Brevet FR2669174A1 — publié le 19920515

CIRCUIT ONDULEUR POUR APPAREIL DE CUISSON ,266gi74TlON Le présent dispositif concerne un onduleur, fonctionnant à partir d'une source continue ou obtenue par redressement sur un secteur alternatif et comportant deux commutateurs associés à deux diodes connectées en antiparallèle chaque ensemble étant branché en demi-pont à une charge résonante. Cet onduleur est destiné plus particulièrement à chauffer par courants induits des récipients de cuisson à fond métallique ferromagnétique. On connait depuis longtemps des circuits onduleurs en pont ou demi-pont à commutation forcée résonante tels que décrits dans les brevets français n" 1.306.494 du 20 novembre 1961 et les brevets 1.317.487 ,2.002.474, 2.058.737 ainsi que dans le brevet américain n" 547.127 du 5 Février 1975. La Société OREGA dans sa demande de brevet d'invention du 10 décembre 1976 n" 76 37330 décrit un mode de fonctionnement d'un tel onduleur (fig 1) pour lequel les commutateurs sont commandés de telle sorte que l'oscillation de la charge résonante est interrompue après chaque période du cirduit résonant puis relancée mais "en sens inverse" ainsi que le montre la figure (2). Un tel fonctionnement a non seulement les avantages exposés dans le document cité, à savoir la possibilité de fonctionner avec des charges variables, ce qui facilite l'utilisation en cuisson de récipients divers, mais surtout, du fait de son fonctionnement par séquences constamment interrompues et non pas avec une amplitude croissant par résonance comme les montages généralement utilisés, d'être très peu sensible aux impulsions parasites susceptibles d'intervenir sur le reseau d'alimentation secteur. Le mode de réalisation du dispositif de commande, tel que décrit dans ie montage OREGA est largement utilisé, il a comme inconvénient d'utiliser des transformateurs d'intensité associés à des circuits de mise en forme qui sont sensibles aux parasites de commutation et de réalisation coûteuse. L'objet de l'invention consiste en un circuit de commande d'un tel circuit onduleur utilisant la variation de tension observée au point commun aux deux interrupteurs et capable à la fois de piloter l'oscillation de l'onduleur et de réaliser certaines sécurités telle la présence d'une charge minimale couplée à l'inducteur. L'invention sera mieux comprise et ses caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée ci-après donnée à titre d'exemple non limitatif et des dessins annexés: - La fig (1) représente le schéma de principe d'un mode de réalisation du circuit onduleur pour appareil de cuisson par induction. - La fig (2) illustre les formes d'onde des tensions et courants en divers points du circuit. - La fig (3) représente le schéma détaillé de la commande des commutateurs. - La fig (4) détaille les signaux de commande observés dans le cas charge nominale" - récipient en acier ferromagnétique - La fig (5) représente les signaux recueillis dans le cas d'absence de récipient sur l'inducteur et dans le cas de présence d'un récipient en aluminium, cuivre , ou acier non magnétique. - La fig (6) représente le schéma de l'onduleur dans le cas d'un circuit oscillant série parallèle, I'inducteur de charge (15) étant dispersé en parallèle au condensateur d'accord 8. - La fig (7) représente le schéma de l'onduleur dans le cas d'un circuit oscillant série monté en pont complet avec quatre commutateurs. Les commutateurs-utilisés peuvent être des thyristors, des thyristors à ouverture commandée ou G.T.O., des transistors bipolaires, des transistors bipolaires à gachette isolée ou l.G.B.T. Le pilotage du demi-pont oscillant est effectué de la façon suivante : sur la fig 2, où est représenté le courant dans l'inducteur 5 on peut voir que lorsque le courant qui circule dans le commutateur 1 fermé a chargé, à travers l'inducteur, le condensateur 8, il y a inversion du sens de ce courant et retour partiel à la source de la charge (décharge oscillante) le courant passe alors dans la diode 3 et recharge en sens inverse le condensateur 8, mais, lorsque le courant s'annule dans la diode 3 , la décharge oscillante s'interrompt: le potentiel au point 10 revient alors progressivement à une valeur intermédiaire entre la masse et la haute tension par décharge du condensateur 8 à travers les réseaux d'équilibrage 6 et 7. Un comparateur 21 peut repérer l'instant où le potentiel du point 10 n'est plus celui de la masse Il (fig 4). Le signal ainsi délivré est transmis par une logique NOR à verrouillage 24 vers un monostable 25 qui attaque une bascule D 26 qui commande alternativement les commutateurs 2 et 1. Bien entendu, la séquence précédente est suivie de la séquence symétrique pour laquelle le potentiel du point 10, maintenu à la haute tension pendant la conduction du commutateur 2 puis de la diode 4 revient ensuite après le blocage de cette diode 4 vers un potentiel intermédiaire (courbes de la figure 2).Un comparateur 22 repère l'instant où le potentiel décroit et par l'intermédiaire de la porte logique NOR 24 attaque le même monostable 25.La bascule D montée en va et vient commande le second commutateur 1. On voit qu'un tel système n'utilise que des circuits logiques et des comparateurs de coût très bas à l'exclusion de capteurs ou d'éléments magnétiques ou capacitifs. De plus, ce système, associé à un minuteur électronique 30 peut en plus d'un dosage d'énergie obtenu par simple cadencement marche arrêt réaliser les fonctions de sécurité de température sur les éléments sensibles de l'onduleur (les commutateurs et l'inducteur) ainsi que la fonction présence d'un récipient adapté au chauffage par induction et interdiction de fonctionnement à vide ou avec un récipient non magnétique. En effet, on peut naturellement inhiber le minuteur en incorporant une thermistance 31 dans un montage repérant la variation de la résistance de cet élément lorsque la température excède la limite d'utilisation. Mais, de plus, il est possible de repérer le temps s'écoulant entre le basculement du comparateur 21 et celui d'un autre comparateur 23 basculant lorsque le potentiel au point 10 de la fig 1 atteint une valeur voisine de la moitié de la haute tension. Ce temps, pour un amortissement élevé de l'inducteur, que l'on obtient si un récipient en métal ferromagnétique lui est couplé, est très sensiblement plus long que celui que l'on observe pour un inducteur peu amorti (cas de l'absence de récipient ou d'un récipient en Cuivre, Aluminium, ou Acier inoxydable non magnétique), le circuit 32, permet cette discrimination et commande le blocage du minuteur 30. Bien entendu, d'autres modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés.Ainsi, en particulier, le circuit resonant série simple décrit précédemment peut être remplacé par un circuit résonant - 8, 9, 15 série-parallèle (fig 6) si l'on prend la précaution d'imposer le fonctionnement au voisinage de la résonnance série : ceci nécessite une séquence de démarrage du système où les ordres de commande des commutateurs sont déterminés par le temps et non plus seulement par le niveau de tension au point 10 commun aux commutateurs( fig 6). Un tel dispositif permet un couplage plus étroit entre l'inducteur de charge 15 et le récipient et peut être préféré dans le cas où le récipient utilisé est toujours de même type et disposé à poste fixe. Par ailleurs, le même dispositif peut être utilisé avec un montage en pont complet. En effet, la variation de tension au point C (fig 7) peut commander de façon analogue les quatre commutateurs, deux à deux. REVENDICATIONS 1) Circuit onduleur pour appareil de chauffage par induction comprenant une source d'alimentation en courant continu ou redressé à partir du réseau alternatif, un circuit oscillant série comportant un inducteur couplé à la charge à chauffer, ce circuit étant connecté à la source d'alimentation par deux commutateurs unidirectionnels avec diodes antiparallèles(1, 3, 2, 4) et deux condensateurs montés en demi pont, les dits commutateurs étant commandés à la fermeture par un circuit de commande caractérisé en ce qu'il comprend deux comparateurs (21 et 23) connectés au point commun (10) aux deux commutateurs (1,3,2,4) qui détectent la variation de potentiel du point (10) respectivement au voisinage de zéro et de la tension d'alimentation du demi-pont, et pilotent la fermeture des commutateurs lorsque le courant dans le circuit oscillant série s'est annulé et demeure nul après une période complète d'oscillation propre amortie. 2) Circuit onduleur pour appareil de chauffage par induction comprenant une source d'alimentation en courant continu ou redressé à partir du réseau alternatif, un circuit oscillant série comportant un inducteur couplé à la charge à chauffer, ce circuit étant connecté à la source d'alimentation par quatre commutateurs unidirectionnels avec diodes antiparallèles montés en pont complet, les dits commutateurs étant commandés à la fermeture par un circuit de commande caractérisé en ce qu'il comprend deux comparateurs (21 et 23) connectés au point commun (10) aux deux commutateurs (1,3,2,4) qui détectent la variation de potentiel du point (10) respectivement au voisinage de zéro et de la tension d'alimentation du demi-pont, et pilotent la fermeture des commutateurs lorsque le courant dans le circuit oscillant série s'est annulé et demeure nul après une période complète d'oscillation propre amortie. 3) Appareil suivant l'une des revendications 1 et 2 comprenant en outre une minuterie interrompant cycliquement les signaux de commande afin de moduler la puissance, caractérisé par le fait qu'un troisième comparateur(23) connecté au point commun (10) aux commutateurs, basculant pour une tension de l'ordre de la moitié de la tension d'alimentation permet de repérer le délai écoulé entre le basculement dudit comparateur et celui du comparateur (21), lequel délai est d'autant plus grand que l'amortissement de l'inducteur de chauffage est plus élevé ,un circuit (31) inhibant la minuterie si ledit délai est trop faible. 4) Appareil suivant l'une des revendications 1, 2 et 3 pour lequel les commutateurs sont soit des thyristors, soit des thyristors à ouverture commandée ou G.T.O, soit des transistors bipolaires, soit des transistors bipolaires à gachette isolée ou l.G.B.T. 5) Appareil suivant l'une des revendications 1, 2,3 et 4 pour lequel le circuit oscillant est constitué de l'inducteur de charge couplé au récipient, d'un condensateur de résonance série. 6) Appareil suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4 pour lequel le circuit oscillant est constitué d'une bobine de self induction et de l'inducteur de charge aux bornes duquel est connecté le condensateur de résonance.