JPH09306660A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カレントトランスを使用せずに、インバータ
電力や電源電圧の変動があっても、無負荷や小物負荷の
検出精度が低くならない誘導加熱調理器を提供する。 【解決手段】 直流電源をスイッチング素子８により高
周波電流に変換し、加熱コイル６に供給し負荷を加熱す
るインバータ回路を制御する制御部は平滑回路の最低電
圧を保持する電圧保持回路１０と、加熱不可レベルを設
定する無負荷レベル設定回路１１と、電圧保持回路１０
の出力と無負荷レベル設定回路１１の出力を比較する比
較回路１２と、スイッチング素子８の駆動を制御する駆
動制御回路１３と、インバータ回路の入力電圧を検出す
る電圧検出回路１４を有し、無負荷レベル設定回路１１
の出力はインバータ電力設定及びインバータ入力電圧に
応じて変化させるものとし、比較回路１２は電圧保持回
路１０の出力が無負荷レベル設定回路１１の出力より大
きい場合は加熱不可と判断して加熱を停止するものとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は無負荷及び小物負荷
を検出し、加熱を停止する誘導加熱調理器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】加熱コイルに高周波電流を流し、高周波
磁界を発生させ、加熱コイルと磁気結合している負荷に
渦電流を流し、渦電流によるジュール熱で負荷自体を発
熱させる誘導加熱調理器は、レンジや、卓上コンロや炊
飯器等に使用され、ガスや電熱に代わるものとして広く
用いられている。しかし高周波電流を発生させるために
加熱コイルと共振コンデンサの共振を利用しているため
に、特に、電磁調理器等においては、不適正な負荷が用
いられた場合には、継続して使用することにより、スイ
ッチング素子等の破損が発生することがある。

【０００３】例えば、無負荷や小物負荷（ナイフやスプ
ーンなど）を置いて加熱すると、共振回路の抵抗分が小
さいためにスイッチング素子に過電流が流れて破損する
場合がある。この対策として、従来の誘導加熱調理器は
入力電流を検出するカレントトランスを用いて、その出
力と共振回路の共振電圧とを比較したり、加熱コイル電
流を比較し、小物検知すると加熱停止したり（特公昭６
１−２９１１７号公報、特開平３−１０５８９１号公報
参照）、入力電流を検出するカレントトランスまたは抵
抗を用いて、その出力と加熱コイルの電圧とを比較し、
小物検知すると加熱停止したり（特公昭５９−３２８７
８号公報参照）していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の誘導加熱調
理器においては、小物負荷の検知ができスイッチング素
子破損を減らすことができるが、カレントトランス等を
使用した負荷検出であるため、部品点数の低減やプリン
ト基板の小型化は難しく、製造コストも高いという欠点
があった。また、適正負荷であってもスイッチング素子
のＯＮ時間が短い等電力小の場合には負荷の消費する有
効電力が小さくなることにより、共振回路の共振電圧や
加熱コイルの電圧は上昇し、小物負荷と誤検知すること
があった。

【０００５】前記部品点数を低減できない欠点を改善す
るものとして、カレントトランスを使用しない負荷検出
方法としたものが特開平８−３１５６０号公報にて公開
されているが、電源電圧の変動に対して検出精度が低く
なるという問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、カレントトランスを使用せずに、電源電圧の変動が
あっても、無負荷や小物負荷の検出精度が低くならず、
適正負荷であれば電力小の場合も誤検知せぬ誘導加熱調
理器とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、高周波電流を、加熱コ
イル、コンデンサ及び負荷からなる共振回路に供給し負
荷を加熱するインバータ回路と、このインバータ回路を
制御する制御部からなる誘導加熱調理器において、制御
部は平滑回路の最低電圧を保持する電圧保持回路と、加
熱不可レベルを設定する無負荷レベル設定回路と、電圧
保持回路の出力と無負荷レベル設定回路の出力を比較す
る比較回路と、スイッチング素子の駆動を制御する駆動
制御回路と、インバータ回路の入力電圧を検出する電圧
検出回路を有し、無負荷レベル設定回路の出力は駆動制
御回路の設定する通電電力及び電圧検出回路の検出する
インバータ入力電圧に応じて変化させるものとし、比較
回路は電圧保持回路の出力が無負荷レベル設定回路の出
力より大きい場合は加熱不可と判断して駆動制御回路に
加熱を停止する信号を出力するものとした。

【０００８】上記のように構成したことにより、電圧保
持回路は直流電源平滑回路の最低電圧を検出し、無負荷
レベル設定回路により加熱不可レベルを出力し、比較回
路はこれら最低電圧検出値と加熱不可レベルを比較し加
熱の可否を判別する。駆動制御回路はこの比較回路によ
る加熱可否の判別によりスイッチング素子の駆動を制御
し誘導加熱調理器の設定入力電力を決定し、電圧検出回
路はインバータ回路の入力電圧を検出し、前記無負荷レ
ベル設定回路はこれら誘導加熱調理器の設定入力電力と
インバータ回路の入力電圧により加熱不可レベルを設定
する。

【０００９】従って小物負荷や無負荷の場合、共振回路
で消費する電力が小さくなり、直流電源平滑回路の最低
電圧検出値が上昇し、電圧保持回路出力は加熱不可レベ
ルより高くなり、比較回路は加熱不可と判断し、駆動制
御回路に加熱を停止する信号を出力する。適正負荷の場
合は共振回路の消費電力が大きく、直流電源平滑回路の
最低電圧検出値が下がり、無負荷レベル設定回路で設定
した加熱不可レベルより低い場合は加熱可と判断し、加
熱を継続できる。

【００１０】また、無負荷レベル設定回路は駆動制御回
路の設定する通電電力及び電圧検出回路の検出する入力
電圧に応じて加熱不可レベルを変化させるので、インバ
ータ電力や入力電源電圧の変動に対して精度の高い負荷
検出判定を行う。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例について図面に従って
説明する。図１は本発明の一実施例を施した誘導加熱調
理器のブロック回路図であり、図２は同じくインバータ
回路部分の等価回路図であり、図３は同じく整流後電圧
の負荷インピーダンスによる変化を示す波形図であり、
図４は同じく電圧保持回路図例であり、図５は同じく電
源電圧の変動による電圧保持回路の出力波形例であり、
図６は同じく電源電圧による無負荷レベルの設定例であ
り、図７は同各部の信号波形図である。

【００１２】図１において、まずインバータ回路は、交
流電源１を整流スタックよりなる整流回路２で直流に整
流し、その出力をコンデンサ３、４及びチョークコイル
５で構成する平滑回路で平滑し、加熱コイル６と共振コ
ンデンサ７とで構成する並列共振回路に入力する。高周
波スイッチングよりなるスイッチング素子８及び逆並列
に接続されたダンパダイオード９により、前記並列共振
回路に高周波電流を流し、加熱コイル６近傍に配置され
た負荷自体に渦電流を発生させ加熱する。

【００１３】次に制御部は、直流電源を平滑した電圧の
最低電圧点を略保持する電圧保持回路１０、無負荷及び
小物負荷時の検出電圧レベルを設定する無負荷レベル設
定回路１１、前記電圧保持回路１０と無負荷レベル設定
回路１１の出力を比較する比較回路１２、この比較回路
１２の出力によりスイッチング素子８の駆動を制御する
駆動制御回路１３、インバータ回路の入力電圧を検出す
る電圧検出回路１４で構成されている。また、駆動制御
回路１３が設定するスイッチング素子８の通電電力レベ
ル及び電圧検出回路１４の出力に応じて、無負荷レベル
設定回路１１の出力を変化させる。

【００１４】図２において、負荷インピーダンスＺＬは
加熱コイル６、共振コンデンサ７及び加熱負荷で構成さ
れ、加熱負荷の状態とスイッチング素子８のＯＮ／ＯＦ
Ｆ周期により変化する。スイッチング素子８のＯＮ時間
が一定の場合、加熱負荷が適正なものであれば負荷イン
ピーダンスＺＬで消費される有効電力は大きくなり、負
荷がない場合や小物負荷の場合は消費される有効電力は
小さくなる。同様に、スイッチング素子８のＯＮ時間が
長くなった場合、負荷インピーダンスＺＬで消費される
有効電力は大きくなる。

【００１５】図３は負荷インピーダンスＺＬの変化によ
る平滑後電圧の変化を示しており、負荷インピーダンス
ＺＬによって消費される有効電力が大きいと図中の矢印
Ａ方向へ、消費される有効電力が小さいと図中の矢印Ｂ
方向へ検出波形は変化する。したがって、平滑電圧の最
低電圧を検出すれば、無負荷や小物負荷の検出ができ
る。また、前述と逆にスイッチング素子８のＯＮ時間が
短いほど負荷インピーダンスＺＬで消費される有効電力
は小さくなるため、この場合の平滑電圧波形は図中の矢
印Ｂ方向に検出波形が変化することは明らかである。

【００１６】また、インバータ回路部が許容できる無負
荷方向の限界の平滑電圧の最低電圧は無負荷レベル設定
回路１１の出力と同じにすればよい。例えば、図３中の
Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ無負荷レベル設定回路１１の出力
とすればＬ２の方がＬ１より無負荷の状態に近い負荷ま
で許容して加熱できることになる。

【００１７】このような負荷の有無検出を行う場合に
は、負荷インピーダンスＺＬで消費される有効電力が小
さいほうがよい。したがって、制御部が負荷検出を行う
場合、無負荷レベル設定回路１１の設定レベルを誘導加
熱調理器の定格入力電力より小さい設定とすることで、
より確実な検出ができる。

【００１８】図４は電圧保持回路１０の回路例を示して
おり、直流電源平滑出力を抵抗１０１、１０２で分圧
し、分圧点にダイオード１０３のカソードを接続する。
抵抗１０４は一端を制御回路電源に接続し、他端をダイ
オード１０３のアノード及びコンデンサ１０５に接続す
る。コンデンサ１０５の他端は制御回路電源の基準点に
接続する。また、抵抗１０１の抵抗値が大きい場合には
抵抗１０１にダイオード１０６を逆並列に接続する。

【００１９】本回路例によれば図中の電圧保持回路出力
Ｖ２の電圧は直流電源平滑電圧の最低電圧になった時点
でダイオード１０３（及び１０６）によりほぼ同電位に
なり、直流電源平滑電圧が高くなると制御回路電源より
抵抗１０４を通してコンデンサ１０５を充電する充電波
形となる。交流電源周期より長い時定数の抵抗とコンデ
ンサの組合せをとれば、直流電源平滑電圧の最低電圧を
検出でき、かつその値をほぼ保持することができる。

【００２０】図５は電源電圧の変動による電圧保持回路
１０の出力変化を示すゼロクロス付近の波形例であり、
ＶＡＣＨ、ＶＡＣＬは電源電圧波形、ＶＯＵＴＨ、ＶＯ
ＵＴＬは電圧保持回路１０の出力電圧であり、横軸は時
間である。ゼロクロス点の最低電圧がＶＡＣＨ、ＶＡＣ
Ｌとも同電位で、ｔ１まではＶＯＵＴＨ、ＶＯＵＴＬと
も同じ電位であったとする。

【００２１】電源電圧が低い場合、ｔ１において、ＶＡ
ＣＬ＜ＶＯＵＴＬ となるので、電圧保持回路１０は放
電状態となり、ＶＯＵＴＬは低下し、ＶＡＣＬ＞ＶＯＵ
ＴＬとなるｔ４まで継続し、その後充電状態となる。一
方、電源電圧が高い場合、ｔ２において、ＶＡＣＨ＜Ｖ
ＯＵＴＨ となるので、電圧保持回路１０は放電状態と
なり、ＶＯＵＴＨは低下し、ＶＡＣＨ＞ＶＯＵＴＨ と
なるｔ４まで継続し、その後充電状態となる。ここで、
（ｔ４−ｔ１）＞（ｔ３−ｔ２）であるため、ＶＯＵＴ
Ｌ＜ＶＯＵＴＨ となる。したがって、ゼロクロス点の
電源電圧平滑出力が同じであっても、電源電圧自体の高
低により電圧保持回路１０の出力も高低する。

【００２２】図６は上記現象をもとに、電源電圧により
無負荷レベルを設定する無負荷レベル設定回路１１の出
力例であり、横軸は入力電源電圧、縦軸は無負荷レベル
である。本発明の実施例による設定を実線、従来例によ
る設定を点線で示す。ここで、従来の設定では、範囲Ｂ
は正常に検出できるが範囲Ａは誤検出するおそれがあ
り、本例の設定では、範囲Ａ、Ｂとも正常に検出でき
る。

【００２３】図７は適正負荷を徐々に加熱コイル６から
遠ざけていった場合、本例では区間１〜５までの５段階
の負荷の状態の場合の各部の信号波形、交流電源１の電
圧、直流電源の平滑出力、電圧保持回路１０の出力Ｖ
２、無負荷レベル設定回路１１の設定電圧、比較回路１
２の出力の波形変化を示している。

【００２４】区間１では負荷に十分な有効電力が供給さ
れているので、電圧保持回路出力Ｖ２はほぼ０Ｖまで下
がっている。区間２から徐々に負荷を加熱コイル６から
遠ざけていくと、負荷で消費する有効電力が小さくなっ
ていくために、電圧保持回路出力Ｖ２は高くなってい
く。

【００２５】区間３でははじめ電圧保持回路出力Ｖ２よ
り無負荷レベル設定電圧が高いために比較回路１２の出
力結果は加熱適となるが、この状態が継続し電圧保持回
路出力Ｖ２が無負荷レベル設定電圧より高くなると比較
回路１２の出力が一部反転し、加熱不適の状態が発生す
る。

【００２６】区間４では電圧保持回路出力Ｖ２が無負荷
レベル設定電圧より高くなる部分が多いため、比較回路
１２の出力結果はほぼ加熱不適となる。区間５では電圧
保持回路出力Ｖ２が無負荷レベル設定電圧より高くなる
ため、比較回路１２の出力結果は加熱不適となる。

【００２７】よって、比較回路１２の出力結果が加熱不
適となったら、駆動制御回路１３はスイッチング素子８
の駆動を停止し、負荷加熱を停止すればよい。また、駆
動制御回路１３で設定する通電電力、つまりスイッチン
グ素子８のＯＮ時間が短くなれば、負荷の消費する有効
電力が小さくなるために、適正負荷であっても直流電源
平滑出力の最低電圧は上昇する。従って無負荷レベル設
定回路１１の出力電圧は駆動制御回路１３で設定する通
電電力に応じて変化させ、例えば電力レベル低であれば
加熱不可レベル高と設定することで、適切な負荷検出を
行なうことができる。さらに、電圧検出回路１４が検出
するインバータ入力電圧にしたがって無負荷レベル設定
回路１１の出力を変化させることにより、より精度の高
い検出ができる。

【００２８】なお、本実施例においては電圧保持回路１
０は単純な抵抗分圧回路とＣＲ充放電回路などで構成で
き、従来カレントトランスを用いて負荷検出を行ってい
た同等回路に対して大幅に簡略化できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、制御部は平滑回路の最
低電圧を保持する電圧保持回路と、加熱不可レベルを設
定する無負荷レベル設定回路と、電圧保持回路の出力と
無負荷レベル設定回路の出力を比較する比較回路と、ス
イッチング素子の駆動を制御する駆動制御回路と、イン
バータ回路の入力電圧を検出する電圧検出回路を有し、
比較回路は電圧保持回路の出力が無負荷レベル設定回路
の出力より大きい場合は加熱不可と判断して駆動制御回
路に加熱を停止する信号を出力するものとしたので、カ
レントトランスを使用しなくても、無負荷あるいは小物
負荷を検出し加熱を停止でき、制御部用のプリント基板
の小型化が図れ、コスト低減ができる。

【００３０】また、無負荷レベル設定回路は駆動制御回
路の設定する通電電力及び電圧検出回路の検出する入力
電圧に応じて加熱不可レベルを変化させるものとしたの
で、インバータ電力の変動に対して、例えばスイッチン
グ素子のＯＮ時間が短い等電力小の場合には負荷の消費
する有効電力が小さくなることにより、適正負荷であっ
ても直流電源平滑出力の最低電圧は上昇するが、スイッ
チング素子の通電電力レベルに応じて高く設定された加
熱不可レベルより低い場合は加熱可と判断し、加熱を継
続できるとともに、入力電源電圧の変動に対しても精度
の高い負荷検出判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器のブロ
ック回路図である。

【図２】同じくインバータ回路部分の等価回路図であ
る。

【図３】同じく整流後電圧の負荷インピーダンスによる
変化を示す波形図である。

【図４】同じく電圧保持回路図例である。

【図５】同じく電源電圧の変動による電圧保持回路の出
力波形図の例である。

【図６】同じく電源電圧による無負荷レベルの設定例図
である。

【図７】同じく各部の信号波形図である。

【符号の説明】

８ スイッチング素子 １０ 電圧保持回路 １１ 無負荷レベル設定回路 １２ 比較回路 １３ 駆動制御回路 １４ 電圧検出回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を直流電源に変換する整流回路
   と、この直流電源を平滑する平滑回路と、この平滑した
   直流電源をスイッチング素子により高周波電流に変換
   し、加熱コイル、コンデンサ及び負荷からなる共振回路
   に供給し負荷を加熱するインバータ回路と、このインバ
   ータ回路を制御する制御部からなる誘導加熱調理器にお
   いて、前記制御部は平滑回路の最低電圧を保持する電圧
   保持回路（１０）と、加熱不可レベルを設定する無負荷
   レベル設定回路（１１）と、電圧保持回路（１０）の出
   力と無負荷レベル設定回路（１１）の出力を比較する比
   較回路（１２）と、スイッチング素子（８）の駆動を制
   御する駆動制御回路（１３）と、インバータ回路の入力
   電圧を検出する電圧検出回路（１４）を有し、前記無負
   荷レベル設定回路（１１）の出力は駆動制御回路（１
   ３）の設定する通電電力及び電圧検出回路（１４）の検
   出するインバータ入力電圧に応じて変化させるものと
   し、前記比較回路（１２）は電圧保持回路（１０）の出
   力が無負荷レベル設定回路（１１）の出力より大きい場
   合は加熱不可と判断して駆動制御回路（１３）に加熱を
   停止する信号を出力するものとしたことを特徴とする誘
   導加熱調理器。