專利名稱：采用自激振蕩半橋驅(qū)動(dòng)集成元件的共振型感應(yīng)加熱烹飪器的制作方法
發(fā)明的具體描述發(fā)明的目的本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域和本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及家庭用烹飪器的一種，即感應(yīng)加熱烹飪器中的共振型感應(yīng)加熱烹飪器，特別是其為在共振型感應(yīng)加熱烹飪器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，采用了自激振蕩半橋驅(qū)動(dòng)器集成元件的共振型感應(yīng)加熱烹飪器。
一般，自激振蕩半橋驅(qū)動(dòng)器的終端功率部通常采用1石式共振式，或2石式半橋方式中的一種，且，特別在2石式半橋方式中，為了簡(jiǎn)化電路組成，采用了自激振蕩半橋驅(qū)動(dòng)集成元件(簡(jiǎn)稱“半橋元件”)。采用半橋元件的感應(yīng)加熱烹飪器的組成方式在本發(fā)明之前，已經(jīng)由本發(fā)明人設(shè)計(jì)且已實(shí)施，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，表現(xiàn)出非常好的效果。
圖3為半橋元件的現(xiàn)有的組成圖，電阻7與電容8為決定振蕩頻率的元件，振蕩頻率Fo構(gòu)成如下形式Fo＝1/〔1.4×電阻(7)×電容(8)〕 [數(shù)學(xué)公式1]因此，如果電阻7的值大，或電容8的值大，則振蕩頻率降低，如果在感應(yīng)加熱烹飪器中，降低振蕩頻率，則輸出增加，與此相反，如果增加振蕩頻率，則輸出減少，所以，可利用這樣的特性，控制輸出。
圖4為根據(jù)圖3的組成獲得的波形，輸出(Q)與輸出(/Q)形成互補(bǔ)的對(duì)稱形式，這類2波形被分別外加于2個(gè)終端功率元件IGBT的整流柵上，輸出(Q)驅(qū)動(dòng)底側(cè)功率元件IGBT，而輸出(/Q)則驅(qū)動(dòng)頂側(cè)功率元件IGBT。上述方式稱為“2石式半橋方式”。
在2石式半橋方式中，驅(qū)動(dòng)波形Q，/Q的周期D1，D2必須相同，因此，如果采用的半橋元件剛好按照與內(nèi)部的輸出功率Q，/Q的波形的周期相同的方式設(shè)計(jì)，則可以說其為非常適合驅(qū)動(dòng)2石式半橋方式的功率元件。
可是，2石式半橋方式的感應(yīng)加熱烹飪器，雖然在采用半橋元件的情況下，具有結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但如前所述，由于要求采用2個(gè)終端功率元件IGBT，因此，如果不是需要特別大的輸出功率(一般，為1,500W級(jí)以上)的情況下，與單石式共振型相比較，經(jīng)濟(jì)性稍差。
反之，單石式共振型感應(yīng)加熱烹飪器與2石式半橋方式相比較，的確非常經(jīng)濟(jì)，但是，由于驅(qū)動(dòng)終端功率部用的振蕩和驅(qū)動(dòng)部分由單獨(dú)部件構(gòu)成，故具有電路復(fù)雜，生產(chǎn)性與可靠性較差的問題。
如果將半橋元件用于單石式共振型感應(yīng)加熱烹飪器，則顯然消除上述的問題，但是，如果按照過去的半橋元件構(gòu)成法，則無(wú)法使單石式共振型感應(yīng)加熱烹飪器動(dòng)作，其原因在于單石式共振型感應(yīng)加熱烹飪器所要求的(drive)驅(qū)動(dòng)波形的周期D1，D2不能相同，而且對(duì)應(yīng)于感應(yīng)加熱線圈20和共振電容21所具有的1次共振頻率，負(fù)荷停止(DUTY OFF)期間(D2)會(huì)有伸縮性改變(聯(lián)動(dòng))。
發(fā)明要解決的技術(shù)課題本發(fā)明的目的在于，使半橋元件在單石式共振型感應(yīng)加熱烹飪器中仍可以工作的方式，給出其組成和控制方法，使感應(yīng)加熱烹飪器的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，更加經(jīng)濟(jì)，并且使其可靠性進(jìn)一步提高。
發(fā)明的方案附圖的簡(jiǎn)要的說明

圖1為本發(fā)明的半橋元件控制電路圖；圖2為表示圖1的動(dòng)作狀態(tài)的曲線圖3為過去的半橋元件控制電路圖；圖4為表示圖3的動(dòng)作狀態(tài)的曲線圖；圖5為適合于本發(fā)明的感應(yīng)加熱烹飪器的自激振蕩半橋驅(qū)動(dòng)集成元件的內(nèi)部組成圖。
(附圖的主要部分的標(biāo)號(hào)的說明)標(biāo)號(hào)3表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)；標(biāo)號(hào)4表示功率元件(IGBT)；標(biāo)號(hào)15表示相位比較器(COMPARATOR)；標(biāo)號(hào)20表示感應(yīng)加熱線圈；標(biāo)號(hào)21表示共振電容器；標(biāo)號(hào)22表示烹飪?nèi)萜?；?biāo)號(hào)30表示自激振蕩半橋驅(qū)動(dòng)器。
圖1為按照本發(fā)明構(gòu)成的半橋元件及其電路圖，動(dòng)作狀態(tài)如下。隨著場(chǎng)效應(yīng)晶體管3中的整流柵G的電壓的變化，誘導(dǎo)管D與源極S之間的電阻值Rds發(fā)生改變，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管3的功能在于通過Rds的變化，改變半橋元件30的振蕩頻率。感應(yīng)加熱烹飪器的輸出功率控制是通過改變振蕩頻率實(shí)現(xiàn)，如果降低振蕩頻率，則輸出功率增加，如果提高振蕩頻率，則輸出功率減少，這是公知的技術(shù)，其具體的描述省略。
圖中已表示出電源1與場(chǎng)效應(yīng)晶體管3的整流柵電壓源是等效的，因此，隨著該電壓的改變，場(chǎng)效應(yīng)晶體管3的Rds值也隨之增減。
電阻2限制場(chǎng)效應(yīng)晶體管3的整流柵電流，使該元件依賴電壓而工作，二極管4僅僅在RT電壓為高位(HI)時(shí)，通過場(chǎng)效應(yīng)晶體管3，對(duì)振蕩電容8進(jìn)行充電，并且，通過Rds值，確定負(fù)荷停止(DUTY OFF)周期D1。這樣做的目的在于調(diào)整功率元件11的啟動(dòng)(TURN ON)時(shí)間，而控制感應(yīng)加熱烹飪器的輸出功率。
二極管5用于僅僅在RT電壓為低位(L0)時(shí)，使振蕩電容8放電，將擊穿電壓值大于VCC/3的二極管6串聯(lián)，使CT端電壓無(wú)法下降到VCC/3以下，由此，將半橋元件30的輸出功率Q限制在持續(xù)低位(L0)狀態(tài)。參見圖5，就可對(duì)此有個(gè)更深入的理解，在比較器B的反轉(zhuǎn)輸入端，即，CT端電壓在VCC/3以上的時(shí)候，比較器B的輸出功率當(dāng)然為低位(L0)，輸出功率Q也只能為低位(L0)。象這樣，半橋元件30的輸出功率Q處于低位(L0)狀態(tài)下，使功率元件11處于切斷(TURNOFF)的狀態(tài)稱為“負(fù)荷停止(DUTY OFF)”。
為了使半橋元件30的輸出功率重新變?yōu)楦呶?HI)，CT電壓應(yīng)降低到VCC/3以下，但是，由于總齊納(Zener)電壓Vth大于VCC/3，故只要不采取其它的措施，則輸出功率保持連續(xù)低位狀態(tài)，而導(dǎo)致動(dòng)作立即停止。因此，為了連續(xù)地進(jìn)行持續(xù)的動(dòng)作，必須每次瞬間地對(duì)CT端進(jìn)行觸發(fā)，使CT端電壓在VCC/3以下。
本發(fā)明中，作為觸發(fā)CT端的方法，通過觸發(fā)電容10，對(duì)相位檢測(cè)波形PH進(jìn)行微分處理。即，如果相位檢測(cè)波形PH下降到低位(L0)，則通過觸發(fā)電容10而進(jìn)行了微分處理的信號(hào)在瞬間將CT端子向下降低的同時(shí)，RT端子重新變成高位(HI)，輸出功率Q也變?yōu)楦呶?HI)。接著，變成高位(HI)的RT端電壓通過二極管4和場(chǎng)效應(yīng)晶體管3的Rds，開始對(duì)振蕩電容8進(jìn)行充電，在CT端電壓升到2VCC/3以上的瞬間，輸出功率Q被重新反轉(zhuǎn)到低位(L0)。這樣的動(dòng)作每次按照20～40KHz的周期，連續(xù)地進(jìn)行，同時(shí)，感應(yīng)加熱烹飪器開始運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2為上述動(dòng)作的波形圖，特別是可以看到，微分信號(hào)與CT端波形混合。
電阻9用于使觸發(fā)電容10的微分信號(hào)不受到振蕩電容8的妨礙，而順利地傳遞給CT端子，但是，一般振蕩電容8的容量大大超過觸發(fā)電容10的容量，故振蕩電容8的非常低，而導(dǎo)致忽視觸發(fā)電容10的微分信號(hào)的情況。因此必須要求采用該電阻9的原因在于防止上述的情況發(fā)生。
電阻7用于確定振蕩電容8的放電時(shí)間，其值Rds＞＞電阻7。其目的在于一旦RT端變?yōu)榈臀?L0)，則盡快地使振蕩電容8放電，等待下次的觸發(fā)。
直流電源12等效地表示對(duì)商用交流電源進(jìn)行整流的電源，電容13吸收經(jīng)整流的直流電源的平滑和內(nèi)部的轉(zhuǎn)換噪音，由此，抑制內(nèi)部噪音通過電源線，排放到外部。
感應(yīng)加熱線圈22也稱為“工作線圈(WORK COIL)”，并聯(lián)的共振電容21接收功率元件IGBT切斷(TURN OFF)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)充電/放電的期間，形成了與圖2的最上(共振)波形。假設(shè)共振側(cè)電壓衰減電阻18的值與直流電源側(cè)電壓衰減電阻16的值相同，在共振側(cè)分壓電阻19與直流電源側(cè)分壓電阻17的值相同時(shí)，在相位比較器15的非反轉(zhuǎn)輸入端(+)高于反轉(zhuǎn)輸入端(-)的共振區(qū)間(圖2的‘共振’波形中的正弦波形的軌跡期間)，相位比較器15的輸出功率(PH)變?yōu)楦呶?HI)，在等待的同時(shí)，在相反的瞬間(圖2的‘共振’波形中的正弦波形消失的時(shí)刻)相位比較器15的輸出功率反轉(zhuǎn)到低位(L0)，同時(shí)，通過觸發(fā)電容10，對(duì)半橋元件30的CT端子進(jìn)行觸發(fā)。
于是，將半橋元件30的輸出功率Q重新反轉(zhuǎn)到高位(HI)，使功率元件IGBT導(dǎo)通。接著，在振蕩電容8的電壓升到2VCC/3以上的瞬間，輸出功率Q再次變成低位(L0)，使功率元件IGBT切斷(TURN OFF)，反復(fù)進(jìn)行這樣的步驟，同時(shí)使感應(yīng)加熱烹飪器工作。
本發(fā)明可按照多種形式變形，可獲得各種形式，在上述發(fā)明的具體描述中，僅僅對(duì)本發(fā)明的特別的實(shí)施例進(jìn)行了描述。但是，應(yīng)理解為，本發(fā)明不限于上述發(fā)明的具體的描述中所提到的特別的形式，而且，本發(fā)明包括按照后附的權(quán)利要求而定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部變形形式和等同形式以及替代形式。
發(fā)明的效果如上述的具體描述，按照本發(fā)明所獲得的效果如下按照過去的經(jīng)典的組成方法，自激振蕩半橋元件僅僅用于2石式半橋感應(yīng)加熱烹飪器，而按照本發(fā)明提出的新的結(jié)構(gòu)及其控制方法，可將自激振蕩半橋集成元件使用于共振型感應(yīng)加熱烹飪器，由此，使共振型感應(yīng)加熱烹飪器具有更簡(jiǎn)單，更經(jīng)濟(jì)的特性，以及更高的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種共振型感應(yīng)加熱烹飪器，其中，在振蕩和驅(qū)動(dòng)部中，具有自激振蕩半橋集成元件，其特征在于其包括用于對(duì)烹飪?nèi)萜鬟M(jìn)行加熱的感應(yīng)加熱線圈；功率元件，該功率元件與上述感應(yīng)加熱線圈串聯(lián)，對(duì)感應(yīng)加熱線圈電流進(jìn)行導(dǎo)通，截止；共振電容，該共振電容在上述功率元件截止時(shí)，接收所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，與上述感應(yīng)加熱線圈并聯(lián)，進(jìn)行充/放電；相位比較器，該相位比較器在共振側(cè)電壓衰減電阻的值與直流電源側(cè)電壓衰減電阻相同，共振側(cè)分壓電阻的值與直流電源側(cè)分壓電阻相同的時(shí)候，在非反轉(zhuǎn)輸入端(+)高于反轉(zhuǎn)輸入端(-)的共振區(qū)間，輸出功率變成高位，并待機(jī)，在轉(zhuǎn)為相反的瞬間，輸出功率反轉(zhuǎn)到為低位的同時(shí)，通過與輸出功率側(cè)連接的觸發(fā)電容，對(duì)上述半橋元件的CT端子進(jìn)行觸發(fā)；FET，該FET通過誘導(dǎo)管和源極之間的電阻Rds值的變化，改變上述半橋元件的振蕩頻率；二極管，該二極管與上述FET并聯(lián)，使擊穿電壓具有大于VCC/3的值，CT端電壓不會(huì)下降到VCC/3以下，由此，將上述半橋元件的輸出功率(Q)限制在連續(xù)低位狀態(tài)；振蕩電容，為了對(duì)上述感應(yīng)加熱烹飪器的輸出功率進(jìn)行控制，該振蕩電容僅僅在RT電壓高位時(shí)，通過上述FET進(jìn)行充電，上述半橋元件的動(dòng)作(duty on)周期按照上述FET的Rds特性而確定，調(diào)整上述功率元件的導(dǎo)通時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振型感應(yīng)加熱烹飪器，其特征在于上述半橋元件按照下述方式將齊納(Zener)電壓(Vth)設(shè)定為大于VCC/3的程度，該方式為在RT電壓為低位時(shí)，振蕩電容放電，CT端電壓下降時(shí)，使CT端電壓不在VCC/3以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振型感應(yīng)加熱烹飪器，其特征在于上述外部觸發(fā)器通過電容，對(duì)相位比較器的輸出功率進(jìn)行微分處理，接收其輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的共振型感應(yīng)加熱烹飪器，其特征在于上述相位比較器在上述共振波形消失的時(shí)刻，將輸出功率從高位，反轉(zhuǎn)到低位。
全文摘要
感應(yīng)加熱烹飪器的終端功率部一般采用單石式共振型，或2石式半橋方式中的1種。在2石式半橋方式中，為了簡(jiǎn)化電路組成，常采用自激振蕩半橋集成元件(簡(jiǎn)稱為“半橋元件”)。而2石式半橋方式的感應(yīng)加熱烹飪器，由于需要2個(gè)終端功率部，故在除了特別要求較大的輸出功率的場(chǎng)合，與單石式共振型相比較，經(jīng)濟(jì)性稍差。單石式共振型感應(yīng)加熱烹飪器比2石式半橋方式更經(jīng)濟(jì)，但由于驅(qū)動(dòng)終端功率部的振蕩和驅(qū)動(dòng)部分由各自的部件構(gòu)成，故具有電路復(fù)雜，生產(chǎn)性和可靠性差的缺點(diǎn)。因此，在本發(fā)明中，為了將半橋元件可用于單石式共振型感應(yīng)加熱烹飪器，對(duì)其組成和控制方法進(jìn)行了研究，由此設(shè)計(jì)出構(gòu)造簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的感應(yīng)加熱烹飪器。
文檔編號(hào)H05B6/02GK1668142SQ20041008389
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者洪世民 申請(qǐng)人:洪世民