ELECTRONIC INDUCTION HEATING ARRANGEMEMT

Abstract: 1. Electronic induction heating device comprising an oscillating circuit made up of a capacitor and an inductance coil which performs the function of a primary winding, the secondary winding being constituted by the charge to be heated, this oscillating circuit being connected to the supply circuit via two electronic switches associated with a control circuit, a resistor and a capacitor being mounted in parallel with each of these switches, characterized in that the two electronic switches - for example two thyristors (7) - are associated with a control oscillator (10) which causes them to operate at the resonance frequency of the oscillating circuit (2-3) so as to open and close at the same time, these switches being designed to perform the function of impedances of very high value at the time of opening.

Description: 11Dispositif électronique de chauffage à induction" La présente invention concerne les dispositifs électroniques de chauffage à induction. Les composants de puissance de tels dispositifs doivent répondre à des critères d'intensité, de vitesse et de tension relativement severes, ce qui les rend peu @@@@@@@@ e@ de p@@@ En effet, pour satisfaire. aux besoins, par exemple dans le. cas dlun appareil de cuisson à induction à vocation ménagère, il faut que ces composants soient a) suffisamment rapides en commutation pour pouvoir fermer et ouvrir un circuit oscillant. à des fréquences de l'ordre de 20 à 40 kHz b) capables de supporter des intensités élevées, de l'ordre de 40 ampères en régime permanent (pour une puissance de 2kW induite) c) susceptibles de supporter, à leurs bornes, des. tensions très élevées de l'ordre de 1000 wolts compte-tenu qu'un circuit résonnant pour un appareil de cuisson à usage ménager développe des tensions de l'ordre de 800 à 900 volts pour un foyer de 2kW aliinité par un réseau de 220 volts. Or, ces. trois conditions sont difficiles à respecter ensemble. Il est par contre beaucoup plus aisé de trouver sur le marché actuel des composants répondant à deux de ces conditions. Le but de la présente invention est donc d'éliminer l'une de ces trois conditions, en l'occurrence celle relative au fait de pouvoir supporter une tension maximum répétitive à l'état bloqué et ce, de façon à réaliser un dispositif de chauffage à induction, dont la conception est telle que celui-ci présente une très grande fiabilité, malgré les limites de Ferformances des composants électroniques actuelle- ment sur le marché. A cet effet, ce dispositif est caractérisé en ce que son circuit oscillant, qui comprend un condensateur et une self en parallèle, est raccordé au circuit d'alimentation par deux interrupteurs électroniquès par exemple deux tyristors - assujettis à un circuit de ccmmande les faisant commuter ensemble, de manière à ce que, lorsque ces deux interrupteurs se ferment, le circuit oscillant se trouve référencé entre ces deux lignes d'ali- mentation et, par le fait, chargé en anergie. Par contre, lorsque les deux interrupteurs sont ouverts, le circuit oscillant, chargé en énergie (et comparable dans cette phase à @@ générateur), va tr@@ver @ @e@ b@@@es deux interrupteurs ouverts, et par suite, se référencer à travers deux très grandes impédances. Ceci aura pour effet que ce circuit aura tendance à se centrer, ou à trouver son équilibre, entre ces deux impé- dances de grande valeur. DU reste, les particularités et avantages du présent dispositif apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante, donnée en référence aux dessins annexés. Sur ceux-ci La figure 1 est un schéma général d'une forme préférentielle de réalisation du dispositif selon l'invention La figure 2 représente les courbes de variation des tensions aux bornes des deux interrupteurs électroniques, ainsi que la courbe de variation de l'intensité dans la self du circuit oscillant La figure 3 est un schéma général d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le circuit oscillant 1 du dispositif correspondant est constitué par un circuit connu sous l'appellation "circuit bouchon". Celui-ci comprend une self plane 2 rrrtntée en parallèle avec un condensateur 3, dont les valeurs sont telles que le circuit résonne à la fréquence désirée, par exemple de 25 k.Hertz dans le cas précité d'un appareil ménager. La self 2 fait alors office d'enroulement primaire, le secondaire étant constitué par la charge à chauffer, dans l'appareil correspondant, en l'occurrence un ustensile de cuisson (casserole, poêle, etc...). Conformément à la caractéristique essentielle du dispositif selon l'invention, le circuit oscillant 1 est relié aux deux lignes 5 et 6 du circuit d'alimentation par l'intermédiaire de deux interrupteurs électroniques, qui se trouvent donc disposés de part et d'autre de ce circuit oscillant. Dans l'exemple représenté à la figure 1, chacun de ces interrupteurs est constitué par un tyris tor 7 avec lequel est montée en anti-parallèle une diode 8 dont le sens de conduction est donc inverse. La gachette de chacun des tyristors 7 est reliée à un circuit de commande très simplifié dans l'exemple et désigné par. la référence générale 9. L'agencement de ce circuit est tel que les ty ristors fonctionnent à la fréquence de résonnance du circuit oscillant 1 en s'ouvrant et en se fermant En même temps. Ce circuit comprend un oscillateur de commande 10 de. type astable, suivi d'un, voire de plusieurs, transisto@(s) permettant d'obtenir des impulsions de comman- de compatibles en durée, en polarité et en puissance pour. commander correctement les interrupteurs de puissance. Cependant, l'agencement d'un tel circuit n.' est pas complet, tel que présente ci-dessous En effet, il faut tenir compte du fait que les interrupteurs de puissance ne se desamorcent pas lorsque l'impulsion sur l'électrode de commande tombe à zéro volt. Pour atteindre ce but, il faut inverser la polarité à ses bornes (anode-cathode). Le circuit bouchon est tout à fait adéquat pour assurer ce rôle supplémentaire. En effet, les phénomènes de surtension de tels circuits sont bien connus. Cependant, il existe une difficulté due à la faible valeur selfique utilisée (34 H) dans le présent exemple. En effet, cete faible valeur provoque 1 'ouverture des tyristors en 2,5 secondes, ce qui n'est pas suffisant pour charger correctement le circuit oscillant, en maintenant la fréquence de travail envisagée. Cependant, une augmentation de la valeur de la self 2 n'est pas envisageable, car ses dimensions mécaniques deviendraient vite inexploitables et, de plus, il serait difficile de trouver des récipients pouvant s'apairer à la self Il est donc inutile d'énumérer tou tes les autres raisons. C'est pourquoi, dans le but de conserver une fréquence de résonnance de 25 à 30 k.Hzet un temps de conduction des interrupteurs de l'ordre de 10 %secondes, il est inclus, dans la ligne qui alimente le circuit resonnant, une Fetite self 13 de 3,5 Henri dans l'exemple. Cette self peut etre constituée de différentes faons, par exemple sur air, sur noyau de différentes formes, ou plus simplement en passant le fil d'alimentation du circuit oscillant dans un tore de benne valeur. Cette petite self a pour effet de ralentir cu plutôt de retarder l'action de la self de chauffe 2, ce qui se traduit par un temps de ccnduction des tyristors de l'ordre de 10 secondes dans l'exemple. Tout ceci apparaltra plus clairement en décomposant lesdifférentes phases de conduction et d'oscillation libre du circuit, lesquelles apparaissent sur les courbes de variation des tensions aux bornes des deux interrupteurs electroniques. Celles-ci sont représentées à la figure 2, sur laquelle A est la phase de conduction (interrupteur ferme) B est la phase de conduction des diodes C est la phase d'oscillation libre 1. Phase de fermeture des deux interrupteurs' Dans cette phase, le circuit oscillant se charge an énergie à travers les deux tyristors 7-de puissance. Le circuit bouchon se trouve alors normalement référence entre les lignes 5 et 6 du circuit d'alimentation. 2. Phase d'ouverture des deux interrupteurs C'est dans cette phase que se manifeste l'originalité du dispositif selon l'invention. En effet, les surtensions du circuit bouchon survenant 10/s après la fermeture des tyristors ont pour effet de polariser en inverse les tyristors, qui se bloquent. Les tensions supérieures aux références sont écoulées par les diodes 8 et le circuit bouchon part en oscillation libre. Des cet instant, le circuit oscillant (assimilable dans cette phase à un générateur d'énergie) va, pour se référencer, trouver à ses bornes les interrupteurs 7 ouverts. Ces derniers servent donc de référence au circuit oscillant, ce qui a poor effet d'essayer de centrer les tensions aux bornes de ce circuit entre deux très grandes impédances. Le centrage exact des tensions est directement lié aux paramètres internes des interrupteurs. Aussi, pour éviter un tri des composants, afin de les apairer, il est intéressant de traiter en parallèle avec chaque tyristor, un condensateur de petite valeur 11 et une résistance 12. Ceci permet d'équilibrer ccnvenablement les tensions aux bornes de chaque tyristor 7. En conséquence, chaque interrupteur supporte à ses bornes la rxitié de la tension développée par le circuit oscillant, soit 300 volts dans l'exemple Il est à remarquer que 1 tension développée par ce type de circuit oscillant est plus faible que dans d' autres types de circuits oscillants. En l'occurrence, cette-tension est de l'ordre de 600 à 700 volts au lieu de 800 à 900 volts. Ce fait est du à la faible valeur selfique 34 Henri, qui cumule les fonctions d'enroulement primaire et moyen de décharge, Or, cette faible valeur permet d'écouler, plus rapidement que dans d'autres types de circuits,l'énergie emmagasinée dans la capacité 3, d'où des tensions développees plus basses. D'autre part, le fait que les tyristors ne voient que la demi-tension présente aux bornes du circuit oscillant, offre de multiples avantages, dont les principaux sont : 1. En conservant des tyristors de mêmes caractéristiques que sur un montage à un interrupteur (tenue en tensian 1000 V), ce nouveau système offre une marge de sécurité-pour une tension de 1400 V dans l'exemple. 2. La marge de sécurité de tension peut etre réduite en augmentant la tension d'alimentation si l'on désire augmenter la puissance. 3. Il est possible, en gardant une marge raisconable de sécurité de tension (600 V par exemple) d'utiliser des tyristors moins performants en tension. 4. Il est évidemment toujours possible, pour augmenter la puissance, de multiplieur le nombre de paires de tyristors par montage. La conception particulière du dispositif selon l'inven- tion multiplie donc largement les coefficients de sécurité, puisque les tensions aux bornes des interrupteurs sont divisées par deux. Il faut également observer que cette conception a pour avantage d'éliminer les inconvénients habituels des dispositifs électroniques de chauffage par induction, parmi lesquels les risques d'emballement thermique des composants actifs (interrupteur de puissance). En effet, dans ce cas de figure, un interrupteur protège efficacement l'autre, sachant que les composants ne sont jamais parfaitertent identiques, et de plus, jamais expo- sés aux mêmes températures. D'autre part, les courants de fuite sont diminués par le montage de deux interrupteurs, ce qui offre une bonne garantie con- tre l'emballement thermique. Mais; ainsi qu'il a déja éte indiqué, le principal avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait que, pour un meme voltage du circuit oscillant, la marge de sécurité tension des interrupteurs électroniques se trouve considérablement aug- mentée. Cependant, il va da soi que le dispositif selon l'invention n'est pas limité au seul exemple preférentiel décrit ci-dessus. Ainsi, le circuit oscillant de ce dispositif peut être réalisé différemment. D'autre part, les tyristors de puissance pourraient être remplacés par des transistors de puissance, moyennant quelques retouches inhérentes au matériel employé. Du reste, la figure 3 représente le schéma d'une forme de réalisation dans laquelle les tyristors 7 du précédent exemple sont remplacés par des transistors 7a. Par ailleurs, il va de soi que le présent dispositif n'est pas limité à la réalisation d'appareils de cuisson à usage rrénager, car il peut faire l'objet d'applications diverses.

Claims: REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique de chauffage à induction, comportant un circuit oscillant oowprenant un condensateur et une self qui fait office d'enroulement primaire, l'enroulement se conduire étant constitué par la charge à chauffer, caractérisé en par deux interrupteurs électroniques - par exemple deux tyristors (7) assujettis à deux circuits de commande (9) les faisant fonctionner à la fréquence de résonnance du circuit oscillant (2-3) pour s'ouvrir et se fermer en même temps, ces interrupteurs jouant le rôle d'im- pédances de tres grande valeur lors de leur ouverture. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'une des lignes d'alimentation du circuit oscillant, il est prévu une self (13) ayant pour fonction de retarder l'action de la self ( 2) du circuit oscillant. 3. Dispositif selon la revendicatian 1, caractérisé en ce qu'une résistance (12) et une capacité (11) sont montées en parallele avec chaque interrupteur électronique .(7) pour centrer les tensions du circuit oscillant (2-3).

Inventors: EISENBERG, ROGER, SCHOLTES, MAURICE
Applicants: ETABLISSEMENTS EUGENE SCHOLTES
Application year: 1981
Main classification: H05B6
IPC codes: H05B6