感应加热方法和系统技术方案

公开了一种用于管理感应加热系统的方法。所述感应加热系统包括导电负载和逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分。所述开关部分包括适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流的开关装置。所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流来产生对应的时变磁场，以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量。所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的半波对应的多个半波。所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率。所述方法包括：在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变致动频率；确定安全致动频率范围；基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率。所述确定安全致动频率范围包括计算下列项之间的至少一个：‑每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，‑每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】感应加热方法和系统
技术介绍
专利
本专利技术总体上涉及感应加热领域。更具体地，本专利技术涉及用于感应加热设备的逆变器。现有技术概述感应加热是用于通过由在感应加热线圈中流动的交流电(下文中简称AC电流)产生的时变磁场在导电负载中引起涡流来加热该负载的公知方法。负载的内电阻引起所引起的涡流在负载本身内产生热量。感应加热用在若干应用中，诸如用在感应烹饪领域，其中，感应加热线圈位于烹饪灶具表面下方以用于加热放置在烹饪灶具表面上的由电磁铁材料制成(或包括电磁材料部分)的烹饪锅，或者用在熨烫领域，其中，感应加热线圈位于熨烫板的主表面下方，以加热熨斗的导电板，所述导电板被配置成当熨斗在熨烫板上行走时向衣服传递热量(类似的考虑适用于压力熨斗系统)。在负载中产生的热量取决于通过感应加热线圈输送到负载的电功率，而电功率又取决于流过感应加热线圈的AC电流的频率、负载与感应加热线圈之间的耦合以及负载在感应加热线圈上花费的时间。通常，用于产生时变磁场的AC电流是借助于逆变器电路(诸如半桥逆变器、全桥逆变器或准谐振逆变器)来产生的，所述逆变器电路包括：开关部分，所述开关部分包括功率开关元件，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；以及谐振部分，所述谐振部分包括(多个)电感器和(多个)电容器，其中感应加热线圈是谐振部分的电感器。逆变器电路被配置成接收输入交流电压(下文中简称为AC电压)，诸如从电网取得的市电电压，并且相应地产生AC电流(流过感应加热线圈)，所述电流以与功率开关元件的致动频率(即，它们在接通与断开状态之间切换的频率)对应的频率振荡并且具有跟随输入AC电压的包络，其中包络的振幅进而取决于本身的致动频率(致动频率越低，其振幅越高)。流过感应加热线圈的电流由开关部分的功率开关元件提供/流出。考虑半桥架构，为了在安全条件下正确地操作功率开关元件，取决于功率开关元件的类型，致动频率应保持低于最大频率。例如，对于标准IGBT，这种最大频率可以对应于50到60kHz。如上所述，通过感应加热线圈输送到负载的电功率取决于流过感应加热线圈的AC电流的频率。通过上述类型的逆变器电路，当流过感应加热线圈的电流以谐振部分的谐振频率振荡时，即，当致动频率等于谐振频率时，提供给负载的电功率处于其最大值。如本领域技术人员公知的，如果在低于谐振频率的致动频率下驱动功率开关元件一定时间，则功率开关元件可能会由于散热问题而不可修复地损坏，并且由于软开关条件损耗而导致控制不稳定。因此，为确保逆变器电路的安全致动，致动频率应设置为：-低于功率开关元件最大频率；-高于谐振频率。虽然第一值是固定且提前知道的(取决于功率开关元件的类型)，但谐振频率严重取决于感应加热线圈与负载之间的耦合，即，它取决于一系列不可预测的特征，诸如负载的类型、负载与感应加热线圈之间的距离、负载的几何形状以及感应加热线圈的几何形状。采用感应加热的装置应设置有专门设计的控制单元，以避免致动频率超出上述安全范围。当这种装置的用户请求特定的电功率(例如，对应于烹饪锅或衣服熨斗所达到的特定温度)时，这种控制单元必须检查用户请求的希望电功率是否对应于落入安全范围内的致动频率。在肯定的情况下，控制单元被配置成分配所请求的电功率。在否定的情况下，无法满足用户的确切请求，并且控制单元可以被配置成将电功率设置为与所请求的级别不同的安全级别。为了确保逆变器电路的安全致动，必须满足进一步的限制，所述限制涉及功率开关元件能够在不损坏的情况下维持一定时间的最大电流。例如，常用于感应应用的家用电器的标准IGBT被设计为维持电流值不高于50到60A。为此，逆变器电路通常设置有箝位电路，所述箝位电路被配置成在流过感应加热线圈的电流达到功率开关元件可以维持的最大电流之前箝制所述电流。此外，逆变器电路进一步设置有软件保护，所述软件保护被配置成在针对电流而激活箝位电路之前如果接近所述最大电流则箝制致动频率。由于流过感应加热线圈的AC电流的包络具有取决于致动频率的振幅(致动频率越低，其振幅越高)，因此不可能先验地知道所选择的致动频率是否对应于流过感应加热线圈的低于最大电流的电流。EP1734789公开了一种涉及提供交流电源电压的方法以及一种具有可调节开关单元的变频器。开关单元和/或变频器的工作频率在电压的半个周期内从基频增加。频率然后下降到基频，使得频率在电源电压的零交叉处达到基频。
技术实现思路
申请人已经观察到，由于谐振频率不是提前知道的，并且在使用感应加热系统期间可以动态地变化(例如，因为待感应加热的装置与感应加热线圈之间的距离或相对位置不断变化)，因此这种控制单元应当具有确定哪一个是谐振频率和/或检查特定致动频率范围是否为安全范围(在遵守谐振频率极限的意义上)的能力。和/或，感应加热系统的控制单元应当具有以下能力：确定流过感应加热线圈的电流低于功率开关元件能够在不损坏的情况下维持一段时间的最大电流的最小致动频率(下文中称为电流极限频率)，和/或检查特定致动频率范围是否为安全范围(在遵守由电流极限频率给出的极限的意义上)。因此，本专利技术的目的是提供一种用于管理感应加热系统的方法和一种对应的感应加热系统，其允许评估逆变器谐振频率和电流极限频率当中的至少一个和/或以快速方式检查特定致动频率范围是否为安全范围。本专利技术的一个方面提出了一种用于管理感应加热系统的方法。所述感应加热系统包括导电负载和逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分。所述开关部分包括适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流的开关装置。所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流来产生对应的时变磁场，以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量。所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的半波对应的多个半波。所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率。所述方法包括：在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变致动频率；确定安全致动频率范围；基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率。所述确定安全致动频率范围包括计算下列项之间的至少一个：-每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，-每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。根据本专利技术的实施例，计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括：测量所述感应加热线圈上的电压的零交叉时间与所述AC电流的零交叉时间之间的距离。根据本专利技术的实施例，计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括计算对应于所述感应加热线圈的功率因数。根据本专利技术的实施例，在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括：根据致动频率值的序列逐步地设置所述致动频率，所述序列中的每个致动频率值是针对与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的对应时间间隔而设置的。根据本专利技术的实施例，计算每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度的所述步骤包括：-针对所述序列中的每个致动频率值，计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最高正值对应的电流正峰，和/或计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最低正值对应的电流负峰；-基于所述电流正峰和/或电流负峰来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管理感应加热系统的方法，所述感应加热系统包括：‑导电负载；‑逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分，所述开关部分包括开关装置，所述开关装置适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流，并且所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流以用于产生对应的时变磁场以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量，其中所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的所述半波对应的多个半波，并且其中在所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率，所述方法包括：‑在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变所述致动频率；‑确定安全致动频率范围；‑基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率，其中所述确定安全致动频率范围包括计算下列项之间的至少一者：‑每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，‑每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.02 EP 15188157.01.一种用于管理感应加热系统的方法，所述感应加热系统包括：-导电负载；-逆变器电路，所述逆变器电路包括开关部分和谐振部分，所述开关部分包括开关装置，所述开关装置适于从包括多个半波的AC输入电压中产生AC电流，并且所述谐振部分包括感应加热线圈，所述感应加热线圈适于接收所述AC电流以用于产生对应的时变磁场以便通过感应耦合在所述导电负载中产生热量，其中所述AC电流以所述开关装置的致动频率进行振荡并且具有包络，所述包络包括与所述AC输入电压的所述半波对应的多个半波，并且其中在所述负载中产生的热量取决于所述AC电流的频率，所述方法包括：-在所述包络的同一半波内根据多个致动频率值来改变所述致动频率；-确定安全致动频率范围；-基于所述确定的安全致动频率范围来设置所述致动频率，其中所述确定安全致动频率范围包括计算下列项之间的至少一者：-每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度，-每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度。2.如权利要求1所述的方法，其中计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括：测量所述感应加热线圈上的电压的零交叉时间与所述AC电流的零交叉时间之间的距离。3.如权利要求1所述的方法，其中计算每个致动频率值与所述谐振部分的谐振频率的接近程度的所述步骤包括计算对应于所述感应加热线圈的功率因数。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括：根据致动频率值的序列逐步地设置所述致动频率，所述序列中的每个致动频率值是针对与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的对应时间间隔而设置的。5.如权利要求4所述的方法，其中计算每个致动频率值与对应于所述开关装置能维持的最大电流的电流极限频率的接近程度的所述步骤包括：-针对所述序列中的每个致动频率值，计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最高正值对应的电流正峰，和/或计算与在所述对应时间间隔期间所述AC电流呈现的最低正值对应的电流负峰；-基于所述电流正峰和/或电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度。6.如权利要求5所述的方法，进一步包括根据所述对应时间间隔相对于所述半波的位置来使每个电流正峰和/或电流负峰归一化，所述基于所述电流正峰和/或电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度进一步包括：基于所述归一化电流正峰和/或所述归一化电流负峰来计算每个致动频率值与所述电流极限频率的接近程度。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述包络的同一半波内改变所述致动频率的所述步骤包括跨越对应的致动频率范围，所述方法进一步包括：-适应于所述跨越的致动频率范围的值高于所述谐振频率和所述电流极限频率的评估，选择所述安全制动频率范围作为所述跨越的致动频率范围。8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：-适应于所述谐振频率和所述电流极限频率当中的至少一个高于所述跨越的致动频率的至少一个值的评估，从所述跨越的致动频率的子范围中选择所述安全致动频率范围，所述选择的子范围的值全都高于所述谐振频率和所述电流极限频率。9.如权利要求4和从属于权利要求4的权利要求5至8中任一项所述的方法，其中所述致动频率值序列包括第一序列部分，所述第一序列部分从第一致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更低致动频率值继续。10.如权利要求9所述的方法，其中所述致动频率值序列包括第二序列部分，所述第二序列部分从所述第一序列部分的最后一个致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更高致动频率值继续。11.如权利要求4和从属于权利要求4的权利要求5至8中任一项所述的方法，其中所述致动频率值序列包括第一序列部分，所述第一序列部分从第一致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更高致动频率值继续。12.如权利要求11所述的方法，其中所述致动频率值序列包括第二序列部分，所述第二序列部分从所述第一序列部分的最后一个致动频率值开始并且然后在与所述包络的所述半波的持续时间的一小部分对应的每个时间间隔处以更低致动频率值继续。13.如权利要求4和从属于权利要求4的权利要求5至8中...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚·德安格利斯，
申请(专利权)人：伊莱克斯家用电器股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE