CIRCUITO CONVERTIDOR Y SU PROCEDIMIENTO DE FUNCIONAMIENTO.

Circuito inversor del tipo de semipuente de resonancia en serie con una topología con al menos dos salidas para la conexión,

respectivamente, con una carga (L1...LN; L1-R1, L2-R2), especialmente de una bobina de inducción de un puesto de cocción por inducción, con una fuente de tensión continua (U; VS), un circuito de semipuente con derivaciones, que comprende, respectivamente, conmutadores electrónicos de alta frecuencia (S11...S2N; SW1-SW4) con componentes de semiconductores de potencia, y conmutadores (R11...RNN; R1-R2) para la modificación de la topología para la alimentación opcional de una carga a una salida seleccionada o de varias cargas a varias salidas, caracterizado porque la topología con varias salidas está configurada por medio de una multiplicación parcial de un circuito de semipuente de resonancia en serie con una salida para la alimentación de corriente de alta frecuencia a una carga inductiva individual, de manera que a cada salida y, por lo tanto, a cada carga están asociados exactamente dos conmutadores de alta frecuencia (S11...S2N; SW1-SW4)

Circuito convertidor y su procedimiento de funcionamiento.

La invención se refiere a un circuito convertidor o circuito inversor, especialmente para un puesto de cocción por inducción, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 así como a un procedimiento de funcionamiento para el mismo.

Los puestos de cocción con calefacción inductiva, que se designa a continuación como puestos de cocción por inducción, son accionados con una bobina de inducción, dispuesta en la placa de cocción o superficie de cocción, que genera corrientes de inducción en un recipiente que contiene el producto de cocción, que presenta un material ferromagnético. A través de la acción de las corrientes de inducción y de las remagnetizaciones en la pared del recipiente de cocción se calienta el recipiente y, por lo tanto, el producto de cocción. Tales puestos de cocción tienen un rendimiento esencialmente más elevado que otros puestos de cocción accionados eléctricamente, permanecen en el modo "frío" y plantean requerimientos más reducidos a la planeidad del fondo de la cacerola.

La alimentación de energía de puestos de cocción por inducción se realiza, en general, desde una fuente de corriente, que suministra una corriente alterna con una amplitud (punta - punta) de aproximadamente 18 a 45 A y una frecuencia entre 25 y 40 kHz, y la potencia de un puesto de cocción individual está en el intervalo entre 300 W y 3 kW. Los aparatos de cocción por inducción que se pueden adquirir en la mayoría de los países industrializados tienen entre dos y cuatro puestos de cocción por inducción, que se pueden combinar también con puestos de cocción convencionales. En los aparatos modernos de este tipo, algunos o todos los puestos de cocción comprenden dos inductividades arrolladas concéntricamente en espiral entre si, cuya inductividad exterior se puede conectar opcionalmente a la conductividad interior. La preparación de las corrientes de funcionamiento comparativamente de alta frecuencia se realiza a través de circuitos de inversión (inversores).

La técnica de la activación de puestos o aparatos de cocción por inducción -habitualmente a través de circuitos de semiconductores de potencia- ha sido, debido a las ventajas mencionadas anteriormente, desde hace mucho tiempo un objeto de intensivos trabajos de desarrollo, que persiguen especialmente los objetivos de una elevación adicional del rendimiento y de una reducción del gasto de componentes y de circuito y, por lo tanto, de los costes de obtención así como finalmente una elevación adicional del valor de uso para el usuario.

Bajo el último punto de vista, el documento EP 0 286 044 A2 describe un circuito para la alimentación de corriente de un puesto de cocción inductivo, que realiza la conmutación de la fuente de corriente en dos placas de cocción evitando ruidos de interferencia molestos a través de dos relés controlados por medio de un microprocesador. La evitación del ruido de conmutación se consigue aquí por medio de la conmutación de las placas de cocción en la zona de entorno del punto de anulación de la tensión de la red, a cuyo fin el microprocesador recibe una información correspondiente desde la fuente de corriente.

El documento EP 0 583 519 A1 describe un aparato de cocción por inducción con dos bobinas de inducción, a las que está asociado en común un inversor de semipuente, al que se pueden conectar de forma alterna a través de un relé. En el documento DE 196 54 268 C2 se describe un desarrollo de esta disposición con el que debe prepararse un circuito de control más compacto. Además de las bobinas de calefacción por inducción mencionadas (cargas inductivas), el aparato de cocción tiene un rectificador y un circuito inversor con al menos tres transistores de potencia conectados en el rectificados y conectados en serie, antiparalelo a los cuales está conectado un diodo y en paralelo a los cuales está conectado un condensador de resonancia auxiliar. Además, en asociación con cada bobina de calefacción por inducción tiene, respectivamente, un condensador de resonancia principal así como diodos auxiliares, que se encuentran en cada caso entre una entrada de un condensador de resonancia principal y una salida de rectificador, de tal manera que durante el funcionamiento, una de las bobinas de calefacción por inducción es alimentada con tensión y la otra no.

En el documento EP 0 724 379 se describe un aparato de control para puestos de cocción por inducción con varios elementos de calefacción, que presentan una pluralidad de bobinas de inducción que se pueden conectar paralelas entre si. Este aparato de control tiene cuatro salidas y posibilita de manera diferenciada activaciones separadas así como conexiones conjuntas de varias bobinas de inducción. El circuito inversor comprende esencialmente dos conmutadores electrónicos de HF, hasta cuatro cargas inductivas, una batería de condensadores de circuitos de resonancia y hasta cuatro inversores unipolares.

En el documento EP 0 986 287 A2 se describen un circuito inversor con dos salidas así como un procedimiento para el control de la potencia alimentada en sus salidas, con los que deben alimentarse opcionalmente una carga o dos cargas al mismo tiempo (especialmente bobinas de calefacción por inducción de puestos de cocción inductivos). Con el circuito inversor propuesto allí y el procedimiento de control correspondiente deben optimizarse el dimensionado de los inversores y loa componentes de semiconductores de potencia así como el control de la alimentación de la potencia de las bobinas de inducción y debe reducirse al mínimo el desarrollo de ruido. El inversor propuesto allí es del tipo de puente H asimétrico de tres fases con una derivación común y dos derivaciones independientes una de la otra, que comprenden componentes de potencia. Tiene dos conmutadores de topologia variable para el control opcional de una de las dos bobinas de inducción o de ambas al mismo tiempo. Entre cada bobina y la derivación común están previstos en circuito en serie unos condensadores para la reducción del flujo medio de la corriente a través de los componentes de semiconductores de potencia (transistores).

Se conoce a partir del documento EP 0 971 562 A1 una disposición de varias bobinas para puestos de cocción por inducción, que permite la fabricación de aparatos de cocción para uso doméstico y para aplicación profesional con bobinas de inducción idénticas y circuitos inversores o bien circuitos convertidores.

Estas disposiciones tienen -además de muchos otros resultados de desarrollo- avances en la solución de los cometidos generales mencionados anteriormente, pero hasta ahora no han podido conducir a un empleo masivo de puestos de cocción por inducción en el sector privado o comercial.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de indicar un circuito inversor mejorado adicionalmente del tipo indicado al principio así como un procedimiento de funcionamiento eficiente para un circuito de este tipo, con los que se puede reducir adicionalmente el gasto para la realización de un control flexible de varias cargas (puestos de cocción o bien bobinas de inducción) y cuyo funcionamiento se puede configurar de manera todavía más eficiente más fácil para el usuario.

Este cometido se soluciona en lo que se refiere al aspecto del dispositivo por medio de un circuito inversor con las características de la reivindicación 1 y con respecto al procedimiento a través de un procedimiento de funcionamiento con las características de cuerdo con la reivindicación 9.

En su aspecto de dispositivo, la invención incluye la idea esencial de una duplicación parcial de una topologia de inversor convencional para la configuración de una topología con varias salidas. En este caso, se duplican o multiplican aquellas secciones de la topología conocida, que posibilitan un control independiente de las salidas. La forma de realización de esta duplicación parcial requiere la identificación de las secciones de la topología original que son necesarias para el control de la salida. La topología creada a través de este modo de proceder se puede optimizar a través de la introducción de conmutadores adicionales (conmutadores), a través de los cuales se pueden reconfigurar las salidas inactivas opcionalmente para la alimentación de salidas activas. Esto posibilita una elevación del rendimiento de inversión o bien de conversión y una reducción (adicional) de la temperatura de funcionamiento de los componentes de potencia en el sentido del cometido mencionado anteriormente.

La invención incluye, por otra parte,...

1. Circuito inversor del tipo de semipuente de resonancia en serie con una topología con al menos dos salidas para la conexión, respectivamente, con una carga (L₁...L_N; L1-R1, L2-R2), especialmente de una bobina de inducción de un puesto de cocción por inducción, con una fuente de tensión continua (U; VS), un circuito de semipuente con derivaciones, que comprende, respectivamente, conmutadores electrónicos de alta frecuencia (S₁₁...S_2N; SW1-SW4) con componentes de semiconductores de potencia, y conmutadores (R₁₁...R_NN; R1-R2) para la modificación de la topología para la alimentación opcional de una carga a una salida seleccionada o de varias cargas a varias salidas, caracterizado porque la topología con varias salidas está configurada por medio de una multiplicación parcial de un circuito de semipuente de resonancia en serie con una salida para la alimentación de corriente de alta frecuencia a una carga inductiva individual, de manera que a cada salida y, por lo tanto, a cada carga están asociados exactamente dos conmutadores de alta frecuencia (S₁₁...S_2N; SW1-SW4).

2. Circuito inversor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por dos salidas, que se pueden conectar a través de dos conmutadores unipolares (R1, R2) opcionalmente en cada caso con dos de un total de cuatro o con todos los cuatro conmutadores electrónicos de alta frecuencia (SW1-SW4).

3. Circuito inversor de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque una conexión de las cargas (L₁...L_N; L1-R1, L2-R2), está conectada directamente con dos conmutadores electrónicos de alta frecuencia (S₁₁...S_2N; SW1-SW4) y los conmutadores (R₁₁...R_NN; R1-R2) están conectados a través de capacidades en serie (C₁...C_N; C1, C2), respectivamente, con un punto nodal entre dos de los conmutadores de alta frecuencia.

4. Circuito inversor de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las cargas (L₁...L_N; L1-R1, L2-R2) están conectadas en cada caso con un punto nodal entre dos capacidades parciales en serie (C_1-, C₁₊; C_N-, C_N+; C1-, C1+, C2-, C2+) y a través de éstas están conectadas con una primera conexión de los conmutadores electrónicos de alta frecuencia (S₁₁...S_2N; SW1-SW4) y los conmutadores (R₁₁...R_NN; R1-R2) están conectados en cada caso directamente con un punto nodal entre dos de los conmutadores de alta frecuencia.

5. Circuito inversor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los conmutadores electrónicos de alta frecuencia (S₁₁...S_2N; SW1-SW4) presentan, respectivamente, un transistor y un diodo conectado antiparalelo con éste y los conmutadores están configurados como relés electromecánicos.

6. Circuito inversor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las capacidades en serie (C₁...C_N; C1, C2; C_1-, C₁₊; C_N-, C_N+; C1-, C1+, C2-, C2+) están configuradas como condensadores de resonancia para el cumplimiento de una condición de resonancia o casi-condición de resonancia con una porción inductiva de las cargas.

7. Aparato de cocción por inducción con un circuito inversor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores y con al menos dos puestos de cocción por inducción, que presentan, respectivamente, al menos una bobina de inducción arrollada en espiral en un plano, como carga del circuito inversor.

8. Circuito inversor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un filtro de entrada inductivo (LF) y un filtro de entrada capacitivo (CF).

9. Procedimiento para el funcionamiento de un circuito inversor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en cada estado de funcionamiento, todas las salidas del circuito inversor son alimentadas con la misma frecuencia y se aplica el principio de una anulación de la tensión unipolar.