具有交流線路濾波器的漏電流低的電熱器的制造方法
【專利摘要】提供了一種電源設備和包括該電源設備的器具，該電源設備包括對AC電流的噪聲分量進行衰減的濾波器。濾波器沒有建立用于將高頻交流信號、漏電流或兩者傳導至接地電極的傳導路徑的電容器。還包括整流器，并且整流器電設置在濾波器與要通過電源電路的操作而激勵的負載之間。整流器將AC電流轉換為整流信號。電源設備還包括在整流器的輸出端與要電連接至大地的接地電極之間建立電容式傳導路徑的接地電容器。接地電容器通過整流器與濾波器電分離，并且在接地導體與以下中的至少一個之間電延伸：（i）整流器中的正DC總線導體和（ii）至整流器的DC總線回路。
【專利說明】具有交流線路濾波器的漏電流低的電熱器
【技術領域】
[0001]本申請一般涉及用于對電信號進行濾波的方法和設備，更具體地，涉及一種電熱器，該電熱器包括不具有限制對地漏電流的接地電容器的交流(AC)線路濾波器。
【背景技術】
[0002]諸如電灶的電器將引入至該電灶的AC電流轉換為例如提升食物溫度的熱量。像任何電氣裝置一樣，電器由對該電流的一部分進行儲存和釋放的電子部件和電氣部件構成。這些部件所釋放的電流(通常稱為漏電流)通常通過包括耦合在AC線路與地之間的接地電容器的保護導體而傳導至地。在沒有保護導體和接地電容器的情況下，漏電流可以潛在地通過電灶的任何導電部分或非導電部分的表面、經由任何可能為非期望的對地傳導路徑而釋放。
[0003]還可以為電器設置電源AC線路濾波器以對沿著那些器具的AC電源線路傳導的電磁干擾(EMI)的至少一部分進行衰減。釋放漏電流的保護導體與接地電容器組合包括在這樣的EMI濾波器中，以除了釋放漏電流以外還將來自AC電流的高頻干擾分流至地。傳統上，已在AC電流被引入至電器的AC輸入端處為電器設置了 EMI濾波器。在這樣的位置中，包括保護導體和接地電容器的EMI濾波器可以在AC電流隨后被引入至置于濾波器與負載之間的電路部件之前對EMI進行衰減。
[0004]包括用于釋放漏電流的接地電容器的常規EMI濾波器的設計已由于競爭設計利益而受到限制。另一方面，經由接地電容器釋放的漏電流的值是接地電容器的電容值的函數，并且可選地與接地電容器的電容值成比例。通過最小化接地電容器的電容值，也可以最小化不期望的漏電流。
[0005]然而，另一方面，通過EMI濾波器可達到的衰減度也可以是接地電容器的電容值的函數，并且可選地與接地電容器的電容值成比例。增大接地電容器的電容值提高了 EMI濾波器在對射頻和相對于AC電流的頻率為高頻的其他噪聲進行衰減方面的有效性。因此，設置有包括接地電容器的傳統EMI濾波器的電器已要求對通過接地電容器來限制漏電流的期望和對AC電流的EMI進行衰減的期望進行平衡。
【發明內容】
[0006]根據一個方面，本申請涉及一種電熱器，該電熱器包括:具有輸入頻率的AC電流被引入至電熱器的輸入端；以及加熱元件，響應于利用電能被電激勵而產生熱量。還可以提供用以對伴隨AC電流傳導的噪聲進行衰減的濾波器。噪聲的頻率大于AC電流的輸入頻率，并且濾波器沒有建立用于將高頻交流信號傳導至接地電極的傳導路徑的電容器。整流器電設置在濾波器與加熱元件之間以將AC電流轉換為整流信號。此外，提供了用以在整流器的輸出端與接地電極之間建立電容式傳導路徑的接地電容器。接地電容器電設置在整流器與加熱元件之間。
[0007]根據另一方面，本申請涉及一種用于驅動電負載的電源設備。該電源設備包括對AC電流的噪聲分量進行衰減的濾波器。噪聲分量的頻率大于AC電流的頻率，并且濾波器沒有建立用于將高頻交流信號和漏電流傳導至接地電極的傳導路徑的電容器。還包括整流器，并且該整流器電設置在濾波器與要通過電源電路的操作而激勵的負載之間以將AC電流轉換為整流信號。電源設備還包括在整流器的輸出端與要電連接至大地的接地電極之間建立電容式傳導路徑的接地電容器。接地電容器通過整流器而與濾波器電分離，并且在接地導體與以下中的至少一個之間電延伸:(i )整流器中的正直流(DC)總線導體和(ii )至整流器的DC總線回路。在該電源設備中還包括逆變器以將整流信號轉換為要引入至負載的高頻交流信號。
[0008]以上概述介紹了簡化的概要以提供對本文所討論的系統和/或方法的一些方面的基本了解。該概述不是對本文討論的系統和/或方法的詳盡綜述。其不旨在標識關鍵/重要的要素或者敘述這樣的系統和/方法的范圍。其唯一目的是以簡化形式提出一些概念作為下述的更詳細描述的序言。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]本發明可以在某些部分及部分的布置中采用物理形式，上述某些部分及部分的布置的實施例將在本說明書中詳細描述并且在構成其一部分的附圖中示出，在附圖中:
[0010]圖1示出了設置有包括沒有接地電容器的EMI濾波器的電源單元的電熱器的說明性實施例；
[0011]圖2示出了包括沒有接地電容器的EMI濾波器的電源單元的說明性實施例，該電源單元還包括電連接在DC總線回路與大地之間的接地電容器；
[0012]圖3示出了包括沒有接地電容器的EMI濾波器的電源單元的說明性實施例，該電源單元還包括電連接在正DC總線導體與大地之間的接地電容器；以及
[0013]圖4示意性地示出了沒有在EMI濾波器與大地之間延伸的接地電容器的EMI濾波器的實施例。
【具體實施方式】
[0014]在本文中使用某些術語僅是為了方便起見，并不視為對本發明的限制。參照附圖最好地理解本文使用的相關語言，其中使用相同的附圖標記表示相同的或相似的項。此外，在附圖中，可以以稍微示意的形式示出某些特征。
[0015]還應注意的是，在本文的多個構件之后的用語“至少一個”在本文中使用的情況下是指一個構件或不止一個構件的組合。例如，用語“第一小配件和第二小配件中的至少一個”在本申請中是指:第一小配件、第二小配件或者第一小配件和第二小配件。同樣地，“第一小配件、第二小配件和第三小配件中的至少一個”在本申請中是指:第一小配件、第二小配件、第三小配件、第一小配件和第二小配件、第一小配件和第三小配件、第二小配件和第三小配件、或者第一小配件和第二小配件及第三小配件。
[0016]圖1示出了具體化為電磁爐10的電熱器的說明性實施例。電磁爐10與烤箱12結合地在圖1中示出，但是電熱器的替代實施例可以包括獨立的電磁爐10本身而沒有烤箱
12。此外，為了清楚起見，通過電熱器的剖面部分15示出電源單元14和電磁干擾(EMI)濾波器16 (圖2和圖3)，并且在本文中將電源單元14和EMI濾波器16描述為提供電能以激勵例如加熱元件，諸如圖1所示的感應線圈18。當被激勵時,感應線圈18在烹飪容器(諸如放置在感應線圈18上面的平底鍋(未示出))中感應電流。然而，應理解，本文中的電源單元14和EMI濾波器16適合于供電以激勵任何期望的負載，諸如當被電激勵時產生熱量的電阻式加熱元件或任何其他類型的加熱元件。
[0017]如圖2和圖3所示，為電磁爐10設置的電源單元14包括輸入端子20，在輸入端子20處，用于激勵感應線圈18加熱元件的AC電流被引入至電磁爐10。AC電流可以由AC電源(AC mains)輸入22 (諸如在住宅中常見的壁裝電源插座24 (圖1))提供。根據說明性實施例，所提供的AC電流可以是輸入頻率為約60Hz以及RMS電壓為約120VMS的大致正弦信號。根據其他實施例，所提供的AC電流可以是輸入頻率為約50Hz以及RMS電壓為約230VfflS或約240Vms的大致正弦信號。
[0018]然后，經由輸入端子20所輸入的AC電流被引入至EMI濾波器16。在圖4中示意性地示出了單級EMI濾波器16的示例。如所示，EMI濾波器16包括電容性C阻抗與電阻性R阻抗的并聯布置以及與正信號輸入端L1串聯的電感性L阻抗。常規濾波器中出現的在EMI濾波器16與大地之間延伸的也通常稱為Y-電容器26的接地電容器26 (虛線所示)不在EMI濾波器16中。EMI濾波器16中省略的接地電容器26在圖2、圖3和圖4中簡單地用虛線描繪以示出接地電容器26在常規濾波器中相對于包括在電源單元14中的其他部件(諸如圖2和圖3中所示的整流器28)的位置。
[0019]如果存在于EMI濾波器26中，則接地電容器26會建立將漏電流傳導至接地電極30的傳導路徑，當安裝了電磁爐10時，接地電極30處于大地E電位。如果存在接地電容器，則圖4中的濾波器的漏電流會通過如下等式表示:
[0020]Ileakage=2 π fVC
[0021 ] 其中，f是引入至濾波器的AC電流的頻率，V是L1或L2/N與大地E之間的最大RMS電壓，以及C是在濾波器與大地E之間延伸的所有接地電容器26的總組合電容。因此，對于給定的頻率和電壓，降低在濾波器與大地之間延伸的接地電容器的電容C可以將漏電流限制為期望的水平。然而，降低濾波器的總電容C會干擾線路傳導的噪聲發射的衰減。因此，將接地電容器26安裝在濾波器與大地之間會要求漏電流減小與噪聲衰減之間的折衷。相應地，圖4的EMI濾波器16沒有這樣的在EMI濾波器16與大地之間延伸的接地電容器26。
[0022]EMI濾波器16對伴隨AC電流的線路傳導的噪聲發射進行衰減。噪聲的頻率大于AC電流的輸入頻率。例如，AC電流的頻率可以為約60Hz，而在AC電流波形中出現的噪聲分量可以為至少兩個數量級以上。根據說明性實施例，要從AC電流中濾除的噪聲分量包括頻率為至少9kHz并且可選地為至少IOOkHz的信號。EMI濾波器16的這樣的說明性實施例還可以對頻率高至5MHz并且可選地高至IOMHz或20MHz以上的噪聲分量進行濾波。
[0023]圖2和圖3所示的整流器28隨后將經EMI濾波器16濾波的AC電流轉換為整流信號。圖2和圖3所示的整流器28的說明性實施例是包括二極管32或其他適合的單向傳導電路部件的全橋配置的全波整流電路。整流器28的全波實施例對AC電流的振蕩波形的正半周和負半周兩者進行傳輸。然而，波形的兩個半周作為形成整流信號的正半周從整流器28發出。雖然示為全波整流器，但是整流器28可以是半波整流器，或者是用于將來自EMI濾波器16的AC電流的AC波形至少部分地轉換為比AC電流的振蕩波形更加單向的整流信號的任何其他設備。
[0024]平滑電容器C1可以設置在整流器28的輸出端之間。平滑電容器C1建立沿著其整流信號的振蕩分量可以傳導至DC總線回路34的傳導路徑。此外，平滑電容器C1抵抗電壓振蕩，從而有助于整流信號的波形大體恒定。因此，由于平滑電容器C1的存在而產生的整流信號的波形與DC信號的波形非常近似。
[0025]在圖2中，當安裝電磁爐10時，接地電容器Cy電連接在DC總線回路34與要連接至大地的接地電極35之間。對于圖2所示的實施例，接地電極Cy通過整流器28與EMI濾波器16分離，并且如此定位而沒有為沒有這樣的接地電容器Cy的EMI濾波器16設置。圖2中的接地電容器Cy在整流器28的輸出端與接地電極35之間建立電容式傳導路徑，并且在電源設備14中電設置為位于整流器28與感應線圈18之間。
[0026]如圖2所示那樣放置，接地電容器Cy暴露于具有大致恒定的DC波形而不是提供給EMI濾波器16的AC電流的交流波形的整流信號。認為在AC電流中傳導的部分高頻噪聲分量在AC電流到達整流器28之前被EMI濾波器16濾除，從而使圖2中的接地電容器Cy暴露于仍在整流信號中的相對低的頻率分量。因此，如果要為EMI濾波器16設置相同的接地電容器Cy并且使接地電容器Cy暴露于頻率相對高的噪聲分量，則在由此而產生的漏電流中，作為通過上述等式所示的頻率的函數并且可選地與該頻率成比例的漏電流大大減小。相應地，由于通過如圖2中所示放置的接地電容器Cy的漏電流比通過為濾波器設置的常規接地電容器26的漏電流低，所以相比于對于為濾波器設置的常規接地電容器26，對于接地電容器Cy可以選擇較大電容值以實現期望的噪聲衰減性能。
[0027]然后，可以將整流信號提供給逆變器36，逆變器36將整流信號轉換為要引入至感應線圈18以電激勵感應線圈18的高頻激勵信號。逆變器36可以是現有技術中已知的、可以將大致DC信號轉換為交流信號的任何適合的器件，諸如全橋逆變器。
[0028]根據說明性實施例，如圖2所示替代地設置且參照圖2描述的包括不具有接地電容器的EMI濾波器16的電源單元14在從約500kHz延伸到約5MHz的頻率范圍內實現了平均小于46dB μ V的射頻電壓水平。這樣的平均是基于使用50μΗ/50Ω線路阻抗穩定網絡對電源線與地之間的射頻電壓的測量。另外，接地電容器包括將通過電容式傳導路徑傳導的頻率為約60Hz以下以及最大電壓為約120VMS的漏電流限制為小于約3500 μ A的電容值。對于其他實施例，接地電容器Cy的電容值將通過電容式傳導路徑傳導的頻率為約60Hz以下以及最大電壓為約120Vkms的漏電流限制為小于約500 μ A。
[0029]圖3所示的說明性實施例與圖2所示的說明性實施例不同之處在于，接地電容器電連接在整流器28中的正DC總線導體37與接地電極35之間。與圖2所示的實施例類似，本實施例將接地電容器Cy與沒有任何接地電容器的EMI濾波器16電分離。如上所述，接地電容器Cy暴露于整流信號而不是引入至EMI濾波器16的AC電流。與AC電流相比，整流信號具有大致恒定的DC波形而不是交流波形，而且認為伴隨AC電流傳導的部分高頻噪聲分量在那些噪聲分量能夠到達圖3中的接地電容器Cy之前就被EMI濾波器16濾除。因此，如果要為EMI濾波器16設置相同的接地電容器Cy并且使接地電容器Cy暴露于頻率相對高的噪聲分量，則在由此產生的漏電流中，上述漏電流減小。由于通過如圖3中所示那樣放置的接地電容器Cy的漏電流比通過為濾波器設置的常規接地電容器26的漏電流低，所以相比于對于為濾波器設置的常規接地電容器26，對于接地電容器(；可以選擇較大的電容值，以實現期望的噪聲衰減性能。
[0030]上文已經描述了說明性實施例。對于本領域的普通技術人員而言顯而易見的是，在不背離本發明的總體范圍的情況下，上述裝置和方法可以涵蓋修改和變型。旨在包括本發明的范圍內的所有這樣的變型和變更。此外，就在詳細描述或權利要求中使用術語“包括(include)”而言,這樣的術語以與術語“包括(comprising)”類似的方式意指包括在內，就如“包括(comprising)”在被用作權利要求中的過渡詞時被解釋的那樣。
【權利要求】
1.一種電熱器,包括: 具有輸入頻率的AC電流被引入至所述電熱器的輸入端； 加熱元件，響應于利用電能被電激勵而產生熱量； 濾波器，對伴隨所述AC電流傳導的噪聲進行衰減，所述噪聲的頻率大于所述AC電流的輸入頻率，其中，所述濾波器沒有建立用于將高頻交流信號傳導至接地電極的傳導路徑的電容器； 整流器，電設置在所述濾波器與所述加熱元件之間，其中，所述整流器將所述AC電流轉換為整流信號；以及 接地電容器，在所述整流器的輸出端與接地電極之間建立電容式傳導路徑，所述接地電容器電設置在所述整流器與所述加熱元件之間。
2.根據權利要求1所述的電熱器，其中，所述接地電容器在正DC總線導體與接地導體之間建立電容式導電路徑，其中當安裝所述電熱器時，所述接地導體電連接至大地。
3.根據權利要求1所述的電熱器，其中，所述加熱元件是當被激勵時在鄰近于所述加熱元件放置的烹飪容器中感應電流的感應式加熱元件。
4.根據權利要求1所述的電熱器，還包括逆變器，所述逆變器將所述整流信號轉換為被引入至所述加熱元件以電激勵所述加熱元件的高頻激勵信號。
5.根據權利要求1所述的電熱器，其中，在所述電熱器的所述輸入端與所述加熱元件之間傳導的射頻電壓包括在從約500kHz延伸到約5MHz的頻率范圍內小于46dB μ V的平均值。
6.根據權利要求5所述的電熱器，其中，所述接地電容器包括將通過所述電容式傳導路徑傳導的漏電流限制為小于約3500 μ A的電容值，所述漏電流具有約60Hz以下的頻率以及約120Vkms的最大電壓。
7.根據權利要求6所述的電熱器，其中，所述接地電容器的電容值將通過所述電容式傳導路徑傳導的所述漏電流限制為小于約500 μ A，所述漏電流具有約60Hz以下的頻率以及約120Vkms的最大電壓。
8.根據權利要求1所述的電熱器，其中，所述濾波器電設置在所述輸入端與所述整流器之間，并且通過所述整流器與所述電容式傳導路徑電分離。
9.根據權利要求1所述的電熱器，其中，所述整流器為全波整流器。
10.根據權利要求1所述的電熱器，其中，所述接地電容器包括將通過所述電容式傳導路徑傳導的漏電流限制為小于約3500 μ A的電容值，所述漏電流具有約50Hz以下的頻率以及約240Vkms的最大電壓。
11.一種用于驅動電負載的電源設備，所述電源設備包括: 濾波器，對AC電流的噪聲分量進行衰減，所述噪聲分量的頻率大于所述AC電流的頻率，其中，所述濾波器沒有建立用于將高頻交流信號和漏電流傳導至接地電極的傳導路徑的電容器； 整流器，電設置在所述濾波器與要通過電源電路的操作來激勵的負載之間，其中，所述整流器將所述AC電流轉換為整流信號； 接地電容器，在所述整流器的輸出端與要電連接至大地的接地電極之間建立電容式傳導路徑，所述接地電容器通過所述整流器與所述濾波器電分離，其中，所述接地電容器在接地導體與以下中的至少一個之間電延伸:(i)所述整流器中的正DC總線導體和(ii)至所述整流器的DC總線回路；以及 逆變器，將所述整流信號轉換為要`引入至所述負載的高頻交流信號。
【文檔編號】H05B1/02GK103828483SQ201280013082
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年3月12日 優先權日:2011年3月14日
【發明者】王東宇, 詹盧卡·文圖里尼 申請人:伊萊克斯家用產品公司