JPH06140145A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は高周波加熱装置に関するもので、出
力電波を小さくしたときや、起動直後の負荷が不安定な
ときにも安定に高周波加熱装置を制御することを目的と
したものである。 【構成】 共振コンデンサ１２と昇圧トランス９よりな
る共振回路と半導体スイッチ素子１０とで構成されるイ
ンバータ回路とマグネトロン４と共振回路の電圧が基準
電圧以下になったことを検出する検知回路１９と検知回
路１９の信号に基づいて半導体スイッチ素子１０を駆動
する制御部６とを有するとともに共振電圧の直流分を遮
断するコンデンサ１６を設け、このコンデンサ１６を介
して検知回路１９に共振電圧を供給する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子レンジなどの高周波
加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波加熱装置を図３を用いて説
明する。商用電源１をダイオードブリッジ７で直流に変
換し、共振コンデンサ１１と昇圧トランス９とからなる
共振回路と半導体スイッチ素子１０とこれに逆並列に接
続されたダイオード１２からなるインバータ回路と、昇
圧トランス９の出力電圧を高圧ダイオードと高圧コンデ
ンサからなる倍電圧整流回路によって整流し、マグネト
ロン４に電力を供給する構成で、半導体スイッチ素子１
０のオン／オフを制御することにより高周波出力を調節
する。

【０００３】次にこの半導体スイッチ素子１０の制御方
法を図４を用いて説明する。商用電源の電圧をダイオー
ドブリッジ７と平滑コンデンサ８で整流し、その整流し
た直流電圧を抵抗によって分割した信号（以下これを信
号１と呼ぶ）と共振電圧を抵抗によって分割した信号
（以下これを信号２と呼ぶ）をつくる。この信号１、２
をゼロクロス検知回路１９の入力とし図４（ｂ）に見ら
れるように信号２[（図４（ｂ）−（イ）]が信号１[図
４（ｂ）−（ロ）]よりも大きい状態から信号２が信号
１よりも小さい状態になった（以下ゼロクロスを検知し
たと呼ぶ）ときにこのゼロクロス検知回路１９はパルス
状の電圧を発生する。このパルス電圧によってのこぎり
波発生回路２０ののこぎり波状の電圧は図４（ｃ）−
（イ）のように下降をはじめる。また、こののこぎり波
は図４（ｃ）−（ロ）のようにある電圧まで下がると再
び上昇をはじめるようにのこぎり波発生回路２０は構成
されている。また、基準電圧発生回路２１により作られ
る基準電圧（図４（ｃ）−（イ））と、こののこぎり波
を比較回路２２で比較し、のこぎり波が基準電圧より低
いときに図４（ｄ）にみられるように駆動回路２３に信
号を与える。この信号により駆動回路２３は半導体スイ
ッチ素子１０にオン信号を与える。この動作を繰り返す
ことにより、半導体スイッチ素子はオン−オフを繰り返
し、インバータ回路が倍電圧整流回路を介して電力をマ
グネトロンに供給する。

【０００４】また、基準電圧発生回路２１により設定さ
れる基準電圧を変化させると、のこぎり波発生回路２０
の発生するのこぎり波よりも基準電圧の方が高い状態に
ある時間が変化するため半導体スイッチ素子１０へのオ
ン信号の幅が変化する。これによってインバータ回路が
出力する電力の大きさが変化し、出力電波の大きさを調
節することが出来る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では出力電力を小さくしたときにも、ゼ
ロクロス検知回路がゼロクロスを検知し半導体スイッチ
素子へのオン／オフ信号を安定に与えて、高周波加熱装
置が安定に動作するためには、昇圧トランスの結合係数
をある程度低くする必要がある。しかし、このように昇
圧トランスを低結合にすると共振期間での回生電流が図
５にみられるように高結合の場合に比べ大きくなるため
同一の出力電力を得ようとした場合、昇圧トランスの１
次側に流す励磁電流を大きくしなければならなくなる。
このため昇圧トランスでの損失が増加し、また半導体ス
イッチ素子の電圧ストレス、電流ストレス及び損失が増
加することになる。この問題を解決するにはトランスの
結合を高くすることが考えられるが、出力電力を小さく
したときや高周波加熱装置を起動した直後の負荷が不安
定なときに図６（ｂ）にみられるように信号２が信号１
よりも大きい状態から小さい状態にならなくなって、確
実にゼロクロスを検知する事が出来なくなってしまい制
御を安定に行うことが困難になるという課題があった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するものであり、
昇圧トランスの結合を高くした場合において、出力電力
を小さくした場合や起動直後の負荷が不安定なときにも
確実にゼロクロスを検知し、半導体スイッチ素子へのオ
ン／オフ信号を安定に与えることにより制御の安定性を
確保することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】共振コンデンサと昇圧ト
ランスよりなる共振回路と半導体スイッチ素子とで構成
されるインバータ回路と前記昇圧トランスの出力により
駆動されるマグネトロンと前記共振回路の電圧が基準電
圧以下になったことを検出する検知回路と前記検知回路
の信号に基づいて前記半導体スイッチ素子を駆動する制
御部とを有するとともに前記共振電圧の直流分を遮断す
るコンデンサを設け、このコンデンサを介して前記検知
回路に共振電圧を供給する構成としたものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記構成により以下の作用を果たすも
のである。

【０００９】共振コンデンサと昇圧トランスよりなる共
振回路と半導体スイッチ素子とで構成されるインバータ
回路と、マグネトロンと、検知回路と、制御部と、共振
電圧の直流分を遮断するコンデンサを設け、このコンデ
ンサを介して検知回路に共振電圧を供給する構成とする
ことにより、このコンデンサが共振電圧によって充放電
されるため、共振電圧が極大値に達するまではコンデン
サを介した検知回路の入力電圧は正の値を示し、極大値
から極小値に達するまでは負の値を示す。基準電圧は正
の値を持っているので、コンデンサを介して検知回路に
入力される電圧は確実に基準電圧より大きい状態から基
準電圧よりも小さい状態になる。これにより確実に検知
回路は信号を発生することができるという作用を有する
ものである。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図１、２を用いて説明す
る。

【００１１】図１は全体の構成を示す回路図である。１
は商用電源、発電機、などの外部電源であり、高周波加
熱装置２に外部から電力を供給する。高周波加熱装置２
は、外部電源１より供給された電力を変換する電力変換
部３と電力変換部３により変換された電力を受けて、マ
イクロ波を発生するマグネトロン４により構成される。
また電力変換部３はダイオードブリッジ７、平滑コンデ
ンサ８、昇圧トランス９、半導体スイッチ素子１０、半
導体スイッチ素子１０に逆並列に接続されたダイオード
１１、共振コンデンサ１２、倍電圧整流回路により構成
される電力変換器５と半導体スッチング素子１０を駆動
する制御部６からなり、制御部６は平滑コンデンサ８の
電圧を分割する抵抗１４、１５と半導体スイッチング素
子１０の両端にかかる共振電圧の直流分を遮断するコン
デンサ１６と抵抗１７、１８、ゼロクロス検知回路１
９、のこぎり波発生回路２０、基準電圧発生回路２１、
比較回路２２、駆動回路２３により構成される。

【００１２】次に、図２を用いて動作を説明する。図２
（ａ）はスイッチ素子１０の両端にかかる共振電圧波形
であり、同（ｂ）はゼロクロス検知回路に入力される電
圧波形であり、同（ｃ）はのこぎり波発生回路２０の出
力と基準電圧発生回路２１の出力波形であり、同（ｄ）
は比較器２２の出力波形である。（ｂ）において、コン
デンサ１６を介して抵抗１７、１８によって分割された
共振電圧が抵抗１４、１５によって分割された電圧より
も大きい状態から小さい状態になると、ゼロクロス検知
回路はパルス状の電圧を発生する。このパルス状の電圧
が立ち上がるとのこぎり波発生回路２０によって作られ
るのこぎり波は図２（ｃ）−（イ）のように下降をはじ
める。また、こののこぎり波はある一定値に達すると再
び上昇をはじめるようにのこぎり波発生回路２０は構成
される。こののこぎり波（図２（ｃ）−（イ））と基準
電圧発生回路２１によって設定される基準電圧（図２
（ｃ）−（ロ））とを比較器２２によって比較し、図２
（ｄ）にみられるようにのこぎり波が基準電圧より低い
状態の時に比較器２２は信号を発生する。そして、この
信号により駆動回路２３は半導体スイッチ素子１０にオ
ン信号を与える。この動作を繰り返して高周波加熱装置
２はマイクロ波を発生する。

【００１３】ここで、コンデンサ１６を介して抵抗１
７、１８によって分割されてゼロクロス検知回路１９に
入力される信号は図２（ｂ）にみられるように半導体ス
イッチ素子の両端にかかる共振電圧を微分した波形とな
るので、共振電圧が極大値に達するまでは正の値を示し
極大値から極小値に移る間は負の値を示す。このため、
この信号は確実に抵抗１４、１５によって分割された電
圧よりも大きい状態から小さい状態になる。従って、ゼ
ロクロス検知回路は確実に信号を出力出来るため昇圧ト
ランスの結合を高くした場合に、出力電力を小さくした
ときや、起動直後の負荷が不安定なときにも、半導体ス
イッチ素子の制御を安定させることが出来る。

【００１４】また、コンデンサ１６と抵抗１７、１８の
値を調節することによって、これらの値によって決まる
時定数を調節し共振電圧に対するゼロクロス検知回路の
入力信号の位相の進み具合いを調節することがでる。こ
の位相を調節して制御回路内での出力応答の遅れ時間
（例えば比較回路２２からの出力があってから駆動回路
２３が半導体スイッチ素子１０にオン信号を与えるまで
の遅れ時間など）を補償することができる。このため、
出力応答に遅れ時間を持った素子で制御回路を構成する
ことができるので、スイッチング周波数を高周波化した
ときに、それに応じて制御回路を高周波に対応した素子
で構成しなおす必要がなくなり安価に高周波加熱装置を
提供することができるという効果を有する。

【００１５】

【発明の効果】以上示したように本発明の高周波加熱装
置は、以下に述べる効果を有するものである。

【００１６】共振コンデンサと昇圧トランスよりなる共
振回路と半導体スイッチ素子とで構成されるインバータ
回路と昇圧トランスの出力により駆動されるマグネトロ
ンと検知回路と制御部とを有するとともに共振電圧の直
流分を遮断するコンデンサを設け、このコンデンサを介
して検知回路に共振電圧を供給する構成とすることによ
り、昇圧トランスの結合係数を高くした場合において、
出力電力を小さくしたときや、起動直後の負荷が不安定
なときにも確実にゼロクロスを検知する事ができ半導体
スイッチ素子に安定にオン／オフ信号を与えることが出
来る。これによりインバータの制御が安定するという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例における高周波加熱装置の
回路図

【図２】（ａ）同高周波加熱装置における半導体スイッ
チ素子の両端にかかる共振電圧を示す図 （ｂ）同高周波加熱装置におけるゼロクロス検知回路に
入力される電圧波形を示す図 （ｃ）同高周波加熱装置における比較器に入力される電
圧波形を示す図 （ｄ）同高周波加熱装置における比較器から出力される
電圧波形を示す図

【図３】従来の高周波加熱装置の回路図

【図４】（ａ）半導体スイッチ素子の両端にかかる共振
電圧波形を示す図 （ｂ）ゼロクロス検知回路に入力される電圧波形を示す
図 （ｃ）比較器に入力される電圧波形を示す図 （ｄ）比較器から出力される電圧波形を示す図

【図５】（ａ）昇圧トランスの結合が高い場合の半導体
スイッチ素子の両端にかかる共振電圧を示す図 （ｂ）同半導体スイッチ素子を流れる電流をしめす図 （ｃ）同昇圧トランスの１次巻線を流れる励磁電流を示
す図 （ｄ）昇圧トランスの結合が低い場合の半導体スイッチ
素子の両端にかかる共振電圧を示す図 （ｅ）同半導体スイッチ素子を流れる電流を示す図 （ｆ）同昇圧トランスの１次巻線を流れる励磁電流を示
す図

【図６】（ａ）同高周波加熱装置のゼロクロスを検知出
来なかったときに半導体スイッチ素子の両端にかかる共
振電圧を示す図 （ｂ）同ゼロクロス検知回路に入力される信号を示す図

【符号の説明】

２ 高周波加熱装置 ４ マグネトロン ６ 制御部 ９ 昇圧トランス １０ 半導体スイッチング素子 １１ 共振コンデンサ １６ コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中林 裕治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 渋谷 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共振コンデンサおよび昇圧トランスよりな
   る共振回路と半導体スイッチ素子とで構成されるインバ
   ータ回路と、前記昇圧トランスの出力により駆動される
   マグネトロンと、前記半導体スイッチ素子を駆動する制
   御部からなり、前記制御部に前記共振電圧が基準電圧以
   下になったことを検知する検知回路と前記共振電圧の直
   流分を遮断するコンデンサを設け、このコンデンサを介
   して前記検知回路に共振電圧を供給する構成とした高周
   波加熱装置。