JP2006331964A - Induction heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異なる材質の被加熱物に対し所望の電力を供給して誘導加熱を行うインバータ方式の電磁誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to an inverter type electromagnetic induction heating apparatus that performs induction heating by supplying desired power to an object to be heated of different materials.
近年、火を使わずに鍋などの被加熱物を加熱するインバータ方式の電磁誘導加熱装置が広く用いられている。電磁誘導加熱装置は、加熱コイルに高周波電流を流し、コイルに近接して配置された鉄やステンレスなどの材質で作られた被加熱物に渦電流を発生させ、被加熱物自体の電気抵抗により発熱させる。被加熱物の温度制御が可能で安全性が高いことから、新しい熱源として認知されている。従来、システムキッチン等に組み込まれる電気調理器には、シーズヒータやプレートヒータ、ハロゲンヒータ等の抵抗体を熱源としたものが使われていたが、近年では、一部を誘導加熱調理器に置き換えたもの、あるいは2口以上を誘導加熱調理器にしたものに代わりつつある。このような電磁誘導加熱装置の例として、特許文献1に開示されるような誘導加熱調理器がある。特許文献1では商用交流電源を整流平滑し直流電圧に変換し、ハーフブリッジ型のインバータにより加熱コイルに高周波電流を供給して、コイルに近接して配置された被加熱物を誘導加熱する。
In recent years, an inverter type electromagnetic induction heating apparatus that heats an object to be heated such as a pot without using a fire is widely used. The electromagnetic induction heating device applies a high-frequency current to the heating coil, generates an eddy current in a heated object made of a material such as iron or stainless steel, which is disposed in the vicinity of the coil, and the electric resistance of the heated object itself. Cause heat. It is recognized as a new heat source because it can control the temperature of the object to be heated and is highly safe. Conventionally, electric cookers incorporated in system kitchens and the like have used resistors such as sheathed heaters, plate heaters, and halogen heaters as heat sources, but in recent years, some of them have been replaced with induction heating cookers. It is being replaced by one that has been used as an induction heating cooker. As an example of such an electromagnetic induction heating apparatus, there is an induction heating cooker as disclosed in
前記特許文献1では、低抵抗の被加熱物に十分な電力を供給するには加熱コイルに大きな電流を流す必要があり、そのために加熱コイルの発熱やスイッチング素子の損失増加を招き加熱効率が低下する。図16は、加熱コイル側からみたコイル及び磁気結合している被加熱物の等価インピーダンスを示しており、横軸は等価インダクタンス、縦軸は等価抵抗を表している。等価インピーダンスは被加熱物の材質によって大きく異なり、材質が鉄製の被加熱物は図16中の(1)、非磁性ステンレス製の被加熱物は(2)、銅又はアルミ製の被加熱物は(3)のような特性を示す。一般に図16中の(1)のような高抵抗の被加熱物が誘導加熱に適している。図17は、図16に示した等価インピーダンスの特性を有する被加熱物の入力電力と共振電流の関係を表している。目的とする入力電力を2kWとした場合、鉄製の被加熱物(1)では約40Aの共振電流を加熱コイルに流せばよいが、非磁性ステンレス製の被加熱物(2)では抵抗が小さい為に約55Aの電流を流す必要があり、銅又はアルミ製の被加熱物(3)においては、更に抵抗が小さい為に約140Aの電流を流す必要がある。
In
本発明の目的は、異なる材質の被加熱物に対し所望の電力を効率良く供給できるインバータ方式の電磁誘導加熱装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an inverter type electromagnetic induction heating device that can efficiently supply desired power to an object to be heated of different materials.
本発明の誘導加熱装置は、被加熱物を含む共振負荷回路と、直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に電力を供給するインバータとを備え、該インバータは直列に接続される少なくとも2個のスイッチング素子で構成される上下アームを有し、直流電源に接続されるインダクタと、このインダクタの他方の接続点を切り替えるスイッチを備え、被加熱物の材質に合わせて前記スイッチを切り替える。 The induction heating apparatus of the present invention includes a resonant load circuit including an object to be heated, and an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage and supplies power to the resonant load circuit, and the inverter is connected in series. It has an upper and lower arm composed of two switching elements, includes an inductor connected to a DC power source and a switch for switching the other connection point of the inductor, and switches the switch according to the material of the object to be heated.
本発明の誘導加熱装置によれば、異なる材質の被加熱物に対し、所望の電力をインバータから効率良く供給できる。 According to the induction heating device of the present invention, desired power can be efficiently supplied from an inverter to an object to be heated of different materials.
以下本発明の詳細を、図面を用いながら説明する。 Details of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本実施例の誘導加熱装置の回路構成図である。図1において、平滑コンデンサ115の正電極側をp点、負電極側をo点とすると、p点とo点間には、パワー半導体スイッチング素子であるIGBT103とIGBT104が直列に接続された上下アーム10が接続されている。IGBT103、104にはそれぞれダイオード105、106が逆方向に並列接続されており、各IGBTにはスナバコンデンサ109、110が接続されている。スナバコンデンサ109、110は、IGBT103、IGBT104のターンオフ時の遮断電流によって充電あるいは放電される。スナバコンデンサ109、110の容量は、IGBT103、104のコレクタとエミッタ間の出力容量より十分に大きいため、ターンオフ時に両IGBTに印加される電圧の変化は低減され、ターンオフ損失が抑制される。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the induction heating apparatus of this embodiment. In FIG. 1, assuming that the positive electrode side of the
IGBT103、104の接続点、即ち上下アーム10の出力端子をd点とすると、d点とo点間には加熱コイル111と第一の共振コンデンサ112及び第2の共振コンデンサ113とリレー114が接続されている。p点とo点間には平滑コンデンサ115が接続されている。
When the connection point of the
図1の本実施例では、被加熱物の材質に応じてリレー107、108、114を選択して、ハーフブリッジインバータ方式とワンコンバータ方式を切り替えたり、共振コンデンサの容量を切り替える。
In this embodiment of FIG. 1, the
図2に被加熱物の材質における等価抵抗の周波数特性を、図3に等価インダクタンスの周波数特性を示す。等価インダクタンスは図2中のグラフ(1)示すような鉄などの磁性被加熱物と、グラフ(2)に示すような非磁性ステンレスやグラフ(3)に示す銅またはアルミなどの非磁性被加熱物では非磁性被加熱物の方が約1/2程度小さくなり、同一の共振コンデンサを使うと共振周波数が変化してしまう。 FIG. 2 shows the frequency characteristics of the equivalent resistance in the material of the object to be heated, and FIG. 3 shows the frequency characteristics of the equivalent inductance. The equivalent inductance is a magnetic heated object such as iron as shown in the graph (1) in FIG. 2 and a nonmagnetic heated object such as nonmagnetic stainless steel as shown in the graph (2) or copper or aluminum as shown in the graph (3). For non-magnetic objects, the non-magnetic object to be heated is about ½ smaller, and the resonance frequency changes if the same resonance capacitor is used.
一方、等価抵抗は同一周波数の場合、(1)のような磁性被加熱物と(3)のような非磁性被加熱物では磁性被加熱物の方が約10〜20程度大きくなってしまい電流が流れなく電力が投入できない。そこで磁性被加熱物では周波数を低く設定し、非磁性被加熱物では高い周波数に設定する。しかしながら、磁性被加熱物では低周波域でも等価抵抗が大きいため、インバータに昇圧機能を有したワンコンバータ方式としてインバータの電源電圧を増大させ電力を投入し、加熱する。一方、非磁性被加熱物では、等価抵抗が低いためハーフブリッジインバータで所望の電力を投入し、加熱する。 On the other hand, when the equivalent resistance is the same frequency, the magnetic object to be heated is approximately 10 to 20 larger in the magnetic object to be heated as in (1) and the non-magnetic object to be heated as in (3). Does not flow and power cannot be turned on. Therefore, the frequency is set low for a magnetic object to be heated, and is set to a high frequency for a non-magnetic object. However, since the magnetic object to be heated has a large equivalent resistance even in a low frequency range, the inverter is powered up by increasing the power supply voltage of the inverter as a one-converter system having a boosting function. On the other hand, since the non-magnetic object to be heated has a low equivalent resistance, the half-bridge inverter supplies desired power to heat it.
図1で、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合は、リレー108、114をオフ状態とし、リレー107はオン状態として、ハーフブリッジインバータ方式で動作させる。
In FIG. 1, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the
次に図4に示すタイミングチャートを用いて本実施例の誘導加熱装置の動作モードを説明する。ここで、図1のa点の電圧をVa、d点の電圧をVdとし、IGBT103及びダイオード105に流れる電流をIc103 、IGBT104及びダイオード106に流れる電流をIc104とする。また、チョークコイル102に流れる電流をIL102、加熱コイル111に流れる共振電流をIL111とし、図1のd点からc点の方向を正と定義する。
Next, the operation mode of the induction heating apparatus of the present embodiment will be described using the timing chart shown in FIG. Here, the voltage at point a in FIG. 1 is Va, the voltage at point d is Vd, the current flowing through the IGBT 103 and the
(モード1)
IGBT103がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると共振電流ILの極性が負から正に変わり、平滑コンデンサ115からIGBT103、加熱コイル111、共振コンデンサ112の経路で共振電流IL111 が流れる。
(Mode 1)
When the IGBT 103 is turned on and the accumulated energy of the
(モード2)
次にIGBT103がターンオフすると、共振電流IL111 は正の極性を有しており、この電流は上アームのスナバコンデンサ109を充電、下アームのスナバコンデンサ110を放電し、d点の電圧Vdは徐々に低下する。その後、ダイオード106に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、ダイオード106の経路で流れ続ける。
(Mode 2)
Next, when the
(モード3)
次にIGBT104がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流IL111 の極性が正から負に変わり、共振コンデンサ112、加熱コイル111、IGBT104の経路で共振電流IL111 が流れる。このとき、IGBT104はダイオード106に電流が流れている期間中にゲート電圧をオンにしておくため、スイッチング損失の発生しないZCS(ゼロ電流スイッチング)、ZVS(ゼロボルトスイッチング)ターンオンが実現する。
(Mode 3)
Next, when the IGBT 104 is turned on and the accumulated energy of the
(モード4)
次にIGBT104がターンオフすると、共振電流IL111 は負の極性を有しており、この電流は下アームのスナバコンデンサ110を充電、上アームのスナバコンデンサ109を放電し、d点の電圧Vdは徐々に上昇する。その後、ダイオード105に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、ダイオード105、平滑コンデンサ115の経路で流れ続ける。
(Mode 4)
Next, when the
このように、上記の動作を繰り返すことによって、電源回路101、平滑コンデンサ115を電源として加熱コイル111と共振コンデンサ112に高周波電流を供給することができ、被加熱物は加熱コイル111から発生する磁束によって誘導加熱される。
As described above, by repeating the above operation, a high frequency current can be supplied to the
本実施例の誘導加熱装置で磁性被加熱物を加熱する場合、図1のリレー108、114をオン状態、リレー107はオフ状態とし、ワンコンバータ方式で動作させる。ここで、ワンコンバータ方式とは昇圧コンバータを兼ねたインバータ方式である。図5に示すタイミングチャートを用いて動作モードを説明する。
When the magnetic object to be heated is heated by the induction heating apparatus of this embodiment, the
(モード1)
IGBT103がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると共振電流IL111の極性が負から正に変わり、平滑コンデンサ115からIGBT103、加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114の経路で共振電流IL111が流れる。
(Mode 1)
When the
(モード2)
次にIGBT103がターンオフすると、共振電流IL111 は正の極性を有しており、この電流は上アームのスナバコンデンサ109を充電、下アームのスナバコンデンサ110を放電し、d点の電圧Vdは徐々に低下する。その後、ダイオード106に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114、ダイオード106の経路で流れ続ける。
(Mode 2)
Next, when the
(モード3)
次にIGBT104がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流IL111 の極性が正から負に変わり、共振コンデンサ112、113、リレー114、加熱コイル111、IGBT104の経路で共振電流IL111 が流れる。さらに電源回路101からチョークコイル102、リレー108を介してIGBT104に電流IL102 が流れ、チョークコイル102にエネルギーを蓄積する。このため、IGBT104には共振電流ILと入力電流が足し合わされた電流が流れることになる。このとき、IGBT104はダイオード106に電流が流れている期間中にゲート電圧をオンにしておくため、スイッチング損失の発生しないZCS、ZVSターンオンが実現する。
(Mode 3)
Next, when the
(モード4)
次にIGBT104がターンオフすると、共振電流IL111 は負の極性を有しており、この電流は下アームのスナバコンデンサ110を充電、上アームのスナバコンデンサ109を放電し、d点の電圧Vdは徐々に上昇する。その後、ダイオード105に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114、平滑コンデンサ115の経路で流れ続ける。さらにチョークコイル102の蓄積エネルギーがダイオード105、平滑コンデンサ115、電源回路101の経路に電流が流れ平滑コンデンサ115の電圧が電源回路101の電圧より上昇する。このときの昇圧電圧はIGBT104のdutyにより決定され、(数1)式のように表される。
(Mode 4)
Next, when the
以上のような動作を繰り返すことで、昇圧コンバータの動作を兼ねるインバータとなり平滑コンデンサ115の電圧を電源電圧以上に高くすることができ、磁性被加熱物のような高い等価抵抗の材質にも所望の電力を投入して加熱できる。
By repeating the operation as described above, an inverter also serves as an operation of a boost converter, and the voltage of the smoothing
被加熱物に供給する電力は、上下アーム10の駆動周波数を制御することによって調整できる。本実施例のように共振回路に流れる電流は加熱コイルのインダクタンスと共振コンデンサによって正弦波状になり、d点の電圧、即ちインバータの出力電圧より共振電流が遅れ位相になる。従って、IGBTがターンオンする際は、コレクタとエミッタ間の電圧がゼロボルトの状態でスイッチング(以後ZVSという)を行うため、ターンオン損失は発生しない。
The power supplied to the object to be heated can be adjusted by controlling the driving frequency of the upper and
しかしながら、被加熱物に供給する電力を小さくした場合には、上下アーム10の遮断電流が小さくなり、スナバコンデンサ109、110の充放電が完了する前にIGBT103またはIGBT104がターンオンし、ZVSを満足しない条件が発生する。このような場合には、ターンオン損失が発生するため、図6に示すように、例えば下アームのスナバコンデンサ110と直列にIGBT601を接続し、IGBT601に逆並列にダイオード602を接続して、IGBT601をオフにすることでスナバコンデンサ110を上下アーム10から切り離すことが望ましい。これにより、常時ZVSを実現することができ、遮断電流が小さい場合でもターンオン損失を無くすことができる。
However, when the power supplied to the object to be heated is reduced, the cut-off current of the upper and
被加熱物の表皮抵抗は周波数の平方根に比例する特徴があり、非磁性被加熱物の中でも銅又はアルミなどの低抵抗の被加熱物を加熱する場合には、周波数を高くすることが有効である。従って、上下アーム10は例えば約90kHzの周波数で駆動できるように第一の共振コンデンサ112の容量を設定することが望ましい。一方、鉄など高抵抗の被加熱物の場合には、周波数が高いと等価抵抗が大きくなり過ぎるため逆に電流が流れず、電力が入らない。従って、上下アーム10は約20kHzで駆動できるように第二の共振コンデンサ113の容量を設定することが望ましい。
The skin resistance of the object to be heated is proportional to the square root of the frequency, and it is effective to increase the frequency when heating an object with low resistance such as copper or aluminum among non-magnetic objects to be heated. is there. Therefore, it is desirable to set the capacity of the first
このように、被加熱物の材質に応じて駆動する共振コンデンサ容量および駆動周波数を切り替えることで、コイルやスイッチング素子の損失を抑えることができ、効率の高い誘導加熱が実現できる。また、鉄などの高抵抗の被加熱物でもワンコンバータ方式に切り替えることで昇圧動作ができるため所望の電力を投入でき加熱すること可能となる。しかも、巻数を増大できるため高効率な加熱ができる。 Thus, by switching the resonance capacitor capacity and the driving frequency to be driven according to the material of the object to be heated, the loss of the coil and the switching element can be suppressed, and highly efficient induction heating can be realized. In addition, even a high-resistance object such as iron can be boosted by switching to the one-converter system, so that a desired power can be input and heated. Moreover, since the number of turns can be increased, highly efficient heating can be performed.
図7は図1の変形例を示す。図7で変更した点は、リレー107の変わりにダイオード701を配置した点である。動作は実施例1と同様である。この変形例にすることでリレーを駆動する電源が不要となるため小型化、高効率化が可能になる。
FIG. 7 shows a modification of FIG. The point changed in FIG. 7 is that a
図8は本実施例の電磁誘導加熱装置の回路構成図であり、図1の電源回路101の詳細を示している。図8において、商用交流電源801はダイオード整流回路802に印加され全波整流された後、インダクタ803を介しIGBT804が接続され、ダイオード805、コンデンサ806が接続された構成になっている。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of this embodiment, and shows details of the
鉄などの磁性被加熱物では、図9に示すように、直流電圧は0Vから商用交流電源の電圧ピーク値まで変動した電圧をインバータに印加しても被加熱物の重量が重いためうなり音は発生しない。一方、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する際、前述のような0Vからピークまで変動する高周波電流で誘導加熱を行うと商用周波数に起因したうなり音が被加熱物から発生する。 In magnetic heated objects such as iron, as shown in FIG. 9, even when a voltage varying from 0 V to the voltage peak value of a commercial AC power supply is applied to the inverter, the beat sound is heavy because the heated object is heavy. Does not occur. On the other hand, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, if induction heating is performed with a high-frequency current that varies from 0 V to the peak as described above, a beat sound caused by the commercial frequency is generated from the object to be heated.
従って、これを防ぐために、図10に示すように直流電圧を平滑し、共振電流の変動を抑制する。一般的に使用されるコンデンサインプット型の平滑回路では入力電流に多くの高調波を含むため不十分であり、電圧平滑と高調波抑制の両者を満足する電源回路が必要となる。 Therefore, in order to prevent this, the DC voltage is smoothed as shown in FIG. A generally used capacitor input type smoothing circuit is insufficient because the input current includes many harmonics, and a power supply circuit that satisfies both voltage smoothing and harmonic suppression is required.
本実施例では、商用交流電源801の入力電流は正弦波に近づけ高調波を低減する必要があるため、図7に示すように、インダクタ803、IGBT804、ダイオード805、コンデンサ806から構成される昇圧チョッパ回路80を配置した。昇圧チョッパ回路80は、IGBT804のオン期間に商用交流電源電圧がインダクタ803に印加されてエネルギーが蓄積され、オフ期間にダイオード805を介してコンデンサ806にエネルギーが放出される。従って、商用交流電源801の入力電流が正弦波になるようにIGBT804のオン期間をコントロールすることにより高調波を低減するとともに、コンデンサ806より直流電圧を平滑する。なお、本実施例では商用交流電源801の入力電流を正弦波になるように昇圧チョッパ回路80を全域に渡ってスイッチング動作させている。
In this embodiment, since the input current of the commercial
図11は本実施例の誘導加熱装置の電源回路のタイミングチャートである。本実施例では、図8に示した昇圧チョッパ回路80を図11に示すタイミングチャートのように、特定の期間のみ動作させる。IGBT804は商用交流電源電圧のゼロクロスから所望の遅延時間を設けてチョッピング動作させ、商用交流電源801から電流を吸い込む。IGBT804のチョッピング時間とオン期間は負荷の大きさ、即ち所望の出力電力に応じて制御することにより高調波を低減できる。本実施例の誘導加熱装置では以上のような動作をするので高調波を抑制しつつ、昇圧チョッパ回路80での損失をさらに低減できる。
FIG. 11 is a timing chart of the power supply circuit of the induction heating apparatus of this example. In this embodiment, the
図12は本実施例の電磁誘導加熱装置の回路構成図であり、図1とは電源回路101の構成が相違する。図12では、図8の回路にIGBT1201、ダイオード1202を追加することで、チョークコイル102、コンデンサ116で構成される降圧チョッパ回路1200を付加する構成となる。銅又はアルミなど低抵抗の被加熱物を加熱する場合、前述のように等価抵抗が小さいため、加熱コイルの巻数増加や高周波化による等価抵抗の増加を図る。しかしながら装置形状や使用できる周波数帯域の規制により何れも限界が生じる。図1に示すように加熱コイル111及び共振コンデンサ112、113で構成される直列共振回路は等価抵抗によって共振の鋭さを示す回路のQが変化し、等価抵抗が小さい場合にはQが大きく、共振回路に流れる電流も大きくなる。
FIG. 12 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device of the present embodiment, and the configuration of the
本実施例のように共振回路に流れる電流が正弦波状になる電流共振型のインバータでは、共振周波数よりも駆動周波数を高くしていくことにより共振電流を制限できる。しかしながら、共振周波数と駆動周波数の差が大きいとインバータの出力電圧と共振電流の位相差が大きくなり、上下アームの遮断電流が大きくなるため、スイッチング損失が増加する。従って、共振周波数に近い周波数でインバータを駆動し、遮断電流を小さくすることが望ましく、直流電圧を下げて共振電流を制限する。 In the current resonance type inverter in which the current flowing through the resonance circuit is sinusoidal as in this embodiment, the resonance current can be limited by increasing the drive frequency higher than the resonance frequency. However, if the difference between the resonance frequency and the drive frequency is large, the phase difference between the output voltage of the inverter and the resonance current is large, and the cutoff current of the upper and lower arms is large, so that the switching loss is increased. Therefore, it is desirable to drive the inverter at a frequency close to the resonance frequency to reduce the cut-off current, and limit the resonance current by lowering the DC voltage.
本実施例では入力電流の高調波を低減するために前記のような昇圧チョッパ回路80を設けており、コンデンサ806の電圧下限値は、商用交流電源801の電圧ピーク値よりも高くなる。そこで、図12に示すように、IGBT1201、ダイオード1202を追加することでチョークコイル102、コンデンサ116から構成される降圧チョッパ回路1200を設けて直流電圧を下げることができ、共振電流を制限する。また、降圧チョッパ回路1200は、IGBT1201のオン時間デューティを制御することでコンデンサ116の電圧を変化させることができるため、この電圧変化によって電力制御を行うことができる。
In this embodiment, the step-up
図13と図14とを用いて本実施例を説明する。本実施例は図8、図12のダイオード805およびダイオード1202をシリコンカーバイドデバイス(以下、SiCデバイス)のダイオードとした。図13はシリコンデバイス(以下、Siデバイス)とシリコンカーバイドデバイス(以下、SiCデバイス)の耐圧とオン抵抗の関係を示したものである。一般的にSiデバイスに比べSiCデバイスでは大幅に耐圧とオン抵抗のトレードオフを改善できることは知られている。図13よりSiデバイスとSiCデバイスの600V素子で比較すると、オン抵抗がSiデバイスに比べSiCデバイスでは1/1000のオン抵抗となり大幅に低減できる。現在のSiデバイスを使った誘導加熱装置では冷却装置、放熱フィンが必須であったが、このようなSiCデバイスを使うことで大幅に素子損失を低減でき、冷却装置、放熱フィンの小型化または削除ができる。
A present Example is described using FIG. 13 and FIG. In this embodiment, the
以上のようにダイオードや半導体スイッチング素子(IGBT、接合型FET、MOSFET)をSiデバイスからSiCデバイスにすることで大幅な低損失化が可能となり冷却装置、放熱フィンが不要となり、大幅な小型化、低コスト化ができる。これにより、図14および図15に示すような電磁誘導加熱装置のトッププレート1401の下部全面に、ロースター1402を配置した構造が可能となる。本実施例ではSiCデバイスを例に説明してきたが、本発明はSiCのほかにも、ダイヤモンドやガリウムナイトライド(GaN)などのワイドバンドギャップ半導体デバイスを用いれば同様であることは、当業者にとって明らかである。
As described above, diodes and semiconductor switching elements (IGBTs, junction FETs, MOSFETs) are changed from Si devices to SiC devices, which makes it possible to significantly reduce loss and eliminate the need for cooling devices and heat radiation fins. Cost can be reduced. Thereby, a structure in which the
以上の実施例1乃至実施例5では、IGBTを用いた場合を説明したが、本発明の誘導加熱装置はIGBTに限定されるものではなく、パワーMOSFETやその他の絶縁ゲート半導体装置、バイポーラトランジスタでも同様であることは当業者にとって明らかである。 In the first to fifth embodiments described above, the case where the IGBT is used has been described. However, the induction heating device of the present invention is not limited to the IGBT, and may be a power MOSFET, another insulated gate semiconductor device, or a bipolar transistor. It will be apparent to those skilled in the art that the same is true.
10…上下アーム、80…昇圧チョッパ回路、101…電源回路、102…チョークコイル、103、104、601、804、1201…IGBT、105、106、602、701、805、1202…ダイオード、107、108、114…リレー、109、110…スナバコンデンサ、111…加熱コイル、112、113…共振コンデンサ、115…平滑コンデンサ、116、806…コンデンサ、801…商用交流電源、802…ダイオード整流回路、803…インダクタ、1200…降圧チョッパ回路、1401…トッププレート、1402…ロースター、1403…窓、1404…取っ手、1501…網、1502…レール。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記直流電源に直列に接続する第1のインダクタを備え、該第1のインダクタが一端を前記直流電源側に接続し、他端を接続点を切替えるスイッチを介して前記インバータに接続し、被加熱物の材質に応じて前記スイッチを切り替えることを特徴とする誘導加熱装置。 A resonance load circuit including an object to be heated; and an inverter for converting a DC voltage of a DC power source into an AC voltage to supply electric power to the resonance load circuit, wherein the inverter is connected in series. In an induction heating apparatus having upper and lower arms composed of elements,
A first inductor connected in series to the DC power supply, the first inductor having one end connected to the DC power supply side and the other end connected to the inverter via a switch for switching a connection point; An induction heating apparatus, wherein the switch is switched according to the material of an object.
前記第1のインダクタの他端に接続された前記スイッチを少なくとも2つ以上備え、前記スイッチの一方は前記上下アームの上アームに接続され、前記スイッチの他方は前記上下アームの下アームに接続され、
前記上下アームのスイッチング素子が、逆並列にダイオードを接続したパワー半導体スイッチング素子であって、
前記上下アームの出力端子に、加熱コイルと第1の共振コンデンサにより構成される第1の共振負荷回路を接続し、
前記第1の共振コンデンサと並列に、第2の共振コンデンサとスイッチとの直列回路を接続したことを特徴とする誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to claim 1,
At least two or more of the switches connected to the other end of the first inductor are provided, one of the switches is connected to the upper arm of the upper and lower arms, and the other of the switches is connected to the lower arm of the upper and lower arms. ,
The switching element of the upper and lower arms is a power semiconductor switching element in which a diode is connected in antiparallel,
A first resonant load circuit comprising a heating coil and a first resonant capacitor is connected to the output terminals of the upper and lower arms;
An induction heating apparatus, wherein a series circuit of a second resonance capacitor and a switch is connected in parallel with the first resonance capacitor.
前記上アームに接続された一方のスイッチが第1のダイオードであることを特徴とする誘導加熱装置。 In the induction heating apparatus according to claim 2,
One of the switches connected to the upper arm is a first diode.
前記誘導加熱装置が、商用交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路からの出力に基づいて任意の直流電圧を生成する第1の電源回路とを備え、
該第1の電源回路は、半導体スイッチング素子と、第2のインダクタと、コンデンサ及び第2のダイオードとを備え、前記半導体スイッチング素子のオン時間デューティを変化させて任意の直流電圧を生成することを特徴とする電磁誘導加熱装置。 In the electromagnetic induction heating device according to any one of claims 1 to 3,
The induction heating device includes a rectifier circuit that rectifies a commercial AC power supply, and a first power supply circuit that generates an arbitrary DC voltage based on an output from the rectifier circuit,
The first power supply circuit includes a semiconductor switching element, a second inductor, a capacitor, and a second diode, and generates an arbitrary DC voltage by changing an on-time duty of the semiconductor switching element. A feature of the electromagnetic induction heating device.
前記第1の電源回路からの出力に基づいて任意の直流電圧を生成する第2の電源回路を備え、該第2の電源回路は、半導体スイッチング素子とコンデンサとインダクタとダイオードとを備え、前記第2の電源回路の半導体スイッチング素子のオン時間デューティを変化させて任意の直流電圧を生成することを特徴とする電磁誘導加熱装置。 In the electromagnetic induction heating device according to any one of claims 1 to 4,
A second power supply circuit configured to generate an arbitrary DC voltage based on an output from the first power supply circuit, the second power supply circuit including a semiconductor switching element, a capacitor, an inductor, and a diode; 2. An electromagnetic induction heating apparatus, wherein an arbitrary DC voltage is generated by changing an on-time duty of a semiconductor switching element of the power supply circuit 2.
前記ダイオードと前記半導体スイッチング素子とがワイドバンドギャップ半導体デバイスであることを特徴とする誘導加熱装置。 In the induction heating apparatus according to any one of claims 2 to 5,
The induction heating apparatus, wherein the diode and the semiconductor switching element are wide band gap semiconductor devices.
前記上下アームの半導体スイッチング素子は、並列に接続したスナバコンデンサを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。 In the induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The induction heating apparatus, wherein the upper and lower arm semiconductor switching elements include snubber capacitors connected in parallel.
前記上下アームから前記スナバコンデンサを切り離すスイッチ手段を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱装置。 The induction heating device according to claim 7,
An electromagnetic induction heating apparatus comprising switch means for separating the snubber capacitor from the upper and lower arms.
前記誘導加熱装置のトッププレート下部に、ロースターを配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
The induction heating apparatus according to claim 6,
An induction heating apparatus, wherein a roaster is disposed below a top plate of the induction heating apparatus.
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