电磁感应加热装置的制作方法

专利名称：电磁感应加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有多个加热部的电磁感应加热装置。
背景技术：
近年来，逐渐广泛地使用不用火加热锅等被加热物的逆变器方式的电磁感应加热 装置。电磁感应加热装置，在加热线圈中流过高频电流，使在接近线圈配置的用铁或不锈钢 等材质制作的被加热物中发生涡流，使其通过被加热物自身的电阻发热。因为能够控制被 加热物的温度，安全性高，所以已被视之为新的热源。历来，在被纳入到系统厨房中的电烹调器中，已经使用把铠装加热器、平板加热 器、卤素加热器等的电阻作为热源的器具，但是近年来，正在代之为把一部分置换成感应加 热烹调器的器具、或者把两个灶以上做成感应加热烹调器的器具。作为使电磁感应加热装 置的输入电压变化进行被加热物的温度控制的方法，一般的是使逆变器的驱动频率变化的 方法。但是在具有多个加热线圈、分别加热不同的被加热物的场合，有由逆变器的差频引起 从被加热物发生干涉音这样的问题。作为解决这样的问题的现有例子，有在专利文献1中公开那样的感应加热用逆变 器。该逆变器用开关元件在一定驱动频率旁路共振的共振电容器的一部分，使导通期间变 化来控制输入电力。由此，即使使多个逆变器动作也能够用同一驱动频率改变输入电力，因 此能够防止干涉音的发生。专利文献1特开2002-8840号公报如上述，在专利文献1中，能够防止干涉音的发生，但是因为大的共振电流流过旁 路用的开关元件，所以有发生的损失变大的问题。

发明内容
本发明的课题是提供一种电磁感应加热装置，其能够防止在同时驱动多个逆变器 的场合的干涉音的发生，抑制旁路用的开关元件发生损失。上述课题通过下述这样一种电磁感应加热装置来解决，该电磁感应加热装置，具 有直流电源、把从该直流电源供给的直流电压变换为高频交流电压的逆变器电路、和控制 电路，其中，所述逆变器电路具有开关电路、共振电路、和共振点可变电路；所述开关电路通 过在所述直流电源的两端子上连接的、上臂的功率半导体开关元件和下臂的功率半导体开 关元件的串联形成；串联加热线圈和第一共振电容器和第二共振电容器而形成的所述共振 电路，一端连接在所述开关电路的上臂和下臂的连接点上，另一端连接在所述直流电源的 某一个端子上；与所述第二共振电容器并联的所述共振点可变电路，通过第三共振电容器 和第一开关元件串联、和与所述第一开关元件反向并联的第一二极管形成；通过由所述控 制电路控制所述第一开关元件的导通期间使所述共振电路的共振频率可变。另外，上述课题通过下述这样一种用于感应加热被加热物的电磁感应加热装置来 解决，其具有从正电极和负电极供给直流电压的电源电路；连接在该电源电路的正电极和负电极之间的、把直流电压变换为交流电压后输出的开关电路；连接在该开关电路的输 出端子和所述电源电路的端子之间、用加热线圈和第一共振电容器和第二共振电容器的串 联连接构成的共振电路；以及与所述第二共振电容器并联、使所述共振电路的共振点可变 的共振点可变电路。根据本发明，通过在共振电容器上配备共振点可变电路，使共振频率可变，能够将 共振电路的负荷特性维持为电感性，通过Duty控制能够控制输入电力，能够抑制开关元件 的损失发生。即使在同时驱动多个逆变器的场合，因为能够使全部逆变器的驱动频率相同， 所以能够提供不发生干涉音的电磁感应加热装置。


图1是实施例1的电磁感应加热装置的框图。图2是实施例1的电磁感应加热装置的电路的变形例。图3是实施例1的电磁感应加热装置的电路的变形例。图4是实施例1的电磁感应加热装置的电路的变形例。图5是实施例2的电磁感应加热装置的电路结构图。图6是实施例2的动作说明图。图7是实施例2的控制方法的说明图。图8是实施例2的控制方法的说明图。图9是实施例2的控制方法的说明图。图10是实施例3的电磁感应加热装置的电路结构图。
图11是实施例4的电磁感应加热装置的电路结构图。图12是实施例5的电磁感应加热装置的电路的一部分。图13是实施例6的电磁感应加热装置的电路的一部分。图14是表示各被加热物的电阻值和对于铁的电感比率的图。图15是实施例2的动作说明图的变形例。K符号说明31商用电源2整流电路3电感器4电容器5加热线圈6、7、8共振电容器10电源电路11、12、13、14、15、16IGBT20开关电路21、22、23、25 二极管30共振点可变电路31、32减振电容器60共振电路
61、62、63 驱动电路70控制电路71、73电流检测元件72共振电流检测电路74输入电流检测电路75输入电力设定部100第一逆变器200第二逆变器300第三逆变器
具体实施例方式以下使用

本发明的实施例。实施例1实施例1的电磁感应加热装置，具有把直流电压变换为高频交流电压的逆变器 电路，该逆变器电路包含开关电路和共振电路，共振电路包含加热线圈和与该加热线圈串 联的两个共振电容器，在所述直流电源的两端子(Ρ/ο)中的某一方和开关电路的输出端子 (t)之间连接所述共振电路，该电磁感应加热装置还具有在所述共振电容器的一个上并联 的共振点可变电路。图1表示实施例1的电磁感应加热装置的框图。如图1所示，本实施例的电磁感 应加热装置，具有第一逆变器100、第二逆变器200、第三逆变器300。因为各逆变器能够加 热被加热物，所以本实施例的电磁感应加热装置能够同时加热多个被加热物。在本实施例 中，因为各个逆变器的结构相同，所以以第一逆变器100为代表进行说明。在图1中，第一逆变器100由开关电路20、共振电路60、共振点可变电路30构成。 开关电路20在电源电路10的正电极ρ点和负电极ο点之间连接，把从电源电路10供给的 直流电压变换为高频交流电压后施加在共振电路60上。共振电路60由串联连接的加热线 圈5共振电容器6、7构成，由开关电路20向加热线圈5供给高频电力。共振点可变电路30 与共振电容器7并联，通过旁路流过共振电容器7的电流，控制共振电路60的共振点。开关电路20通过驱动电路61驱动，共振点可变电路30通过驱动电路62驱动。驱 动电路61、62由控制电路70控制。输入电力设定部75，是用于使用者设定输入电力(火 力)的接口，根据设定向控制电路70发送信号。控制电路70根据来自输入电力设定部75 的信号控制开关电路20以及共振点可变电路30。一般，在共振型的逆变器中，通过设定开关电路的驱动频率fs >共振电路的共振 频率fr，使共振负荷的特性为电感性，控制使流入共振电路的电流对于开关电路的输出电 压成为滞后的相位。由此抑制开关电路中的损失增加。亦即，在图1中，通过控制使流入共 振电路60的电流IL5对于作为开关电路20和共振电路60的连接点的输出端子t点的电 压成为滞后相位，能够抑制开关电路20的损失。但是，在固定了驱动频率fs的状态下，当使开关电路20的导通期间变化来进行 电 力控制时，也有时在开关电路20的导通期间电流IL5的极性反转，移向电流IL5成为比开 关电路20的输出电压超前的相位的相位超前方式。因为相位超前方式会引起开关电路20的损失增加，所以在共振型的逆变器中是必须避免的方式。在本实施例中，根据被加热物的材质或者形状、厚度、大小、或者设定的输入电力 (火力)的大小来变化共振点可变电路30的导通期间，控制共振电路60的共振点，把共振 电路60的负荷特性维持为电感性。亦即，通过控制共振频率fr，使其总满足开关电路20的 驱动频率fs >共振电路60的共振频率fr，能够避免相位超前方式，避免开关电路20的损 失增加。例如，在被加热物是铁等的磁性体中，在大电力时，停止共振点可变电路30的导通 进行加热。在控制电力的场合，通过延长共振点可变电路30的导通期间减低电力。图14 表示各被加热物的电阻值对铁的电感比率。在非磁性不锈钢等的非磁性体中，电感值比铁 低到2/3左右。亦即共振点由于电感的降低会升高。因此，变成了电容性(开关电路的驱 动频率fs<共振电路的共振频率fr)。因此，即使在大电力时通过使共振点可变电路30成 为导通状态，也把负荷特性维持为电感性。在控制电力的场合，和铁同样，通过延长振点可 变电路的导通期间，可以降低电力。
由此，第一逆变器100使驱动频率fs —定，使开关电路20的导通期间变化，即使 控制输入电力也能够避免开关电路20的损失增加。这样，共振点可变电路30，起作为用于 以一定的驱动频率fs实现动作的辅助开关电路的作用。接着使用图2 图4说明图1的实施例的变形例。在图2 图4的变形例中，因为 共振电路60和共振点可变电路30的结构、动作也和图1中说明的同样，所以省略详细的说 明。如上所述，在图1中，在电源电路10的负电极ο点上连接共振电路60的ο点，同时在 电源电路10的负电极ο点上连接共振点可变电路30的ο点。如图2所示，即使在电源电 路10的负电极ο点上连接共振电路60的ο点、同时在电源电路10的正电极ρ点上连接共 振点可变电路30的ο点也能得到同样的效果。另外，如图3所示，即使在电源电路10的正 电极P点上连接共振电路60以及共振点可变电路30的ο点也能得到同样的效果。另外， 如图4所示，即使在电源电路10的正电极ρ点上连接共振电路60的ο点、同时在电源电路 10的负电极ο点上连接共振点可变电路30的ο点也能得到同样的效果。再者，通过使共振电容器6的容量做成比共振电容器7的容量小，能够减低在共振 电容器7上发生的共振电压，减小施加在共振点可变电路上的电压。亦即，能够减低共振点 可变电路30中的损失发生，提高耐压性能。实施例2使用图5说明使实施例1的电磁感应加热装置的结构和动作更加具体 的实施例2。另外，对实施例1中已说明的结构附以相同的符号，省略说明。在图5中，电源电路10由整流来自商用电源1的交流电压的整流电路2和用电感 器3以及电容器4构成的滤波电路组成，把交流电压变换为直流电压，向第一逆变器100供 给电力。在电源电路10内的电容器4的正电极ρ点和负电极ο点之间连接开关电路20。 开关电路20，串联连接作为功率半导体开关元件的IGBTll和IGBT12而构成。在IGBT11、 IGBT12上分别反方向并联二极管21、22。以下，把用IGBTll和二极管21构成的电路称为 上臂，把用IGBT12和二极管22构成的电路称为下臂。另外，在IGBT11、IGBT12上分别并联 减振电容器31、32。通过关断IGBTll或者IGBT12时的关断电流对减振电容器31、32充电 或者放电。减振电容器31、32的容量，因为比IGBT11、12的集电极和发射极之间的输出电 容大很多，所以可减低在关断时施加在两IGBT上的电压的变化，可抑制关断损失。
在作为IGBT11、12的连接点的输出端子t点和电源电路10的负电极ο点之间连 接共振电路60。共振电路60由串联的加热线圈5和共振电容器6、7构成。在共振电路60内的共振电容器7上并联的共振点可变电路30，通过共振电容器8 和IGBT13的串联以及与IGBT13反向并联的二极管23构成。这里，把从输出端子t点朝向 加热线圈5流动的方向作为共振电流IL5的正方向。电流检测元件71检测流入共振电路60的电流。共振电流检测电路72把电流检 测元件71的输出信号电平变换为适合控制电路70的输入电平的信号。电流检测元件73 检测从商用电源1输入的电流。输入电流检测电路74把电流检测元件73的输出信号电平 变换为适合控制电路70的输入电平的信号。控制电路70从用电流检测电路74检出的输 入电流和用共振电流检测电路72检出的共振电流的关系判断被加热物的材质或状态，进 行加热动作的开始或者停止。被加热物的判别，区别为磁性体和非磁性体。作为区别方法， 在加热前用低电力(300W左右)进行通电。检测其时的共振电流IL5或者IGBT11、12的电 流值，根据该电流值，判别被加热物的材质。在电流值小的场合，判别为是铁等的磁性体的 被加热物；在电流值大的场合，判别为是非磁性不锈钢或者铝、铜这样的非磁性体的被加热 物。图14表示频率20kHz下的各被加热物的电阻值。如图14所示，非磁性不锈钢的电阻 值为铁的1/3，铝的电阻值为铁的1/20，铜的电阻值约为铁的1/25。另外，控制电路70，根据来自输入电力设定部75的信号，通过驱动电路61、62设定 开关电路20的IGBT11、12以及IGBT13的导通期间，控制输入电力。为防止过电流或者过 电压的发生，需要以低的电力而且短的时间来实施材质的检测。在本实施例中在材质检测 的初期阶段，通过使共振点可变电路30成为导通状态，能够增大共振电路的电感，能够防 止过电流或者过电压的发生以及输入电力的激增。另外，如图5所示，把流入开关电路20的上臂的电流设为Icl，流入下臂的电流设 为Ic2，流入共振点可变电路30的电流设为Ic3，共振电流设为IL5。把上臂的IGBTll的集 电极、发射极之间的电压设为Vcl，下臂的IGBT12的集电极、发射极之间的电压设为Vc2，共 振点可变电路30的IGBT13的集电极、发射极之间的电压设为Vc3，共振电容器7的共振电 压设为Vc4，共振电容器8的共振电压设为Vc5，逆变器的电源电压设为Vp。按以上的结构，说明在降低铁等的磁性被加热物的输入电力的场合、或者在降低 铝锅等非磁性被加热物的加热输入电力的场合的动作。首先，当共振点可变电路30流入电 流时，因为在共振电容器7上并联共振电容器8，所以共振电路60的电感增加同时共振频率 fr降低，可以降低输入电力。下面表示共振频率的计算式(式1)。如(式1)所示，可知随 着C的大小增大共振频率减小。数学式1
fr 共振频率，L 搭载了被加热物时的加热线圈的电感，C 共振电容器6、7和共振点可变电路30的合成容量为进一步降低输入电力，在缩短上臂的导通期间的同时延长下臂的导通期间。此 时，在下臂的导通期间内共振电流IL5的流动方向容易从负反转为正，但是如上所述，因为 共振频率fr降低，所以开关电路的驱动频率和共振频率fr的差增大。因此能够防止共振电流IL5的极性从负反转。接着使用图6更详细地说明通过共振点可变电路30的导通期间的控制降低输入 电力时的动作。另外，如图6所示，用ts表示IGBTll 13的控制的一周期(驱动周期)， 分别用tl、t2、t3表示IGBT11、12、13的导通期间。另外分成方式1 5来表示共振电流 IL5的一周期。(方式1)如图6所示，在方式1中，IGBT11、12、13的驱动信号分别成为导通、关断、导通， IGBT11U3导通。当加热线圈5的积蓄能量成为零时共振电流IL5的极性从负变为正，共振 电流IL5流过IGBTl 1、加热线圈5、共振电容器6、7的路径和IGBTl 1、加热线圈5、共振电容 器6、8、IGBT13的路径。亦即，方式1的共振特性由IGBT11、加热线圈5、共振电容器6、7、8 决定。另外，在方式1中，通过共振电流IL5使共振电容器6、7、8放电。(方式2) 接着说明继方式1之后的方式2。在方式2中，使IGBT11、12、13的驱动信号分别 成为导通、关断、关断，仅使IGBTll导通。亦即，在方式2中，因为不使IGBT13导通，所以 Ic3被切断。如图6所示，在方式2中共振电流IL5有正的极性，该电流流过IGBT11、加热 线圈5、共振电容器6、7的路径。亦即，方式2的共振特性由IGBT11、加热线圈5、共振电容 器6、7决定。(方式3)接着说明继方式2之后的方式3。在方式3中，首先使IGBT11、12、13的驱动信号 全部关断，不使全部IGBT导通。如图6所示，在方式3下共振电流IL5有正的极性，共振电 流IL5持续流过减振电容器31、加热线圈5、共振电容器6、7的路径和减振电容器32、加热 线圈5、共振电容器6、7的路径，使上臂的减振电容器31充电，使下臂的减振电容器32放 电。因此，IGBTll的集电极、发射极之间的电压Vcl慢慢增加，IGBT12的集电极、发射极之 间的电压Vc2亦即输出电压慢慢减小。此时的共振特性由减振电容器31、32、加热线圈5、 共振电容器6、7决定。其后，当Vcl的电压达到逆变器的电源电压Vp、在下臂的二极管22上施加正方向 的电压时，共振电流IL5作为环流电流流过加热线圈5、共振电容器6、7、二极管22的路径。 此时，当分别使IGBT11、12、13的驱动电流成为关断、导通、关断，仅使IGBT12导通时，只要 共振电流IL5的极性不变，共振电流IL5就持续流过二极管22。(方式4)接着说明继方式3之后的方式4。在方式4中，首先使IGBT11、12、13的驱动信号 分别成为关断、导通、关断，仅使IGBT12导通。当加热线圈5的积蓄能量成为零、共振电流
的极性从正变为负时，共振电流IL5流过共振电容器6、7、加热线圈5、IGBT12的路径。 亦即，方式4的共振特性由IGBT12、加热线圈5、共振电容器6、7决定。如图6所示，因为在 Vc5上施加负的电压，所以在共振点可变电路30中不流过负方向的电流。另外，在方式4 中，通过IL5使共振电容器6、7放电。(方式5)接着说明继方式4之后的方式5。在方式5中，首先使IGBT11、12、13的驱动信号 全部成为关断，不使全部IGBT导通。如图6所示，在方式5下共振电流IL5有负的极性，共振电流IL5持续流过加热线圈5、减振电容器32、共振电容器6、7的路径和加热线圈5、减振 电容器31、电容器4、共振电容器6、7的路径，使上臂的减振电容器31放电，使下臂的减振 电容器32充电。因此，IGBTll的集电极、发射极之间的电压Vcl慢慢减小，IGBT12的集电 极、发射极之间的电压Vc2亦即输出电压慢慢增加。此时的共振特性由减振电容器31、32、 加热线圈5、共振电容器6、7决定。其后，当Vc2的电压达到逆变器的电源电压Vp、在上臂的二极管21上施加正方向 的电压时，共振电流IL5作为环流电流流过加热线圈5、二极管21、电容器4、共振电容器6、 7的路径。此时，在共振电容器8上充电负的电压，当共振电容器7的负的充电电压超过共 振电容器8的充电电压时，在二极管23上施加正方向电压，共振电流IL5分流，流过二极管 23、共振电容器8、6、加热线圈5、二极管21、电容器4的路径和共振电容器7、6、加热线圈5、 二极管21、电容器4的路径。此时，当使IGBT11、12、13的驱动信号分别成为导通、关断、导通，使IGBTll和13 一起导通时，只要共振电流IL5的极性不变，共振电流IL5就持续流过二极管21。如上所述，在共振电流IL5的一周期期间进行方式1 5的动作，以后，重复该动 作。如从方式2以及方式4的说明可知，在IGBTll以及12中电流Icl以及Ic2通电的状 态下IGBTl 1、12被关断。由此Vc2的电压OV和共振电流IL5的OA的相位差总在电流滞后 相位下动作。这样本实施例通过与共振电容器并联设置共振点可变电路30，使负荷的共振 特性变化，能够总是在电流滞后相位下动作，能够避免相位超前方式。接着，作为更加减低输入电力的方法，使IGBTll的导通期间缩短，使IGBT12的导 通期间延长。使用图15详细说明此时的逆变器的动作。如图15所示，用ts表示IGBTll 13的一周期，分别用tl、t2表示IGBT11、12的导通期间。IGBT13为常导通状态。另外，把 共振电流IL5的一周期分成为方式1 4来表示。(方式1)如图15所示，在方式1中，IGBT11、12、13的驱动信号分别成为导通、关断、导通， IGBT11U3导通。当加热线圈5的积蓄能量成为零时共振电流IL5的极性从负变为正，共振 电流IL5流过IGBT11、加热线圈5、共振电容器6、7的路径和IGBT11、加热线圈5、共振电容 器6、8、IGBT13的路径。亦即，方式1的共振特性由IGBT11、加热线圈5、共振电容器6、7、8 决定。另外，在方式1中共振电容器6、7、8通过共振电流IL5放电。(方式2)接着说明继方式1之后的方式2。在方式2中，使IGBT11、12、13的驱动信号分别 成为关断、关断、导通，仅使IGBT13导通。如图15所示，在方式2下共振电流IL5有正的极 性，共振电流IL5持续流过减振电容器31、加热线圈5、共振电容器6、7的路径和减振电容 器31、加热线圈5、共振电容器8、IGBT13的路径和减振电容器32、加热线圈5、共振电容器 6、7的路径和减振电容器32、加热线圈5、共振电容器8、IGBT13的路径，上臂的减振电容器 31充电，下臂的减振电容器32放电。因此，IGBTll的集电极、发射极之间的电压Vcl慢慢 增加，IGBT12的集电极、发射极之间的电压Vc2亦即输出电压慢慢减小。此时的共振特性 由减振电容器31、32、加热线圈5、共振电容器6、7、8决定。其后，当Vcl的电压达到逆变器的电源电压Vp、在下臂的二极管22上施加正方向 的电压时，共振电流IL5作为环流电流流过加热线圈5、共振电容器6、7、二极管22的路径和加热线圈5、共振电容器8、二极管22的路径。此时，即使分别使IGBT11、12、13的驱动电 流成为关断、导通、导通，使IGBT12导通，只要共振电流IL5的极性不变，共振电流IL5就持 续流过二极管22。(方式3)接着说明继方式2之后的方式3。在方式3中，分别使IGBT11、12、13的驱动信号 成为关断、导通、导通，使IGBT12、13导通。当加热线圈5的积蓄能量成为零、共振电流IL5 的极性从正变为负时，共振电流IL5流过共振电容器7、6、加热线圈5、IGBT12的路径和共 振电容器8、6、加热线圈5、IGBT12、二极管23的路径。亦即，方式4的共振特性由IGBT12、 加热线圈5、共振电容器6、7、8决定。另外，共振电容器6、7、8通过IL5放电。(方式4)接着说明继方式3之后的方式4。在方式5中，首先使IGBT11、12、13的驱动信号 成为关断、关断、导通，仅使IGBT13导通。如图15所示，在方式4下共振电流IL5有负的极 性，共振电流IL5持续流过加热线圈5、减振电容器32、共振电容器7、6的路径和加热线圈 5、减振电容器32、二极管23、共振电容器8、6的路径和加热线圈5、减振电容器31、电容器 4、共振电容器7、6的路径和加热线圈5、减振电容器31、电容器4、二极管23、共振电容器8、 6的路径，使上臂的减振电容器31放电，使下臂的减振电容器32充电。因此，IGBTll的集 电极、发射极之间的电压Vcl慢慢减小，IGBT12的集电极、发射极之间的电压Vc2亦即输出 电压慢慢增加。此时的共振特性由减振电容器31、32、加热线圈5、共振电容器6、7、8决定。其后，当Vc2的电压达到逆变器的电源电压Vp、在上臂的二极管21上施加正方向 的电压时，共振电流IL5作为环流电流流过加热线圈5、二极管21、电容器4、共振电容器7、 6的路径。此时，向共振电容器8充电负的电压，当共振电容器7的负的充电电压超过共振 电容器8充电电压时，在二极管23上施加正方向电压，共振电流IL5分流，流过二极管23、 共振电容器8、6、加热线圈5、二极管21、电容器4的路径和共振电容器7、6、加热线圈5、二 极管21、电容器4的路径。此时，当分别使IGBT11、12、13的驱动信号成为导通、关断、导通、使IGBTll和13 一起导通时，只要共振电流IL5的极性不变，共振电流IL5就持续流过二极管21。如上所述，在共振电流IL5的一周期期间进行方式1 4的动作，以后，重复该动 作。在共振点可变电路30常导通状态下，如从方式1、4的说明可知，即使延长IGBT12的导 通期间t2，在二极管21或者22导通的期间内共振电流IL5也从负变化为正。因此，共振电 流IL5不会从负向正反转极性，负荷特性保持电感性，能够避免相位超前方式。由此，通过使开关电路20的期间变化，能够控制输入电力。另外，流入共振电容器8的电流，由共振电容器7和共振电容器8的容量比决定。 因为在本实施例中做成了振电容器7的容量>共振电容器8的容量，所以流入共振电容器 8的电流在共振电容器7以下。由此，能够减低IGBT13中的损失发生，提高IGBT13的耐电流性能。另外，在共振电容器7中发生的电压(Vc4)，由共振电容器6的容量和共振电容器 8的容量决定。因此，为减低在共振电容器7中发生的电压，通过使共振电容器7的容量> 共振电容器6的容量，使共振电容器7的发生电压成为1/2以下。由此，在能够减低IGBT13 中的损失发生、提高IGBT13的耐电压性能的同时，能够宽广地设定共振点可变范围。
下面说明共振电容器8的充电电压。用式2表示共振电容器8 (Vc5)的电压的关 系式。数学式2
C7 共振电容器7的容量，C8 共振电容器8的容量在本实施例中，因为C8 <C7，所以Vc5的电压被充电到比C7低的电压。在IGBT13 上施加Vc4和Vc5的合计电压，但是因为给Vc5充电的电压低，所以对于IGBT13的元件耐 压的增大没有影响。接着使用图7说明输入电力的控制方法。如已在图6中说明的那样，用tl、t2、t3 表示IGBT11、12、13的导通期间，用ts表示驱动周期。图7表示用逆变器驱动频率21kHz高 输出加热铁制的被加热物和非磁性不锈钢的场合的控制条件的一例，横轴表示IGBT13的 导通期间IGBT13的Duty (t3/ts)，纵轴表示输入电压Pin。这里，说明tl、t2不变，而使t3 变化来控制输入电压Pin的场合。如图7所示，在铁制的被加热物的场合，在IGBT13的Duty = 0(IGBT13常关断状 态)时成为最大的输入电力。当Duty增大时，输入电力Pin减小，在Duty=约0.5以上时 输入电力Pin大体恒定。另一方面，在非磁性不锈钢中，在IGBT13的Duty = 0. 45时成为 最大电力的3kW，通过进一步增加Duty，输入电力减小，在Duty = 0. 7以上时大体恒定。由 此可知，通过增大IGBT13的Duty，能够减小输入电力Pin。下面说明通过控制IGBT13的Duty能够控制输入电力的理由。当导通IGBT13时， 因为共振电容器7和共振电容器8并联，因此共振电容器6、7、8的合成共振电容器容量变 大，由加热线圈5和合成共振电容器决定的共振频率降低。图8表示加热铁制的被加热物 时使IGBT13的Duty变化的场合的共振特性图表。如图8所示，当使t3延长、增大IGBT13 的Duty时，共振频率降低。因此，例如在把逆变器驱动频率固定为21kHz的场合，在Duty =0时输入电力约为3kW，Duty = 0. 35时输入电力约为1. 5kff, Duty = 0. 5时输入电力约 为0. 5kW。通过这样控制t3的导通时间(IGBT13的Duty)，就能够控制输入电力。如上所述，当IGBT13的Duty成为约0. 5以上时，输入电力Pin约为0. 5kW恒定。 这是因为，在IGBT13导通的t3期间，共振电流IL5从正变为负，电流流入二极管23，超过 IGBT13的Duty下的共振点可变电路30的可变范围。实际上，，由共振点可变电路30能够 控制共振电流的期间，是共振电流IL5是正的期间。因此，在共振电流IL5是负的期间，即 使控制IGBT13的Duty，也不能控制共振点。因此，在图7中，不改变tl、t2、仅用t3能够调 整的输入电力Pin的下限值为约0. 5kW，在要设定为该值以下的场合，需要使tl、t2变化。下面说明在使IGBT13的Duty成为约0. 5以上的同时，使tl、t2变化来控制输入电 力Pin的场合。图9表示以低输出加热被加热物的场合的控制条件，横轴表示上臂IGBTll 的导通期间tl相对于驱动周期ts的导通比(=tl/ts)，此时，IGBT12的导通比为1-Duty。 纵轴表示输入电力Pin。如图9所示，通过在使共振点可变电路30内的IGBT13的Duty成 为约0.5以上的同时减小IGBTll的Duty，能够更加减小输入电力Pin。。另一方面，在非磁性不锈钢中，如图14所示，因为与铁相比电感值成为2/3，所以 与共振电容器6、7的串联电路的共振频率升高，变得比开关电路20的驱动频率高，负荷特性成为电容性，成为相位超前方式。因此，需要增大共振点可变电路30的导通期间，降低共 振点，使负荷特性成为电感性。关于输入电力的控制方法，和铁制的被加热物同样，可以通 过IGBT13的Duty和IGBTll的Duty进行控制。实施例3图10是实施例3的电磁感应加热装置的电路结构图。在实施例3的结构中，对于 与在前面的实施例中已说明的结构相同的结构，省略说明。在图10中，用加热线圈5和共振电容器6、7构成的共振电路60，连接在第一逆变 器100的输出端子t点和O点之间。在共振电容器7上并联共振点可变电路30，共振点可 变电路30，由串联的共振电容器8和阻止反向电流的二极管25和IGBT13、以及与IGBT13 反方向并联的二极管23构成。这里，当把从输出端子t朝向共振电容器6流动的共振电流 IL5设为正时，流入共振点可变电路30的电流Ic3是正的方向。在本实施例中，为能防止向 共振电容器8充电负的电压，向IGBT13施加的电压成为共振电容器7的充电电压。因此， 不会向共振电容器8充电负的电压，能够减低耐压。一般来说，当IGBT的耐压变低时能够 减低导通损失。由此能够减低元件损失。实施例4图11是实施例4的电磁感应加热装置的电路的一部分。在实施例4的结构中，对 于与在前面的实施例中已说明的结构相同的结构，省略说明。在图11中，共振点可变电路30的开关元件，是有反向耐压的反电流阻止型的 IGBT4(附带耐反压功能的IGBT)，为把上述图10的IGBT13和阻止反电流用的二极管25置 换为一个IGBT14的结构。在上述图10的共振点可变电路30中，在IGBT13和二极管25中 分别发生损失，但是在本实施例中，因为为IGBT14的损失量，所以减低了第一逆变器100中 的电路损失，提高了变换效率。关于本实施例的动作，和上述实施例3相同，省略说明。实施例5图12是实施例5的电磁感应加热装置的电路的一部分。在实施例5的结构中，对 于与在前面的实施例中已说明的结构相同的结构，省略说明。在图12中，与实施例3的不同之点是因为在共振点可变电路30的二极管25上 并联连接了 IGBT15，所以能够在共振点可变电路30中控制正负的电流。在本实施例中，通 过驱动IGBT13、15，能够控制流入共振点可变电路30的正负的电流，可在维持共振电路60 的负荷特性为电感性的情况下，使共振频率可变在共振电流IL5的正负方向上控制IGBT13 或者15来改变输入电力。关于控制方法，IGBT13与上述实施例2同样，使其导通定时与 IGBTll同步，进行IGBT13的Duty控制，IGBT15使其导通定时与IGBT12同步，进行IGBT15 的Duty控制。在共振电流IL5是正电流的场合，控制IGBT13，在共振电流IL5是负电流的 场合，控制IGBT15。由此，因为在共振电流IL5的正负期间能够使共振点可变，所以能够扩 大电力控制范围。实施例6图13是实施例6的电磁感应加热装置的电路的一部分。在实施例6的结构中，对 于与在前面的实施例中已说明的结构相同的结构，省略说明。在图13中，共振点可变电路30反向并联具有反向耐压的逆电流阻止型的IGBT14 和IGBT16。在上述图12的共振点可变电路30中，因为正向电流流入二极管25和IGBT13，负向电流流入二极管23和IGBT15，所以在二极管以及IGBT的各个中发生损失。在本实施例中，因为成为了 IGBT14和IGBT16的损失，所以减低了第一逆变器100中的电路损失，提 高了变换效率。关于本实施例的动作，和上述实施例5相同，省略说明。
权利要求
一种电磁感应加热装置，其具有直流电源、把由该直流电源供给的直流电压变换为高频交流电压的逆变器电路、和控制电路，其特征在于，所述逆变器电路，具有开关电路、共振电路、和共振点可变电路；所述开关电路，通过在所述直流电源的两端子上连接的、上臂的功率半导体开关元件和下臂的功率半导体开关元件的串联连接形成；串联加热线圈和第一共振电容器和第二共振电容器而形成的所述共振电路，一端连接在所述开关电路的上臂和下臂的连接点上，另一端连接在所述直流电源的某一个端子上；与所述第二共振电容器并联的所述共振点可变电路，通过第三共振电容器和第一开关元件的串联、和与所述第一开关元件反向并联的第一二极管形成；通过由所述控制电路控制所述第一开关元件的导通期间使所述共振电路的共振频率可变。
2.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于， 所述共振点可变电路，具有与第一开关元件串联连接的第二二极管，所述第一开关元 件具有与其反向并联的第一二极管。
3.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于， 所述共振点可变电路具有附带耐反压功能的第一开关元件。
4.根据权利要求2所述的电磁感应加热装置，其特征在于， 具有与所述第二二极管反向并联的第二开关元件。
5.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述共振点可变电路，具有反向联的、附带耐反压功能的第一、第二开关元件。
6.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述开关电路，具有与所述上臂的功率半导体开关元件和所述下臂的功率半导体开关 元件中的至少一方并联的减振电容器。
7.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述第二共振电容器的容量在所述第一共振电容器的容量以上，所述第三共振电容器 的容量在所述第二共振电容器的容量以下。
8.—种电磁感应加热装置，其用于感应加热被加热物，其特征在于， 具有从正电极和负电极供给直流电压的电源电路；连接在该电源电路的正电极和负电极之间的、把直流电压变换为交流电压后输出的开 关电路；连接在该开关电路的输出端子和所述电源电路的端子之间的、用加热线圈和第一共振 电容器和第二共振电容器的串联连接构成的共振电路；和与所述第二共振电容器并联的、使所述共振电路的共振点可变的共振点可变电路。
9.根据权利要求8所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述共振点可变电路，用第三共振电容器和开关元件的串联连接、和与该开关元件的 反向并联的二极管构成。
10.根据权利要求9所述的电磁感应加热装置，其特征在于，从所述开关电路朝向所述加热线圈流动的共振电流的极性，在所述共振点可变电路内的开关元件导通期间，从负变为正。
11.根据权利要求9所述的电磁感应加热装置，其特征在于，通过控制所述共振点可变电路内的开关元件的Duty，控制从所述控制电路供给被加热物的输入电力。
12.根据权利要求9所述的电磁感应加热装置，其特征在于，使所述第二共振电容器的容量在所述第一共振电容器的容量以上。
13.根据权利要求9所述的电磁感应加热装置，其特征在于，使所述第二共振电容器的容量在所述第三共振电容器的容量以上。
全文摘要
本发明的课题是提供一种电磁感应加热装置，其能够防止在同时驱动多个逆变器的场合的干涉音的发生，控制各个的输入电力。本发明的电磁感应加热装置，具有把直流电压变换为高频交流电压的逆变器电路，该逆变器电路包含开关电路和共振电路，共振电路包含加热线圈和在该加热线圈上串联的两个共振电容器，具有在所述共振电容器之一上并联连接的共振点可变电路。
文档编号H05B6/06GK101841945SQ20101011313
公开日2010年9月22日 申请日期2010年2月8日 优先权日2009年3月16日
发明者大久保敏一, 宇留野纯平, 庄司浩幸, 矶贝雅之 申请人:日立空调·家用电器株式会社