JPH065187U - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 インバータ回路を構成する高圧トランス８の
二次巻線8bに全波倍電圧整流回路９を、または二次巻線
8b、8cそれぞれに半波倍電圧整流回路9a、9bを各接続
し、インバータ回路内のスイッチング素子5a、5bを交互
に導通させて全波倍電圧整流回路９、または半波倍電圧
整流回路9a、9bから交互にマグネトロン10に陽極電流を
供給するとともにスイッチング素子5a、5bをインバータ
回路の共振周期の２倍以上の動作周期で制御するように
した。 【効果】 マグネトロンにほぼ常時陽極電流を供給して
動作周期の100 ％近い期間でマグネトロンを動作させ、
陽極電流のピーク値を定格に対して充分低く抑えてモー
ディング現象の発生を防止するとともにスイッチング素
子等の損失ならびにスイッチングノイズの発生をも低く
抑える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、２個のスイッチング素子を交互に導通させてマグネトロンを付勢す る電流共振型のハーフブリッジ回路をもつ高周波加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電流共振型のハーフブリッジ回路は従来より各種スイッチング電源に適用され ており、マグネトロン電源を負荷とする高周波加熱装置にもその適用が考えられ ている。

【０００３】 図４に半波倍電圧整流回路を有した従来のマグネトロン電源にハーフブリッジ インバータ回路を適用した回路例(特開平4-87291号公報第６図参照)を、またこ の回路における各部の主要な波形を図５に示す。

【０００４】 本例にあっては商用電源１をダイオード２とコンデンサ３により整流平滑して 直流電源にし、これをスイッチング素子5a、5bを交互にオンさせることによって 以下のように高周波電源に変換し、マグネトロン10を駆動している。

【０００５】 本例の動作にあってはスイッチング素子5aがオンすると、図５に示したように 高圧トランス８の一次巻線8aのインダクタンスならびに共振コンデンサ7a、7bな どによって決まる共振周期を有した共振電流ｉL1が一次巻線8aに流れ、スイッチ ング素子5aにも同様の電流が流れる。

【０００６】 この電流が零になった時点でスイッチング素子5aをオフすると、ダイオード6a が導通して高圧トランス８の一次巻線8aには先ほどとは逆の向きに共振電流ｉL1 が流れる。

【０００７】 ダイオード6aの電流が零になったところで今度はスイッチング素子5bをオンさ せると、スイッチング素子5aをオンさせた場合とは逆の状態で共振電流ｉL1が一 次巻線8aに流れる。

【０００８】 同じようにこの電流が零になった時点でスイッチング素子5bをオフすると、ダ イオード6bが導通して高圧トランス８の一次巻線8aにはスイッチング素子5bがオ ンしている時とは逆の向きに共振電流ｉL1が流れる。

【０００９】 ダイオード6bの電流が零になったところで再びスイッチング素子5aをオンさせ 、以降上記の動作を繰り返す。

【００１０】 従って高圧トランス８の一次巻線8aと二次巻線8bの極性を図中に示したように すると、マグネトロン10には図５のように一次巻線8aに正の電流が流れる期間、 つまりスイッチング素子5aがオンの期間とダイオード6aが導通している期間に陽 極電流ｉL1が流れ、マイクロ波を出力する。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、この場合マグネトロン10を発振させることのできるのは動作周期Ｔの 約２分の１の期間でしかなく、一個のマグネトロン10を使用したものでマグネト ロン10から高出力を得るためには必然的にマグネトロン10の陽極電流ｉL1のピー ク値を上げ、そのマグネトロン10の陽極電流ｉL1を大にして大電力化する方法が 考えられている。

【００１２】 しかるにマグネトロン10の高出力を達成するために陽極電流ｉL1のピーク値を 上げて前述した定格尖頭値に近づける方法では、通常陽極電流ｉL1の定格尖頭値 が１．２Ａから１．４Ａ程度であるマグネトロン10が定格温度以上になり易く、 また最悪定格尖頭値を超えてしまった場合にはモーディング現象が起こり易くな って、マグネトロン10の劣化を早める危険性がある。

【００１３】 一方一台の電子レンジに二個のマグネトロンを備え、この二個のマグネトロン を同時に駆動して常時どちらかのマグネトロンが発振し、あたかも一個のマグネ トロンが連続して発振しているが如き状態にすることにより電子レンジの出力ア ップを図る(特開平4-62786号公報参照) ことも考えられている。

【００１４】 しかるにマグネトロンを２個使うものにあっては部品コストが増加するととも に電子レンジの本体も大型化するという難点がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記の課題を解決するためになされたものであり、直流電源に直列接 続された第一スイッチング素子および第二スイッチング素子と、これら両スイッ チング素子のそれぞれに逆並列接続された第一ダイオードおよび第二ダイオード と、前述直流電源に直列接続された第一共振コンデンサおよび第二共振コンデン サと、これら両コンデンサの接続点と前述両スイッチング素子の接続点に接続さ れた高圧トランスの一次巻線とで構成するインバータ回路と、前述高圧トランス の二次側に巻回した単数または複数の二次巻線と、前述単数の二次巻線の出力に 接続した全波倍電圧整流回路が接続されたマグネトロンまたは前述複数の各出力 にそれぞれ接続した半波倍電圧整流回路のそれぞれが接続されたマグネトロンと 、このマグネトロンへ陽極電流を供給するために前述インバータ回路の共振周期 の２倍以上の動作周期で前述両スイッチング素子を制御する制御回路とで高周波 加熱装置の制御回路を構成したものである。

【００１６】

【作用】

このようにスイッチング素子を交互に導通させることによって高圧トランスの 前述それぞれの二次巻線に接続した全波倍電圧整流回路または半波倍電圧整流回 路からマグネトロンにほぼ常時陽極電流を供給するとともに両スイッチング素子 の動作周期をインバータ回路の共振周期の２倍以上とすることが出来るので、最 大で動作周期のほぼ１００％の期間でマグネトロンに陽極電流を流すことができ るようになって陽極電流のピーク値を定格に対して充分低く抑える。

【００１７】

【実施例】

以下、本考案の一実施例につき説明する。

【００１８】 図１(ａ)に本考案に基づく高周波加熱装置の制御回路図を、図１(ｂ)に同じく 本考案に基づく他の実施例の高周波加熱装置の制御回路図を示す。

【００１９】 図１(ａ)において１は商用電源で、この商用電源１の両端に全波整流回路２を 接続するとともにその出力に整流平滑用のコンデンサ３とチョークコイル４が接 続されている。

【００２０】 5aおよび5bはそれぞれトランジスタよりなる第一スイッチング素子および第二 スイッチング素子の直列接続体で、前述コンデンサ３に並列接続されている。

【００２１】 6aおよび6bは第一ダイオードおよび第二ダイオードよりなる直列接続体で、前 述第一スイッチング素子5aおよび第二スイッチング素子5bのそれぞれに共に逆並 列接続されている。

【００２２】 7aおよび7bは第一共振コンデンサおよび第二共振コンデンサよりなる直列接続 体で、前述直流電源１に接続されている。

【００２３】 ８は高圧トランスで一次巻線8a、二次巻線8bおよび二次巻線8cを備えており、 前述第一スイッチング素子5aと第二スイッチング素子5bの接続点と前述第一共振 コンデンサ7aと第二コンデンサ7bの接続点の間に前述一次巻線8aが接続されてい る。

【００２４】 また高圧トランス８の二次巻線8bおよび二次巻線8cは、互いに逆極性に接続さ れている。

【００２５】 9aおよび9bはそれぞれコンデンサ、ダイオードで構成された第一半波倍電圧整 流回路および第二半波倍電圧整流回路で、それぞれ前述高圧トランス８の二次巻 線8bおよび二次巻線8cに接続されている。

【００２６】 10はマグネトロンで、前述高圧トランス８のそれぞれ二次巻線8bよび二次巻線 8cに接続されている。

【００２７】 11は制御回路で前述第一スイッチング素子5aおよび第二スイッチング素子5bを 前述インバータ回路の共振周期の２倍以上の動作周期で制御するものであり、そ の出力は前述第一スイッチング素子5aおよび第二スイッチング素子5bそれぞれの ベースに接続されている。

【００２８】 図１(ｂ)は、本考案の他の実施例に係る回路図であり、図１(ａ)に示した回路 と異なるところは、高圧トランス８の二次巻線8bを一個とし、この二次巻線8bに コンデンサ9a、9bおよびダイオードで構成された全波倍電圧整流回路９が接続さ れており、この全波倍電圧整流回路９が前述マグネトロン10に接続されている。 図２に図１(ａ)および図１(ｂ)に示した回路の主要な部分の電流波形を示す。 以下、図１(ａ)、図１(ｂ)および図２に基づいて回路動作を説明する。但し、 図中半波倍電圧整流回路9a，9bおよび全波倍電圧整流回路９内のコンデンサは定 常動作中には図示の極性ですでに充電されているものとする。

【００２９】 まず、図１(ａ)においてスイッチング素子5aがオンすると、図２に示す如く共 振電流ｉL1がコンデンサ３→スイッチング素子5a→一次巻線8a→共振コンデンサ 7b→コンデンサ３の経路でほぼ正弦波状に流れる。

【００３０】 このとき、二次巻線8bには、黒丸の方向を正とする電圧が誘起されるため、マ グネトロン10にはこの誘起された電圧に半波倍電圧整流回路9a内のコンデンサ電 圧が加算された電圧が印加され、これによりマグネトロン10が発振し陽極電流ｉ MGが流れる。

【００３１】 一方、二次巻線8cには同じく黒丸の方向を正とした電圧が発生するため、これ により半波倍電圧整流回路9b内のコンデンサが充電される。

【００３２】 スイッチング素子5aを流れる共振電流ｉL1が零になったところでスイッチング 素子5aをオフすると、今度は電流の向きが変わるためダイオード6aが導通しコン デンサ３→共振コンデンサ7b→一次巻線8a→ダイオード6a→コンデンサ３の経路 で共振電流iL1が流れる。

【００３３】 一次巻線8aに流れる電流の方向が逆になったため、二次巻線8bに誘起される電 圧は先ほどとは逆に黒丸の方向が負となり、半波倍電圧整流回路9a内のコンデン サを充電する。

【００３４】 更に、二次巻線8cには同じく黒丸の方向を負とする電圧が誘起されるため、こ れに半波倍電圧整流回路9b内のコンデンサ電圧が加算されてマグネトロン10に印 加され、陽極電流ｉMGが流れる。

【００３５】 ダイオード6aの電流が零になった時点で今度はスイッチング素子5bをオンさせ る。

【００３６】 共振電流ｉL1は、コンデンサ３→共振コンデンサ7a→一次巻線8a→スイッチン グ素子5b→コンデンサ３の経路で流れる。

【００３７】 一次巻線8aを流れる電流の向きはダイオード6aが導通している状態と同一であ るため、この場合も二次巻線8cよりマグネトロン10に陽極電流ｉMGが流れる。

【００３８】 スイッチング素子5bを流れる電流が零になったところでスイッチング素子5bを オフすると、ダイオード6bが導通し、コンデンサ３→ダイオード6b→一次巻線８
ａ →共振コンデンサ７ａ→コンデンサ３の経路で共振電流ｉL1が流れる。

【００３９】 一次巻線8aを流れる電流の向きは、スイッチング素子5aがオンしている時と同 一であるため、二次巻線8bよりマグネトロン10に陽極電流ｉMGが流れる。

【００４０】 ダイオード6bに流れる共振電流ｉL1が零になった時点で再びスイッチング素子 5aをオンさせ、以降上記の動作が繰り返される。

【００４１】 ここで出力を可変する場合は、図４に示したようにダイオード6aの電流が零に なってからスイッチング素子5bをオンするまでの間ならびにダイオード6bの電流 が零になってからスイッチング素子5aをオンするまでの間にブランキング時間TB を設ける。

【００４２】 前述したような、回路の共振周期ごとにスイッチング素子5aおよび5bを交互に オンしてブランキング時間を零にした場合が最大出力で、ブランキング時間TBを 取るにしたがって、つまりスイッチング素子5aおよび5bの動作周期を長くするに したがってマグネトロン10の陽極電流ｉMGの平均値が減少するため、出力を絞る ことができる。

【００４３】 一方、図１(ｂ)においてスイッチング素子5aがオンすると、図２に示す如く共 振電流ｉL1がコンデンサ３→スイッチング素子5a→一次巻線8a→共振コンデンサ 7b→コンデンサ３の経路でほぼ正弦波状に流れる。

【００４４】 このとき、二次巻線8bには、黒丸の方向を正とする電圧が誘起されるため、コ ンデンサ9aが充電されるとともにこのコンデンサ9aの電圧とコンデンサ9bの電圧 が加算された電圧がマグネトロン10に印加され、これによりマグネトロン10が発 振し陽極電流ｉMGが流れる。

【００４５】 スイッチング素子5aを流れる共振電流ｉL1が零になったところでスイッチング 素子5aをオフすると、今度は電流の向きが変わるためダイオード6aが導通しコン デンサ３→共振コンデンサ7b→一次巻線8a→ダイオード6a→コンデンサ３の経路 で共振電流ｉL1が流れる。

【００４６】 一次巻線8aに流れる電流の方向が逆になったため、二次巻線8bに誘起される電 圧は先ほどとは逆に黒丸の方向が負となり、コンデンサ9bが充電されるとともに 先ほど同様にこのコンデンサ9bの電圧とコンデンサ9aの電圧が加算されてマグネ トロン10に印加され、陽極電流ｉMGが流れる。

【００４７】 ダイオード6aの電流が零になった時点で今度はスイッチング素子5bをオンさせ る。

【００４８】 共振電流ｉL1は、コンデンサ３→共振コンデンサ7a→一次巻線8a→スイッチン グ素子5b→コンデンサ３の経路で流れる。

【００４９】 一次巻線8aを流れる電流の向きはダイオード6aが導通している状態と同一であ るためコンデンサ9bが充電され同様にマグネトロン10に陽極電流ｉMGが流れる。 スイッチング素子5bを流れる電流が零になったところでスイッチング素子5bを オフすると、ダイオード6bが導通し、コンデンサ３→ダイオード6b→一次巻線8a →共振コンデンサ7a→コンデンサ３の経路で共振電流ｉL1が流れる。

【００５０】 一次巻線8aを流れる電流の向きは、スイッチング素子5aがオンしている時と同 一であるためコンデンサ9aが充電され同様にマグネトロン10に陽極電流ｉMGが流 れる。

【００５１】 ダイオード6bに流れる共振電流ｉL1が零になった時点で再びスイッチング素子 5aをオンさせ、以降上記の動作が繰り返される。

【００５２】 ここで出力を可変する場合は前述ブランキング時間TBを調整し、前述陽極電流 ｉMGの平均値を調整する。

【００５３】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、前述スイッチング素子を交互に導通さてほぼ常 時マグネトロンに陽極電流を供給するとともに前述スイッチング素子の動作周期 をインバータ回路の共振周期の２倍以上とすることが出来るようになって動作周 期の１００％近い期間でマグネトロンを動作させるられるようになって前述陽極 電流のピーク値を定格に対して充分低く抑えられるため、従来の如くモーディン グ現象も発生せず、かつ、信頼性の高い電源を供給できるとともにスイッチング 素子等の損失ならびにスイッチングノイズの発生をも低く抑える高周波加熱装置 を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す高周波加熱装置の制御
回路図である。

【図２】同図１における各部の主な電流波形図である。

【図３】同マグネトロンの出力制御状態を説明するため
の電流波形図である。

【図４】従来例における高周波加熱装置の制御回路図で
ある。

【図５】同図４における各部の主な電流波形図である。

【符号の説明】

5a 第一スイッチング素子 5b 第二スイッチング素子 6a 第一ダイオード 6b 第二ダイオード 7a 第一共振コンデンサ 7b 第二共振コンデンサ ８ 高圧トランス ９ 全波倍電圧整流回路 9a 第一半波倍電圧整流回路 9a 第二半波倍電圧整流回路 10 マグネトロン 11 制御回路

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源(２、３、４)と、高圧トランス
   (８)と、前記直流電源に接続された第一スイッチング素
   子(5a)および第二スイッチング素子(5b)の直列接続体
   と、この直列接続体の第一スイッチング素子および第二
   スイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された第一
   ダイオード(6a)および第二ダイオード(6b)と、前記直流
   電源に接続された第一共振コンデンサ(7a)および第二共
   振コンデンサ(7b)の直列接続体と、この直列接続体の第
   一共振コンデンサおよび第二共振コンデンサの接続点と
   前記第一スイッチング素子および第二スイッチング素子
   の接続点に接続された前記高圧トランスの一次巻線(8a)
   から構成されたインバータ回路と、前記高圧トランスの
   二次巻線(8b)および二次巻線(8c)にそれぞれ接続された
   第一半波倍電圧整流回路(9a)および第二半波倍電圧整流
   回路(9b)と、これら第一半波倍電圧整流回路および第二
   半波倍電圧整流回路に接続されそれら両回路により付勢
   されるマグネトロン(10)と、そして前記第一スイッチン
   グ素子および第二スイッチング素子を前記インバータ回
   路の共振周期の２倍以上の動作周期で制御する制御回路
   (11)とで構成されていることを特徴とする高周波加熱装
   置。
2. 【請求項２】 直流電源(２、３、４)と、高圧トランス
   (８)と、前記直流電源に接続された第一スイッチング素
   子(5a)および第二スイッチング素子(5b)の直列接続体
   と、この直列接続体の第一スイッチング素子および第二
   スイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された第一
   ダイオード(6a)および第二ダイオード(6b)と、前記直流
   電源に接続された第一共振コンデンサ(7a)および第二共
   振コンデンサ(7b)の直列接続体と、この直列接続体の第
   一共振コンデンサおよび第二共振コンデンサの接続点と
   前記第一スイッチング素子および第二スイッチング素子
   の接続点に接続された前記高圧トランスの一次巻線(8a)
   から構成されたインバータ回路と、前記高圧トランスの
   二次巻線(8b)に接続された全波倍電圧整流回路(９)と、
   この全波倍電圧整流回路の出力に接続されこの回路によ
   り付勢されるマグネトロン(10)と、そして前記第一スイ
   ッチング素子および第二スイッチング素子を前記インバ
   ータ回路の共振周期の２倍以上の動作周期で制御する制
   御回路(11)とで構成されていることを特徴とする高周波
   加熱装置。