DE3136676A1 - Elektromagnetische kochvorrichtung - Google Patents

Description

Elektromagnetische Kochvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kochvorrichtung mit einer aus einer Heizspule und einem Kondensator bestehenden Resonanzschaltung, einem einen Schalttransistor und einer in inverser Richtung zwischen den Kollektor und den Emitter des Schalttransistors geschalteten Diode, einer Gleichstromquelle, zwischen deren Pole die Resonanzschaltung geschaltet ist, und mit einer den Transistor steuernden Treiberschaltung.

Derartige elektromagnetische Kochvorrichtungen haben in den letzten Jahren weiteste Verbreitung gefunden, da sie keine Heiz- oder Kochkammer erfordern und auch keine Abdichtung gegen den Austritt elektromagnetischer Wellen, wie im Falle von Hochfrequenz-Heizvorrichtungen. Die elektromagnetischen Heizvorrichtungen können darüber hinaus in einer Küche als normale Ablagefläche benutzt

werden/ wenn sie nicht zum Kochen benötigt werden.

Fig. 1 zeigt die elektrische Schaltung einer .konventionellen elektromagnetischen Kochvorrichtung. Zwischen die beiden Anschlüsse einer Gleichstromquelle V sind -.5 eine Heizspule H.und ein Kondensator C in Reihe geschalte.t. Parallel zu dem Kondensator C ist ein Inverter IN geschaltet, der zum Zwecke seiner Ein/Aus-Steuerung mit einer Treiberschaltung F gekoppelt ist. Der Inverter IN enthält einen Schalttransistor T, dessen Basis von dem Ausgangssignal, der Treiberschaltung F angesteuert wird, und eine Diode D, die als Dämpfungselement in inverser Richtung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T geschaltet ist.

Wenn der Schalttransistor T durch das Ausgangssignal der Treiberschaltung F in den leitenden Zustand gesteuert worden.ist, bilden die Heizspule H und der Schalttransistor T eine Reihenschaltung, so daß durch den Kollektor des Schalttransistors T ein Strom fließt, der unter dem Einfluß der Induktivität der Heizspule H mit der Zeit ansteigt.

Wenn der Schalttransistor T von dem Ausgangssignal der Treiberschaltung F abgeschaltet wird, fällt der Kollektorstrom unverzüglich auf Null ab(s. Fig. 2 a). Wird der Schalttransistor T im leitenden Zustand gehalten, fließt durch die Heizspule H ein Strom, der gleich dem Kollektorstrom ist. Wenn der .Schalttransistor T jedoch abgeschaltet wird, wird der Strom durch die Heiz-■ spule H nicht unverzüglich Null, so daß in den Kondensator C eine elektrische Ladung eingespeichert wird.

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Wenn die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C zunehmend höher wird und einen bestimmten Wert erreicht, entlädt sich die gespeicherte Ladung über die Heizspule H (s. Figuren 2b und 2c). Mit anderen Worten: In der aus 5' der Heizspule H und dem Kondensator C gebildeten Resonanzschaltung fließt ein Resonanzstrom.

Die oben beschriebene herkömmliche elektromagnetische Kochvorrichtung hat den Nachteil, daß der Schalttransistor T für Spannungen ausgelegt sein muß, die höher sind als -800 Volt, um eine sichere und stabile Betriebsweise zu ermöglichen. Dies liegt daran, daß die Spannung- zwischen den Anschlüssen des Kondensators C eine beträchtliche Höhe annehmen und in Abhängigkeit von den jeweiligen Bedingungen größer als 800 Volt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Kochvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß die am Schalttransistor auftretende maximale Spannung- auf ein erheblich geringeres Maß reduziert werden kann, um einen stabilen Zustand bei hoher Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Ferner soll der schaltungstechnische Aufbau der Kochvorrichtung einfach sein, so daß die Kochvorrichtung mit geringen Kosten herstellbar ist und exakt und zuverlässig funktioniert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge- . sehen, daß die Treiberschaltung von einem periodisch . Startimpulse erzeugenden Startimpulsgenerator und von einem Stopsignalgenerator gesteuert ist, daß der Stopsignalgenerator in Abhängigkeit von der Größe des die 0 Heizspule durchfließenden Stromes in den Null-Durchgängen dieses Stromes erzeugt, und daß die Treiberschaltung

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den Schalttransistor bei Empfang eines Startsignals in den leitenden Zustand und bei Empfang eines Stopsignals in den Sperrzustand steuert.

Dadurch, daß der Heizstrom durch den Schalttransistor im Null-Durchgang abgeschaltet wird, fließt er nach dem

Abschalten nur noch in der negativen Halbwelle durch die Diode, um am Ende der negativen Halbwelle vollständig .. aufzuhören. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Abschaltung des Heiz- bzw. "Schwingstromes nicht bei großer Stromamplitude erfolgt, was eine erhebliche Induktionsspannung an der Heizspule hervorrufen würde, • sondern am Ende der negativen Halbwelle im natürlichen Spannungsnulldurchgang. Damit werden die oben beschriebenen Nachteile vermieden, und insbesondere wird ver-"hindert, daß am Schalttransistor unkontrollierbare Überspannungen auftreten. . * ,

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen: ·

' Figur 1 das elektrische Schaltbild einer herkömmlichen elektromagnetischen Kochvorrichtung (oben schon erläutert),

Figuren 2a bis 2c Wellenformen der Ströme und Spannungen an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 1 (bereits erläutert),

Figur 3 ein elektrisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßeh Kochvorrichtung, ■ "

Figuren 4a bis 4d die Verläufe von Signalen, Strömen und Spannungen an verschiedenen Stellen der Kochvorrichtung nach Fig. 3,

Figur·5 ein detailiertes Schaltbild der Kochvorrichtung nach Fig. 3 und

Figuren 6a bis 6e zeigt Diagramme· zur Erläuterung der Funktionen der Schaltung nach Fig. 5.

In den Zeichnungen sind jeweils gleiche Teile durchgehend mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Kochvorrichtung nach Fig. 3 weist eine Heizspule 2, einen Kondensator 3 und einen Inverter 4 auf, die in der genannten Reihenfolge in Reihe an die beiden Anschlüsse einer Gleichspannungsquelle 1 geschaltet sind. Der Inverter 4 ist mit einer Treiberschaltung 5 zur Steuerung der Ein/Aus-Schaltung des Inverters 4 verbunden und die Treiberschaltung 5 ist an einen Startsignalgenerator 8 und an einen das Ausgangssignal eines Stromtransformators 9 empfangenden Stopsignalgenerator 10 angeschlossen. Der Inverter 4 enthält ferner einen Schalttransistor 6, der an seiner Basis das Ausgangssignal der Treiberschaltung 5 empfängt, und eine Diode 7, ■ die in inverser Richtung zwischen den Kollektor und den Emitter des Transistors 6 geschaltet ist als Dämpfungselement. ·

Wenn ein impulsförmiges Startsignal (s. Fig. 4a) von dem Startsignalgenerator 8 geliefert wird, nimmt das Ausgangssignal der Treiberschaltung 5 den hohen Amplitudenwert an (Fig. 4d), wodurch der Schalttransistor 6 leitend wird,

so daß ein sinusförmiger Strom (s. Fig. 4c) in der aus der Heizspule 2 und dem Kondensator 3 bestehenden Resonanzschaltung (Reihenschwingkreis) fließt.

Die Amplitudenwerte des sinusförmigen Stromes werden von dem Stromtransformator 9 zwischen Kondensator 3 und ■ ■ Inverter 4 abgegriffen und dem Stromtransformator 9 zugeführt. Wenn der sinusförmige Strom den Wert Null"annimmt/ wird das impulsförmige Stopsignal (s. Fig. 4b) vom Stopsignalgenerator 10 erzeugt, wodurch das Ausgangssignal der Treiberschaltung 5 den niedrigen Amplitudenwert annimmt. Auf diese Weise wird der Schalttransistor abgeschaltet (gesperrt).

Mit anderen Worten: Der Schalttransistor 6 wird nur während der positiven Halbwelle des Stromflusses durch die Heizspule 2 leitend. Sobald der Schalttransistor 6 gesperrt wird, wird die Diode 7 leitend, so daß an den Schalttransistor 6 überhaupt keine zu hohe Spannung gelangen kann.

Wenn die Diode 7 nach Beendigung des Stromflusses der negativen Halbwelle durch die Heizspule 2 sperrt, wird der Stromfluß durch die Heizspule 2 Null, so daß im Unterschied zu den konventionellen Schaltungen keine schlagartige Änderung des Stromwertes auftritt. Dadurch besteht selbst in diesem Fall keine Möglichkeit, daß eine zu hohe Spannung an den Schalttransistor 6 gelangt.

In Fig. 5 ist der Aufbau der Schaltung nach Fig. 3 im einzelnen angegeben. Der Startsignalgenerator 8 enthält einen Unijunction-Transistor 11, einen Transistor 12 und einen Inverter 13, die miteinander durch geeignete Widerstände verbunden sind. Das in Fig. 5 mit d be-

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zeichnete Startsignal, dessen zeitlicher Verlauf in Fig. 6a dargestellt ist, wird dem Transistor 6 von dem mit dem Kollektor des Transistors 12 verbundenen Inverter 13 über den Rücksetzeingang R eines FÜp-Flops F-F zugeführt. Nach Erhalt des Signals am Rücksetzeingang R wird das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops F-F "hoch", so daß der Schalttransistor 6 über den Verstärkertransistor 14, dessen Basis über einen Widerstand mit dem Ausgang Q des Flip-Flops verbunden ist, in den leitenden Zustand geschaltet wird.

Wenn der Schalttransistor 6 auf die oben beschriebene Weise eingeschaltet worden ist, fließt in der von der Heizspule 2 und dem Kondensator 3 gebildeten Resonanzschaltung· ein Strom mit dem in Fig. 6b mit ä-a' bezeichneten zeitlichen Verlauf. Eine diesem Stromverlauf entsprechende Spannung wird von dem Stromtransformator 9 erzeugt und einer Diode 15 zugeführt, die eine Halbwellen-Gleichrichtung vornimmt. Hierdurch entsteht die in Fig. 6c dargestellte und mit b bezeichnete Stromwellenform. Der aus den Widerständen 17 und 18 gebildete Spannungsteiler am positiven Eingang des Komparators 16 ist hinsichtlich der Widerstandswerte so dimensioniert, daß das Ausgangssignal des Komparators 16 "hoch" wird, wenn die " Stromstärke den Wert Null annimmt. Das Ausgangssignal der Diode 15 wird über ein Widerstandsnetzwerk dem negativen Eingang des Komparators 16 zugeführt. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 16 "hoch" wird, nimmt das Ausgangssignal eines mit dem Ausgang des Komparators 16 über einen Widerstand 19, einen Kondensator 21 und einen 30. Ableitwiderstand 20 verbundenen Puffers 22 infolge der Funktionen der Widerstände 19 und 20 und des Kondensators 21 die in Fig. 6d dargestellte Kurvenform c an, d.h. bei jedem Null-Durchgang des Schwingstromes im Re-

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sonanzkreis liefert der Puffer 22 einen kurzen Impuls. Das Ausgangssignal· des Puffers 22 wird dem Setzeingang S des Flip-Flops F-F zugeführt, so daß das Ausgangssignal Q des Flip-Flops bei jedem Ausgangsimpuls des Puffers 22 "tief" wird (Fig. 6e) und der Transistor 6 abgeschaltet wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß in dem Fall, daß der Transistor 6 des beschriebenen Ausführungsbeispiels beispielsweise durch einen gesteuerten Silizium-Gieichrichter GTO (gate turn-off thyristor) o.dgl. ersetzt wird, dann, wenn der Anstieg der zwischen Anode und .Kathode des Thyristors während der Ausschaltperiode eingeprägten Spannung zu schnell erfolgt, der Thyristor, unerwünscht schnell wieder eingeschaltet wird und zerstört werden kann und daher eine Schutzschaltung o.dgl. benötigt.

Wenn ein steuerbarer Silizium-Gleichrichter o.dgl. von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand überwechselt, tritt der plötzliche Spannungsanstieg an der Anode und der •20 Kathode auf, so daß der gesteuerte Silizium-Gleichrichr ter unbeabsichtigt eingeschaltet wird. Im Falle eines Transistors wird dieser solange nicht eingeschaltet bis seiner'Basis das "Hoch"-Signal zugeführt wird, so daß die Verwendung eines Transistors weniger problematisch ist als diejenige eines Thyristors bzw. GTO¹s.

Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung ergibt, besteht der durch die Erfindung erzielbare spezielle Effekt darin,., daß die Beaufschlagung des Schalttransistors mit einer unzulässig hohen Spannung zwangsweise verhindert wird, indem der Schalttransistor abgeschaltet wird, wenn der Wert des die Heizspule durchfließenden Stromes Null wird.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Elektromagnetische Kochvorrichtung mit einer aus einer Heizspule und einem Kondensator bestehenden Resonanzschaltung, einem einen Schalttransistor und einer in inverser Richtung zwischen den Kollektor und den Emitter des Schalttransistors geschalteten Diode, einer Gleichstromquelle, zwischen deren Pole die Resonanzschaltung geschaltet ist, und mit einer den Transistor steuernden Treiberschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung von einem periodisch Startimpulse (d) erzeugenden Startimpulsgenerator (8) und von einem Stopsignalgenerator (10) gesteuert ist, daß der Stopsignalgenerator (10) in Abhängigkeit von der Größe des die Heizspule (2) durchfließenden Stromes in den Null-Durchgängen dieses Stromes erzeugt, und daß die Treiberschaltung (5) den Schalttransistor (6) bei Empfang eines Startsignals in den leitenden Zustand und bei Empfang eines Stopsignals in den Sperrzustand steuert.
2. 2. Elektromagnetische Kochvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (5) mit der Basis des Schalttransistors (6) des Inver- . ters (4) verbunden ist.
3. 3. Elektromagnetische Kochvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Stop-". Signalgenerators (10) über einen Stromtransformator (9) mit der Resonanzschaltung (2,3) gekoppelt ist.
4. 4. Elektromagnetische Kochvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,* daß die Heizspule (2) in Reihe mit dem Kondensator (3) und dem Inverter (4) an die Pole der Gleichstromquelle (1) angeschlossen ist.