JP4107150B2 - Induction heating device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波磁界による誘導加熱を利用して被加熱物の加熱を行う電磁調理器などの誘導加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の誘導加熱装置(例えば、特許文献1参照)について図面を用いて説明する。図16は、従来の誘導加熱装置である。電源1と直列に配置された加熱コイル5と第1の半導体スイッチ6の直列回路と、加熱コイル5と並列に接続される第3のコンデンサ10と第3のコンデンサ10と並列に接続される第2のコンデンサ4と第2の半導体スイッチ7の直列回路と、第1の半導体スイッチ6に並列に接続される第1の逆導通素子26と、第2の半導体スイッチ7に並列に接続される第2の半導体スイッチ27で構成されている。
【0003】
図17は図16の動作波形を示す図である。I6は第1の半導体スイッチ6及び第1の逆導通素子26を流れる電流を、V6はそのコレクタ−エミッタ間電圧を、I6は第2の半導体スイッチ7及び第2の逆導通素子27を流れる電流を、V7はそのコレクタ−エミッタ間電圧を、I5は加熱コイル5を流れる電流を示している。
【0004】
続いて、図16及び図17を用いて従来の誘導加熱装置の動作を説明する。まず、制御手段9は第1の半導体スイッチ6を導通状態にすることで直流電源1から加熱コイル5に電力を供給する。この際図17のI6に示すようにほぼ直線上に電流が流れることになる。
【0005】
次に制御手段9は所定の時間で第1の半導体スイッチ6を非導通状態にする。すると加熱コイル5に貯えられたエネルギーはまず第3のコンデンサ10を充電し、図17のV6に示すように第1の半導体スイッチ6のコレクタ電位は緩やかに上昇させていく。そして第1の半導体スイッチ6のコレクタの電位が第2のコンデンサ4の電位と等しなった時に第2の逆導通素子27が導通状態になり、加熱コイル5のエネルギーは第2のコンデンサ4に蓄えられる。第2の逆導通素子27が導通状態の時に第2の半導体スイッチ7を導通状態にしておくことで、今度は図17のI7に示すように第2のコンデンサ4を電源として加熱コイル5に電力を供給することになる。制御手段9は所定の時間が経過したところで、第2の半導体スイッチ7を非導通状態にする。すると加熱コイル5に蓄えられたエネルギー及び第3のコンデンサ10に蓄えられたエネルギーは第1の逆導通素子26を通して直流電源1に回生される。この回生期間に第1の半導体スイッチ6を導通状態にすることで、再び電源1から加熱コイル5に電力が供給されることになる。この動作を20〜50kHz程度で行うことで、I5に示すような電流を加熱コイル5に流すことで高周波磁界が負荷8に供給され、負荷8の表面に渦電流が生じ負荷8が加熱されることになる。
【0006】
このように簡単な部品構成で誘導加熱が行え、かつ第2のコンデンサ4の容量を第3のコンデンサ10よりも大きくしておくことで、第1の半導体スイッチ6及び第2の半導体スイッチ7の耐圧を抑えられ安価な半導体スイッチが使えるなどの特徴がある。更に、第2のコンデンサ4の容量が第1及び第2のスイッチング素子6、7の駆動周波数よりも加熱コイル5と第2のコンデンサ4で形成される共振回路の共振周波数よりも充分低く設定されるため、制御手段9は入力電力や負荷の種類によらず周波数一定の条件で第1の半導体スイッチ6及び第2の半導体スイッチ7の導通時間を無理なく制御することができる。このことにより、隣接して2種類の負荷を加熱した場合においても、負荷同士の駆動周波数の差による干渉音が発生しない特徴がある。
【0007】
また、従来の誘導加熱装置の別な回路構成(例えば、特許文献2参照)の実施例について図面を用いて説明する。図18は従来の誘導加熱装置である。電源1と並列に第1の半導体スイッチ6と第2の半導体スイッチ7の直列体が接続され、第1の半導体スイッチ6には加熱コイル5と第1のコンデンサ3の直列接続、第3のコンデンサ10及び第1の逆導通素子26が接続され、第2の半導体スイッチ7には第2の逆導通素子27が接続され、更に負荷8は加熱コイル5と磁気的に結合する様に配置される。
【0008】
続いて本従来例の動作を説明する。第2の半導体スイッチ7が導通すると加熱コイル5に電源1と第1のコンデンサ3の電圧の差で決まる電流が供給される。次に第2の半導体スイッチ7をオフ状態にすると、第3のコンデンサ10に蓄えられた電荷が加熱コイル5を通して第1のコンデンサ3に移動し、第3のコンデンサ10の電荷がなくなった後は第1の逆導通素子26が導通することで、加熱コイル5から第1のコンデンサ3に電流が流れることになる。この第1の逆導通素子26が導通しているタイミングで、第1の半導体スイッチ6を導通状態としておくことで、加熱コイル5の電力が第1のコンデンサ3に遷移した後第1のコンデンサ3を電源として加熱コイル5に電力を供給することになる。
【0009】
さらに、所定時間が経過した後第1の半導体スイッチ6を非導通状態にすると、第3のコンデンサに電荷を蓄えた後、第2の逆導通素子27を通して加熱コイル5に蓄えられた電力を電源1に回生することになる。この回生期間に、再び第2の半導体スイッチ7を導通状態にすることで最初の動作に戻ることになる。
【0010】
ここで、第3のコンデンサは第1の半導体スイッチ6及び第2の半導体スイッチ7が非導通状態になる際に電圧を緩やかに増加させることで半導体スイッチのターンオフ時の損失を減少させる役割を担っている。また、本実施例の誘導加熱素は第1のコンデンサの容量を加熱コイル5と形成される共振回路の共振周波数の近傍に設定しなければ必要な電力が確保されず、一方負荷8の種類によって共振周波数は大きく異なるため、制御手段9が駆動周波数を共振周波数の近くに併せる制御つまり駆動周波数を変化させて制御を行っている。
【0011】
【特許文献1】
特開平8−262666号公報
【特許文献2】
特開平5−114474号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の誘導加熱装置においては(図16)、加熱コイル5に流れる電流は直流成分を中心として高周波成分が重畳した形となるため、例えば直流電源1が商用電源を整流した場合などでは、負荷8加熱する際に必要な高周波成分以外に商用電源の2倍成分が加熱コイル5に供給されることになる。この商用電源成分は負荷8に吸収されないため加熱コイル5から外部に放射されることになる。このような不要な電磁界の放射は周囲に雑音などを発生させる原因となる課題を有することになる。
【0013】
また、加熱コイル5に直流成分が流れ込まない従来例においては(図18)、負荷8の種類が変わった場合に駆動周波数を変化させることで、入力電力を確保する必要が生じる。これは、第1のコンデンサ3と加熱コイル5によって形成される共振回路の共振周波数に入力電力が大きく依存するため、入力電力を安定に確保するためには負荷8に応じて第1のスイッチング素子6と第2のスイッチング素子7の駆動周波数を変える必要があるためである。このため、誘導加熱装置が複数のバーナを持つ場合には互いの駆動周波数の差の周波数の干渉音が発生する課題を有することになる。
【0014】
本発明は上記の課題を解決するもので、商用周波数成分の電磁界を加熱コイルから放射を減少させることがで不要な雑音を減少させることができ、かつ入力電力あるいは負荷が異なる場合でも加熱コイルに流れる電流の周波数を一定に保つことで負荷の干渉音が発生しない誘導加熱装置を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、第1の半導体スイッチと前記第1の半導体スイッチに並列に接続された逆導通素子と、第1の半導体スイッチの導通期間に入力電圧を限流する限流手段と、前記第1の半導体スイッチと直列に接続された第2の半導体スイッチと、前記第2の半導体スイッチに並列に接続された第2の逆導通素子と、負荷(被加熱物)を誘導加熱する加熱コイルと、前記第1の半導体スイッチまたは前記第2の半導体スイッチの導通期間に前記加熱コイルと直列共振回路を形成する第1のコンデンサ及び第2のコンデンサと、前記第1の半導体スイッチ及び前記第2の半導体スイッチの非導通時に前記加熱コイルと共振回路を形成する第3のコンデンサと、前記第1の半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチの導通期間を一定周波数で互いに排他的に制御する制御回路を備え、前記第1のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路及び前記第2のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を前記制御回路の駆動周波数よりも低く設定するとともに、前記第3のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を前記制御回路の駆動周波数よりも高く設定するとともに、前記限流手段を通じて電源からの電力供給を前記第1及び第2のコンデンサに行った後、前記第1及び第2のコンデンサから前記加熱コイルへ電力供給を行うとともに、前記限流手段が電源と加熱コイルが前記第1半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチを介して短絡することを防止する作用を有することを特徴とする誘導加熱装置としている。
【0016】
これにより、電源からの電力供給が限流手段を通じて第1及び第2のコンデンサに行われた後、第1及び第2のコンデンサから加熱コイルへ電力供給が行われるため、電源と加熱コイルが半導体スイッチを介して短絡されることがなく、そのため電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルをほとんど通過せず、加熱コイルから電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを大幅に減少することが可能であり、かつ第1及び第2のコンデンサと加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を制御回路の駆動周波数よりも大きくとることで、負荷が変化することにより共振周波数が変化しても、駆動周波数変えることなく一定周波数で制御することができ、かつ第3のコンデンサと加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を駆動周波数より低く設定することで、入力電力が小さい場合においても第3のコンデンサの充放電が素早く行われるため、入力電力が変化させる場合においても駆動周波数を変えることなく一定周波数で制御することができるため隣接するバーナ間の駆動周波数の差により生じる負荷の干渉音を防止することが可能な誘導加熱装置を実現するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
請求項1〜7に係わる本発明は、第1の半導体スイッチと前記第1の半導体スイッチに並列に接続された逆導通素子と、第1の半導体スイッチの導通期間に入力電圧を限流する限流手段と、前記第1の半導体スイッチと直列に接続された第2の半導体スイッチと、前記第2の半導体スイッチに並列に接続された第2の逆導通素子と、加熱コイルと、前記第1の半導体スイッチまたは前記第2の半導体スイッチの導通期間に前記加熱コイルと直列共振回路を形成する第1のコンデンサ及び第2のコンデンサと、前記第1の半導体スイッチ及び前記第2の半導体スイッチの非導通時に前記加熱コイルと共振回路を形成する第3のコンデンサと、前記第1の半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチの導通期間を一定周波数で互いに排他的に制御する制御回路を備え、前記第1のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路及び前記第2のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を前記制御回路の駆動周波数よりも低く設定するとともに、前記第3のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を前記制御回路の駆動周波数よりも高く設定するとともに、前記限流手段を通じて電源からの電力供給を前記第1及び第2のコンデンサに行った後、前記第1及び第2のコンデンサから前記加熱コイルへ電力供給を行うとともに、前記限流手段が電源と加熱コイルが前記第1半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチを介して短絡することを防止する作用を有することを特徴とする誘導加熱装置としている。
【0018】
これにより、電源からの電力供給が限流手段を通じて第1及び第2のコンデンサに行われた後、第1及び第2のコンデンサから加熱コイルへ電流供給が行われる。そして、限流手段が、電源と加熱コイルが半導体スイッチを介して短絡されることを防止し、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルをほとんど通過せず、加熱コイルから電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを大幅に減少することが可能となる。また、第1及び第2のコンデンサと加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を制御回路の駆動周波数よりも低く設定することで、被加熱物の電気的特性が変り、加熱コイルの電気的特性、たとえばL成分などが変わって、回路の共振周波数が変化しても、駆動周波数への影響は吸収でき、駆動周波数を変えることなく一定周波数で制御することができ、同様に第3のコンデンサと加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を駆動周波数より高く設定することで、入力電力が小さい場合においても第3のコンデンサの充放電が素早く行わるため、回路の共振周波数が変化しても、駆動周波数への影響は吸収でき、入力電力を変化させる場合においても駆動周波数を変えることなく一定周波数で制御することができる。その結果、隣接するバーナ相互が同一の周波数で駆動でき、バーナー間の駆動周波数の差により生じる負荷の干渉音を防止することが可能な誘導加熱装置を実現するものである。
【0019】
請求項2に係わる発明は上記に加え、第1の半導体スイッチは、順方向に導通する際に第1のコンデンサと加熱コイルが共振回路を形成してなるものとしている。
【0020】
請求項3に係わる発明は上記に加え、第2の半導体スイッチは、順方向に導通する際に第2のコンデンサと加熱コイルが共振回路を形成してなるものとしている。
【0021】
請求項4に係わる発明は上記に加え、第1のコンデンサの容量は第2のコンデンサの容量と同等もしくは大きくしたものとしている。
【0022】
請求項5に係わる発明は上記に加え、加熱コイルと並列に第3のコンデンサを接続してなるものとしている。
【0023】
これらも、同様に加熱コイルを流れる電流は常にコンデンサを通過することになり、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイルから電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能であり、かつ加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことが可能な誘導加熱装置を実現するものである。
【0024】
請求項6に係わる発明は、直流電源に並列に接続される限流手段と第1の半導体スイッチの直列体と、前記第1の半導体スイッチと並列に接続される第1の逆導通素子と、負荷を誘導加熱するべく前記第1の半導体スイッチに接続される加熱コイルと第1のコンデンサの直列体と、前記加熱コイルに並列に接続される第2の半導体スイッチと第2のコンデンサの直列接続体と、前記第2の半導体スイッチに並列接続される第2の逆導通素子と、前記加熱コイルに並列接続される第3のコンデンサとを備え、前記第1のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路及び前記第2のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を前記制御回路の駆動周波数よりも低く設定するとともに、前記第3のコンデンサと前記加熱コイルで形成される共振回路の共振周波数を前記制御回路の駆動周波数よりも高く設定するとともに、前記限流手段を通じて電源からの電力供給を前記第1及び第2のコンデンサに行った後、前記第1及び第2のコンデンサから前記加熱コイルへ電力供給を行うとともに、前記限流手段が電源と加熱コイルが前記第1半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチを介して短絡することを防止する作用を有する誘導加熱装置としている。
【0025】
これにより、加熱コイルを流れる電流は常にコンデンサを通過することになり、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイルから電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能であり、かつ加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことが可能な誘導加熱装置を実現するものである。
【0026】
請求項8に係わる本発明は、上記に加え、限流手段と直列に第3の逆導通素子を接続する誘導加熱装置としている。
【0027】
これにより、上記に加え、第2のコンデンサから第2の半導体スイッチ及び限流手段を通して電源に電力が回生することを防止することができ、不要な電流の往来を防止することができ効率の低下を防止することが可能な誘導加熱装置を実現できるものである。
【0028】
請求項9に関わる本発明は、商用電源と商用電源を整流する整流手段を備え、前記限流手段に電力を供給する第4のコンデンサを前記商用電源と前記整流手段の間に配する誘導加熱装置としている。
【0029】
これにより、上記に加え、特に逆導通素子を接続することなく不要な電源への電力の回生を防止することが可能になり、安価な誘導加熱装置を実現できるものである。
【0030】
請求項10に関わる本発明は、前記第3のコンデンサに直列にスイッチ手段を設け、入力電力の状態によりスイッチ手段を制御する誘導加熱装置としている。
【0031】
これにより、上記に加え、入力電力が少ない場合に生じる第3のコンデンサに電荷が残留した状態での第1または第2の半導体スイッチの導通により生じる損失増加を防止することが可能になり、損失が増加することなく入力電力を小さくすることが可能な誘導加熱装置を実現できるものである。
【0032】
請求項11〜12に関わる本発明は、前記第1の半導体スイッチと前記第2の半導体スイッチを駆動する際に一定の非導通時間を設ける誘導加熱装置としている。
【0033】
これにより、上記に加え、確実に第1の半導体スイッチと第2の半導体スイッチが同時に導通することによる故障を防止することが可能になり、信頼性の高い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0034】
請求項13に関わる本発明は、制御手段9が商用電源1の電流を検出する入力電流検出手段21の出力と入力電力指令値を比較し、その比較値により第1の半導体スイッチ6の導通時間を制御する誘導加熱装置としている。
【0035】
これにより、上記に加え、入力電力指令値に対して応答が早く制御性の良い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0036】
請求項14〜15に関わる本発明は、前記加熱コイルの電流を検出するコイル電流検出手段を設け、前記コイル電流検出手段が所定値になるように第1の半導体スイッチの導通時間を制御する誘導加熱装置としている。
【0037】
これにより、上記に加え、加熱コイルを流れる電流を制御することが可能になり、負荷の種類により加熱コイル電流が必要以上に流れることを防止することが可能になり、信頼性に優れた誘導加熱装置を実現できるものである。
【0038】
請求項16〜17に関わる本発明は、前記第1の半導体スイッチの電圧を検出する第1の電圧検出手段を設け、前記第1の電圧検出手段が所定値になるように第1の半導体スイッチの導通時間を制御する誘導加熱装置としている。
【0039】
これにより、上記に加え、負荷の種類により第1の半導体スイッチの電圧が必要以上に上昇することを防止することが可能になり、信頼性の高い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0040】
請求項18〜19に関わる本発明は、前記第2の半導体スイッチの電圧を検出する第2の電圧検出手段を設け、前記第1の電圧検出手段が所定値になるように第1の半導体スイッチの導通時間を制御する誘導加熱装置としている。
【0041】
これにより、上記に加え、負荷の種類により第2の半導体スイッチの電圧が必要以上に上昇することを防止することが可能になり、信頼性の高い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0042】
【実施例】
(実施例1)
本発明の第1の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0043】
図1は本実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図である。直流電源1は限流手段2を通して第1の半導体スイッチ6と接続され、第1の半導体スイッチ6には並列に第1の逆導通素子26が接続さている。また、第1の半導体スイッチ6は、加熱コイル5と第1のコンデンサ3の直列回路が接続されており、加熱コイル5には鍋などの負荷8が磁気的に結合するべく構成し加熱コイル5に流れる高周波電流で負荷8が電磁誘導加熱される。
【0044】
更に、加熱コイル5には第2の半導体スイッチ7と第2のコンデンサ4の直列回路が接続され、第2の半導体スイッチ7には第2の逆導通素子27が接続さている。そして制御手段9は第1の半導体スイッチ6と第2の半導体スイッチ7を交互に導通状態とすることで加熱コイル5を通して直流電源1の電力を負荷8に供給する構成としている。この際、制御手段9は第1の半導体スイッチ6と第2の半導体スイッチ7の駆動周波数を一定にすることで、隣接するバーナで加熱動作を行っても鍋間の干渉音が生じないようにしている。また、本実施例では第1及び第2の半導体スイッチ6、7は順方向に導通するIGBTとこれに逆並列に接続したダイオードで記載しているが、MOSFETのように素子内部にダイオードを構成した素子を用いても問題ない。
【0045】
次に本実施例に動作に関して説明する。図2はインバータ回路の各区間における電流経路を示した図であり、図3は図2に対応した波形図である。図3のI6は第1の半導体スイッチ6を流れる電流を、I26は第1の逆導通素子26を流れる電流を、V6はそのコレクタ−エミッタ間電圧を、I6は第2の半導体スイッチ7を流れる電流を、I27は第2の逆導導通素子27を流れる電流を、V7はそのコレクタ−エミッタ間電圧を、I5は加熱コイル5を流れる電流を、I2は限流手段2を流れる電流を示している。
【0046】
図2(a)の状態から説明する。制御手段9は電力指令値に応じて第1の半導体スイッチ6を導通状態とする。すると、直流電源1からは第1のスイッチング素子6の導通時間に応じ、限流手段にエネルギーが蓄えられる。一方、第1のコンデンサ3は第1のコンデンサ3を電源として加熱コイル5を通して負荷8に電力を供給する。これは図3のI6に示さるような波形となる。
【0047】
次に、制御手段9が第1の半導体スイッチ7を非導通状態とすると図2(b)の状態になり、加熱コイル5及び限流手段2の電流が第3のコンデンサ10を充電する動作となり、その結果第1の半導体スイッチ6の電圧は緩やかに上昇する。やがて、第2コンデンサ4と第3のコンデンサ10の電位が等しくなった時点で第2の逆導導通素子27が導通し、図2(c)の状態に遷移する。(c)では限流手段2に蓄えられた電力が第2の逆導通素子27を通して第1及び第2のコンデンサにエネルギーを蓄えられるとともに、加熱コイル5に蓄えられたエネルギーも第2のコンデンサ4に蓄えられる。このため図3のI7に見られるは大きな逆導通電流が第2の逆導導通素子27に流れることになる。制御手段9はこの第2の逆導通電流27に電流が流れている区間で第2の半導体スイッチ7を導通状態としておくことで、加熱コイル5から第2のコンデンサ4へのエネルギーの蓄積が終了した時点で図2(d)の状態になる。この(d)の状態では、第2のコンデンサ4を電源として加熱コイル5を通して負荷8に電力を供給することになる。
【0048】
また、限流手段2に蓄えられたエネルギーは加熱コイル5を通して第1のコンデンサ3に電力を蓄えることになる。そして、制御手段9が所定の時間で第2の半導体スイッチ7をオフ状態にすると、図2(e)の状態に遷移して第3のコンデンサ10から電荷を引き抜きながら、緩やかに第2の半導体スイッチ7の電圧が上昇していく。その後、第3のコンデンサの電位がゼロになった時点で、第1の逆導導通素子26が導通状態となり、加熱コイル5に蓄えられた電力は第1の逆導通素子26を通して第1のコンデンサ3にエネルギーを蓄えることになる。この第1の逆導通素子26が導通している区間で第1の半導体スイッチ6を導通状態にすることで図2(a)の状態に戻り、以下この動作を繰り返すことになる。この動作を20〜50kHz程度の周波数で連続的に繰り返すことで、図3のI5に示すように加熱コイルに高周波電流が流れ、この高周波電流により生じる高周波磁界が負荷8に吸収され、負荷8自身がもつ高周波抵抗と高周波磁界により生じる渦電流により負荷8自身が発熱することになる。
【0049】
このような構成をとることで、電源1からの電力供給が限流手段2を通じて第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4に行われた後、第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4から加熱コイル5へ電力供給が行われるため、電源1と加熱コイル5が第1の半導体スイッチ6または第2の半導体スイッチ7を介して短絡されることがなく、そのため電源1が変動する(脈流など)際にその周波数成分を持った電流が加熱コイル5をほとんど通過せず、加熱コイル5から電源1の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを大幅に減少することが可能となる。また、第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4と加熱コイル5で形成される共振回路の共振周波数を制御回路9の駆動周波数よりも大きくとることで、負荷8が変化することにより共振周波数が変化しても、制御手段9は駆動周波数変えることなく一定周波数で制御することができる。つまり、第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4と加熱コイル5の共振周波数を駆動周波数よりも充分低く設定することで、負荷8の変化により第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4と加熱コイル5の共振周波数が変化しても、駆動周波数を共振周波数に追従しなくとも入力電力を確保することが可能である。
【0050】
また、第3のコンデンサ10と加熱コイル5で形成される共振回路の共振周波数を駆動周波数より高く設定することで、入力電力が小さい場合においても第3のコンデンサ10の充放電が素早く行われるため、入力電力が変化させる場合においても制御手段9は駆動周波数を変えることなく一定周波数で制御することができる。その結果、例えば隣接するバーナ間のように近くで誘導加熱装置を動作させる際に誘導加熱装置の駆動周波数の差により生じる負荷の干渉音を防止することができる。
【0051】
また、限流手段2は図3I2に示すように限流手段2の電流が常にゼロ以下にならないような容量を選択した方が望ましく、また第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4の容量は加熱コイル5へ高周波電力を供給できる容量があれば十分であるため、数μF〜数十μFで十分であり、両者の容量も同じかやや第1のコンデンサ3の容量が大きい方が望ましい。ここで、限流手段2としてはセンダストや薄型珪素鋼板などの磁性体をコアとしたチョークコイルが使用される。
【0052】
なお、第3のコンデンサは、図4に示すように第1の半導体スイッチ6と並列に配置する場合、図5に示すように第2の半導体スイッチ7と並列に配置する場合、図6に示すように双方に配置する場合においても加熱コイル5に並列に入れる場合と同様の効果が得られ、第1の半導体スイッチ6及び第2の半導体スイッチ7のターンオフ時の損失を大幅に減少させる役割を持つことになる。
【0053】
以上のように本実施例によれば、電源1からの電力供給が限流手段2を通じて第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4に行われた後、第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4から加熱コイル5へ電力供給が行われるため、電源1と加熱コイル5が第1の半導体スイッチ6または第2の半導体スイッチ7を介して短絡されることがなく、そのため電源1が変動する(脈流など)際にその周波数成分を持った電流が加熱コイル5をほとんど通過せず、加熱コイル5から電源1の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを大幅に減少することが可能であり、かつ第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4と加熱コイル5で形成される共振回路の共振周波数を制御回路9の駆動周波数よりも低く設定することで、負荷8が変化することにより共振周波数が変化しても、制御手段9は駆動周波数変えることなく一定周波数で制御することができ、かつ第3のコンデンサ10と加熱コイル5で形成される共振回路の共振周波数を駆動周波数より高く設定することで、入力電力が小さい場合においても第3のコンデンサ10の充放電が素早く行われるため、入力電力が変化させる場合においても制御手段9は駆動周波数を変えることなく一定周波数で制御することができるため隣接するバーナ間の駆動周波数の差により生じる負荷の干渉音を防止することが可能な誘導加熱装置を実現できるものである。
【0054】
(実施例2)
本発明の第2の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0055】
本実施例の構成を図7に示す。本実施例が実施例1と異なるのは、限流手段2と直列に第3の逆導通素子13が接続されている点である。
【0056】
上記構成における動作について説明する。図8に本実施例での動作についての動作図を示す。第3の逆導通素子13がない場合には、限流手段2の容量が小さいと、第2の半導体スイッチ7が導通状態の時に第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4を電源として、第1のコンデンサ3→第2のコンデンサ4→第2の半導体スイッチ7→限流手段2→直流電源1の経路でコンデンサに蓄えられた電力が直流電源1に回生されることになる。この際、必要な電力を負荷8に供給しようとすると、大きなリップル電流が限流手段2に必要となり、限流手段2の損失が大きくなることになる。ここで第3の逆導通素子13を限流手段2に接続することで図8のI2に示すように直流電源1に電力が回生することを防止することが可能になる。
【0057】
以上の様に本実施例によれば、限流手段2に第3の逆導通素子13を直列に接続することで、第2のコンデンサ4から第2の半導体スイッチ7及び逆導通素子2を通して直流電源1に電力が回生することを防止することができ、不要な電流の往来を防止することができ効率の低下を防止することが可能な誘導加熱装置を実現できるものである。
【0058】
(実施例3)
本発明の第3の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0059】
本実施例の構成を図9に示す。本実施例が実施例1と異なるのは、直流電源1を商用電源16、第4のコンデンサ17、整流ブリッジ18で構成しており、限流手段2に電力を供給する第4のコンデンサ17を商用電源16と整流ブリッジ18の間に配置している点である。
【0060】
本実施例の動作について説明する。限流手段2に電力を供給する第4のコンデンサ17が整流ブリッジ18の出力側に配された場合には、限流手段2の容量が小さいと、第2の半導体スイッチ7が導通状態の時に第1のコンデンサ3及び第2のコンデンサ4を電源として、第1のコンデンサ3→第2のコンデンサ4→第2の半導体スイッチ7→限流手段2→第4のコンデンサ17の経路でコンデンサに蓄えられた電力が第4のコンデンサ17に回生されることになる。この際、必要な電力を負荷8に供給しようとすると、大きなリップル電流が限流手段2に必要となり、限流手段2の損失が大きくなることになる。ここで限流手段17を整流ブリッジ18の入力側に配することで第4のコンデンサ17に電力が回生することを防止することが可能になる。
【0061】
以上の様に本実施例によれば、第4のコンデンサ17を整流ブリッジ18の入力側に配することで、第2のコンデンサ4から第2の半導体スイッチ7及び限流手段2を通して第4のコンデンサ17に電力が回生することを防止することができ、不要な電流の往来を防止することができ効率の低下を防止することが可能な誘導加熱装置を実現できるものである。
【0062】
(実施例4)
本発明の第4の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0063】
本実施例の構成を図10に示す。本実施例が実施例2と異なるのは、第3のコンデンサ10と直列にスイッチ手段20が接続されており、入力電力の状態に応じて制御手段9がスイッチ手段20の入り切りを行う点である。
【0064】
本実施例の動作について説明する。入力電力が大きい場合には第3のコンデンサ10の電荷がゼロになるすなわち第1の逆導通素子26及び第2の逆導通素子27が導通している状態で各々のスイッチを導通状態にすることで導通する瞬間の損失(ターンオン損失)をほぼ零にして動作させることができる。
【0065】
しかし、入力電力が小さい場合には、第3のコンデンサ10の電荷がなくなる前に第1及び第2の半導体スイッチ6,7を導通状態にする場合が生じ、第3のコンデンサの効果によるターンオフ損失の低減以上にターンオン損失が大きくなる場合が生じることになる。このような傾向は入力電力が小さくなるほど大きくなるため、制御手段9は入力電力の状態によりスイッチ手段20を用いて第3のコンデンサを切り離すことで、入力電力をより小さいところまで絞ることが可能になる。なお、スイッチ手段20はリレースイッチや半導体スイッチなど特に限定するものではない。
【0066】
以上の様に本実施例では、前記第3のコンデンサと直列にスイッチ手段20を設けることにより、入力電力が少ない場合に生じる第3のコンデンサに電荷が残留した状態での第1または第2の半導体スイッチ6,7の導通により生じる損失増加を防止することが可能になり、損失が増加することなく入力電力を小さくすることが可能な誘導加熱装置を実現できるものである。
【0067】
(実施例5)
本発明の第5の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0068】
本実施例の構成は図1と同構成となるため省略する。
【0069】
本実施例の動作について説明する。図11は、本実施例での入力電力制御を行う際の各部波形を示している。図11(a)は入力電力が大きい場合の各波形であり、図11(b)は入力電力が小さい場合の各スイッチング素子の電圧、電流波形である。ここでVg6、Vg7はそれぞれの第1のスイッチング素子6及び第2のスイッチング素子7に加えられる駆動信号を示している。制御手段9は周波数一定で、第1の半導体スイッチ6の導通時間と第2の半導体スイッチ7の導通時間を同時に変える、つまり導通比を変えることで入力電力制御を行っている。ここで、第1の半導体スイッチ6及び第2の半導体スイッチ7の導通状態の変化中、一定の非導通時間(td1及びtd2)を持たせている。
【0070】
更に、本実施例では第1の半導体スイッチ6の導通状態から第2の半導体スイッチ7の導通状 態に遷移する際の非導通時間(td2)方が、第2の半導体スイッチ7の導通状態から第1の 半導体スイッチ6の導通状態への遷移する際の非導通時間(td1)を長く設定することがで きる。これは、第1及び第2の半導体スイッチ6,7を導通状態するタイミングとして各々の 逆導通素子が導通状態にあるときが望ましく、その逆導通素子の導通時間が異なるためである。このように、非導通時間を一定値に設定することで第1の半導体スイッチ6と第2の半導体 スイッチ7が同時に導通状態になることを防止することが可能になる。更に非導通時間(td 1、td2)を一定とすることで、制御手段9を簡略化することができる信頼性の高い誘導加 熱装置とすることができる。
【0071】
以上の様に本実施例によれば、第1の半導体スイッチ6と第2の半導体スイッチ7を駆動する際に一定の非導通時間を設けることにより、確実に第1の半導体スイッチ6と第2の半導体スイッチ7が同時に導通することによる故障を防止することが可能になり、信頼性の高い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0072】
(実施例6)
本発明の第6の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0073】
本実施例の構成を図12に示す。本実施例が実施例1と異なるのは、直流電源1を商用電源16を整流ブリッジ18で整流した後、第4のコンデンサ17で作っている点と、入力電流検出手段21を整流ブリッジ18の入力側に設けている点である。
【0074】
本実施例の動作について説明する。図12に示すように、制御手段9は入力電流検出手段21で検出された電流値と制御手段9の内部にある指令値を比較し、指令値通りの電力値になるように第1の半導体スイッチ6の導通時間を制御する。このような制御を行うことで、指令値の対する追従性が良くなり制御性に優れた誘導加熱装置を実現できるものである。また、加熱コイルに流れる電流を周波数一定で動作させるため、第1の半導体スイッチ6の導通時間が決まると一意に第2の半導体スイッチ7の導通時間も決まることになる。
【0075】
以上の様に本実施例によれば、制御手段9は商用電源1の電流を検出する入力電流検出手段21の出力と入力電力指令値を比較し、その比較値により第1の半導体スイッチ6の導通時間を制御することにより、入力電力指令値に対して応答が早く制御性の良い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0076】
(実施例7)
本発明の第7の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0077】
本実施例の構成を図13に示す。本実施例が実施例1と異なるのは、直流電源1を商用電源16を整流ブリッジ18で整流した後、第4のコンデンサ17で作っている点と、コイル電流検出手段22を加熱コイル5と直列に設けている点である。
【0078】
本実施例の動作について説明する。図13に示すように、制御手段9はコイル電流検出手段22で検出されたコイル電流値と制御手段9の内部にある指令値を比較し、指令値通りのコイル電流になるように第1の半導体スイッチ6の導通時間を制御する。このような制御を行うことで、負荷8を流れる電流を制御することが可能になり、負荷8が変動したことを瞬時に検出し変動に応じた制御をすることが可能になる。
【0079】
また、コイル電流が所定値以上にならないように制限することで、負荷8に非磁性なべなどの高周波抵抗が低い負荷などを使用する場合には、、コイル電流が流れすぎることで部品の発熱等が増加することを防止することが可能になる。
【0080】
以上のように本実施例によれば、コイル電流検出手段22により、加熱コイル5を流れる電流を制御することで、負荷8の種類により加熱コイル5の電流が必要以上に流れることを防止することが可能になり、信頼性に優れた誘導加熱装置を実現できるものである。
【0081】
(実施例8)
本発明の第8の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0082】
本実施例の構成を図14に示す。本実施例が実施例1と異なるのは、直流電源1を商用電源16を整流ブリッジ18で整流した後、第4のコンデンサ17で作っている点と、第1の半導体スイッチ6のコレクタ−エミッタ間電圧を検出する第1の電圧検出手段23を備えている点である。
【0083】
本実施例の動作について説明する。図14に示すように、制御手段9は第1の電圧検出手段23で検出された第1の半導体スイッチ6のコレクタ−エミッタ間電圧と制御手段9の内部にある指令値を比較し、指令値通りのコレクタ−エミッタ間電圧になるように第1の半導体スイッチ6の導通時間を制御する。このような制御を行うことで、第1の半導体スイッチ6の電圧を制御することが可能になり、負荷8が変動したことを瞬時に検出し変動に応じた制御をすることが可能になる。
【0084】
また、コレクタ−エミッタ間電圧が所定値以上にならないように制限することで、コレクタ−エミッタ間の電圧を所定値以内に納めることが可能になり、耐圧による部品破壊等を防止することが可能になる。
【0085】
以上のように本実施例によれば、第1の半導体スイッチ6の電圧を検出する第1の電圧検出手段23を設け、第1の電圧検出手段23が所定値になるように第1の半導体スイッチ6の導通時間を制御することで、負荷の種類により第1の半導体スイッチ6の電圧が必要以上に上昇することを防止することが可能になり、信頼性の高い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0086】
(実施例9)
本発明の第11の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0087】
本実施例の構成を図15に示す。本実施例が実施例1と異なるのは、直流電源1を商用電源16を整流ブリッジ18で整流した後、第4のコンデンサ17で作っている点と、第2の半導体スイッチ7のコレクタ−エミッタ間電圧を検出する第2の電圧検出手段24を備えている点である。
【0088】
本実施例の動作について説明する。図15に示すように、制御手段9は第2の電圧検出手段24で検出された第2の半導体スイッチ7のコレクタ−エミッタ間電圧と制御手段9の内部にある指令値を比較し、指令値通りのコレクタ−エミッタ間電圧になるように第1の半導体スイッチ6の導通時間を制御する。このような制御を行うことで、第2の半導体スイッチ7の電圧を制御することが可能になり、負荷8が変動したことを瞬時に検出し変動に応じた制御をすることが可能になる。また、コレクタ−エミッタ間電圧が所定値以上にならないように制限することで、コレクタ−エミッタ間の電圧を所定値以内に納めることが可能になり、耐圧による部品破壊等を防止することが可能になる。
【0089】
以上のように本実施例によれば、第2の半導体スイッチ7の電圧を検出する第2の電圧検出手段24を設け、第2の電圧検出手段24が所定値になるように第2の半導体スイッチ7の導通時間を制御することで、負荷の種類により第2の半導体スイッチ7の電圧が必要以上に上昇することを防止することが可能になり、信頼性の高い誘導加熱装置を実現できるものである。
【0090】
【発明の効果】
これにより、加熱コイル5を流れる電流は常にコンデンサを通過することになり、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイル5から電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能であり、かつ加熱コイル5に流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができ、隣接バーナで加熱を行う際に負荷干渉音が生じない誘導加熱装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図2】 (a)本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の第1の半導体スイッチ6を導通状態とする動作モードを示す図
(b)本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の第1の半導体スイッチ6を非導通状態とする動作モードを示す図
(c)本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の第1の半導体スイッチ6を非導通状態とし、第2の逆導通素子27が導通状態とする動作モードを示す図
(d)本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の第2の半導体スイッチ7が導通状態とする動作モードを示す図
(e)本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の第2の半導体スイッチ7をオフ状態にする動作モードを示す図
(f)本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の第2の半導体スイッチ7を非導通状態とし、第1の逆導通素子26が導通状態とする動作モードを示す図
【図3】 本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の動作波形を示す図
【図4】 本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の異なる回路構成を示す図
【図5】 本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の異なる回路構成を示す図
【図6】 本発明の第1の実施例の誘導加熱装置の異なる回路構成を示す図
【図7】 本発明の第2の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図8】 本発明の第2の実施例の誘導加熱装置の動作波形を示す図
【図9】 本発明の第3の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図10】 本発明の第4の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図11】 (a)本発明の第5の実施例の誘導加熱装置の入力電力大時の動作波形を示す図
(b)本発明の第5の実施例の誘導加熱装置の入力電力小時の動作波形を示す図
【図12】 本発明の第6の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図13】 本発明の第7の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図14】 本発明の第8の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図15】 本発明の第9の実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図16】 従来の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【図17】 従来の誘導加熱装置の波形を示す図
【図18】 従来の誘導加熱装置の回路構成を示す図
【符号の説明】
1 直流電源
2 限流手段
3 第1のコンデンサ
4 第2のコンデンサ
5 加熱コイル
6 第1の半導体スイッチ
7 第2の半導体スイッチ
8 負荷
9 制御手段
10 第3のコンデンサ
13 第3の逆導通素子
16 商用電源
17 第4のコンデンサ
18 整流ブリッジ
20 スイッチ手段
21 入力電流検出手段
22 コイル電流検出手段
23 第1の電圧検出手段
24 第2の電圧検出手段
26 第1の逆導通素子
27 第2の逆導通素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating device such as an electromagnetic cooker that heats an object to be heated by using induction heating by a high frequency magnetic field.
[0002]
[Prior art]
A conventional induction heating apparatus (see, for example, Patent Document 1) will be described with reference to the drawings. FIG. 16 shows a conventional induction heating apparatus. A series circuit of a
[0003]
FIG. 17 is a diagram showing operation waveforms of FIG. I6 is the current flowing through the
[0004]
Then, operation | movement of the conventional induction heating apparatus is demonstrated using FIG.16 and FIG.17. First, the control means 9 supplies electric power from the
[0005]
Next, the control means 9 brings the
[0006]
In this way, induction heating can be performed with a simple component configuration, and the capacitance of the
[0007]
In addition, an example of another circuit configuration of the conventional induction heating device (for example, see Patent Document 2) will be described with reference to the drawings. FIG. 18 shows a conventional induction heating apparatus. A series body of a
[0008]
Next, the operation of this conventional example will be described. When the
[0009]
Further, when the
[0010]
Here, the third capacitor plays a role of reducing the loss at the time of turn-off of the semiconductor switch by gradually increasing the voltage when the first semiconductor switch 6 and the
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-8-262666
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-114474
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional induction heating device (FIG. 16), since the current flowing through the
[0013]
In the conventional example in which a direct current component does not flow into the heating coil 5 (FIG. 18), it is necessary to secure input power by changing the drive frequency when the type of the
[0014]
The present invention solves the above-described problems, and can reduce unnecessary noise by reducing the radiation of the electromagnetic field of the commercial frequency component from the heating coil, and even when the input power or the load is different, the heating coil An object of the present invention is to provide an induction heating device that does not generate a load interference sound by keeping the frequency of the current flowing through the coil constant.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a first semiconductor switch, a reverse conducting element connected in parallel to the first semiconductor switch, and a limit for limiting an input voltage during a conduction period of the first semiconductor switch. A flow means, a second semiconductor switch connected in series with the first semiconductor switch, a second reverse conducting element connected in parallel to the second semiconductor switch, and a load (object to be heated) A heating coil for induction heating, a first capacitor and a second capacitor that form a series resonance circuit with the heating coil during conduction of the first semiconductor switch or the second semiconductor switch, and the first semiconductor A third capacitor that forms a resonance circuit with the heating coil when the switch and the second semiconductor switch are non-conductive, and a conductive period of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch A control circuit that exclusively controls each other at a constant frequency, the resonance frequency of the resonance circuit formed by the first capacitor and the heating coil, and the resonance frequency of the resonance circuit formed by the second capacitor and the heating coil, Set lower than the drive frequency of the control circuit, and set the resonance frequency of the resonance circuit formed by the third capacitor and the heating coil to be higher than the drive frequency of the control circuit. In addition, after supplying power from the power source to the first and second capacitors through the current limiting means, power is supplied from the first and second capacitors to the heating coil, and the current limiting means includes The power supply and the heating coil have an action of preventing a short circuit through the first semiconductor switch and the second semiconductor switch. It is set as the induction heating apparatus characterized by this.
[0016]
As a result, after the power supply from the power supply is performed to the first and second capacitors through the current limiting means, the power supply is performed from the first and second capacitors to the heating coil. It is not short-circuited via the switch, so that the current with the frequency component of the power supply hardly passes through the heating coil, and the magnetic field with the frequency component of the power supply is radiated from the heating coil to the outside. The resonance frequency of the resonance circuit formed by the first and second capacitors and the heating coil can be made larger than the drive frequency of the control circuit, so that the resonance frequency can be reduced by changing the load. Even if it changes, it can be controlled at a constant frequency without changing the driving frequency, and the resonance frequency of the resonance circuit formed by the third capacitor and the heating coil can be controlled. By setting the frequency lower than the dynamic frequency, the third capacitor can be charged and discharged quickly even when the input power is small. Therefore, even when the input power is changed, control can be performed at a constant frequency without changing the drive frequency. Therefore, it is possible to realize an induction heating device capable of preventing the interference sound of the load caused by the difference in driving frequency between adjacent burners.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention according to
[0018]
As a result, power is supplied from the power source to the first and second capacitors through the current limiting means, and then current is supplied from the first and second capacitors to the heating coil. The current limiting means prevents the power source and the heating coil from being short-circuited via the semiconductor switch, and the current having the frequency component of the power source hardly passes through the heating coil. It is possible to greatly reduce the radiated magnetic field to the outside. In addition, by setting the resonance frequency of the resonance circuit formed by the first and second capacitors and the heating coil to be lower than the drive frequency of the control circuit, the electrical characteristics of the object to be heated change, and the heating coil electrical Even if the characteristic, for example, the L component changes, and the resonance frequency of the circuit changes, the influence on the driving frequency can be absorbed and can be controlled at a constant frequency without changing the driving frequency. By setting the resonance frequency of the resonance circuit formed by the heating coil higher than the drive frequency, the third capacitor can be charged and discharged quickly even when the input power is small. However, the influence on the drive frequency can be absorbed, and even when the input power is changed, control can be performed at a constant frequency without changing the drive frequency. As a result, it is possible to realize an induction heating apparatus that can drive adjacent burners at the same frequency and prevent the interference noise of the load caused by the difference in drive frequency between the burners.
[0019]
In addition to the above, the first semiconductor switch is configured such that the first capacitor and the heating coil form a resonance circuit when conducting in the forward direction.
[0020]
In addition to the above, the second semiconductor switch is configured such that the second capacitor and the heating coil form a resonance circuit when conducting in the forward direction.
[0021]
In the invention according to
[0022]
In the invention according to
[0023]
Similarly, since the current flowing through the heating coil always passes through the capacitor, and the current having the frequency component of the power source is reduced from being applied to the heating coil, the frequency component of the power source from the heating coil is reduced. It is possible to reduce the amount of magnetic field radiated to the outside, and to realize an induction heating device that can keep the frequency of the current flowing in the heating coil constant regardless of the type of input power or load It is.
[0024]
The invention according to
[0025]
As a result, the current flowing through the heating coil always passes through the capacitor, and the current having the frequency component of the power supply is reduced from being applied to the heating coil. Therefore, the magnetic field having the frequency component of the power supply from the heating coil is reduced. It is possible to reduce the amount of radiation radiated to the outside and realize an induction heating device that can keep the frequency of the current flowing through the heating coil constant regardless of the type of input power or load. .
[0026]
In addition to the above, the present invention according to
[0027]
As a result, in addition to the above, it is possible to prevent power from being regenerated from the second capacitor to the power source through the second semiconductor switch and the current limiting means, and it is possible to prevent unnecessary current from flowing and decrease efficiency. It is possible to realize an induction heating apparatus capable of preventing the above.
[0028]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an induction heating system comprising a commercial power supply and a rectifying means for rectifying the commercial power supply, and a fourth capacitor for supplying power to the current limiting means is disposed between the commercial power supply and the rectifying means. It is a device.
[0029]
Thereby, in addition to the above, it becomes possible to prevent regeneration of electric power to an unnecessary power source without connecting a reverse conducting element in particular, and an inexpensive induction heating apparatus can be realized.
[0030]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an induction heating apparatus in which switching means is provided in series with the third capacitor and the switching means is controlled according to the state of input power.
[0031]
As a result, in addition to the above, it becomes possible to prevent an increase in loss caused by the conduction of the first or second semiconductor switch in a state where electric charge remains in the third capacitor that occurs when the input power is low. It is possible to realize an induction heating device capable of reducing the input power without increasing the current.
[0032]
The present invention according to claims 11 to 12 is an induction heating apparatus that provides a certain non-conduction time when driving the first semiconductor switch and the second semiconductor switch.
[0033]
As a result, in addition to the above, it is possible to reliably prevent a failure due to the first semiconductor switch and the second semiconductor switch being simultaneously conducted simultaneously, thereby realizing a highly reliable induction heating apparatus.
[0034]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the control means 9 compares the output of the input current detection means 21 for detecting the current of the
[0035]
Thereby, in addition to the above, it is possible to realize an induction heating device that has a quick response to the input power command value and good controllability.
[0036]
The present invention according to claims 14 to 15 is provided with coil current detection means for detecting the current of the heating coil, and induction for controlling the conduction time of the first semiconductor switch so that the coil current detection means becomes a predetermined value. It is a heating device.
[0037]
As a result, in addition to the above, it is possible to control the current flowing through the heating coil, and it is possible to prevent the heating coil current from flowing more than necessary depending on the type of load, and induction heating with excellent reliability. A device can be realized.
[0038]
According to the sixteenth to seventeenth aspects of the present invention, there is provided first voltage detection means for detecting the voltage of the first semiconductor switch, and the first semiconductor switch is set so that the first voltage detection means has a predetermined value. The induction heating device controls the conduction time.
[0039]
As a result, in addition to the above, it is possible to prevent the voltage of the first semiconductor switch from rising more than necessary depending on the type of load, and a highly reliable induction heating apparatus can be realized.
[0040]
The present invention according to
[0041]
As a result, in addition to the above, it is possible to prevent the voltage of the second semiconductor switch from rising more than necessary depending on the type of load, and a highly reliable induction heating apparatus can be realized.
[0042]
【Example】
(Example 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0043]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of the induction heating apparatus of this embodiment. The direct
[0044]
Further, a series circuit of a
[0045]
Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing a current path in each section of the inverter circuit, and FIG. 3 is a waveform diagram corresponding to FIG. In FIG. 3, I6 indicates a current flowing through the
[0046]
A description will be given from the state of FIG. The control means 9 makes the
[0047]
Next, when the control means 9 brings the
[0048]
Further, the energy stored in the current limiting means 2 stores electric power in the
[0049]
With such a configuration, after the power supply from the
[0050]
In addition, since the resonance frequency of the resonance circuit formed by the
[0051]
Further, as shown in FIG. 3I2, it is desirable that the current limiting
[0052]
In addition, when arrange | positioning in parallel with the
[0053]
As described above, according to this embodiment, after the
[0054]
(Example 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0055]
The configuration of this embodiment is shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that a third
[0056]
The operation in the above configuration will be described. FIG. 8 shows an operation diagram for the operation in this embodiment. In the case where the third
[0057]
As described above, according to the present embodiment, the third
[0058]
(Example 3)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0059]
The configuration of this example is shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the
[0060]
The operation of this embodiment will be described. In the case where the
[0061]
As described above, according to the present embodiment, the
[0062]
Example 4
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0063]
The configuration of this embodiment is shown in FIG. This embodiment is different from the second embodiment in that the switch means 20 is connected in series with the
[0064]
The operation of this embodiment will be described. When the input power is large, the charge of the
[0065]
However, when the input power is small, there is a case where the first and
[0066]
As described above, in this embodiment, by providing the switch means 20 in series with the third capacitor, the first or second in a state where electric charge remains in the third capacitor generated when the input power is small. An increase in loss caused by conduction of the semiconductor switches 6 and 7 can be prevented, and an induction heating apparatus that can reduce the input power without increasing the loss can be realized.
[0067]
(Example 5)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0068]
Since the configuration of this embodiment is the same as that shown in FIG.
[0069]
The operation of this embodiment will be described. FIG. 11 shows each part waveform when performing input power control in this embodiment. FIG. 11A shows waveforms when the input power is large, and FIG. 11B shows voltage and current waveforms of the switching elements when the input power is small. Here, Vg6 and Vg7 indicate drive signals applied to the
[0070]
Furthermore, in this embodiment, the non-conducting time (td2) when transitioning from the conducting state of the
[0071]
As described above, according to this embodiment, when the
[0072]
(Example 6)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0073]
The configuration of this embodiment is shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the
[0074]
The operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 12, the control means 9 compares the current value detected by the input current detection means 21 with the command value inside the control means 9, and the first semiconductor has a power value according to the command value. The conduction time of the
[0075]
As described above, according to the present embodiment, the control means 9 compares the output of the input current detection means 21 for detecting the current of the
[0076]
(Example 7)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0077]
The configuration of this example is shown in FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that the
[0078]
The operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 13, the control means 9 compares the coil current value detected by the coil current detection means 22 with the command value inside the control means 9, and the first current is obtained so that the coil current becomes the command value. The conduction time of the
[0079]
Further, by limiting the coil current so as not to exceed a predetermined value, when using a load having a low high-frequency resistance such as a non-magnetic pan as the
[0080]
As described above, according to the present embodiment, the current flowing through the
[0081]
(Example 8)
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0082]
The configuration of this embodiment is shown in FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that the
[0083]
The operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 14, the control means 9 compares the collector-emitter voltage of the
[0084]
In addition, by limiting the collector-emitter voltage so that it does not exceed a predetermined value, it becomes possible to keep the collector-emitter voltage within a predetermined value, and it is possible to prevent component breakdown due to breakdown voltage. Become.
[0085]
As described above, according to the present embodiment, the first voltage detecting means 23 for detecting the voltage of the
[0086]
Example 9
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0087]
The configuration of this embodiment is shown in FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that the
[0088]
The operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 15, the control means 9 compares the collector-emitter voltage of the
[0089]
As described above, according to the present embodiment, the second voltage detecting means 24 for detecting the voltage of the
[0090]
【The invention's effect】
As a result, the current flowing through the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram showing an operation mode in which the
(B) The figure which shows the operation mode which makes the
(C) The figure which shows the operation mode which makes the
(D) The figure which shows the operation mode which the
(E) The figure which shows the operation mode which turns off the
(F) The figure which shows the operation mode which makes the
FIG. 3 is a diagram showing operation waveforms of the induction heating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing different circuit configurations of the induction heating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a different circuit configuration of the induction heating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing different circuit configurations of the induction heating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing operation waveforms of the induction heating apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11A is a diagram showing operation waveforms when the input power is large in the induction heating apparatus of the fifth embodiment of the present invention.
(B) The figure which shows the operation | movement waveform at the time of the input power small of the induction heating apparatus of the 5th Example of this invention.
FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional induction heating apparatus.
FIG. 17 shows a waveform of a conventional induction heating device
FIG. 18 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional induction heating device.
[Explanation of symbols]
1 DC power supply
2 Current limiting means
3 First capacitor
4 Second capacitor
5 Heating coil
6 First semiconductor switch
7 Second semiconductor switch
8 Load
9 Control means
10 Third capacitor
13 Third reverse conducting element
16 Commercial power supply
17 Fourth capacitor
18 Rectifier bridge
20 Switch means
21 Input current detection means
22 Coil current detection means
23 First voltage detecting means
24 Second voltage detection means
26 First reverse conducting element
27 Second reverse conducting element
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