JP2007192545A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子レンジ等のマグネトロンを備えた機器に用いられる高周波加熱装置において、冷却効率の良い電源ユニットを備えた高周波加熱装置を得る。
【解決手段】単方向電源部１の出力電流を測定するために用いるシャント抵抗３０は、前記基板３２上を流れる冷却風の風路に沿って該基板３２上に配置されるとともに前記ダイオードブリッジ及び前記スイッチング素子と略同一直線状に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子レンジ等のマグネトロンを備えた機器に用いて好適な高周波加熱装置に関する。

従来、上述した高周波加熱装置には、商用電源が入力される入力側の電流をカレントトランスにて検出し、当該入力電流が所定値になるようにパルス幅制御することでマグネトロンの電磁波出力を一定に制御する構成を採ったもの（例えば、特許文献１参照）や、高圧回路の昇圧トランスの二次側電流をカレントトランスにて検出し、入力電流を一定に制御する構成を採ったものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。これらの高周波加熱装置においては、いずれも検出対象である電流をカレントトランスによって検出するようにしている。
なお、従来の高周波加熱装置には、整流して定電圧化した後の商用電源を所定電圧まで電圧降下させるためのセメント抵抗（巻線抵抗の一種）を備えたものもある。

図６は、上記の特許文献２で開示された高周波加熱装置の構成を示す回路図である。この図に示す高周波加熱装置は、単方向電源部１と、インバータ部２と、高圧整流回路３と、マグネトロン４と、スイッチングレート検出部５と、二次側電流検出部６と、制御部７と、カレントトランス８，９とから構成されている。

単方向電源部１は、商用電源２０からの交流電源を全波整流するダイオードブリッジ１
０１と、チョークコイル１０２及びコンデンサ１０３よりなるローパスフィルタ回路とから構成される。また単方向電源部１には、上述したカレントトランス８がダイオードブリッジ１０１の交流入力側に介挿されており、入力電流の検出に用いられる。インバータ部２は、共振コンデンサ２０１と、昇圧トランス２０２と、トランジスタ２０３と、転流ダイオード２０４とから構成される。トランジスタ２０３は、制御部７より与えられる２０〜５０ｋＨｚのスイッチング制御信号によってスイッチング動作する。これにより、昇圧トランス２０２の一次巻線には高周波電圧が発生する。

なお、トランジスタ２０３は、主に転流ダイオード２０４と一体に形成されて、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)と呼ばれている。

高圧整流回路３は、コンデンサ３０１及び３０２と、ダイオード３０３及び３０４とから構成されており、昇圧トランス２０２の二次巻線で発生した電圧を半波倍電圧整流することで高圧直流電圧を発生しマグネトロン４に印加する。マグネトロン４には昇圧トランス２０２のヒータ巻線からヒータ用の交流電圧も印加される。マグネトロン４は、ヒータ用の交流電圧が印加されることで陰極が傍熱されてエミッション可能な状態となり、この状態で高圧直流電圧が印加されると電磁波エネルギーを発生する。高圧整流回路３には上述したカレントトランス９がダイオード３０３のカソードと接地との間に介挿されており、二次電流の検出に用いられる。

スイッチングレート検出部５は、インバータ部３のトランジスタ２０３のオン／オフデューティ比を検出し、その結果を制御部７に入力する。二次側電流検出部６は、二次電流を全波整流してその平均値を検出し、その結果を制御部７に入力する。制御部７は、スイッチングレート検出部５の出力信号と二次側電流検出部６の出力信号を乗算処理して、乗算値が所望の値になるようにインバータ部３のトランジスタのオン／オフ制御を行う。

このように、単方向電源部１で商用電源２０を単方向電圧に変換し、それをインバータ２１で高周波電圧に変換して昇圧トランス２０２で昇圧した後、再度高圧整流回路３で倍電圧整流して高圧の直流電圧に変換し、マグネトロン４を駆動する。

なお、特許文献２の高周波加熱装置では上述したセメント抵抗についての記載は見当たらないが、もしこれが使用される場合は単方向電源部１の直流出力端と接続先の回路（例えばスイッチングレート検出部５、二次側電流検出部６、制御部７）の電源端子との間に介挿されて、商用電源２０を所定電圧に電圧降下させて上記各回路に供給する。
特開平８−９６９４７号公報（第７頁、図１） 特開平８−２２７７９１号公報（第４頁、第５頁、図１）

しかしながら、従来の高周波加熱装置においては、次のような問題がある。

すなわち、冷却ファンを用いてプリント基板上のダイオードブリッジ１０１や昇圧トランス２０２の他、トランジスタ２０３と転流ダイオード２０４とが一体形成されてなるＩＧＢＴに対する発熱対策を行っているが、形状の大きなカレントトランス８及び９が冷却風の流れを阻害したり、セメント抵抗が発熱源となったりすることもあって、十分な冷却効率が得られてはいなかった。特に、高周波加熱装置本体の小型化に伴ってプリント基板上の限られたスペースに全部品を配置しなければならないことから、冷却効率の向上が望まれている。

本発明は係る点に鑑みてなされたもので、冷却効率の良い電源ユニットを備えた高周波加熱装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係る発明の高周波加熱装置は、少なくとも基板上に、商用電源をダイオードブリッジを用いて単方向に変換する単方向電源部と、少なくとも１個の半導体スイッチング素子を有し、この半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部と、を有する高周波加熱装置において、前記単方向電源部の出力電流を測定できる箇所に対して直列に介挿されるシャント抵抗を有し、前記シャント抵抗は、前記基板上を流れる冷却風の風路に沿って該基板上に配置されるとともに前記ダイオードブリッジ及び前記スイッチング素子と略同一直線状に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、形状が一般的に大きいカレントトランスに代えて単方向電源部の出力電流を測定するために用いるシャント抵抗を、プリント基板上を流れる冷却風の風路に沿って該プリント基板上に配置するので、カレントトランスに比べ、シャント抵抗が冷却風の流れを阻害する割合を最小限に抑えることができて、冷却効率の向上が図れる。

また、本発明の高周波加熱装置は、上記記載の発明のいずれかに係る発明の高周波加熱装置において、商用電源を所定電圧に電圧降下させるためのセメント抵抗が前記冷却風の風路に対し略交差する方向に配置されるものとしても良い。

この構成によれば、発熱を伴うセメント抵抗が冷却風の風路に対し略交差する方向に配置されるので、セメント抵抗を効率良く冷却することが可能となる。

本発明に係る高周波加熱装置によれば、単方向電源部の出力電流を測定するために用いるシャント抵抗は、プリント基板上を流れる冷却風の風路に沿って該プリント基板上に配置されるので、冷却風の流れを阻害する割合を最小限にして、冷却効率の向上が図れる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る高周波加熱装置の構成を示す回路図である。
なお、この図において前述した図５と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。

図１に示すように、本実施の形態の高周波加熱装置は、従来のカレントトランスに代わる入力電流検出手段として、入力電流を検出するためのシャント抵抗３０と、このシャント抵抗３０に発生する電圧を取り出すためのバッファ３１とを具備している。また、本実施の形態の高周波加熱装置には、単方向電源部１の直流出力端と制御部７の電源端子との間に単方向電源部１の直流出力を所定電圧に電圧降下させるためのセメント抵抗５０が設けられている。

シャント抵抗３０は、単方向電源部１のダイオードブリッジ１０１の負出力側端子に対して直列に介挿される。シャント抵抗３０のプリント基板への実装に際しては、冷却風の流れを妨げないように、プリント基板上を流れる冷却風の風路に沿って配置される。なお、シャント抵抗３０としては、放熱板に取り付ける型のものやセメントモールド型のもの、あるいは裸抵抗線などがある。特に裸抵抗線を用いた場合は省スペース化とコストダウンが図れる。
一方、セメント抵抗５０は、上述したように単方向電源部１の直流出力端と制御部７の電源端子との間に介挿される。この場合、プリント基板への実装に際しては、発熱を効果的に冷却するために冷却風の風路に対し略交差する方向に配置される。

図２は本実施の形態の高周波加熱装置におけるプリント基板の一部分の実装状態を示す図である。また、図３は図２を矢印Ｙａ方向で且つ斜め上方から見た図であり、図３は図
２を矢印Ｙａ方向から見た図である。

図２に示すように、シャント抵抗３０は、プリント基板３２上において放熱板３３に取り付けられたダイオードブリッジ１０１およびＩＧＢＴ２０５(トランジスタ２０３と転流ダイオード２０４とで構成される)と略同一直線上に配置されている。この場合、冷却風は図３に示すように昇圧トランス２０２の実装側からセメント抵抗５０の実装側に向けて流れるようになっている。

なお、図３において、主要部品の配置レイアウトは、概略述べると、昇圧トランス２０２が放熱板３３に対し離間して対向配置され、昇圧トランス２０２の風上側（紙面の奥側）には主に高電圧部品が、昇圧トランス２０２の風下側（紙面の手前側）には主に制御回路部品や弱電回路部品が、プリント基板３２上に実装された形態となっている。

そして、冷却風の一部は放熱板３３と昇圧トランス２０２との間の空間を流れるが、この空間の風路上に沿ってシャント抵抗３０がプリント基板３２上に実装されているので、冷却風が、シャント抵抗３０によって遮られることなく殆どが通過して行く。すなわち、シャント抵抗３０による冷却風の阻害要因が最小限に抑えられている。 なお、シャント抵抗３０は風路上に沿って配置してもその形状によって冷却風の当たる面積が大きくなる可能性もあるので、このような場合には、冷却風が当たる面積が最小になる向きにシャント抵抗３０を配置するようにすれば良い。

また、図４にも示すように、昇圧トランス２０２の下方に潜り込んで昇圧トランス２０２を通過する冷却風が、風下側のセメント抵抗５０に至るが、セメント抵抗５０が冷却風の風路に対し略交差する方向に実装されているので、当該冷却風はセメント抵抗５０の側面全域に当たる。この結果、セメント抵抗５０は効率良く冷却される。

更に、冷却風には昇圧トランス２０２の上方を通過するものもあり、この冷却風はセメント抵抗５０の側面上方から上面全域に当たる。したがって、セメント抵抗５０を冷却風の風路に対し略交差する方向に配置することで、上面全域を均等、且つ、確実に冷却することが可能となる。
なお、セメント抵抗５０は風路に対し略交差する方向に配置してもその形状によって冷却風の当たる面積が小さくなる可能性もあるので、このような場合には、冷却風が当たる面積が最大になる向きにセメント抵抗５０を配置するようにすれば良い。

このように、本実施の形態に係る高周波加熱装置によれば、単方向電源部１の出力電流を測定するために用いるシャント抵抗３０を、プリント基板３２上を流れる冷却風の風路に沿ってプリント基板３２上に配置したので、冷却風の流れを阻害する割合を最小限に抑えることができ、冷却効率の向上が図れる。
また、セメント抵抗５０を冷却風の風路に対し略交差する方向に配置したので、発熱するセメント抵抗５０を効率良く冷却することが可能となる。
そして、これらシャント抵抗３０およびセメント抵抗５０の配置構成によって、高周波加熱装置本体の小型化に伴う省スペース化を行っても効率の良い冷却が可能となる。

なお、シャント抵抗３０を、プリント基板３２上を流れる冷却風の風路に沿って配置することは、セメント抵抗５０をシャント抵抗３０の風下側に配置しなければならないような場合に、セメント抵抗５０を冷却する点も含めて冷却効率の面で効果的である。
また、セメント抵抗５０以外にも通電することにより発熱する部品があれば、同様に配置すると良い。

なお、上記した実施の形態では、セメント抵抗５０は、図１に示したように、単方向電源部１の直流出力端と制御部７の電源端子部との間に介挿するとしたが、この構成に代わって、商用電源２０両端にそれぞれダイオード２０７，２０９を介挿して交流電源を整流後、それぞれのダイオード２０７，２０９の接続点と制御部７の電源端子部との間にセメント抵抗５０を介挿しても同様な効果が得られることは言うまでもない。

以上述べたように、本発明に係る高周波加熱装置によれば、単方向電源部の出力電流を測定するために用いるシャント抵抗は、プリント基板上を流れる冷却風の風路に沿って該プリント基板上に配置されるので、冷却風の流れを阻害する割合を最小限にして、冷却効率の向上が図れる。

また、発熱を伴うセメント抵抗は、冷却風の風路に対し略交差する方向に配置されるので、効率良く冷却される。

従って、高周波加熱装置本体の小型化に伴う省スペース化によって、プリント基板上に配置する電気部品の実装密度が高められても、発熱部品を効率良く冷却することができる。言い換えれば、省スペース化を可能にし高周波加熱装置本体の小型化を実現できる。

本発明の一実施の形態に係る高周波加熱装置の構成を示す回路図である。 図１の高周波加熱装置の各部品が実装されたプリント基板の一部を示す斜視図である。 図２のプリント基板を矢印Ｙａ方向の斜め上方から見た斜視図である。 図２のプリント基板を矢印Ｙａ方向から見た正面図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波加熱装置の変更例を示す回路図である。 従来の高周波加熱装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 単方向電源部
２ インバータ部
３ 高圧整流回路
４ マグネトロン
７ 制御部
３０ シャント抵抗
３１ バッファ
３２ プリント基板
３３ 放熱板
５０ セメント抵抗
１０１ ブリッジダイオード
２０５ ＩＧＢＴ

Claims (2)

1. 少なくとも基板上に、商用電源をダイオードブリッジを用いて単方向に変換する単方向電源部と、
   少なくとも１個の半導体スイッチング素子を有し、この半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、
   前記インバータ部の出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、
   前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部と、を有する高周波加熱装置において、
   前記単方向電源部の出力電流を測定できる箇所に対して直列に介挿されるシャント抵抗を有し、
   前記シャント抵抗は、前記基板上を流れる冷却風の風路に沿って該基板上に配置されるとともに前記ダイオードブリッジ及び前記スイッチング素子と略同一直線状に配置されることを特徴とする高周波加熱装置。
2. 商用電源を所定電圧に電圧降下させるためのセメント抵抗が前記冷却風の風路に対し略交差する方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置。

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