Haushaltsgerätevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Haushaltsgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Haushaltsgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Aus dem Stand der Technik sind Induktionskochfelder bekannt, die einen Wechselrichter mit zwei Schalteinheiten sowie einen Treiberschaltkreis mit einer Bootstrapeinheit umfas sen, wobei eine Steuerspannung zumindest einer der Schalteinheiten über die Bootstrapeinheit eingestellt wird. In einigen bekannten Induktionskochfeldern kann zudem ein Parameter der Bootstrapeinheit, beispielsweise eine Kapazität und/oder ein Wider stand verändert werden, um so eine dynamische Anpassung an verschiedene Betriebs zustände zu ermöglichen.

In der Praxis stoßen bisher bekannte Induktionskochfelder mit Bootstraptechnologie je doch an ihre Grenzen, insbesondere wenn im Wechselrichter-Layout aufgrund von Leiter bahnen Streuinduktivitäten und schnelle Stromtransienten auftreten. Durch die Resonanz zwischen den Streuinduktivitäten und Snubber-Kondensatoren der Wechselrichter wird ein hochfrequentes Rauschen erzeugt. Je schneller ein Schaltelement des Wechselrich ters abschaltet und je größer die Streuinduktivitäten und Abschaltströme sind, desto grö ßer ist das erzeugte Rauschen. Die Tendenz geht heutzutage dahin, schnellere Bauele mente zu verwenden, um die Leistung und die Schaltströme zu erhöhen. Außerdem wird eine Reduzierung der Streuinduktivitäten durch die Verwendung von Wechselrichter- Gehäusen mit Durchgangslochmontage sowie durch mechanische Einschränkungen beim Leiterplattenlayout eingeschränkt. Aufgrund von Streuinduktivitäten erzeugte Kriechspan nungen werden so mit der Versorgungsspannung überlagert und dann durch die Bootstrap-Schaltung gleichgerichtet. Hierdurch können zwei Maximalwerte überschritten werden und zwar die maximal zulässige Versorgungsspannung des Treibers und die ma ximal zulässige Gatespannung der Wechselrichterschaltelemente. Die Folge ist in beiden Fällen eine Beschädigung oder Fehlfunktion des Wechselrichters. Zudem kann es nach teilig zur Überhitzung des Treibers kommen, dessen elektrische Verlustleistung direkt proportional zum Quadratwert der Bootstrapspannung ist. Bei bisher bekannten Indukti- onskochfeldern werden daher Klemmschaltungen eingesetzt, um die Bootstrapspannung zu begrenzen. Alle bisher bekannten Techniken basieren auf der Ableitung der über schüssigen Energie. Treiberschaltungen befinden sich jedoch meistens in der Nähe der heißesten Stelle der Leiterplatte, wo die Umgebungstemperatur bis zu 100°C hoch sein kann, sodass eine bestimmte Menge an Energie nur schwierig abgeleitet werden kann, was bisher zu einer Überdimensionierung der Klemm- oder Verlustleistungsgeräte führt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Be triebssicherheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Haushaltsgerätevorrichtung, insbesondere Induktions gargerätevorrichtung, mit zumindest einer Schalteinheit und mit zumindest einem Treiber schaltkreis, welcher dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit ein zustellen und welcher eine Bootstrapeinheit aufweist, die eine Anpassungseinheit um fasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit zu verändern.

Es wird vorgeschlagen, dass die Bootstrapeinheit eine Spannungsbegrenzungseinheit zur Begrenzung einer über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung aufweist.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Haushaltsgerätevorrich tung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Betriebssicherheit bereitgestellt werden. Es kann vorteilhaft ein Schutz der Treiber und/oder der Schalteinheit vor Be schädigungen durch Überspannungen erreicht werden. Auch kann eine Betriebssicherheit und/oder eine Betriebsdauer der Haushaltsgerätevorrichtung vorteilhaft erhöht werden, indem negative Einflüsse von Streuimpedanzen, insbesondere auf die Treiber und/oder die Schalteinheit, wirkungsvoll reduziert, vorzugsweise minimiert, werden können. Ferner können Kosten vorteilhaft geringgehalten werden. Zudem kann vorteilhaft eine Haushalts gerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Schaltverhaltens be reitgestellt werden. Insbesondere kann eine schnelle Ansprechzeit der Schalteinheit er reichtwerden, wodurch insbesondere eine Steuerung und/oder eine Effizienz der Haus haltsgerätevorrichtung verbessert werden kann. Unter einer „Haushaltsgerätevorrichtung“, insbesondere unter einer „Induktionsgargeräte vorrichtung“, vorteilhaft unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“ soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Haushaltsgeräts, insbesondere eines Indukti onsgargeräts, vorteilhaft eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Vorteilhaft han delt es sich bei einem die Haushaltsgerätevorrichtung aufweisenden Haushaltsgerät um ein Gargerät, insbesondere um ein Induktionsgargerät. Ein als Gargerät ausgebildetes Haushaltsgerät könnte beispielsweise ein Backofen, insbesondere ein Induktionsbackofen und/oder eine Mikrowelle und/oder ein Grillgerät, insbesondere ein Induktionsgrill und/oder ein Dampfgargerät sein. Vorteilhaft ist ein als Gargerät ausgebildetes Haus haltsgerät ein Kochfeld und vorzugsweise ein Induktionskochfeld.

Vorzugsweise umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung eine Steuereinheit, zumindest ei nen Wechselrichter und zumindest ein Heizelement, insbesondere zumindest einen In duktor. Der Wechselrichter ist vorzugsweise dazu vorgesehen, einen oszillierenden elektrischen Strom, vorzugsweise mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz und vorteilhaft von mindestens 20 kHz, insbesondere zu einem Betrieb des zumindest einen Heizelements, bereitzustellen und/oder zu erzeugen. Vorteil haft umfasst der Wechselrichter die Schalteinheit. Unter einer „Schalteinheit“ soll in die sem Zusammenhang eine, vorzugsweise elektronische, Einheit, verstanden werden, wel che ein Schaltelement umfasst und dazu vorgesehen ist, einen, insbesondere zumindest einen Teil der Schalteinheit umfassenden, Leitungspfad zu unterbrechen. Dabei ist das Schaltelement vorzugsweise als Leistungsschalter ausgebildet und dazu vorgesehen, einen Strom von zumindest 0,5 A, vorzugsweise zumindest 4 A und besonders bevorzugt zumindest 10 A, insbesondere periodisch, zu schalten. Vorteilhaft ist die Schalteinheit als bidirektionale unipolare Schalteinheit ausgebildet und umfasst insbesondere einen Steu ereingang und einen Referenzspannungsanschluss, wobei ein Schaltzustand der Schalt einheit durch eine Steuerspannung zwischen dem Steueranschluss und dem Referenz spannungsanschluss steuerbar ist. Der Referenzspannungsanschluss kann dabei auf einem schwebenden Potential liegen. Das Schaltelement der Schalteinheit kann dabei als ein beliebiges einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT. Insbesondere kann eine Schalteinheit auch mehrere Steuereingänge, Referenzspannungsanschlüsse und/oder Schaltelemente um fassen. In diesem Zusammenhang soll unter einem „Leitungspfad“ ein Element verstan- den werden, welches zumindest zeitweise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zumindest zwei Punkten und/oder zumindest zwei Bauteilen herstellt. Unter einem „schwebenden Potential“ soll insbesondere ein Potential verstanden werden, welches seinen Potentialwert, vorzugsweise periodisch, um zumindest 10 V, vorteilhaft um zumin dest 50 V, vorzugsweise um zumindest 75 V und besonders bevorzugt um zumindest 100 V ändert. Der Treiberschaltkreis weist vorzugsweise zumindest einen Treiber auf. In diesem Zusammenhang soll unter einem „Treiber“ eine elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Treibereingang, einen Treiberausgang und/oder vorzugsweise zwei Versorgungsspannungsanschlüsse umfasst und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in einem Betriebszustand, in welchem eine an den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen anliegende Spannung einen Grenzwert, insbesonde re zumindest 8 V, vorzugsweise zumindest 10 V, überschreitet, ein, an dem Treiberein gang anliegendes Spannungssignal und/oder Potential, insbesondere der Steuereinheit, zu verstärken und insbesondere dem Steueranschluss der Schalteinheit zuzuführen. Die Treibereinheit kann auch mehrere Treibereingänge, Treiberausgänge und/oder mehr als zwei Versorgungsspannungsanschlüsse aufweisen.

Vorzugsweise ist die Bootstrapeinheit dazu vorgesehen, eine Bootstrapspannung zu er zeugen und/oder bereitzustellen und insbesondere den zwei Versorgungsspannungsan schlüssen zuzuführen, wodurch vorzugsweise ein Schaltzustand der Schalteinheit ge steuert werden kann. Die Bootstrapspannung entspricht dabei zumindest im Wesentlichen der, insbesondere an den zwei Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden, Versor gungsspannung des Treibers. Vorzugsweise umfasst die Bootstrapeinheit ferner zumin dest einen Bootstrapwiderstand und/oder zumindest eine Bootstrapdiode. In diesem Zu sammenhang soll unter einer „Bootstrapkapazität“ insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche zumindest einen Kondensator und vorteilhaft zumindest zwei Kondensa toren, umfasst und insbesondere dazu vorgesehen ist, Energie, insbesondere die Bootstrapspannung, insbesondere zu einer Versorgung des Treibers, bereitzustellen. Der Bootstrapwiderstand umfasst zumindest ein Widerstandsbauelement und vorteilhaft zu mindest zwei Widerstandsbauelemente, und ist dazu vorgesehen, einen in die Bootstrap kapazität und/oder durch die zumindest eine Bootstrapdiode fließenden Strom zu begren- zen. Die Bootstrapeinheit umfasst die Anpassungseinheit, welche dazu vorgesehen ist, zumin dest einen, vorzugsweise elektronischen, Parameter der Bootstrapeinheit, insbesondere dynamisch, zu verändern und/oder vorzugsweise anzupassen. Unter dem Ausdruck „an passen“ soll optimieren und/oder an einen vorteilhaften Betrieb angleichen verstanden werden. Vorzugsweise umfasst die Anpassungseinheit die Bootstrapkapazität. Denkbar wäre jedoch auch, dass die Anpassungseinheit separat zu der Bootstrapkapazität ausge bildet ist. Die Bootstrapspannung entspricht der über die Anpassungseinheit abfallenden Spannung. Die Spannungsbegrenzungseinheit ist dazu vorgesehen, die über der Anpas sungseinheit abfallende Bootstrapspannung zu begrenzen und zwar insbesondere auf einen Maximalwert, welcher eine maximal zulässige Versorgungsspannung des Treibers und/oder eine maximale Gatespannung des Schaltelements der Schalteinheit nicht über schreitet.

Die Spannungsbegrenzungseinheit ist der Anpassungseinheit vorzugsweise elektrisch vorgelagert und insbesondere elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit angeordnet, und zwar vorzugsweise zwischen einer Verbindung der Anpassungseinheit mit einer Se kundärenergiequelle zur Energieversorgung der Treiber. Die Spannungsbegrenzungsein heit könnte als ein integrierter Schaltkreis (IC) ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Spannungsbegrenzungseinheit aus diskreten elektrischen und/oder elektronischen Bau teilen ausgebildet, wodurch vorteilhaft eine besonders einfache, kostengünstige und indi viduell an die jeweiligen Bedürfnisse der verwendeten T reiber und/oder Schaltelemente der Schalteinheit angepasste Spannungsbegrenzungseinheit bereitgestellt werden kann.

Die Haushaltsgerätevorrichtung kann auch mehrere Schalteinheiten, Treiberschaltkreise und/oder Wechselrichter umfassen. Ferner kann der Treiberschaltkreis mehrere Treiber und/oder mehrere Bootstrapeinheiten umfassen. Die Haushaltsgerätevorrichtung kann insbesondere auch das gesamte Haushaltsgerät ausbilden.

In der vorliegenden Anmeldung dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unter scheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbeson dere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“. Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstan den werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem An- wendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Anpassungseinheit dazu vorgesehen ist, den zu mindest einen Parameter der Bootstrapeinheit in Abhängigkeit der über der Anpassungs einheit abfallenden Bootstrapspannung zu verändern. Hierdurch kann eine vorteilhaft ein fache Steuerung erreicht werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter einer Ladezeitkonstante der Bootstrapeinheit entspricht. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Ladezeitkon stante“ eine Ladezeit der Bootstrapkapazität und/oder eine Zeitdauer verstanden werden, nach welcher die Bootstrapkapazität einen Spannungswert und/oder einen effektiven Spannungswert aufweist, welcher insbesondere zumindest 63 %, vorteilhaft zumindest 75 %, besonders vorteilhaft zumindest 80 %, vorzugsweise zumindest 90 % und beson ders bevorzugt zumindest 95 %, eines maximalen Spannungswerts und/oder maximalen effektiven Spannungswerts der Bootstrapkapazität entspricht. Hierdurch kann eine vorteil haft einfache und insbesondere kostengünstige Anpassung der Bootstrapeinheit an ver schiedene Betriebszustände erreicht werden.

Vorzugsweise weist der zumindest eine Parameter zumindest in einem Startbetriebszu stand einen Wert zwischen 10 ⁹ s und 10 ⁵ s und vorzugsweise zwischen 10 ⁸ s und 10 ⁶ s auf. Unter einem „Startbetriebszustand“ soll in diesem Zusammenhang ein Betriebszu stand verstanden werden, welcher, insbesondere unmittelbar, nach einem Starten der Haushaltsgerätevorrichtung und/oder einer Auswahl eines Betriebsprogramms und/oder einem Wechsel eines Betriebsprogramms startet. Die Bootstrapkapazität ist dabei insbe sondere zu Beginn des Startbetriebszustands vollständig entladen, insbesondere über einen längeren Zeitraum von insbesondere zumindest 1 ms, vorteilhaft zumindest 0,5 s, vorzugsweise zumindest 1 s und besonders bevorzugt zumindest 5 s. Insbesondere än dert sich und/oder steigt ein maximaler in der Bootstrapkapazität gespeicherter Span nungswert und/oder effektiver Spannungswert und/oder eine maximale Bootstrapspan nung in dem Startbetriebszustand zumindest zwischen zwei Schaltvorgängen der Schalt einheit und vorzugsweise zwischen allen Schaltvorgängen der Schalteinheit. Hierdurch kann insbesondere ein schnelles Ansprechverhalten der Haushaltsgerätevorrichtung er reicht werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter zumindest in ei nem Dauerbetriebszustand einen Wert zwischen 10 ⁷ s und 10 ³ s und vorzugsweise zwi schen 10 ⁶ s und 10 ⁴ s aufweist. Unter einem „Dauerbetriebszustand“ soll in diesem Zu sammenhang ein Betriebszustand verstanden werden, welcher, vorzugsweise unmittel bar, an den Startbetriebszustand anschließt. Insbesondere ist ein maximaler in der Bootstrapkapazität gespeicherter Spannungswert und/oder effektiver Spannungswert und/oder eine maximale Bootstrapspannung in dem Dauerbetriebszustand zumindest zwischen zwei Schaltvorgängen der Schalteinheit und vorzugsweise zwischen allen Schaltvorgängen der Schalteinheit zumindest im Wesentlichen konstant. In diesem Zu sammenhang soll unter „zumindest im Wesentlichen konstant“ eine Änderung um maxi mal 5 %, vorzugsweise um maximal 2 % und besonders bevorzugt um maximal 1 % ver standen werden. Hierdurch kann eine vorteilhafte Filterwirkung, insbesondere Filterung einer Versorgungsspannung und/oder der Bootstrapspannung erreicht werden, wodurch mögliche Leckströme und/oder Leckspannungen, welche insbesondere durch Streuimpe danzen verursacht werden, wirkungsvoll minimiert werden können.

Der zumindest eine Parameter könnte beispielsweise durch einen Induktivitätswert der Bootstrapeinheit gegeben sein. Vorzugsweise entspricht der zumindest eine Parameter jedoch einem Kapazitätswert und/oder einem effektiven Kapazitätswert der Bootstrapein heit. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und unkomplizierte Anpassung der Bootstrapeinheit stattfinden.

Alternativ und/oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Parameter einem Widerstandswert und/oder einem effektiven Widerstandswert der Bootstrapeinheit entspricht. Hierdurch kann insbesondere eine Flexibilität der Haushaltsgerätevorrichtung erhöht werden.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Anpassungseinheit zumindest zwei Kondensatoren oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente umfasst, welche in zumindest einem Be triebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszu stand, parallel geschaltet sind. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Bauweise er reicht werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Anpassungseinheit zumindest zwei Kondensatoren oder zumindest zwei Widerstandsbauelemente umfasst, welche in zumindest einem Be triebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszu stand, in Reihe geschaltet sind. Hierdurch kann die Haushaltsgerätevorrichtung insbeson dere flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.

Umfasst die Anpassungseinheit ein Überbrückungsschaltelement, welches dazu vorgese hen ist, in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere in dem Startbetriebszustand und/oder dem Dauerbetriebszustand, zumindest ein Bauelement, insbesondere zumin dest einen Kondensator und/oder zumindest ein Wderstandsbauelement, der Bootstrapeinheit zu überbrücken und/oder zu umgehen, kann der zumindest eine Para meter vorteilhaft einfach und insbesondere während eines Betriebs der Haushaltsgeräte vorrichtung angepasst werden. Das Überbrückungsschaltelement kann dabei als beliebi ges einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Schaltelement, vorzugsweise Halbleiter schaltelement, ausgebildet sein, wie beispielsweise als Transistor, vorzugsweise als FET, als MOSFET und/oder als IGBT. Insbesondere kann die Anpassungseinheit auch mehre re, vorzugsweise identisch ausgebildete, Überbrückungsschaltelemente aufweisen.

Die Anpassungseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement könnten beispielswei se durch ein Steuersignal der Steuereinheit gesteuert werden. Vorzugsweise ist die An passungseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement jedoch selbststeuernd aus gebildet. Darunter, dass die Anpassungseinheit „selbststeuernd“ ausgebildet ist, soll ver standen werden, dass die Anpassungseinheit in zumindest einem Betriebszustand, ihren Zustand, insbesondere Schaltzustand, automatisch und/oder selbsttätig, insbesondere abhängig von einem, insbesondere momentanen, Spannungswert und/oder Stromwert des Treiberschaltkreises und/oder der Bootstrapeinheit, ändert. Vorzugsweise ist die An passungseinheit und/oder das Überbrückungsschaltelement frei von einer, insbesondere direkten, Verbindung zu der Steuereinheit. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache, kos tengünstige und sichere Steuerung erreicht werden.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit zumindest einen Energiespeicher aufweist, welcher elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit angeord net ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Treiberschaltkreis vorteilhaft mit be sonders einfachen technischen Mitteln vor hochfrequenten Spannungsspitzen geschützt werden. Zudem kann durch den Energiespeicher vorteilhaft ein besonders schnelles und effizientes Laden der Kondensatoren der Anpassungseinheit erreicht werden. Zugleich kann mittels des Energiespeichers vorteilhaft eine Spannungsanstiegs- Geschwindigkeit und/oder ein Einschaltstrom begrenzt werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Energiespeicher zumindest eine Speicher kondensatoreinheit aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft ein Energiespeicher mit beson ders einfachen technischen Mitteln realisiert werden. Die Speicherkondensatoreinheit weist zumindest einen Speicherkondensator auf. Die Speicherkondensatoreinheit könnte eine Mehrzahl von Speicherkondensatoren aufweisen. Eine Mehrzahl von zumindest zwei Speicherkondensatoren der Speicherkondensatoreinheit könnten zueinander parallelge schaltet sein. Denkbar wäre alternativ oder zusätzlich auch, dass eine Mehrzahl zumin dest von zumindest zwei Speicherkondensatoren der Speicherkondensatoreinheit zuei nander in Reihenschaltung angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Speicherkondensa toreinheit genau einen Speicherkondensator auf, wodurch vorteilhaft eine besonders kos tengünstige und technisch einfach zu realisierende Speicherkondensatoreinheit realisiert werden kann. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Speicherkondensatoreinheit eine Kapazität zwischen 10 nF und 1 pF aufweist. Insbesondere weist die Speicherkon densatoreinheit eine Kapazität zwischen 20 nF und 900 nF, vorteilhaft zwischen 30 nF und 850 nF, vorteilhaft zwischen 40 nF und 750 nF, vorzugsweise zwischen 50 nF und 650 nF und besonders bevorzugt zwischen 60 nF und 550 nF auf. Hierdurch kann vorteil haft ein hohes Maß an Flexibilität erreicht werden. Die Kapazität der Speicherkondensato reinheit bezieht sich dabei auf die effektive gesamte Kapazität aller Speicherkondensato ren der Speicherkondensatoreinheit.

Die Spannungsbegrenzungseinheit könnte mit der Steuereinheit verbunden sein und durch diese mit Hilfe von Steuersignalen steuerbar sein. In einer vorteilhaften Ausgestal tung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit selbststeuernd ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine besonders kom pakte Haushaltsgerätevorrichtung mit verringertem Herstellungs- und/oder Materialauf wand bereitgestellt werden. Es kann vorteilhaft auf zusätzliche Verbindungsleitungen zwi schen der Spannungsbegrenzungseinheit und der Steuereinheit verzichtet werden. Da runter, dass die Spannungsbegrenzungseinheit „selbststeuernd“ ausgebildet ist, soll ver standen werden, dass die Spannungsbegrenzungseinheit in zumindest einem Betriebszu stand, ihren Zustand, insbesondere Schaltzustand, automatisch und/oder selbsttätig, ins- besondere abhängig von einem, insbesondere momentanen, Spannungswert und/oder Stromwert des Treiberschaltkreises und/oder der Bootstrapeinheit, ändert. Vorzugsweise ist die Spannungsbegrenzungseinheit frei von einer, insbesondere direkten, Verbindung zu der Steuereinheit. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache, kostengünstige und sichere Steuerung erreicht werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit zumindest ein Halb leiterschaltelement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, eine elektrisch leitende Ver bindung zwischen der Anpassungseinheit und dem Energiespeicher in Abhängigkeit eines Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung herzu stellen oder zu trennen. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein wirkungs voller Schutz des Treibers und des Schaltelements vor Überspannungen erreicht werden. Insbesondere ist das Halbleiterschaltelement als ein Transistor, beispielsweise als ein IGBT, vorzugsweise als ein MOSFET und besonders bevorzugt als ein n-Kanal MOSFET ausgebildet. Das Halbleiterschaltelement der Spannungsbegrenzungseinheit ist vorzugs weise dazu vorgesehen, die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anpassungsein heit und dem Energiespeicher sowie zwischen der Anpassungseinheit und der Sekundär energiequelle in Abhängigkeit des Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit abfal lenden Bootstrapspannung herzustellen oder zu trennen. Vorzugsweise ist das Halbleiter schaltelement dazu vorgesehen, die Verbindung zwischen der Anpassungseinheit und dem Energiespeicher sowie zwischen der Anpassungseinheit und der Sekundärenergie quelle bei Erreichen und/oder Überschreiten des Schwellenwerts, insbesondere automa tisch, zu trennen. Vorzugsweise ist das Halbleiterschaltelement dazu vorgesehen, die Verbindung zwischen der Anpassungseinheit und dem Energiespeicher sowie zwischen der Anpassungseinheit und der Sekundärenergiequelle bei Unterschreiten des Schwel lenwerts, insbesondere automatisch, herzustellen. Das Halbleiterschaltelement der Span nungsbegrenzungseinheit könnte mit der Steuereinheit verbunden und durch diese zum Zwecke der Herstellung und/oder Trennung der Verbindung ansteuerbar sein. Vorzugs weise ist das Halbleiterschaltelement der Spannungsbegrenzungseinheit jedoch selbst steuernd ausgebildet, und zwar anhand des Schwellenwerts der über der Anpassungs einheit abfallenden Bootstrapspannung.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungseinheit zumindest eine Z- Diode aufweist, welche mit einer Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements elektrisch leitend verbunden ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Selbst steuerung der Spannungsbegrenzungseinheit mit besonders einfachen technischen Mit teln und besonders kostengünstig erreicht werden. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung durch eine Durchbruchsspannung der Z-Diode charakterisiert ist. Hierdurch ist der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit abfallenden Bootstrapspannung vorteilhaft besonders einfach einstellbar. Vorzugsweise weist die Z-Diode eine Durchbruchsspan nung zwischen 5 V und 20 V auf. Je nach erforderlicher Durchbruchsspannung kann die Z-Diode entweder als Zenerdiode oder als Avalanche-Diode ausgebildet sein. Je nach erforderlichem Schwellenwert ist insbesondere ein Einsatz von herkömmlichen Z-Dioden auf Basis von Silizium- oder Siliziumcarbid-Halbleitern, mit Durchbruchsspannungen von 10 V bis 20 V, und/oder Basis von Galliumnitrid-Halbleitern, mit Durchbruchsspannungen zwischen 5 V und 10 V, denkbar. Vorzugsweise weist die Spannungsbegrenzungseinheit einen Regelkondensator auf, welcher parallel zu der Z-Diode angeordnet ist, insbesonde re um so eine Streuinduktivität der Z-Diode, welche je nach Hersteller und/oder Art der verwendeten Z-Diode schwanken kann, zu vereinheitlichen. Darüber hinaus weist die Spannungsbegrenzungseinheit vorzugsweise zumindest einen Regelwiderstand auf, wel cher dazu vorgesehen ist, durch die Z-Diode fließende Ströme zu begrenzen, und somit insbesondere eine Beschädigung der Z-Diode zu verhindern.

Die Erfindung betrifft ferner ein Haushaltsgerät, insbesondere ein Induktionsgargerät, mit zumindest einer Haushaltsgerätevorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Haushaltsgerät zeichnet sich insbesondere durch seine vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Betriebssicherheit und eines Bedienkomforts aus, welche durch die Haushaltsgerätevorrichtung bereitgestellt werden können.

Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Haushaltsgeräte vorrichtung, insbesondere nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, mit einer Schalteinheit und mit einem Treiberschaltkreis, welcher dazu vorgesehen ist, eine Steuerspannung für die Schalteinheit einzustellen und welcher eine Bootstrapeinheit aufweist, die eine Anpassungseinheit umfasst, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit zu verändern.

Es wird vorgeschlagen, dass eine über der Anpassungseinheit abfallende Bootstrapspan nung automatisch begrenzt wird. Durch ein derartiges Verfahren kann vorteilhaft ein be- sonders zuverlässiger und sicherer Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung erreicht wer den, wodurch insbesondere auch eine Langlebigkeit der Haushaltsgerätevorrichtung ver bessert werden kann.

Die Haushaltsgerätevorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Haushaltsgerätevorrich tung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende An zahl aufweisen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich nung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschrei bung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weite ren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Haushaltsgerät mit einer Haushaltsgerätevorrichtung in einer sche matischen Draufsicht,

Fig. 2 ein vereinfachtes elektrisches Prinzipschaltbild der Haushaltgerätevor richtung mit zwei Schalteinheiten und einem eine Bootstrapeinheit auf weisenden Treiberschaltkreis,

Fig. 3 ein schematisches Schaubild verschiedener Signale zur Steuerung der Haushaltsgerätevorrichtung,

Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schalbild der Bootstrapeinheit mit einer Anpassungseinheit und einer vereinfacht dargestellten Spannungsbe grenzungseinheit,

Fig. 5 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Bootstrapeinheit mit der Anpassungseinheit und der Spannungsbegrenzungseinheit und

Fig. 6 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung.

Figur 1 zeigt ein Haushaltsgerät 32 in einer schematischen Draufsicht. Vorliegend ist das Haushaltsgerät 32 als ein Induktionsgargerät ausgebildet und zwar als ein Induktions kochfeld. Das Haushaltsgerät 32 weist im vorliegenden Fall eine Kochfeldplatte 106 mit vier Heizzonen 34 auf. Jede Heizzone 34 ist dazu vorgesehen, genau ein Kochgeschir relement (nicht dargestellt) zu erhitzen. Darüber hinaus umfasst das Haushaltsgerät 32 eine Haushaltsgerätevorrichtung 10. Zur Steuerung eines Betriebs des Haushaltsgeräts 32 umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 eine Steuereinheit 36. Die Steuereinheit 36 weist eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit hinterlegtes Betriebsprogramm auf, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden.

Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Prinzipschaltbild der Haushaltsgerätevorrichtung 10. Eine konkrete Ausgestaltung der Haushaltsgerätevorrichtung 10 ist in den Figuren 4 und 5 ge zeigt. Die Haushaltsgerätevorrichtung 10 weist eine Heizeinheit 38 auf. Die Heizeinheit 38 umfasst zumindest einen Induktor (nicht dargestellt) und kann insbesondere eine Mehr zahl von Induktoren umfassen. Zudem kann die Heizeinheit 38 eine Schaltanordnung (nicht dargestellt) umfassen, um die Induktoren abwechselnd und/oder gemeinsam, bei spielsweise in einem Zeit-Multiplex-Verfahren, zu betreiben. Zur Versorgung der Heizein heit 38 umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 eine Hauptenergiequelle 40, welche in einem Betriebszustand eine pulsierende gleichgerichtete Netzspannung bereitstellt. Fer ner umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 einen Wechselrichter 42. Der Wechsel richter 42 umfasst zwei Schalteinheiten 12, 30. Die Schalteinheiten 12, 30 sind im We sentlichen identisch zueinander ausgebildet. Die Schalteinheiten 12, 30 umfassen jeweils einen Steuereingang. Zudem umfassen die Schalteinheiten 12, 30 jeweils ein Schaltele ment. Die Schaltelemente sind als IGBTs ausgebildet. Ferner umfassen die Schalteinhei ten 12, 30 jeweils eine Freilaufdiode und eine Snubberkapazität, welche insbesondere parallel zu den Schaltelementen geschaltet sind. Alternativ ist auch denkbar, dass eine Haushaltsgerätevorrichtung mehrere Wechselrichter aufweist. Zudem ist denkbar, dass zumindest ein Wechselrichter unterschiedliche Schalteinheiten aufweist.

Ein erster Anschluss der Hauptenergiequelle 40 ist dabei mit einem Kollektoranschluss einer ersten Schalteinheit 12 der Schalteinheiten 12, 30 und/oder des Schaltelements der ersten Schalteinheit 12 elektrisch leitend verbunden. Zudem ist ein zweiter Anschluss der Hauptenergiequelle 40 mit einem Emitteranschluss einer zweiten Schalteinheit 30 der Schalteinheiten 12, 30 und/oder des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 30 elektrisch leitend verbunden. Der Wechselrichter 42 ist dazu vorgesehen, die pulsierende gleichgerichtete Netzspannung der Hauptenergiequelle 40 in einen hochfrequenten Wechselstrom umzuwandeln und insbesondere der Heizeinheit 38 zuzuführen. Die Heiz einheit 38 ist dabei in einem Brückenzweig zwischen einem Mittelabgriff 44 des Wechsel richters 42 und einer Resonanzeinheit 46 angeordnet.

Zudem umfasst die Haushaltsgerätevorrichtung 10 einen Treiberschaltkreis 14. Der Trei berschaltkreis 14 ist dazu vorgesehen, eine Steuerspannung für die Schalteinheiten 12,

30 einzustellen. Dazu umfasst der Treiberschaltkreis 14 eine Sekundärenergiequelle 48. Die Sekundärenergiequelle 48 weist eine Spannung zwischen 10 V und 25 V auf. Im vor liegenden Fall ist ein erster Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 über einen ersten Leitungspfad 54 mit dem zweiten Anschluss der Hauptenergiequelle 40 elektrisch leitend verbunden. Ferner umfasst der Treiberschaltkreis 14 zwei Treiber 50, 52. Die Treiber 50, 52 sind identisch zueinander ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, unterschiedliche Treiber zu verwenden. Die Treiber 50, 52 sind als Hochspannungs-IC (High-Voltage In- tegrated Circuit) ausgebildet. Jeder der Treiber 50, 52 weist einen Treibereingang und einen Treiberausgang auf. Zudem weist jeder der Treiber 50, 52 zwei Versorgungsspan nungsanschlüsse auf. Ein erster Treiber 50 der Treiber 50, 52 ist dazu vorgesehen, die erste Schalteinheit 12 zu betreiben. Ein zweiter Treiber 52 der Treiber 50, 52 ist dazu vor gesehen, die zweite Schalteinheit 30 zu betreiben. Dazu sind die Treibereingänge der Treiber 50, 52 jeweils mit der Steuereinheit 36 elektrisch leitend verbunden. Die Trei berausgänge der Treiber 50, 52 sind jeweils mit den Steuereingängen der Schalteinheiten 12, 30 elektrisch leitend verbunden. Darüber hinaus weist der Treiberschaltkreis 14 einen Bulk-Kondensator 56 auf. Der Bulk-Kondensator 56 ist als Energiepuffer ausgebildet. Der Bulk-Kondensator 56 weist einen Kapazitätswert zwischen 10 nF und 330 nF auf. Der Bulk-Kondensator 56 ist dazu vorgesehen, eine weitgehend konstante Versorgungsspan nung für den zweiten Treiber 52 bereitzustellen. Dazu ist ein erster Anschluss des Bulk- Kondensators 56, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit dem ersten An schluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des Bulk-Kondensators 56 ist, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss des zweiten Treibers 52 elektrisch leitend ver bunden. Zudem ist der erste Anschluss des Bulk-Kondensators 56, insbesondere über den ersten Leitungspfad 54, mit dem Emitteranschluss der zweiten Schalteinheit 30 elektrisch leitend verbunden. Der erste Leitungspfad 54 dient somit als Referenzspan nungsanschluss für die zweite Schalteinheit 30. Der erste Leitungspfad 54 liegt auf einem festen Potential. Ein zweiter Anschluss des Bulk-Kondensators 56 ist mit einem zweiten Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Der zweite An schluss des Bulk-Kondensators 56 ist mit einem zweiten Versorgungsspannungsan schluss des zweiten Treibers 52 elektrisch leitend verbunden.

Ferner umfasst der Treiberschaltkreis 14 eine Bootstrapeinheit 16, welche in der Figur 2 zunächst stark vereinfacht dargestellt ist und nachfolgend anhand der Figuren 4 und 5 im Detail erläutert werden soll. Die Bootstrapeinheit 16 umfasst eine Bootstrapdiode 58. Die Bootstrapeinheit 16 umfasst eine Bootstrapkapazität 60. Die Bootstrapkapazität 60 ist als Energiepuffer ausgebildet. Die Bootstrapkapazität 60 weist einen effektiven Kapazitäts wert zwischen 33 nF und 3,3 pF auf. Die Bootstrapkapazität 60 weist einen spannungs abhängigen Kapazitätswert auf. Zudem umfasst die Bootstrapeinheit 16 einen Bootstrapwiderstand 62. Der Bootstrapwiderstand 62 ist dazu vorgesehen, einen in die Bootstrapkapazität 60 und durch die Bootstrapdiode 58 fließenden Strom zu begrenzen. Der Bootstrapwiderstand 62 weist einen effektiven Widerstandswert zwischen 0,5 W und 50 W auf.

Die Bootstrapdiode 58 ist mit einem Anodenanschluss mit dem zweiten Anschluss der Sekundärenergiequelle 48 elektrisch leitend verbunden. Die Bootstrapdiode 58 ist mit einem Kathodenanschluss mit einem ersten Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 ist mit einem ersten Anschluss der Bootstrapkapazität 60 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der zweite Anschluss des Bootstrapwiderstands 62 mit einem ersten Versorgungsspan nungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter An schluss der Bootstrapkapazität 60 ist über einen zweiten Leitungspfad 64 mit dem Mittel abgriff 44 elektrisch leitend verbunden. Demnach ist die Bootstrapkapazität 60 mit einem Kollektoranschluss der zweiten Schalteinheit 30 und/oder des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 30 und einem Emitteranschluss der ersten Schalteinheit 12 und/oder des Schaltelements der ersten Schalteinheit 12 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist die Bootstrapkapazität 60, insbesondere über den zweiten Leitungspfad 64, mit einem zwei ten Versorgungsspannungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbun den. Der zweite Leitungspfad 64 dient als Referenzspannungsanschluss für die erste Schalteinheit 12. Der zweite Leitungspfad 64 liegt auf einem schwebenden Potential. Der zweite Leitungspfad 64 liegt in einem Betriebszustand, in welchem die Schalteinheiten 12, 30 abwechselnd geschaltet werden, abwechselnd auf einem Referenzpotential des ersten Leitungspfads 54 und einem Netzspannungspotential Vo. Die Bootstrapkapazität 60 ist dazu vorgesehen, eine Bootstrapspannung VB _S bereitzustellen. Die Bootstrapspannung VB _S entspricht dabei einer Versorgungsspannung des ersten Treibers 50 und liegt insbe sondere in zumindest einem Betriebszustand an den Versorgungsspannungsanschlüssen des ersten Treibers 50 an.

Im vorliegenden Fall sind die Treiber 50, 52 ferner mit einem Unterspannungsabschalt- schutz (UVLO) ausgestattet. Demzufolge sind die Treiber 50, 52 bei einer, insbesondere an den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden, Versorgungsspannung unter halb eines Grenzwerts funktionslos. Im vorliegenden Fall beträgt der Grenzwert zwischen 9 V und 16 V. Die Treiber 50, 52 sind somit dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand, in welchem eine an den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegende Spannung den Grenzwert überschreitet, ein an dem Treibereingang anliegendes Spannungssignal der Steuereinheit 36 zu verstärken.

Figur 3 zeigt ein schematisches Schaubild verschiedener Signale zur Steuerung der Haushaltsgerätevorrichtung 10 in einem Startbetriebszustand und einem, insbesondere an den Startbetriebszustand, anschließenden Dauerbetriebszustand. Eine Ordinatenach- se 68 ist als Größenachse dargestellt. Auf einer Abszissenachse 66 ist die Zeit darge stellt. Die Abszissenachse 66 weist zwei Zeitabschnitte mit einer Unterbrechung auf, wo bei ein erster Zeitabschnitt einen Startbetriebszustand darstellt und ein zweiter, insbeson dere zeitlich späterer, Zeitabschnitt einen Dauerbetriebszustand repräsentiert. Eine Kurve 70 veranschaulicht die Schaltzustände des Schaltelements der zweiten Schalteinheit 30. Eine Kurve 72 veranschaulicht die Schaltzustände des Schaltelements der ersten Schalt einheit 12. Ein „0“-Pegel definiert dabei einen nicht-leitenden Zustand. Eine Kurve 74 zeigt das Netzspannungspotential V ₀ der Hauptenergiequelle 40. Das Netzspannungspotential V ₀ ist im vorliegenden Fall mit einer Kriechspannung V _L EAK überlagert. Die Kriechspan nung VLEAK zeigt eine Kurve 76. Die Kriechspannung V _L EAK kann dabei aufgrund von Streuinduktivitäten von Verbindungsleitungen, insbesondere von Verbindungskabeln und/oder Leiterbahnen, insbesondere nach einem Schließen der Schalteinheit 12, auftre- ten. Ferner zeigt eine Kurve 78 eine Eingangsspannung der Bootstrapeinheit 16, während eine Kurve 80 die Bootstrapspannung VB _S darstellt. Die Eingangsspannung der Bootstrapeinheit 16 entspricht dabei einer Überlagerung des Netzspannungspotentials Vo und des Spannungspotentials der Sekundärenergiequelle 48. Die Bootstrapspannung VB _S entspricht zumindest im Wesentlichen einer Einhüllenden der Eingangsspannung und insbesondere einer Versorgungsspannung des ersten Treibers 50. Eine, insbesondere durch eine Herstellerangabe festgelegte, optimale Versorgungsspannung des ersten Trei bers 50 definiert eine Kurve 82. Demzufolge ist die Bootstrapspannung VBS in einem Ver gleich zu der optimalen Versorgungsspannung des ersten Treibers 50 zumindest in dem Startbetriebszustand erhöht, was insbesondere zu einer Zerstörung und/oder einer Fehl funktion des ersten Treibers 50 führen kann. Erfindungsgemäß entspricht die Bootstrap spannung V _B s in dem Dauerbetriebszustand zumindest im Wesentlichen der optimalen Versorgungsspannung des ersten Treibers 50, wodurch einer Zerstörung und/oder einer Fehlfunktion des ersten Treibers 50 vorteilhaft entgegengewirkt werden kann.

In einem Betriebszustand werden die Schalteinheiten 12, 30 abwechselnd geschaltet. Somit ist zu wenigstens einem ersten Zeitpunkt die zweite Schalteinheit 30 offen und die erste Schalteinheit 12 geschlossen und zu wenigstens einem zweiten, insbesondere von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen, Zeitpunkt die zweite Schalteinheit 30 geschlossen und die erste Schalteinheit 12 offen. Dabei werden der Bulk-Kondensator 56 und die Bootstrapkapazität 60 abwechselnd aufgeladen und entladen. Der Bulk-Kondensator 56 wird während einer Aktivierung der zweiten Schalteinheit 30 entladen. Der Bulk- Kondensator 56 wird während einer Aktivierung der ersten Schalteinheit 12 aufgeladen. Die Bootstrapkapazität 60 wird während einer Aktivierung der ersten Schalteinheit 12 ent laden. Die Bootstrapkapazität 60 wird während einer Aktivierung der zweiten Schalteinheit 30 über die Bootstrapdiode 58 und den Bootstrapwiderstand 62 aufgeladen.

Im vorliegenden Fall umfasst die Bootstrapeinheit 16 ferner eine Anpassungseinheit 18. Die Anpassungseinheit 18 ist dazu vorgesehen, zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit 16 zu verändern. Vorliegend ist die Anpassungseinheit 18 dazu vorgese hen, den zumindest einen Parameter der Bootstrapeinheit 16 in Abhängigkeit einer über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung, welche der Bootstrapspannung V _B s entspricht, zu verändern.

Der Parameter ist dabei durch eine Ladezeitkonstante T, insbesondere der Bootstrapka pazität 60, gegeben. Die Ladezeitkonstante t ergibt sich über:

T — Rßoot ^' Cßoot Eine Variable R _ßoot entspricht dabei dem Widerstandswert des Bootstrapwiderstands 62, während eine Variable C _ßoot dem Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 entspricht.

Im vorliegenden Fall ist die Anpassungseinheit 18 dazu vorgesehen, den Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 dynamisch und insbesondere während eines Betriebs der Haushaltsgerätevorrichtung 10 anzupassen. Alternativ ist auch denkbar, einen Wider standswert eines Bootstrapwiderstands oder einen Kapazitätswert einer Bootstrapkapazi tät dynamisch anzupassen.

Im vorliegenden Fall weist der Parameter in dem Startbetriebszustand einen Wert zwi schen 1 10 ⁸ s und 1 10 ⁶ s auf. Überschreitet die Bootstrapspannung V _B s einen Grenz wert von etwa 12 V, so ist die Anpassungseinheit 18 dazu vorgesehen, einen Wert des Parameters zu verändern, beispielsweise durch Umschalten zwischen zumindest zwei Kondensatoren der Bootstrapkapazität 60. In einem Dauerbetriebszustand weist der Pa rameter einen höheren Wert als in dem Startbetriebszustand auf. In dem Dauerbetriebs zustand weist der Parameter einen Wert zwischen 10 ⁶ s und 10 ^-4 s auf. Hierdurch kann in dem Startbetriebszustand ein schnelles Ansprechverhalten der ersten Schalteinheit 12 erreicht werden, da die Bootstrapkapazität 60 bereits bei einem ersten Schaltpuls einen benötigten Spannungsgrenzwert erreicht, welcher zu einem Betrieb des ersten Treibers 50 benötigt wird. In dem Dauerbetriebszustand kann hingegen durch eine Vergrößerung der Ladezeitkonstante t eine vorteilhafte Filterwirkung erreicht werden. Insbesondere ent sprechen die Bootstrapkapazität 60 und der Bootstrapwiderstand 62 einem Tiefpassfilter. In dem Dauerbetriebszustand können, insbesondere durch eine Anpassung der Ladezeit konstante T der Bootstrapeinheit 16 durch die Anpassungseinheit 18, Spannungsspitzen in der Versorgungsspannung der ersten Treiber 50, insbesondere aufgrund der Kriech spannung VLEAK, gefiltert werden. Hierdurch kann einer Zerstörung und/oder einer Be triebsdauerverminderung des ersten Treibers 50 durch eine überhöhte Betriebsspannung vorgebeugt werden. Alternativ ist jedoch auch denkbar, eine zusätzliche Filtereinheit in einer Haushaltsgerätevorrichtung, beispielsweise zwischen einer Sekundärenergiequelle und einer Bootstrapeinheit vorzusehen, welche insbesondere in einem Startbetriebszu stand überbrückt ist und/oder überbrückt wird.

In den Figuren 4 und 5 sind konkrete Ausführungsbeispiele der Bootstrapeinheit 16 ge zeigt. Der Bootstrapwiderstand 62 besteht im vorliegenden Fall aus einem einzelnen Wider standsbauelement. Der Bootstrapwiderstand 62 weist einen, insbesondere festen, Wder- standswert von 15 W auf. Die Bootstrapkapazität 60 umfasst zwei Kondensatoren 90, 92. Ein erster Kondensator 90 der Kondensatoren 90, 92 weist einen Kapazitätswert von 2,2 pF auf. Ein zweiter Kondensator 92 der Kondensatoren 90, 92 weist einen Kapazitätswert von 68 nF auf. Die Anpassungseinheit 18 weist ein Überbrückungsschaltelement 94 mit einer parallelgeschalteten Diode 84 auf. Das Überbrückungsschaltelement 94 ist als n- Kanal MOSFET ausgebildet. Ferner umfasst die Anpassungseinheit 18 eine Z-Diode 86. Die Z-Diode 86 ist als Sperrelement ausgebildet. Die Z-Diode 86 ist dazu vorgesehen, das Überbrückungsschaltelement 94 unterhalb eines Spannungsgrenzwerts von etwa 12 V zu sperren. Darüber hinaus umfasst die Anpassungseinheit 18 einen Wderstand 88, welcher einen Arbeitspunkt des Überbrückungsschaltelements 94 festlegt.

Ein erster Anschluss des ersten Kondensators 90 ist mit einem ersten Versorgungsspan nungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbunden. Der erste Anschluss des ersten Kondensators 90 ist mit einem Kathodenanschluss der Z-Diode 86 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der erste Anschluss des ersten Kondensators 90 mit dem Bootstrapwiderstand 62 verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators 90 ist mit einem Drain-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 94 elektrisch leitend ver bunden. Ferner ist der zweite Anschluss des ersten Kondensators 90 mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 92 verbunden. Demnach sind die Kondensatoren 90, 92 in Reihe geschaltet. Der erste Anschluss des zweiten Kondensators 92 ist somit auch mit dem Drain-Anschluss des Überbrückungsschaltelements 94 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators 92 mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend ver bunden. Der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 92 ist mit einem Source- Anschluss des Überbrückungsschaltelements 94 elektrisch leitend verbunden. Zudem ist der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 92 mit einem zweiten Anschluss des Wderstands 88 elektrisch leitend verbunden.

Ein Anodenanschluss der Z-Diode 86 ist ferner mit einem Basisanschluss des Überbrü ckungsschaltelements 94 elektrisch leitend verbunden. Der Anodenanschluss der Z-Diode 84 ist zudem mit einem ersten Anschluss des Wderstands 88 elektrisch leitend verbun den. In einem Startbetriebszustand ist ein Kapazitätswert der Bootstrapkapazität 60 durch ei nen effektiven Kapazitätswert aus den Kapazitäten der beiden Kondensatoren 90, 92 ge geben. Der effektive Kapazitätswert in dem Startbetriebszustand beträgt im vorliegenden Fall etwa 66 nF. In dem Startbetriebszustand beträgt eine Ladezeitkonstante t der Bootstrapeinheit 16 etwa 1 ps. Oberhalb des Spannungsgrenzwerts erreicht die Z-Diode 86 ihren Durchlassbereich, sodass das Überbrückungsschaltelement 94 durchschaltet. Demzufolge ist die Anpassungseinheit 18 selbststeuernd ausgebildet und insbesondere frei von einer Verbindung zur Steuereinheit 36. Alternativ ist jedoch auch denkbar, eine Anpassungseinheit mittels eines Signals einer Steuereinheit zu steuern. In dem Dauerbe triebszustand ist das Überbrückungsschaltelement 94 dazu vorgesehen, den zweiten Kondensator 92 zu überbrücken. Der effektive Kapazitätswert in dem Dauerbetriebszu stand beträgt demnach 2,2 pF. In dem Dauerbetriebszustand beträgt eine Ladezeitkon stante T der Bootstrapeinheit 16 etwa 33 ps.

Figur 5 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Bootstrapeinheit 16 mit der Anpassungseinheit 18 und einer Spannungsbegrenzungseinheit 20. Die Spannungsbe grenzungseinheit 20 ist zur Begrenzung einer über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung, welche vorliegend der Bootstrapspannung VBS entspricht, vorgesehen. Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 ist elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit 18 an geordnet.

Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist zumindest einen Energiespeicher 22 auf. Der Energiespeicher 22 ist elektrisch parallel zu der Anpassungseinheit 18 angeordnet. Der Energiespeicher 20 weist zumindest eine Speicherkondensatoreinheit 24 auf. Die Spei cherkondensatoreinheit 24 weist eine Kapazität zwischen 10 nF und 1 pF auf. Vorliegend weist die Speicherkondensatoreinheit 24 genau einen Speicherkondensator 96 auf, des sen Kapazität zwischen 10 nF und 1 pF beträgt.

Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist zumindest ein Halbleiterschaltelement 26 auf. Das Halbleiterschaltelement 26 ist dazu vorgesehen, eine elektrische leitende Ver bindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 in Abhängig keit eines Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS herzustellen oder zu trennen. Vorliegend ist das Halbleiterschaltelement 26 dazu vorge sehen, die elektrische leitende Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 unterhalb des Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS herzustellen und oberhalb des Schwellenwerts der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS ZU trennen. Der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS liegt vorzugsweise leicht oberhalb der optimalen Versorgungsspannung des ersten Treibers 50. Es kann mittels des Halb leiterschaltelements 26 der Spannungsbegrenzungseinheit 20 daher sichergestellt wer den, dass die optimale Versorgungsspannung des ersten Treibers 50 nicht überschritten wird.

Ein Kollektoranschluss des Halbleiterschaltelements 26 ist elektrisch leitend mit dem Bootstrapwiderstand 62 verbunden. Zudem ist der Kollektoranschluss des Halbleiter schaltelements 26 mit einem ersten Anschluss des Speicherkondensators 96 der Spei cherkondensatoreinheit 24 des Energiespeichers 22 elektrisch leitend verbunden. Ein Emitteranschluss des Halbleiterschaltelements 26 ist mit dem ersten Versorgungsspan nungsanschluss des ersten Treibers 50 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der Emit teranschluss des Halbleiterschaltelements 26 mit dem ersten Anschluss des Kondensa tors 90 und mit dem Kathodenanschluss der Z-Diode 86 verbunden.

Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist zumindest eine Z-Diode 28 auf. Die Z-Diode 28 ist mit einer Steuerelektrode, also einem Basisanschluss, des Halbleiterschaltelements 26 elektrisch leitend verbunden. Vorliegend ist ein Kathodenanschluss der Z-Diode 28 mit der Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements 26 elektrisch leitend verbunden. Ein Anodenanschluss der Z-Diode 28 ist mit einem zweiten Anschluss des Speicherkonden sators 96 der Speicherkondensatoreinheit 24 des Energiespeichers 22 elektrisch leitend verbunden. Die Spannungsbegrenzungseinheit 20 weist einen Regelkondensator 98 und einen Regelwiderstand 100 auf, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Der Regel kondensator 98 und der Regelwiderstand 100 sind elektrisch parallel zu dem Speicher kondensator 96 der Speicherkondensatoreinheit 24 des Energiespeichers 22 angeordnet. Der Regelkondensator 98 ist elektrisch parallel zu der Z-Diode 28 angeordnet. Der Regel kondensator 98 ist dazu vorgesehen, eine einheitliche Streu kapazität der Z-Diode 28, welche je nach Hersteller der Z-Diode 28 variieren kann, zu erreichen. Der Regelkonden sator 98 weist je nach verwendeter Z-Diode 28 eine Kapazität zwischen 10 pF und 100 nF auf. Grundsätzlich ist denkbar, dass auf den Regelkondensator 98 verzichtet werden kann, wenn die Streukapazität der verwendeten Z-Diode 28 bereits einen gewünschten Wert aufweist. Der Regelwiderstand 100 ist dazu vorgesehen, einen Stromfluss durch die Z-Diode 28 zu begrenzen.

Der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit 18 abfallenden Spannung VBS ist durch eine Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 charakterisiert. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 über den Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss des Halbleiterschaltelements 26 besteht nur, wenn die Spannung V _B s, welche zwischen dem Emitteranschluss des Halbleiter schaltelements 26 und dem Mittelabgriff 44 abfällt, niedriger ist als die Summe aus der Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 und der Basis-Emitter-Spannung des Halbleiter schaltelements 26. Vorliegend weist die Z-Diode 28 eine Durchbruchsspannung von 20 V auf. Das Halbleiterschaltelement 26 benötigt eine Basis-Emitter-Spannung von ca. 0,6 V damit es leitend wird und zwischen dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss ein Strom fließen kann. Überschreitet die Spannung VBS die Durchbruchsspannung der Z- Diode 28 wird diese in Sperrrichtung leitend, sodass keine ausreichende Basis-Emitter- Spannung an dem Halbleiterschaltelement 26 mehr anliegt und das Halbleiterschaltele ment 26 die elektrische leitende Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energiespeicher 22 trennt. Der Schwellenwert der über der Anpassungseinheit 18 abfal lenden Spannung VBS ist daher durch die Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 charakte risiert.

Somit ist die Spannungsbegrenzungseinheit 20 selbststeuernd ausgebildet. Eine Verbin dung der Spannungsbegrenzungseinheit 20 mit der Steuereinheit 26 und eine Steuerung der Spannungsbegrenzungseinheit 20 durch die Steuereinheit 36 ist daher nicht erforder lich.

Figur 6 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung 10. In dem Verfahren wird die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Spannung V _B s automatisch begrenzt. Das Verfahren umfasst zumindest zwei Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt 102 des Verfahrens wird die Haus haltsgerätevorrichtung 10 eingeschaltet und über die Hauptenergiequelle 40 mit Energie versorgt. In dem ersten Verfahrensschritt 102 wird die Haushaltsgerätevorrichtung 10 in dem Startbetriebszustand betrieben und die Schalteinheiten 12, 30 werden durch die Steuereinheit 36 abwechselnd geschaltet. Dazu werden die Treiber 50, 52 abwechselnd durch die Steuereinheit angesteuert. In dem Startbetriebszustand sind der Kondensator 90 und der Kondensator 92 in Reihe geschaltet, sodass ein effektiver Kapazitätswert der Bootstrapeinheit 16 gering ist und vorliegend ca. 66 nF beträgt. In dem Startbetriebszu stand wird somit auch eine niedrige Ladezeitkonstante t der Bootstrapeinheit 16 von vor liegend etwa 1 ps erreicht. Sobald die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Bootstrapspannung V _B s die Durchbruchsspannung der Z-Diode 84, von vorliegend 12 V, überschreitet wird diese in Sperrrichtung leitend, sodass der Kondensator 90 durch das Überbrückungsschaltelement 94 überbrückt wird. Dieser Zeitpunkt stellt sowohl einen Übergang von dem Startbetriebszustand in dem Dauerbetriebszustand der Haushaltsge rätevorrichtung 10 als auch einen Übergang von dem ersten Verfahrensschritt 102 in ei- nen zweiten Verfahrensschritt 104 des Verfahrens dar. In dem zweiten Verfahrensschritt 104 wird die Haushaltsgerätevorrichtung 10 in dem Dauerbetriebszustand betrieben, wo bei der Kondensator 92 der Anpassungseinheit 18 überbückt ist, sodass sich der effektive Kapazitätswert der Bootstrapeinheit 16 auf 2,2 pF einstellt und die Ladezeitkonstante t der Bootstrapeinheit 16 etwa 33 ps beträgt. Sobald die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Bootstrapspannung VBS, beispielsweise aufgrund von Überlagerung durch die Kriechspannung VLEAK, die Durchbruchsspannung der Z-Diode 28 von 20 V erreicht oder überschreitet, wird die Verbindung zwischen der Anpassungseinheit 18 und dem Energie speicher 22 sowie der Sekundärenergiequelle 48 durch das Halbleiterschaltelement 26 getrennt. Dadurch wird die über der Anpassungseinheit 18 abfallende Bootstrapspannung VBS automatisch begrenzt.

Bezugszeichen

10 Haushaltsgerätevorrichtung

12 Schalteinheit

14 Treiberschaltkreis

16 Bootstrapeinheit

18 Anpassungseinheit

20 Spannungsbegrenzungseinheit

22 Energiespeicher

24 Speicherkondensatoreinheit

26 Halbleiterschaltelement

28 Z-Diode

30 Schalteinheit

32 Haushaltsgerät

34 Heizzone

36 Steuereinheit

38 Heizeinheit

40 Hauptenergiequelle

42 Wechselrichter

44 Mittel abgriff

46 Resonanzeinheit

48 Sekundärenergiequelle

50 Treiber

52 Treiber

54 Leitungspfad

56 Bulk-Kondensator

58 Bootstrapdiode

60 Bootstrapkapazität

62 Bootstrapwiderstand

64 Leitungspfad 66 Abszissenachse

68 Ordinatenachse

70 Kurve

72 Kurve

74 Kurve

76 Kurve

78 Kurve

80 Kurve

82 Kurve

84 Diode

86 Z-Diode

88 Widerstand

90 Kondensator

92 Kondensator

94 Überbrückungsschaltelement

96 Speicherkondensator

98 Regelkondensator

100 Regelwiderstand

102 erster Verfahrensschritt

104 zweiter Verfahrensschritt

106 Kochfeldplatte

CB _OOI Variable

Reoot Variable

T Ladezeitkonstante

VBS Bootstrapspannung

Vo Netzspannungspotential

Vi_ _eak Kriechspannung