專利名稱：帶飽和扼流圈的交變電流發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)備要用在感應(yīng)加熱裝置中的交變電流發(fā)生器。這種型式的發(fā)生器是眾所周知的，并且本申請(qǐng)中敘述的發(fā)生器包括一個(gè)由電流注入扼流圈，一個(gè)電容器，一個(gè)感應(yīng)加熱線圈以及一個(gè)高頻控制的功率開(kāi)關(guān)組成的振蕩電路。
感應(yīng)加熱的原理是眾所周知的，其要點(diǎn)是將一個(gè)以相當(dāng)高的頻率(達(dá)數(shù)十千赫)變化的電流加到一個(gè)充當(dāng)感應(yīng)器并放置在導(dǎo)電對(duì)象本體鄰近處的線圈上，使得其中形成渦流并借助焦耳效應(yīng)產(chǎn)生可觀的熱量，利用這一加熱原理的現(xiàn)有設(shè)備都表現(xiàn)有對(duì)耦合敏感的缺點(diǎn)，也就是說(shuō)，當(dāng)被加熱對(duì)象的尺寸變化時(shí)，發(fā)出的熱功率要變化。尤其是，已經(jīng)知道，當(dāng)這類發(fā)生器用于在感應(yīng)平板上加熱盛在一個(gè)容器中食物時(shí)，該容器底部的直徑越小，傳到盛裝被加熱食物的容器上的最大加熱功率則更加小。
為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，已經(jīng)提出了幾種解決方案，一些方案利用改變振蕩電路的電感以調(diào)節(jié)發(fā)出的功率，另外的技術(shù)則利用改變感應(yīng)器和位于感應(yīng)器旁的上面放有容器的支撐板之間的縫隙的機(jī)械方法使得夾著所述支撐板的縫隙變化，從而導(dǎo)致通過(guò)這一縫隙的磁道量變化。其它已知的解決方案則在于改變?yōu)楦袘?yīng)加熱線圈饋電的半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器的輸出頻率。通過(guò)在整流電路中使用相控制整流器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的DC電源電壓的解決方案也是眾所周知的。使用的另一個(gè)解決方案是逐步地改變開(kāi)關(guān)電路的電容和電感參數(shù)。
所有這些解決方案，雖然都能調(diào)節(jié)加熱功率，但都不可能避開(kāi)被加熱物體的尺寸對(duì)感應(yīng)器傳給該物體的功率的影響。事實(shí)上，正如我們前面提到的，在對(duì)盛裝于烹調(diào)容器中的食物加熱的情形，這個(gè)影響表現(xiàn)為當(dāng)被加熱容器的表面積(渦流就形成在其中)減小時(shí)，所吸收的功率下降。對(duì)于那些想要在小尺寸的容器中有高可用功率的用戶來(lái)說(shuō)，這就構(gòu)成了一個(gè)缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是生產(chǎn)一種裝置，使得有可能感應(yīng)出一個(gè)不依賴于被加熱物體的尺寸的功率，并使得有可能甚至對(duì)小尺寸的烹調(diào)容器也獲得高加熱功率。
根據(jù)本發(fā)明，這里敘述的發(fā)生器包括一個(gè)飽和型電流注入扼流圈，它同由兩個(gè)支路(即一個(gè)含有功率開(kāi)關(guān)的第一支路B1以及一個(gè)含有電容器與感應(yīng)加熱線圈串接的第二支路B2)組成的并聯(lián)組件串接。
因而，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，使得有可能從大約100瓦的低數(shù)值到大約2.5千瓦的高數(shù)值連續(xù)改變功率，而不管所使用的容器尺寸如何。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)在家庭使用發(fā)生器感應(yīng)加熱鍋架的情形特別重要，不用反復(fù)升降溫度就獲得一個(gè)用于文火煮沸常常需要的低功率。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于使用一個(gè)設(shè)計(jì)得飽和的、不需要任何額外設(shè)備就可達(dá)到飽和并且在振蕩電路諧振期間自動(dòng)工作在飽和狀態(tài)的電流注入扼流圈。除了尺寸減小和價(jià)格降低以外，使用這種飽和振流圈的一個(gè)重要結(jié)果是獲得發(fā)生器對(duì)負(fù)載的自動(dòng)適應(yīng)性。事實(shí)上，與現(xiàn)有技術(shù)的模擬裝置不同，在現(xiàn)有技術(shù)的模擬裝置中，當(dāng)被加熱物體的尺寸減小時(shí)，該物體吸收的功率要減小，而根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器，則使得有可能獲得不依賴被加熱物體尺寸、能夠在寬范圍變化并且其數(shù)值僅受用戶選擇的加熱功率。
由下面參照附圖，通過(guò)對(duì)非限制例子的敘述，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器的特征和優(yōu)點(diǎn)將顯現(xiàn)出來(lái)，在附圖中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)圖，圖中使用的功率開(kāi)關(guān)是一個(gè)IGBT型功率晶體管連接一個(gè)功率二極管；圖2示出一個(gè)曲線圖，說(shuō)明在含有一個(gè)非飽和扼流圈的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)生器的情形下，吸收功率對(duì)于盛裝被加熱食物的器皿的不同直徑d(以cm為單位)時(shí)作為供電電壓的函數(shù)的演化過(guò)程；圖3說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明并含有一個(gè)飽和扼流圈的發(fā)生器的情形下，吸收功率對(duì)于盛裝被加熱食物的器皿的不同直徑d(以cm為單位)時(shí)作為供電電壓的函數(shù)的演化過(guò)程；圖4表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施變例，其中開(kāi)關(guān)是一個(gè)MCT(MOS控制晶閘管)電壓對(duì)稱型的晶閘管；圖5a表示構(gòu)成電流注入扼流圈的磁路的E型鐵氧體零件的透視圖；圖5b表示用在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器中的飽和電流注入扼流圈的垂直截面；圖5c表示用在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器中的飽和電流注入扼流圈的水平截面；圖6一方面示出在其中有非飽和電流注入扼流圈以及感應(yīng)加熱線圈組成的振蕩電路里流動(dòng)的供電電流的一周A，以及另一示出在同樣型式但使用根據(jù)本發(fā)明的飽和扼流圈的電路里流動(dòng)的供電電流的一周B。
圖7示出在振蕩電路包含一個(gè)非飽和電流注入扼流圈的情形下供電電壓的包絡(luò)E，并以一個(gè)很大的放大比例尺示出加到功率開(kāi)關(guān)的端子上的該所述電壓的一部分；圖8是一個(gè)類似圖7的表示圖，只不過(guò)是在振蕩電路中包含一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的飽和電流注入扼流圈的情形下而已。
正如圖1所表示的，交變電流發(fā)生器1準(zhǔn)備要用在熱板型的感應(yīng)加熱裝置中。并由電力網(wǎng)供電，所述發(fā)生器就其自身來(lái)說(shuō)，包括一個(gè)整流電橋2，電橋前面置有一個(gè)抗干擾濾波器3，電橋后跟一個(gè)由線圈5和電容器7組成的低通濾波器4。所述整流電橋2的一個(gè)第一輸出端子8與線圈5的第一端子連接，線圈5的第二端子連接電流注入扼流圈6和電容器7的公共端子。電流注入扼流圈6的第二端子9連接到由兩個(gè)支路B1和B2組成的并聯(lián)組件的第一端子。該并聯(lián)組件的第二端子10連接到電容器7的第二端子以及整流電橋2的第二輸出端子11，B1支路包括一個(gè)電子開(kāi)關(guān)12，而B(niǎo)2支路則由一個(gè)電容器13串接一個(gè)構(gòu)成感應(yīng)器的線圈14組成。
線圈5和電容器7組成低通濾波器4，它使得有可能避免振蕩電路中可能出現(xiàn)的陡峭電壓朝前返向電力網(wǎng)。
正如圖2所能看出的，曲線表示在上述現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)生器中吸收功率為供電電壓的函數(shù)。這一曲線說(shuō)明，當(dāng)供電電壓從180V變到270時(shí)，若所用的容器具有95cm至150cm范圍的直徑的話，感應(yīng)加熱功率不超過(guò)2千瓦。
根據(jù)本發(fā)明，電流注入扼流圈是一個(gè)飽和扼流圈，并且同由兩個(gè)支路(即一個(gè)含有在圖1中標(biāo)號(hào)為12、在圖4中標(biāo)為21的開(kāi)關(guān)的第一支路B1以及一個(gè)含有電容器13串接感應(yīng)饋電線圈14的第二支路B2)組成的并聯(lián)組件串接。所述扼流圈6包括一個(gè)在其繞組載有預(yù)定數(shù)值的電流時(shí)自動(dòng)達(dá)到飽和的磁路。這個(gè)磁路，如圖5a和5b所示，包括兩個(gè)完全一樣的通過(guò)其相應(yīng)的側(cè)邊桿17連接而相應(yīng)的中間芯桿18則隔開(kāi)4mm間隙的E型鐵氧體部件16。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述扼流圈6是設(shè)計(jì)成飽和的，并且包括一個(gè)由直徑0.2mm的60股絞合線組成一個(gè)40匝的繞組。所述扼流圈6的特征在于它包括一個(gè)當(dāng)其繞組載有預(yù)定數(shù)值的電流時(shí)自動(dòng)達(dá)到飽和的磁路。B1支路的開(kāi)關(guān)12，如圖1所示，是一個(gè)與功率二極管19串接的IGBT型的功率晶體管。二極管19在功率晶體管關(guān)時(shí)允許一個(gè)反向電壓加到后者的端子上。
當(dāng)B1支路的電流為零時(shí)，標(biāo)號(hào)為20的控制機(jī)構(gòu)CMD的振蕩電路諧振期間驅(qū)動(dòng)功率晶體管的高頻率轉(zhuǎn)換。所述控制機(jī)構(gòu)20還使得有可能避免在功率晶體管的端子上會(huì)出現(xiàn)的過(guò)電壓。
于是，借助本發(fā)明，當(dāng)扼流圈6飽和時(shí)，就獲得一種發(fā)生器，使得有可能感應(yīng)出一個(gè)在寬范圍內(nèi)變化的加熱功率，并且其數(shù)值不依賴于被加熱容器的尺寸。如圖3所示，對(duì)于從180V到270V變化的不同供電電壓，除了在廚房器皿的直徑為95cm并且供電電壓大于230V的情形以外，吸收功率均大于2千瓦。
在最后這一情形，發(fā)現(xiàn)吸收功率跌落是由于事實(shí)上已經(jīng)達(dá)到了開(kāi)關(guān)所能經(jīng)受的極限電壓；結(jié)果便自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)端子上的電壓，從而避免損壞開(kāi)關(guān)。
根據(jù)圖4所示的第二實(shí)施例，圖中元件和圖1的那些完全一樣的均帶有同樣標(biāo)號(hào)，高頻控制開(kāi)關(guān)是一個(gè)電壓對(duì)稱的MCT(MOS控制的晶閘管)型的晶閘管21。使用這種型式的開(kāi)關(guān)可以省去B1支路中的功率二極管19。而且，本實(shí)施例還能大大提高效率和縮小尺寸。事實(shí)上，在根據(jù)圖1的B1支路兩端，在包含有串接功率二極管19的IGBT型功率晶體管12的情況下，總電壓降為6.1V，而在其中B1支路只含MOS控制晶閘管的圖4安排下，這個(gè)電壓降僅為1.6V。結(jié)果獲得至少3.8的功率增益。
根據(jù)申請(qǐng)人進(jìn)行試驗(yàn)得到的優(yōu)選實(shí)施例，飽和扼流圈6的電感具有250μH的數(shù)值，電容器13的電容具有188nF的數(shù)值，感應(yīng)器14的空載電感具有66μH的數(shù)值，并且功率開(kāi)關(guān)選擇得擊穿電壓不超過(guò)1200V。還進(jìn)行了對(duì)室溫條件下大約17安培的扼流圈6的飽和電流的試驗(yàn)。
圖7的試驗(yàn)是在叔率29.6Hz對(duì)1500W的功率進(jìn)行的，而圖8的試驗(yàn)則是在頻率31.5KHz時(shí)對(duì)功率1500W進(jìn)行的。
根據(jù)圖6、7和8，這些試驗(yàn)表明，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的扼流圈時(shí)，圖8的供電電流(曲線B)以及B1支路的端電壓的包絡(luò)E與圖7的曲線A及E相比，顯示出一個(gè)平頂，并且在沒(méi)有飽和扼流圈的情形為正弦形。圖8的曲線E所繪出的試驗(yàn)中，B1支路的端電壓比本例中功率開(kāi)關(guān)的擊穿電壓1200V低得很多，而在圖7的曲線E繪出的試驗(yàn)中，B1支路的端電壓則大體等于功率開(kāi)關(guān)的擊穿電壓。
于是，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器，使得有可能獲得簡(jiǎn)單、價(jià)廉、工作在一個(gè)寬的功率范圍的裝置，并且其加熱功率不依賴于盛裝被加熱食物的容器的尺寸。
而且，本裝置還使得有可能對(duì)于小負(fù)載明顯地提高硅的利用率。這就使用戶不管負(fù)載如何能通過(guò)一個(gè)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)關(guān)獲得所需要的高功率。而且，通過(guò)降低開(kāi)關(guān)12、21的端子上的過(guò)電壓，不管耦合多么不好，都能在小負(fù)載中維持高功率。
本發(fā)明還應(yīng)用于準(zhǔn)備要結(jié)合到住宅設(shè)備例如蒸鍋、煮飯鍋或者深油炸鍋的感應(yīng)加熱發(fā)生器上。也應(yīng)用到準(zhǔn)備要處理金屬零件的工業(yè)感應(yīng)加熱設(shè)備上。
事實(shí)上，利用飽和扼流圈，獲得了一個(gè)小型的電子線路，獲得了適合于深油炸鍋的高功率以及調(diào)節(jié)得適合于使用文火的煮鍋或者也適合于蒸鍋的低功率。
權(quán)利要求
1.用于感應(yīng)加熱裝置中的交變電流發(fā)生器，包括一個(gè)由電流注入扼流圈(6)、感應(yīng)加熱線圈(14)、電容器(13)以及高頻控制的功率開(kāi)關(guān)(12，21)組成的振蕩電路，其特征在于電流注入扼流圈(6)是一個(gè)飽和型的，并且與由兩個(gè)支路(即含有開(kāi)關(guān)(12，21)的第一支路B1以及含有電容器(13)串接感應(yīng)加熱圈(14)的第二支路B2)組成的并聯(lián)組合件串接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的交變電流發(fā)生器，其特征在于開(kāi)關(guān)(12)是一個(gè)IGBJ型的功率晶體管連接一個(gè)功率二極管(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的交變電流發(fā)生器，其特征在于開(kāi)關(guān)(21)是一個(gè)電壓對(duì)稱的MOS晶閘管(MCT)型的。
4.根據(jù)前述任何一條權(quán)利要求的交變電流發(fā)生器，其特征在于它包括一個(gè)當(dāng)B1支路中的電流為零時(shí)控制功率開(kāi)關(guān)(12，21)的高頻率轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)(20)。
5.根據(jù)前述任何一條權(quán)利要求的交變電流發(fā)生器，其特征在于它包括一個(gè)電壓整流電橋(2)，電橋前面置有一個(gè)抗干擾濾波器(3)，電橋后面跟一個(gè)低通濾波器(4)。
6.根據(jù)前述任何一條權(quán)利要求的交變電流發(fā)生器，其特征在于通過(guò)電流注入扼流圈(6)的交變電流有一個(gè)大約17安培的飽和值。
7.根據(jù)前述任何一條權(quán)利要求的交變電流發(fā)生器，其特征在于它被結(jié)合到諸如蒸鍋或深油炸鍋一類的家用烹調(diào)設(shè)備里。
8.用在前述任何一條權(quán)利要求所述的交變電流發(fā)生器里的電流注入扼流圈，其特征在于它包括一個(gè)當(dāng)所述扼流圈(6)的繞組載有一個(gè)預(yù)定值電流值時(shí)自動(dòng)達(dá)到飽和的磁路。
9.用在根據(jù)權(quán)利要求8的交變電流發(fā)生器里的電流注入扼流圈，其特征在于包括一個(gè)在振蕩電路諧振期間自動(dòng)達(dá)到飽和的磁路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于感應(yīng)加熱裝置的交變電流發(fā)生器，包括一個(gè)由電流注入扼流圈(6)，感應(yīng)加熱線圈(14)、電容器(13)以及一個(gè)高頻控制功率開(kāi)關(guān)(12)組成的振蕩電路。電流注入扼流圈(6)是飽和型的并串接一個(gè)由兩個(gè)支路(即含有開(kāi)關(guān)(12)的B本發(fā)明應(yīng)用于如感應(yīng)鍋架、煮鍋或深油炸鍋等家用烹調(diào)設(shè)備，也用于處理金屬部件的工業(yè)感應(yīng)加熱設(shè)備。
文檔編號(hào)H05B6/04GK1135827SQ9419415
公開(kāi)日1996年11月13日 申請(qǐng)日期1994年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月15日
發(fā)明者米歇爾·奧古斯特·馬隆 申請(qǐng)人:幕林克斯公司