JPS6286692A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子レンジ等のいわゆる誘電加熱を行う為の
高周波加熱装置の改良に関し、さらに詳しく言えば、バ
イポーラトランジスタ等の半導体スイッチ素子を用いた
インパークにより高周波ｉｔｔ。

力を発生し、昇圧トランスにて昇圧してマグネトロンを
駆動するよう構成した高周波加熱装置の改良に関する。

従来の技術 このような方式の高周波加熱装置は、その電源トランス
の小型化、軽量化、あるいは低コスト化の為に様々な構
成のものが提案されている。

第３図は、従来の高周波加熱装置の回路図である。同図
に於て、商用電源１の電力はダイオードブリッジ２によ
り整流され、単方向電源が形成さレテいる。３はインダ
クタ、４はコンデンサであってインバータの高周波スイ
ッチング動作に対するフィルタの役割を果すものである
。

インバータハ共振コンデンサ５、昇圧トランス６、トラ
ンジスタ７、ダイオード８、及び駆動回路９により構成
されている。トランジスタ７は駆動回路９より供給され
るベース電流によって所定の周期とデユーティ−（即ち
、オンオフ時間比）でスイッチング動作する。この結果
、第４図（ａ）のような電流ｆｃ／ｄ、即ち、トランジ
スタ７のコレクタ電流Ｉｃとダイオード８の電流■ｄが
流れる。

一方、トランジスタ７のオフ時にはコンデンサ５と一次
巻線１０との共振により第４図（ｂ）のような電圧Ｖｃ
ｅがトランジスタ７のＣ−Ｅ間に発生する。

このため−次巻線１０には第４図（ｃ）のような電流Ｉ
Ｔが流れ一次巻線１０の両端には高周波電力が発生する
。従って、二次巻線１１、及び三次巻線１２には各々高
周波高圧′重力及び高周波低圧電力が生じる。この高周
波高圧電力はコンデンサ１３及びダイオード１４により
整流されマグネトロン１５のアノードカソード間に供給
され、一方、高周波低圧電力はカソードヒータに供給さ
れる。従　　゛ってマグネトロン１５は発振し誘電加熱
が可能となるものである。なお、マグネトロン１５はマ
グネトロン本体１５′と、フィルタを構成するコンデン
サ１６．１７．１８、チョークコイル１９．２０とによ
り成るものである。このような構成に於て昇圧トランス
６のコア断面積は一次巻線１０の両端に供給される電力
の周波数が高い程小さくなるので、例えばインバータｋ
　２０　ＫＨｚ　−１００１ＣＨｚ程度の周波数で動作
させると商用電源周波数のままで昇圧する場合に比べて
昇圧トラツクの重量、サイズを数分の−から士数分の−
にでき、電源部の低コスト化が可能であるという特長を
有するものである。

トランジスタ７のベークに供給サレルヘース電流１ｂは
第４図（ｄ）のように正電流Ｉｂ＋と負電流Ｉｂ−とよ
り成る。正電流ｒｂ＋はトランジスタ７のコレクタ電流
Ｉｃの最大値Ｉｃｍに対してその電流増幅率（ｈｆｅ）
分の−より大きいことが必要である。また、負電流Ｉｂ
−はトランジスタ７のスイッチングスピードを速めスイ
ッチング損失の増大を防止するために、トランジスタの
ベースエミッタ間を逆バイアスすることによって流れる
電流である。正電流ｒｂ＋は第４図（ａ）、（ｄ）より
明らかなようにトランジスタ７の導通期間の間のコレク
タ電流Ｉｃの最大値Ｉｃｍによって決まる値Ｉｂｍ＋と
することが必要であった。また、負電流Ｉｂｍ−もコレ
クタ電流Ｉｃの最大値１ｃｍに応じて決まり、１ｃｍが
大きいほど大電力が必要であった。

さらに、コレクタ電流Ｉｃはいわゆる少数キャリア蓄積
効果によりベース電流１ｂ＋が遮断されてから一定時間
ｔｓだけ流れつづけるものであり、このｔｓはトランジ
スタ７の特性バラツキや温度などによって変化するもの
であった。そして、このｔｓの変化によって、インバー
タの出力が変化するという結果を生じるものであった。

すなわち第５図（ａ）、（ｂ）に実線Ａ、ＡＡで示した
ｒｂとｒｃ／ｄはｔｌＩの増加によって図の１点鎖線Ｂ
、ＢＢのようになるのである。このためこの分だけイン
バータの出力が増加してしまうのであった。

さらにまた、周知のようにマグネトロン１５は第６図に
示すような非線形特性を有し、これによる上記と同様の
インバータ出力変化が生じ易いものであった。すなわち
、マグネトロンの７ノード電圧ＶＡＫとアノード電流Ｉ
Ａは第６図のようであシ、スレッシｇルド電圧Ｖｏｌ以
との電圧でアノード電流ＩＡが流れる。このスレッショ
ルドｔｆＥＶｏｌはマグネトロン１５の作用空間に印加
される磁界の強さによって影響を受け、特に永久磁石型
マグネトロンの場合は、磁界の強さが温度や経時変化に
よって変わるため、非常に変化し易かった。

例えばスレッショルド電圧ＶｏｌがＶｏ２に変化すると
マグネトロン１５の特性は図の実線ＡＡから破線ＣＣの
ように変化し、供給されるアノード電圧ＶＡＫ１が一定
であるとアノード電流ＩＡがＬＡＩからＩＡ２にと変化
しマグネトロン１５の出力が大きく変化するとともに、
その結果として第５図（ｂ）の破線に示すようにＩｃの
流れる期間ｔｏｎｋ一定に保ってもＩＣのピーク値が大
きくなってしまうというものであった。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の高周波加熱装置は前述したように次の
ような欠点があった。

従来の高周波加熱装置は昇圧トランス６をトランジスタ
７等より成るインバータにて付勢し、その電源装置の小
型、軽量、低コスト化を図るものであった。

しかしながら、トランジスタ７には第４図（ａ）および
（ｄ）のようにコレクタ電流ＩＣのピーク値ｒｃｍに相
当するベース電流１ｂｍ＋’ｅ供給することが必要であ
り、このＩｂｍ＋ｔ”供給するための電力はかなシ大き
なものとなっていた。例えばＩｃｍ＝５０Ａとしトラン
ジスタ７のｈＦＥを１０とするとＩｂｍ＋＝５Ａとなシ
、駆動回路９の消費電力は極めて大きなものとなり、駆
動回路９の大型化高価格化を避ることか困難であった。

さらに、温度変化などによるトランジスタ７のストレー
ジタイム（第４図におけるｔｓの主因）の変化や、マグ
ネトロン１５の温度変化や経時変化により生じるコレク
タ電流１ｃｍの変化に対応するためにはこれに十分なベ
ース電流を供給することが必要であシ、一層駆動回路９
０大型化高価格化を生じるばかりでなく、高周波加熱装
置の出力変動を大きくして不安定なものとし、かつ、無
駄なトランジスタ７等の損失を生じさせ、信頼性、安全
性を低下させてしまうという欠点があった。

さらに、急激な電源電圧変動などの瞬時的な現象でトラ
ンジスタ７のコレクタ電流がＩｂｍ＋で決まる■ｃｍｍ
の許容範囲を超えた場合、十分なベース電流１ｂ＋’に
供給することができずトランジスタ７の破壊をひきおこ
し、高周波加熱装置の信頼性を低下させるという欠点を
も有していた。

問題点を解決するための手段 本発明はこのような従来の高周波加熱装置の欠点を解決
するためになされたものであり、以下に述べる手段によ
多構成された高周波加熱装置である。

即ち、商用電源などより得られる単方向電源と、前記単
方向電源により電力を受けるトランジスタ等の半導体素
子を用いたインバータと、前記インバータの出力を昇圧
する昇圧トランスと、前記昇圧トランスにより付勢され
るマグネトロンと、前記半導体素子に駆動電流を供給す
る駆動回路とを備え、前記昇圧トランスの一次巻線の発
生する磁束と鎖交する電流巻線を設は前記半導体素子に
駆動電流を供給する構成とするとともに、前記電流巻線
を流れる電流を検出して基準信号発生手段の信号と比較
し、前記半導体素子の導通期間またはタイミング等を制
御する電流制御手段を前記駆動回路に設ける構成とした
ものである。

作　　用 本発明は上記構成により以下に述べる作用を有するもの
である。

即ち、本発明の高周波加熱装置は、昇圧トランスの一次
巻線の発生する磁束と鎖交する電流巻線を設け、半導体
スイッチ素子に電流巻線の出力を供給するよう構成する
とともに、電流巻線に流れる電流を検出し基準信号と比
較して半導体スイッチ素子の導通期間またはタイミング
等を制御するよう構成されているので、半導体ヌイッチ
素子に流れる電流の大きさにかかわらず常に一定の比率
の最適条件で駆動電流を供給するという作用を有すると
ともに、あらたな検出手段を設けることなく、マグネト
ロンの非線形性および半導体ヌイッチ素子の温度変化等
による特性変化によって生じる半導体スイッチ素子電流
の変動を防止し、マグネトロンの出力を安定化しかつ半
導体スイッチ素子等の無駄なＴ力消費を抑制し信頼性を
向上させるという作用を有するものである。

実施例 以下本発明の高周波加熱装置の一実施例について図面と
ともに説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路
図であり、第６図と同符号のものは相当する構成要素で
あり説明を省略する。

第１図（ａ）に於て、昇圧トランス６には電圧巻線２１
および電流巻線２２が設けられている。この電圧巻線２
１と電流巻線２２は同図のように一次巻線１０の発生す
る磁束と鎖交するよう設けられている。

駆動回路９は第１図（ト））のような構成であり、電源
回路２５、制御回路２６、パルス発生回路２７、基準信
号発生手段２８、電流制御手段２９、パルス発生回路２
７および電流制御手段２９の出力信号を処理し増幅して
トランジスタ７のペースに供給するだめの処理増幅回路
３０とから成っている。

基準信号発生手段２８は可変電圧源３１より成り、種々
の信号を利用することが可能である。例えばインバータ
の入力電流と基準値との誤差をこの電圧として与え、負
帰還制御を行なうようにすれば、インバータの入力電力
の負帰還制御を行うことができる。電流制御手段２９は
、電流巻線２２に流れる電流を電圧に変換する抵抗器３
２、コンデンサ３３、ダイオード３４、コンパレータ３
５！、９成シ、可変電圧源３１の基準電圧と抵抗器３２
の電圧を比較しコンデンサ３６を介して処理増幅回路３
０に信号を送るものである。処理増幅回路３０はＲ−８
／ＦＦ３７、トランジスタ３８．３９、ダイオード４０
．４１．４２、コンデンサ４３゜抵抗器４９−５１より
成り、パルス発生回路２７および電流制御手段２９の出
力をそれぞれＲ−Ｓ／ＦＦ３７のＳおよびＲ入力に受け
るよう構成されている。パルス発生回路２７によりＳ入
力を受けるとＦＦ３７のＱ、ＱはそれぞれＨおよびＬと
なり、トランジスタ３８をオンにしてペース電流をトラ
ンジスタ７に供給する。すなわち第２図（ｂ）の実線よ
うに例えば５０５０−１Ｏ０程度のトリガ電流Ｉｂｌ＋
が供給され、トランジスタ７は導通状態に移行してコレ
クタ電流が流れる。従って電流巻線２２からはコレクタ
電流に比例した電流１ｂ２＋が同図（ｃ）の実線ように
ペースに供給され同図（ａ）の実線で示したＩｃ／ｄが
流れる。コレクタ電流Ｉｃが可変電圧源３１によってき
まるＩｃｓに達すると電流制御手段２９の出力でＦＦ３
７のＱ、−Ｑは反転し、トランジスタ３８がオフ３９が
オンとなる。

従って電圧巻線２１によりコンデンサ３４に蓄えられた
負電圧がトランジスタ７のペースに印加され、かつ、こ
の負電圧の値がコレクタ電流に比例するので、同図（ｄ
）に実線で示したコレクタ電流に比例した逆電流１ｂ−
がトランジスタ７のペースに供給される。従って、結果
的には同図（ｅ）の実線で示したような合成電流Ｉｂが
トランジスタ７のペースに供給されることになるのであ
る。この合成電流１ｂのうち電源回路２５廃ら供給され
るのは同図（ｂ）のトリガ電流Ｉｂ１＋のみであり、！
ｂ２＋、！ｂ−のための電力はすべて電流巻線２２と電
圧巻線２１により供給される。このため駆動回路９の消
費電力は極めて小さいものとなり、コンパクトで低コス
トな駆動回路とすることができる。

従って、マグネトロンの非線形性に基づく負荷変動など
により生じやすかったトランジスタ７の損傷を防止し、
高周波加熱装置の信頼性を著しく向上させることができ
、しかも、低コストでコンパクトなものとすることがで
きるうえに無駄な電力損失を抑え省エネルギー性の高い
高周波加熱装置を提供することができる。

次に例えばの第６図で説明したような状態、すなわちマ
グネトロンのヌレッショルド電圧が低下した場合の動作
について説明する。マグネトロンのインピーダンスが低
下してトランジスタ電流Ｉｃ／ｄが第２図（−）の破線
のようになり、コレクタ電流Ｉｃが速く立ち上った場合
であっても、電流制御手段２９によりＩＣのピーク値は
Ｉｃｓに保たれるのでトランジスタ７の導通期間はｔｏ
ｎｌからｔｏｎ２へ（従って、ＦＦ３７の出力のＩｂＩ
＋のオン期間はｔｌからｔ２へ）と自動的に制御される
。

従って、トランジスタ７が過度に損失増加を生じてその
信頼性を低下させたわ、マグネトロン出力が大きく変動
したシすることが防止され、安定で信頼性の高い高周波
加熱装置を提供することができる。

本実施例では電流制御手段２９により工。の瞬時値を検
知してこれを制御するよう構成したが、例えばそのピー
ク値の時間平均値を検知してこの値が所定値となるよう
に制御する構成であってもよい。

また、本実施例では電流制御手段２９によりＩｃのピー
ク値を直接制御して所定値に保つよう構成しているが、
例えば第２図（、）の点Ｐ（Ｉｃの流れ開始点）からの
時間すなわちタイミングを制御する構成であってもよい
し、さらには、この点Ｐそのものをも検出する構成であ
り、トランジスタ７の制御タイミングの全てを制御する
ものであってもよい。

すなわち、ベース電流を供給するための電流巻線トラン
ジスタ７を制御するためのコレクタ電流検知手段とを兼
用するものであれば本発明の主旨を逸脱せずに他に多く
の実施態様が可能である。

発明の効果 以上に述べたように本発明によれば、以下のような効果
を得ることができる。

直流電源あるいは商用電源より得た単方向電源ｊ４７電
力を得る半導体ヌイッチインバータたより昇圧トランス
を付勢しマグネトロンを駆動する構成とし、昇圧トラン
スの一次巻線の磁束と鎖交する電流巻線を設は駆動電流
を供給する構成とするとともに、電流制御手段を設け、
半導体スイッチ素子の導通期間またはタイミング等？制
御するよう構成したので、 （１）半導体ヌイッチ素子には必要最小限度でかつ動作
状態に応じた駆動電流を供給する構成とすることができ
、駆動回路の電力消費を著しく軽減し、かつその構成を
簡素化し、高周波加熱装置全体の構成を簡単化、低価格
化することができる。

（２）マグネトロンの温度変化経時変化等によるインピ
ーダンス変化が生じても、半導体スイッチ素子の電流値
を所定値に制御し、マグネトロンの過度な出力変動や半
導体スイッチ素子の大幅な損失増加を防止することがで
き、信頼性の高い高周波加熱装置を提供することができ
る。

（３）半導体ヌイッチ素子のストレージタイム等の特性
が変化しても半導体スイッチ素子の電流値を所定値圧制
御し、大幅な損失増加を防止し高い信頼性を維持するこ
とができる。

に）半導体ヌイッチ素子の電流に比例した駆動電流を半
導体スイッチ素子に供給することができるるのでマグネ
トロンという電圧や温度などによるインピーダンス変化
の大きい負荷を安定、かつ高信頼度で駆動することがで
きる。

（５５）また、トランジスタそのものの電力損失も従来
に比べて小さくすることができ、トランジスタそのもの
の高信頼性化を実現でき、信頼性の高い高周波加熱装置
を提供することができる。

（６）さらにまた、上記の結果、トランジスタを中心と
した高周波加熱装置の放熱構成を簡素化し、全体構成の
小型化低コスト化を押し進めた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】

第１図（、）、缶）は本発明の一実施例を示す高周波加
熱装置の回路図、第２図（ａ）、伽）、（ｃ）、（曲、
（ｅ）は同装置の各部動作電流波形説明図、第３図は従
来の高周波加熱装置の回路図、第４図徊；徊；＃−匈社
同装置の各部動作電流波形説明図、第５図（ａ）、（ｂ
）は同装置の欠点を説明するだめの各部動作電圧電流波
形図、第６図はマグネトロンの特性およびその変化を示
す電圧電流特性図でちる。 １・・・・・・商用電源、２．３．４・・・・・・単方
向電源（２・・・・・・ダイオードブリ、ジ、３・・・
・・・インダクタ、４・・・・・・コンデンサ）、５．
７．８・・・・・・インバータ（５・・・・・・コンデ
ンサ、７・・・・・・トランジスタ、８・・・・・・ダ
イオード）、６・・・・・・昇圧トランス、９・・・・
・・駆動回路、１０・・・・・・−次巻線、１１・・・
・・・二次巻線、１５・・・・・・マグネトロン、２２
・・・・・・電流巻線、２８・・・・・・基準信号発生
手段、２９・・・・・・電流制御手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ２３−ブカど５ 第２図 第　３　図 第４図 第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源などより得られる単方向電源と、前記単
   方向電源により電力を受けトランジスタ等をスイッチ素
   子とするインバータと、前記インバータの出力を昇圧す
   る昇圧トランスと、前記昇圧トランスにより付勢される
   マグネトロンと、前記スイッチ素子に駆動電流を供給す
   る駆動回路とを備え、前記昇圧トランスの一次巻線の発
   生する磁束と鎖交する電流巻線を設けて前記スイッチ素
   子に対してその駆動電流を供給する構成とするとともに
   、前記電流巻線を流れる電流を検出して基準信号発生手
   段の信号と比較し、前記スイッチ素子の導通期間または
   タイミング等を制御する電流制御手段を前記駆動回路に
   設ける構成とした高周波加熱装置。
2. （２）電流巻線を流れる電流の瞬時値を検出して基準信
   号発生手段の信号と比較し、スイッチ素子の導通期間ま
   たはタイミング等を制御する構成とした特許請求の範囲
   第１項記載の高周波加熱装置。
3. （３）電流制御手段を、電流巻線を流れる電流のピーク
   値を検出して基準信号発生手段の信号と比較し、前記ピ
   ーク値が所定値となるよう制御する構成とした特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の高周波加熱装置。