[0001] L'invention concerne un procédé de commande en puissance d'une table de cuisson à
induction comprenant plusieurs inducteurs en fonctionnement.
[0002] Elle concerne également une table de cuisson comprenant des moyens de commande en
puissance configurés pour mettre en œuvre ledit procédé de commande en puissance.
[0003] D'une manière générale, dans une table de cuisson, des moyens d'induction ou inducteurs
intégrés à un circuit résonnant sont alimentés à partir d'un dispositif d'alimentation
à onduleur comportant un élément de commutation. Les éléments de commutation pilotent
en puissance les inducteurs selon une puissance de consigne.
[0004] Les éléments de commutation sont sujets à des échauffements, ce qui peut nuire au
bon fonctionnement de la table de cuisson.
[0005] Dans ce contexte, on connait des tables de cuisson comprenant des capteurs de température
ainsi que des procédés de commande en puissance de tables de cuisson comprenant une
étape de régulation de température sur la base des informations recueillies par lesdits
capteurs de température.
[0006] En particulier, dans certaines tables de cuisson, chaque dispositif d'alimentation
est équipé d'un capteur de température pour chaque élément de commutation. Bien que
cette solution permet de contrôler la température de chaque élément de commutation,
une telle table de cuisson est financièrement très coûteuse.
[0007] D'autres solutions de l'art antérieur proposent un capteur de température commun
aux différents éléments de commutation. Ce type de tables de cuisson et leurs procédés
de commande associés ne permettent pas d'identifier le ou les éléments de commutation
responsables de l'échauffement. Il est ainsi nécessaire d'agir sur tous les éléments
de commutation afin de faire baisser la température, y compris les éléments de commutation
ne présentant pas d'échauffement.
[0008] Enfin, il existe des tables de cuisson équipées d'un ou plusieurs capteurs d'ambiance
adaptés à mesurer la température de tous les composants électroniques. Dans ce cas
il n'y a pas de discrimination et la détection d'une température trop élevée entraîne
une baisse de puissance à l'ensemble des inducteurs. Ainsi, si l'un des éléments de
commutation chauffe beaucoup plus que les autres, la diminution globale de la puissance
de consigne de tous les inducteurs peut ne pas suffire à faire baisser la température
de l'élément de commutation.
[0009] La présente invention a pour but de résoudre au moins l'un des inconvénients précités.
[0010] L'invention concerne un procédé de commande en puissance d'une table de cuisson à
induction comprenant plusieurs inducteurs en fonctionnement, chaque inducteur étant
piloté en puissance par un élément de commutation selon une puissance de consigne
associée audit inducteur, et un capteur de température adapté à mesurer une température
représentative de la température de l'ensemble desdits éléments de commutation.
[0011] Selon l'invention, ledit procédé comprend les étapes successives suivantes :
- détection d'une valeur de température mesurée par ledit capteur de température supérieure
ou égale à un seuil d'alerte ;
- détermination, pour chaque élément de commutation, sur une période de temps prédéfinie,
d'un nombre de commutations à une valeur de courant ou de tension supérieure ou égale
respectivement à un seuil maximal de courant ou de tension préfixé ;
- identification d'au moins un élément de commutation générant un échauffement en fonction
dudit nombre de commutations déterminé pour chaque élément de commutation; et
- réduction de ladite puissance de consigne associée audit inducteur piloté par ledit
au moins un élément de commutation générant un échauffement identifié.
[0012] Un tel procédé de commande en puissance permet, grâce à un capteur de température,
de détecter une montée de température dans les éléments de commutation, d'identifier
ledit au moins un élément de commutation générant un échauffement et d'agir sur ce
dernier. Autrement dit, le procédé selon l'invention permet d'identifier et d'agir
individuellement sur la source de l'échauffement.
[0013] Les étapes de détermination, d'identification et de réduction du procédé de commande
sont uniquement mises en œuvre lorsque la température mesurée est supérieure ou égale
au seuil d'alerte. Cela permet d'éviter de devoir réitérer le procédé de commande
en continu, même lorsqu'il n'y a pas d'échauffement dans les éléments de commutation.
[0014] En pratique, lorsqu'un élément de commutation chauffe plus que les autres, celui-ci
engendre par son échauffement une montée de la température de chacun des autres éléments
de commutation. En utilisant le procédé de commande selon l'invention, il est possible
de détecter l'échauffement et de l'imputer à l'élément ou aux éléments de commutation
concerné(s).
[0015] En outre, en réduisant uniquement la puissance de consigne de l'inducteur concerné,
la pente de l'échauffement de l'ensemble des éléments de commutation, c'est-à-dire
la courbe de la température de l'ensemble des éléments de commutation en fonction
du temps, est réduite. Cela permet de maintenir l'ensemble des composants sous une
température critique, par exemple fixée à 70°C.
[0016] L'identification dudit au moins un élément de commutation générant un échauffement
est permis par la détermination du nombre de commutations à une valeur de courant
ou de tension élevée dépassant le seuil maximal de courant ou de tension préfixé.
Plus ledit nombre de commutations est élevé, plus l'échauffement est important.
[0017] Le procédé de commande selon l'invention permet ainsi de réguler efficacement et
pour un moindre coût, la température des éléments de commutation.
[0018] Selon un mode de réalisation, l'étape d'identification comprend les sous-étapes suivantes
:
- acquisition d'un nombre total de commutations, pour chaque élément de commutation,
sur ladite période de temps prédéfinie ;
- calcul d'un ratio entre ledit nombre de commutations à une valeur de courant ou de
tension supérieure ou égale respectivement à un seuil maximal de courant ou de tension
préfixé et ledit nombre total de commutations pour chaque élément de commutation ;
- comparaison dudit ratio calculé avec un ratio seuil ; et
- identification dudit au moins un élément de commutation générant un échauffement lorsque
ledit ratio calculé pour ledit au moins un élément de commutation générant un échauffement
est supérieur ou égal audit ratio seuil.
[0019] Le ratio seuil est prédéfini, c'est-à-dire préalablement fixé. La comparaison pour
chaque élément de commutation du ratio calculé au ratio seuil permet d'identifier
le ou les éléments de commutation générant de réchauffement et d'agir rapidement sur
ces derniers.
[0020] Selon une caractéristique, le ratio seuil diminue lorsque le nombre d'éléments de
commutation en fonctionnement dans la table de cuisson à induction augmente.
[0021] Selon une caractéristique, le ratio seuil diminue lorsque la valeur de température
mesurée augmente.
[0022] Le ratio seuil peut ainsi être recalculé en cours de fonctionnement de la table de
cuisson, en fonction du nombre d'éléments de commutation en fonctionnement et/ou de
la valeur de température mesurée. Cela permet une identification très précise des
éléments de commutation générant de l'échauffement.
[0023] Selon un mode de réalisation, l'étape d'identification comprend les sous-étapes suivantes
:
- calcul pour chaque élément de commutation d'une fréquence d'apparition de commutations
à une valeur de courant ou de tension supérieure ou égale respectivement à un seuil
maximal de courant ou de tension préfixé à partir dudit nombre de commutations déterminé
sur ladite période de temps prédéfinie ;
- comparaison de ladite fréquence d'apparition calculée avec une fréquence seuil ; et
- identification dudit au moins un élément de commutation générant un échauffement lorsque
ladite fréquence d'apparition calculée pour ledit au moins un élément de commutation
générant un échauffement est supérieure ou égale à ladite fréquence seuil.
[0024] Selon une caractéristique, la fréquence seuil diminue lorsque le nombre d'éléments
de commutation en fonctionnement dans ladite table de cuisson à induction augmente.
[0025] Selon une caractéristique, la fréquence seuil diminue lorsque ladite valeur de température
mesurée augmente.
[0026] De même que pour le ratio seuil, la fréquence seuil peut ainsi être recalculée en
cours de fonctionnement de la table de cuisson, en fonction du nombre d'éléments de
commutation en fonctionnement et/ou de la valeur de température mesurée.
[0027] Selon une caractéristique, à l'étape de réduction de la puissance de consigne, l'amplitude
de la diminution de ladite puissance de consigne est définie en fonction du ratio
seuil ou de la fréquence seuil, ladite amplitude augmentant lorsque ledit ratio seuil
ou ladite fréquence seuil augmente.
[0028] Selon une caractéristique, les étapes de détermination et d'identification sont réitérées
sur des périodes de temps prédéfinies glissantes dans le temps.
[0029] En particulier, les étapes de détermination et d'identification sont réitérées sur
des périodes plus petites que ladite période de temps prédéfinie.
[0030] Selon une caractéristique, chaque inducteur est piloté par un unique élément de commutation,
de préférence un IGBT (
Insulated Gate Bipolar Transistor).
[0031] L'invention porte également sur une table de cuisson à induction comprenant plusieurs
inducteurs, chaque inducteur étant piloté en puissance par un élément de commutation
selon une puissance de consigne associée audit inducteur, et un capteur de température
adapté à mesurer une température représentative de la température de l'ensemble desdits
éléments de commutation.
[0032] Selon l'invention, la table de cuisson comprend des moyens de commande en puissance
configurés pour mettre en œuvre le procédé de commande en puissance ayant les caractéristiques
précédentes.
[0033] La table de cuisson à induction présente des caractéristiques et avantages analogues
à ceux décrits précédemment en relation avec le procédé de commande.
[0034] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description
ci-après en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs
:
- la figure 1 est une vue schématique d'une table de cuisson à induction à foyers prédéfinis
adaptée à mettre en œuvre le procédé de commande conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d'une table de cuisson à induction sans foyers
prédéfinis adaptée à mettre en œuvre le procédé de commande conforme à l'invention
;
- la figure 3 est un schéma illustrant un dispositif d'alimentation à onduleur de moyens
d'induction associés à un récipient ;
- la figure 4 est un schéma illustrant un dispositif de détermination d'une puissance
minimale continue ;
- la figure 5 est un chronogramme illustrant les tensions aux bornes des composants
du dispositif de la figure 4, commandé à une fréquence de commutation minimale ; et
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 4, le dispositif de la figure 5 étant
commandé à une fréquence de commutation maximale.
[0035] La figure 1 représente une table de cuisson à induction adaptée à mettre en œuvre
la présente invention. A titre d'exemple non limitatif, cette table de cuisson peut
être une table de cuisson à induction 10 comprenant au moins un foyer de cuisson associé
à des moyens d'induction.
[0036] La table de cuisson 10 est à foyers de cuisson prédéfinis. Dans cet exemple, la table
de cuisson 10 comporte quatre foyers de cuisson F1, F2, F3, F4, chaque foyer de cuisson
étant associé à un ou plusieurs inducteurs.
[0037] Cette table de cuisson 10 comprend de manière classique une phase de puissance d'une
alimentation électrique 11, typiquement une alimentation secteur.
[0038] A titre d'exemple, la table de cuisson 10 est alimentée en 32 A, pouvant fournir
une puissance maximale de 7200 W à la table de cuisson 10, soit une puissance de 3600
W par phase.
[0039] Une carte de contrôle et de commande de puissance 12 permet de supporter l'ensemble
des moyens électroniques et informatiques nécessaires au contrôle de la table de cuisson
10.
[0040] En pratique, des liaisons électriques 13 sont prévues entre cette carte de contrôle
et de commande de puissance 12 et chaque foyer de cuisson F1, F2, F3, F4.
[0041] De manière classique, dans une telle table de cuisson 10, l'ensemble des inducteurs
et la carte de contrôle et de commande 12 sont placés sous une surface plane de cuisson,
par exemple réalisée à partir d'une plaque en vitrocéramique.
[0042] Les foyers de cuisson peuvent en outre être identifiés par une sérigraphie en vis-à-vis
des inducteurs placés sous la surface de cuisson.
[0043] Finalement, la table de cuisson 10 comporte également des moyens de commande et d'interface
14 avec l'utilisateur permettant notamment à l'utilisateur de commander en puissance
et en durée le fonctionnement de chaque foyer F1, F2, F3, F4.
[0044] En particulier, l'utilisateur peut par le biais des moyens de commande et d'interface
14 assigner une puissance de consigne P
c à chaque foyer de cuisson recouvert d'un récipient.
[0045] La figure 2 représente, un autre type de table de cuisson 15 à induction adaptée
à mettre en œuvre la présente invention. La table de cuisson 15 est dans cet exemple
de réalisation une table dit matricielle, c'est-à-dire sans foyers de cuisson prédéfinis.
[0046] Cette table de cuisson 15 comprend des moyens de chauffage constitués d'inducteurs
17 répartis dans un plan de cuisson 16.
[0047] Ces inducteurs 17 sont répartis suivant une trame bidimensionnelle sous le plan de
cuisson 16 de la table de cuisson 15.
[0048] Ils sont disposés côte à côte de manière à couvrir l'ensemble de la surface du plan
de cuisson 16.
[0049] Dans cet exemple, les inducteurs 17 sont disposés en quinconce.
[0050] Dans d'autres modes de réalisation, les inducteurs peuvent être disposés selon une
répartition en lignes et colonnes, c'est-à-dire selon une disposition en matrice.
[0051] Lorsqu'un récipient est placé sur le plan de cuisson 16, une zone de chauffe Z est
formée à partir de la détection des inducteurs 17 recouverts par le récipient. Les
zones de chauffe Z sont définies au cas par cas par la position du récipient en vis-à-vis
d'un sous-ensemble d'inducteurs 17 disposés sous le plan de cuisson 16. Une zone de
chauffe Z peut ainsi être formée d'un ou plusieurs inducteurs.
[0052] Chaque inducteur 17 de la table de cuisson 15 peut ainsi être commandé indépendamment
et mis en fonctionnement uniquement lorsqu'un récipient recouvre au moins une partie
de cette inducteur.
[0053] La table de cuisson 15 comporte de manière connue, comme à l'exemple de réalisation
de la figure 1, à la fois une carte de contrôle et de commande de puissance adaptée
à supporter l'ensemble des moyens électroniques et informatiques nécessaires au contrôle
de la table de cuisson 15, et des moyens de commande et d'interface avec l'utilisateur,
permettant notamment à l'utilisateur de commander en puissance et en durée le fonctionnement
de chaque zone de chauffe Z.
[0054] La structure d'une telle table de cuisson et le montage des inducteurs n'ont pas
besoin d'être décrits plus en détail ici.
[0055] Bien entendu, l'invention s'applique également aux tables flexibles, c'est-à-dire
comprenant une partie matricielle ou sans foyer prédéfini, et une partie à foyers
prédéfinis.
[0056] La figure 3 illustre un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation à onduleur
adapté à alimenter un inducteur.
[0057] Dans ce schéma, une inductance L représente à la fois l'inductance des inducteurs
et celle du récipient à chauffer placé en vis-à-vis.
[0058] Le système constitué par le récipient et le(s) inducteur(s) du foyer peut ainsi être
schématisé par une inductance L.
[0059] Le circuit résonant comporte également un condensateur C monté en parallèle avec
l'inductance L.
[0060] Le circuit résonant ainsi constitué est alimenté par un dispositif d'alimentation
à onduleur comportant ici un unique élément de commutation Com ou élément de puissance.
Chaque inducteur est par exemple piloté en puissance par un élément de commutation
Com selon une puissance de consigne P
c associée audit inducteur.
[0061] L'élément de commutation Com est ici un interrupteur du type d'un transistor commandé
en tension, notamment un interrupteur IGBT ou IGBT (acronyme du terme anglais "
Insulated Gate Bipolar Transistors")
.
[0062] L'élément de commutation est monté en série avec le circuit résonant L, C et une
diode de roue libre D est montée en parallèle avec l'élément de commutation.
[0063] Un tel dispositif d'alimentation à onduleur fonctionne selon une fréquence de commutation
correspondant à la fréquence de commutation de l'élément de commutation. La fréquence
de commutation du dispositif d'alimentation correspond à une période de commande ou
de commutation T.
[0064] En modifiant la fréquence de commutation de l'élément de commutation, il est possible
d'ajuster la puissance instantanée délivrée par les inducteurs à un récipient de cuisson.
[0065] Le montage d'un tel dispositif d'alimentation à onduleur, comportant l'interrupteur
IGBT et la diode de roue libre D, et commandé selon une fréquence de commutation (ou
période de commutation ou commande T) est utilisé communément dans le domaine des
appareils de cuisson à induction et n'a pas besoin d'être décrit plus en détails ici.
[0066] Dans d'autres exemples de réalisation, l'élément de commutation Com peut être d'un
autre type, par exemple un transistor à effet de champ à grille isolée (MOSFET), ou
encore un transistor bipolaire.
[0067] La présente invention s'applique particulièrement aux tables dans lesquelles chaque
inducteur est associé à un unique élément de commutation Com, par exemple aux tables
mono IGBT. Bien entendu, l'invention peut s'appliquer dans le cas de montages différents,
par exemple un montage en demi-pont.
[0068] La table de cuisson selon l'invention comporte en outre un capteur de température
C
T (non représenté ici). Le capteur de température C
T peut être par exemple disposé à proximité des éléments de commutation Com, de la
carte la mère et/ou de l'échangeur thermique de la table de cuisson.
[0069] Le capteur de température C
T est adapté à mesurer une température T
m représentative de la température de l'ensemble des éléments de commutation Com.
[0070] La table de cuisson fonctionne selon un procédé de commande permettant lors d'un
échauffement dans les éléments de commutation Com, d'identifier le ou les éléments
de commutation Com à l'origine dudit échauffement et d'agir sur eux afin de faire
baisser la température T
m. Le procédé de commande comprend plusieurs étapes.
[0071] Une première étape consiste à détecter lorsque la valeur de température T
m mesurée par le capteur de température C
T est supérieure ou égale à un seuil d'alerte T
s. Cette première étape est réalisée par le capteur de température C
T qui par exemple peut envoyer un signal lorsque le seuil d'alerte T
s est dépassé.
[0072] Si la valeur de la température T
m mesurée atteint ou dépasse le seuil d'alerte T
s, une deuxième étape du procédé de commande est alors opérée. Cette deuxième étape
consiste à déterminer, pour chaque élément de commutation Com, sur une période de
temps prédéfinie Tf, un nombre de commutations N
c à une valeur de courant ou de tension supérieure ou égale respectivement à un seuil
maximal de courant I
s ou de tension U
s préfixé. Par exemple, pour un interrupteur IGBT, ce sont les commutations à courants
élevés qui sont déterminés. Pour un MOSFET, la détermination vise les commutations
à tension élevées.
[0073] Par souci de simplification, on désigne les commutations à une valeur de courant
ou tension supérieure ou égale respectivement à un seuil maximal de courant I
s ou de tension U
s préfixé, « les commutations à une valeur de courant ou de tension élevé » ou « les
commutations à courant ou tension élevé ».
[0074] Ainsi, le but de la deuxième étape est de détecter les éléments de commutation Com
exposés à des courants ou tensions élevés lors des commutations. Plus l'élément de
commutation Com est exposé à des pics de courant ou de tension, plus il est susceptible
de chauffer.
[0075] La détection des éléments de commutation Com à courants ou tensions élevés peut être
effectuée par tout moyen connu. Un exemple, reposant sur la génération d'un signal
SWITCH lorsque la valeur du courant atteint le seuil maximal de courant I
s préfixé, est décrit plus loin dans ce document.
[0076] Une troisième étape du procédé de commande consiste ensuite à identifier au moins
un élément de commutation Com générant un échauffement en fonction du nombre de commutations
N
c déterminé à la deuxième étape pour chaque un élément de commutation Com.
[0077] En particulier, plus le nombre de commutations N
c d'un élément de commutation Com à une valeur de courant ou de tension supérieure
ou égale respectivement au seuil maximal de courant I
s ou de tension U
s préfixé est élevé, plus ledit élément de commutation Com est susceptible de générer
un échauffement.
[0078] Enfin, une quatrième étape du procédé de commande consiste à réduire la puissance
de consigne P
c associée à l'inducteur piloté par le ou les éléments de commutation Com générant
un échauffement identifié(s) à la troisième étape.
[0079] La puissance de consigne P
c peut être diminuée une ou plusieurs fois jusqu'à l'obtention d'une température des
éléments de commutation Com acceptable et/ou d'un nombre acceptable de commutations
du ou des éléments de commutation Com commandés ayant généré de l'échauffement.
[0080] La diminution de la puissance de consigne P
c peut être effectué par tout moyen connu, par exemple par découpage.
[0081] L'amplitude de diminution de la puissance de consigne P
c peut être constante. Par exemple, la puissance de consigne P
c peut être diminuée de 12,5W pour chaque inducteur piloté par un élément de commutation
Com générant de l'échauffement.
[0082] Dans un autre exemple de réalisation, l'amplitude de la diminution de la puissance
de consigne P
c peut être fonction du nombre d'inducteurs en fonctionnement. En particulier, l'amplitude
de la puissance de consigne P
c peut diminuer lorsque le nombre d'inducteurs en fonctionnement augmente.
[0083] Suite à la diminution de la puissance de consigne P
c associée à l'élément de commutation Com, et si la température T
m mesurée descend en-dessous du seuil d'alerte T
s, l'élément de commutation Com peut revenir à la puissance de consigne initiale. Cette
étape peut se faire soit graduellement, soit de manière instantanée.
[0084] La troisième étape ou étape d'identification est décrite plus en détails ci-après,
selon deux exemples de réalisation.
[0085] Selon un premier exemple de réalisation, l'étape d'identification consiste dans un
premier temps en l'acquisition d'un nombre total de commutations N
T, pour chaque élément de commutation Com, sur la période de temps prédéfinie Tf.
[0086] Puis dans un second temps, un ratio R
c est calculé entre le nombre de commutations N
c déterminé et le nombre total de commutations N
T pour chaque élément de commutation Com. Autrement dit, un ratio R
c est calculé sur la période de temps prédéfinie Tf entre le nombre de commutations
N
c où l'élément de commutation Com a été exposé à un pic de courant ou de tension et
le nombre total de commutations N
T.
[0087] Ce ratio R
c calculé est ensuite comparé à un ratio seuil R
s. Le ratio seuil R
s est prédéfini, par exemple par essai.
[0088] Le calcul du ratio R
c peut être effectué sur une moyenne glissante sur la période de temps prédéfinie Tf.
Autrement dit, le calcul peut se faire sur des périodes de temps inférieures à la
période de temps prédéfinie, lesdites périodes de temps se recoupant.
[0089] A titre d'exemple, on peut effectuer le calcul du ratio R
c toutes les 3,3 secondes en considérant le nombre de commutations sur les dernières
15 secondes. Dans un exemple de réalisation, le nombre de commutations est de 450
000 sur la période de mesure glissante de 15 secondes. Si dans cette période de temps,
le nombre de commutations N
c à une valeur de courant ou de tension supérieure ou égale respectivement à un seuil
maximal de courant I
s ou de tension U
s préfixé est de 420 000, le ratio R
c est alors égal 0.93.
[0090] Le ratio seuil R
s peut être compris entre 0,90 et 0,95. Cette plage de valeur présente un bon compris
entre réduction des performances de l'inducteur acceptables et un effet significatif
sur la température de l'élément de commutation Com.
[0091] Le ratio seuil R
s peut être fixe ou variable.
[0092] En particulier, le ratio seuil R
s peut diminuer lorsque le nombre d'éléments de commutation Com en fonctionnement dans
la table de cuisson à induction augmente. Par exemple, le ratio seuil R
s peut être de 0,95 lorsque deux éléments de commutation Com sont actifs, de 0,93 lorsque
trois éléments de commutation Com sont actifs et de 0,90 lorsque quatre éléments de
commutation Com sont actifs.
[0093] Dans un autre exemple de réalisation, le ratio seuil R
s peut diminuer lorsque la valeur de la température T
m mesurée dans les éléments de commutation Com augmente. Par exemple, le ratio seuil
peut être égal à 0,95 lorsque la température T
m mesurée est comprise entre 70°C et 80°C, de 0,93 lorsque la température T
m mesurée est comprise entre 80°C et 90°C, et de 0,91 lorsque la température T
m mesurée est supérieure à 90°.
[0094] Le calcul du ratio seuil R
s en fonction du nombre d'éléments de commutation Com en fonction de la température
T
m mesurée peuvent être effectués dans deux modes de réalisation distincts ou peuvent
être combinés. Dans ce dernier cas, le calcul du ratio seuil R
s peut prendre en compte à la fois la variation du nombre d'éléments de commutation
Com et la variation de la température T
m mesurée.
[0095] Enfin, lorsque le ratio R
c calculé pour un élément de commutation Com est supérieur ou égal au ratio seuil R
s, ledit élément de commutation Com est identifié comme étant un élément de commutation
Com générant un échauffement.
[0096] La puissance de consigne P
c de l'inducteur piloté par l'élément de commutation Com générant un échauffement est
alors diminuée.
[0097] Selon un deuxième exemple de réalisation, l'étape d'identification consiste dans
un premier temps en le calcul pour chaque élément de commutation Com d'une fréquence
d'apparition F
c de commutations à une valeur de courant ou de tension supérieure ou égale respectivement
à un seuil maximal de courant I
s ou de tension U
s à partir du nombre de commutations N
c déterminé sur la période de temps prédéfinie Tf.
[0098] Autrement dit, le nombre de commutations N
c à une valeur de courant ou de tension élevé est déterminé pour chaque élément de
commutation Com sur la période de temps prédéfinie T
f. Cela permet de calculer la fréquence des commutations à une valeur de courant ou
de tension élevé sur la période de temps prédéfinie T
f.
[0099] A titre d'exemple, s'il y a eu 380 000 commutations à une tension ou courant élevé
sur les 15 dernières secondes, alors la fréquence d'apparition F
c est de 25 333.
[0100] Puis dans un second temps, la fréquence d'apparition F
c calculée est comparée avec une fréquence seuil F
s. La fréquence seuil F
s est préfixée, par exemple par essai.
[0101] La fréquence seuil F
s peut être comprise entre 27 000 et 28 500. Cette plage de valeur présente un bon
compris entre réduction des performances de l'inducteur acceptables et un effet significatif
sur la température de l'élément de commutation Com.
[0102] De même que pour le ratio seuil R
s, la fréquence seuil F
s peut être fixe ou variable. En particulier, la fréquence seuil F
s peut diminuer lorsque le nombre d'éléments de commutation Com en fonctionnement augmente.
Par exemple, la fréquence seuil F
s peut être de 28 500 lorsque deux inducteurs sont actifs, de 27 750 lorsque trois
éléments de commutation Com sont actifs et de 27 000 lorsque quatre éléments de commutation
Com sont actifs.
[0103] La fréquence seuil F
s peut également diminuer lorsque la valeur de la température T
m mesurée dans les éléments de commutation Com augmente. Par exemple, la fréquence
seuil F
s peut être égale à 28 500 lorsque la température T
m mesurée est comprise entre 70°C et 80°C, de 27 500 lorsque la température T
m mesurée est comprise entre 80°C et 90°C, et de 26 500 lorsque la température T
m mesurée est supérieure à 90°.
[0104] Le calcul de la fréquence seuil F
s en fonction du nombre d'éléments de commutation Com et de la température T
m mesurée peuvent être effectués dans deux modes de réalisation distincts ou peuvent
être combinés. Dans ce dernier cas, le calcul de la fréquence seuil F
s peut prendre en compte à la fois la variation du nombre d'éléments de commutation
Com et la variation de la température T
m mesurée.
[0105] Enfin, lorsque la fréquence d'apparition F
c calculée pour un élément de commutation Com est supérieure ou égale à la fréquence
seuil, ledit élément de commutation Com est identifié comme étant un élément de commutation
Com générant un échauffement.
[0106] La puissance de consigne P
c de l'inducteur piloté par l'élément de commutation Com générant un échauffement est
alors diminuée.
[0107] L'amplitude de la diminution de la puissance de consigne P
c peut être définie en fonction du ratio seuil R
s ou de la fréquence seuil F
s. En effet, ladite amplitude peut augmenter lorsque ledit ratio seuil R
s ou ladite fréquence seuil F
s augmente.
[0108] Dans les deux exemples de réalisation de l'étape d'identification décrits ci-dessus
(par calcul d'un ratio R
c ou par calcul d'une fréquence d'apparition F
c), les valeurs du ratio seuil R
s et de la fréquence seuil F
s peuvent être calculées respectivement par rapport à une valeur de ratio initial ou
de fréquence d'apparition initiale à laquelle sont appliqués un ou plusieurs coefficients
de correction. Les coefficients de correction dépendent notamment du nombre d'éléments
en fonctionnement et/ou de la température des éléments de commutation Com.
[0109] Les coefficients applicables en fonction du nombre d'éléments de commutation Com
actifs et/ou de la température de l'électronique peuvent également être stockés grâce
à des moyens de stockage de la table de cuisson, et appliqués au besoin.
[0110] Dans un mode de réalisation, plusieurs ratios seuils R
s ou fréquences seuils F
s peuvent être préfixé(e)s. Dans ce cas, la diminution de la puissance de consigne
P
c associée peut être plus élevée lorsque le ratio R
c calculé ou la fréquence d'apparition F
c calculée atteint les ratios seuils les plus élevés. Autrement dit, plus l'élément
de commutation Com chauffe, plus l'amplitude de diminution de la puissance de consigne
P
c associée est élevée.
[0111] Lorsqu'un inducteur est arrêté ou que sa consigne de puissance est modifiée, l'évolution
de la température des éléments de commutation Com change et peut diminuer. Cela peut
modifier le ratio seuil R
s ou la fréquence seuil F
s lorsque le procédé de commande est réitéré. Cette hystérésis permet d'éviter l'instabilité
des dispositifs d'alimentation.
[0112] Dans l'exemple décrit précédemment, lorsque la température T
m mesurée atteint ou dépasse le seuil d'alerte T
s, la puissance de consigne P
c est diminuée uniquement pour le ou les inducteurs pilotés par le ou les éléments
de commutation Com générant de l'échauffement.
[0113] Néanmoins, il est possible de diminuer d'une certaine amplitude la puissance de consigne
P
c de tous les inducteurs en fonctionnement, et de diminuer d'une amplitude supérieure
la puissance de consigne P
c associée à l'élément ou aux éléments de commutation Com générant de l'échauffement.
En particulier, il est possible de diminuer d'une amplitude supérieure la puissance
de consigne P
c des inducteurs pilotés par les éléments de commutation Com ayant les ratios ou les
fréquences mesurées supérieures aux ratios seuils R
s ou fréquences seuils F
s, ou ayant les ratios ou fréquences les plus élevé(e)s.
[0114] La diminution globale de la puissance de consigne P
c de tous les inducteurs en fonctionnement peut être opérée lorsque la température
T
m mesurée atteint une valeur de température critique. La température critique est supérieure
au seuil d'alerte T
s et peut constituer une sécurité supplémentaire pour la table de cuisson. Par exemple,
pour une température T
m mesurée supérieure à une température critique de 70°C, le procédé de commande peut
comprendre une étape de diminution de la puissance de consigne P
c de tous les inducteurs en fonctionnement.
[0115] La figure 4 illustre un dispositif de détermination comprenant en particulier des
moyens de mesure du courant i circulant dans un interrupteur IGBT et une diode de
roue libre D. En particulier, ce dispositif de détermination permet de déterminer
lorsque le courant dans l'interrupteur IGBT dépasse le seuil maximal de courant I
s préfixé (deuxième étape du procédé de commande selon l'invention).
[0116] Dans cet exemple, les moyens de mesure du courant sont réalisés au moyen d'un transformateur
d'intensité 20.
[0117] La valeur de la tension aux bornes d'une résistance de charge R1, placée en sortie
du transformateur d'intensité 20, correspond à l'image du courant i circulant dans
l'interrupteur IGBT ou la diode de roue libre D.
[0118] Ces moyens de mesure 20 sont associés à des moyens de détection 30 d'un pic du courant
i circulant dans l'interrupteur IGBT.
[0119] Ces moyens de détection 30 comprennent notamment une diode du type Zener D1 montée
en parallèle du transformateur d'intensité 20.
[0120] La tension d'avalanche de la diode de type Zener D1 est sensiblement égale à la valeur
de la tension en sortie du transformateur d'intensité 20 lorsque le courant i circulant
dans l'interrupteur IGBT est sensiblement égal à un seuil maximal de courant I
s préfixé, admissible dans l'interrupteur IGBT.
[0121] Les moyens de détection 30 comportent, en outre, une seconde diode D2 montée en série
avec la diode Zener D1 et en opposition par rapport à la diode Zener D1.
[0122] Les moyens de détection 30 comportent en outre une résistance R2, montée en série
avec les deux diodes D1, D2.
[0123] Des moyens de génération 40 d'un signal de niveau SWITCH sont associés aux moyens
de détection 30. Les moyens de génération 40 sont configurés pour générer un signal
de niveau SWITCH destiné à informer à des moyens de contrôle, typiquement réalisés
par un microprocesseur 50, si le courant i circulant dans l'élément de commutation
a atteint ou pas le seuil maximal de courant préfixé.
[0124] Les moyens de génération 40 comportent un deuxième élément de commutation T1 commandé
par un signal de commande FREQUENCY ayant une période égale à la période de commutation
T et étant représentative de la commande de l'interrupteur IGBT.
[0125] Le deuxième élément de commutation T1 est monté en série de la résistance R2 et des
deux diodes D1, D2 formant un circuit en parallèle avec le transformateur d'intensité
20.
[0126] Le deuxième élément de commutation T1 est ici un transistor bipolaire du type NPN.
[0127] Les moyens de génération 40 comportent en outre des moyens de retard 41 montés entre
le signal de commande FREQUENCY et le deuxième élément de commutation T1.
[0128] Dans le mode de réalisation représenté, les moyens de retard 41 sont reliés à la
base b du deuxième transistor T1.
[0129] Les moyens de retard 41 sont configurés pour générer une période de temps Tr (illustrée
à la figure 4) au début d'une période de commutation T de l'interrupteur IGBT.
[0130] Les moyens de retard 41 comportent une résistance de retard R3 reliée par une première
borne à la base du deuxième transistor T1, et un condensateur de retard C1 monté entre
la base et l'émetteur du deuxième transistor T1. Le signal de commande FREQUENCY est
appliqué à la seconde borne de la résistance de retard R3.
[0131] Les moyens de génération 40 comportent en outre un troisième élément de commutation
T2, étant ici un transistor bipolaire du même type que le deuxième transistor T1,
c'est-à-dire de type NPN.
[0132] Le troisième transistor T2 est monté entre une résistance de pull-up R5 et le potentiel
de référence. La base du troisième transistor T2 est relié au collecteur du deuxième
transistor T1 et à la résistance R2 des moyens de détection 30.
[0133] Le signal de niveau SWITCH est pris entre le troisième transistor T2 (son collecteur)
et la résistance de pull-up R5.
[0134] Finalement, un condensateur de sortie C2 est monté à la sortie du troisième transistor
T2, en parallèle. Le condensateur de sortie C2 forme avec la résistance de pull-up
R5 des moyens de maintien 42 du signal de niveau SWITCH à un état prédéfini indiquant
que le courant i circulant dans l'interrupteur IGBT présente une valeur égale au seuil
maximal de courant préfixé. Le condensateur de sortie C2 et la résistance de pull-up
R5 présentent des valeurs telles que le signal de niveau SWITCH reste à l'état prédéfini
pendant une période de commutation (ou de découpage) de l'interrupteur IGBT.
[0135] On va décrire à présent le fonctionnement des moyens de détection 30 d'un pic du
courant circulant dans l'interrupteur IGBT et des moyens de génération 40 d'un signal
de niveau SWITCH.
[0136] Les moyens de détection 30 sont configurés pour détecter un courant i dont la valeur
est sensiblement égale au seuil maximal de courant I
s préfixé, correspondant à la valeur de courant admissible dans l'interrupteur IGBT.
[0137] Cette valeur seuil maximale prédéterminée est strictement positive.
[0138] Pour des interrupteurs IGBT classiques, cette valeur seuil maximale prédéterminée
est supérieure ou égale à 40 A, et de préférence supérieure à 60 A.
[0139] Les moyens de génération 40 sont configurés pour générer un signal de niveau SWITCH
indiquant si les moyens de détection 30 ont détecté ou pas un pic de courant égal
au seuil maximal de courant I
s préfixé.
[0140] Ainsi, le signal de niveau SWITCH est destiné à informer aux moyens de contrôle 50,
si le courant i circulant dans l'interrupteur IGBT atteint ou pas le seuil maximal
de courant I
s préfixé.
[0141] Si un pic de courant égal au seuil maximal de courant I
s préfixé est détecté lors d'une période de temps Tr au début de la période de commutation
T, le signal de niveau SWITCH est à l'état bas. Dans le cas contraire, le signal de
niveau SWITCH est à l'état haut.
[0142] Comme il sera décrit ci-dessous, les moyens de génération 40 sont contrôlés par un
signal de commande FREQUENCY. Le signal de commande FREQUENCY est indicatif de la
commande ou mise sur ON de l'interrupteur IGBT. Le signal de commande FREQUENCY présente
un premier état lorsque l'interrupteur est commandé ou mis en conduction, et un second
état lorsque l'interrupteur IGBT ne conduit pas.
[0143] Le premier état peut être un état haut et le second état peut être un état bas.
[0144] Dans des cas où la diode de roue libre D conduit en début de période de commutation
T, le signal de commande FREQUENCY passe à l'état haut après la mise en conduction
de la diode de roue libre D et au plus tard à l'instant auquel la diode de roue libre
D arrête de conduire. En effet, l'interrupteur IGBT est commandé ou dévient passant
à un instant compris entre le début et la fin de la conduction de la diode de roue
libre D.
[0145] Le signal de commande FREQUENCY est ici un signal ayant une période égale à la période
de commutation T et correspond au signal de commande de l'interrupteur IGBT.
[0146] Autrement dit, le signal de commande FREQUENCY se trouve dans le premier état lorsque
l'interrupteur IGBT se trouve en état ON et dans le second état lorsqu'il se trouve
en état OFF.
[0147] Lorsque la diode de roue libre est passante, et qu'un courant circule dans cette
diode de roue libre D, la tension aux bornes de la résistance de charge R1 est négative.
[0148] Compte tenu du montage de la diode D2, dans les moyens de détection 30, cette diode
D2 est bloquée.
[0149] Par conséquent, quel que soit l'état du signal de commande FREQUENCY, le troisième
transistor T2 est bloqué et le signal de niveau SWITCH est par conséquent à l'état
haut.
[0150] Lorsque l'interrupteur IGBT est passant, la tension aux bornes de la résistance de
charge R1 est positive. Tant que la valeur du courant i dans l'interrupteur IGBT est
inférieure au seuil maximal de courant I
s préfixé, la diode de type Zener D1 est bloquée du fait du choix spécifique de sa
tension d'avalanche.
[0151] En revanche, lorsque la valeur du courant i circulant dans l'interrupteur IGBT atteint
le seuil maximal de courant I
s préfixé, la tension aux bornes de la résistance de charge R1 devient supérieure à
la tension d'avalanche de la diode Zener D1.
[0152] La diode de type Zener D1 devient alors passante.
[0153] On notera que l'interrupteur IGBT est passant pendant une période de temps nommé
période de conduction Tc.
[0154] Lorsque la période de conduction Tc commence, c'est-à-dire lorsque l'interrupteur
IGBT est commandé ou mis sur ON, le signal de niveau FREQUENCY est à l'état haut.
[0155] On notera que, comme indiqué ci-dessus, dans certains cas, en début de période de
commutation T, la diode de roue libre D se met en état de conduction avant que l'interrupteur
IGBT ne conduise, et dans d'autres cas l'élément de commutation se met directement
en conduction.
[0156] Lorsque le signal de commande FREQUENCY se trouve à l'état haut, les moyens de retard
41 comportant le condensateur C1 et la résistance R3, introduisent un temps de retard
sur le signal de commande FREQUENCY qui contrôle le fonctionnement du deuxième élément
de commutation ou transistor T1.
[0157] On notera que les valeurs de la résistance R3 et du condensateur C1 sont sélectionnées
de manière à ce que le deuxième transistor T1 ne devienne passant qu'après un délai
prédéfini par rapport au passage à l'état haut du signal de commande FREQUENCY. Autrement
dit, les moyens de retard 41 introduisent un retard sur le signal de commande FREQUENCY.
[0158] Ce temps de retard correspond à la période de temps Tr (visible sur la figure 6)
en début de la période de commande T de l'interrupteur IGBT (dans le cas représenté
à la figure 6, la période de conduction Tc de l'interrupteur IGBT débute en même temps
que la période de commutation T).
[0159] La période de temps Tr est inférieure à la période de conduction Tc de l'interrupteur
IGBT.
[0160] Le premier pic de courant généré dans l'élément de commutation à la mise sur ON de
celui-ci a lieu en général dans les 0.5 microsecondes suivant la mise sur ON. Ceci
est constaté par l'homme du métier connaissant les dispositifs d'alimentation à onduleur
tel que celui représenté à la figure 3.
[0161] Cette période pendant lequel a lieu le premier pic de courant est nommée Tpic (visible
sur la figure 6) et correspond à la valeur minimale de la période de temps Tr en début
de la période de commande.
[0162] Dans un mode de réalisation, la période de temps Tr est comprise entre une valeur
minimale correspondant à la période minimale Tpic, et une valeur maximale correspondant
à la période de conduction Tc de l'interrupteur IGBT. La période minimale Tpic correspond
à la période de temps pendant laquelle le premier pic de courant généré dans l'élément
de commutation à la mise en ON de celui-ci peut avoir lieu.
[0163] Pendant que le deuxième transistor T1 n'est pas passant, et que la diode de type
Zener D1 est passante du fait que le courant i dans le transistor IGBT est supérieur
à la tension d'avalanche de la diode de type Zener D1, un courant circule à travers
la résistance R2 des moyens de détection 20 et se dirige à la base du troisième transistor
T2.
[0164] Ce troisième transistor T2 devient ainsi passant et le signal de niveau SWITCH passe
à l'état bas, cet état indiquant que le courant i circulant dans l'interrupteur IGBT
présente une valeur égale au seuil maximal de courant I
s préfixé.
[0165] Les moyens de maintien 42 formés par le condensateur de sortie C2 et la résistance
de pull-up R5 montée en sortie du troisième transistor T2, sont sélectionnés de manière
à ce que le signal de niveau SWITCH reste à l'état bas pendant au moins une période
de commande T de l'interrupteur IGBT.
[0166] Ainsi, le microprocesseur 50 peut, à partir de l'état du signal de niveau SWITCH,
détecter le pic de courant dans l'interrupteur IGBT, correspondant à une valeur de
courant atteignant le seuil maximal de courant I
s préfixé, générée pendant la période de temps Tr au début de la période de commande
T de l'interrupteur IGBT.
[0167] La figure 5 illustre l'image de la tension aux bornes de la résistance de charge
R1, le courant traversant la diode de type Zener D1, la tension collecteur-émetteur
du deuxième transistor T1 et le signal de niveau SWITCH.
[0168] Dans l'exemple représenté, la tension aux bornes de la résistance de charge R1 est
supérieure à la tension d'avalanche de la diode de type Zener D1 en fin de la période
de conduction Tc de l'interrupteur IGBT.
[0169] Comme illustré à la figure 5, lorsque la tension aux bornes de la résistance de charge
R1 dépasse la tension d'avalanche de la diode de type Zener D1, la diode de type Zener
D1 devient passante.
[0170] En outre, la tension collecteur-émetteur du deuxième transistor T1 reste nulle du
fait que le signal de commande FREQUENCY est à l'état haut, le deuxième transistor
T1 étant passant.
[0171] Dans ces conditions, le signal de niveau SWITCH reste à l'état haut.
[0172] On notera que dans l'exemple illustré par la figure 5, le front montant du signal
FREQUENCY correspondant à la commande de l'interrupteur IGBT, correspond à l'instant
auquel la diode de roue libre D arrête sa conduction. Cet exemple représente ainsi,
un cas dans lequel la période de conduction Tc de l'interrupteur IGBT est minimale.
[0173] Bien entendu, la commande de l'interrupteur IGBT, et par conséquent le front montant
du signal FREQUENCY pourrait survenir avant la fin de la conduction de la diode de
roue libre D.
[0174] La figure 6 illustre les mêmes paramètres lorsque la tension aux bornes de la résistance
de charge R1 dépasse la tension d'avalanche de la diode Zener D1 en début de la période
de commande T. Dans le cas représenté un pic de courant se produit à la mise sur ON
de l'interrupteur IGBT sur une période de temps Tr minimale ou Tpic.
[0175] On notera en particulier que le pic du courant observé dans l'interrupteur IGBT à
la mise sur ON de celui-ci est indépendant du récipient placé en vis-à-vis des moyens
d'induction. En effet, ce pic de courant est dû à la décharge du condensateur C dans
le circuit résonnance comme indiqué précédemment.
[0176] Comme illustré sur la figure 6, du fait du pic de tension observé aux bornes de la
résistance de charge R1, la diode de type Zener D1 est passante, c'est-à-dire qu'un
courant circule à travers elle. En outre, la tension collecteur-émetteur du deuxième
transistor T1 présente une valeur supérieure à zéro. Une fois que la période de temps
Tr est finie, le signal de commande FREQUENCY passe à l'état haut, le deuxième transistor
T1 devient passant et sa tension du collecteur-émetteur devient zéro.
[0177] Au moment où la diode de type Zener D1 devient passante et qu'une tension est présente
entre le collecteur et l'émetteur du deuxième transistor T1, le signal de niveau SWITCH
passe à l'état bas comme il peut être visualisé à la figure 6.
[0178] Ainsi, cette méthode donnée à titre d'exemple non limitatif peut être appliquée au
procédé de commande peut déterminer le nombre de commutations où les éléments de commutation
génèrent un signal SWITCH et ainsi identifier les éléments de commutation générant
de l'échauffement.
[0179] Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits
et illustrés.
[0180] La régularisation individualisée, c'est-à-dire pour chaque élément de commutation
générant de l'échauffement, réalisé grâce au procédé de commande décrit ci-dessus
peut également être associée à une régulation par la mesure de la température de l'ambiance
de l'ensemble des composants de la table de cuisson.
[0181] La présente invention propose ainsi un procédé de commande en puissance d'une table
de cuisson permettant de détecter un échauffement dans les éléments de commutation,
d'identifier les éléments de commutation générant ledit échauffement et de réguler
la température en agissant précisément sur ces derniers.