感應熱發(fā)生器和感應式烹飪灶臺的制作方法
【專利說明】感應熱發(fā)生器和感應式烹飪灶臺
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分所述的感應熱發(fā)生器。此外，本發(fā)明涉及一種感應式烹飪灶臺，這種感應式烹飪灶臺包括至少一個感應熱發(fā)生器。
[0002]在感應式烹飪加熱器中使用感應熱發(fā)生器。圖10展示了根據(jù)現(xiàn)有技術的一種具有控制電路模塊的零電壓切換(ZVS)半橋式感應熱發(fā)生器。所述半橋式感應熱發(fā)生器包括兩個晶體管SI和S2、兩個二極管Dl和D2、感應線圈L以及四個電容器C1、C2、C3和C4。整流電路10包括四個二極管和另一個電容器。整流電路10被提供用于連接至交流電源端子12上。此外，該感應熱發(fā)生器包括柵極驅動電路14、微控制器16、功率控制電路18、零交叉檢測器20以及高頻電流互感器40。圖11中示出了感應線圈電流IL、逆變器輸出電壓VS以及柵極電壓VGl和VG2的圖。
[0003]然而，該感應熱發(fā)生器不是在單個印刷電路板上實現(xiàn)的。一些集成電路是獨立電路。該感應加熱發(fā)生器的緊湊安排是不可能的。
[0004]本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的感應熱發(fā)生器，該感應熱發(fā)生器允許對其部件進行緊湊安排。
[0005]本發(fā)明的目的是通過根據(jù)權利要求1所述的感應熱發(fā)生器實現(xiàn)的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，分流元件與第一電容器串列串聯(lián)連接，其中，所述分流元件與第一電容器串列互連于整流電路的這些輸出端子之間；并且其中，該分流元件連接至控制電路模塊的輸入端上。
[0007]本發(fā)明的主要思想是分流元件與第一電容器串列串聯(lián)連接。因此，分流元件也與半導體開關串聯(lián)連接。由于分流元件連接至控制電路模塊的輸入端上，可以通過控制電路模塊來分別檢測或估計若干個參數(shù)。
[0008]具體而言，該感應熱發(fā)生器是一種半橋式感應熱發(fā)生器。
[0009]優(yōu)選地，至少兩個二極管各自并聯(lián)連接至這些半導體開關之一上。
[0010]此外，控制電路模塊可以包括檢測電路，用于檢測分流元件的電壓降。
[0011]另外，控制電路模塊可以包括微控制器和模數(shù)轉換器。
[0012]優(yōu)選地，感應熱發(fā)生器的這些部件都被安排在一個單個印刷電路板上。所述單個印刷電路板有助于感應熱發(fā)生器的緊湊安排。
[0013]具體而言，感應熱發(fā)生器的這些部件均是表面安裝器件(SMD)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，分流元件具有0.01 Ω與0.1Ω之間的電阻，具體是
0.05Ω。這個低電阻不會干擾感應熱發(fā)生器的運行。
[0015]優(yōu)選地，該控制電路模塊被提供用于估計在切換一個半導體開關與感應線圈電流的后續(xù)零交叉之間的相位角延遲。
[0016]例如，該控制電路模塊被提供用于基于該相位角延遲估計在該感應線圈上方的鍋的存在。
[0017]此外，該控制電路模塊可以被提供用于基于該相位角延遲估計在該感應線圈上方的該鍋內的耗散功率。
[0018]具體而言，該相位角延遲是基于該感應線圈電流與零值的相交線來估計的。
[0019]例如，該相交線是基于該感應線圈電流的至少兩個采樣點來估計的。
[0020]優(yōu)選地，這些半導體開關是晶體管，具體是絕緣柵雙極型晶體管。
[0021]最后，本發(fā)明涉及一種感應式烹飪灶臺，該感應式烹飪灶臺包括至少一個以上所提及的感應熱發(fā)生器。
[0022]本發(fā)明的新穎性和創(chuàng)造性特征在所附權利要求書中列出。
[0023]將參考附圖進一步詳細地描述本發(fā)明，在附圖中
[0024]圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一種具有控制電路模塊的半橋式感應熱發(fā)生器的電路圖，
[0025]圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流、逆變器輸出電壓、柵極電壓以及分流電流的圖，
[0026]圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的分流電流的圖，
[0027]圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的半橋式感應熱發(fā)生器的檢測電路的詳細電路圖，
[0028]圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流與分流電壓的圖，
[0029]圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流與分流電壓的圖，
[0030]圖7展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流與分流電壓的圖，
[0031]圖8展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流與分流電壓的圖，
[0032]圖9展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流與分流電壓的圖，
[0033]圖10展示了根據(jù)現(xiàn)有技術的半橋式感應熱發(fā)生器的電路圖，以及
[0034]圖11展示了根據(jù)現(xiàn)有技術的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流、逆變器輸出電壓以及柵極電壓的圖。
[0035]圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一種具有控制電路模塊的半橋式感應熱發(fā)生器的電路圖。
[0036]這種半橋式感應熱發(fā)生器包括整流電路10。整流電路10連接至交流電源端子12。適當?shù)陌霕蚴礁袘獰岚l(fā)生器包括第一晶體管S1、第二晶體管S2、第一二極管D1、第二二極管D2、四個電容器Cl、C2、C3、C4、感應線圈L以及分流元件SE?？刂齐娐纺K包括柵極驅動電路14、微控制器16、功率控制電路18、零交叉檢測器20以及檢測電路22。晶體管SI與 S2 可以是 MOSFET、IGBT, MCT 或 SIT。
[0037]第一晶體管SI與第二晶體管S2串聯(lián)連接。第一二極管Dl并聯(lián)連接至第一晶體管SI上。以同樣的方式，第二二極管D2并聯(lián)連接至第二晶體管S2上。此外，第一電容器Cl并聯(lián)連接至第一晶體管SI上。相應地，第二電容器C2并聯(lián)連接至第二晶體管S2上。換言之，第一晶體管S1、第一二極管Dl和第一電容器Cl組成了第一組并聯(lián)元件。以類似的方式，第二晶體管S2、第二二極管D2和第二電容器C2組成了第二組并聯(lián)元件。第一組、第二組和分流元件SE串聯(lián)連接。
[0038]此外，第一組、第二組和分流元件SE的串列并聯(lián)連接至第三電容器C3和第四電容器C4的串列上。這個并聯(lián)安排連接至整流電路10的輸出端上。
[0039]另外，第一晶體管SI與第二晶體管S2之間的連接點連接至第三電容器C3與第四電容器C4之間的連接點上。感應線圈L的一個端子連接至第一晶體管SI與第二晶體管S2之間的連接點上。感應線圈L的另一個端子連接至第三電容器C3與第四電容器C4之間的連接點上。
[0040]檢測電路22的輸入端連接至第二晶體管S2與分流元件SE的連接點上。檢測電路22的輸出端連接至功率控制電路18上。零交叉檢測器20的輸出端也連接至功率控制電路18上。功率控制電路18的輸出端連接至微控制器16的輸入端上。微控制器16的輸出端連接至柵極驅動電路14的輸入端上。柵極驅動電路14的兩個輸出端分別連接至第一晶體管SI和第二晶體管S2的控制電極上。
[0041]分流元件SE具有非常低的電阻，例如大約0.05歐姆。因此，對半橋式感應熱發(fā)生器的特性的影響是相對小的。分流元件SE不會干擾半橋式感應熱發(fā)生器的運行。具體而言，參數(shù)相位角延遲、斷開電流和峰值電流可以由檢測電路22在分流元件SE上進行檢測。這些檢測值由檢測電路22和/或功率控制電路18為微控制器16進行轉換。
[0042]圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的感應線圈電流IL、逆變器輸出電壓VS、第一柵極電壓VG1、第二柵極電壓VG2以及分流電流IS的圖。
[0043]感應線圈電流IL、逆變器輸出電壓VS、第一柵極電壓VG1、第二柵極電壓VG2以及分流電流IS被同步示出為時間t的函數(shù)。
[0044]圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的感應熱發(fā)生器的分流電流IS的圖。
[0045]第一幅圖示出了在檢測電路22的輸入端上的適當分流電流IS。第二幅圖示出了具有偏移電壓34時的分流電流IS。第三幅圖示出了具有相位角延遲28時的分流電流IS。
[0046]圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的半橋式感應熱發(fā)生器的檢測電路22的詳細電路圖。檢測電路22包括運算放大器30、二極管32、八個電阻器元件Rl至R8以及兩個電容器C。
[0047]跨分流元件SE的電壓被施加至電阻器元件Rl上并且被電阻器元件R2和R3偏移，從而使得運算放大器30的輸入端接收到正值。參照地面34，跨分流元件22的電壓反映了感應線圈電流IL的一部分。由電阻器元件R2和R3進行的偏移允許只有正值被運算放大器30所放大并且被微控制器16的AD轉換器輸入端所讀取。
[0048]對檢測電路22的輸出信號Il和12進行濾波并且將其傳輸至微控制器16的AD轉換器輸入端上。例如，輸出信號Il和12被用作鍋檢測和功率估計的參數(shù)。這些參數(shù)可以通過感應熱發(fā)生器的輸出與感應線圈電流IL的零交叉之間的相位角延遲的值來獲得。相位角延遲可以通過在微控制器16中的AD轉換器的特征與軟件算法的組合來導出。AD轉換可以在周期的相對時間被觸發(fā)開始。如果該相對時間是以角度給出的，那么完整的周期包括360度。
[0049]例如，AD轉換器的采樣在45°、70。、90。、135。和180。上被觸發(fā)。所估計的這些參數(shù)可以是斷開電流、峰值電流和相位角延遲。斷開電流是在180°周期時間上的電流。這些采樣值中的最大值可以被當作峰值電流。
[0050]相位角延遲是斷開一個晶體管SI或S2直到感應線圈L中的電流為零之間的時間延遲。相位角延遲也可以被轉化為相對于周期時間的相對值。在半個周期內，相對時間由0°與180°之間的值給出。假設每一個半個周期都是對稱的，從而使得相位角延遲將始終在90°以下的區(qū)間內移動。在實際應用中，相位角延遲的范圍是在20°至90°之間。如果沒有功率被耗散在負載內，那么相位角延遲將會接近于90°。因此，鍋24或26的出現(xiàn)可以通過使用相位角延遲來檢測。此外，相位角延遲可以被用于估計鍋24或26內的功率耗散。
[0051]相位