PlainSite. Legal Document. United States Patent and Trademark Office Case No Method For Operating A Frequency Converter Circuit.

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United States Patent and Trademark Office Case No. 10578107

Method For Operating A Frequency Converter Circuit

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BUNDESREPUBLIK © Offenlegungsschrift

DEUTSCHLAND

@ Q£ 196 54 268 A ¹

DEUTSCHES PATENTAMT

@

Aktenzeichen:

©

Anmeldetag:

®

Offenlegungstag:

19654268.5 23.12.96

3. 7.97

Hill

<§j) IntCI.⁶:

H 05 B 6/06

F24

C

7/08

i-

F24

C

7/00

^

10 CO CD LU

Q

(33)Unionsprioritat: <§)<§)

© @

^Erfinder:

27.12.95

KR

95-59763

Jung

rYong-chae,

Kwangmyung,

KR; Han,Sung-jin,

Kwangmyung, KR

(7?)Anmelder:

LG

ElectronicsInc.,Seoul/Soul,

KR

@Vertreter:

TER MEER STEINMEISTER &

^Partner

^GbR

Patentanwalte,81679

Munchen

Prufungsantrag

gem.

§

44 PatG

1st gestellt

(54)Induktions-KochgeratmitSteuerungfur

mehrere Ausgange

@

^{Es wird ein} Doppelhalbbrucken-Induktionskochgerat an- gegeben, das Halbbrucken-Umrichterschaltungenmiteinem gemeinsamen Schaltelement aufweist. Beim bevorzugten Ausfuhrungsbeispielwardenmehrere Heizplatten(L11, L12) imZeitmultiplex betrieben,wodurchkeineUbersprechungs- Storsignale zwischen den Signalen fur die Heizplatten erzeugt warden.

Hl^

¹¹

_f

_D

_uT ^CU

Cf

SD15

CM 10 CD en LU a

=

^C14

LU

~D12

US

C13

Die folgenden

Angaben

sfnd

dan vom Anmelder

eingereichten Unterlagen

entnommen

BUNDESDRUCKEREI

05.37 702027/523 8/24

DE ^{196 5'}

i

Beschreibung

Die Erfindungbetrifftallgemein elektromagnetische Induktionsheizvorrichtungen.Spezieller betrifft sie ein Induktions-Kochgerat mitSteuerungmehrerer Ausgan- ₅ ge.

BeiherkommlichenInduktionskochgeratensind

meh-

rereUmrichterschaltungenparallelmiteinerEingangs- spannungsquelleverbunden,urnmehrereArbeitsspulen

zubetreiben. ₁₀

Genauer

gesagt, umfaBt ein herkommliches Induk- tionskochgerat, wie in Fig. 1 veranschaulicht einen Spannungsversorgungsabschnitt 1.

Das

Gerat verfiigt auch iiber mehrere Gleichrichter-Abschnitte 2

zum

Gleichrichten einer

vom

Spannungsversorgungsab- 15 schnitt 1 gelieferten Wechselspannung, mehrere Ein- gangsfilter

zum

jeweilgen Glattendergleichgerichteten Spannungen,wobeijedesEingangsfiltermiteinerDros- selspuleLI

und

einem Kondensator

CI

versehen1st,

und

mehreren Umrichterschaltungen 3

zum

jeweiligen ₂₀ Schalten der

von

denEingangsfilterngelieferten geglat- teten

Spannungen und zum Erwarmen von

Heizplatten.

Die Umrichterschaltung3 umfaBt z.B. Schalttransi- storen 1

und

2

zum

Ausfuhren eines Schaltvorgangs abhangigvon von einem Steuerabschnitt(nichtdarge- ₂₅

steilt) an ihre Basisanschiusse angelegten jeweiligen Schaltsteuerungssignalen, Dioden

Dl

und

D2

sowie ei-

nen Resonanzkondensator C2, der auf den Schaltvor-

gang

der Transistoren1

und

2hinmiteinerArbeitsspule in Resonanztretenkann,

wobei

dieArbeitsspule LImit ₃₀

dem

Kondensator

C2

inResonanztritt

und

diezugeho- rigeHeizplattedurchInduktionsheizung

erwarmt

Beim

wie

oben

aufgebauten herkommlichen Induk- tionskochgerat sind mehrere Umrichterschaltungen

zum Erwarmen

mehrerer Heizplatten vorhanden.

Ge-

35 nauer gesagt, sindnUmrichterschaltungen3-1, 3-2,...,

3-n parallel

zum

Spannungsversorgungsabschnitt ge- schaltet,

um

mehrereArbeitsspulenLrl, Lr2,.. Lrn zu betreiben.

Nun

wirdder Heizbetrieb desherkommlichenInduk- ₄₀ tionskochgeratsimeinzelnenerlautert

Die Wechselspannung

vom

Spannungsversorgungs- abschnitt 1 wird durch den Gleichrichterabschnitt 2 gleichgerichtet,

und dann

wird die gleichgerichtete

Spannung

iiber das aus der Drosselspule LI und

dem

45 Kondensator

CI

bestehendeEingangsfilter

an

die

Um-

richterschaltung3 gegeben.

DieTransistoren

Ql und Q2

ⁱⁿderUmrichterschal- tung3schaltenden durchdie Arbeitsspule LI flieBen- den Strom,

was

bewirkt daB ein Nahrungsmittel auf 50 einerHeizplatte

erwarmt

wird.

Dabei erhalten die Transistoren

Ql

und

Q2

Schalt- steuerungssignale

vom

Steuerungsabschnitt (nichtdar- gestellt)mitzweckdienlicher geeigneter Lage,

wodurch

sie Schaltvorgange hinsichtlich des durchdie Arbeits- ₅₅ spule flieBendenStromsausfuhren.

Genauer

gesagt, wird der Transistor

Q2

durch das Schaltsteuersignal eingeschaltet wie es anfangs

vom

Steuerungsabschnitt an seinen BasisanschluB gegeben wird,

wahrend

der Transistor

Ql

ausgeschaltet wird. ₆₀

DemgemaB

wirddie iiber

dem

Gleichrichterabschnitt2 gelieferte

Spannung

iiber die Arbeitsspule Lrl anden Transistor

Q2

^gegeben,

^wodurch

^{einStromkreis gebil-}

detist,

was

bewirkt,

daB

dieArbeitsspule Lrl

und

der Kondensator

C2 im

Stromkreis miteinander in Reso- ₆₅ nanztreten.

Danach

wird der Transistor

Ql

durchdas

vom

Steue- rungsabschnittanseinen BasisanschluB gelegteSchalt-

-

268 Al

2

steuerungssignal eingeschaltet,

und

der Transistor

Q2

wird abgeschaltet.

DemgemaB

flieBt,

wenn

derTransi- stor

Ql

eingeschaltetist,einumgekehrterStrom,wieer durchdieinderArbeitsspule Lrl angesammelte Strom- energie hervorgerufen wird, durch

den

Transistor Ql,

wobei

eingeschlossener Kreisgebildetist,

was

bewirkt, daBder

Strom

durchdieArbeitsspule LrlflieBt

Durch

WiederholendesobigenSchaltvorgangswird die in der Arbeitsspule Lrl angesammelte Energie an die benachbart zu dieser Arbeitsspule Lrl liegende Heizplatte ubertragen,

um

diese zu erwarmen. Dabei wirddieLeistungdadurchgesteuert,

daB

derdurchdie Arbeitsspule Lrl flieBende

Strom

entsprechendder

An-

derungder SchaitfrequenzderTransistoren

Ql

und

Q2

gesteuertwird.

Im

Ergebnis

erwarmen

die jeweiligen Umrichter- schaltung3-1, 3-n diejeweilige Heizplatteiiberdie jeweiligeArbeitsspule.Die Steuerungder Ausgangslei- stung der jeweiligen Umrichterschaltungen wird, wie

oben

beschrieben,durch eine Frequenzsteuerung aus- gefiihrt.

Jedochbesteht

beim

herkommlichenInduktionskoch- gerat der Nachteil, daB keine genaue Ausgangslei- stungssteuerung einer Arbeitsspule ausgefuhrt

werden

kann,

da

auf

Grund

der Betriebsfrequenzdifferenz Obersprechungs-Storsignale zwischen benachbarten Arbeitsspulen erzeugtwerden. Ferner istdie

Gesamt-

schaltung sehrkompliziert,

was

eine

Erhohung

derHer- stellkosten zur Folge hat, da mehrere Umrichter, Gleichrichter

und

Eingangsfilter,derenAnzahlderjeni- gender Arbeitsspulenentspricht,vorhandenist

Der

Erfindungliegtdie

Aufgabe

zugrunde,einInduk- tionskochgerat mit kleiner

GroBe

der Schaltung

und

ohne Obersprechungs-Storsignale zwischen

den An-

steuerungssignalen fur benachbarte Heizplatten zu schaffen.

Um

diese

Aufgabe

zulosen, schafftdieErfindungein Induktionskochgerat mitDoppelhalbbruckemitmehre- ren Halbbrucken-Umrichterschaltungen mit einemge-

meinsamen

Schaltelement,

wodurch

mehrere Heizplat- ten

im

Zeitmultiplex betriebenwerden,

ohne

daB Uber- sprechungs-Storsignale zwischen

den

Heizplatten er- zeugtwerden.

Die obigen sowieweitere Aufgaben,

Merkmale und

Vorteile der Erfindung

werden

ausder folgenden Be- schreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele dersel- ben unter

Bezugnahme

aufdie beigefugten Zeichnun- gendeutlicher.

Fig.1 ist ein schematisches Schaltbild eines her-

kommlichen

Induktionskochgerats.

Fig.2 ist ein schematisches Schaltbild eines erfin-

dungsgemaBen

Doppelhalbbrucken-Induktionskochge-

rats.

Fig.3A

veranschaulicht

den

zeitlichen Ein/Aus- Schaltvorgangder Schaltelementefur

den

Fall,daBeine ArbeitsspuleLI1arbeitet

Fig.

3B

veranschaulicht

den

zeitlichen Ein/Aus- Schaltvorgang derSchaltelementefur

den

Fall,daBeine Arbeitsspule

L12

arbeitet

Fig.4isteinschematischesSchaltbild fur einanderes AusfuhrungsbeispieiderErfindung,bei

dem

diePosition einerHilfsdiodegeandertist

Fig.5isteinschematisches Schaltbild einesanderen Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung, durch das vier Heizplatten betriebenwerden.

GemaB

Fig.2 umfaBt das Induktionskochgerat ge-

maB dem

ersten Ausfuhrungsbeispiei einen Eingangsfil-

terkondensator

Cf zum Erhohen

derSpannungsumsetz-

DE 196 54 268 Al

rate, Transistoren Qll,

Q12

^und

Q13 zum

Ausfuhren eines Schaltvorgangs abhangig

von

einem

vom

Steue- rungsabschnitt gelieferten Schaltsteuerungssignal, Di-

oden

Dll,

D12

undD13,diejeweilsumgekehrtparallel zu den Transistoren Qll, Q12,

Q13

^{geschaltet sind,} Hilfsresonanzkondensatoren

CI

1,

C12 und

C13,diepar- allelzu denTransistoren

Ql

1,

Q12

bzw.

Q13

^geschaltet

sind, eine ArbeitsspuleLll

und

einen Hauptresonanz- kondensator C14, die parallel

zum

Transistor

Qll

ge- schaltetsind,eineArbeitsspule LI 2undeinenHauptre- sonanzkondensator

CI

5, die parallel

zum

Transistor

Q13

^{geschaltetsind,sowie}Hilfsdioden

D14 und

D15,die die

Spannung

an den Hauptresonanzkondensatoren

C14 und C15

aufdieEingangsspannungsteuern.

10

Wie oben

beschrieben,trittdieHilfsresonanzfurkur- zeZeitauf,unddie

Spannung am

Kondensator

C12

fallt

nach AbschluB der Entladungdesselben auf 0V,unddie Diode

D12

wirdbetrieben.

Dann

stehendieArbeitsspuleLll

und

derKondensa- tor

C14

uberdieDiode

D12

inResonanz. Dabeiwird der Transistor

im

eingeschaltetenZustand der Diode

D12

eingeschaltet

Wenn

der Transistor

Q12

eingeschaltet wird, wird die Stromrichtung durch die Arbeitsspule LI1geandert

Dann

stehendieArbeitsspuleLI1

und

der Kondensator

C14

kontinuierlichinResonanz.

Wenn

einebestimmteZzeitverstrichenist,verringert sich der

Strom

durch die Arbeitsspule Lll, und der Transistor

Q12

wirdabgeschaltet

Wenn

der Transistor

Beim

obenbeschriebenen Ausfuhrungsbeispiel wird i5

Q

¹²abgeschaltetwird, treten dieArbeitsspuleLll

und

A ! :

^

_" ^J *

5 1

* ^"

5r

derKondensator

C14 und

die Hilfsresonanzkondensa- toren

CI

1

und C12

erneutfurkurzeZeitinResonanz.

Dabei wird der Kondensator

C14

entladen

und

der Kondensator

CI

2wirdgeladen.

Wenn

die

Spannung am

20 Kondensator

Cll

auf0

V

^fallt,wirddieDiode

Dll

be- trieben,

und

esexistiert HauptresonanzuberdieseDi-

ode

Dll.

Dann

wird derTransistor eingeschaltet,

wo-

durcheinePeriode abgeschlossenist.

Durch

WiederholendesobenbeschriebenenBetriebs dieAusgangsleistungfiirdieArbeitsspulen LI1

und L12

unabhangig durch eine Halbbrucken-Umrichterschal- tungmit Schaltelementeingestellt

Im

allgemeinen wird der Betriebeines einseitiggeer- deten Gegentaktumrichters

(SEPP =

single ended push-pull) oder Halbbriickenumrichters in zwei Be- triebszustandeunterteilt, namlichden unter sowie den uberder Resonanz.

Unter der Resonanz erfolgt der Betrieb bei der

Schaltfrequenz, die unter der LC-Resonanzfrequenz ₂₅ flieBteingeeigneter

Strom

durchdieArbeitsspule Lll.

Fig.

3B

veranschaulicht die zeitliche Lage der Ein/

Aus-Schaltvorgange,

wenn

dieArbeitsspuleLI2betrie- benwird.

Wie

esinFig.3dargestelltist,bieibt,

wenn

die Arbeitsspule

L12

betrieben wird, der Transistor

Qll immer im

eingeschalteten Zustand.Dabeiistder Betrieb derselbewie

oben

beschrieben.

Der

jeweilige Schalter wirdeingeschaltet,

wenn

die mit

dem

jeweiligen Schalterverbundene Diodebetatigt wird,

und

der Abschaltzeitpunktwirdentsprechend der vorbestimmten Frequenzgesteuert.

Andersgesagt, sind dieEinschaltzeitpunkte derzwei Schalterdieselben,

und wenn

einSchalter eingeschaltet wird,wirdderandereabgeschaltet.

So werden

die bei- denSchalternicht gleichzeitigeingeschaltet

Ferner wird Zeit fur Resonanz der beiden Schalter und des Hilfsresonanzkondensators erhatten, da eine Zeit existiert, in der die beiden abgeschaltetsind, d.h.

eine TotzeitDieseTotzeitisteine sehrkurzeZeit,da der Hilfsresonanzkondensator im Vergleich

zum

Hauptresonanzkondensator einesehrkleine Kapazitat aufweist.

Die Hilfsdiodesteuert die

Spannung am

Hauptreso- nanzkondensator aufdie Eingangsspannung,

wodurch

dasgesamte Systemstabilbetriebenwird.

Fig.4 veranschaulicht ein Ausfuhrungsbeispiel, bei

dem

die Hilfsdioden

D14 und D15

zur Sicherheit des Systemsparallel

zu

denArbeitsspulenLll und L12ge- schaltetsind.Die Funktiondieses Ausfiihrungsbeispiels ist dieselbe wie die des

oben

beschriebenen Ausfiih- liegt,

wahrend

der Betriebuberder

Resonanz

miteiner

hoheren Schaltfrequenz liber der LC-Resonanzfre- quenzerfolgt.

Im

Fall des Betriebs unter der

Resonanz

wird der Schalterim Zustanddes Stroms 0abgeschaltet

Wenn

jedochderSchalter eingeschaltet wird, sinkt dieKapazi-

tat der Diode auf

Grund

des Riickwartsstroms,

EMI

(elektromagnetischeInterferenz)

nimmt

zu,undeskon- nenStorsignaleauftreten,dadiemaximaleAusgangslei- stungbeidermaximalen Frequenzauftritt

Andererseits existieren

im

Fall uber der

Resonanz

einige Verluste,

wenn

der Schalter abgeschaltet wird.

Jedochexistieren,

wenn

der Schalter eingeschaltetwird, die obenbeschriebenen Nachteile nicht,

da

er

im

Zu- standbeider

Spannung

0 betriebenwird.

DemgemaB

wird allgemein der obige Resonanzbe- triebverwendet.DieErfindungverwendeteinen Halb- bruckenumrichter, der unter

Verwendung

derobigen

Resonanz

betriebenwirdundein

gemeinsames

Schalt- elementaufweist,dasmit der Eingangsseiteverbunden

ist,

um

denSchaltungsaufbauzuminimieren.

Nun

wird unter

Bezugnahme

aufFig.3die Funktion des erfindungsgemaBen Doppelhalbbriicken-Induk- tionskochgerats mit Steuerungfiir mehrere

Ausgange

erlautert

Wenn

dieArbeitsspuleLllbetriebenwird,behaltder Transistor

Q13 immer den

eingeschaltetenZustandbei.

Wenn

derTransistor

Q12

^dagegen

^im

eingeschalteten Zustand der Transistoren

Q12 und Q13

abgeschaltet

30

35

40

45

50

wird

und

der Transistor

Qll

eingeschaltet wird, treten 55 rungsbeispiels.

die Arbeitsspule Lll

und

der Kondensator

C14

uber Fig.5 veranschaulicht ein Ausfuhrungsbeispiel, das denTransistor

Qll

inResonanz. vier Heizplatten dadurch betreiben kann, daB andere

Nachdem

sich die Resonanz weiter aufgebaut hat, Schaltungen alsder EingangsfilterkondensatorCf, wie wird derTransistor

Qll

abgeschaltet,

was

bewirkt,daB in Fig.2 dargestellt, parallel an den Eingangsteil ge- die Arbeitsspule Lll, der Hauptresonanzkondensator 60 schaltetwerden.

Auch

der Betriebdieses Ausfiihrungs-

C14 und

dieHilfsresonanzkondensatoren

Cll und C12

beispiels ist derselbe wie der der

oben

beschriebenen

inResonanztreten. Ausfuhrungsbeispiele.

Dabei betragt die

Spannung am

Kondensator

Cll

Die Ausgangsleistung aller obigen Arbeitsspulen 0V,

da

sichder Transistor

Qll

im eingeschaltetenZu- wirdimZeitmultiplex_gesteuert,

weswegen

keineCber- standbefindet.Indessenliegtfiirden Kondensator

CI

2 ₆₅ sprechungs-Storsignale erzeugtwerden,

wenn

mehrere Resonanzvor,dader Transistor

Q12

abgeschaltetist

So

Heizplatten betriebenwerden.

wirdderKondensator

CI

1 geladenund der Kondensa-

Aus dem

Vorstehendenistesersichtlich,daBdaser-

tor

C12

wirdentladen. findungsgemaBe Doppelhalbbrucken-Induktionskoch-

DE 196 54 268

gerat

zum

Vorteil fiihrt, daB Obersprechungs-Storsi- gnale zwischen

mehreren

Heizplattendadurch verhin- dertsind,daBeinHalbbruckenumrichtermitgemeinsa-

mem

Schaltelementverwendetist,der

im

Zeitmultiplex

betriebenwird. ₅

Patentanspriiche

1.Induktionskochgerat ^rnitSteuerungfurmehrere

Ausgange,mit: _io

—

Transistoren

zum

Ausfiihren eines Schalt- vorgangs abhangig

von von

einem Steue- rungsabschnitt gelieferten Schaltsteuerungssi- gnal;und

—

Transistoren (Qll,Q12, Q13)

zum

Ausfuh- 15

ren eines Schaltvorgangs abhangig

von dem vom

Steuerungsabschnitt gelieferten Schalt- steuerungssignal;

gekennzeichnet durch

—

Dioden(Dll, D12,D13),diejeweils

umge-

20 kehrtparallel zu denTransistoren geschaltet sind;

—

Hilfsresonanzkondensatoren (Cll, C12,

CI

_3),die parallelzudenTransistoren geschal-

tetsind; ₂₅

—

eine Arbeitsspule (LI1)

und

einenHauptre- sonanzkondensator(C14),die parallel

zum

er- stenTransistor(Qll) geschaltetsind;

—

eineArbeitsspule (LI₂₎undeinenHauptre- sonanzkondensator (C15), die parallel

zum

30 drittenTransistor (Q13)geschaltet sind;

und

—

Hilfsdioden (D14, D15), die die

Spannung am

jeweiligen Hauptresonanzkondensator (C14 bzw. C15) auf die Eingangsspannung

steuern. ₃₅

2.Geratnach

Anspruch

1,dadurchgekennzeichnet,

daB N

Umrichterschaltungen parallel

zum

Ein- gangsfilterkondensator geschaltetsind,so daB

2N

Heizplatten betrieben

werden

konnen.

3.Gerat nach einem derAnspruche 1 oder2,da- ₄₀ durchgekennzeichnet,

daB

das Ausgangssignal des Umrichters

im

Zeitmultiplex gesteuertwird.

Hierzu

—

5

—

Seite(n)Zeichnungen

^__

45 50

55

60

65

Leerseite -

ZEICHNUNGEN

SEITE 1

Nummer: DE

19654 268

A1

Int.CI.6

:

H05B

6/06

Offenlegungstag: 3.Jul!1997

Fig. ¹

702027/523

ZEICHNUNGEN

SE1TE 2

Nummer: DE196 54

268

A1

Int.CI.6

:

H05B

6/06

Offenlegungstag: 3.Jul! 1997

Fig. 2

Ir > Dll

±2 C14

ZSD15 Lll

Cf

z=

Q12 5 ^=PC12

D12

L12 AD14

702027/523

ZEICHNUNGEN

SEITE 3

Nummer: OB

19654268

Al

Int.CI.6_:

H05B

6/06

Offeniegungstag: 3.Juli 1997

Fig. 3

702 027/523

ZEICHNUNGEN

SE1TE 4

Nummer: DE

19854 268

A1

IntCI.*:

H05B

6/06

Offenlegungstag: 3.Juli1997

Fig. 4

Cf

—

C14

~C12 AD14

:ci5 — ^|tQi3 4 — ^C13

MD13

702027/523

ZEICHNUNGEN

SE1TE 5

Nummer:

Int.CI.6

:

Offenlegungstag:

DE 19654268 A1

H05B

6/06 3.Juli1997

702 027/523

esp@cenet — Bibliographic data Page

1

of

¹

Induction heating cooker with

control circuitryfor

several outputs

Publicationnumber:

Publication date:

Inventor(s):

Applicant(s):

Classification:

-international:

-European:

Applicationnumber:

Prioritynumber(s):

DE19654268(A1) 1997-07-03

JUNGYONG-CHAE[KR];HANSUNG-JIN[KR]

LGELECTRONICSINC[KR]

H05B6/02; H05B6/04; H05B6/12; H05B6/02; H05B6/12;

(IPC1-7):H05B6/06;F24C7/00;F24C7/08 H05B6/O1

DE19961054268 19961223 KR19950059763 19951227

Also publishedas:

[0 DE19654268 (C2)

H

^{KR100179529 (B1)}

B

^{JP9251888 (A)}

H

^{JP2828967 (B2)}

Citeddocuments:

[1 EP0583519(A1)

AbstractofDE19654268 (A1)

Thecookerhastransistorstocarryout the switching process, triggeredbycontrol signals,withdiodes andauxiliaryresonancecondensersinparallelwith them.Alsoinparallelwitheachoftwotransistorsis

oneworkingcoilwithone main resonance condenser.Auxiliarydiodescontrolthevoltageat themain resonancecondensers.For a given numberofrectifiercircuitsinparallelwiththe input filtercondenser,twice thatnumberofcookingplates canbe operated.Therectifieroutputsignalsare controlledintimemultiplex.

Data supplied fromtheesp@cenetdatabase

—

Worldwide

http://v3.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=DE&NR=19654268Al&KC=A... 12/5/2008