insbesondere eines Indukti onsgargeräts, vorteilhaft eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Vorteilhaft han delt es sich bei einem die Haushaltsgerätevorrichtung aufweisenden Haushaltsgerät um ein Gargerät, insbesondere um ein Induktionsgargerät. Ein als Gargerät ausgebildetes Haushaltsgerät könnte beispielsweise ein Backofen, insbesondere ein Induktionsbackofen und/oder eine Mikrowelle und/oder ein Grillgerät, insbesondere ein Induktionsgrill und/oder ein Dampfgargerät sein. Vorteilhaft ist ein als Gargerät ausgebildetes Haus haltsgerät ein Kochfeld und vorzugsweise ein Induktionskochfeld.
Vorzugsweise umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung eine Steuereinheit, zumindest ei nen Wechselrichter und zumindest ein Heizelement, insbesondere zumindest einen In duktor. Der Wechselrichter ist vorzugsweise dazu vorgesehen, einen oszillierenden elektrischen Strom, vorzugsweise mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz und vorteilhaft von mindestens 20 kHz, insbesondere zu einem Betrieb des zumindest einen Heizelements, bereitzustellen und/oder zu erzeugen. Vorteil haft umfasst der Wechselrichter die Schalteinheit. Unter einer „Schalteinheit“ soll in die sem Zusammenhang eine, vorzugsweise elektronische, Einheit, verstanden werden, wel che ein Schaltelement umfasst und dazu vorgesehen ist, einen, insbesondere zumindest einen Teil der Schalteinheit umfassenden, Leitungspfad zu unterbrechen. Dabei ist das Schaltelement vorzugsweise als Leistungsschalter ausgebildet und dazu vorgesehen, einen Strom von zumindest 0,5 A, vorzugsweise zumindest 4 A und besonders bevorzugt zumindest 10 A, insbesondere periodisch, zu schalten. Vorteilhaft ist die Schalteinheit als bidirektionale unipolare Schalteinheit ausgebildet und umfasst insbesondere einen Steu ereingang und einen Referenzspannungsanschluss, wobei ein Schaltzustand der Schalt einheit durch eine Steuerspannung zwischen dem Steueranschluss und dem Referenz spannungsanschluss steuerbar ist. Der Referenzspannungsanschluss kann dabei auf einem schwebenden Potential liegen. Das Schaltelement der Schalteinheit kann dabei als ein beliebiges einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT. Insbesondere kann eine Schalteinheit auch mehrere Steuereingänge, Referenzspannungsanschlüsse und/oder Schaltelemente um fassen. In diesem Zusammenhang soll unter einem „Leitungspfad“ ein Element verstan- den werden, welches zumindest zeitweise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zumindest zwei Punkten und/oder zumindest zwei Bauteilen herstellt. Unter einem „schwebenden Potential“ soll insbesondere ein Potential verstanden werden, welches seinen Potentialwert, vorzugsweise periodisch, um zumindest 10 V, vorteilhaft um zumin dest 50 V, vorzugsweise um zumindest 75 V und besonders bevorzugt um zumindest 100 V ändert. Der Treiberschaltkreis weist vorzugsweise zumindest einen Treiber auf. In diesem Zusammenhang soll unter einem „Treiber“ eine elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Treibereingang, einen Treiberausgang und/oder vorzugsweise zwei Versorgungsspannungsanschlüsse umfasst und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in einem Betriebszustand, in welchem eine an den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen anliegende Spannung einen Grenzwert, insbesonde re zumindest 8 V, vorzugsweise zumindest 10 V, überschreitet, ein, an dem Treiberein gang anliegendes Spannungssignal und/oder Potential, insbesondere der Steuereinheit, zu verstärken und insbesondere dem Steueranschluss der Schalteinheit zuzuführen. Die Treibereinheit kann auch mehrere Treibereingänge, Treiberausgänge und/oder mehr als zwei Versorgungsspannungsanschlüsse aufweisen.
Vorzugsweise ist die Bootstrapeinheit dazu vorgesehen, eine Bootstrapspannung zu er zeugen und/oder bereitzustellen und insbesondere den zwei Versorgungsspannungsan schlüssen zuzuführen, wodurch vorzugsweise ein Schaltzustand der Schalteinheit ge steuert werden kann. Die Bootstrapspannung entspricht dabei zumindest im Wesentlichen der, insbesondere an den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden, Versor gungsspannung des Treibers. Vorzugsweise umfasst die Bootstrapeinheit ferner zumin dest einen Bootstrapwiderstand und/oder zumindest eine Bootstrapdiode. In diesem Zu sammenhang soll unter einer „Bootstrapkapazität“ insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche zumindest einen Kondensator und vorteilhaft zumindest zwei Kondensa toren, umfasst und insbesondere dazu vorgesehen ist, Energie, insbesondere die Bootstrapspannung, insbesondere zu einer Versorgung des Treibers, bereitzustellen. Der Bootstrapwiderstand umfasst zumindest ein Widerstandsbauelement und vorteilhaft zu mindest zwei Widerstandsbauelemente, und ist dazu vorgesehen, einen in die Bootstrap kapazität und/oder durch die zumindest eine Bootstrapdiode fließenden Strom zu begren- zen. Die Bootstrapeinheit umfasst die Anpassungseinheit, welche dazu vorgesehen ist, zumin dest einen, vorzugsweise elektronischen, Parameter der Bootstrapeinheit, insbesondere dynamisch, zu verändern und/oder vorzugsweise anzupassen. Unter dem Ausdruck „an passen“ soll optimieren und/oder an einen vorteilhaften Betrieb angleichen verstanden werden. Vorzugsweise umfasst die Anpassungseinheit die Bootstrapkapazität. Denkbar wäre jedoch auch, dass die Anpassungseinheit separat zu der Bootstrapkapazität ausge bildet ist. Die Bootstrapspannung entspricht der über die Anpassungseinheit abfallenden Spannung. Die Spannungsbegrenzungseinheit ist dazu vorgesehen, die über der Anpas sungseinheit abfallende Bootstrapspannung zu begrenzen und zwar insbesondere auf einen Maximalwert, welcher eine maximal zulässige Versorgungsspannung des Treibers und/oder eine maximale Gatespannung des Schaltelements der Schalteinheit nicht über schreitet.
Die Spannungsbegrenzungseinheit ist der Anpassungseinheit vorzugsweise elektrisch vorgelagert und insbesondere elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit angeordnet, und zwar vorzugsweise zwischen einer Verbindung der Anpassungseinheit mit einer Se kundärenergiequelle zur Energieversorgung der Treiber. Die Spannungsbegrenzungsein heit könnte als ein integrierter Schaltkreis (IC) ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Spannungsbegrenzungseinheit aus diskreten elektrischen und/oder elektronischen Bau teilen ausgebildet, wodurch vorteilhaft eine besonders einfache, kostengünstige und indi viduell an die jeweiligen Bedürfnisse der verwendeten T reiber und/oder Schaltelemente der Schalteinheit angepasste Spannungsbegrenzungseinheit bereitgestellt werden kann.
Die Haushaltsgerätevorrichtung kann auch mehrere Schalteinheiten, Treiberschaltkreise und/oder Wechselrichter umfassen. Ferner kann der Treiberschaltkreis mehrere Treiber und/oder mehrere Bootstrapeinheiten umfassen. Die Haushaltsgerätevorrichtung kann insbesondere auch das gesamte Haushaltsgerät ausbilden.
In der vorliegenden Anmeldung dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unter scheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbeson dere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“. Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstan den werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem An- wendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Anpassungseinheit dazu vorgesehen ist, den zu mindest einen Parameter der Bootstrapeinheit in Abhängigkeit der über der Anpassungs einheit abfallenden Bootstrapspannung zu verändern. Hierdurch kann eine vorteilhaft ein fache Steuerung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter einer Ladezeitkonstante der Bootstrapeinheit entspricht. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Ladezeitkon stante“ eine Ladezeit der Bootstrapkapazität und/oder eine Zeitdauer verstanden werden, nach welcher die Bootstrapkapazität einen Spannungswert und/oder einen effektiven Spannungswert aufweist, welcher insbesondere zumindest 63 %, vorteilhaft zumindest 75 %, besonders vorteilhaft zumindest 80 %, vorzugsweise zumindest 90 % und beson ders bevorzugt zumindest 95 %, eines maximalen Spannungswerts und/oder maximalen effektiven Spannungswerts der Bootstrapkapazität entspricht. Hierdurch kann eine vorteil haft einfache und insbesondere kostengünstige Anpassung der Bootstrapeinheit an ver schiedene Betriebszustände erreicht werden.
Vorzugsweise weist der zumindest eine Parameter zumindest in einem Startbetriebszu stand einen Wert zwischen 109 s und 105 s und vorzugsweise zwischen 108 s und 106 s auf. Unter einem „Startbetriebszustand“ soll in diesem Zusammenhang ein Betriebszu stand verstanden werden, welcher, insbesondere unmittelbar, nach einem Starten der Haushaltsgerätevorrichtung und/oder einer Auswahl eines Betriebsprogramms und/oder einem Wechsel eines Betriebsprogramms startet. Die Bootstrapkapazität ist dabei insbe sondere zu Beginn des Startbetriebszustands vollständig entladen, insbesondere über einen längeren Zeitraum von insbesondere zumindest 1 ms, vorteilhaft zumindest 0,5 s, vorzugsweise zumindest 1 s und besonders bevorzugt zumindest 5 s. Insbesondere än dert sich und/oder steigt ein maximaler in der Bootstrapkapazität gespeicherter Span nungswert und/oder effektiver Spannungswert und/oder eine maximale Bootstrapspan nung in dem Startbetriebszustand zumindest zwischen zwei Schaltvorgängen der Schalt einheit und vorzugsweise zwischen allen Schaltvorgängen der Schalteinheit. Hierdurch kann insbesondere ein schnelles Ansprechverhalten der Haushaltsgerätevorrichtung er reicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter zumindest in ei nem Dauerbetriebszustand einen Wert zwischen 107 s und 103 s und vorzugsweise zwi schen 106 s und 104 s aufweist. Unter einem „Dauerbetriebszustand“ soll in diesem Zu sammenhang ein Betriebszustand verstanden werden, welcher, vorzugsweise unmittel bar, an den Startbetriebszustand anschließt. Insbesondere ist ein maximaler in der Bootstrapkapazität gespeicherter Spannungswert und/oder effektiver Spannungswert und/oder eine maximale Bootstrapspannung in dem Dauerbetriebszustand zumindest zwischen zwei Schaltvorgängen der Schalteinheit und vorzugsweise zwischen allen Schaltvorgängen der Schalteinheit zumindest im Wesentlichen konstant. In diesem Zu sammenhang soll unter „zumindest im Wesentlichen konstant“ eine Änderung um maxi mal 5 %, vorzugsweise um maximal 2 % und besonders bevorzugt um maximal 1 % ver standen werden. Hierdurch kann eine vorteilhafte Filterwirkung, insbesondere Filterung einer Versorgungsspannung und/oder der Bootstrapspannung erreicht werden, wodurch mögliche Leckströme und/oder Leckspannungen, welche insbesondere durch Streuimpe danzen verursacht werden, wirkungsvoll minimiert werden können.
Der zumindest eine Parameter könnte beispielsweise durch einen Induktivitätswert der Bootstrapeinheit gegeben sein. Vorzugsweise entspricht der zumindest eine Parameter jedoch einem Kapazitätswert und/oder einem effektiven Kapazitätswert der Bootstrapein heit. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und unkomplizierte Anpassung der Bootstrapeinheit stattfinden.
Alternativ und/oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter einem Widerstandswert und/oder einem effektiven Widerstandswert der Bootstrapeinheit entspricht. Hierdurch kann insbesondere eine Flexibilität der Haushaltsgerätevorrichtung erhöht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Anpassungseinheit zumindest zwei Kondensatoren oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente umfasst, welche in zumindest einem Be triebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszu stand, parallel geschaltet sind. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Bauweise er reicht werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Anpassungseinheit zumindest zwei Kondensatoren oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente umfasst, welche in zumindest einem Be triebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszu stand, in Reihe geschaltet sind. Hierdurch kann die Haushaltsgerätevorrichtung insbeson dere flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
Umfasst die Anpassungseinheit ein Überbrückungsschaltelement, welches dazu vorgese hen ist, in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszustand, zumindest ein Bauelement, insbesondere zumin dest einen Kondensator und/oder zumindest ein Wderstandsbauelement, der Bootstrapeinheit zu überbrücken und/oder zu umgehen, kann der zumindest eine Para meter vorteilhaft einfach und insbesondere während eines Betriebs der Haushaltsgeräte vorrichtung angepasst werden. Das Überbrückungsschaltelement kann dabei als beliebi ges einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiter schaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT. Insbesondere kann die Anpassungseinheit auch mehre re, vorzugsweise identisch ausgebildete, Überbrückungsschaltelemente aufweisen.
Die Anpassungseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement könnten beispielswei se durch ein Steuersignal der Steuereinheit gesteuert werden. Vorzugsweise ist die An passungseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement jedoch selbststeuernd aus gebildet. Darunter, dass die Anpassungseinheit „selbststeuernd“ ausgebildet ist, soll ver standen werden, dass die Anpassungseinheit in zumindest einem Betriebszustand, ihren Zustand, insbesondere Schaltzustand, automatisch und/oder selbsttätig, insbesondere abhängig von einem, insbesondere momentanen, Spannungswert und/oder Stromwert des Treiberschaltkreises und/oder der Bootstrapeinheit, ändert. Vorzugsweise ist die An passungseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement frei von einer, insbesondere direkten, Verbindung zu der Steuereinheit. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache, kos tengünstige und sichere Steuerung erreicht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit zumindest einen Energiespeicher aufweist, welcher elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit angeord net ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Treiberschaltkreis vorteilhaft mit be sonders einfachen technischen Mitteln vor hochfrequenten Spannungsspitzen geschützt werden. Zudem kann durch den Energiespeicher vorteilhaft ein besonders schnelles und effizientes Laden der Kondensatoren der Anpassungseinheit erreicht werden. Zugleich kann mittels des Energiespeichers vorteilhaft eine Spannungsanstiegs- Geschwindigkeit und/oder ein Einschaltstrom begrenzt werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Energiespeicher zumindest eine Speicher kondensatoreinheit aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft ein Energiespeicher mit beson ders einfachen technischen Mitteln realisiert werden. Die Speicherkondensatoreinheit weist zumindest einen Speicherkondensator auf. Die Speicherkondensatoreinheit könnte eine Mehrzahl von Speicherkondensatoren aufweisen. Eine Mehrzahl von zumindest zwei Speicherkondensatoren der Speicherkondensatoreinheit könnten zueinander parallelge schaltet sein. Denkbar wäre alternativ oder zusätzlich auch, dass eine Mehrzahl zumin dest von zumindest zwei Speicherkondensatoren der Speicherkondensatoreinheit zuei nander in Reihenschaltung angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Speicherkondensa toreinheit genau einen Speicherkondensator auf, wodurch vorteilhaft eine besonders kos tengünstige und technisch einfach zu realisierende Speicherkondensatoreinheit realisiert werden kann. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Speicherkondensatoreinheit eine Kapazität zwischen 10 nF und 1 pF aufweist. Insbesondere weist die Speicherkon densatoreinheit eine Kapazität zwischen 20 nF und 900 nF, vorteilhaft zwischen 30 nF und 850 nF, vorteilhaft zwischen 40 nF und 750 nF, vorzugsweise zwischen 50 nF und 650 nF und besonders bevorzugt zwischen 60 nF und 550 nF auf. Hierdurch kann vorteil haft ein hohes Maß an Flexibilität erreicht werden. Die Kapazität der Speicherkondensato reinheit bezieht sich dabei auf die effektive gesamte Kapazität aller Speicherkondensato ren der Speicherkondensatoreinheit.
Die Spannungsbegrenzungseinheit könnte mit der Steuereinheit verbunden sein und durch diese mit Hilfe von Steuersignalen steuerbar sein. In einer vorteilhaften Ausgestal tung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit selbststeuernd ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine besonders kom pakte Haushaltsgerätevorrichtung mit verringertem Herstellungs- und/oder Materialauf wand bereitgestellt werden. Es kann vorteilhaft auf zusätzliche Verbindungsleitungen zwi schen der Spannungsbegrenzungseinheit und der Steuereinheit verzichtet werden. Da runter, dass die Spannungsbegrenzungseinheit „selbststeuernd“ ausgebildet ist, soll ver standen werden, dass die Spannungsbegrenzungseinheit in zumindest einem Betriebszu stand, ihren Zustand, insbesondere Schaltzustand, automatisch und/oder selbsttätig, ins- besondere abhängig von einem, insbesondere momentanen, Spannungswert und/oder Stromwert des Treiberschaltkreises und/oder der Bootstrapeinheit, ändert. Vorzugsweise ist die Spannungsbegrenzungseinheit frei von einer, insbesondere direkten, Verbindung zu der Steuereinheit. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache, kostengünstige und sichere Steuerung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit zumindest ein Halb leiterschaltelement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, eine elektrisch leitende Ver bindung zwischen der Anpassungseinheit und dem Energiespeicher in Abhängigkeit eines Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung herzu stellen oder zu trennen. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein wirkungs voller Schutz des Treibers und des Schaltelements vor Überspannungen erreicht werden. Insbesondere ist das Halbleiterschaltelement als ein Transistor, beispielsweise als ein IGBT, vorzugsweise als ein MOSFET und besonders bevorzugt als ein n-Kanal MOSFET ausgebildet. Das Halbleiterschaltelement der Spannungsbegrenzungseinheit ist vorzugs weise dazu vorgesehen, die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anpassungsein heit und dem Energiespeicher sowie zwischen der Anpassungseinheit und der Sekundär energiequelle in Abhängigkeit des Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit abfal lenden Bootstrapspannung herzustellen oder zu trennen. Vorzugsweise ist das Halbleiter schaltelement dazu vorgesehen, die Verbindung zwischen der Anpassungseinheit und dem Energiespeicher sowie zwischen der Anpassungseinheit und der Sekundärenergie quelle bei Erreichen und/oder Überschreiten des Schwellenwerts, insbesondere automa tisch, zu trennen. Vorzugsweise ist das Halbleiterschaltelement dazu vorgesehen, die Verbindung zwischen der Anpassungseinheit und dem Energiespeicher sowie zwischen der Anpassungseinheit und der Sekundärenergiequelle bei Unterschreiten des Schwel lenwerts, insbesondere automatisch, herzustellen. Das Halbleiterschaltelement der Span nungsbegrenzungseinheit könnte mit der Steuereinheit verbunden und durch diese zum Zwecke der Herstellung und/oder Trennung der Verbindung ansteuerbar sein. Vorzugs weise ist das Halbleiterschaltelement der Spannungsbegrenzungseinheit jedoch selbst steuernd ausgebildet, und zwar anhand des Schwellenwerts der über der Anpassungs einheit abfallenden Bootstrapspannung.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit zumindest eine Z- Diode aufweist, welche mit einer Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements elektrisch leitend verbunden ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Selbst steuerung der Spannungsbegrenzungseinheit mit besonders einfachen technischen Mit teln und besonders kostengünstig erreicht werden. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung durch eine Durchbruchsspannung der Z-Diode charakterisiert ist. Hierdurch ist der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung vorteilhaft besonders einfach einstellbar. Vorzugsweise weist die Z-Diode eine Durchbruchsspan nung zwischen 5 V und 20 V auf. Je nach erforderlicher Durchbruchsspannung kann die Z-Diode entweder als Zenerdiode oder als Avalanche-Diode ausgebildet sein. Je nach erforderlichem Schwellenwert ist insbesondere ein Einsatz von herkömmlichen Z-Dioden auf Basis von Silizium- oder Siliziumcarbid-Halbleitern, mit Durchbruchsspannungen von 10 V bis 20 V, und/oder Basis von Galliumnitrid-Halbleitern, mit Durchbruchsspannungen zwischen 5 V und 10 V, denkbar. Vorzugsweise weist die Spannungsbegrenzungseinheit einen Regelkondensator auf, welcher parallel zu der Z-Diode angeordnet ist, insbesonde re um so eine Streuinduktivität der Z-Diode, welche je nach Hersteller und/oder Art der verwendeten Z-Diode schwanken kann, zu vereinheitlichen. Darüber hinaus weist die Spannungsbegrenzungseinheit vorzugsweise zumindest einen Regelwiderstand auf, wel cher dazu vorgesehen ist, durch die Z-Diode fließende Ströme zu begrenzen, und somit insbesondere eine Beschädigung der Z-Diode zu verhindern.
Die Erfindung betrifft ferner ein Haushaltsgerät, insbesondere ein Induktionsgargerät, mit zumindest einer Haushaltsgerätevorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Haushaltsgerät zeichnet sich insbesondere durch seine vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Betriebssicherheit und eines Bedienkomforts aus, welche durch die Haushaltsgerätevorrichtung bereitgestellt werden können.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Haushaltsgeräte vorrichtung, insbesondere nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, mit einer Schalteinheit und mit einem Treiberschaltkreis, welcher dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit einzustellen und welcher eine Bootstrapeinheit aufweist, die eine Anpassungseinheit umfasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit zu verändern.
Es wird vorgeschlagen, dass eine über der Anpassungseinheit abfallende Bootstrapspan nung automatisch begrenzt wird. Durch ein derartiges Verfahren kann vorteilhaft ein be- sonders zuverlässiger und sicherer Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung erreicht wer den, wodurch insbesondere auch eine Langlebigkeit der Haushaltsgerätevorrichtung ver bessert werden kann.
Die Haushaltsgerätevorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Haushaltsgerätevorrich tung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende An zahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich nung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschrei bung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weite ren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Haushaltsgerät mit einer Haushaltsgerätevorrichtung in einer sche matischen Draufsicht,
Fig. 2 ein vereinfachtes elektrisches Prinzipschaltbild der Haushaltgerätevor richtung mit zwei Schalteinheiten und einem eine Bootstrapeinheit auf weisenden Treiberschaltkreis,
Fig. 3 ein schematisches Schaubild verschiedener Signale zur Steuerung der Haushaltsgerätevorrichtung,
Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schalbild der Bootstrapeinheit mit einer Anpassungseinheit und einer vereinfacht dargestellten Spannungsbe grenzungseinheit,
Fig. 5 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Bootstrapeinheit mit der Anpassungseinheit und der Spannungsbegrenzungseinheit und
Fig. 6 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung.
Figur 1 zeigt ein Haushaltsgerät 32 in einer schematischen Draufsicht. Vorliegend ist das Haushaltsgerät 32 als ein Induktionsgargerät ausgebildet und zwar als ein Induktions kochfeld. Das Haushaltsgerät 32 weist im vorliegenden Fall eine Kochfeldplatte 106 mit vier Heizzonen 34 auf. Jede Heizzone 34 ist dazu vorgesehen, genau ein Kochgeschir relement (nicht dargestellt) zu erhitzen. Darüber hinaus umfasst das Haushaltsgerät 32 eine Haushaltsgerätevorrichtung 10. Zur Steuerung eines Betriebs des Haushaltsgeräts 32 umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 eine Steuereinheit 36. Die Steuereinheit 36 weist eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit hinterlegtes Betriebsprogramm auf, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden.
Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Prinzipschaltbild der Haushaltsgerätevorrichtung 10. Eine konkrete Ausgestaltung der Haushaltsgerätevorrichtung 10 ist in den Figuren 4 und 5 ge zeigt. Die Haushaltsgerätevorrichtung 10 weist eine Heizeinheit 38 auf. Die Heizeinheit 38 umfasst zumindest einen Induktor (nicht dargestellt) und kann insbesondere eine Mehr zahl von Induktoren umfassen. Zudem kann die Heizeinheit 38 eine Schaltanordnung (nicht dargestellt) umfassen, um die Induktoren abwechselnd und/oder gemeinsam, bei spielsweise in einem Zeit-Multiplex-Verfahren, zu betreiben. Zur Versorgung der Heizein heit 38 umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 eine Hauptenergiequelle 40, welche in einem Betriebszustand eine pulsierende gleichgerichtete Netzspannung bereitstellt. Fer ner umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 einen Wechselrichter 42. Der Wechsel richter 42 umfasst zwei Schalteinheiten 12, 30. Die Schalteinheiten 12, 30 sind im We sentlichen identisch zueinander ausgebildet. Die Schalteinheiten 12, 30 umfassen jeweils einen Steuereingang. Zudem umfassen die Schalteinheiten 12, 30 jeweils ein Schaltele ment. Die Schaltelemente sind als IGBTs ausgebildet. Ferner umfassen die Schalteinhei ten 12, 30 jeweils eine Freilaufdiode und eine Snubberkapazität, welche insbesondere parallel zu den Schaltelementen geschaltet sind. Alternativ ist auch denkbar, dass eine Haushaltsgerätevorrichtung mehrere Wechselrichter aufweist. Zudem ist denkbar, dass zumindest ein Wechselrichter unterschiedliche Schalteinheiten aufweist.
Ein erster Anschluss der Hauptenergiequelle 40 ist dabei mit einem Kollektoranschluss einer ersten Schalteinheit 12 der Schalteinheiten 12, 30 und/oder des Schaltelements der ersten Schalteinheit 12 elektrisch leitend verbunden. Zudem ist ein zweiter Anschluss der Hauptenergiequelle 40 mit einem Emitteranschluss einer zweiten Schalteinheit 30 der Schalteinheiten 12, 30 und/oder des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 30 elektrisch leitend verbunden. Der Wechselrichter 42 ist dazu vorgesehen, die pulsierende gleichgerichtete Netzspannung der Hauptenergiequelle 40 in einen hochfrequenten Wechselstrom umzuwandeln und insbesondere der Heizeinheit 38 zuzuführen. Die Heiz einheit 38 ist dabei in einem Brückenzweig zwischen einem Mittelabgriff 44 des Wechsel richters 42 und einer Resonanzeinheit 46 angeordnet.
Zudem umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 einen Treiberschaltkreis 14. Der Trei berschaltkreis 14 ist dazu vorgesehen, eine Steuerspannung für die Schalteinheiten 12,
30 einzustellen. Dazu umfasst der Treiberschaltkreis 14 eine Sekundärenergiequelle 48. Die Sekundärenergiequelle 48 weist eine Spannung zwischen 10 V und 25 V auf. Im vor liegenden Fall ist ein erster Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 über einen ersten Leitungspfad 54 mit dem zweiten Anschluss der Hauptenergiequelle 40 elektrisch leitend verbunden. Ferner umfasst der Treiberschaltkreis 14 zwei Treiber 50, 52. Die Treiber 50, 52 sind identisch zueinander ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, unterschiedliche Treiber zu verwenden. Die Treiber 50, 52 sind als Hochspannungs-IC (High-Voltage In- tegrated Circuit) ausgebildet. Jeder der Treiber 50, 52 weist einen Treibereingang und einen Treiberausgang auf. Zudem weist jeder der Treiber 50, 52 zwei Versorgungsspan nungsanschlüsse auf. Ein erster Treiber 50 der Treiber 50, 52 ist dazu vorgesehen, die erste Schalteinheit 12 zu betreiben. Ein zweiter Treiber 52 der Treiber 50, 52 ist dazu vor gesehen, die zweite Schalteinheit 30 zu betreiben. Dazu sind die Treibereingänge der Treiber 50, 52 jeweils mit der Steuereinheit 36 elektrisch leitend verbunden. Die Trei berausgänge der Treiber 50, 52 sind jeweils mit den Steuereingängen der Schalteinheiten 12, 30 elektrisch leitend verbunden. Darüber hinaus weist der Treiberschaltkreis 14 einen Bulk-Kondensator 56 auf. Der Bulk-Kondensator 56 ist als Energiepuffer ausgebildet. Der Bulk-Kondensator 56 weist einen Kapazitätswert zwischen 10 nF und 330 nF auf. Der Bulk-Kondensator 56 ist dazu vorgesehen, eine weitgehend konstante Versorgungsspan nung für den zweiten Treiber 52 bereitzustellen. Dazu ist ein erster Anschluss des Bulk- Kondensators 56, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit dem ersten An schluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des Bulk-Kondensators 56 ist, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss des zweiten Treibers 52 elektrisch leitend ver bunden. Zudem ist der erste Anschluss des Bulk-Kondensators 56, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit dem Emitteranschluss der zweiten Schalteinheit 30 elektrisch leitend verbunden. Der erste Leitungspfad 54 dient somit als Referenzspan nungsanschluss für die zweite Schalteinheit 30. Der erste Leitungspfad 54 liegt auf einem festen Potential. Ein zweiter Anschluss des Bulk-Kondensators 56 ist mit einem zweiten Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Der zweite An schluss des Bulk-Kondensators 56 ist mit einem zweiten Versorgungsspannungsan schluss des zweiten Treibers 52 elektrisch leitend verbunden.
Ferner umfasst der Treiberschaltkreis 14 eine Bootstrapeinheit 16, welche in der Figur 2 zunächst stark vereinfacht dargestellt ist und nachfolgend anhand der Figuren 4 und 5 im Detail erläutert werden soll. Die Bootstrapeinheit 16 umfasst eine Bootstrapdiode 58. Die Bootstrapeinheit 16 umfasst eine Bootstrapkapazität 60. Die Bootstrapkapazität 60 ist als Energiepuffer ausgebildet. Die Bootstrapkapazität 60 weist einen effektiven Kapazitäts wert zwischen 33 nF und 3,3 pF auf. Die Bootstrapkapazität 60 weist einen spannungs abhängigen Kapazitätswert auf. Zudem umfasst die Bootstrapeinheit 16 einen Bootstrapwiderstand 62. Der Bootstrapwiderstand 62 ist dazu vorgesehen, einen in die Bootstrapkapazität 60 und durch die Bootstrapdiode 58 fließenden Strom zu begrenzen. Der Bootstrapwiderstand 62 weist einen effektiven Widerstandswert zwischen 0,5 W und 50 W auf.
Die Bootstrapdiode 58 ist mit einem Anodenanschluss mit dem zweiten Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Die Bootstrapdiode 58 ist mit einem Kathodenanschluss mit einem ersten Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 ist mit einem ersten Anschluss der Bootstrapkapazität 60 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der zweite Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 mit einem ersten Versorgungsspan nungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter An schluss der Bootstrapkapazität 60 ist über einen zweiten Leitungspfad 64 mit dem Mittel abgriff 44 elektrisch leitend verbunden. Demnach ist die Bootstrapkapazität 60 mit einem Kollektoranschluss der zweiten Schalteinheit 30 und/oder des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 30 und einem Emitteranschluss der ersten Schalteinheit 12 und/oder des Schaltelements der ersten Schalteinheit 12 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist die Bootstrapkapazität 60, insbesondere über den zweiten Leitungspfad 64, mit einem zwei ten Versorgungsspannungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbun den. Der zweite Leitungspfad 64 dient als Referenzspannungsanschluss für die erste Schalteinheit 12. Der zweite Leitungspfad 64 liegt auf einem schwebenden Potential. Der zweite Leitungspfad 64 liegt in einem Betriebszustand, in welchem die Schalteinheiten 12, 30 abwechselnd geschaltet werden, abwechselnd auf einem Referenzpotential des ersten Leitungspfads 54 und einem Netzspannungspotential Vo. Die Bootstrapkapazität 60 ist dazu vorgesehen, eine Bootstrapspannung VBS bereitzustellen. Die Bootstrapspannung VBS entspricht dabei einer Versorgungsspannung des ersten Treibers 50 und liegt insbe sondere in zumindest einem Betriebszustand an den Versorgungsspannungsanschlüssen des ersten Treibers 50 an.
Im vorliegenden Fall sind die Treiber 50, 52 ferner mit einem Unterspannungsabschalt- schutz (UVLO) ausgestattet. Demzufolge sind die Treiber 50, 52 bei einer, insbesondere an den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden, Versorgungsspannung unter halb eines Grenzwerts funktionslos. Im vorliegenden Fall beträgt der Grenzwert zwischen 9 V und 16 V. Die Treiber 50, 52 sind somit dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand, in welchem eine an den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegende Spannung den Grenzwert überschreitet, ein an dem Treibereingang anliegendes Spannungssignal der Steuereinheit 36 zu verstärken.
Figur 3 zeigt ein schematisches Schaubild verschiedener Signale zur Steuerung der Haushaltsgerätevorrichtung 10 in einem Startbetriebszustand und einem, insbesondere an den Startbetriebszustand, anschließenden Dauerbetriebszustand. Eine Ordinatenach- se 68 ist als Größenachse dargestellt. Auf einer Abszissenachse 66 ist die Zeit darge stellt. Die Abszissenachse 66 weist zwei Zeitabschnitte mit einer Unterbrechung auf, wo bei ein erster Zeitabschnitt einen Startbetriebszustand darstellt und ein zweiter, insbeson dere zeitlich späterer, Zeitabschnitt einen Dauerbetriebszustand repräsentiert. Eine Kurve 70 veranschaulicht die Schaltzustände des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 30. Eine Kurve 72 veranschaulicht die Schaltzustände des Schaltelements der ersten Schalt einheit 12. Ein „0“-Pegel definiert dabei einen nicht-leitenden Zustand. Eine Kurve 74 zeigt das Netzspannungspotential V0 der Hauptenergiequelle 40. Das Netzspannungspotential V0 ist im vorliegenden Fall mit einer Kriechspannung VLEAK überlagert. Die Kriechspan nung VLEAK zeigt eine Kurve 76. Die Kriechspannung VLEAK kann dabei aufgrund von Streuinduktivitäten von Verbindungsleitungen, insbesondere von Verbindungskabeln und/oder Leiterbahnen, insbesondere nach einem Schließen der Schalteinheit 12, auftre- ten. Ferner zeigt eine Kurve 78 eine Eingangsspannung der Bootstrapeinheit 16, während eine Kurve 80 die Bootstrapspannung VBS darstellt. Die Eingangsspannung der Bootstrapeinheit 16 entspricht dabei einer Überlagerung des Netzspannungspotentials Vo und des Spannungspotentials der Sekundärenergiequelle 48. Die Bootstrapspannung VBS entspricht zumindest im Wesentlichen einer Einhüllenden der Eingangsspannung und insbesondere einer Versorgungsspannung des ersten Treibers 50. Eine, insbesondere durch eine Herstellerangabe festgelegte, optimale Versorgungsspannung des ersten Trei bers 50 definiert eine Kurve 82. Demzufolge ist die Bootstrapspannung VBS in einem Ver gleich zu der optimalen Versorgungsspannung des ersten Treibers 50 zumindest in dem Startbetriebszustand erhöht, was insbesondere zu einer Zerstörung und/oder einer Fehl funktion des ersten Treibers 50 führen kann. Erfindungsgemäß entspricht die Bootstrap spannung VBs in dem Dauerbetriebszustand zumindest im Wesentlichen der optimalen Versorgungsspannung des ersten Treibers 50, wodurch einer Zerstörung und/oder einer Fehlfunktion des ersten Treibers 50 vorteilhaft entgegengewirkt werden kann.
In einem Betriebszustand werden die Schalteinheiten 12, 30 abwechselnd geschaltet. Somit ist zu wenigstens einem ersten Zeitpunkt die zweite Schalteinheit 30 offen und die erste Schalteinheit 12 geschlossen und zu wenigstens einem zweiten, insbesondere von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen, Zeitpunkt die zweite Schalteinheit 30 geschlossen und die erste Schalteinheit 12 offen. Dabei werden der Bulk-Kondensator 56 und die Bootstrapkapazität 60 abwechselnd aufgeladen und entladen. Der Bulk-Kondensator 56 wird während einer Aktivierung der zweiten Schalteinheit 30 entladen. Der Bulk- Kondensator 56 wird während einer Aktivierung der ersten Schalteinheit 12 aufgeladen. Die Bootstrapkapazität 60 wird während einer Aktivierung der ersten Schalteinheit 12 ent laden. Die Bootstrapkapazität 60 wird während einer Aktivierung der zweiten Schalteinheit 30 über die Bootstrapdiode 58 und den Bootstrapwiderstand 62 aufgeladen.
Im vorliegenden Fall umfasst die Bootstrapeinheit 16 ferner eine Anpassungseinheit 18. Die Anpassungseinheit 18 ist dazu vorgesehen, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit 16 zu verändern. Vorliegend ist die Anpassungseinheit 18 dazu vorgese hen, den zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit 16 in Abhängigkeit einer über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung, welche der Bootstrapspannung VBs entspricht, zu verändern.
Der Parameter ist dabei durch eine Ladezeitkonstante T, insbesondere der Bootstrapka pazität 60, gegeben. Die Ladezeitkonstante t ergibt sich über:
T — Rßoot ' Cßoot Eine Variable Rßoot entspricht dabei dem Widerstandswert des Bootstrapwiderstands 62, während eine Variable Cßoot dem Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 entspricht.
Im vorliegenden Fall ist die Anpassungseinheit 18 dazu vorgesehen, den Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 dynamisch und insbesondere während eines Betriebs der Haushaltsgerätevorrichtung 10 anzupassen. Alternativ ist auch denkbar, einen Wider standswert eines Bootstrapwiderstands oder einen Kapazitätswert einer Bootstrapkapazi tät dynamisch anzupassen.
Im vorliegenden Fall weist der Parameter in dem Startbetriebszustand einen Wert zwi schen 1 108 s und 1 106 s auf. Überschreitet die Bootstrapspannung VBs einen Grenz wert von etwa 12 V, so ist die Anpassungseinheit 18 dazu vorgesehen, einen Wert des Parameters zu verändern, beispielsweise durch Umschalten zwischen zumindest zwei Kondensatoren der Bootstrapkapazität 60. In einem Dauerbetriebszustand weist der Pa rameter einen höheren Wert als in dem Startbetriebszustand auf. In dem Dauerbetriebs zustand weist der Parameter einen Wert zwischen 106 s und 10-4 s auf. Hierdurch kann in dem Startbetriebszustand ein schnelles Ansprechverhalten der ersten Schalteinheit 12 erreicht werden, da die Bootstrapkapazität 60 bereits bei einem ersten Schaltpuls einen benötigten Spannungsgrenzwert erreicht, welcher zu einem Betrieb des ersten Treibers 50 benötigt wird. In dem Dauerbetriebszustand kann hingegen durch eine Vergrößerung der Ladezeitkonstante t eine vorteilhafte Filterwirkung erreicht werden. Insbesondere ent sprechen die Bootstrapkapazität 60 und der Bootstrapwiderstand 62 einem Tiefpassfilter. In dem Dauerbetriebszustand können, insbesondere durch eine Anpassung der Ladezeit konstante T der Bootstrapeinheit 16 durch die Anpassungseinheit 18, Spannungsspitzen in der Versorgungsspannung der ersten Treiber 50, insbesondere aufgrund der Kriech spannung VLEAK, gefiltert werden. Hierdurch kann einer Zerstörung und/oder einer Be triebsdauerverminderung des ersten Treibers 50 durch eine überhöhte Betriebsspannung vorgebeugt werden. Alternativ ist jedoch auch denkbar, eine zusätzliche Filtereinheit in einer Haushaltsgerätevorrichtung, beispielsweise zwischen einer Sekundärenergiequelle und einer Bootstrapeinheit vorzusehen, welche insbesondere in einem Startbetriebszu stand überbrückt ist und/oder überbrückt wird.
In den Figuren 4 und 5 sind konkrete Ausführungsbeispiele der Bootstrapeinheit 16 ge zeigt. Der Bootstrapwiderstand 62 besteht im vorliegenden Fall aus einem einzelnen Wider standsbauelement. Der Bootstrapwiderstand 62 weist einen, insbesondere festen, Wder- standswert von 15 W auf. Die Bootstrapkapazität 60 umfasst zwei Kondensatoren 90, 92. Ein erster Kondensator 90 der Kondensatoren 90, 92 weist einen Kapazitätswert von 2,2 pF auf. Ein zweiter Kondensator 92 der Kondensatoren 90, 92 weist einen Kapazitätswert von 68 nF auf. Die Anpassungseinheit 18 weist ein Überbrückungsschaltelement 94 mit einer parallelgeschalteten Diode 84 auf. Das Überbrückungsschaltelement 94 ist als n- Kanal MOSFET ausgebildet. Ferner umfasst die Anpassungseinheit 18 eine Z-Diode 86. Die Z-Diode 86 ist als Sperrelement ausgebildet. Die Z-Diode 86 ist dazu vorgesehen, das Überbrückungsschaltelement 94 unterhalb eines Spannungsgrenzwerts von etwa 12 V zu sperren. Darüber hinaus umfasst die Anpassungseinheit 18 einen Wderstand 88, welcher einen Arbeitspunkt des Überbrückungsschaltelements 94 festlegt.
Ein erster Anschluss des ersten Kondensators 90 ist mit einem ersten Versorgungsspan nungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des ersten Kondensators 90 ist mit einem Kathodenanschluss der Z-Diode 86 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der erste Anschluss des ersten Kondensators 90 mit dem Bootstrapwiderstand 62 verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators 90 ist mit einem Drain-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 94 elektrisch leitend ver bunden. Ferner ist der zweite Anschluss des ersten Kondensators 90 mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 92 verbunden. Demnach sind die Kondensatoren 90, 92 in Reihe geschaltet. Der erste Anschluss des zweiten Kondensators 92 ist somit auch mit dem Drain-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 94 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators 92 mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend ver bunden. Der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 92 ist mit einem Source- Anschluss des Überbrückungsschaltelements 94 elektrisch leitend verbunden. Zudem ist der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 92 mit einem zweiten Anschluss des Wderstands 88 elektrisch leitend verbunden.
Ein Anodenanschluss der Z-Diode 86 ist ferner mit einem Basisanschluss des Überbrü ckungsschaltelements 94 elektrisch leitend verbunden. Der Anodenanschluss der Z-Diode 84 ist zudem mit einem ersten Anschluss des Wderstands 88 elektrisch leitend verbun den. In einem Startbetriebszustand ist ein Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 durch ei nen effektiven Kapazitätswert aus den Kapazitäten der beiden Kondensatoren 90, 92 ge geben. Der effektive Kapazitätswert in dem Startbetriebszustand beträgt im vorliegenden Fall etwa 66 nF. In dem Startbetriebszustand beträgt eine Ladezeitkonstante t der Bootstrapeinheit 16 etwa 1 ps. Oberhalb des Spannungsgrenzwerts erreicht die Z-Diode 86 ihren Durchlassbereich, sodass das Überbrückungsschaltelement 94 durchschaltet. Demzufolge ist die Anpassungseinheit 18 selbststeuernd ausgebildet und insbesondere frei von einer Verbindung zur Steuereinheit 36. Alternativ ist jedoch auch denkbar, eine Anpassungseinheit mittels eines Signals einer Steuereinheit zu steuern. In dem Dauerbe triebszustand ist das Überbrückungsschaltelement 94 dazu vorgesehen, den zweiten Kondensator 92 zu überbrücken. Der effektive Kapazitätswert in dem Dauerbetriebszu stand beträgt demnach 2,2 pF. In dem Dauerbetriebszustand beträgt eine Ladezeitkon stante T der Bootstrapeinheit 16 etwa 33 ps.
Figur 5 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Bootstrapeinheit 16 mit der Anpassungseinheit 18 und einer Spannungsbegrenzungseinheit 20. Die Spannungsbe grenzungseinheit 20 ist zur Begrenzung einer über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung, welche vorliegend der Bootstrapspannung VBS entspricht, vorgesehen. Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 ist elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit 18 an geordnet.
Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist zumindest einen Energiespeicher 22 auf. Der Energiespeicher 22 ist elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit 18 angeordnet. Der Energiespeicher 20 weist zumindest eine Speicherkondensatoreinheit 24 auf. Die Spei cherkondensatoreinheit 24 weist eine Kapazität zwischen 10 nF und 1 pF auf. Vorliegend weist die Speicherkondensatoreinheit 24 genau einen Speicherkondensator 96 auf, des sen Kapazität zwischen 10 nF und 1 pF beträgt.
Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist zumindest ein Halbleiterschaltelement 26 auf. Das Halbleiterschaltelement 26 ist dazu vorgesehen, eine elektrische leitende Ver bindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 in Abhängig keit eines Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS herzustellen oder zu trennen. Vorliegend ist das Halbleiterschaltelement 26 dazu vorge sehen, die elektrische leitende Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 unterhalb des Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS herzustellen und oberhalb des Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS ZU trennen. Der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS liegt vorzugsweise leicht oberhalb der optimalen Versorgungsspannung des ersten Treibers 50. Es kann mittels des Halb leiterschaltelements 26 der Spannungsbegrenzungseinheit 20 daher sichergestellt wer den, dass die optimale Versorgungsspannung des ersten Treibers 50 nicht überschritten wird.
Ein Kollektoranschluss des Halbleiterschaltelements 26 ist elektrisch leitend mit dem Bootstrapwiderstand 62 verbunden. Zudem ist der Kollektoranschluss des Halbleiter schaltelements 26 mit einem ersten Anschluss des Speicherkondensators 96 der Spei cherkondensatoreinheit 24 des Energiespeichers 22 elektrisch leitend verbunden. Ein Emitteranschluss des Halbleiterschaltelements 26 ist mit dem ersten Versorgungsspan nungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der Emit teranschluss des Halbleiterschaltelements 26 mit dem ersten Anschluss des Kondensa tors 90 und mit dem Kathodenanschluss der Z-Diode 86 verbunden.
Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist zumindest eine Z-Diode 28 auf. Die Z-Diode 28 ist mit einer Steuerelektrode, also einem Basisanschluss, des Halbleiterschaltelements 26 elektrisch leitend verbunden. Vorliegend ist ein Kathodenanschluss der Z-Diode 28 mit der Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements 26 elektrisch leitend verbunden. Ein Anodenanschluss der Z-Diode 28 ist mit einem zweiten Anschluss des Speicherkonden sators 96 der Speicherkondensatoreinheit 24 des Energiespeichers 22 elektrisch leitend verbunden. Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist einen Regelkondensator 98 und einen Regelwiderstand 100 auf, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Der Regel kondensator 98 und der Regelwiderstand 100 sind elektrisch parallel zu dem Speicher kondensator 96 der Speicherkondensatoreinheit 24 des Energiespeichers 22 angeordnet. Der Regelkondensator 98 ist elektrisch parallel zu der Z-Diode 28 angeordnet. Der Regel kondensator 98 ist dazu vorgesehen, eine einheitliche Streu kapazität der Z-Diode 28, welche je nach Hersteller der Z-Diode 28 variieren kann, zu erreichen. Der Regelkonden sator 98 weist je nach verwendeter Z-Diode 28 eine Kapazität zwischen 10 pF und 100 nF auf. Grundsätzlich ist denkbar, dass auf den Regelkondensator 98 verzichtet werden kann, wenn die Streukapazität der verwendeten Z-Diode 28 bereits einen gewünschten Wert aufweist. Der Regelwiderstand 100 ist dazu vorgesehen, einen Stromfluss durch die Z-Diode 28 zu begrenzen.
Der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS ist durch eine Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 charakterisiert. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 über den Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss des Halbleiterschaltelements 26 besteht nur, wenn die Spannung VBs, welche zwischen dem Emitteranschluss des Halbleiter schaltelements 26 und dem Mittelabgriff 44 abfällt, niedriger ist als die Summe aus der Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 und der Basis-Emitter-Spannung des Halbleiter schaltelements 26. Vorliegend weist die Z-Diode 28 eine Durchbruchsspannung von 20 V auf. Das Halbleiterschaltelement 26 benötigt eine Basis-Emitter-Spannung von ca. 0,6 V damit es leitend wird und zwischen dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss ein Strom fließen kann. Überschreitet die Spannung VBS die Durchbruchsspannung der Z- Diode 28 wird diese in Sperrrichtung leitend, sodass keine ausreichende Basis-Emitter- Spannung an dem Halbleiterschaltelement 26 mehr anliegt und das Halbleiterschaltele ment 26 die elektrische leitende Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 trennt. Der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit 18 abfal lenden Spannung VBS ist daher durch die Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 charakte risiert.
Somit ist die Spannungsbegrenzungseinheit 20 selbststeuernd ausgebildet. Eine Verbin dung der Spannungsbegrenzungseinheit 20 mit der Steuereinheit 26 und eine Steuerung der Spannungsbegrenzungseinheit 20 durch die Steuereinheit 36 ist daher nicht erforder lich.
Figur 6 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung 10. In dem Verfahren wird die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Spannung VBs automatisch begrenzt. Das Verfahren umfasst zumindest zwei Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt 102 des Verfahrens wird die Haus haltsgerätevorrichtung 10 eingeschaltet und über die Hauptenergiequelle 40 mit Energie versorgt. In dem ersten Verfahrensschritt 102 wird die Haushaltsgerätevorrichtung 10 in dem Startbetriebszustand betrieben und die Schalteinheiten 12, 30 werden durch die Steuereinheit 36 abwechselnd geschaltet. Dazu werden die Treiber 50, 52 abwechselnd durch die Steuereinheit angesteuert. In dem Startbetriebszustand sind der Kondensator 90 und der Kondensator 92 in Reihe geschaltet, sodass ein effektiver Kapazitätswert der Bootstrapeinheit 16 gering ist und vorliegend ca. 66 nF beträgt. In dem Startbetriebszu stand wird somit auch eine niedrige Ladezeitkonstante t der Bootstrapeinheit 16 von vor liegend etwa 1 ps erreicht. Sobald die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Bootstrapspannung VBs die Durchbruchsspannung der Z-Diode 84, von vorliegend 12 V, überschreitet wird diese in Sperrrichtung leitend, sodass der Kondensator 90 durch das Überbrückungsschaltelement 94 überbrückt wird. Dieser Zeitpunkt stellt sowohl einen Übergang von dem Startbetriebszustand in dem Dauerbetriebszustand der Haushaltsge rätevorrichtung 10 als auch einen Übergang von dem ersten Verfahrensschritt 102 in ei- nen zweiten Verfahrensschritt 104 des Verfahrens dar. In dem zweiten Verfahrensschritt 104 wird die Haushaltsgerätevorrichtung 10 in dem Dauerbetriebszustand betrieben, wo bei der Kondensator 92 der Anpassungseinheit 18 überbückt ist, sodass sich der effektive Kapazitätswert der Bootstrapeinheit 16 auf 2,2 pF einstellt und die Ladezeitkonstante t der Bootstrapeinheit 16 etwa 33 ps beträgt. Sobald die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Bootstrapspannung VBS, beispielsweise aufgrund von Überlagerung durch die Kriechspannung VLEAK, die Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 von 20 V erreicht oder überschreitet, wird die Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energie speicher 22 sowie der Sekundärenergiequelle 48 durch das Halbleiterschaltelement 26 getrennt. Dadurch wird die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Bootstrapspannung VBS automatisch begrenzt.
Bezugszeichen
10 Haushaltsgerätevorrichtung
12 Schalteinheit
14 Treiberschaltkreis
16 Bootstrapeinheit
18 Anpassungseinheit
20 Spannungsbegrenzungseinheit
22 Energiespeicher
24 Speicherkondensatoreinheit
26 Halbleiterschaltelement
28 Z-Diode
30 Schalteinheit
32 Haushaltsgerät
34 Heizzone
36 Steuereinheit
38 Heizeinheit
40 Hauptenergiequelle
42 Wechselrichter
44 Mittel abgriff
46 Resonanzeinheit
48 Sekundärenergiequelle
50 Treiber
52 Treiber
54 Leitungspfad
56 Bulk-Kondensator
58 Bootstrapdiode
60 Bootstrapkapazität
62 Bootstrapwiderstand
64 Leitungspfad 66 Abszissenachse
68 Ordinatenachse
70 Kurve
72 Kurve
74 Kurve
76 Kurve
78 Kurve
80 Kurve
82 Kurve
84 Diode
86 Z-Diode
88 Widerstand
90 Kondensator
92 Kondensator
94 Überbrückungsschaltelement
96 Speicherkondensator
98 Regelkondensator
100 Regelwiderstand
102 erster Verfahrensschritt
104 zweiter Verfahrensschritt
106 Kochfeldplatte
CBOOI Variable
Reoot Variable
T Ladezeitkonstante
VBS Bootstrapspannung
Vo Netzspannungspotential
Vi_eak Kriechspannung

Claims

Ansprüche
1. Haushaltsgerätevorrichtung (10), insbesondere Induktionsgargerätevorrichtung, mit zumindest einer Schalteinheit (12, 30) und mit zumindest einem Treiber schaltkreis (14), welcher dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit (12, 30) einzustellen und welcher eine Bootstrapeinheit (16) auf weist, die eine Anpassungseinheit (18) umfasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit (16) zu verändern, dadurch gekennzeichnet, dass die Bootstrapeinheit (16) eine Spannungsbegrenzungs einheit (20) zur Begrenzung einer über der Anpassungseinheit (18) abfallenden Bootstrapspannung (VBS) aufweist.
2. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinheit (20) zumindest einen Energiespeicher (22) aufweist, welcher elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit (18) ange ordnet ist.
3. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (22) zumindest eine Speicherkondensatoreinheit (24) aufweist.
4. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkondensatoreinheit (24) eine Kapazität zwischen 10 nF und 1 pF aufweist.
5. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinheit (20) selbst steuernd ausgebildet ist.
6. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinheit (20) zumin dest ein Halbleiterschaltelement (26) aufweist, welches dazu vorgesehen ist, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anpassungseinheit (18) und dem Energiespeicher (22) in Abhängigkeit eines Schwellenwerts der über der Anpas sungseinheit (18) abfallenden Bootstrapspannung (VBs) herzustellen oder zu trennen.
7. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinheit (20) zumindest eine Z-Diode (28) auf- weist, welche mit einer Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements (26) elektrisch leitend verbunden ist.
8. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit (18) abfallenden Span nung (VBS) durch eine Durchbruchsspannung der Z-Diode (28) charakterisiert ist.
9. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungseinheit (18) dazu vorgesehen ist, den zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit (16) in Abhängigkeit der über der Anpassungseinheit (18) abfallenden Bootstrapspannung (VBS) ZU verän dern.
10. Haushaltsgerät (32), insbesondere Induktionsgargerät, mit zumindest einer
Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Verfahren zum Betrieb einer Haushaltsgerätevorrichtung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit zumindest einer Schalteinheit (12, 30) und mit zumindest einem Treiberschaltkreis (14), welcher dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit (12, 30) einzustellen und welcher eine Bootstrapeinheit (16) aufweist, die eine Anpassungseinheit (18) umfasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit (16) zu verändern, dadurch gekennzeichnet, dass eine über der Anpassungseinheit (18) abfallende Bootstrapspannung (VBs) automatisch begrenzt wird.
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EP3001774A1 (de) * 2014-09-24 2016-03-30 BSH Hausgeräte GmbH Hausgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer hausgerätevorrichtung
CN107306460A (zh) * 2016-04-25 2017-10-31 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 电磁加热系统和用于其的半桥隔离驱动电路
EP3603334A1 (de) * 2017-03-30 2020-02-05 BSH Hausgeräte GmbH Haushaltsgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer haushaltsgerätevorrichtung

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