DE3445538A1 - Induction heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Induktionsheizgerät. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Induktionsheizgerät, in welchem eine Heizspule und eine daran seriell angeschlossene Schaltvor-5 richtung vorhanden sind, sowie ein Strom durch die Heizspule fließt, d. h. die Leistung durch Ein- oder Ausschalten besagter Schaltvorrichtung geregelt wird.The present invention relates to an induction heater. More specifically, the present invention relates to an induction heater in which a heating coil and a switching device connected in series to it are present, as well as a current through the heating coil flows, d. H. the power is regulated by switching said switching device on or off.
Figur 1 betrifft ein Schaltbild, das ein Beispiel einesFigure 1 relates to a circuit diagram showing an example of a
10 herkömmlichen Induktionsheizgerätes zeigt, wie es für die vorliegende Erfindung von Interesse ist. Dieser10 conventional induction heater shows how it works for the present invention is of interest. This
j 4 4 ü 3 jj 4 4 ü 3 j
Stand der Technik ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 36473/1983 beschrieben, die am 09.08.1983 veröffentlicht wurde.Prior art is in Japanese Patent Publication No. 36473/1983 which was published on 08/09/1983.
Eine Wechselspannung einer niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle 1 wird durch einen Gleichrichter-Schaltkreis 3 in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichter-Schaltkreises 3 wird an einen Inverter 5 angelegt. Der Inverter 5 enthält einen Kondensator 7, der über die Eingangsanschlüsse der vom Gleichrichterschaltkreis 3 gelieferten Gleichspannung geschaltet ist, wobei der Kondensator 7 als Glättungskondensator wirkt. Eine serielle Schaltverbindung bestehend aus einer Heizspule 9 und einem Schalttransistor 11 ist mit dem Glättungskondensator 7 verbunden. Ein Resonanz-Kondensator 13 und eine Diode 15 (fly-wheel-diode 15) sind zwischen Kollektor und Emitter des Schalttransistors 11 gelegt. Der Resonanz-Kondensator 13 bildet im Zusammenwirken mit der Heizspule 9 einen LC-Resonanzkreis.An alternating voltage from a low frequency alternating current power source 1 is through a rectifier circuit 3 converted into a DC voltage. This DC voltage at the output of the rectifier circuit 3 is applied to an inverter 5. The inverter 5 contains a capacitor 7, which has the input terminals the DC voltage supplied by the rectifier circuit 3 is switched, the Capacitor 7 acts as a smoothing capacitor. A serial connection consisting of a heating coil 9 and a switching transistor 11 is with the smoothing capacitor 7 connected. A resonance capacitor 13 and a diode 15 (fly-wheel diode 15) are between The collector and emitter of the switching transistor 11 are placed. The resonance capacitor 13 forms in cooperation with the heating coil 9 an LC resonance circuit.
Um das Ein- oder Ausschalten des Schalttransistors 11 zu steuern, ist ein Regel schaltkrei s 17 mit fünf Anschlüssen 19 a, 19 b, 21 a, 21 b und 23 vorgesehen. Die Gleichspannung des Gleichrichter-Schaltkreises 3 ist durch die Anschlüsse 19 a und 19 b an den Regelschaltkreis 17 angeschlossen. Weiter ist eine Spannung an einem Schaltpunkt, an dem die Heizspule 9 und der Schalttransistor 11 seriell verbunden sind, d. h. die Kollektorspannung des Schalttransistors 11, über den Anschluß 23 am Regel schaltkreis 17 angeschlossen. Innerhalb des Regelschaltkreises 17 werden die beiden Spannungen, die auf diese Weise abgegriffen werden, miteinander verglichen. Auf Basis dieses VergleichesTo turn the switching transistor 11 on or off to control, a control circuit s 17 with five connections 19 a, 19 b, 21 a, 21 b and 23 is provided. the DC voltage of the rectifier circuit 3 is connected to the control circuit 17 through the connections 19 a and 19 b. Next is a tension on a switching point at which the heating coil 9 and the switching transistor 11 are connected in series, d. H. the Collector voltage of the switching transistor 11 through which Terminal 23 on the control circuit 17 is connected. Within of the control circuit 17 become the two Voltages that are tapped in this way are compared with one another. Based on this comparison
wird ein Schaltimpuls zum Ein- oder Ausschalten des Schalttransistors 11 zu den Anschlüssen 21 a und 21 b ausgegeben. Genauer gesagt wird, wenn die Kollektorspannung des Anschlusses 23 kleiner wird als die DC-Spannung am Anschluß 19 a, nach einer gewissen Verzögerungszeit, die durch einen Verzögerungsschaltkreis (nicht dargestellt) erzeugt wird, der Schalttransistor eingeschaltet.is a switching pulse for switching the switching transistor 11 on or off to the terminals 21 a and 21 b issued. More specifically, it becomes when the collector voltage of the terminal 23 becomes smaller than the DC voltage at terminal 19 a, after a certain delay time, which is caused by a delay circuit (not shown) is generated, the switching transistor is switched on.
Im Zusammengang mit diesem Stand der Technik wird der Zeitpunkt des Einschaltens des Schalttransistors 11 auf Grundlage des Vergleichs zwischen zwei Spannungen geregelt. Deswegen kann ein Effekt derart erwartet werden, daß eine stabile Schwingung aufrechterhalten wird, auch wenn eine vergleichsweise große Lastveränderung vor 1i egt.In conjunction with this prior art, the time at which the switching transistor 11 is switched on is indicated Regulation based on the comparison between two voltages. Therefore, an effect can be expected such as that a stable vibration is maintained, even if a comparatively large change in load before 1i egt.
Wie auch immer, dieser vorstehend erläuterte Stand der Technik läßt noch folgendes Problem offen: Genauer gesagt, bei diesem Stand der Technik wird der Basisstrom des Schalttransistors auf Grundlage des Vergleichs der Spannung der Gleichspannungsenergiequelle mit der Kollektorspannung des Schalttransistors geregelt und deswegen wird der Schaltverlust des Schalttransistors groß, insbesondere wenn die Schwingungsfrequenz ansteigt. Noch genauer dargelegt, wenn die Schwingungsfrequenz erhöht wird, wird der Abfall der Kollektorspannung des Schalttransistors langsam, während die Größe der Gleichspannung nicht geändert wird und infolge dessen liegt der Zeitpunkt früher, an dem die Kollektorspannung kleiner wird als die Gleichspannung. Mit anderen Worten: Wenn die Frequenz höher ist, liegt der Zeitpunkt des Einschaltens des Schalttransistors früher verglichen mit dem Fall, in dem dieHowever, this prior art discussed above still leaves the following problem open: More precisely said, in this prior art, the base current of the switching transistor is determined based on the comparison the voltage of the DC power source is regulated with the collector voltage of the switching transistor and therefore the switching loss of the switching transistor becomes large, especially when the oscillation frequency increases. More specifically, when the oscillation frequency is increased, the decrease becomes the Collector voltage of the switching transistor slowly while the magnitude of the DC voltage is not changed and, as a result, the point in time is earlier when the collector voltage becomes smaller than the DC voltage. In other words, when the frequency is higher, the instant the switching transistor is switched on is earlier compared to the case where the
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Frequenz niedriger ist. An einem solchen früheren Zeitpunkt fällt die Kollektorspannung des Schalttransistors nicht weit genug ab und infolgedessen wird der Schalttransistor in einem Zustand eingeschaltet, in dem die Kollektorspannung des Schalttransistors relativ groß ist. Konsequenterweise steigt dabei ein Einschaltstrom an, der im Moment des Einschaltens des Schalttransistors fließt. Ein derartiger Einschaltstrom erzeugt einen großen Schaltverlust. Demzufolge wird beim Stand der Technik, wie er vorstehend beschrieben ist, der Schaltverlust groß und dabei die Absenkung des Wirkungsgrades ein Problem, insbesondere wenn die Schwingungsfrequenz hoch wird.Frequency is lower. At such an earlier point in time, the collector voltage of the switching transistor falls not far enough and as a result, the switching transistor is turned on in a state in which the The collector voltage of the switching transistor is relatively large is. As a consequence, an inrush current increases that flows at the moment the switching transistor is switched on. Such an inrush current is generated a large switching loss. As a result, the stand In the technique as described above, the switching loss is large and the efficiency is lowered a problem especially when the oscillation frequency becomes high.
Der Erfindung liegt deshalb die Hauptaufgabe zugrunde, ein Induktionsheizgerät zu schaffen, bei dem der Schaltverlust innerhalb eines weiteren Frequenzbereiches klein bleibt. Zur Lösung vorstehend genannter Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung die Spannung an den Anschlüssen des Regel schaltkreises mit einer davon abgeleiteten integrierten Spannung verglichen und das Ein- oder Ausschalten der Schaltvorrichtung auf Basis dieses Vergleiches gesteuert.The invention is therefore based on the main object to create an induction heater in which the Switching loss remains small within a wider frequency range. To solve the above The problem with the present invention is the voltage at the terminals of the control circuit an integrated voltage derived therefrom and the switching on or off of the switching device based on this comparison.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn die Spannung über der Schaltvorrichtung klein wird, die integrierte Spannung als Folge davon ebenfalls klein, mit anderen Worten, werden zwei Vergleichsspannungen in gleicher Hinsicht variiert als Folge einer Vorbedingung beispielsweise der Schwingungsfrequenz oder der Spannung über den Anschlüssen der Schaltvorrichtung. Deswegen kann bei-In the context of the present invention, when the voltage across the switching device becomes small, the integrated voltage becomes small as a result, in other words, two equivalent voltages become small in the same respect, for example, the varies as a result of a precondition Oscillation frequency or the voltage across the connections of the switching device. Therefore, both
spiesweise sogar für den Fall, bei dem die Schwingungsfrequenz des Inverters hoch wird, das Schaltelement eingeschaltet werden, nachdem die Spannung über den Terminal des Schaltelementes genügend klein geworden ist. Infolgedessen kann der Einschaltstrom minimiert werden, der beim Einschalten des Schaltelementes fließt und als weitere Folge kann der Schaltverlust zur Steigerung des Wirkungsgrades minimiert werden. So wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Induktionsheizgerät erhalten, das auf stabile Weise die Ausgangsleistung innerhalb eines weiteren Schwingungsfrequenzbereiches des Inverters regelt - verglichen mit dem Heizgerät nach dem vorveröffentlichten Stand der Technik -.Sometimes even in the case where the oscillation frequency of the inverter becomes high, the switching element be switched on after the voltage is over the Terminal of the switching element has become sufficiently small is. As a result, the inrush current that flows when the switching element is switched on can be minimized and as a further consequence, the switching loss can increase the efficiency can be minimized. Thus, in connection with the present invention, there is an induction heater get the output power in a stable manner regulates within a further oscillation frequency range of the inverter - compared to the heater according to the previously published status of Technology -.
Genauer gesagt wird in einem Fall, in dem eine niederfrequente Wechselspannungs-Engergiequel1e mit hoher Spannung Anwendung findet, der Schaltverlust größer bei Anwendung des erwähnten Standes der Technik. Beispielsweise beträgt der Spitzenwert der Kollektorspannung des Schalttransistors 700 V, wenn die Spannung der niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle bei 100 V liegt und der Spitzenwert demnach 141 V ist; der Spitzenwert der Kollektorspannung wird etwa 1400 V in dem Fall, in dem die Spannung der niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle 200 V beträgt und die Spitzenspannung demzufolge 282 V ist. Wenn die Spannung der niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle noch größer wird, beispielsweise 220 V, 240 V, ..., wird der Spitzenwert der Kollektorspannung sogar noch größer. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt gibt es keine Schalttransistoren, die derart hohe Spannung aushalten, demzufolge muß die hohe Spitzenspannung auf beispielsweise 1200 V reduziert werden. Als Konsequenz davon wird das relative Verhält-More specifically, in a case where a low-frequency AC power source with high Voltage is applied, the switching loss is greater when Application of the mentioned prior art. For example, the peak value of the collector voltage is des Switching transistor 700 V when the voltage of the low-frequency AC power source is 100 V. and the peak value is therefore 141 V; the peak value of the collector voltage becomes about 1400 V in the case in which is the voltage of the low frequency AC power source Is 200V and the peak voltage is therefore 282V. When the voltage of the low frequency AC power source gets even bigger, for example 220 V, 240 V, ..., becomes the peak value the collector voltage is even greater. At the present time there are no switching transistors that Withstand such a high voltage, consequently the high peak voltage must be reduced to 1200 V, for example will. As a consequence, the relative ratio
nis der Spannung der niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle zur Kollektorspannung geändert. Andererseits ist der Dämpfungsfaktor der Spannungsschwingung konstant unabhängig von deren Spitzenwert. Je größer die Spannung der niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle beim Stand der Technik wird, umso früher liegt der Zeitpunkt, an dem die Spannungsschwingung, nämlich die Kollektorspannung unter diese abfällt. Deswegen wird der Einschaltstrom, der durch den Schalttransistor fließt, noch größer. In Anwendung der vorliegenden Erfindung können die beiden Vergleichsspannungen unter eben derselben Bedingung reduziert werden, da die beiden Vergleichsspannungen vom selbem Schaltpunkt abgegriffen werden. So kann der Schaltverlust, auch bei.nis the voltage of the low frequency AC power source changed to the collector voltage. on the other hand is the damping factor of the voltage oscillation constant regardless of their peak value. The greater the voltage of the low frequency AC power source in the prior art, the earlier the point in time at which the voltage oscillation occurs, namely the collector voltage drops below this. Therefore, the inrush current generated by the switching transistor flows, even bigger. In applying the present invention, the two equivalent voltages can be below the same condition can be reduced, since the two comparison voltages are tapped from the same switching point will. So can the switching loss, even with.
einer niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle unabhängig von deren Spannung minimiert werden.independent of a low frequency AC power source from their tension are minimized.
Darüber hinaus wird die Schwingung beim vorher erwähnten Stand der Technik unter dem Einfluß der Heizspule in dem Fall gestoppt, in welchem die Wechselspannung der Gleichspannung überlagert wird und insbesondere die Ausgangsleistung klein ist. Genauer gesagt wird beim Stand der Technik die Kollektorspannung abhängig von der Variation der Wechselspannung mit einer von der Heizspule abhängigen Verzögerungszeit variiert, da die Heizspule zwischen dem Anschluß, an welchem die Gleichspannung abgegriffen wird und dem Anschluß, von welchem die Kollektorspannung des Schalttransistors abgegriffen wird, liegt. Aus diesem Grunde wird eine optimale Belastungsbedingung im Hinblick auf solch eine Zeitabweichung festgelegt; wie auch immer, für den Fall, in dem die Induktivität der Heizspule durch eine Änderung der Last variiert wird, nämlich durch das Material des Kochgeschirrs o. dgl. und insbesondere in dem Fall, inIn addition, in the aforementioned prior art, the vibration becomes under the influence of the heating coil stopped in the case where the alternating voltage the DC voltage is superimposed and in particular the Output power is small. To be more precise, the Prior art the collector voltage depending on the variation of the alternating voltage with one of the Heating coil dependent delay time varies as the Heating coil between the connection at which the DC voltage is tapped and the connection from which the collector voltage of the switching transistor is tapped is, lies. Because of this, it becomes an optimal loading condition set in view of such a time discrepancy; anyway, just in case the inductance of the heating coil is varied by changing the load, namely by the material of the Cookware o. The like. And especially in the case in
AvAv
dem die Schwingungsfrequenz hoch ist, d. h. die Ausgangsleistung ist klein, wird die Phase zwischen dem Talpunkt (valley point) der Wechselspannung und dem Talpunkt (valley point) der Kollektorspannung in höherem Maße als vorher vorgesehen verändert und an diesem Punkt die Schwingung des Inverters gestoppt. Mit anderen Worten wird beim Stand der Technik in dem Fall, in dem die Last von idealen Lastbedingungen abweicht, ein veränderbarer Ausgangsleistungsbereich mit einer stabilen Schwingung manchmal klein.where the oscillation frequency is high, d. H. the output power is small, the phase between the valley point of the AC voltage and the Valley point of the collector voltage in higher Dimensions changed as previously planned and at this point the oscillation of the inverter stopped. With others In the prior art, words are used in the case where the load deviates from ideal load conditions changeable output power range with a stable Vibration sometimes small.
In Anwendung der vorliegenden Erfindung wird in gegenteiliger Weise kein durch die Heizspule ausgelöster Effekt beobachtet, da sowohl die Spannung über den Anschlüssen des Schaltelementes als auch die integrierte Spannung vom selben Schaltpunkt abgegriffen werden und dementsprechend keine Phasenabweichung zwischen den beiden Vergleichsspannungen existiert. Infolge dessen kann in Anwendung der vorliegenden Erfindung ein stabiles Regel- oder Einstellverhalten bis zu kleineren Ausgangsleistungsstufen erreicht werden, auch wenn die Wechselspannung der Gleichspannung überlagert wi rd.Conversely, when practicing the present invention, none is triggered by the heating coil Effect observed because both the voltage across the terminals of the switching element and the integrated Voltage can be tapped from the same switching point and accordingly no phase deviation between the two equivalent stresses exists. As a result in the application of the present invention, this can result in a stable control or setting behavior down to smaller Output power levels can be achieved, too when the AC voltage is superimposed on the DC voltage will.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform wird das Schaltelement mit einer gewisseren Ver- zögerungszeit eingeschaltet, nachdem die Spannung über den Anschlüssen des Schaltelementes kleiner als die integrierte Spannung wird. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform kann das Schaltelement in einem Zustand eingeschaltet werden, in welchem die Spannung über den Anschlüssen klein bzw. nahezu bei "Null" liegt, weswegen der Schaltverlust weiter reduziert werden kann.In accordance with a preferred embodiment, the switching element with a certain ver delay time turned on after the voltage is over the connections of the switching element smaller than the integrated voltage becomes. According to the present embodiment, the switching element can be in one State in which the voltage above the connections is small or almost at "zero", which is why the switching loss is further reduced can be.
% - 3 4 A b b 3 % - 3 4 A bb 3
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsfortn wird die vorstehend erwähnte Verzögerungszeit abhängig von der Größe der Spannung über den Anschlüssen des Schaltelementes verändert. Genauer gesagt wird die Verzögerungszeit verkürzt, wenn die Spannung über den Anschlüssen groß ist und verlängert, wenn die Spannung über den Anschlüssen klein ist.According to another preferred embodiment, the The above-mentioned delay time depends on the magnitude of the voltage across the connections of the switching element changes. More specifically, the delay time is shortened when the voltage across the terminals is large and elongates when the voltage across the terminals is small.
Andererseits hat das nachhinkende Ende (trailing end) der Spannung über den Anschlüssen des Schaltelementes eine scharfe abfallende Flanke, wenn die Spannung groß ist. Der Abfall wird hingegen langsam (die abfallende Flanke wird flach), wenn der Betrag der Spannung klein ist. Entsprechend kann durch Veränderung der Verzögerungszeit abhängig vom Betrag der Spannung über den Anschlüssen in Anwendung dieser bevorzugten Ausführungsform das Schaltelement zuverlässig in Nullpunktsnähe der Spannung über den Anschlüssen eingeschaltet werden, weswegen der Schaltverlust noch kleiner gemacht werden kann. Diese Tatsachen, sowie andere Gegenstände, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende detailierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter verdeutlicht, wenn sie in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen zur Kenntnis genommen werden. On the other hand, the trailing end of the voltage has over the connections of the switching element a sharp falling edge when the tension is high. The fall, on the other hand, becomes slow (the falling Edge becomes flat) when the amount of tension is small. Correspondingly, by changing the delay time depending on the amount of voltage across the connections when using this preferred embodiment the switching element is reliably switched on in the vicinity of the zero point of the voltage across the connections which is why the switching loss is made even smaller can be. These facts, as well as other objects, features, aspects, and advantages of the present invention are understood by the following detailed description of the embodiments of the present invention further clarified when they are noted in connection with the associated drawings.
Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren
Die Figuren zeigen: Brief description of the drawing figures
The figures show:
Fig. 1 ein Schaltschema eines Beispieles eines herkömmlichen Induktionsheizgerätes, wie es für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist,Fig. 1 is a circuit diagram of an example of a conventional one Induction heating device, as it is important for the present invention,
Fig. 2 ein Schaltschema einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,2 shows a circuit diagram of a first embodiment of the present invention,
Fig. 3 ein Blockdiagramm zur detaillierten Erläuterung des Regel schaltkreises der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform,Fig. 3 is a block diagram for detailed explanation the control circuit of the embodiment shown in Fig. 2,
Fig. 4 ein Schaltschema zur Darstellung eines Beispieles der Spannungsvergleicher-Schaltung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist,4 is a circuit diagram to illustrate an example of the voltage comparator circuit, as shown in Fig. 3,
Fig. 5 ein Schaltschema zur Darstellung eines Bei-Spieles eines Verzögerungsschaltkreises wie er in Fig. 3 dargestellt ist,Fig. 5 is a circuit diagram to illustrate an example game a delay circuit as shown in Fig. 3,
Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des Schaltkreises in Fig. 5,FIG. 6 is a graphic illustration for explaining the mode of operation of the circuit in FIG. 5,
Fig. 7 ein Schaltschema zur Darstellung einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Verzögerungsschaltkreises, 7 is a circuit diagram to show another exemplary embodiment of the delay circuit;
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Wellenform zur Erläuterung der Funktion des Schaltkreises in Fig. 7,Fig. 8 is a waveform graph showing the operation of the circuit in Fig. 7,
Fig. 9 ein Schaltschema zur Darstellung eines Beispieles einer Ansteuerschaltung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist,9 is a circuit diagram to illustrate an example of a control circuit as shown in FIG Fig. 3 is shown,
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Wellenform zur Erläuterung der Ausführungsform gemäß Fig. 2,10 is a waveform diagram for explaining the embodiment of FIG Fig. 2,
Fig. 11 eine WeI1enformgraphik, die einen ZustandFig. 11 is a waveform graph showing a state
verdeutlicht, in welchem die Spannung überclarifies in what the tension is about
den Anschlüssen des Schaltelementes durchthrough the connections of the switching element
Einwirkung einer niederfrequenten Wechselspannungs-Energiequelle moduliert wird.Exposure to a low-frequency alternating voltage energy source is modulated.
Das in Figur 2 gezeigte Schaltbild zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur 2 werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie für ähnliche Elemente in Figur 1, weswegen eine detailierte Beschreibung derselben weggelassen ist.The circuit diagram shown in Figure 2 shows a first embodiment of the invention. In this figure 2 are the same reference numerals are used as for similar elements in FIG. 1, which is why a detailed description is provided the same is omitted.
Eine Spule (choke coil 25) ist zwischen den Gleichrichterschal tkrei s 3 und den Glättungskondensator 7 geschaltet, der zum Inverter 5 gehört. Ein Stromtransformator 27 ist zwischen die niederfrequente Wechselspannungs-EngergiequelIe 1 und den Gleichrichterschaltkreis geschaltet, eine Ausgangsspannung dieses Stromtransformators 27 wird in eine Gleichspannung durch einen weiteren Gleichrichterschaltkreis 31 umgewandelt und zu einem Anschluß 33 eines Regel schaltkreises 35 geführt. Eine Vorrichtung 31 a zur Spannungsverstellung, die beispielsweise ein Potentiometer o. ä. enthält, ist am Gleichrichterschaltkreis 31 zur Einstellung der Größe der Ausgangsgleichspannung in geeigneter Weise vorgesehen. A coil (choke coil 25) is connected between the rectifier circuit 3 and the smoothing capacitor 7, which belongs to the inverter 5. A current transformer 27 is between the low-frequency alternating voltage energy source 1 and the rectifier circuit switched, an output voltage of this current transformer 27 is converted into a DC voltage by another Rectifier circuit 31 converted and to a terminal 33 of a control circuit 35 out. A device 31 a for voltage adjustment that For example, a potentiometer o. Ä. Contains is on Rectifier circuit 31 for adjusting the size the output DC voltage is provided in a suitable manner.
Der Regelschaltkreis 35 weist ferner Anschlüsse 37, 39, 41 a und 41 b auf. Der Anschluß 37 ist mit Masse oder einem Referenzpotential verbunden. Der Anschluß 39 ist mit dem Schaltpunkt verbunden, an welchem die Heizspule 9 und das Schaltelement 11 (Schalttransistor 11)The control circuit 35 also has connections 37, 39, 41 a and 41 b. The connection 37 is to ground or connected to a reference potential. Terminal 39 is connected to the switching point at which the heating coil 9 and the switching element 11 (switching transistor 11)
I*- 3U5538I * - 3U5538
/IH/ IH
seriell miteinander verbunden sind, durch diesen Anschluß 39 wird die Spannung über den Anschlüssen des Schaltelementes 11 (Schalttransistor 11) zugeführt. Ein Schaltsignal zum Ein- oder Ausschalten des Schalttransistors wird durch die Anschlüsse 41 a und 41 b ähnlich den Anschlüssen 21 a und 21 b in Figur 1 ausgegeben.are connected in series, through this terminal 39, the voltage across the terminals of the Switching element 11 (switching transistor 11) supplied. A Switching signal for switching the switching transistor on or off is similar through the connections 41 a and 41 b the connections 21 a and 21 b in Figure 1 output.
In groben Zügen dargestellt, greift der Regelschaltkreis 35 die Spannung über den Anschlüssen des Schalttransistors durch die Anschlüsse 39 und 37 ab und erzeugt eine integrierte Spannung (den Spannungsmittelwert) dieser Spannung über den Anschlüssen, vergleicht diese beiden Spannungen miteinander und gibt einen Schaltimpuls an die Anschlüsse 41 a und 41 b mit einer gewissen Verzögerungszeit ab, nachdem die ersterwähnte Spannung kleiner geworden ist als die später erwähnte Spannung. Infolge davon wird das Schaltelement (der Schalttransistor 11) durchgeschaltet. Für das Schaltelement 11 kann ferner ein bipolarer Transistor (bipolar transistor), ein metall-oxid Halbleiter-Feldeffekt-Transistör (metal-oxide semiconuctor fieldeffect transistor), ein statischer induktiver Transistor (static induction transistor), ein "gate turn off"-Transistör oder ein ähnlicher Transistor verwendet werden, die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, für welchen ein NPN-Transistör für das Schaltelement 11 Verwendung findet.In broad outline, the control circuit 35 picks up the voltage across the connections of the switching transistor through terminals 39 and 37 and generates an integrated voltage (the voltage mean value) this voltage across the terminals, compares these two voltages with each other and gives one Switching pulse to the terminals 41 a and 41 b with a a certain delay time after the first-mentioned voltage has become smaller than that mentioned later Tension. As a result, the switching element (the Switching transistor 11) switched through. For the switching element 11 can also be a bipolar transistor (bipolar transistor), a metal-oxide semiconductor field effect transistor (metal-oxide semiconuctor fell deffect transistor), a static inductive transistor (static induction transistor), a "gate turn off" transistor or a similar transistor is used The following description refers to the case in which an NPN transistor is used for the Switching element 11 is used.
Figur 3 zeigt den Aufbau des Regelschaltkreises 35. Beide Anschlüsse 37 und 39 des Regel schal tkrei ses 35 sind an einen Spannungsdetektor-Schaltkreis 43 und an einen Spannungsvergleicher-Schaltkreis 45 angeschlossen. Im Spannungsdetektor-Schaltkreis 43 wird der Betrag der Kollektorspannung, nämlich der Spannung zwi-FIG. 3 shows the structure of the control circuit 35. Both connections 37 and 39 of the control circuit 35 are connected to a voltage detector circuit 43 and a voltage comparator circuit 45 is connected. In the voltage detector circuit 43, the amount the collector voltage, namely the voltage between
sehen Kollektor und Emitter des Schalttransistors erfaßt, die am Anschluß 39 anliegt. Der Ausgang dieses Spannungsdetektor-Schaltkreises 43 ist an einen Verzögerungsschaltkreis 47 geführt. Der Spannungsverglei cher-Schaltkreis 45 vergleicht die KoIl ektorspannung (die Spannung zwischen Kollektor und Emitter) des Schalttransistors 11, die am Anschluß 39 anliegt mit der integrierten Spannung, die durch einen Integrationsschaltkreis (Figur 4) erzeugt wird.see collector and emitter of the switching transistor detected, which is present at connection 39. The output of this voltage detector circuit 43 is to a delay circuit 47 led. The voltage comparator circuit 45 compares the collector voltage (the voltage between collector and emitter) of the Switching transistor 11, which is applied to terminal 39 with the integrated voltage generated by an integration circuit (Figure 4) is generated.
Genauer ausgeführt, enthält der Spannungsvergleicher-Schaltkreis 45, wie er in Figur 4 dargestellt ist, zwei Spannungsteiler 51 und 53, die die Kollektorspannung des Schalttransistors 11 vom Anschluß 39 abgreifen. Der Spannungsteiler 51 enthält Widerstände 51 a und 51 b, die seriell zwischen Anschluß 39 und Anschluß 37 angeschlossen sind, weiter ist eine Zehnerdiode 51 c parallel zum Widerstand 51 b angeschlossen. Diese Zehnerdiode 51 c sorgt dafür, daß die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 51 nicht größer als ein vorbestimmter Wert wird. Der andere Spannungsteiler 53 besteht aus Widerständen 53 a und 53 b, die seriell zwischen dem Anschluß 39 und dem Anschluß 37 angeschlossen sind, der Ausgang dieses Spannungsteilers 53 ist an einen Integrationsschaltkreis 55 angeschlossen.More specifically, includes the voltage comparator circuit 45, as shown in Figure 4, two voltage dividers 51 and 53, which the collector voltage of the switching transistor 11 from the terminal 39. Of the Voltage divider 51 contains resistors 51 a and 51 b, which are connected in series between terminal 39 and terminal 37, a Zener diode 51 c is also connected in parallel with resistor 51 b. This Zener diode 51 c ensures that the output voltage of the voltage divider 51 is not greater than a predetermined one Value will. The other voltage divider 53 consists of resistors 53 a and 53 b, which are in series between the Terminal 39 and the terminal 37 are connected, the The output of this voltage divider 53 is to an integration circuit 55 connected.
Der Integrationsschaltkreis 55 enthält einen Widerstand 55 a und einen weiteren Widerstand 55 b, die seriell miteinander verschaltet sind, um die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 53 weiter zu teilen. Danach ist ein Kondensator 55 c parallel zum Widerstand 55 b angeschlossen. Weiter ist eine Zehnerdiode 55 d mit dem Ausgang des Integrationsschaltkreises 55 verbunden. Diese Zehnerdiode 55 d arbeitet im Normalfall alsThe integration circuit 55 includes a resistor 55 a and a further resistor 55 b, which are connected in series to the output voltage of the voltage divider 53 to divide further. Thereafter, a capacitor 55 c is connected in parallel with the resistor 55 b. A Zener diode 55 d is also connected to the output of the integration circuit 55. This zener diode 55 d normally works as
Schutzelement, um sicherzustellen, daß die integrierte Spannung kleiner als die Kollektorspannung ist. Der Ausgang des Spannungsteilers 51 ist mit einem (-!Eingang eines Vergleichers 57, der Ausgang des Integrationsschaltkreises 55 mit einem Pulseingang des Komperators 57 verbunden. Somit wird im Spannungsverglei cherschaltkreis 45 die am Anschluß 39 anliegende Kollektorspannung des Transistors 11 mit der integrierten Spannung der Kollektorspannung verglichen, welchletztere durch den Integrationsschaltkreis 55 erzeugt wird. Folglich gibt der Vergleicher 57 an seinem Ausgang ein Signal hohen Pegels ab, wenn die Kollektorspannung, die am (-)Eingang anliegt, kleiner wird als die am (+!Eingang anliegende integrierte Spannung. Wenn die Spannung am (-)Eingang größer als die Spannung am (+!Eingang ist, wird vom Vergleicher 57 ein Signal niederen Pegels (0 Volt) ausgangssei tig abgegeben. Der Ausgang dieses Vergleichers 57, nämlich des Spannungsvergleicherschaltkreises 45 ist an den Verzögerungsschaltkreis 47 geführt.Protective element to ensure that the integrated Voltage is less than the collector voltage. The output of the voltage divider 51 is connected to a (-! Input a comparator 57, the output of the integration circuit 55 is connected to a pulse input of the comparator 57. Thus, in the voltage comparator circuit 45 the collector voltage of the transistor 11 present at the terminal 39 with the integrated Voltage compared to the collector voltage, which latter is generated by the integration circuit 55. Consequently, the comparator 57 inputs at its output Signal high level off when the collector voltage that is applied to the (-) input, becomes smaller than the integrated voltage applied to the (+! input. If the voltage at the (-) input is greater than the voltage at the (+! input), the comparator 57 outputs a low-level signal (0 volts) delivered on the output side. The output of this comparator 57, namely the voltage comparator circuit 45 is to delay circuit 47 guided.
Figur 5 zeigt den Verzögerungsschaltkreis 47 im Detail. In dieser Figur 5 enthält der Verzögerungsschaltkreis 47 einen Widerstand 47 a, der die Ausgangsspannung vom Spannungsdetektorschaltkreis 43 enthält, eine Seite dieses Widerstandes 47 a ist mit dem Ausgang des Vergleichers 57 des Vergleicherschaltkreises (Figur 4) verbunden, weiter ist der Ausgang dieses Vergleichers 57 zu einem Anschluß eines Kondensators 47 b gelegt. Der andere Anschluß dieses Kondensators 47 b ist durch einen Widerstand 47 c geerdet, sowie durch eine Widerstand 47 d mit einem Treiberschaltkreis 49 verbunden.Figure 5 shows the delay circuit 47 in detail. In this Figure 5, the delay circuit 47 contains a resistor 47 a, which the output voltage from Voltage detector circuit 43 contains, one side of this resistor 47 a is connected to the output of the comparator 57 of the comparator circuit (Figure 4) connected, further the output of this comparator 57 is connected to a terminal of a capacitor 47 b. The other terminal of this capacitor 47 b is grounded through a resistor 47 c and a resistor 47 d connected to a driver circuit 49.
* - 344553S* - 344553S
AT-AT-
Der Spannungsdetektorschaltkreis 43, wie er in Figur 5 dargestellt ist, enthält Widerstände 43 a und 43 b, die seriell miteinander zwischen dem Anschluß 39 und dem Anschluß 37 verbunden sind und somit einen Spannungsteiler für die Vergleichsspannung bilden. Ein Kondensator 43 c ist parallel zum Widerstand 43 b geschaltet. Dementsprechend liegt am Ausgang des Spannungsdetektorschaltkreises 43 eine Spannung mit einem Betrag vor, der dem Betrag der Kollektorspannung des Schalttransistors 11 folgt, die am Anschluß 39 anliegt. Sodann wird diese Ausgangsspannung, wie vorstehend bereits beschrieben, an den Ausgang des Vergleichers 57 gelegt, der in der Spannungsvergleicherschaltung enthalten ist, nämlich über den Widerstand 47 a an den Kondensator 47The voltage detector circuit 43 as shown in FIG is shown, contains resistors 43 a and 43 b, the serially with each other between the terminal 39 and the Terminal 37 are connected and thus form a voltage divider for the comparison voltage. A capacitor 43 c is connected in parallel to resistor 43 b. Accordingly, there is at the output of the voltage detector circuit 43 a voltage with an amount which corresponds to the amount of the collector voltage of the switching transistor 11 follows, which is applied to the connection 39. This output voltage is then, as already mentioned above described, applied to the output of the comparator 57, which is contained in the voltage comparator circuit, namely via the resistor 47 a to the capacitor 47
b. Der Vergleicher 57 hat einen offenen Kollektor (is of an open collector type), sein Ausgang ist mit dem Ausgang des Spannungsdetektorschaltkreises 43 über den Widerstand 47 a zusammengelegt. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung dieses Vergleichers 57 abhängig vom Betrag der Ausgangsspannung des Spannungsdetektorschaltkreises 43 verändert, d. h. abhängig von der Größe der Kollektorspannung des Schalttransisi tors Il (Fig. 2). Wenn die Kollektorspannung groß ist, wird der Pegel der Ausgangsspannung des Vergleichers 57 ebenfalls groß und die Spannung des Differenzialkondensators 47 b steigt entsprechend schnell an. Demzufolge ist die Zeitspanne kurz, in der die Differenz!al spannung einen gewissen Schwellwert erreicht. In Umkehrung dazu ist die Zeitspanne, in der die Differenz!alspannung des Di fferenzial kondensators 47 besagten Schwellwert erreicht, dann lang, wenn die Kollektorspannung relativ klein ist. Der Zeitunterschied, in welchem der erwähnte Schwellwert erreicht wird, liegt als Verzögerungszeitunterschied in dem Verzögerungsschaltkreis 47b. The comparator 57 has an open collector (is of an open collector type), its output is with the Output of the voltage detector circuit 43 through the Resistance 47 a merged. Accordingly, will the output voltage of this comparator 57 depends on the magnitude of the output voltage of the voltage detector circuit 43 changed, d. H. depending on the size of the collector voltage of the Schalttransisi sector Il (Fig. 2). When the collector voltage is high, the will The level of the output voltage of the comparator 57 is also high and the voltage of the differential capacitor 47 b increases accordingly quickly. As a result, the period of time in which the difference! Al voltage reached a certain threshold. Conversely, is the time span in which the difference! As voltage of the differential capacitor 47 said threshold value reached, then long when the collector voltage is relatively small. The time difference in which the mentioned threshold value is reached, lies as a delay time difference in the delay circuit 47
AiAi
vor. Unter Bezugnahme auf Figur 6 nimmt eine Verzögerungszeit Td des Verzögerungsschaltkreises 47 einen Wert Td 1 an, wenn die Kollektorspannung am Anschluß 39 groß ist und wird Td 2 (Td 2 größer Td 1) wenn die Kollektorspannung klein ist, d. h. die Verzögerungszeit des Verzögerungsschaltkreises 47 wird abhängig vom Betrag der KoIlektorspannung des Schalttransistors 11 verändert, die am Anschluß 39 anliegt.before. Referring to Figure 6, a delay takes time Td of the delay circuit 47 has a value Td 1 when the collector voltage at the terminal 39 is large and becomes Td 2 (Td 2 greater than Td 1) when the collector voltage is small, i.e. H. the delay time of the delay circuit 47 is dependent on Amount of the capacitor voltage of the switching transistor 11 changed, which is applied to the terminal 39.
Der Verzögerungsschaltkreis 47 kann entsprechend der Darstellung in Figur 7 aufgebaut sein. In diesem in Figur 7 gezeigten Beispiel wird die Kollektorspannung vom Anschluß 39 auf den Spannungsdetektorschaltkreis 43 gegeben, der entsprechend dem in Figur 5 ausgebildet ist. Andererseits ist der Ausgang des Vergleichers 57, der in der Spannungsvergleicherschaltung 45 enthalten ist, durch den Inverter 47 i und an einen Integrationskondensator 47 e gegeben. Sodann wird die Spannung dieses Kondensators 47 e auf den (-)Eingang eines Vergleichers 47 f gelegt, wohingegen die Ausgangsspannung des Spannungsdetektorschaltkreises 43 mit dem (+)Eingang dieses Vergleichers 47 f verbunden ist. Dieser Vergleicher 47 f wird ebenso wie der Vergleicher 57 durch einen offenen Kollektortyp-Vergleicher gebildet, sein Ausgang ist mit einer Spannung Vcc über einen Widerstand 47 a verbunden. Der Widerstand 47 a, der Kondensator 47 b, der Widerstand 47 c und der Widerstand 47 d bilden einen Differenz!al schaltkreis ähnlich dem Schaltkreis in Figur 5. Dementsprechend wird ein Differenzial puls zum Ausgang des Verzögerungsschaltkreises 47 geführt.The delay circuit 47 can according to FIG Representation in Figure 7 be constructed. In this example shown in Figure 7, the collector voltage from terminal 39 to voltage detector circuit 43 given, which is designed in accordance with that in FIG. On the other hand, the output of the comparator 57, contained in the voltage comparator circuit 45 is given by the inverter 47 i and to an integration capacitor 47 e. Then the tension this capacitor 47 e is placed on the (-) input of a comparator 47 f, whereas the output voltage of the voltage detector circuit 43 to the (+) input this comparator 47 f is connected. This comparator 47 f, like the comparator 57 formed by an open collector type comparator, its output is connected to a voltage Vcc via a resistor 47 a. The resistance 47 a, the Capacitor 47 b, resistor 47 c and resistor 47 d form a difference! Al circuit similar the circuit in Figure 5. Accordingly, a differential pulse to the output of the Delay circuit 47 out.
In einem Schaltungsaufbau, wie er in Figur 7 gezeigt ist, stellen sich die Verhältnisse am Ausgang des Spannungsvergleichers 57 entsprechend Figur 8 A dar. Als Folge davon verläuft die Spannung des Integrationskondensator 47 e wie in Figur 8 B gezeigt ist. Figur 8 C zeigt die Ausgangsspannung des Spannungsdetektorschaltkreises 43 und Figur 8 D zeigt die Verhältnisse am Ausgang des Spannungskomperators 47 f. Wenn die Kollektorspannung des Schalttransistors 11, nämlich die Spannung vom Anschluß 39 relativ groß ist, wie das durch eine durchgezogene Linie in Figur 8 C dargestellt ist, dann steigt der Ausgang (das Ausgangssignal) des Vergleichers 47 f zu einem Zeitpunkt T 1 an, wie in Figur 8 (D) dargestellt. Wenn hingegen das Ausgangssignal des Spannungsdetektorschaltkreises 43 relativ klein ist, wie das durch die gestrichelte Linie in Figur 8 dargestellt ist, erreicht die Spannung des Integrationskondensators 47 e den Schwellwert relativ später und infolgedessen steigt das Ausgangssignal des Spannungskomparators 47 f zu einem Zeitpunkt T 2 in Figur 8 D an.In a circuit structure as shown in FIG is the conditions at the output of the voltage comparator 57 corresponding to FIG. 8A. As a result, the voltage of the integration capacitor runs 47 e as shown in Figure 8B. Figure 8C shows the output voltage of the voltage detector circuit 43 and FIG. 8 D shows the conditions at the output of the voltage comparator 47 f Collector voltage of the switching transistor 11, namely the Voltage from terminal 39 is relatively large, as shown by a solid line in Figure 8C is, then the output (the output signal) of the comparator 47 f rises at a time point T 1, as in FIG Figure 8 (D). On the other hand, when the output of the voltage detector circuit 43 is relatively small is, as shown by the broken line in Figure 8, reaches the voltage of the integration capacitor 47 e the threshold value relatively later and as a result the output signal of the voltage comparator rises 47 f at a point in time T 2 in FIG. 8 D.
Wenn somit die Ausgangsspannung des Spannungsdetektorschaltkreises 43, nämlich die Kollektorspannung relativ groß ist, wird eine Zeitspanne Td 1 zwischen t 0 und t 1 in Figur 8 D durch eine Verzögerungszeit verzögert. Wenn hingegen die Kollektorspannung relativ klein ist, wird eine Zeitspanne Td 2 zwischen t 0 und t 2 in Figur 8 D verzögert. Wenn zum Beispiel bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Ausgangsleistung des Gerätes maximal ist, beträgt die Kollektorspannung 700 V pp., wenn hingegen die Ausgangsleistung minimal ist, beträgt die KoIlektorspannung 300 V pp. In diesem Fall wird die Verzögerungszeit im Verzögerungsschalt-Thus, when the output voltage of the voltage detector circuit 43, namely the collector voltage relative is large, a time period Td 1 between t 0 and t 1 in FIG. 8D is delayed by a delay time. If, on the other hand, the collector voltage is relatively small, a period of time Td 2 between t 0 and t 2 in Figure 8D is delayed. If, for example, in the case of the one shown in FIG illustrated embodiment the output power of the device is maximum, the collector voltage is 700 V pp., If, however, the output power is minimal is, the collector voltage is 300 V pp. In this Case, the delay time in the delay switching
- w - 3U5538 - w - 3U5538
kreis 37 in vorbeschriebener Weise abhängig von einer derartigen Änderung der Kollektorspannung von einer Microsekunde zu drei Microsekunden geändert.circle 37 in the manner described above depending on one such change in collector voltage changed from one microsecond to three microseconds.
In Figur 9 ist ein Schaltbild dargestellt, das den in Figur 3 angedeuten Treiberschaltkreis zeigt. Der Treiberschal tkrei s 49 enthält ein RS-Flip-Flop 49 a, der Di fferenzialimpul s des Verzögerungsschaltkreises 47 wird auf einen Setzeingang (S) durch den Inverter 49 f eingegeben. Ein Widerstand 49 b und ein Kondensator 49 d sind seriell zwischen eine Spannung Vcc und eine Referenzspannung geschaltet, die Anschlußspannung des Kondensators 49 d wird auf den (-)Eingang eines Vergleichers 49 c gegeben. Weiterhin wird die Gleichspannung des Gleichrichterschaltkreises 31 (Figur 1) über den Anschluß 33 auf den (+)Eingang des Vergleichers 49 c gelegt. Dieser Vergleicher 49 c ist ein Vergleicher mit offenem Kollektor ähnlich dem vorerwähnten Vergleicher 57. Sein Ausgang ist mit der Spannung Vcc über einen Widerstand 49 g einerseits und andererseits zum Reset-Eingang R des vorerwähnten Flip-Flop 49 a geschaltet. Ein nicht invertierender Ausgang Q des Flip-Flop 49 a ist mit der Basis des Schalttransistors 11 (Figur 2) über den Anschlußpunkt 41 a verbunden. Ein invertierender Ausgang Q1 des Flip-Flops 49 ist an die Basis eines Transistors 49 e angeschlossen, der parallel zum Kondensator 49 d geschaltet ist.FIG. 9 shows a circuit diagram which shows the driver circuit indicated in FIG. The driver circuit tkrei s 49 contains an RS flip-flop 49 a, the Di fferenzialimpul s of the delay circuit 47 is input to a set input (S) through the inverter 49 f. A resistor 49 b and a capacitor 49 d are connected in series between a voltage Vcc and a reference voltage, the connection voltage of the capacitor 49 d is applied to the (-) input of a comparator 49 c. Furthermore, the DC voltage of the rectifier circuit 31 (Figure 1) is applied via the terminal 33 to the (+) input of the comparator 49c. This comparator 49 c is an open collector comparator similar to the aforementioned comparator 57. Its output is connected to the voltage Vcc via a resistor 49 g on the one hand and on the other hand to the reset input R of the aforementioned flip-flop 49 a. A non-inverting output Q of the flip-flop 49 a is connected to the base of the switching transistor 11 (Figure 2) via the connection point 41 a. An inverting output Q 1 of the flip-flop 49 is connected to the base of a transistor 49 e, which is connected in parallel to the capacitor 49 d.
Wenn ein Di fferenzialimpuls vom Verzögerungsschaltkreis 47 abgegeben wird, wird das Flip-Flop 49 a gesetzt und der nicht invertierende Ausgang Q des Flip-Flop geht hoch. Infolge davon wird auf die Basis des Schalttransistors 11 ein Basisstrom gegeben und der Schalttransistor dadurch eingeschaltet. Während der Einschalt-When a differential pulse from the delay circuit 47 is issued, the flip-flop 49 a is set and the non-inverting output Q of the flip-flop goes high. As a result, a base current is given to the base of the switching transistor 11 and the switching transistor thereby switched on. During the switch-on
periode des Schalttransistors 11 fließt ein Strom vom Gleichrichterschaltkreis 3 in die Heizspule 9 (Figur 2). Infolge davon fließt auch ein Strom durch den Stromtransformator 27 und eine gewisse Spannung wird am Ausgang des Gleichrichterschaltkreises 31 erzeugt. Die Ausgangsspannung dieses Gleichrichterschaltkreises 31 wird auf den (+)Eingang des Vergleichers 49 c des Treiberschal tkrei ses 49 durch den Anschluß 33 gegeben, wenn die Spannung an dem ( + !Eingang kleiner wird als die Spannung am (-)Eingang, d. h. die Anschlußspannung des Kondensators 49 d, wird eine Spannung niederen Pegels vom Vergleicher 49 c ausgegeben. Infolge davon wird das RS-Flip-Flop 49 a zurückgesetzt, wodurch der nicht invertierende Ausgang Q desselben niederen Pegel und der invertierende Ausgang Q1 hohen Pegel einnimmt.period of the switching transistor 11, a current flows from the rectifier circuit 3 into the heating coil 9 (Figure 2). As a result of this, a current also flows through the current transformer 27 and a certain voltage is generated at the output of the rectifier circuit 31. The output voltage of this rectifier circuit 31 is applied to the (+) input of the comparator 49 c of the driver circuit 49 through the terminal 33 when the voltage at the (+! Input is less than the voltage at the (-) input, ie the connection voltage of the capacitor 49d, a low-level voltage is output from the comparator 49c, as a result of which the RS flip-flop 49a is reset, whereby the non-inverting output Q of the same low level and the inverting output Q 1 high level.
Wenn das R-S-Flip-Flop 49 a zurückgesetzt ist und sein invertierender Ausgang Q1 hohen Pegel einnimt, dann fließt ein Strom durch die Basis des Transistors 49 e, die an den Ausgang Q' angeschlossen ist, wodurch dieser Transistor 49 e durchschaltet. Dadurch werden Ladungen, die im Kondensator 49 d gespeichert waren durch diesen Transistor 49 e entladen, die Anschlußspannung des Kondensators 49 d wird "Null" und der Ausgang des Vergleichers 49 c wird von niederem Pegel zu hohem Pegel umgeschaltet. Auf diese Weise wird der Ausgang des R-S-Flip-Flop 49 a auf einem Signal niederen Pegels gehalten, d. h. ein Ausschaltzustand des Schalttransistors 11 wird aufrechterhalten.When the RS flip-flop 49 a is reset and its inverting output Q 1 assumes a high level, a current flows through the base of the transistor 49 e, which is connected to the output Q ', whereby this transistor 49 e turns on. As a result, charges that were stored in the capacitor 49 d are discharged through this transistor 49 e, the connection voltage of the capacitor 49 d becomes "zero" and the output of the comparator 49 c is switched from a low level to a high level. In this way, the output of the RS flip-flop 49 a is held at a low level signal, that is, a switched-off state of the switching transistor 11 is maintained.
In dem Zustand, in dem der Schalttransistor 11 ausgeschaltet ist, wird die KoIl ektorspannung desselben allmählich verringert und wird in einiger Zeit kleiner als die integrierte Spannung. Mit einer gewissen zeit-In the state in which the switching transistor 11 is turned off is, the coil voltage of the same is gradually decreased and becomes smaller in some time than the integrated voltage. With a certain time
lichen Verzögerung, die durch den Verzögerungsschaltkreis 47 verursacht wird, nachdem die KoIlektorspannung kleiner als die integrierte Spannung geworden ist (wie oben beschrieben), wird ein Differenzialimpuls vom Verzögerungsschaltkreis 47 ausgegeben und das Flip-Flop 49 a des Treiberschaltkreises 49 wird erneut gesetzt. Infolge davon fließt über den Anschluß 41 a ein Basisschaltstrom in den Schalttransistor 11, der dadurch wieder durchgeschaltet wird. Auf diese Art und Weise wird das Schwingungsverhalten des Inverters 5 aufrechterhalten. normal delay caused by the delay circuit 47 is caused after the collector voltage has become smaller than the integrated voltage (as described above), a differential pulse is generated from Delay circuit 47 output and the flip-flop 49 a of the driver circuit 49 is set again. As a result, a base switching current flows through the terminal 41 a in the switching transistor 11, which thereby is switched through again. That way the oscillation behavior of the inverter 5 is maintained.
Inzwischen wird beim in Figur 9 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Spannung, die durch den Stromtransformator 27 und den Gleichrichter 31 erzeugt wird, auf den Anschluß 33 des Treiberschaltkreises 49 gegeben. Selbstredend kann diese Spannung auch auf Basis eines KoI1ektorstrom-IC des Schalttransistors 11 erzeugt werden.In the meantime, in the embodiment shown in FIG. 9, a voltage is generated by the current transformer 27 and the rectifier 31 is generated, applied to the connection 33 of the driver circuit 49. Of course, this voltage can also be generated on the basis of a KoI1ektorstrom-IC of the switching transistor 11 will.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich unter Bezugnähme auf Figur 10 auf die Funktion eines Induktionsheizgerätes, wenn dessen Schwingungsfrequenz von niederen zu hohen Frequenzen geändert wird.The following description refers to reference on Figure 10 on the function of an induction heater when its oscillation frequency is low is changed to high frequencies.
Zunächst sei ein Zustand angenommen, in welchem die Schwingungsfrequenz des Inverters 5 durch Verlängerung der Periode Tb erniedrigt ist, während weder ein Basisstrom Ib des Schalttransistors 11 durch Anregung eines Signals des Regel schaltkreises 35 fließt. In diesem Zustand werden der Kollektorstrom Ic des Schalttransistors 11 und ein Diodenstrom Id der Diode 15 (flywheel-diode 15) groß und infolgedessen wird auch die Kollektorspannung Vc des Schalttransistors 11 groß.First, assume a state in which the oscillation frequency of the inverter 5 is increased by elongation the period Tb is decreased, while neither a base current Ib of the switching transistor 11 by excitation of a Signal of the control circuit 35 flows. In this The collector current Ic of the switching transistor 11 and a diode current Id of the diode 15 (flywheel diode 15) becomes large, and as a result, the collector voltage Vc of the switching transistor 11 also becomes large.
Wenn nun die Amplitude der Kollektorspannung Vc groß ist, dann wird der Anstieg der Koli ektorspannung Vc steil, wie das auf der linken Seite von Figur 10 dargestellt ist und auch die integrierte Spannung VIc der Kollektorspannung Vc wird groß, welch!etztere im Integrationsschaltkreis 55 erzeugt wird, der im Regelschaltkreis 35 enthalten ist. Immer dann, wenn bei jeder Schwingungsperiode die Kollektorspannung Vc kleiner als die integrierte Spannung VIc wird, wird vom Spannungsvergleicherschaltkreis 45 (Figur 3 oder 4) ein Signal hohen Pegels ausgegeben. Dieses Signal der Spannungsvergleicherschal tung 45 wird durch eine gewisse Verzögerungszeit Td des Verzögerungsschaltkreises 47 verzögert. Nach dem Verstreichen dieser Verzögerungszeit Td wird das im Treiberschaltkreis 49 enthaltene Flip-Flop 49 a (Figur 9) gesetzt und der Schalttransistor 11 schaltet durch. Zu diesem Zeitpunkt - eine geeignete Abstimmung der Verzögerungszeit vorausgesetzt - kann der Zeitpunkt, an dem der Schalttransistor durchschaltet, in Übereinstimmung mit dem Zeitpunkt gebracht werden, an dem die Kollektorspannung Vc klein oder nahezu "Null" wird.Now, if the amplitude of the collector voltage Vc is large is, then the increase in coli ector voltage becomes Vc steep, as shown on the left-hand side of Figure 10 and also the integrated voltage VIc of the Collector voltage Vc becomes large, whichever is in the integration circuit 55 is generated, which is contained in the control circuit 35. Whenever the collector voltage Vc becomes smaller than the integrated voltage VIc for each oscillation period, the Voltage comparator circuit 45 (Figure 3 or 4) High level signal output. This signal the voltage comparator scarf device 45 is delayed by a certain delay time Td of the delay circuit 47 delayed. After this delay time Td has elapsed, that contained in the driver circuit 49 becomes Flip-flop 49 a (Figure 9) set and the switching transistor 11 switches through. At this point - one Provided that the delay time is suitably matched - the point in time at which the switching transistor turned on, can be brought into correspondence with the point of time at which the collector voltage Vc is small or becomes almost "zero".
Wenn nun der periodisch wiederkehrende Zeitabschnitt Tb allmählich verkürzt wird, währenddem der Basisstrom Ib fließt, und die Schwingungsfrequenz des Inverters 5 mithin hoch wird, dann werden der KoIlektorstrom Ic des Schalttransistors 11 und der Diodenstrom Id der Diode 15 (fly-wheel-diode 15) klein. Infolgedessen wird die Amplitude der Kollektorspannung Vc des Schalttransistors 11 ebenfalls klein. In dem Zustand, in welchem die Amplitude der Kollektorspannung Vc klein ist, wird auch der Anstieg der Kollektorspannung Vc flach, wie dies auf der rechten Seite von Figur 10 dargestellt istIf now the periodically recurring time segment Tb is gradually shortened while the base current Ib flows, and the oscillation frequency of the inverter 5 therefore becomes high, then the collector current Ic des Switching transistor 11 and the diode current Id of the diode 15 (fly-wheel-diode 15) small. As a result, the Amplitude of the collector voltage Vc of the switching transistor 11 also small. In the state where the amplitude of the collector voltage Vc is small, becomes also the rise in collector voltage Vc flat, like this is shown on the right-hand side of FIG
und somit wird eine vergleichsweise längere Zeitspanne benötigt, um die Kollektorspannung Vc nahezu zu "Null" zu bringen, verglichen mit dem Zustand niederer Schwingungsfrequenz. Dagegen wird beim Stand der Technik, wenn der Vergleichspegel konstant gehalten wird, beispielsweise mit der Spannung der Gleichspannungsversorgungsquel Ie, der Schalttransistor 11 zu einem früheren Zeitpunkt durchgeschaltet, wodurch ein hoher Einschaltstrom durch den Schalttransistor 11 fließt. Da jedoch bei der vorliegenden Erfindung die integrierte Spannung VIc der Kollektorspannung Vc zum Vergleich herangezogen wird und für den Fall kleiner Kollektorspannung Vc die integrierte Spannung VIc ebenfalls klein wird, ist auch der Schwellwert klein. Infolgedessen ist der Zeitpunkt, an dem die KoIlektorspannung Vc kleiner als die integrierte Spannung VIc wird, vergleichsweise zum Stand der Technik verzögert, sodann wird dieses Ausgangssignal des Spannungsvergleichsschaltkreises 45 noch durch die Verzögerungszeit Td verzögert, die durch den Verzögerungsschaltkreis 47 vorgegeben wird. Erst dann wird der Schalttransistor 11 durchgeschaltet. So wird infolgedessen in Anwendung der vorliegenden Erfindung sogar in dem Zustand, in dem die Schwingungsfrequenz des Inverters 5 hoch ist, die KoI-1ektorspannung Vc zu einem Zeitpunkt relativ klein gehalten, an dem die Versorgung des Schalttransistors 11 mit Basisstrom Ib durch den Treiberschaltkreis 49 einsetzt, wodurch der im Kollektorstrom Ic des Schalttransistors 11 erzeugte Einschaltstrom zu minimalen Werten unterdrückt werden kann.and thus becomes a comparatively longer period of time required to make the collector voltage Vc almost "zero" compared to the state of low oscillation frequency. In contrast, the state of the art if the comparison level is kept constant, for example with the voltage of the DC voltage supply source Ie, the switching transistor 11 to an earlier one Time switched through, whereby a high inrush current flows through the switching transistor 11. There however, in the present invention, the integrated one Voltage VIc of collector voltage Vc is used for comparison and for the case of low collector voltage Vc, the integrated voltage VIc also becomes small, the threshold value is also small. Consequently is the point in time at which the collector voltage Vc becomes smaller than the integrated voltage VIc, comparatively to the prior art, then this output signal of the voltage comparison circuit 45 is still delayed by the delay time Td set by the delay circuit 47 is specified. Only then does the switching transistor 11 switched through. As a result, the In the present invention, even in the state where the oscillation frequency of the inverter 5 is high, the KoI-1ector voltage Vc kept relatively small at a time when the supply of the switching transistor 11 with base current Ib through driver circuit 49 begins, whereby the in the collector current Ic of the switching transistor 11 inrush current generated can be suppressed to minimum values.
Demzufolge stimmt bei der vorliegenden Erfindung auch dann, wenn die Oszillationsfrequenz geändert wird, der Zeitpunkt des Einsetzens des Basisstroms Ib des Schalt-Accordingly, in the present invention, even if the oscillation frequency is changed, the Time of onset of the base current Ib of the switching
transistors 11, d. h. der Zeitpunkt des Wiedereinsetztens der Leitfähigkeit des Schalttransistors Π mit einem geeigneten Zeitpunkt überein, nämlich dem Zeitpunkt, an dem die Kollektorspannung nahezu "Null" ist und demzufolge kann der Schaltverlust infolge eines eventuellen Einschaltstromes zu minimalen Werten unterdrückt werden.transistor 11, d. H. the time of reinstallation the conductivity of the switching transistor Π coincides with a suitable point in time, namely the point in time at which the collector voltage is almost "zero" and consequently the switching loss due to a possible inrush current suppressed to minimum values will.
Wenn der Verzögerungsschaltkreis Anwendung findet, der in Figur 5 oder 7 darstellt ist, wird dessen Verzögerungszeit Td abhängig von der Größe der Kollektorspannung Vc des Schalttransistors 11 geändert. Als Ergebnis davon wird die Verzögerungszeit Td abhängig von der Resonanzfrequenz der Heizspule 9 und des Resonanz^· Kondensators 13 geändert, die letztlich von der Art des verwendeten Kochgeschirrs abhängen. Mithin wird in dem Zustand, in dem die Kollektorspannung Vc groß ist, d. h. der Abfall der Kollektorspannung Vc steil, die Verzögerungszeit Td entsprechend abgekürzt, wohingegen dann, wenn die Amplitude der Kollektorspannung Vc klein wird und der Abfall entsprechend flach wird, die durch den Verzögerungsschaltkreis 47 vorgegebene Verzögerungszeit Td verlängert wird. Demzufolge wird das Flip-Flop 49 a (Figur 9) mit einer größeren Verzögerungszeit nach dem Zeitpunkt gesetzt, an welchem die KoIlektorspannung Vc kleiner als die integrierte Spannung VIc wird. Auf diese Weise, nämlich durch Variation der Verzögerungszeit Td, die abhängig von der Größe der Kollektorspannung Vc durch den Verzögerungsschaltkreis 47 vorgegeben wird, kann der Durchschaltzeitpunkt des Schalttransistors 11 noch geeigneter eingestellt werden. Da darüber hinaus, wie oben beschrieben, die beiden Vergleichsspannungen die Kollektorspannung Vc und die davon abgeleitete integrierte Spannung VIc sind,When the delay circuit is applied, the is shown in Figure 5 or 7, the delay time Td depends on the size of the collector voltage Vc of the switching transistor 11 changed. As a result, the delay time Td becomes dependent on the Resonance frequency of the heating coil 9 and the resonance ^ Changed capacitor 13, which ultimately depend on the type of cookware used. Hence, in the State in which the collector voltage Vc is large, i.e. H. the drop in collector voltage Vc steep, the delay time Td is abbreviated accordingly, whereas when the amplitude of the collector voltage Vc is small and the drop becomes correspondingly flat, the delay time predetermined by the delay circuit 47 Td is extended. Accordingly, the flip-flop 49 a (Figure 9) with a greater delay time set after the point in time at which the collector voltage Vc becomes smaller than the integrated voltage VIc. In this way, namely through variation the delay time Td, which depends on the magnitude of the collector voltage Vc through the delay circuit 47 is specified, the switching time of the Switching transistor 11 can be set even more appropriately. In addition, as described above, since the two comparison voltages are the collector voltage Vc and the integrated voltage VIc derived therefrom,
kann die vorliegende Erfindung auch vorteilhaft für solche Fälle angewendet werden, bei denen die Kapazität des Eingangskondensators 7 klein ist und die Kollektorspannung Vc durch eine niederfrequente Wechselstrom-Energiequelle 1 moduliert wird. Das heißt, wenn die Kollektorspannung Vc durch die Wechselspannung moduliert wird, dann wird die integrierte Spannung VIc der Kollektorspannung Vc abhängig von der letzteren ebenfalls moduliert, wie das in Figur 11 dargestellt ist.the present invention can also be advantageously applied to those cases in which the capacity of the input capacitor 7 is small and the collector voltage Vc by a low frequency AC power source 1 is modulated. That is, when the collector voltage Vc is modulated by the AC voltage becomes, then the integrated voltage VIc of the collector voltage Vc depending on the latter also becomes modulated, as shown in FIG.
Demzufolge wird ein Abschnitt der Kollektorspannung nahe dem Spannungsnullpunkt immer in der Nähe des "Talabschnittes" der Spannung der niederfrequenten Wechselstrom-Energiequelle 1 erzeugt und der Basisstrom in der Nähe des Spannungsnullpunktes angelegt. Da auch die integrierte Spannung VIc, die von der Kollektorspannung Vc abgeleitet wird, als Referenzspannung verwendet wird, stimmen beide Phasen überein, wenn die Spannung Vc mit der integrierten Spannung VIc verglichen wird. Deswegen tauchen im Gegensatz zum vorerwähnten Stand der Technik im Zustand reduzierter Ausgangsleistung keine Probleme insofern auf, als die Schwingung des Inverters zusammenbricht, vielmehr kann ein stabiles Schwingungsverhalten innerhalb eines weiten Bereiches unterschiedlicher Ausgangsleistung aufrechterhalten werden.As a result, a portion of the collector voltage near the zero point always near the "valley section" the voltage of the low frequency AC power source 1 is generated and the base current is applied near the voltage zero point. There too integrated voltage VIc derived from the collector voltage Vc is used as a reference voltage when the voltage Vc is compared with the integrated voltage VIc. Therefore, in contrast to the aforementioned prior art, dive in the state of reduced output power no problems insofar as the oscillation of the inverter breaks down, rather a stable one can be Vibration behavior within a wide range different output power can be maintained.
Wenn auch die Erfindung detailiert beschrieben und dargelegt wurde, so soll klargestellt sein, daß dies nur zur Verdeutlichung diente und als Beispiel zu verstehen ist; keinesfalls stellt dies eine Beschränkung der Erfindung dar, der Erfindungsgedanke und der Bereich der vorliegenden Erfindung werden allenfalls durch die beiliegenden Patentansprüche beschränkt.Although the invention has been described and illustrated in detail, it should be made clear that this is so only served for clarification and to be understood as an example is; in no way does this constitute a limitation of the invention, the inventive concept and the range of the present invention are limited at most by the accompanying claims.
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Energi equel1e power supplyEnergi equel1e power supply
Gleichrichterschaltkreis rectifying circuitRectifying circuit
InverterInverter
Kondensatorcapacitor
HeizspuleHeating coil
SchalttransistorSwitching transistor
Resonanζ-KondensatorResonanζ capacitor
Di odeDiode
Regel schaltkreisControl circuit
AnschlußConnection
AnschlußConnection
Spul eKitchen sink
Stromtransformator i nverter capacitor heating coil switching transistor resonance capacitor fly-wheel diode control circuitCurrent transformer i nverter capacitor heating coil switching transistor resonance capacitor fly-wheel diode control circuit
terminal termi nal choke coi1 current transformerterminal terminal choke coi1 current transformer
Gleichrichterschaltkreis rectifying circuitRectifying circuit
33 Anschluß 34 35 Regelschaltkreis 36 37 Anschluß 38 39 Anschluß 40 41 Anschluß 4233 Connection 34 35 Control circuit 36 37 Connection 38 39 connection 40 41 connection 42
43 Spannungsdetektorschaltkrei s termi nal control circuit termi nal termi nal termi nal43 Terminal voltage detector circuit control circuit terminal terminal terminal
voltage detecting circuitvoltage detecting circuit
45 Spannungsvergleicher-45 voltage comparator
schaltkrei s 46 47 Verzögerungsschaltkreis 48 49 Treiberschaltkreis 50 51 Spannungsteilercircuit 46 47 delay circuit 48 49 Driver circuit 50 51 Voltage divider
53 Spannungsteiler53 voltage divider
55 Integrationsschaltkreis55 Integration Circuit
57 Vergleicher voltage comparing ei rcuit delay circuit drive circuit57 Comparator voltage comparing ei rcuit delay circuit drive circuit
voltage di vidi ng ei rcuitvoltage di vidi ng ei rcuit
voltage dividing ei rcuit integration ciruit comparatorvoltage dividing ei rcuit integration circuit comparator
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