專利名稱：電磁感應加熱裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有多個加熱部的電磁感應加熱裝置。
背景技術：
近年來，逐漸廣泛地使用不用火加熱鍋等被加熱物的逆變器方式的電磁感應加熱 裝置。電磁感應加熱裝置，在加熱線圈中流過高頻電流，使在接近線圈配置的用鐵或不銹鋼 等材質制作的被加熱物中發(fā)生渦流，使其通過被加熱物自身的電阻發(fā)熱。因為能夠控制被 加熱物的溫度，安全性高，所以已被視之為新的熱源。歷來，在被納入到系統(tǒng)廚房中的電烹調(diào)器中，已經(jīng)使用把鎧裝加熱器、平板加熱 器、鹵素加熱器等的電阻作為熱源的器具，但是近年來，正在代之為把一部分置換成感應加 熱烹調(diào)器的器具、或者把兩個灶以上做成感應加熱烹調(diào)器的器具。作為使電磁感應加熱裝 置的輸入電壓變化進行被加熱物的溫度控制的方法，一般的是使逆變器的驅動頻率變化的 方法。但是在具有多個加熱線圈、分別加熱不同的被加熱物的場合，有由逆變器的差頻引起 從被加熱物發(fā)生干涉音這樣的問題。作為解決這樣的問題的現(xiàn)有例子，有在專利文獻1中公開那樣的感應加熱用逆變 器。該逆變器用開關元件在一定驅動頻率旁路共振的共振電容器的一部分，使導通期間變 化來控制輸入電力。由此，即使使多個逆變器動作也能夠用同一驅動頻率改變輸入電力，因 此能夠防止干涉音的發(fā)生。專利文獻1特開2002-8840號公報如上述，在專利文獻1中，能夠防止干涉音的發(fā)生，但是因為大的共振電流流過旁 路用的開關元件，所以有發(fā)生的損失變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題是提供一種電磁感應加熱裝置，其能夠防止在同時驅動多個逆變器 的場合的干涉音的發(fā)生，抑制旁路用的開關元件發(fā)生損失。上述課題通過下述這樣一種電磁感應加熱裝置來解決，該電磁感應加熱裝置，具 有直流電源、把從該直流電源供給的直流電壓變換為高頻交流電壓的逆變器電路、和控制 電路，其中，所述逆變器電路具有開關電路、共振電路、和共振點可變電路；所述開關電路通 過在所述直流電源的兩端子上連接的、上臂的功率半導體開關元件和下臂的功率半導體開 關元件的串聯(lián)形成；串聯(lián)加熱線圈和第一共振電容器和第二共振電容器而形成的所述共振 電路，一端連接在所述開關電路的上臂和下臂的連接點上，另一端連接在所述直流電源的 某一個端子上；與所述第二共振電容器并聯(lián)的所述共振點可變電路，通過第三共振電容器 和第一開關元件串聯(lián)、和與所述第一開關元件反向并聯(lián)的第一二極管形成；通過由所述控 制電路控制所述第一開關元件的導通期間使所述共振電路的共振頻率可變。另外，上述課題通過下述這樣一種用于感應加熱被加熱物的電磁感應加熱裝置來 解決，其具有從正電極和負電極供給直流電壓的電源電路；連接在該電源電路的正電極和負電極之間的、把直流電壓變換為交流電壓后輸出的開關電路；連接在該開關電路的輸 出端子和所述電源電路的端子之間、用加熱線圈和第一共振電容器和第二共振電容器的串 聯(lián)連接構成的共振電路；以及與所述第二共振電容器并聯(lián)、使所述共振電路的共振點可變 的共振點可變電路。根據(jù)本發(fā)明，通過在共振電容器上配備共振點可變電路，使共振頻率可變，能夠將 共振電路的負荷特性維持為電感性，通過Duty控制能夠控制輸入電力，能夠抑制開關元件 的損失發(fā)生。即使在同時驅動多個逆變器的場合，因為能夠使全部逆變器的驅動頻率相同， 所以能夠提供不發(fā)生干涉音的電磁感應加熱裝置。


圖1是實施例1的電磁感應加熱裝置的框圖。圖2是實施例1的電磁感應加熱裝置的電路的變形例。圖3是實施例1的電磁感應加熱裝置的電路的變形例。圖4是實施例1的電磁感應加熱裝置的電路的變形例。圖5是實施例2的電磁感應加熱裝置的電路結構圖。圖6是實施例2的動作說明圖。圖7是實施例2的控制方法的說明圖。圖8是實施例2的控制方法的說明圖。圖9是實施例2的控制方法的說明圖。圖10是實施例3的電磁感應加熱裝置的電路結構圖。
圖11是實施例4的電磁感應加熱裝置的電路結構圖。圖12是實施例5的電磁感應加熱裝置的電路的一部分。圖13是實施例6的電磁感應加熱裝置的電路的一部分。圖14是表示各被加熱物的電阻值和對于鐵的電感比率的圖。圖15是實施例2的動作說明圖的變形例。K符號說明31商用電源2整流電路3電感器4電容器5加熱線圈6、7、8共振電容器10電源電路11、12、13、14、15、16IGBT20開關電路21、22、23、25 二極管30共振點可變電路31、32減振電容器60共振電路
61、62、63 驅動電路70控制電路71、73電流檢測元件72共振電流檢測電路74輸入電流檢測電路75輸入電力設定部100第一逆變器200第二逆變器300第三逆變器
具體實施例方式以下使用

本發(fā)明的實施例。實施例1實施例1的電磁感應加熱裝置，具有把直流電壓變換為高頻交流電壓的逆變器 電路，該逆變器電路包含開關電路和共振電路，共振電路包含加熱線圈和與該加熱線圈串 聯(lián)的兩個共振電容器，在所述直流電源的兩端子(Ρ/ο)中的某一方和開關電路的輸出端子 (t)之間連接所述共振電路，該電磁感應加熱裝置還具有在所述共振電容器的一個上并聯(lián) 的共振點可變電路。圖1表示實施例1的電磁感應加熱裝置的框圖。如圖1所示，本實施例的電磁感 應加熱裝置，具有第一逆變器100、第二逆變器200、第三逆變器300。因為各逆變器能夠加 熱被加熱物，所以本實施例的電磁感應加熱裝置能夠同時加熱多個被加熱物。在本實施例 中，因為各個逆變器的結構相同，所以以第一逆變器100為代表進行說明。在圖1中，第一逆變器100由開關電路20、共振電路60、共振點可變電路30構成。 開關電路20在電源電路10的正電極ρ點和負電極ο點之間連接，把從電源電路10供給的 直流電壓變換為高頻交流電壓后施加在共振電路60上。共振電路60由串聯(lián)連接的加熱線 圈5共振電容器6、7構成，由開關電路20向加熱線圈5供給高頻電力。共振點可變電路30 與共振電容器7并聯(lián)，通過旁路流過共振電容器7的電流，控制共振電路60的共振點。開關電路20通過驅動電路61驅動，共振點可變電路30通過驅動電路62驅動。驅 動電路61、62由控制電路70控制。輸入電力設定部75，是用于使用者設定輸入電力(火 力)的接口，根據(jù)設定向控制電路70發(fā)送信號。控制電路70根據(jù)來自輸入電力設定部75 的信號控制開關電路20以及共振點可變電路30。一般，在共振型的逆變器中，通過設定開關電路的驅動頻率fs >共振電路的共振 頻率fr，使共振負荷的特性為電感性，控制使流入共振電路的電流對于開關電路的輸出電 壓成為滯后的相位。由此抑制開關電路中的損失增加。亦即，在圖1中，通過控制使流入共 振電路60的電流IL5對于作為開關電路20和共振電路60的連接點的輸出端子t點的電 壓成為滯后相位，能夠抑制開關電路20的損失。但是，在固定了驅動頻率fs的狀態(tài)下，當使開關電路20的導通期間變化來進行 電 力控制時，也有時在開關電路20的導通期間電流IL5的極性反轉，移向電流IL5成為比開 關電路20的輸出電壓超前的相位的相位超前方式。因為相位超前方式會引起開關電路20的損失增加，所以在共振型的逆變器中是必須避免的方式。在本實施例中，根據(jù)被加熱物的材質或者形狀、厚度、大小、或者設定的輸入電力 (火力)的大小來變化共振點可變電路30的導通期間，控制共振電路60的共振點，把共振 電路60的負荷特性維持為電感性。亦即，通過控制共振頻率fr，使其總滿足開關電路20的 驅動頻率fs >共振電路60的共振頻率fr，能夠避免相位超前方式，避免開關電路20的損 失增加。例如，在被加熱物是鐵等的磁性體中，在大電力時，停止共振點可變電路30的導通 進行加熱。在控制電力的場合，通過延長共振點可變電路30的導通期間減低電力。圖14 表示各被加熱物的電阻值對鐵的電感比率。在非磁性不銹鋼等的非磁性體中，電感值比鐵 低到2/3左右。亦即共振點由于電感的降低會升高。因此，變成了電容性(開關電路的驅 動頻率fs<共振電路的共振頻率fr)。因此，即使在大電力時通過使共振點可變電路30成 為導通狀態(tài)，也把負荷特性維持為電感性。在控制電力的場合，和鐵同樣，通過延長振點可 變電路的導通期間，可以降低電力。
由此，第一逆變器100使驅動頻率fs —定，使開關電路20的導通期間變化，即使 控制輸入電力也能夠避免開關電路20的損失增加。這樣，共振點可變電路30，起作為用于 以一定的驅動頻率fs實現(xiàn)動作的輔助開關電路的作用。接著使用圖2 圖4說明圖1的實施例的變形例。在圖2 圖4的變形例中，因為 共振電路60和共振點可變電路30的結構、動作也和圖1中說明的同樣，所以省略詳細的說 明。如上所述，在圖1中，在電源電路10的負電極ο點上連接共振電路60的ο點，同時在 電源電路10的負電極ο點上連接共振點可變電路30的ο點。如圖2所示，即使在電源電 路10的負電極ο點上連接共振電路60的ο點、同時在電源電路10的正電極ρ點上連接共 振點可變電路30的ο點也能得到同樣的效果。另外，如圖3所示，即使在電源電路10的正 電極P點上連接共振電路60以及共振點可變電路30的ο點也能得到同樣的效果。另外， 如圖4所示，即使在電源電路10的正電極ρ點上連接共振電路60的ο點、同時在電源電路 10的負電極ο點上連接共振點可變電路30的ο點也能得到同樣的效果。再者，通過使共振電容器6的容量做成比共振電容器7的容量小，能夠減低在共振 電容器7上發(fā)生的共振電壓，減小施加在共振點可變電路上的電壓。亦即，能夠減低共振點 可變電路30中的損失發(fā)生，提高耐壓性能。實施例2使用圖5說明使實施例1的電磁感應加熱裝置的結構和動作更加具體 的實施例2。另外，對實施例1中已說明的結構附以相同的符號，省略說明。在圖5中，電源電路10由整流來自商用電源1的交流電壓的整流電路2和用電感 器3以及電容器4構成的濾波電路組成，把交流電壓變換為直流電壓，向第一逆變器100供 給電力。在電源電路10內(nèi)的電容器4的正電極ρ點和負電極ο點之間連接開關電路20。 開關電路20，串聯(lián)連接作為功率半導體開關元件的IGBTll和IGBT12而構成。在IGBT11、 IGBT12上分別反方向并聯(lián)二極管21、22。以下，把用IGBTll和二極管21構成的電路稱為 上臂，把用IGBT12和二極管22構成的電路稱為下臂。另外，在IGBT11、IGBT12上分別并聯(lián) 減振電容器31、32。通過關斷IGBTll或者IGBT12時的關斷電流對減振電容器31、32充電 或者放電。減振電容器31、32的容量，因為比IGBT11、12的集電極和發(fā)射極之間的輸出電 容大很多，所以可減低在關斷時施加在兩IGBT上的電壓的變化，可抑制關斷損失。
在作為IGBT11、12的連接點的輸出端子t點和電源電路10的負電極ο點之間連 接共振電路60。共振電路60由串聯(lián)的加熱線圈5和共振電容器6、7構成。在共振電路60內(nèi)的共振電容器7上并聯(lián)的共振點可變電路30，通過共振電容器8 和IGBT13的串聯(lián)以及與IGBT13反向并聯(lián)的二極管23構成。這里，把從輸出端子t點朝向 加熱線圈5流動的方向作為共振電流IL5的正方向。電流檢測元件71檢測流入共振電路60的電流。共振電流檢測電路72把電流檢 測元件71的輸出信號電平變換為適合控制電路70的輸入電平的信號。電流檢測元件73 檢測從商用電源1輸入的電流。輸入電流檢測電路74把電流檢測元件73的輸出信號電平 變換為適合控制電路70的輸入電平的信號?？刂齐娐?0從用電流檢測電路74檢出的輸 入電流和用共振電流檢測電路72檢出的共振電流的關系判斷被加熱物的材質或狀態(tài)，進 行加熱動作的開始或者停止。被加熱物的判別，區(qū)別為磁性體和非磁性體。作為區(qū)別方法， 在加熱前用低電力(300W左右)進行通電。檢測其時的共振電流IL5或者IGBT11、12的電 流值，根據(jù)該電流值，判別被加熱物的材質。在電流值小的場合，判別為是鐵等的磁性體的 被加熱物；在電流值大的場合，判別為是非磁性不銹鋼或者鋁、銅這樣的非磁性體的被加熱 物。圖14表示頻率20kHz下的各被加熱物的電阻值。如圖14所示，非磁性不銹鋼的電阻 值為鐵的1/3，鋁的電阻值為鐵的1/20，銅的電阻值約為鐵的1/25。另外，控制電路70，根據(jù)來自輸入電力設定部75的信號，通過驅動電路61、62設定 開關電路20的IGBT11、12以及IGBT13的導通期間，控制輸入電力。為防止過電流或者過 電壓的發(fā)生，需要以低的電力而且短的時間來實施材質的檢測。在本實施例中在材質檢測 的初期階段，通過使共振點可變電路30成為導通狀態(tài)，能夠增大共振電路的電感，能夠防 止過電流或者過電壓的發(fā)生以及輸入電力的激增。另外，如圖5所示，把流入開關電路20的上臂的電流設為Icl，流入下臂的電流設 為Ic2，流入共振點可變電路30的電流設為Ic3，共振電流設為IL5。把上臂的IGBTll的集 電極、發(fā)射極之間的電壓設為Vcl，下臂的IGBT12的集電極、發(fā)射極之間的電壓設為Vc2，共 振點可變電路30的IGBT13的集電極、發(fā)射極之間的電壓設為Vc3，共振電容器7的共振電 壓設為Vc4，共振電容器8的共振電壓設為Vc5，逆變器的電源電壓設為Vp。按以上的結構，說明在降低鐵等的磁性被加熱物的輸入電力的場合、或者在降低 鋁鍋等非磁性被加熱物的加熱輸入電力的場合的動作。首先，當共振點可變電路30流入電 流時，因為在共振電容器7上并聯(lián)共振電容器8，所以共振電路60的電感增加同時共振頻率 fr降低，可以降低輸入電力。下面表示共振頻率的計算式(式1)。如(式1)所示，可知隨 著C的大小增大共振頻率減小。數(shù)學式1
fr 共振頻率，L 搭載了被加熱物時的加熱線圈的電感，C 共振電容器6、7和共振點可變電路30的合成容量為進一步降低輸入電力，在縮短上臂的導通期間的同時延長下臂的導通期間。此 時，在下臂的導通期間內(nèi)共振電流IL5的流動方向容易從負反轉為正，但是如上所述，因為 共振頻率fr降低，所以開關電路的驅動頻率和共振頻率fr的差增大。因此能夠防止共振電流IL5的極性從負反轉。接著使用圖6更詳細地說明通過共振點可變電路30的導通期間的控制降低輸入 電力時的動作。另外，如圖6所示，用ts表示IGBTll 13的控制的一周期(驅動周期)， 分別用tl、t2、t3表示IGBT11、12、13的導通期間。另外分成方式1 5來表示共振電流 IL5的一周期。(方式1)如圖6所示，在方式1中，IGBT11、12、13的驅動信號分別成為導通、關斷、導通， IGBT11U3導通。當加熱線圈5的積蓄能量成為零時共振電流IL5的極性從負變?yōu)檎舱?電流IL5流過IGBTl 1、加熱線圈5、共振電容器6、7的路徑和IGBTl 1、加熱線圈5、共振電容 器6、8、IGBT13的路徑。亦即，方式1的共振特性由IGBT11、加熱線圈5、共振電容器6、7、8 決定。另外，在方式1中，通過共振電流IL5使共振電容器6、7、8放電。(方式2) 接著說明繼方式1之后的方式2。在方式2中，使IGBT11、12、13的驅動信號分別 成為導通、關斷、關斷，僅使IGBTll導通。亦即，在方式2中，因為不使IGBT13導通，所以 Ic3被切斷。如圖6所示，在方式2中共振電流IL5有正的極性，該電流流過IGBT11、加熱 線圈5、共振電容器6、7的路徑。亦即，方式2的共振特性由IGBT11、加熱線圈5、共振電容 器6、7決定。(方式3)接著說明繼方式2之后的方式3。在方式3中，首先使IGBT11、12、13的驅動信號 全部關斷，不使全部IGBT導通。如圖6所示，在方式3下共振電流IL5有正的極性，共振電 流IL5持續(xù)流過減振電容器31、加熱線圈5、共振電容器6、7的路徑和減振電容器32、加熱 線圈5、共振電容器6、7的路徑，使上臂的減振電容器31充電，使下臂的減振電容器32放 電。因此，IGBTll的集電極、發(fā)射極之間的電壓Vcl慢慢增加，IGBT12的集電極、發(fā)射極之 間的電壓Vc2亦即輸出電壓慢慢減小。此時的共振特性由減振電容器31、32、加熱線圈5、 共振電容器6、7決定。其后，當Vcl的電壓達到逆變器的電源電壓Vp、在下臂的二極管22上施加正方向 的電壓時，共振電流IL5作為環(huán)流電流流過加熱線圈5、共振電容器6、7、二極管22的路徑。 此時，當分別使IGBT11、12、13的驅動電流成為關斷、導通、關斷，僅使IGBT12導通時，只要 共振電流IL5的極性不變，共振電流IL5就持續(xù)流過二極管22。(方式4)接著說明繼方式3之后的方式4。在方式4中，首先使IGBT11、12、13的驅動信號 分別成為關斷、導通、關斷，僅使IGBT12導通。當加熱線圈5的積蓄能量成為零、共振電流
的極性從正變?yōu)樨摃r，共振電流IL5流過共振電容器6、7、加熱線圈5、IGBT12的路徑。 亦即，方式4的共振特性由IGBT12、加熱線圈5、共振電容器6、7決定。如圖6所示，因為在 Vc5上施加負的電壓，所以在共振點可變電路30中不流過負方向的電流。另外，在方式4 中，通過IL5使共振電容器6、7放電。(方式5)接著說明繼方式4之后的方式5。在方式5中，首先使IGBT11、12、13的驅動信號 全部成為關斷，不使全部IGBT導通。如圖6所示，在方式5下共振電流IL5有負的極性，共振電流IL5持續(xù)流過加熱線圈5、減振電容器32、共振電容器6、7的路徑和加熱線圈5、減振 電容器31、電容器4、共振電容器6、7的路徑，使上臂的減振電容器31放電，使下臂的減振 電容器32充電。因此，IGBTll的集電極、發(fā)射極之間的電壓Vcl慢慢減小，IGBT12的集電 極、發(fā)射極之間的電壓Vc2亦即輸出電壓慢慢增加。此時的共振特性由減振電容器31、32、 加熱線圈5、共振電容器6、7決定。其后，當Vc2的電壓達到逆變器的電源電壓Vp、在上臂的二極管21上施加正方向 的電壓時，共振電流IL5作為環(huán)流電流流過加熱線圈5、二極管21、電容器4、共振電容器6、 7的路徑。此時，在共振電容器8上充電負的電壓，當共振電容器7的負的充電電壓超過共 振電容器8的充電電壓時，在二極管23上施加正方向電壓，共振電流IL5分流，流過二極管 23、共振電容器8、6、加熱線圈5、二極管21、電容器4的路徑和共振電容器7、6、加熱線圈5、 二極管21、電容器4的路徑。此時，當使IGBT11、12、13的驅動信號分別成為導通、關斷、導通，使IGBTll和13 一起導通時，只要共振電流IL5的極性不變，共振電流IL5就持續(xù)流過二極管21。如上所述，在共振電流IL5的一周期期間進行方式1 5的動作，以后，重復該動 作。如從方式2以及方式4的說明可知，在IGBTll以及12中電流Icl以及Ic2通電的狀 態(tài)下IGBTl 1、12被關斷。由此Vc2的電壓OV和共振電流IL5的OA的相位差總在電流滯后 相位下動作。這樣本實施例通過與共振電容器并聯(lián)設置共振點可變電路30，使負荷的共振 特性變化，能夠總是在電流滯后相位下動作，能夠避免相位超前方式。接著，作為更加減低輸入電力的方法，使IGBTll的導通期間縮短，使IGBT12的導 通期間延長。使用圖15詳細說明此時的逆變器的動作。如圖15所示，用ts表示IGBTll 13的一周期，分別用tl、t2表示IGBT11、12的導通期間。IGBT13為常導通狀態(tài)。另外，把 共振電流IL5的一周期分成為方式1 4來表示。(方式1)如圖15所示，在方式1中，IGBT11、12、13的驅動信號分別成為導通、關斷、導通， IGBT11U3導通。當加熱線圈5的積蓄能量成為零時共振電流IL5的極性從負變?yōu)檎?，共?電流IL5流過IGBT11、加熱線圈5、共振電容器6、7的路徑和IGBT11、加熱線圈5、共振電容 器6、8、IGBT13的路徑。亦即，方式1的共振特性由IGBT11、加熱線圈5、共振電容器6、7、8 決定。另外，在方式1中共振電容器6、7、8通過共振電流IL5放電。(方式2)接著說明繼方式1之后的方式2。在方式2中，使IGBT11、12、13的驅動信號分別 成為關斷、關斷、導通，僅使IGBT13導通。如圖15所示，在方式2下共振電流IL5有正的極 性，共振電流IL5持續(xù)流過減振電容器31、加熱線圈5、共振電容器6、7的路徑和減振電容 器31、加熱線圈5、共振電容器8、IGBT13的路徑和減振電容器32、加熱線圈5、共振電容器 6、7的路徑和減振電容器32、加熱線圈5、共振電容器8、IGBT13的路徑，上臂的減振電容器 31充電，下臂的減振電容器32放電。因此，IGBTll的集電極、發(fā)射極之間的電壓Vcl慢慢 增加，IGBT12的集電極、發(fā)射極之間的電壓Vc2亦即輸出電壓慢慢減小。此時的共振特性 由減振電容器31、32、加熱線圈5、共振電容器6、7、8決定。其后，當Vcl的電壓達到逆變器的電源電壓Vp、在下臂的二極管22上施加正方向 的電壓時，共振電流IL5作為環(huán)流電流流過加熱線圈5、共振電容器6、7、二極管22的路徑和加熱線圈5、共振電容器8、二極管22的路徑。此時，即使分別使IGBT11、12、13的驅動電 流成為關斷、導通、導通，使IGBT12導通，只要共振電流IL5的極性不變，共振電流IL5就持 續(xù)流過二極管22。(方式3)接著說明繼方式2之后的方式3。在方式3中，分別使IGBT11、12、13的驅動信號 成為關斷、導通、導通，使IGBT12、13導通。當加熱線圈5的積蓄能量成為零、共振電流IL5 的極性從正變?yōu)樨摃r，共振電流IL5流過共振電容器7、6、加熱線圈5、IGBT12的路徑和共 振電容器8、6、加熱線圈5、IGBT12、二極管23的路徑。亦即，方式4的共振特性由IGBT12、 加熱線圈5、共振電容器6、7、8決定。另外，共振電容器6、7、8通過IL5放電。(方式4)接著說明繼方式3之后的方式4。在方式5中，首先使IGBT11、12、13的驅動信號 成為關斷、關斷、導通，僅使IGBT13導通。如圖15所示，在方式4下共振電流IL5有負的極 性，共振電流IL5持續(xù)流過加熱線圈5、減振電容器32、共振電容器7、6的路徑和加熱線圈 5、減振電容器32、二極管23、共振電容器8、6的路徑和加熱線圈5、減振電容器31、電容器 4、共振電容器7、6的路徑和加熱線圈5、減振電容器31、電容器4、二極管23、共振電容器8、 6的路徑，使上臂的減振電容器31放電，使下臂的減振電容器32充電。因此，IGBTll的集 電極、發(fā)射極之間的電壓Vcl慢慢減小，IGBT12的集電極、發(fā)射極之間的電壓Vc2亦即輸出 電壓慢慢增加。此時的共振特性由減振電容器31、32、加熱線圈5、共振電容器6、7、8決定。其后，當Vc2的電壓達到逆變器的電源電壓Vp、在上臂的二極管21上施加正方向 的電壓時，共振電流IL5作為環(huán)流電流流過加熱線圈5、二極管21、電容器4、共振電容器7、 6的路徑。此時，向共振電容器8充電負的電壓，當共振電容器7的負的充電電壓超過共振 電容器8充電電壓時，在二極管23上施加正方向電壓，共振電流IL5分流，流過二極管23、 共振電容器8、6、加熱線圈5、二極管21、電容器4的路徑和共振電容器7、6、加熱線圈5、二 極管21、電容器4的路徑。此時，當分別使IGBT11、12、13的驅動信號成為導通、關斷、導通、使IGBTll和13 一起導通時，只要共振電流IL5的極性不變，共振電流IL5就持續(xù)流過二極管21。如上所述，在共振電流IL5的一周期期間進行方式1 4的動作，以后，重復該動 作。在共振點可變電路30常導通狀態(tài)下，如從方式1、4的說明可知，即使延長IGBT12的導 通期間t2，在二極管21或者22導通的期間內(nèi)共振電流IL5也從負變化為正。因此，共振電 流IL5不會從負向正反轉極性，負荷特性保持電感性，能夠避免相位超前方式。由此，通過使開關電路20的期間變化，能夠控制輸入電力。另外，流入共振電容器8的電流，由共振電容器7和共振電容器8的容量比決定。 因為在本實施例中做成了振電容器7的容量>共振電容器8的容量，所以流入共振電容器 8的電流在共振電容器7以下。由此，能夠減低IGBT13中的損失發(fā)生，提高IGBT13的耐電流性能。另外，在共振電容器7中發(fā)生的電壓(Vc4)，由共振電容器6的容量和共振電容器 8的容量決定。因此，為減低在共振電容器7中發(fā)生的電壓，通過使共振電容器7的容量> 共振電容器6的容量，使共振電容器7的發(fā)生電壓成為1/2以下。由此，在能夠減低IGBT13 中的損失發(fā)生、提高IGBT13的耐電壓性能的同時，能夠寬廣地設定共振點可變范圍。
下面說明共振電容器8的充電電壓。用式2表示共振電容器8 (Vc5)的電壓的關 系式。數(shù)學式2
C7 共振電容器7的容量，C8 共振電容器8的容量在本實施例中，因為C8 <C7，所以Vc5的電壓被充電到比C7低的電壓。在IGBT13 上施加Vc4和Vc5的合計電壓，但是因為給Vc5充電的電壓低，所以對于IGBT13的元件耐 壓的增大沒有影響。接著使用圖7說明輸入電力的控制方法。如已在圖6中說明的那樣，用tl、t2、t3 表示IGBT11、12、13的導通期間，用ts表示驅動周期。圖7表示用逆變器驅動頻率21kHz高 輸出加熱鐵制的被加熱物和非磁性不銹鋼的場合的控制條件的一例，橫軸表示IGBT13的 導通期間IGBT13的Duty (t3/ts)，縱軸表示輸入電壓Pin。這里，說明tl、t2不變，而使t3 變化來控制輸入電壓Pin的場合。如圖7所示，在鐵制的被加熱物的場合，在IGBT13的Duty = 0(IGBT13常關斷狀 態(tài))時成為最大的輸入電力。當Duty增大時，輸入電力Pin減小，在Duty=約0.5以上時 輸入電力Pin大體恒定。另一方面，在非磁性不銹鋼中，在IGBT13的Duty = 0. 45時成為 最大電力的3kW，通過進一步增加Duty，輸入電力減小，在Duty = 0. 7以上時大體恒定。由 此可知，通過增大IGBT13的Duty，能夠減小輸入電力Pin。下面說明通過控制IGBT13的Duty能夠控制輸入電力的理由。當導通IGBT13時， 因為共振電容器7和共振電容器8并聯(lián)，因此共振電容器6、7、8的合成共振電容器容量變 大，由加熱線圈5和合成共振電容器決定的共振頻率降低。圖8表示加熱鐵制的被加熱物 時使IGBT13的Duty變化的場合的共振特性圖表。如圖8所示，當使t3延長、增大IGBT13 的Duty時，共振頻率降低。因此，例如在把逆變器驅動頻率固定為21kHz的場合，在Duty =0時輸入電力約為3kW，Duty = 0. 35時輸入電力約為1. 5kff, Duty = 0. 5時輸入電力約 為0. 5kW。通過這樣控制t3的導通時間(IGBT13的Duty)，就能夠控制輸入電力。如上所述，當IGBT13的Duty成為約0. 5以上時，輸入電力Pin約為0. 5kW恒定。 這是因為，在IGBT13導通的t3期間，共振電流IL5從正變?yōu)樨?，電流流入二極管23，超過 IGBT13的Duty下的共振點可變電路30的可變范圍。實際上，，由共振點可變電路30能夠 控制共振電流的期間，是共振電流IL5是正的期間。因此，在共振電流IL5是負的期間，即 使控制IGBT13的Duty，也不能控制共振點。因此，在圖7中，不改變tl、t2、僅用t3能夠調(diào) 整的輸入電力Pin的下限值為約0. 5kW，在要設定為該值以下的場合，需要使tl、t2變化。下面說明在使IGBT13的Duty成為約0. 5以上的同時，使tl、t2變化來控制輸入電 力Pin的場合。圖9表示以低輸出加熱被加熱物的場合的控制條件，橫軸表示上臂IGBTll 的導通期間tl相對于驅動周期ts的導通比(=tl/ts)，此時，IGBT12的導通比為1-Duty。 縱軸表示輸入電力Pin。如圖9所示，通過在使共振點可變電路30內(nèi)的IGBT13的Duty成 為約0.5以上的同時減小IGBTll的Duty，能夠更加減小輸入電力Pin。。另一方面，在非磁性不銹鋼中，如圖14所示，因為與鐵相比電感值成為2/3，所以 與共振電容器6、7的串聯(lián)電路的共振頻率升高，變得比開關電路20的驅動頻率高，負荷特性成為電容性，成為相位超前方式。因此，需要增大共振點可變電路30的導通期間，降低共 振點，使負荷特性成為電感性。關于輸入電力的控制方法，和鐵制的被加熱物同樣，可以通 過IGBT13的Duty和IGBTll的Duty進行控制。實施例3圖10是實施例3的電磁感應加熱裝置的電路結構圖。在實施例3的結構中，對于 與在前面的實施例中已說明的結構相同的結構，省略說明。在圖10中，用加熱線圈5和共振電容器6、7構成的共振電路60，連接在第一逆變 器100的輸出端子t點和O點之間。在共振電容器7上并聯(lián)共振點可變電路30，共振點可 變電路30，由串聯(lián)的共振電容器8和阻止反向電流的二極管25和IGBT13、以及與IGBT13 反方向并聯(lián)的二極管23構成。這里，當把從輸出端子t朝向共振電容器6流動的共振電流 IL5設為正時，流入共振點可變電路30的電流Ic3是正的方向。在本實施例中，為能防止向 共振電容器8充電負的電壓，向IGBT13施加的電壓成為共振電容器7的充電電壓。因此， 不會向共振電容器8充電負的電壓，能夠減低耐壓。一般來說，當IGBT的耐壓變低時能夠 減低導通損失。由此能夠減低元件損失。實施例4圖11是實施例4的電磁感應加熱裝置的電路的一部分。在實施例4的結構中，對 于與在前面的實施例中已說明的結構相同的結構，省略說明。在圖11中，共振點可變電路30的開關元件，是有反向耐壓的反電流阻止型的 IGBT4(附帶耐反壓功能的IGBT)，為把上述圖10的IGBT13和阻止反電流用的二極管25置 換為一個IGBT14的結構。在上述圖10的共振點可變電路30中，在IGBT13和二極管25中 分別發(fā)生損失，但是在本實施例中，因為為IGBT14的損失量，所以減低了第一逆變器100中 的電路損失，提高了變換效率。關于本實施例的動作，和上述實施例3相同，省略說明。實施例5圖12是實施例5的電磁感應加熱裝置的電路的一部分。在實施例5的結構中，對 于與在前面的實施例中已說明的結構相同的結構，省略說明。在圖12中，與實施例3的不同之點是因為在共振點可變電路30的二極管25上 并聯(lián)連接了 IGBT15，所以能夠在共振點可變電路30中控制正負的電流。在本實施例中，通 過驅動IGBT13、15，能夠控制流入共振點可變電路30的正負的電流，可在維持共振電路60 的負荷特性為電感性的情況下，使共振頻率可變在共振電流IL5的正負方向上控制IGBT13 或者15來改變輸入電力。關于控制方法，IGBT13與上述實施例2同樣，使其導通定時與 IGBTll同步，進行IGBT13的Duty控制，IGBT15使其導通定時與IGBT12同步，進行IGBT15 的Duty控制。在共振電流IL5是正電流的場合，控制IGBT13，在共振電流IL5是負電流的 場合，控制IGBT15。由此，因為在共振電流IL5的正負期間能夠使共振點可變，所以能夠擴 大電力控制范圍。實施例6圖13是實施例6的電磁感應加熱裝置的電路的一部分。在實施例6的結構中，對 于與在前面的實施例中已說明的結構相同的結構，省略說明。在圖13中，共振點可變電路30反向并聯(lián)具有反向耐壓的逆電流阻止型的IGBT14 和IGBT16。在上述圖12的共振點可變電路30中，因為正向電流流入二極管25和IGBT13，負向電流流入二極管23和IGBT15，所以在二極管以及IGBT的各個中發(fā)生損失。在本實施例中，因為成為了 IGBT14和IGBT16的損失，所以減低了第一逆變器100中的電路損失，提 高了變換效率。關于本實施例的動作，和上述實施例5相同，省略說明。
權利要求
一種電磁感應加熱裝置，其具有直流電源、把由該直流電源供給的直流電壓變換為高頻交流電壓的逆變器電路、和控制電路，其特征在于，所述逆變器電路，具有開關電路、共振電路、和共振點可變電路；所述開關電路，通過在所述直流電源的兩端子上連接的、上臂的功率半導體開關元件和下臂的功率半導體開關元件的串聯(lián)連接形成；串聯(lián)加熱線圈和第一共振電容器和第二共振電容器而形成的所述共振電路，一端連接在所述開關電路的上臂和下臂的連接點上，另一端連接在所述直流電源的某一個端子上；與所述第二共振電容器并聯(lián)的所述共振點可變電路，通過第三共振電容器和第一開關元件的串聯(lián)、和與所述第一開關元件反向并聯(lián)的第一二極管形成；通過由所述控制電路控制所述第一開關元件的導通期間使所述共振電路的共振頻率可變。
2.根據(jù)權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于， 所述共振點可變電路，具有與第一開關元件串聯(lián)連接的第二二極管，所述第一開關元 件具有與其反向并聯(lián)的第一二極管。
3.根據(jù)權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于， 所述共振點可變電路具有附帶耐反壓功能的第一開關元件。
4.根據(jù)權利要求2所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于， 具有與所述第二二極管反向并聯(lián)的第二開關元件。
5.根據(jù)權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，所述共振點可變電路，具有反向聯(lián)的、附帶耐反壓功能的第一、第二開關元件。
6.根據(jù)權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，所述開關電路，具有與所述上臂的功率半導體開關元件和所述下臂的功率半導體開關 元件中的至少一方并聯(lián)的減振電容器。
7.根據(jù)權利要求1所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，所述第二共振電容器的容量在所述第一共振電容器的容量以上，所述第三共振電容器 的容量在所述第二共振電容器的容量以下。
8.—種電磁感應加熱裝置，其用于感應加熱被加熱物，其特征在于， 具有從正電極和負電極供給直流電壓的電源電路；連接在該電源電路的正電極和負電極之間的、把直流電壓變換為交流電壓后輸出的開 關電路；連接在該開關電路的輸出端子和所述電源電路的端子之間的、用加熱線圈和第一共振 電容器和第二共振電容器的串聯(lián)連接構成的共振電路；和與所述第二共振電容器并聯(lián)的、使所述共振電路的共振點可變的共振點可變電路。
9.根據(jù)權利要求8所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，所述共振點可變電路，用第三共振電容器和開關元件的串聯(lián)連接、和與該開關元件的 反向并聯(lián)的二極管構成。
10.根據(jù)權利要求9所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，從所述開關電路朝向所述加熱線圈流動的共振電流的極性，在所述共振點可變電路內(nèi)的開關元件導通期間，從負變?yōu)檎?br> 11.根據(jù)權利要求9所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，通過控制所述共振點可變電路內(nèi)的開關元件的Duty，控制從所述控制電路供給被加熱物的輸入電力。
12.根據(jù)權利要求9所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，使所述第二共振電容器的容量在所述第一共振電容器的容量以上。
13.根據(jù)權利要求9所述的電磁感應加熱裝置，其特征在于，使所述第二共振電容器的容量在所述第三共振電容器的容量以上。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種電磁感應加熱裝置，其能夠防止在同時驅動多個逆變器的場合的干涉音的發(fā)生，控制各個的輸入電力。本發(fā)明的電磁感應加熱裝置，具有把直流電壓變換為高頻交流電壓的逆變器電路，該逆變器電路包含開關電路和共振電路，共振電路包含加熱線圈和在該加熱線圈上串聯(lián)的兩個共振電容器，具有在所述共振電容器之一上并聯(lián)連接的共振點可變電路。
文檔編號H05B6/06GK101841945SQ20101011313
公開日2010年9月22日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權日2009年3月16日
發(fā)明者大久保敏一, 宇留野純平, 莊司浩幸, 磯貝雅之 申請人:日立空調(diào)·家用電器株式會社