感应热发生器和感应式烹饪灶台的制作方法
【专利说明】感应热发生器和感应式烹饪灶台
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的感应热发生器。此外，本发明涉及一种感应式烹饪灶台，这种感应式烹饪灶台包括至少一个感应热发生器。
[0002]在感应式烹饪加热器中使用感应热发生器。图10展示了根据现有技术的一种具有控制电路模块的零电压切换(ZVS)半桥式感应热发生器。所述半桥式感应热发生器包括两个晶体管SI和S2、两个二极管Dl和D2、感应线圈L以及四个电容器C1、C2、C3和C4。整流电路10包括四个二极管和另一个电容器。整流电路10被提供用于连接至交流电源端子12上。此外，该感应热发生器包括栅极驱动电路14、微控制器16、功率控制电路18、零交叉检测器20以及高频电流互感器40。图11中示出了感应线圈电流IL、逆变器输出电压VS以及栅极电压VGl和VG2的图。
[0003]然而，该感应热发生器不是在单个印刷电路板上实现的。一些集成电路是独立电路。该感应加热发生器的紧凑安排是不可能的。
[0004]本发明的一个目的是提供一种改进的感应热发生器，该感应热发生器允许对其部件进行紧凑安排。
[0005]本发明的目的是通过根据权利要求1所述的感应热发生器实现的。
[0006]根据本发明，分流元件与第一电容器串列串联连接，其中，所述分流元件与第一电容器串列互连于整流电路的这些输出端子之间；并且其中，该分流元件连接至控制电路模块的输入端上。
[0007]本发明的主要思想是分流元件与第一电容器串列串联连接。因此，分流元件也与半导体开关串联连接。由于分流元件连接至控制电路模块的输入端上，可以通过控制电路模块来分别检测或估计若干个参数。
[0008]具体而言，该感应热发生器是一种半桥式感应热发生器。
[0009]优选地，至少两个二极管各自并联连接至这些半导体开关之一上。
[0010]此外，控制电路模块可以包括检测电路，用于检测分流元件的电压降。
[0011]另外，控制电路模块可以包括微控制器和模数转换器。
[0012]优选地，感应热发生器的这些部件都被安排在一个单个印刷电路板上。所述单个印刷电路板有助于感应热发生器的紧凑安排。
[0013]具体而言，感应热发生器的这些部件均是表面安装器件(SMD)。
[0014]根据本发明的优选实施例，分流元件具有0.01 Ω与0.1Ω之间的电阻，具体是
0.05Ω。这个低电阻不会干扰感应热发生器的运行。
[0015]优选地，该控制电路模块被提供用于估计在切换一个半导体开关与感应线圈电流的后续零交叉之间的相位角延迟。
[0016]例如，该控制电路模块被提供用于基于该相位角延迟估计在该感应线圈上方的锅的存在。
[0017]此外，该控制电路模块可以被提供用于基于该相位角延迟估计在该感应线圈上方的该锅内的耗散功率。
[0018]具体而言，该相位角延迟是基于该感应线圈电流与零值的相交线来估计的。
[0019]例如，该相交线是基于该感应线圈电流的至少两个采样点来估计的。
[0020]优选地，这些半导体开关是晶体管，具体是绝缘栅双极型晶体管。
[0021]最后，本发明涉及一种感应式烹饪灶台，该感应式烹饪灶台包括至少一个以上所提及的感应热发生器。
[0022]本发明的新颖性和创造性特征在所附权利要求书中列出。
[0023]将参考附图进一步详细地描述本发明，在附图中
[0024]图1展示了根据本发明的优选实施例的一种具有控制电路模块的半桥式感应热发生器的电路图，
[0025]图2展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的感应线圈电流、逆变器输出电压、栅极电压以及分流电流的图，
[0026]图3展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的分流电流的图，
[0027]图4展示了根据本发明的优选实施例的半桥式感应热发生器的检测电路的详细电路图，
[0028]图5展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的感应线圈电流与分流电压的图，
[0029]图6展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的感应线圈电流与分流电压的图，
[0030]图7展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的感应线圈电流与分流电压的图，
[0031]图8展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的感应线圈电流与分流电压的图，
[0032]图9展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的感应线圈电流与分流电压的图，
[0033]图10展示了根据现有技术的半桥式感应热发生器的电路图，以及
[0034]图11展示了根据现有技术的感应热发生器的感应线圈电流、逆变器输出电压以及栅极电压的图。
[0035]图1展示了根据本发明的优选实施例的一种具有控制电路模块的半桥式感应热发生器的电路图。
[0036]这种半桥式感应热发生器包括整流电路10。整流电路10连接至交流电源端子12。适当的半桥式感应热发生器包括第一晶体管S1、第二晶体管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、四个电容器Cl、C2、C3、C4、感应线圈L以及分流元件SE。控制电路模块包括栅极驱动电路14、微控制器16、功率控制电路18、零交叉检测器20以及检测电路22。晶体管SI与 S2 可以是 MOSFET、IGBT, MCT 或 SIT。
[0037]第一晶体管SI与第二晶体管S2串联连接。第一二极管Dl并联连接至第一晶体管SI上。以同样的方式，第二二极管D2并联连接至第二晶体管S2上。此外，第一电容器Cl并联连接至第一晶体管SI上。相应地，第二电容器C2并联连接至第二晶体管S2上。换言之，第一晶体管S1、第一二极管Dl和第一电容器Cl组成了第一组并联元件。以类似的方式，第二晶体管S2、第二二极管D2和第二电容器C2组成了第二组并联元件。第一组、第二组和分流元件SE串联连接。
[0038]此外，第一组、第二组和分流元件SE的串列并联连接至第三电容器C3和第四电容器C4的串列上。这个并联安排连接至整流电路10的输出端上。
[0039]另外，第一晶体管SI与第二晶体管S2之间的连接点连接至第三电容器C3与第四电容器C4之间的连接点上。感应线圈L的一个端子连接至第一晶体管SI与第二晶体管S2之间的连接点上。感应线圈L的另一个端子连接至第三电容器C3与第四电容器C4之间的连接点上。
[0040]检测电路22的输入端连接至第二晶体管S2与分流元件SE的连接点上。检测电路22的输出端连接至功率控制电路18上。零交叉检测器20的输出端也连接至功率控制电路18上。功率控制电路18的输出端连接至微控制器16的输入端上。微控制器16的输出端连接至栅极驱动电路14的输入端上。栅极驱动电路14的两个输出端分别连接至第一晶体管SI和第二晶体管S2的控制电极上。
[0041]分流元件SE具有非常低的电阻，例如大约0.05欧姆。因此，对半桥式感应热发生器的特性的影响是相对小的。分流元件SE不会干扰半桥式感应热发生器的运行。具体而言，参数相位角延迟、断开电流和峰值电流可以由检测电路22在分流元件SE上进行检测。这些检测值由检测电路22和/或功率控制电路18为微控制器16进行转换。
[0042]图2展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的感应线圈电流IL、逆变器输出电压VS、第一栅极电压VG1、第二栅极电压VG2以及分流电流IS的图。
[0043]感应线圈电流IL、逆变器输出电压VS、第一栅极电压VG1、第二栅极电压VG2以及分流电流IS被同步示出为时间t的函数。
[0044]图3展示了根据本发明的优选实施例的感应热发生器的分流电流IS的图。
[0045]第一幅图示出了在检测电路22的输入端上的适当分流电流IS。第二幅图示出了具有偏移电压34时的分流电流IS。第三幅图示出了具有相位角延迟28时的分流电流IS。
[0046]图4展示了根据本发明的优选实施例的半桥式感应热发生器的检测电路22的详细电路图。检测电路22包括运算放大器30、二极管32、八个电阻器元件Rl至R8以及两个电容器C。
[0047]跨分流元件SE的电压被施加至电阻器元件Rl上并且被电阻器元件R2和R3偏移，从而使得运算放大器30的输入端接收到正值。参照地面34，跨分流元件22的电压反映了感应线圈电流IL的一部分。由电阻器元件R2和R3进行的偏移允许只有正值被运算放大器30所放大并且被微控制器16的AD转换器输入端所读取。
[0048]对检测电路22的输出信号Il和12进行滤波并且将其传输至微控制器16的AD转换器输入端上。例如，输出信号Il和12被用作锅检测和功率估计的参数。这些参数可以通过感应热发生器的输出与感应线圈电流IL的零交叉之间的相位角延迟的值来获得。相位角延迟可以通过在微控制器16中的AD转换器的特征与软件算法的组合来导出。AD转换可以在周期的相对时间被触发开始。如果该相对时间是以角度给出的，那么完整的周期包括360度。
[0049]例如，AD转换器的采样在45°、70。、90。、135。和180。上被触发。所估计的这些参数可以是断开电流、峰值电流和相位角延迟。断开电流是在180°周期时间上的电流。这些采样值中的最大值可以被当作峰值电流。
[0050]相位角延迟是断开一个晶体管SI或S2直到感应线圈L中的电流为零之间的时间延迟。相位角延迟也可以被转化为相对于周期时间的相对值。在半个周期内，相对时间由0°与180°之间的值给出。假设每一个半个周期都是对称的，从而使得相位角延迟将始终在90°以下的区间内移动。在实际应用中，相位角延迟的范围是在20°至90°之间。如果没有功率被耗散在负载内，那么相位角延迟将会接近于90°。因此，锅24或26的出现可以通过使用相位角延迟来检测。此外，相位角延迟可以被用于估计锅24或26内的功率耗散。
[0051]相位