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CN105191489A - 一种感应加热炉灶 - Google Patents

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CN105191489A
CN105191489A CN201380065443.2A CN201380065443A CN105191489A CN 105191489 A CN105191489 A CN 105191489A CN 201380065443 A CN201380065443 A CN 201380065443A CN 105191489 A CN105191489 A CN 105191489A
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N·伊马兹
H·S·亚迪比
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B2213/05—Heating plates with pan detection means

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Induction Heating Cooking Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种感应加热炉灶(1)，其包括谐振电路(6)、诸如IGBT的功率开关(7)、集电极节(8)、驱动电路(9)和控制单元(11)，该谐振电路(6)具有感应线圈(4)和并联连接至感应线圈(4)的谐振电容器(5)，该功率开关(7)驱动谐振电路(6)，在功率开关(7)的非导通(打开)时间期间，在该集电极节(8)上产生谐振电压(Vce)，该驱动电路(9)驱动功率开关(7)，该控制单元(11)通过控制驱动电路(9)而调节功率开关(7)的运行，并且其中，在不同的加热设定和可变的AC干线电压和温度条件下，确定感应线圈(4)上是否存在容器(K)以及该容器(K)的适当位置。

Description

一种感应加热炉灶
技术领域
本发明涉及一种感应加热炉灶，其中，可以检测位于其上的容器是否处于适当的位置。
背景技术
感应加热炉灶按照采用由感应线圈产生的磁场效应加热铸铁或者钢的铁磁炊具(例如壶)的原理来工作。现有技术中，由一个功率开关和一个谐振电容器形成的单开关准谐振(SSQR)电路用于驱动单个感应线圈。由于成本优势，单开关准谐振电路(SSQR)是优选的；然而，它们运行在较窄的能量频率范围内，并且仅仅能够在一定的电压和功率范围内为炊具传输功率。在使用单开关准谐振电路(SSQR)的感应加热炉灶中，在检测不同种类的炊具和炊具在炉灶头上的位置变化方面会遇到问题。此外，在干线电压波动和在不同温度条件下检测炊具的位置会出现困难。在一些感应加热炉灶中，使用了多线圈-多区域结构，热量能够保持在炉灶的整个表面上，从而为用户提供了灵活性。在这种类型的感应加热炉灶中，各种形状和尺寸的感应线圈被设置在炉灶表面上。在可变的干线电压，依赖于功率设定的输入电压，并且在可变的温度条件下，在向炊具传输功率期间，炊具位置以及另外的特征要素(例如直径、类型和铁磁特性)的检测对于使用了多线圈和单开关准谐振电路(SSQR)的产品来说是相当关键的。在感应加热炉灶中，位于感应线圈上的容器的位置一般由绘制于炉灶表面上的圆形边界线限定。如果按照预定的边界线与感应线圈对准，则容器能够被高效地加热。用户被允许将容器滑动到所述边界线外侧少许，从而只要容器位于高效加热区，就可以以期望的功率设定来加热容器。在处于高效加热区的条件下，容器应当按照由用户选择的功率设定被加热，并且不会受到可变的干线电压和温度条件的影响，如果容器滑动出高效加热区，则这种状况应当被检测到，并且应当中断向容器传输能量。如果没有检测到容器滑出高效加热区，则容器不能按照所选择的功率设定被加热，并且电路板会被损坏。
欧洲专利申请No.EP2282606涉及一种感应装置控制方法。通过在控制单元内比较谐振电压与预定的固定参考电压来检测感应线圈上是否存在容器、其电阻率和尺寸。
在欧洲专利No.EP1629698中，说明了一种感应烹饪系统，其包括功率逆变器、微处理器、保护电路和锅检测电路。
在日本专利申请no.JP4371108中，说明了一种感应加热烹饪设备，其包括炊具检测电路。
在日本专利申请no.JP2011023163中，说明了一种饭煲，其中，在不稳定的电源电压条件下，检测锅是否位于感应加热器上，或者检测锅是否位于指定的位置。
在日本专利申请No.JP2007066837中，说明了一种饭煲，其中，在波动的电源电压条件下，检测诸如勺子、刀具之类的厨具是否位于感应加热器上。
发明内容
本发明的目的是实现一种感应加热炉灶，其中，在可变的干线输入电压和温度条件下，检测位于感应线圈上的容器的位置。
为了达到本发明的目的而实现的感应加热炉灶(在第一权利要求及其各自的权利要求中说明)包括桥式整流器、谐振电路、功率开关(例如IGBT)、集电极节、电流监测电路和电压监测电路，桥式整流器将交变干线电流转换为直流，谐振电路具有感应线圈和谐振电容器，功率开关驱动谐振电路，在集电极节上产生谐振电压，电流监测电路串联连接至感应线圈，提供线圈电流，该线圈电流流过感应线圈，通过将该线圈电流转换为电压数据对其进行监测，电压监测电路提供对产生在集电极节上的谐振电压(功率开关电压)的监测。
在本发明的一个实施例中，电流监测电路包括电流检测电阻器，该电流检测电阻器串联连接至感应线圈，并且在本发明的另一个实施例中包括电流互感器和电流检测电阻器，该电流互感器串联连接至感应线圈，该电流检测电阻器并联连接至电流互感器的次级侧。
在本发明的一个实施例中，电压监测电路包括分压器，该分压器降低谐振电压，从而能使其容易测量。
控制单元判定容器位于炉灶的上板上的高效加热区内，其中，如果借助于电流监测电路监测到的线圈电流变化大于针对经由用户界面选择的不同功率等级预先记录在其内存中的极限线圈电流变化，则容器被允许少量滑出感应线圈的水平。
一旦检测到容器位于高效加热区内，则控制单元将借助于电压监测电路监测到的谐振电压保持恒定，如果低则增加谐振电压，如果高则减小它，因此只要容器处于高效加热区内，即使少量滑出感应线圈的水平，传输至容器的功率也能够保持恒定。
一旦检测到容器滑出高效加热区，则控制单元停止感应加热炉灶的运行。
在本发明的感应加热炉灶中，在可变的干线电压和温度条件下，控制单元依照经由用户界面选择的加热设定来保持传输给容器的功率恒定。通过精确地检测感应线圈上的容器的对准，防止了驱动感应线圈的功率开关以及其他的电子元件损坏。
附图说明
为了达到本发明的目的而实现的感应加热炉灶在附图中示出，其中：
图1为感应加热炉灶的俯视示意图。
图2为感应加热炉灶的控制电路的示意图。
图3为本发明一个实施例中的感应加热炉灶的控制电路的示意图。
图中示出的元件的附图标记如下：
1.感应加热炉灶
2.桥式整流器
3.滤波电路
4.感应线圈
5.谐振电容器
6.谐振电路
7.功率开关
8.集电极节
9.驱动电路
10.用户界面
11.控制单元
12.电流监测电路
13.电压监测电路
14.电流检测电阻器
15.电流互感器
16.分压器
具体实施方式
感应加热炉灶1包括桥式整流器2、高频滤波电路3以及一个或多个感应线圈4，该桥式整流器2将从干线接收的交流转换为直流，该高频滤波电路3位于桥式整流器2的输出端，在位于感应加热炉灶1的上板P上从而处于高效加热区B内的容器K的加热期间，线圈电流IL流过该一个或多个感应线圈4。
容器K或其他铁磁炊具容器被放置在感应加热炉灶1的上板P上，从而处于高效加热区B内，该高效加热区B允许它们少量超出在感应线圈4水平处限定了其位置的边界线S，并且为其提供高效的加热(图1)。
感应加热炉灶1包括谐振电路6、功率开关7、集电极节8、驱动电路9、用户界面10和控制单元11(例如微处理器)，该谐振电路6具有谐振电容器5，该谐振电容器5并联连接至感应线圈4，该功率开关7例如是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，具有集电极、发射极和续流二极管，该功率开关7驱动谐振电路6，也就是说，在关断位置呈导通状态，使谐振电容器5在导通时间期间充电，在打开位置中断导通，使谐振电容器5在非导通时间期间放电，并且将功率从感应线圈4传输至容器K，在功率开关7的非导通(打开)时间期间，在该集电极节8上产生谐振电压Vce或者换句话说功率开关7的集电-发射电压，该驱动电路9以处于所需电平的驱动电压Vge驱动功率开关7，该用户界面10以期望的功率水平加热容器K，用户通过该用户界面10调节加热设定，该控制单元11按照经由用户界面10选择的加热设定借助于驱动电路9调节功率开关7的运行(图2、图3)。
只要位于感应加热炉灶1的上板P上的容器K处于比标在上板P上的边界线S具有更大直径的高效加热区B内，则容器K通过按照经由用户界面10选择的加热设定(功率等级)接收恒定的功率而被加热。用户被允许少量滑动容器K超出感应线圈4的水平。如果容器K滑动到高效加热区B外，则中断从感应线圈4传输给容器K的功率。
在感应加热炉灶1中，功率开关7处于关断位置的导通时间通过经由用户界面10选择的加热设定来确定。功率开关7处于打开位置的非导通时间取决于位于感应线圈4上的容器K的特征要素、容器K在感应线圈4上的对准、干线电压条件和容器K的温度通过控制单元11来确定。在功率开关7的非导通时间期间，在集电极节8处产生谐振电压Vce，线圈电流IL流过感应线圈4，并且能量被传输至容器K。
本发明的感应加热炉灶1包括，
-电压监测电路12，该电压监测电路12连接至集电极节8，并且在功率传输至容器K期间监测谐振电压Vce，
-电流监测电路13，该电流监测电路13串联连接至感应线圈4，并且在功率传输至容器K期间通过将线圈电流IL转换为电压数据而监测线圈电流IL，和
-控制单元11，如果借助于电流监测电路13监测到的线圈电流变化ΔIL大于针对经由用户界面10选择的不同功率等级预先记录在其内存中的极限线圈电流变化ΔIL-lim，则该控制单元11判定容器K位于高效加热区B内，并且通过干预借助于电压监测电路12监测到的谐振电压Vce来保持谐振电压Vce恒定，从而使传输至容器K的功率能够保持恒定。
如果借助于电流监测电路13监测到的线圈电流变化ΔIL小于针对不同功率等级预先记录在其内存中的极限线圈电流变化ΔIL-lim，则控制单元11判定容器K滑到高效加热区B外，中断线圈电流IL并且停止感应加热炉灶1的运行。
在感应加热炉灶1中，当容器K少量滑出感应线圈4时，借助于电流监测电路13确定容器K是否位于高效加热区B内。如果容器K位于高效加热区B内，则控制单元11保持谐振电压Vce恒定，并且因此在可变的干线电压和温度条件下，借助于电压监测电路12和驱动电路9保持传输至容器K的功率恒定。即使少量滑出了感应线圈4的水平，容器K能够在高效加热区B内按照经由用户界面10选择的加热设定被加热。
在本发明的一个实施例中，控制单元11将预先记录在其内存中且对应于经由用户界面10选择的加热设定的恒定谐振电压Vce-sb与借助于电压监测电路12监测到的实际谐振电压Vce进行比较，借助于驱动电路9干预功率开关7，并使实际谐振电压Vce等于恒定谐振电压Vce-sb，从而使从感应线圈4传输至容器K的功率能够保持恒定。
在本发明的一个实施例中，电流监测电路13包括电流检测电阻器14，该电流检测电阻器14串联连接至感应线圈4，并将线圈电流IL转换为电压数据(图3)。控制单元11从电流检测电阻器14的端子接收关于线圈电流IL的电压数据。
在本发明的另一实施例中，电流监测电路13包括电流互感器15，该电流互感器15串联连接至感应线圈4，并且将线圈电流IL减小至能够被控制单元11检测到的水平，并且电流检测电阻器14并联连接至电流互感器15的次级侧(图2)。
在本发明的另一实施例中，电压监测电路12包括分压器16，该分压器16具有串联连接至集电极节8的电阻器R1、R2，并且通过将谐振电压Vce分压而将易测量的低电平的谐振电压Vce施加至控制单元11(图2、图3)。
在本发明的感应加热炉灶1中，恒定功率被传输至位于高效加热区B内的容器K，其中，容器K被允许少量滑出感应线圈4的水平，并且容器K的滑动导致线圈电流IL的变化。为了检测位于上板P上的容器K的位置，谐振电压Vce保持恒定，并且监测随着容器K滑出感应线圈4而变化的线圈电流ΔIL。为了以经由用户界面10选择的加热设定保持传输至容器K的功率恒定，控制单元11保持谐振电压Vce恒定并且通过监测由容器K滑动引起的线圈电流变化ΔIL而检测容器K是否存在或者检测感应线圈4上的容器K是否对准。功率开关7和其他电子电路元件得以免于损坏。在不同的加热设定中，位于感应线圈4上的容器K的位置可在可变的干线输入电压和温度条件下被精确地检测，并且以恒定的功率加热容器K。
可以理解上面公开的实施例不构成对本发明的限制，并且本领域技术人员能够容易地得出不同的实施例。这些应理解为落入本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种感应加热炉灶(1)，包括桥式整流器(2)、滤波电路(3)、一个或多个感应线圈(4)、谐振电路(6)、功率开关(7)、集电极节(8)、驱动电路(9)、用户界面(10)和控制单元(11)，所述桥式整流器(2)将交流转换为直流，所述滤波电路(3)位于所述桥式整流器(2)的输出端，在加热位于所述感应加热炉灶(1)的上板(P)上从而处于高效加热区(B)内的容器(K)期间，线圈电流(IL)流过所述一个或多个感应线圈(4)，所述谐振电路(6)具有并联连接至所述感应线圈(4)的谐振电容器(5)，所述功率开关(7)驱动所述谐振电路(6)，在所述功率开关(7)的非导通时间期间在所述集电极节(8)上产生谐振电压(Vce)，所述驱动电路(9)驱动所述功率开关(7)，所述控制单元(11)按照经由所述用户界面(10)选择的加热设定借助于所述驱动电路(9)调节所述功率开关(7)的运行，其特征在于，
-电压监测电路(12)，所述电压监测电路(12)连接至所述集电极节(8)，并提供对谐振电压(Vce)的监测，和
-电流监测电路(13)，所述电流监测电路(13)串联连接至所述感应线圈(4)，并提供对所述线圈电流(IL)的监测，和
-控制单元(11)，如果借助于所述电流监测电路(13)监测到的线圈电流变化(ΔIL)大于针对经由所述用户界面(10)选择的不同功率等级预先记录在其内存中的极限线圈电流变化(ΔIL-lim)，则所述控制单元(11)判定所述容器(K)位于所述高效加热区(B)内，并且保持借助于所述电压监测电路(12)监测到的谐振电压(Vce)和传输到所述容器(K)的功率恒定。
2.如权利要求1所述的感应加热炉灶(1)，其特征在于，如果借助于所述电流监测电路(13)监测到的线圈电流变化(ΔIL)小于所述极限线圈电流变化(ΔIL-lim)，则所述控制单元(11)判定所述容器(K)滑到高效加热区(B)外，并且停止所述感应加热炉灶(1)的运行。
3.如权利要求1或2所述的感应加热炉灶(1)，其特征在于，所述控制单元(11)将预先记录在其内存中且对应于经由所述用户界面(10)选择的加热设定的恒定谐振电压(Vce-sb)与实际谐振电压(Vce)进行比较，借助于所述驱动电路(9)干预所述功率开关(7)，并且使得所述实际谐振电压(Vce)能够等于所述恒定谐振电压(Vce-sb)。
4.如上述任一项权利要求所述的感应加热炉灶(1)，其特征在于，所述电流监测电路(13)包括电流检测电阻器(14)，所述电流检测电阻器(14)串联连接至所述感应线圈(4)并将所述线圈电流(IL)转换为电压数据。
5.如权利要求1-3任一项所述的感应加热炉灶(1)，其特征在于，所述电流监测电路(13)包括电流互感器(15)，所述电流互感器(15)串联连接至所述感应线圈(4)并减小所述线圈电流(IL)，并且所述电流检测电阻器(14)并联连接至所述电流互感器(15)。
6.如上述任一项权利要求所述的感应加热炉灶(1)，其特征在于，所述电压监测电路(12)包括分压器(16)，所述分压器(16)具有串联连接至所述集电极节(8)的电阻器(R1，R2)并且通过为谐振电压(Vce)分压而将易测量的低电平的谐振电压(Vce)施加至所述控制单元(11)。
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Application publication date: 20151223

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