感应加热装置的制作方法

专利名称：感应加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一般家庭、办公室、饭店、工厂等中使用的特别能够对铝、铜等进行加热的感应加热装置。
背景技术：
以往，在这种感应加热装置中，例如关于感应加热烹调器，公知有如下技术具有 2个开关部，且可以改变各自的导通比，并且在导通时间长的开关部中使用低导通电压功率元件，在导通时间短的开关部中使用高速开关功率元件，由此降低损耗(例如参照专利文献1) ο此外，例如关于感应加热烹调器，公知有如下技术并联连接多个开关元件，在一个开关元件中使用开关速度快的IGBT，在另一个开关元件中使用导通电压低的MCT，在断开时使IGBT工作，在导通时使MCT工作，由此降低损耗(例如参照专利文献2)。图9示出了专利文献2记载的现有的感应加热烹调器的电路图。此外，图10是示出专利文献2记载的现有的感应加热烹调器的电路动作的波形图。如图9所示，控制电路37首先使作为低导通电压功率元件MCT的第2开关元件 35-b导通预定时间(18 μ s)。接着，在第2开关元件35-b断开的1 μ s之前，使第1开关元件35-a导通3 μ s，然后，断开第1开关元件35-a。反复进行该过程，使由加热线圈32和谐振电容器33构成的负载电路34产生谐振。向加热线圈32提供高频电流，从加热线圈32 产生高频磁场。利用该高频磁场对放置在加热线圈32上的锅进行供电。专利文献1 日本特开平3469988号公报专利文献2 日本特开平6-1119 号公报但是，在上述现有的结构中，在第1开关元件与第2开关元件35-a、35_b断开时， 在加热线圈32产生大的谐振电压。特别是在增大加热线圈32的输出时，要求第1开关元件与第2开关元件35-a、35-b的高耐压化，存在牺牲了开关元件损耗低这一优势的课题。此外，为了增大加热线圈32的输出，实现感应加热烹调器的电源的高压化(例如， 从100V商用电源变更为200V商用电源)是比较有效的方式，但是要求实现前述的第1开关元件与第2开关元件35-a、35-b的高耐压化。因此，一般采用开关元件电压不大于电源电压的逆变器方式，即采用这样的方式使用1个以上的串联连接着2个开关元件的组。但是，当采用专利文献2的结构时，存在所使用的开关元件数量变多的课题。

发明内容
本发明的目的在于解决上述现有的课题，从而提供如下的感应加热装置根据被加热物的材质或加热输出的大小等，选择串联连接着能够高速动作的单极型的2个开关元件的组以及串联连接着能实现低导通电压或能够以较低的成本获得的双极型的2个开关元件的组，进行使其工作的控制，由此，能够实现装置的开关元件的低损耗化或低成本化， 冷却设计变得容易。
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为了解决上述现有课题，本发明的感应加热装置具有平滑部；第1开关元件与第 2开关元件的串联电路，其连接在所述平滑部的输出端之间；第3开关元件与第4开关元件的串联电路，其连接在所述输出端之间；加热线圈，其用于对被加热物进行感应加热；谐振电容器，其连接在所述第1开关元件与所述第2开关元件的连接点和所述第3开关元件与第4开关元件的连接点之间，与所述加热线圈形成谐振电路；以及控制部，其以第1控制模式或第2控制模式进行控制，以改变提供给所述谐振电路的谐振电流的大小，在所述第1控制模式中进行如下控制动作在使所述第3开关元件和所述第4开关元件中的一方导通且使另一方断开的状态下，使所述第1开关元件与所述第2开关元件交替导通，在所述第2控制模式中，交替进行所述第1开关元件和所述第4开关元件的导通与所述第2开关元件和所述第3开关元件的导通，所述第1开关元件和所述第2开关元件为单极型，所述第3开关元件和所述第4开关元件为双极型，并且，在对铝制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第1控制模式工作，在对铁制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第2控制模式工作。由此，在被加热物为铝的情况下，需要开关元件的高频动作，因此选择如下的第1 控制模式在使第3开关元件或第4开关元件中的一方保持导通且使另一方保持断开的状态下，使串联连接的能高速动作的单极型的2个开关元件即第1开关元件与第2开关元件交替导通。而在被加热物为铁的情况下，与铝相比，不需要高速动作，但是电压负担变大，因此，选择如下的第2控制模式交替进行第1开关元件和无法实现单极型那种程度的高速动作但能够实现低导通电压的双极型的第4开关元件的导通与第2开关元件和双极型的第3 开关元件的导通，通过这种控制动作，能够抑制开关元件的电压负担的增加，并且能够实现感应加热装置的高输出化。本发明能够以较低的成本提供如下的感应加热装置无论对于铝等低电阻非磁性金属的被加热物还是对于铁等高电阻磁性金属的被加热物，都能够防止感应加热装置的开关元件发生损耗和电压负担变得过大，并且能够增大加热输出。


图1是本发明实施方式1中的感应加热装置的概略电路图。图2是示出本发明实施方式1中的感应加热装置的控制部116和材质判别部117 的内部所保存的输入电流检测部118的检测输出-谐振输出检测部119的检测输出的关系中的被加热物114的材质判别区域的图。图3是示出本发明实施方式1中的感应加热装置对低电阻非磁性金属的被加热物 114进行感应加热时各个部分的电压电流波形的图。图4是示出本发明实施方式1中的感应加热装置的第1开关元件断开时的放大波形的图。图5是示出本发明实施方式1中的感应加热装置对低电阻非磁性金属以外的被加热物114进行感应加热时各个部分的电压电流波形的图。图6是示出本发明实施方式1中的感应加热装置以高输出对低电阻非磁性金属的被加热物114进行感应加热时各个部分的电压电流波形的图。图7是本发明实施方式2中的感应加热装置的概略电路图。
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图8是本发明实施方式3中的感应加热装置的概略电路图。图9是现有的感应加热烹调器的电路图。图10是示出现有的感应加热烹调器的电路动作的波形图。
具体实施例方式第1发明是一种感应加热装置，该感应加热装置具有平滑部；第1开关元件与第 2开关元件的串联电路，其连接在所述平滑部的输出端之间；第3开关元件与第4开关元件的串联电路，其连接在所述输出端之间；加热线圈，其用于对被加热物进行感应加热；谐振电容器，其连接在所述第1开关元件与所述第2开关元件的连接点和所述第3开关元件与第4开关元件的连接点之间，与所述加热线圈形成谐振电路；以及控制部，其以第1控制模式或第2控制模式进行控制，以改变提供给所述谐振电路的谐振电流的大小，在所述第1控制模式中进行如下控制动作在使所述第3开关元件和所述第4开关元件中的一方导通且使另一方断开的状态下，使所述第1开关元件与所述第2开关元件交替导通，在所述第2控制模式中，交替进行所述第1开关元件和所述第4开关元件的导通与所述第2开关元件和所述第3开关元件的导通，所述第1开关元件和所述第2开关元件为单极型，所述第3开关元件和所述第4开关元件为双极型，并且，在对铝制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第1控制模式工作，在对铁制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第2控制模式工作。在被加热物是由铝等低电阻非磁性金属制成的情况下，需要向加热线圈提供 50kHz以上的高频电流，要求开关元件进行高频动作。作为该开关元件，在使用了作为内部流过电流时利用电子和空穴的双极型开关元件的IGBT的情况下，在导通时向IGBT内部注入空穴，导通电压下降，而在断开时施加给IGBT的电压上升，此时，所注入的空穴缓慢地流出(一般称作尾电流)。因此，在如上地进行高频化动作时，由尾电流引起的断开损耗非常大。另一方面，在使用了作为内部流过电流时仅利用电子的单极型开关元件的 MOS-FET的情况下，在导通时不向MOS-FET内部注入空穴，因此在断开时不会产生尾电流， 能够抑制断开损耗。在要求这种高频动作的情况下，本发明的控制部选择第1控制模式，在该第1控制模式中进行如下控制动作在使第3开关元件和第4开关元件中的一方导通且使另一方断开的状态下，进行使第1开关元件与第2开关元件交替导通。在该第1控制模式中，使能够高速动作的单极型的两个第1开关元件与第2开关元件交替导通，由此能够实现装置的低损耗化。在仅使串联连接着2个开关元件的组交替导通的情况下，关于施加给加热线圈和谐振电容器的电压，在将一端设为基准时，该电压为0 平滑电容器的电压。因此，能够提供给加热线圈的谐振电流存在极限，尤其是在加热线圈的绕线数已定的情况下，有时无法得到所期望的输出。与此相对，在使2个串联连接着2个开关元件的组工作的情况下，关于施加给加热线圈和谐振电容器的电压，在将一端设为基准时，该电压为平滑电容器的电压的2倍。因此，能够进一步增大提供给加热线圈的谐振电流，能够将输出设定得较大。
此外，在被加热物是由铁等高电阻磁性金属制成的情况下，可向加热线圈提供比对铝等低电阻非磁性金属制的被加热物进行加热所需的高频电流低的20 30kHz频率的电流，从而能够以高输出进行感应加热。关于本发明的控制部，在对这种铁制的被加热物进行加热的情况下，以交替进行第1开关元件和第4开关元件的导通与第2开关元件和第3开关元件的导通的第2控制模式，进行控制动作，由此能够实现高输出化。如上所述，单极型开关元件容易实现高频动作，而另一方面，与双极型开关元件相比，有时导通电压较大，导通损耗也较大。此外，虽然也存在如SiC(碳化硅)开关元件那样能够将导通电压设定得较低的单极型开关元件，但是由于其材料或加工难度的原因，与硅开关元件相比，价格较高。因此，期望在谐振电流所流过的路径中，单极型开关元件的数量尽可能少。对于本发明的4个开关元件，将单极型开关元件限定为2个，在不像被加热物为铝那样要求高频动作的情况下，使其余的双极型开关元件交替工作来得到高输出，因此，能够抑制单极型开关元件的导通损耗给装置整体带来的损耗或对成本造成的不良影响。第2发明是一种感应加热装置，该感应加热装置具有平滑部；第1开关元件与第 2开关元件的串联电路，其连接在所述平滑部的输出端之间；第3开关元件与第4开关元件的串联电路，其连接在所述输出端之间；加热线圈，其用于对被加热物进行感应加热；谐振电容器，其连接在所述第1开关元件与所述第2开关元件的连接点和所述第3开关元件与第4开关元件的连接点之间，与所述加热线圈形成谐振电路；以及控制部，其具有交替进行所述第1开关元件和所述第4开关元件的导通与所述第2开关元件和所述第3开关元件的导通的第2控制模式，该感应加热装置具有与所述第3开关元件或所述第4开关元件中的任意一方并联连接的继电器触点，所述第1开关元件和所述第2开关元件为单极型，所述第 3开关元件和所述第4开关元件为双极型，并且，所述控制部还具有第1控制模式，在该第1 控制模式中进行如下控制动作在使所述继电器触点导通并且使未与所述继电器触点并联连接的所述第3开关元件或所述第4开关元件断开的状态下，使所述第1开关元件与所述第4开关元件交替导通，在对铝制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第1控制模式工作，在对铁制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第2控制模式工作。对于第1发明的情况，例如在仅使第1开关元件与第2开关元件交替导通的控制模式下，第3开关元件或第4开关元件处于导通状态。流过加热线圈的谐振电流流过处于导通状态的第3开关元件或第4开关元件中流过，因此将产生导通损耗。本发明为继电器触点与开关元件并联连接的结构，不采用第1发明中控制部使第 3开关元件或第4开关元件导通的方式，而是使继电器触点处于导通状态，从而即使流过谐振电流，也仅会产生与继电器触点的电阻成比例的导通损耗。选择并连接具有远小于开关元件的导通电阻的触点电阻的继电器，由此能够降低导通损耗。此外，继电器的开闭不需要与第1开关元件和第2开关元件的驱动频率同步，例如仅限于在使用者执行加热开始后的被加热物材质判定时、取走被加热物时等进行开闭，在实际使用中不会产生不良情况，因此，能够使继电器开闭次数远低于可开闭次数，能够减小随时间经过而引起熔敷的可能。
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第3发明是特别在第1或第2发明中，具有整流部；轭流圈，其一端与所述整流部的输出高电位侧连接；二极管，其阳极与所述轭流圈的另一端连接，阴极与所述平滑部的高电位侧连接；以及第5开关元件，其连接在所述二极管的阳极与所述整流部的输出低电位侧端子之间，控制部控制所述第5开关元件的导通断开，对所述整流部的输出电压进行升压而提供给所述平滑部，由此，能够对产生谐振电流的逆变器的输入电压进行升压，因而能够进一步增大加热输出的变化幅度。第4发明是特别在第1或第2发明中，利用SiC(碳化硅)等宽带隙半导体材料来构成第1或第2发明中的第1开关元件和第2开关元件。一般而言，硅制的单极型开关元件容易实现高频动作，但在导通时不存在具有导通电压降低效果的空穴注入，因此与双极型开关元件相比，导通电压较大，导通损耗也较大。与此相对，对于宽带隙半导体材料而言，能够使确保开关元件的耐压所需的元件的半导体部分的厚度非常薄，能够提高杂质浓度，因此与硅制的单极型开关元件相比，能够将开关元件的导通电压抑制得非常低，能够降低导通损耗。但是，宽带隙半导体材料非常昂贵，因此当使用数量增加时，难以实现装置的低成本化。对于本发明的4个开关元件，将由宽带隙半导体材料构成的开关元件限定为2个， 并将其余的开关元件设为双极型，由此，能够实现装置的低损耗化，抑制成本上升。第5发明是特别在第1或第2发明中，具有整流部，其用于对商用电源进行整流， 向平滑部提供直流电压；以及输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流，在所述输入电流检测部的输入电流检测信号大于预先存储的阈值的情况下，控制部以第2控制模式工作，在所述输入电流检测信号为预先存储的阈值以下的情况下，控制部切换为第1控制模式。在将加热线圈和被加热物看作由串联连接的电感器和电阻形成的等效电路的情况下，被加热物的加热功率基本上由包含加热线圈的被加热物的阻抗(电阻)和加热线圈中流过的电流决定，因此，如果能够确定加热线圈与被加热物的关系、以及被加热物的加热功率，则还能够确定必须流过加热线圈中的电流。因此，在需要提高施加给加热线圈和谐振电容器的电压而增大流过加热线圈的谐振电流的情况下，如果以第2控制模式工作而抑制电压负担、从而不需要增大电压负担，则能够尽可能地减少谐振电流所流过的路径中的开关元件的数量，从而抑制开关元件的损耗。在输入电流大于规定值的情况下，本发明的控制部以第2控制模式工作来抑制开关元件的电压负担，在输入电流为规定值以下的情况下，由于不需要高输出化，因此，本发明的控制部切换为仅使开关损耗低的第1开关元件与第2开关元件交替导通的第1控制模式，由此能够抑制开关元件的损耗和开关元件的电压负担。第6发明是特别在第1或第2发明中，具有开关元件电流检测部，在所述开关元件电流检测部的检测信号大于预先存储的阈值的情况下，控制部以第2控制模式工作，在所述开关元件电流检测部的检测信号为预先存储的阈值以下的情况下，控制部切换为第1控制模式。由此，在开关元件的电流小的情况下，仅使导通断开时的开关损耗比双极型开关元件小的单极型开关元件交替进行开关动作，由此能够在开关元件的电流较小时高效地抑制开关元件的损耗。
第7发明是特别在第1或第2发明中，具有谐振输出检测部，该谐振输出检测部检测谐振电流的大小，在所述谐振输出检测部的检测信号大于预先存储的阈值的情况下，控制部以第2控制模式工作，在所述谐振输出检测部的检测信号为预先存储的阈值以下的情况下，控制部切换为第1控制模式。检测谐振电流的大小的谐振输出检测部例如检测加热线圈电流、加热线圈电压、 谐振电容器电流、谐振电容器电压等。通过检测与谐振电流的大小具有较强相关关系的谐振输出的大小，能够估计出开关元件中流过的电流，如果开关元件中流过的电流较大且以第1控制模式工作，则判断为第1开关元件和第2开关元件的导通损耗过大，在该情况下， 选择也使双极型的第3开关元件与第4开关元件交替工作的第2控制模式，从而能够降低装置的损耗。第8发明是特别在第1或第2发明中，具有整流部，其用于对商用电源进行整流， 向平滑部提供直流电压；输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流；开关元件电流检测部，其检测第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件或第4开关元件的电流；以及材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述谐振输出检测部的检测信号大小以及与所述开关元件电流检测部的检测信号大小对应的所述输入电流检测部的检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此判别被加热物的材质， 在所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况下，控制部将第1开关元件、第2 开关元件、第3开关元件和第4开关元件中的至少任意一个开关元件的导通期间控制为比流过加热线圈的谐振电流的1个周期长。在针对被加热物的材质判断为被加热物是作为低电阻率非磁性金属的铝的情况下，本发明的控制部提供能够得到足够的加热输出的、频率非常高(例如为对铁进行加热时的3倍左右的大小)的谐振电流，并且使开关元件的驱动频率低于谐振电流的频率，从而能够抑制开关元件的损耗。第9发明是特别在第1或第2发明中，具有整流部，其用于对商用电源进行整流， 向平滑部提供直流电压；输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流；谐振输出检测部，其检测谐振电流的大小；以及材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述谐振输出检测部的检测信号的大小以及与所述谐振输出检测部的检测信号的大小对应的所述输入电流检测部的输入电流检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此判别被加热物的材质，在所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况下，控制部将第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件和第4开关元件中的至少任意一个开关元件的导通期间控制为比流过加热线圈的谐振电流的1个周期长。在本发明中，能够得到与第8发明同样的效果。第10发明是特别在第1或第2发明中，具有整流部，其用于对商用电源进行整流，向平滑部提供直流电压；输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流；开关元件电流检测部，其检测第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件或第4开关元件的电流；材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述开关元件电流检测部的检测信号的大小以及与所述开关元件电流检测部的检测信号的大小对应的所述输入电流检测部的检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此判别被加热物的材质；以及切换部，其对谐振电容器的电容进行切换，控制部使切换部以如下方式工作在
10所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铁的情况下，与所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况相比，增大所述谐振电容器的电容。对于作为低电阻率非磁性金属的铝制的被加热物与作为高电阻率金属的铁制的被加热物彼此而言，它们的特性、即谐振电流的频带中的阻抗有很大差异，因此，如果利用相同的加热线圈、相同的谐振电容器，则有时无法很好地进行加热。即，存在以下现象包括加热线圈的被加热物的阻抗(电阻)过低而难以产生焦耳热，为了得到高输出需要大的谐振电流，反之阻抗过高，无法产生所需大小的感应电流。本发明的控制部控制为能够选择与被加热物的材质相应的谐振电容器的电容，由此，既能够抑制施加给开关元件的电压负担，又能够扩大能够以必要的输出进行感应加热的被加热物的范围。第11发明是特别在第1或第2发明中，具有整流部，其用于对商用电源进行整流， 向平滑部提供直流电压；输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流；谐振输出检测部，其检测谐振电流的大小；材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述谐振输出检测部的检测信号的大小以及与所述谐振输出检测部的检测信号的大小对应的所述输入电流检测部的检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此判别被加热物的材质；以及切换部，其对谐振电容器的电容进行切换，控制部使切换部以如下方式工作在所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是高电阻率金属的情况下，与所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况相比，提高所述谐振电容器的电容。在本发明中，能够得到与第10发明同样的效果。以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，本发明不受该实施方式的限定。(实施方式1)图1示出了本发明第1实施方式中的感应加热装置的概略电路图。在图1中，在对来自商用交流电源101的交流电压进行整流的由二极管电桥构成的整流部102的输出侧端子之间，串联连接有轭流圈103和第5开关元件104。并且，在轭流圈103与第5开关元件104的连接点处连接着二极管105的阳极侧。在二极管105的阴极侧与整流部102的输出低电位侧端子之间，并联连接有由电解电容器构成的平滑部106、第1开关元件107与第2开关元件108的串联连接体、以及第 3开关元件109与第4开关元件110的串联连接体。第1开关元件107、第2开关元件108和第5开关元件104采用了具有在断开时不产生尾电流的特性的单极型的SiC制MOS-FET。SiC是指碳化硅，是宽带隙半导体材料，具有开关时的损耗低、导通电压低等作为开关元件非常出色的优点。作为其他的宽带隙半导体材料，可使用由氮化镓构成的GaN或金刚石。此外，第3开关元件109、第4开关元件110采用了具有导通时导通电压低的特性的双极型的硅制IGBT，在内部包含有反向导通二极管。另外，第1开关元件107、第2开关元件108和第5开关元件104在构造上在内部形成有反向导通二极管，不过，也可以通过其他方式添加反向导通二极管。平滑部106作为后述的逆变器111的直流电源发挥作用，由能够最大限度地抑制电压变动的足够大的电容的电解电容器构成，在本实施方式中，使用了 4个560 μ F的电解电容器。在第1开关元件107与第2开关元件108的连接点和第3开关元件109与第4开关元件Iio的连接点之间，串联连接有加热线圈112和谐振电容器113。在加热线圈112的上部，设置有作为绝缘体的耐热陶瓷制的顶板(未图示)，被加热物114以与加热线圈112相对的方式载置在顶板上。加热线圈112是通过将捆扎着单丝的股线形成为多层并卷绕到平板上而构成的， 呈现为内径80mm、外径180mm的大致环状。谐振电容器113由多个电容器113a、113b、113c、113d、ll!3e构成，且是由以下两个串联连接体构成的第一个串联连接体是电容器113a和11 的并联连接体与电容器113c 和113d的并联连接体的串联连接体；第二个串联连接体是与上述第一个串联连接体并联连接的、由继电器触点构成的切换部115和电容器11 的串联连接体。电容器113a、113b、113c、113d分别选择了 0. 02yF的电容，电容器ll!3e选择了 0. 2yF的电容。由此，在切换部115断开时，谐振电容器113的合成电容为0. 02 μ F，而在切换部115短接时，合成电容为0. 22 μ F0逆变器111包括第1开关元件107、第2开关元件108、第3开关元件109、第4开关元件110、加热线圈112、谐振电容器113以及切换部115。116是控制部，根据来自各种检测部的检测信号、使用者的操作等，控制第1开关元件107、第2开关元件108、第3开关元件109、第4开关元件110的导通和断开，由此控制逆变器111的输出。即，控制部116以第1控制模式或第2控制模式进行控制，以改变提供给谐振电路130的谐振电流的大小，在第1控制模式中进行如下控制动作在使第3开关元件109和第4开关元件110中的一方导通且使另一方断开的状态下，使第1开关元件107 和第2开关元件108交替导通，在第2控制模式中，交替进行第1开关元件107和第4开关元件110的导通与第2开关元件108和第3开关元件109的导通。此外，控制部116在内部包含有材质判别部117，根据来自各种检测部的检测信号判别被加热物114的材质。输入电流检测部118由电流互感器构成，检测对商用电源101进行整流的整流部 102的输入电流。并且连接成，使得输入电流检测部118的检测信号输出到控制部116。检测加热线圈112的电流的电流互感器119是检测由加热线圈112和谐振电容器 113的谐振动作产生的谐振电流的大小的谐振输出检测部。谐振输出检测部119检测与逆变器111的输出大小成比例的加热线圈112的电流大小，向控制部116输出与加热线圈112 的大小成比例的大小的检测信号。对第5开关元件104进行驱动控制的第2控制部120 —边检测平滑部106的两端电压、输入电流等(未图示)，一边控制第5开关元件104的驱动频率和导通比，使得输入电流成为大致正弦波状、且使得平滑部106的电压成为规定值。以下针对如上构成的感应加热装置，对其动作、作用进行说明。首先，控制部116根据使用者的操作，输出如下驱动信号，并输入来自输入电流检测部118和谐振输出检测部119的检测信号，所述控制信号使得第1开关元件107和第2 开关元件108排他地导通，并且使得第3开关元件109处于断开状态、第4开关元件110处于导通状态。图2示出了保存在控制部116和材质判别部117内部的输入电流检测部118的检测输出-谐振输出检测部119的检测输出的关系中的被加热物114的材质判别区域。如图所示，材质判别部117将与谐振输出检测部119的检测信号的大小对应的输入电流检测部118的检测信号的大小以及与输入电流检测部118的检测信号的大小对应的谐振输出检测部119的检测信号的大小分别与针对各自预先确定的阈值进行比较，由此判别被加热物 114的材质。通过第1开关元件107、第2开关元件108的驱动，使得输入电流和谐振输出发生变化，并且，在进入图2上方设定的铝或铜等低电阻非磁性金属区域的情况下，控制部116 转移到第1控制模式，在使第3开关元件断开、第4开关元件110导通的状态下，持续进行第1开关元件107与第2开关元件108的交替驱动，控制逆变器111的输出，以达到规定的输入功率。同时，控制部116和材质判别部117根据输入电流检测部118和谐振输出检测部 119的输出信号而判别为被加热物114的材质是低电阻非磁性金属，因此，进行使切换部 115的继电器触点断开的控制，使得谐振电容器113的合成电容变小。在断开切换部115的触点时，谐振电容器113的合成电容被选择为0. 02 μ F，并且， 载置着被加热物114时的加热线圈112的电感被设置为大约160 μ H，因此，加热线圈112、 谐振电容器113和被加热物114的谐振频率为大约90kHz。图3是示出对低电阻非磁性金属的被加热物114进行感应加热时各个部分的电压电流波形的图。这里，示出了输入功率为2kW的例子。第1开关元件107和第2开关元件108根据控制部116的第1控制模式的控制而排他地导通/断开，逆变器111将由加热线圈112、谐振电容器113和被加热物114决定的谐振频率的谐振电流提供给加热线圈112。加热线圈112产生高频磁场而对被加热物114进行感应加热。此外，控制部116 进行控制，使得第1开关元件107、第2开关元件108的驱动频率与谐振电流的频率大致相同。以下，示出了谐振电流所流过的路径而对控制部116转移到第1控制模式时逆变器111的大致动作进行说明。首先，第1开关元件107导通(第3开关元件109断开且第4开关元件110导通的状态)，在由加热线圈112和谐振电容器113形成的谐振电路130的两端施加平滑部106的电压。在此期间中，向谐振电路130提供电能。谐振电流按如下方向流动平滑部106 —第 1开关元件107 —加热线圈112 —谐振电容器113 —(第4开关元件110)—平滑部106。接着，第2开关元件108导通(第3开关元件109断开且第4开关元件110导通的状态)，由第2开关元件108、加热线圈112、谐振电容器113、(第4开关元件110)构成闭环。在加热线圈112和谐振电容器113中，基于在第1开关元件107导通的期间所提供的电能而流过谐振电流。谐振电流按如下方向流动第2开关元件108 —(第4开关元件110和内置的反向导通二极管)一谐振电容器113 —加热线圈112。第4开关元件110被控制为导通状态，因此，第4开关元件110的电压大致保持为0，第4开关元件的电流与加热线圈112的电流相同。此外，第3开关元件109被控制为断开状态，因此，第3开关元件109的电压与平滑电容器106相同、且电流保持为0。如上所述，控制部116能够转移到如下的第1控制模式反复进行第1开关元件 107与第2开关元件108的交替导通，并且控制为使第3开关元件109保持断开、第4开关元件110保持导通，从而进行通过向加热线圈112提供谐振电流而实现的感应加热。图4示出了表示第1开关元件107断开时的电流和电压随时间经过的变化的放大波形。图4(a)表示第1开关元件107为双极型的IGBT的情况，图4(b)表示第1开关元件 107为单极型的MOS-FET的情况。双极型的IGBT在导通时从栅极向半导体内部注入空穴，并与电子结合，由此能够得到容易流起电流而降低导通电压的效果。但是，在断开时，IGBT电压上升，在该情况下， 残留在内部的空穴缓慢地流出，因此产生图4(a)所示的尾电流。由于该尾电流的影响，导致断开时的损耗增大。尤其是在驱动频率高时，影响十分显著。另一方面，单极型的MOS-FET在电流流过时，仅利用电子，因此不会像IGBT那样产生断开时的尾电流。由此，如图4(b)所示，成为接近于不产生过渡现象的理想开关的状态， 断开时的损耗非常小。可以说是适合于高频驱动的功率器件。在本实施方式中，在对低电阻率非磁性金属制的被加热物114进行加热时，谐振电流频率为90kHz，第1开关元件107、第2开关元件108的驱动频率也需要大约90kHz。但是，第1开关元件107、第2开关元件108使用了不产生尾电流的单极型的M0S-FET，因此， 断开损耗非常小，能够抑制装置的损耗。此外，在本实施方式中，第1开关元件107、第2开关元件108由作为宽带隙半导体材料的SiC构成。SiC与硅相比，绝缘破坏电场是硅的10倍，非常高，因此，能够使确保开关元件的耐压所需的元件的半导体部分的厚度成为1/10。此外，杂质浓度也能够达到100 倍，因此，在制作相同结构的SiC开关元件和硅开关元件的情况下，理想上能够使开关元件电阻(导通电压)成为1/1000。由此，能够将第1开关元件107、第2开关元件108的导通电压抑制得非常低，从而也能够降低导通损耗。此外，在被加热物114为低电阻非磁性金属的情况下，针对从加热线圈112产生的高频磁场，在被加热物114的内部感应出涡电流。该涡电流通过与来自加热线圈112的高频磁场之间的相互作用而作用为使得被加热物114排斥加热线圈112，且该涡电流的峰值大小与平滑部106的波动对应地产生周期性的变动，因此使被加热物114自身产生振动。在作为输入给逆变器111的直流电源的平滑部106的电压具有与商用交流电源 101的电压同步地变动的波动的情况下，被加热物114也产生同步的振动，因此，将产生令使用者感到不快的锅声。在本实施方式中，将平滑部106的电容设定得足够大来抑制逆变器111的电源的变动，从而不会产生锅声。但是，另一方面，在将平滑部106的电容设定得较大时，来自商用交流电源101的输入电流将变成失真的形状，成为与原本的正弦波状不同的波形而导致功率因数降低。该输入电流包含有高次谐波分量，因此，有时会对与相同的商用交流电源101连接的其他设备造成影响。
在本实施方式中，具有升压部121，在该升压部121中，轭流圈103、第5开关元件 104和二极管105作为功率因数改善部发挥作用。控制部116根据使用者的操作开始逆变器111的工作，并且向第2控制部120输出工作开始信号。第2控制部120 —边检测平滑部106的电压、输入电流等(未图示)，一边控制第 5开关元件104的驱动频率和导通比，使得输入电流成为大致正弦波状、使得平滑部106的电压为规定值。当第5开关元件104导通时，产生轭流圈103的短接电流，在轭流圈103中蓄积能量。第5开关元件104被断开，并且蓄积在轭流圈103中的能量通过二极管105而送出至平滑部106，使电压上升。第2控制部120在内部保存有基准电压，且控制为使得该基准电压成为与平滑部 106的电压检测信号相同的值，不过，还通过控制部116进行用于变更上述基准电压的电压施加或分割电阻的切换，以便进行平滑部106的电压检测信号的校正，因此，结果是由控制部116控制平滑部106的电压。控制部116根据输入电流检测部118和谐振输出检测部119的输出信号，操作平滑部106的电压检测信号，间接控制升压部121的升压量而变更平滑部106的电压。在被加热物114为低电阻非磁性金属的情况下，加热线圈112、谐振电容器113能够持续进行谐振的频带非常窄，因此，逆变器111的输出控制非常困难。但是，由于平滑部106还作用为逆变器111的电源，因此，通过变更平滑部106的电压，也能够控制逆变器111的输出。接着，针对在控制部116和材质判别部117判别为被加热物114的材质是铁等高电阻金属的情况下，控制部116所转移到的工作模式即第2控制模式进行说明。在控制部116使逆变器111开始工作时，在控制部116和材质判别部117根据图 2所示的输入电流检测部118的检测输出-谐振输出检测部119的检测输出的关系中的被加热物114的材质判别区域，判别为被加热物114的材质是低电阻非磁性金属以外的高电阻金属的情况下，控制部116进行如下控制暂时(大约2秒)停止逆变器111的工作，将切换部115的输出短接，使得谐振电容器113的合成电容变大。在本实施方式中，如上所述，将谐振电容器113的合成电容设定为0. 22 μ F0在切换部115的切换完成后，控制部116再次使逆变器111开始工作。此时，控制部116转移到如下的第2控制模式不仅进行第1开关元件107与第2开关元件108的交替导通控制，还开始与该动作结合的第3开关元件109与第4开关元件110的交替导通。图5是示出对铁等高电阻金属制的被加热物114进行感应加热时各个部分的电压电流波形的图。其大致与加热低电阻非磁性金属时各个部分的波形相似，而显著的不同点为谐振电流频率以及所驱动的开关元件的数量。这里，示出了输入功率为3kW的例子。以下，示出谐振电流所流过的路径而对控制部116转移到第2控制模式时逆变器 111的大致动作进行说明。首先，第1开关元件107和第4开关元件110导通，在由加热线圈112和谐振电容器113形成的谐振电路130的两端施加平滑部106的电压。在此期间中，向谐振电路130 提供电能。谐振电流按以下方向流动平滑部106 —第1开关元件107 —加热线圈112 — 谐振电容器113 —第4开关元件110 —平滑部106。
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接着，第2开关元件108和第3开关元件109导通，在加热线圈112和谐振电容器 113之间反向施加平滑部106的电压。在此期间中，也向谐振电路130提供电能。谐振电流按以下方向流动平滑部106 —第3开关元件109 —谐振电容器113 — 加热线圈112 —第2开关元件108 —平滑部106。如上所述，控制部116排他地、交替地反复进行第1开关元件107和第4开关元件 110的导通与第2开关元件108和第3开关元件109的导通，由此，能够进行通过向加热线圈112提供谐振电流而实现的感应加热。在对铁等高电阻金属的被加热物114进行加热时，在因被加热物114自身的电阻比较高从而使得磁场频率变高的情况下，无法产生足够的谐振电流。因此，首先第1，控制部 116进行切换，使得谐振电容器113的电容变大，将加热线圈112、谐振电容器113和被加热物114的谐振频率设定得较低(在本实施方式中为大约20kHz)，降低从加热线圈112看的被加热物114的电阻。并且第2，控制部116驱动为，不仅进行第1控制模式下的第1开关元件107与第 2开关元件108的交替导通，还交替进行第1开关元件107和第4开关元件110的导通与第 2开关元件108和第3开关元件109的导通，由此，与仅驱动第1开关元件107、第2开关元件108的情况相比，施加给谐振电路130的电压加倍。由此，即使被加热物114的电阻高， 也能够产生足够的谐振电流。这里，第3开关元件109和第4开关元件110为双极型的IGBT，因此难以实现单极型开关元件所能达到的程度的高频驱动，但是，由于与第1控制模式相比，谐振频率较低， 因此，即使开关元件的驱动频率与谐振频率大致相同，也能够将断开损耗的增加抑制在允许范围内。此外，由于被加热物114的电阻较高，因此焦耳热增加，所以所需的高频谐振电流也变小，也能够将断开损耗、导通时的导通损耗抑制得较低。此外，具有使得轭流圈103、第5开关元件104和二极管105作用为功率因数改善部的升压部121，通过控制部116和第2控制部120进行输出电压(平滑电容器106的电压)的控制。关于通过使切换部115的继电器触点从断开成为闭合来将谐振电容器113的电容切换得较大而由此实现的谐振电流频率的低频化、以及从第1控制模式向驱动逆变器111 所包含的所有开关元件的第2控制模式的模式转移，在仅利用上述谐振电流频率的低频化和上述模式转移无法得到所需的输出的情况下，通过进行使升压部121提高平滑电容器 106的电压的控制，能够容易地确保输出。虽然未特别进行图示，但在输出设定较低的情况下，或在被加热物114为钢板等容易通过较小的电流而发热的金属的情况下，不需要驱动所有的开关元件。在检测到输入电流检测部118或谐振电流检测部119的检测信号为预先存储的阈值以上而判断为加热输出为预定水平以上的情况下，控制部116以第2控制模式工作，在检测到输入电流检测部 118的检测信号或谐振电流检测部119的检测信号小于预先存储的阈值而判断为加热输出低于预定水平的情况下，控制部116转移到第1控制模式，由此，在加热输出低于预定水平的情况下，与高于预定水平的情况相比，减少了电流路径中包含的开关元件的个数，降低了装置的损耗。接着，说明控制部116和材质判别部117判别为被加热物114的材质是低电阻非
16磁性金属、并且判别为使用者的输出设定高的情况。通过以第1控制模式对第1开关元件107和第2开关元件108进行驱动，从而输入电流和谐振输出发生变化，在进入到图2中谐振输出检测部119的检测输出被设定为大于规定值并且输入电流检测部118的检测输出被设定为规定值以下的铝等低电阻非磁性金属的区域中、且输出设定高的情况下，控制部116继续进行第1开关元件107和第2开关元件108的驱动，并且转移到第2控制模式，从而也开始了第3开关元件109和第4开关元件110的驱动，控制逆变器111的输出，以达到规定的输入功率。同时，控制部116和材质判别部117根据输入电流检测部118和谐振输出检测部 119的输出信号，判别为被加热物114的材质判别是低电阻非磁性金属，因此，进行使切换部115的输出断开的控制，使得谐振电容器113的合成电容变小，将加热线圈112、谐振电容器113和被加热物114的谐振频率设定为大约90kHz。图6是示出以高输出对低电阻非磁性金属制的被加热物114进行感应加热时各个部分的电压电流波形的图。这里，示出了输入功率为2. 5kW的例子。其大致与以2kW加热低电阻非磁性金属时各个部分的波形和以3kW加热高电阻金属时各个部分的波形相似，而显著的不同点为流过开关元件的电流的波形。通过控制部116的控制交替进行第1开关元件107和第4开关元件110的导通与第2开关元件108和第3开关元件109的导通，逆变器111将具有由加热线圈112、谐振电容器113和被加热物114决定的谐振频率的谐振电流提供给加热线圈112。加热线圈112 产生高频磁场而对被加热物114进行加热。如图6所示，控制部116进行如下这样的导通期间控制在第1开关元件107和第 4开关元件110的导通时、以及第2开关元件108和第3开关元件109的导通期间中，分别流过1. 5周期左右的谐振电流，并且各自的导通期间大致相同。示出谐振电流所流过的路径而对控制部116转移到第2控制模式时逆变器111的动作进行说明。首先，第1开关元件107和第4开关元件110导通，在谐振电路130的两端施加平滑部106的电压。在此期间中，向谐振电路130的两端提供电能。第1开关元件107和第4开关元件110的导通期间被设定为流过1. 5周期左右的谐振电流，因此，在第1开关元件107的内部结构所包含的寄生二极管以及第4开关元件 110内部所包含的反向导通二极管中，也流过电流。即，谐振电流以在平滑部106-第1开关元件107-加热线圈112-谐振电容器 113-第4开关元件110-平滑部106中循环的方式流动。接着，第2开关元件108和第3开关元件109导通，在加热线圈112与谐振电容器 113之间反向施加平滑部106的电压。在此期间中，也向加热线圈112和谐振电容器113提供电能。第2开关元件108和第3开关元件109的导通期间也同样被设定为流过1. 5周期左右的谐振电流，因此，在第2开关元件108的内部结构所包含的寄生二极管以及第3开关元件109内部所包含的反向导通二极管中，也流过电流。即，谐振电流以在第3开关元件 109-谐振电容器113-加热线圈112-第2开关元件108-平滑部106中循环的方式流动。如上所述，控制部116能够转移到如下的第2控制模式交替地反复进行第1开关元件107和第4开关元件110的导通与第2开关元件108和第3开关元件109的导通，由此进行通过向加热线圈112提供谐振电流实现的感应加热。该动作在被加热物114是低电阻非磁性金属的情况下十分有效。在被加热物114 是低电阻非磁性金属的情况下，电阻较低，因此高频谐振电流的衰减小。因此，即使相对于谐振频率，将第1开关元件107、第2开关元件108、第3开关元件109、第4开关元件110的驱动时间设定得长，也能够持续进行谐振。这里，谐振电流的频率由加热线圈112、谐振电容器113和被加热物114决定，成为上述的大约90kHz，另一方面，开关元件的驱动频率在本实施方式中为大约30kHz。对于作为断开时的损耗因产生拖尾而变大的IGBT的第3开关元件109和第4开关元件110，由于驱动频率低于谐振电流频率，因此也能够抑制断开损耗的增加。此外，不仅驱动第1开关元件107和第2开关元件108，还驱动第3开关元件109 和第4开关元件110，由此，与仅驱动第1开关元件107和第2开关元件108的情况相比，施加给加热线圈112和谐振电路130的电压加倍，因此，即使输出设定较高，也能够产生所需的谐振电流。如上所述，在本实施方式中，具有如下的第1控制模式和第2控制模式在第1控制模式中，使第1开关元件与第2开关元件107、108交替导通，并且使第3开关元件109处于断开状态、第4开关元件110处于导通状态；在第2控制模式中，交替进行第1开关元件 107和第4开关元件110的导通与第2开关元件108和第3开关元件109的导通。另外，在第1控制模式中，即便成为第3开关元件109导通且第4开关元件110断开的状态，也能够进行同样的动作。在被加热物114是铝等低电阻非磁性金属的情况下，需要开关元件的高频动作， 因此，选择如下的第1控制模式使串联连接的能够高速动作的单极型的2个开关元件即第 1开关元件与第2开关元件107、108交替导通。而在被加热物114是铁等高电阻金属且需要高输出的情况下，降低谐振频率，并且选择如下的第2控制模式与第1开关元件和第2开关元件107、108的交替导通结合地， 使能够实现低导通电压的双极型的第3开关元件与第4开关元件交替导通。尤其是在不需要高输出的情况下，选择使第1开关元件与第2开关元件107、108 交替导通的第1控制模式。此外，在需要高频谐振电流并且需要高输出的情况下，选择驱动所有的开关元件的第2控制模式，并且将开关元件导通期间控制得比流过加热线圈112的谐振电流的1个周期长。通过这种控制模式的选择，能够构成可实现装置的低损耗化且冷却设计容易的感应加热装置。在本实施方式中，举了在输出设定较低的情况下、或根据被加热物114的状态来选择第1控制模式的例子，但不限于此，也可以根据开关元件的冷却条件、导通损耗和断开损耗的比例，选择如下的第2控制模式在使第1开关元件107和第2开关元件中的一方保持断开、另一方保持导通的状态下，进行第3开关元件109与第4开关元件110的交替导
ο此外，在本实施方式中，将切换部115设为继电器，但不限于此，只要耐压性、电流电容等允许，则也可以使用半导体开关元件。此外，作为谐振输出检测部119，列举了检测加热线圈112的电流的电流互感器的例子，但也可以检测谐振电容器113的电压、或者检测作为逆变器111的直流电源的平滑部 106的电流，即便如此也能够得到同样的效果。在本实施方式中，举了与控制部116分开地设置第2控制部120的结构，不过，控制部116也可以兼任第2控制部120的工作。此外，在本实施方式中，举了通过判别被加热物114是铝等低电阻非磁性金属还是铁等高电阻磁性金属来选择第1控制模式或第2控制模式的控制部116的例子，不过，例如也可以将作为非磁性金属的比铝电阻高的非磁性不锈钢与低电阻非磁性金属和铁等具有磁性且电阻更高的金属区别开，来进行材质判别。此外，也可以将磁性金属区分为钢板、 比钢板电阻高的铸铁或磁性不锈钢，来进行材质判别。这样，材质判别不限于2种，也可以进行3种、4种的判别，并且，将开关元件的导通期间控制与切换部115的控制等相组合，由此得到所需的逆变器111的输出。特别是锅声，它是对于铝等作为低电阻非磁性金属且轻材质的金属尤其显著出现的现象，因此，如果将加热对象限定为除此以外的材质的被加热物114，则可以根据需要减小平滑部106的电容。如果功率因数的降低、输入电流的高次谐波分量处于允许范围内，则不需要设置具有功率因数降低功能的升压部121。可以考虑成本、效果而恰当地进行组合。此外，在本实施方式中，举了交替导通的第1开关元件107与第2开关元件108的导通期间大致相同的例子，但不限于此。例如，可以控制为在对低电阻非磁性金属的被加热物114进行加热时，将第1开关元件107的导通期间控制得比谐振电流的1个周期短，成为与加热低电阻非磁性金属以外的被加热物114时的电流波形相似的状态，使第2开关元件108的导通期间为谐振电流的1个周期以上。此外，也可以控制为在第1开关元件107与第2开关元件108的导通期间不同的情况下，交换其导通期间。第3开关元件109和第4开关元件110也同样如此。如本实施方式所述，在对低电阻非磁性金属的被加热物114进行加热时，如果将开关元件的导通期间控制为谐振电流的1个周期以上，则在谐振电流的η周期(η为1以上的整数)的期间，对供电没有贡献，因此，在开关元件驱动的1个周期中，从作为逆变器111 的电源的平滑部106供电的时间比例降低，原理上讲，可输入的加热功率降低。但是，例如， 通过控制为使得第1开关元件107的导通期间比谐振电流的1个周期短、且使得第2开关元件108的导通期间为谐振电流的1个周期以上(或者相反)，由此，能够提高从平滑部106 供电的时间比例，原理上讲，能够增加可输入的加热功率。此时，会由于第1开关元件107与第2开关元件108的导通期间之差而产生损耗差，但是，通过控制为交换第1开关元件107与第2开关元件108的导通期间，能够实现损耗的平均化。此外，第3开关元件109和第4开关元件110也同样如此。(实施方式2)图7是本发明第2实施方式中的感应加热装置的概略电路图。其结构与作为实施方式1的例子的图1大致相同，因此仅对不同部分进行说明。在图7中，控制部116根据来自各种检测部的检测信号、使用者的操作等，控制第1开关元件107、第2开关元件108、第3开关元件109、第4开关元件110的导通和断开，由此控制逆变器111的输出。此外，控制部116在内部包含有材质判别部117，根据来自各种检测部的检测信号判别被加热物114的材质。具体而言，输入电流检测部118由电流互感器构成。并且连接成使得输入电流检测部118的检测信号输出到控制部116。开关元件电流检测部122是检测流过第2开关元件108的电流的检测部，且由分流电阻构成，检测第2开关元件108的电流，向控制部116输出检测信号。在以上这样的结构中，流过第2开关元件108的电流间断地流过加热线圈112，能够根据其振幅容易地推测出与谐振输出的大小有紧密关系的加热线圈112的电流，因此， 可采用开关元件电流检测部122来代替实施方式1中的检测谐振电流大小的谐振输出检测部 119。此外，在本实施方式中，也与实施方式1同样，控制部116具有如下的第1控制模式和第2控制模式在第1控制模式中，使第1开关元件107与第2开关元件108交替导通，使第3开关元件109保持断开状态、第4开关元件110保持导通状态；在第2控制模式中，交替进行第1开关元件和第4开关元件的导通与第2开关元件和第3开关元件的导通。由此，在逆变器111的开关元件的驱动周期中，谐振电流至少1次流过第2开关元件108，因此，开关元件电流检测部122通过检测第2开关元件108的电流，能够在充分的采样周期中进行加热线圈112的电流检测。此外，尤其是以第1控制模式进行高频动作时，容易受到噪声的影响，但是，例如当第1开关元件107和第2开关元件108因误动作而同时导通时，开关元件电流检测部122 的输出会发生急剧变化，由此能够检测出该情况，因此，控制部116能够紧急停止所有开关元件的驱动，预防开关元件的损坏。另外，在本实施方式中，开关元件电流检测部122被设置为对第2开关元件108的电流进行检测，不过，即使将开关元件电流检测部设置为对第1开关元件107、第3开关元件109或第4开关元件110的电流进行检测，也同样能够替代实施方式1中的检测谐振电流大小的谐振输出检测部119而使用。(实施方式3)图8是本发明第3实施方式中的感应加热装置的概略电路图。其结构与作为实施方式1的例子的图1大致相同，因此仅对不同部分进行说明。在图8中，继电器123的触点与第4开关元件110并联连接，继电器123的导通和断开受来自控制部116的信号的控制。控制部116根据来自各种检测部的检测信号、使用者的操作等，控制第1开关元件 107、第2开关元件108、第3开关元件109、第4开关元件110的导通和断开，由此控制逆变器111的输出。此外，控制部116在内部包含有材质判别部117，根据来自各种检测部的检测信号判别被加热物114的材质。具体而言，输入电流检测部118由电流互感器构成。并且连接成使得输入电流检测部118的检测信号被输出到控制部116。
作为加热线圈112的电流检测部的电流互感器119是对谐振输出的大小进行检测的谐振输出检测部。谐振输出检测部119检测逆变器111的输出的大小即加热线圈112的电流，向控制部116输出检测信号。在以上这样的结构中，控制部116在断开了继电器123的触点的状态下，根据使用者的操作等开始被加热物114的加热。在材质判别部117判别为被加热物114的材质是适合于仅使第1开关元件107与第2开关元件108交替导通的第1控制模式的材质的情况下， 控制部116控制为在暂时停止所有的开关元件的驱动后，断开第3开关元件109，使继电器 123导通。之后，控制部116控制为，使得第1开关元件107与第2开关元件108再次交替地导通。在本实施方式中，如在实施方式1中根据图3说明的那样，在以输入功率2kW对低电阻非磁性金属制的被加热物114进行感应加热时，控制部116控制为，使得第1开关元件 107、第2开关元件108的驱动频率与谐振电流频率大致相同。并且控制为，使得第3开关元件109与实施方式1同样保持断开，而且使第4开关元件Iio也保持断开。作为替代，控制为使得与第4开关元件110并联连接的继电器123 的触点导通，使谐振电流流过继电器123的触点。在对低电阻非磁性金属制的被加热物114进行感应加热时，为了发出足够的热量，需要流过大的谐振电流。因此，在如实施方式1那样使第4开关元件110成为保持导通的状态时，在第4开关元件110中产生与导通电压和流过的电流的乘积成比例的导通损耗。在本实施方式中，由于使继电器123的触点导通，因此在第4开关元件110中不流过谐振电流。此外，如果选择并连接触点电阻小的继电器123的触点，则能够充分降低由继电器123产生的导通损耗。例如，对于一般使用的耐压为600V、电流额定值为60A的双极型开关元件而言，流过电流30A时的端子间电压为1. 5V左右(换算为电阻为50πιΩ)，但如果是继电器，则最大为20πιΩ左右，因此能够将导通损耗降低为1/2以下。另外，在本实施方式中，继电器123的触点也可以不与第4开关元件110并联连接，而是与第3开关元件109并联连接，并且进行同样的动作，由此，能够得到与上述效果同样的效果。产业上的可利用性如上所述，关于本发明的感应加热装置，能够提供可实现装置的低损耗化且冷却设计容易的感应加热装置，因此，不用说可用于感应加热烹调器，显然还可以应用于感应加热式热水器、感应加热式熨斗、或其他的感应加热式加热装置等的用途。标号说明101:商用电源102:整流部103 轭流圈104:第5开关元件105: 二极管106:平滑部107:第1开关元件108:第2开关元件
109:第3开关元件110:第4开关元件112:加热线圈113 谐振电容器113a、113b、113c、113d、113e 电容器114:被加热物115:切换部(继电器)116:控制部117 材质判别部118:输入电流检测部119 谐振输出检测部(电流互感器)120 第2控制部121 升压部122 开关元件电流检测部123:继电器130 谐振电路
2权利要求
1.一种感应加热装置，该感应加热装置具有 平滑部；第1开关元件与第2开关元件的串联电路，其连接在所述平滑部的输出端之间； 第3开关元件与第4开关元件的串联电路，其连接在所述输出端之间； 加热线圈，其用于对被加热物进行感应加热；谐振电容器，其连接在所述第1开关元件与所述第2开关元件的连接点和所述第3开关元件与第4开关元件的连接点之间，与所述加热线圈形成谐振电路；以及控制部，其以第1控制模式或第2控制模式进行控制，以改变提供给所述谐振电路的谐振电流的大小，其中在所述第1控制模式中进行如下控制动作在使所述第3开关元件和所述第4开关元件中的一方导通且使另一方断开的状态下，使所述第1开关元件与所述第2 开关元件交替导通，在所述第2控制模式中，交替进行所述第1开关元件和所述第4开关元件的导通与所述第2开关元件和所述第3开关元件的导通，所述第1开关元件和所述第2开关元件为单极型，所述第3开关元件和所述第4开关元件为双极型，并且，在对铝制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第1 控制模式工作，在对铁制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第2控制模式工作。
2.一种感应加热装置，该感应加热装置具有 平滑部；第1开关元件与第2开关元件的串联电路，其连接在所述平滑部的输出端之间； 第3开关元件与第4开关元件的串联电路，其连接在所述输出端之间； 加热线圈，其用于对被加热物进行感应加热；谐振电容器，其连接在所述第1开关元件与所述第2开关元件的连接点和所述第3开关元件与第4开关元件的连接点之间，与所述加热线圈形成谐振电路；以及控制部，其具有交替进行所述第1开关元件和所述第4开关元件的导通与所述第2开关元件和所述第3开关元件的导通的第2控制模式，该感应加热装置具有与所述第3开关元件或所述第4开关元件中的任意一方并联连接的继电器触点，所述第1开关元件和所述第2开关元件为单极型，所述第3开关元件和所述第4开关元件为双极型，并且，所述控制部还具有第1控制模式，在该第1控制模式中进行如下控制动作在使所述继电器触点导通并且使未与所述继电器触点并联连接的所述第3 开关元件或所述第4开关元件断开的状态下，使所述第1开关元件与所述第4开关元件交替导通，在对铝制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第1控制模式工作， 在对铁制的所述被加热物进行加热的情况下，所述控制部以所述第2控制模式工作。
3.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中， 该感应加热装置具有整流部；轭流圈，其一端与所述整流部的输出高电位侧连接；二极管，其阳极与所述轭流圈的另一端连接，阴极与所述平滑部的高电位侧连接；以及第5开关元件，其连接在所述二极管的阳极与所述整流部的输出低电位侧端子之间，控制部控制所述第5开关元件的导通断开，对所述整流部的输出电压进行升压而提供给所述平滑部。
4.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中，第1开关元件和第2开关元件由宽带隙半导体材料构成。
5.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中， 该感应加热装置具有整流部，其用于对商用电源进行整流，向平滑部提供直流电压；以及输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流，在所述输入电流检测部的输入电流检测信号大于预先存储的阈值的情况下，控制部以第2控制模式工作，在所述输入电流检测信号为预先存储的阈值以下的情况下，控制部切换为第1控制模式。
6.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中， 该感应加热装置具有开关元件电流检测部，在所述开关元件电流检测部的检测信号大于预先存储的阈值的情况下，控制部以第2 控制模式工作，在所述开关元件电流检测部的检测信号为预先存储的阈值以下的情况下， 控制部切换为第1控制模式。
7.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中，该感应加热装置具有谐振输出检测部，该谐振输出检测部检测谐振电流的大小， 在所述谐振输出检测部的检测信号大于预先存储的阈值的情况下，控制部以第2控制模式工作，在所述谐振输出检测部的检测信号为预先存储的阈值以下的情况下，控制部切换为第1控制模式。
8.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中， 该感应加热装置具有整流部，其用于对商用电源进行整流，向平滑部提供直流电压； 输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流；开关元件电流检测部，其检测第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件或第4开关元件的电流；以及材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述谐振输出检测部的检测信号的大小以及与所述开关元件电流检测部的检测信号的大小对应的所述输入电流检测部的检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此来判别被加热物的材质，在所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况下，控制部将第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件和第4开关元件中的至少任意一个开关元件的导通期间控制得比流过加热线圈的谐振电流的1个周期长。
9.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，该感应加热装置具有 整流部，其用于对商用电源进行整流，向平滑部提供直流电压； 输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流；谐振输出检测部，其检测谐振电流的大小；以及材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述谐振输出检测部的检测信号的大小以及与所述谐振输出检测部的检测信号的大小对应的所述输入电流检测部的输入电流检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此来判别被加热物的材质，在所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况下，控制部将第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件和第4开关元件中的至少任意一个开关元件的导通期间控制得比流过加热线圈的谐振电流的1个周期长。
10.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中， 该感应加热装置具有整流部，其用于对商用电源进行整流，向平滑部提供直流电压； 输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流；开关元件电流检测部，其检测第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件或第4开关元件的电流；材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述开关元件电流检测部的检测信号的大小以及与所述开关元件电流检测部的检测信号的大小对应的所述输入电流检测部的检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此来判别被加热物的材质；以及切换部，其对谐振电容器的电容进行切换，控制部使切换部以如下方式工作在所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铁的情况下，与所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况相比，增大所述谐振电容器的电容。
11.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中， 该感应加热装置具有整流部，其用于对商用电源进行整流，向平滑部提供直流电压； 输入电流检测部，其检测所述整流部的输入电流； 谐振输出检测部，其检测谐振电流的大小；材质判别部，其将与所述输入电流检测部的检测信号的大小对应的所述谐振输出检测部的检测信号的大小以及与所述谐振输出检测部的检测信号的大小对应的所述输入电流检测部的检测信号的大小分别与针对各自预先存储的阈值进行比较，由此来判别被加热物的材质；以及切换部，其对谐振电容器的电容进行切换，控制部使切换部以如下方式工作在所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是高电阻率金属的情况下，与所述材质判别部判别为所述被加热物的材质是铝的情况相比，增大所述谐振电容器的电容。
全文摘要
在本发明的能够实现装置的低损耗化且冷却设计容易的感应加热装置中，在对铝制的被加热物(114)进行加热时，控制部(116)以第1控制模式工作，在对铁制的被加热物(114)进行加热时，控制部(116)以第2控制模式工作，在第1控制模式中进行如下控制动作在使双极型的第3开关元件(109)和第4开关元件(110)中的一方导通且使另一方断开的状态下，使单极型的第1开关元件(107)与第2开关元件(108)交替导通，在第2控制模式中，交替进行第1开关元件(107)和第4开关元件(110)的导通与第2开关元件(108)和第3开关元件(109)的导通。
文档编号H05B6/04GK102177765SQ20098014000
公开日2011年9月7日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年10月8日
发明者三浦祐太, 今井慎, 住吉真一郎, 定方秀树, 藤田笃志 申请人:松下电器产业株式会社