專利名稱：電磁感應(yīng)加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)不同材質(zhì)的被加熱物供給希望的電力，來進(jìn)行感應(yīng)加熱 的逆變式的電》茲感應(yīng)加熱裝置。
背景技術(shù)：
近年來，不使用火對(duì)鍋等被力口熱物進(jìn)行加熱的逆變式(inverter)的電磁感 應(yīng)加熱裝置被廣泛地使用。電磁感應(yīng)加熱裝置使高頻電流流入加熱線圈，在設(shè) 置于線圈附近的金屬材質(zhì)的被加熱物中產(chǎn)生渦流，通過被加熱物自身的電阻而 發(fā)熱。 一般地，在被加熱物中，為磁性體且固有電阻大的鐵容易被加熱，而非 磁性體且電阻較低的銅或鋁等難以加熱。
作為解決該問題的現(xiàn)有技術(shù)，具有在特開平5 -251172號(hào)公報(bào)中公開的電 磁感應(yīng)加熱烹調(diào)器。該公知的例子由單一的加熱線圈、以及還作為半橋電路方 式發(fā)揮功能的全橋電路的高頻逆變器構(gòu)成，判斷烹調(diào)鍋是磁性鍋還是非磁性 鍋，根據(jù)該結(jié)果將高頻逆變器切換為半橋電路方式和全橋電路方式，來對(duì)不同 材質(zhì)的被加熱物進(jìn)行感應(yīng)加熱。
專利文獻(xiàn)1特開平5-251172號(hào)公報(bào)
在專利文獻(xiàn)l公開的現(xiàn)有技術(shù)中，在對(duì)非磁性鍋進(jìn)行加熱時(shí)，逆變器切換 為半橋電路方式，在兩組上下支路中，第一上下支路進(jìn)行輔助工作，第二上下 支路中的上支路為常開(OFF),下支路為常閉(ON)狀態(tài)。因此，在第二上 下支路的下支路中正負(fù)地流過大電流，產(chǎn)生損耗。
此外，雖然可以將高頻逆變器切換為全橋電路方式和半橋電路方式，但共 振電容器被固定為與電路方式無關(guān)，因此驅(qū)動(dòng)頻率的設(shè)定范圍存在限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明對(duì)于上述的課題，可以提供一種可對(duì)不同材質(zhì)的被力口熱物高效地供 給所希望的電力的逆變方式的電^f茲感應(yīng)加熱裝置。
為了達(dá)成上述課題，本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱裝置，其具備共振負(fù)載電路、
以及將直流電源的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓來對(duì)所述共振負(fù)載電路提供電力 的逆變器，該逆變器具有由串聯(lián)連接的至少兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的上下支路，其
中，所述逆變器具有第一上下支路和第二上下支路，所述逆變器具備第一共 振負(fù)載電路，其在所述第一上下支路的輸出端子具有對(duì)被加熱物進(jìn)行感應(yīng)加熱 的加熱線圈以及第一共振電容器；第二共振負(fù)載電路，其在所述第一上下支路 與第二上下支路的輸出端子之間具有所述加熱線圈和所述第一以及第二共振 電容器，以及將所述第二共振負(fù)載電路從所述第二上下支路的輸出端子分離的 開關(guān)單元，所述第一共振電容器具有所述第二上下支路的緩沖電容器的功能。 而且，為了達(dá)成上述課題，本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱裝置，其具備共振負(fù)載
電路，以及將直流電源的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓來對(duì)所述共振負(fù)載電路提供
路，其中，所述逆變器具有第一上下支路和第二上下支路，所述逆變器具備 第一共振電容器，在所述第一上下支路的輸出端子上連接對(duì)被加熱物進(jìn)行感應(yīng) 加熱的加熱線圏的一端，該第一共振電容器與所述加熱線圈的另一端以及所述 直流電壓的正負(fù)電極中的至少某一方連接；具有所述加熱線圈以及所述第一共 振電容器的第一共振負(fù)載電路；在所述加熱線圈的另一端與所述第二上下支路 的輸出端子之間串聯(lián)連接的第二共振電容器和開關(guān)單元；以及具有所述加熱線 圈和所述第一以及第二共振電容器的第二共振負(fù)載電路，所述第一共振電容器 具有所述第二上下支路的緩沖電容器的功能。
根據(jù)本發(fā)明，通過對(duì)應(yīng)被加熱物的材質(zhì)以及設(shè)定火力來切換共振負(fù)載電 路，可以高效地對(duì)被加熱物提供所希望的電力。
此外，因?yàn)榭梢詫⒌谝还舱耠娙萜骷孀鞯诙舷轮返木彌_電容器，所以 可提供削減了部件數(shù)量的電磁感應(yīng)加熱裝置。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作波形。
圖3 (a)是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖3 (b)是圖1的實(shí)施方式的電》茲感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明
圖。
圖3 (C)是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖3 (d)是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖3 (e)是圖1的實(shí)施方式的電/f茲感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖3 (f)是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖3 (g)是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明 圖。'
圖3 (h)是圖1的實(shí)施方式的電^茲感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖3 (i)是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖3 (j)是圖1的實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的動(dòng)作模式的狀態(tài)說明圖。
圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖5是本發(fā)明第三實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖6是本發(fā)明第四實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖7是表示本發(fā)明的開關(guān)元件的電壓和電流的關(guān)系的圖表。 圖8是本發(fā)明第五實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖9是本發(fā)明第六實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖10是本發(fā)明第七實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 符號(hào)說明
1、 IO直流電源，2二極管整流電路，3、 4上下支路，5a 5d、 32、 42開 關(guān)元件，6a 6d、 33、 43二極管，7a~7d、 9、 12、 13、 14、 34、 44電容器， 8、 31、 41電感器，ll加熱線圏，20繼電器，30升壓斬波(chopper)電路， 40降壓斷繼電路，50、 60共振負(fù)載電路，AC商用交流電源。
具體實(shí)施例方式
以下使用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。 (實(shí)施例1 )
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。在圖1
中，在直流電源1的正電極與負(fù)電極之間連接有第一上下支路3和第二上下支 路4,該第一上下支路3串聯(lián)連接功率半導(dǎo)體開關(guān)元件5a和5b,該第二上下 支路4串聯(lián)連接5c和5d。在開關(guān)元件5a至5d上，分別逆方向地并聯(lián)連接有 二極管6a至6d,此外，在開關(guān)元件5a和5b上分別并聯(lián)連接有緩沖電容器 (snubber condenser) 7a、 7b。緩沖電容器7a、 7b通過開關(guān)元件5a或5b斷開 時(shí)(turnoff)的切斷電流進(jìn)行充電或者放電，通過對(duì)兩個(gè)開關(guān)元件施加的電壓 的變化降低，來抑制斷開損耗。在所述第一上下支路3的輸出端子上連接了加 熱線圈11的一端，在加熱線圈11的另一端與直流電源1的負(fù)電極之間連接第 一共振電容器12，來構(gòu)成了第一共振負(fù)載電路50。此外，在所述加熱線圈的 另 一端與所述第二上下支路的輸出端子之間連接了串聯(lián)連接的第二共振電容 器13和繼電器(relay) 20。通過加熱線圈11、第一共振電容器12以及第二 共振電容器13構(gòu)成了第二共振負(fù)載電路60，對(duì)應(yīng)被加熱物的材質(zhì)和設(shè)定火力 來切換繼電器20，由此可以切換所述笫一共振負(fù)載電路50和第二共振負(fù)載電 路60。
在此，因?yàn)榧訜峋€圈11和被加熱物(未圖示)磁性結(jié)合，所以當(dāng)把被加
熱物轉(zhuǎn)換為從加熱線圏11 一側(cè)來看的等價(jià)電路時(shí)，成為串聯(lián)連接了被加熱物 的等價(jià)電阻與等價(jià)電感的結(jié)構(gòu)。等價(jià)電阻以及等價(jià)電感因被加熱物的材質(zhì)而不
同，在為非磁性體的、低電阻的銅或者鋁時(shí)等價(jià)電阻以及等價(jià)電感全部較都低， 在為磁性體的、高電阻的鐵時(shí)全部都高。
在圖1中，在被加熱物為銅或者鋁時(shí)，關(guān)閉所述繼電器20,通過由所述 第一上下支路3、加熱線圈11以及第一共振電容器12構(gòu)成的SEPP (Single Ended Push-Pull)方式的逆變器進(jìn)行加熱。如上所述，由于非磁性體的、低 電阻的被加熱物的等價(jià)電阻小，所以為了得到希望的輸出需要流過較大的電 流。雖然在所述的現(xiàn)有技術(shù)中存在還在第二上下支路的下支路流過而電流產(chǎn)生 損耗的問題，但在本實(shí)施例中，通過斷開繼電器20,因此不會(huì)在第二上下支
路4流過電流，不產(chǎn)生損耗。被加熱物的表面電阻具有與頻率的平方根成比例 的特征，在對(duì)銅或者鋁等低電阻的被加熱物進(jìn)行加熱時(shí)，提高頻率較為有效。 因此，設(shè)定第一共振電容器12的容量，以便能夠以例如大約卯kHz的頻率驅(qū) 動(dòng)第一上下支路3。
在被加熱物為鐵時(shí)，接通所述繼電器20，通過所示第一以及第二上下支 路、加熱線圈ll、以及第一、第二共振電容器21、 13構(gòu)成的全橋方式的逆變 器進(jìn)行加熱。如上所述，由于為磁性體的高電阻的被力口熱物的等價(jià)電阻大，因 此電流難以流入共振負(fù)載電路。因此，通過切換為全橋方式，得到將逆變器的 輸出電壓提高到2倍的所希望的輸出。在為所述銅或者鋁時(shí)，由于電阻小所以 使逆變器的頻率約為90kHz，提高表面電阻；但在為鐵時(shí)，由于原本電阻就大， 因此以大約20kHz的頻率驅(qū)動(dòng)所述第一、第二上下支路。如上所述，第一共 振電容器12的容量與大約90kHz的驅(qū)動(dòng)頻率相符地進(jìn)行設(shè)定，第二共振電容 器13的容量與大約20kHz的驅(qū)動(dòng)頻率相符地進(jìn)行設(shè)定。因?yàn)轵?qū)動(dòng)頻率的差異 較大，所以第二共振電容器13的容量成為與第一共振電容器12相比足夠大的 值。因此，全橋方式的逆變器的共振頻率主要根據(jù)第二共振電容器13來進(jìn)行 設(shè)定。雖然在所述現(xiàn)有的技術(shù)中存在共振電容器被固定為與電路方式無關(guān)、驅(qū) 動(dòng)頻率的設(shè)定范圍存在限制的課題，但在本實(shí)施例中，通過繼電器20的切換， 也可以切換共振電容器的容量。因此，可以擴(kuò)大逆變器的驅(qū)動(dòng)頻率的設(shè)定范圍， 可以按照被加熱物的材質(zhì)以最佳的頻率進(jìn)行加熱。
然后，使用圖2所示的動(dòng)作波形以及圖3所示的動(dòng)作模式說明圖對(duì)全橋方 式的動(dòng)作進(jìn)行說明。在圖2中，設(shè)流過開關(guān)元件5a、 5b、 5c、 5d的電流分別 為lc5a、 Ic5b、 Ic5c、 Ic5d，設(shè)對(duì)開關(guān)元件5a、 5b、 5c、 5d施加的電壓分別為 Vc5a、 Vc5b、 Vc5c、 Vc5d。此夕卜，設(shè)流過緩沖電容器7a、 7b的電流分別為Ic7a、 Ic7b，設(shè)流過共振電容器12的電流為Icl2。設(shè)流過加熱線圈11的線圈電流為 ILll，把圖1中從左向右的方向定義為正。
(模式l)
在圖2中，在開關(guān)元件5a、 5d處于接通狀態(tài)，加熱線圈11的電流為正時(shí)， 成為模式l的狀態(tài)。在圖3 (a)中，當(dāng)接通開關(guān)元件5a、 5d,加熱線圈11的 積蓄能量為O時(shí)，線圈電流ILll的極性由負(fù)變?yōu)檎娏髟谥髀窂揭约熬€圏
電流ILll的一部分分流到共振電容器12的路徑中流動(dòng)。主路徑是從直流電源 l在開關(guān)元件5a、加熱線圈11、共振電容器13、繼電器20、以及開關(guān)元件5d 中流動(dòng)的路徑。因?yàn)楣舱耠娙萜?3的容量與共振電容器12的容量相比足夠大， 因此大部分的電流在共振電容器13中流動(dòng)。 (模式2)
然后，當(dāng)斷開開關(guān)元件5a、 5d時(shí)，如圖3(b)所示，線圈電流IL11具有 正極性，電流在緩沖電容器7a、加熱線圏11、共振電容器12的路徑，以及緩 沖電容器7b、加熱線圈11、共振電容器12的路徑中流動(dòng)。緩沖電容器7a被 充電，開關(guān)元件5a的電壓Vc5a如圖2所示緩緩上升，另一方面，由于緩沖電 容器7b被放電，開關(guān)元件5b的電壓Vc5b緩緩降低。
由于線圈電流ILll流入共振電容器12對(duì)其充電，所以經(jīng)由共振電容器 13連接的開關(guān)元件5d的電壓Vc5d緩緩上升，開關(guān)元件5c的電壓Vc5c下降。
在此，共振電容器12在全橋方式的逆變器中，兼?zhèn)涞诙舷轮?的緩 沖電容器的作用。 (模式3)
之后，如圖2所示，開關(guān)元件5d的電壓Vc5d達(dá)到直流電源1的電壓， 當(dāng)對(duì)二極管6c施加順方向的電壓時(shí)，線圈電流ILll如圖3 (c)所示，在加熱 線圏ll、共振電容器13、繼電器20、 二極管6c、緩沖電容器7a的路徑，加 熱線圈11、共振電容器13、繼電器20、 二極管6c、緩沖電容器7b的路徑， 以及加熱線圈ll、共振電容器12、緩沖電容器7b的路徑中繼續(xù)流動(dòng)。 (模式4)
然后，如圖2所示，開關(guān)元件5a的電壓Vc5a達(dá)到直流電源1的電壓，當(dāng) 對(duì)二極管6b施加順方向的電壓時(shí)，線圈電流ILll如圖3 (d)所示，在加熱 線圈11、共振電容器13、繼電器20、 二極管6c、 二極管6b的路徑，以及力口 熱線圈11、共振電容器12、 二極管6b的路徑中繼續(xù)流動(dòng)。在該期間，雖然接 通開關(guān)元件5b、 5c,但在線圈電流ILll的積蓄能量變?yōu)镺之前，在二極管6b、 6c中繼續(xù)流動(dòng)。
在此，由于緩沖電容器7a、 7b以及共振電容器12的值，存在二極管6b 早于二極管6c導(dǎo)通的情況。此時(shí)，在(模式2)之后，如圖3 (d)所示，電
流在加熱線圏11、共振電容器12、 二極管6b的路徑中流動(dòng)，之后，電流在圖 3 (e)那樣的路徑中流動(dòng)。 (模式5)
當(dāng)加熱線圈11的積蓄能量成為0時(shí)，加熱線圈11的極性從正變化為負(fù)， 如圖3 (f)所示，電流在主路徑以及線圈電流ILll的一部分分流到共振電容 器12的路徑中流動(dòng)。主路徑是從直流電源1在開關(guān)元件5c、繼電器20、共振 電容器13、加熱線圈ll、以及開關(guān)元件5b中流動(dòng)的路徑。如上所述，因?yàn)楣?振電容器13的容量與共振電容器12的容量相比足夠大，因此大部分的電流在 共振電容器13中流動(dòng)。
(模式6)
然后，當(dāng)斷開開關(guān)元件5b、 5c時(shí)，如圖3(g)所示，線圏電流IL11具有 負(fù)極性，電流在共振電容器12、加熱線圏11、緩沖電容器7a的路徑，以及共 振電容器12、加熱線圈11、緩沖電容器7b的路徑中流動(dòng)。緩沖電容器7a被 放電，開關(guān)元件5a的電壓Vc5a如圖2所示緩緩降低，另一方面，由于緩沖電 容器7b被沖電，所以開關(guān)元件5b的電壓Vc5b緩緩上升。
由于線圈電流ILll流入共振電容器12對(duì)其放電，所以經(jīng)由共振電容器 13連接的開關(guān)元件5d的電壓Vc5d緩緩降低，開關(guān)元件5c的電壓Vc5c上升。
如上所述，共振電容器12兼?zhèn)涞诙舷轮?的緩沖電容器的作用。
(模式7)
之后，如圖2所示，開關(guān)元件5c的電壓Vc5c達(dá)到直流電源1的電壓，當(dāng) 對(duì)二極管6d施加順方向的電壓時(shí)，線圏電流ILll如圖3 (h)所示，在二極 管6d、繼電器20、共振電容器13、加熱線圏11、緩沖電容器7a的路徑，二 極管6d、繼電器20、共振電容器13、加熱線圈11、緩沖電容器7b的路徑， 以及加熱線圈ll、緩沖電容器7b、共振電容器12的路徑中繼續(xù)流動(dòng)。 (模式8)
然后，如圖2所示，開關(guān)元件5b的電壓Vc5b達(dá)到直流電源1的電壓， 當(dāng)對(duì)二極管6a施加順方向的電壓時(shí)，線圈電流ILll如圖3 (j)所示，在二極 管6d、繼電器20、共振電容器13、加熱線圈11、 二極管6a的路徑，以及共 振電容器12、加熱線圏ll、 二極管6a的路徑中繼續(xù)流動(dòng)。在該期間，雖然接
通開關(guān)元件5a、 5d,但在線圈電流ILll的積蓄能量變?yōu)?之前，在二極管6a、 6d中繼續(xù)流動(dòng)。
在此，由于緩沖電容器7a、 7b以及共振電容器12的值，存在二極管6b 早于二極管6c導(dǎo)通的情況。此時(shí)，在模式6之后，如圖3 (i)所示，電流在 共振電容器12、加熱線圈11、 二極管6a的路徑中流動(dòng)，之后，電流在圖3(j) 那樣的路徑中流動(dòng)。
如上所述，通過反復(fù)進(jìn)行上述的動(dòng)作，可以將直流電源l作為電源對(duì)加熱 線圏11提供高頻電流，通過由加熱線圈11產(chǎn)生的磁通對(duì)被加熱物進(jìn)行感應(yīng)加 熱。如本實(shí)施詢那樣，流入加熱線圈的電流通過結(jié)合加熱線圈與鍋的等價(jià)電感 以及共振電容器成為正弦波狀。這樣的電流共振型逆變器為了使線圈電流與逆 變器的輸出電壓相比成為延遲相位，將驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)定得高于共振頻率來進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)。因?yàn)殡娏鞒蔀檠舆t相位，所以在接通各開關(guān)元件時(shí)，可以在開關(guān)元件的電 壓為0伏特時(shí)進(jìn)行開關(guān)(以后稱為ZVS )，不會(huì)產(chǎn)生接通損耗。
(實(shí)施例2 )
圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。對(duì)與圖1 相同的部分賦予相同的符號(hào)，并省略其說明。在圖4中，在第一上下支路3 的輸出端子上連"^妻加熱線圈11的一端，在加熱線圏的另一端與直流電源1的 正電極之間連接有第三共振電容器14。在被加熱物為銅或者鋁時(shí)，斷開繼電 器20,通過由所述第一上下支路3、加熱線圏11以及第一、第三共振電容器 12、 14構(gòu)成的半橋方式的逆變器進(jìn)行加熱。如上所述，在對(duì)低電阻的被加熱 物進(jìn)行加熱時(shí)，提高頻率較為有效，所以設(shè)定第一、第三共振電容器12、 14 的容量，以便能夠以例如大約90kHz的頻率對(duì)第一上下支路3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
在被加熱物為鐵時(shí)，接通所述繼電器20，通過由所述第一以及第二上下 支路、加熱線圈11以及第一、第二、第三共振電容器12、 13、 14構(gòu)成的全橋 方式的逆變器進(jìn)行加熱。如上所述，第一共振電容器12在全橋方式的逆變器 中兼?zhèn)涞诙舷轮?的緩沖電容器的作用，第三共振電容器M也同樣兼?zhèn)?第二上下支路4的緩沖電容器的作用。 (實(shí)施例3 )
圖5是本發(fā)明第三實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。對(duì)與圖1 相同的部分賦予相同的符號(hào)，并省略其說明。在圖5中，與所述圖1的不同點(diǎn) 在于，在第二上下支路4的開關(guān)元件5c、 5d上分別并聯(lián)連接了緩沖電容器7c、 7d。如上所述，第一共振電容器12啟到第二上下支路4的緩沖電容器的作用， 在到共振電容器12和第二上下支路4為止的布線電感較大時(shí)，有時(shí)對(duì)開關(guān)元 件5c、 5d施加較高的電涌電壓。因此，希望在開關(guān)元件5c、 5d附近并聯(lián)地設(shè) 置緩沖電容器。 (實(shí)施例4 )
圖6是本發(fā)明第四實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于與圖 l相同的部分賦予相同的符號(hào)，并省略其說明。在所述實(shí)施例中，可以通過控 制上下支路3、 4的驅(qū)動(dòng)頻率和直流電源1的電壓，來調(diào)整提供給被加熱物的 電力。在本實(shí)施例中，表示了用于從商用交流電源得到直流電壓的直流電源1 的電路結(jié)構(gòu)。在圖6中，將商用交流電源AC施加給二極管整流電路2，在進(jìn) 行了全波整流之后，經(jīng)由使用電感器8以及電容器9構(gòu)成的濾波器施加給升壓 斬波(chopper)電路30。升壓斬波電路30由電感器31、開關(guān)元件32、 二極 管33以及電容器34構(gòu)成，在開關(guān)元件32接通的期間，將商用交流電源電壓 施加給電感器31來積蓄能量，在為斷開的期間，經(jīng)由二4及管33對(duì)電容器34 放出能量。為了降低商用交流電源的輸入電流中包含的高頻成分，控制開關(guān)元 件32的接通期間以使輸入電流波形成為正弦波，同時(shí)控制電容器34的輸出電 壓。在此，在對(duì)銅或鋁等低電阻的被加熱物進(jìn)行加熱時(shí)，如上所述等價(jià)電阻小， 因此希望通過增加加熱線圈的匝數(shù)或高頻化來提高等價(jià)電阻。但是，由于裝置 的形狀和可以使用的頻帶的限制，都會(huì)產(chǎn)生界限。由加熱線圏以及共振電容器 構(gòu)成的串聯(lián)共振電路根據(jù)等價(jià)電阻，表示共振銳度的電路的Q進(jìn)行變化，在 等價(jià)電阻小時(shí)Q較大，流入共振電路的電流也變大。如本實(shí)施例這樣，在流 入共振電路的電流成為正弦波狀的電流共振型的逆變器中，可以通過使驅(qū)動(dòng)頻 率高于共振頻率來限制共振電流。當(dāng)共振頻率與驅(qū)動(dòng)頻率的差較大時(shí)，逆變器 的輸出電壓和共振電流的相位差變大，上下支路的切斷電流增大，所以開關(guān)損 耗增大。因此，希望以接近共振頻率的頻率驅(qū)動(dòng)逆變器、減小切斷電流，應(yīng)該 降低直流電壓來限制共振電流。在本實(shí)施例中，為了降低輸入電流的高次諧波 設(shè)置了如上所述的升壓斬波電路30，電容器34的電壓下限值高于商用交流電
源的電壓峰值。因此，如圖6所示，通過"^殳有由電感器41、開關(guān)元件42、 二 極管43以及電容器44構(gòu)成的降壓斬波電路40，可以降低直流電壓，并可以 限制共振電流。此外，降壓斬波電路40可以通過控制開關(guān)元件42的接通時(shí)間 占空比(duty)來改變電容器44的電壓，因此可通過該電壓變化進(jìn)行電力控 制。
在本實(shí)施例中，在將升壓斬波電路30的輸出電壓的最大值例如設(shè)為360V 時(shí)，在升壓斬波電路30、降壓斬波電路40以及上下支路3、 4中使用的各個(gè) 開關(guān)元件的耐壓取20%的安全系數(shù)，450V左右即可。圖7表示作為開關(guān)元件 一般使用的IGBT的集電極.發(fā)射極之間的電壓Vce和集電極電流Ic的關(guān)系。 圖中的(a)是耐壓600V的元件的特性，(b)是耐壓450V的元件的特性，當(dāng) 在Ic為50A的情況下進(jìn)4亍比較時(shí)，當(dāng)耐壓從600V下降為450V時(shí)，Vce從1.85V 下降到1.3V。因此，通過Vce降低了 0.55V,元件的損耗減少并可以提高效率。 即使在作為開關(guān)元件使用了 MOSFET時(shí)，也得到同樣的效果。 (實(shí)施例5)
圖8是本發(fā)明第五實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 對(duì)于與圖l相同的部分賦予相同的符號(hào)，并省略其說明。在圖8中與圖1 的不同點(diǎn)在于，將上下支路4連接在上流電源10的正電極與負(fù)電極之間。這 樣，可對(duì)上下支路3、 4施加各個(gè)任意的電源電壓，因此可根據(jù)被加熱物的材 質(zhì)和設(shè)定火力進(jìn)行細(xì)微的電力控制。 (實(shí)施例6)
圖9是本發(fā)明第六實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。雖然在所 述圖7的實(shí)施例中將第一以及第二上下支路連接在降壓斬波電路40的輸出端 子之間，但在本發(fā)明中將第二上下支路連接在升壓斬波電路30的輸出端子之 間。由此，在驅(qū)動(dòng)第二上下支路對(duì)共振負(fù)載電路供給電流時(shí)，因?yàn)槭菇祲簲夭?電路40旁通(bypass),所以可降低在降壓斬波電路40中的損耗。
(實(shí)施例7)
圖IO是本發(fā)明第七實(shí)施方式的電磁感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。雖然在 上述的實(shí)施例中將第二上下支路連接在升壓斬波電路30的輸出端子之間，但 在本發(fā)明中連接在濾波器用電容器9的兩端。由此，在驅(qū)動(dòng)第二上下支路對(duì)共
振負(fù)載電路供給電流時(shí)，因?yàn)槭股龎簲夭娐?0與降壓斬波電路40旁通，所 以可以降低在升壓斬波電路30以及降壓斬波電路40中的損耗。 產(chǎn)業(yè)上的利用
本發(fā)明可以作為熱源的電源用于如下多個(gè)方面例如以一4義家庭用或者商 業(yè)用的感應(yīng)加熱烹調(diào)器為代表，還包括產(chǎn)生溫水、低溫/高溫水蒸氣生成裝置、 金屬的熔解、以及復(fù)印機(jī)固定碳粉用的熱復(fù)印滾筒等多個(gè)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種電磁感應(yīng)加熱裝置，其具備共振負(fù)載電路、以及將直流電源的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓來對(duì)所述共振負(fù)載電路提供電力的逆變器，該逆變器具有由串聯(lián)連接的至少兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的上下支路，其特征在于，所述逆變器具有第一上下支路和第二上下支路，所述逆變器具備第一共振負(fù)載電路，其在所述第一上下支路的輸出端子具有對(duì)被加熱物進(jìn)行感應(yīng)加熱的加熱線圈以及第一共振電容器；第二共振負(fù)載電路，其在所述第一上下支路與第二上下支路的輸出端子之間具有所述加熱線圈和所述第一以及第二共振電容器，以及將所述第二共振負(fù)載電路從所述第二上下支路的輸出端子分離的開關(guān)單元，所述第一共振電容器具有所述第二上下支路的緩沖電容器的功能。
2. —種電磁感應(yīng)加熱裝置，其具備共振負(fù)載電路，以及將直流電源的直 流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓來對(duì)所述共振負(fù)載電路提供電力的逆變器，該逆變器具 有由串聯(lián)連接的至少兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的上下支路，其特征在于，所述逆變器具有第一上下支路和第二上下支路， 所述逆變器具備第一共振電容器，在所述第一上下支路的輸出端子上連接對(duì)被加熱物進(jìn)行 感應(yīng)加熱的加熱線圈的一端，該第一共振電容器與所述加熱線圏的另一端以及 所迷直流電壓的正負(fù)電極中的至少某一方連接；具有所述加熱線圏以及所述第 一共振電容器的第 一共振負(fù)載電路； 在所述加熱線圈的另 一端與所述第二上下支路的輸出端子之間串聯(lián)連接 的第二共振電容器和開關(guān)單元；以及具有所述加熱線圏和所述第一以及第二共振電容器的第二共振負(fù)載電路， 所述第一共振電容器具有所述第二上下支路的緩沖電容器的功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于， 所述第 一上下支路與第 一直流電源連接，所述第二上下支路與第二直流電 源連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述直流電源具備對(duì)商用交流電源進(jìn)行整流的整流電路；由電感器和電 容器構(gòu)成的濾波器；以及根據(jù)所述濾波器的輸出生成任意直流電壓的斬波電 路，該斬波電路具備半導(dǎo)體開關(guān)元件、電感器、電容器以及二極管， 使該斬波電路的開關(guān)元件的接通時(shí)間占空比變化來生成任意的直流電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述斬波電路由對(duì)商用交流電源的輸入電流中包含的高次諧波成分進(jìn)行 抑制、同時(shí)改善功率因數(shù)的升壓斬波電路，以及根據(jù)來自該升壓斬波電路的輸 出生成任意的直流電壓的降壓斬波電路構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于， 所述第二直流電源的電壓是所述升壓斬波電路的輸出電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于， 所述第二直流電源的電壓是所述濾波器的輸出電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任意一項(xiàng)所述的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，使所述升壓斬波電路的輸出電壓為400V以下，使所述上下支路、升壓斬波電路以及降壓斬波電路中使用的開關(guān)元件的耐壓為從400V到500V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述第一以及第二上下支路的開關(guān)元件并聯(lián)地具備緩沖電容器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對(duì)不同材質(zhì)的被加熱物供給所希望的電力來進(jìn)行感應(yīng)加熱的電磁感應(yīng)加熱裝置。在本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱裝置中，通過以下來實(shí)現(xiàn)逆變器具有由串聯(lián)連接的至少兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的上下支路，該逆變器具備第一上下支路和第二上下支路、具備在第一上下支路的輸出端子由加熱線圈和第一共振電容器構(gòu)成的第一共振負(fù)載電路、具備在第一上下支路與第二上下支路的輸出端子之間由加熱線圈和第一以及第二共振電容器構(gòu)成的第二共振負(fù)載電路、并具備將第二共振負(fù)載電路從第二上下支路的輸出端子分離的開關(guān)單元，第一共振電容器兼?zhèn)涞诙舷轮返木彌_電容器的功能。
文檔編號(hào)H05B6/12GK101106845SQ20071013622
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者宇留野純平, 莊司浩幸, 磯貝雅之, 神長(zhǎng)保男 申請(qǐng)人:日立空調(diào)·家用電器株式會(huì)社