JPS6310879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般家庭において使用する周波数変換
装置を備えた誘導加熱調理器に関するものであ
る。

従来例の構成とその問題点 加熱コイルと共振コンデンサの共振回路をスイ
ツチング半導体で励振するインバータを備えた従
来の誘導加熱調理器は、スイツチング半導体がオ
フした後に発生する素子端子間の電圧が、上記共
振回路の並列共振現象により再び零になるのを検
出した後、スイツチング素子へ再び所定の時間巾
の導通信号を発生していた。それによりスイツチ
ング素子が導通する時のスイツチング損失を低減
することが可能となるが、素子端子電圧が共振作
用で零にならなければ発振を継続することが出来
なかつた。

具体的に述べるとインバータの負荷は使用され
る鍋であるが、その形状・材質・位置等によつて
電気的には極めて多様な負荷変動となる。しかし
スイツチング素子端子の電圧が所定値以下に低下
した事を検出したり、あるいはスイツチング素子
（フライホイールダイオードを含む）の電流が逆
方向に流れることを検出する事によつて再度導通
信号を発生する制御方式の従来例では、あらゆる
負荷条件においても必らず電圧が零になる様に加
熱コイルと鍋との結合を考慮したインバータでな
ければ発振停止に陥いる危険性があつた。もちろ
ん、使用に供される全ての鍋に対して安全に動作
するか否かの設計確認は物理的に不可能であるの
で、安全係数を持たせた設計のために加熱コイル
と鍋との結合を悪くして負荷変動を緩和する方法
を採つていた。

しかし、そのためには加熱コイルに必要以上の
電流を流さなければ同一の出力が得られず効率そ
の他を改善する障害となつていた。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題を解決しインバ
ータの発振動作の安定性向上と機器の効率向上を
図つた誘導加熱調理器を提供するものである。

発明の構成 本発明の誘導加熱調理器は、商用電源に接続さ
れたチヨークコイルとフイルタコンデンサからな
るフイルタ回路と、フイルタコンデンサの両端に
接続された加熱コイルと共振コンデンサからなる
共振回路と、その共振回路を励振する半導体スイ
ツチング素子とから成る周波数変換装置と、半導
体スイツチング素子の端子電圧の変化率を検出す
る変化率検出回路と、前記半導体スイツチング素
子に端子電圧が発生した後、前記変化率検出回路
が出力を発生する迄の時間に比例した時間後に半
導体スイツチング素子へ所定のパルス巾のオン信
号を供給する駆動回路とを有している。

実施例の説明 以下、添附図面に基づいて、本発明の一実施例
について説明する。第１図、第２図において、商
用電源１にスイツチ２を介して接続された整流器
３の整流出力端子にはチヨークコイル４とフイル
タコンデンサ５から成るフイルタ回路が接続され
ている。

さらにフイルタコンデンサ５には加熱コイル６
と共振コンデンサ７の並列共振回路と、NPNト
ランジスタ８とフライホイールダイオード９の逆
並列回路の直列回路が接続されており、周波数変
換装置２０を構成している。トランジスタ８の端
子電圧V₁は変化率検出回路１０へ入力され、変
化率検出回路１０はV₁の変化率が零になる毎に
駆動回路１２へ出力を発生する。

駆動回路１２は変化率検出回路１０によりトラ
ンジスタ８に端子電圧V₁が発生後、その変化率
（dV₁／dt）が零になる迄の時間信号を与えられ、
その時間に比例した時間後にトランジスタ８へ所
定のパルス巾のオン信号を供給する。

第２図は第１図記載のブロツク図をさらに具体
的に説明するものであり、以下、各部の波形を図
示した第３図とともに動作を説明する。

整流器３の交流端子に接続された電源トランス
１４の２次巻線にはダイオード１５とコンデンサ
１６の平滑回路が接続され、コンデンサ１６には
制御抵抗１７を介して定電圧ダイオード１８が接
続されており、変化率検出回路１０と駆動回路１
２に定電圧電源を供給している。変化率検出回路
１０を構成するコンデンサ１０１と直列接続され
た２つの抵抗１０２，１０３の微分回路は、トラ
ンジスタ８の端子間に接続されており、抵抗１０
２，１０３の中点に接続されたコンパレータ１０
６の入力端子にV₁の微分波形を入力する。又、
コンパレータ１０６の他の入力端子には分圧抵抗
１０４，１０５により基準電圧が供給されてい
る。すなわち、トランジスタ８がオフする時に発
生する電圧V₁は加熱コイル６と共振コンデンサ
７の並列共振により第３図ａのように振動波形と
なるので、抵抗１０３に表われる微分電圧波形は
第図ｂとなる。同図で破線はコンパレータ１０６
の基準電圧を示している。従つてコンパレータ１
０６の出力電圧はプルアツプ抵抗１０７でプルア
ツプされた後、駆動回路１２へ供給されている。
駆動回路１２の入力端子にはNPNトランジスタ
１２１とPNPトランジスタ１２２のベース端子
が互いに接続されており、又そのエミツタ同志も
互いに接続された後、定電圧ダイオード１８の両
端に接続されている。エミツタ端子にはダイオー
ド１２３と抵抗１２４の直列回路とダイオード１
２５、抵抗１２６の直列回路が互いに逆並列に接
続されており、それらに直列接続されたコンデン
サ１２７を異つた時定数で充放電する構成となつ
ている。コンデンサ１２７の両端にはゼナダイオ
ード１２８とトランジスタ１３０のベース端子が
接続されていて、コンデンサ１２７の端子電圧が
ゼナダイオード１２８のゼナ電圧に達すると、ト
ランジスタ１３０は導通し次段に接続されたトラ
ンジスタ１３２は不導通となる。

従つて第３図ｃに示す変化率検出回路１０から
の出力信号に対しトランジスタ１２１，１２２が
互いに逆相のスイツチング動作を行ない（“１”
出力に対してトランジスタ１２１がオンしトラン
ジスタ１２２がオフする。“０”入力に対しては
その逆の状態となる。）、コンデンサ１２７に充電
及び放電を行わせる。その場合、２つのダイオー
ド１２３，１２５のため充放電時定数は抵抗１２
４，１２５で独自に設定できる。すなわち、V₁
の変化率が正で零になるまでの間、変化率検出回
路１０の出力波形は第３図ｃのように“０”レベ
ルであるのでトランジスタ１２１はオフし、トラ
ンジスタ１２２がオンとなり、ゼナダイオード１
２８でクリツプされているコンデンサ１２７を抵
抗１２６、ダイオード１２５で放電させる（第３
図ｄのT_a期間）。その後、V₁の変化率が零から負
へ変化すると、変化率検出回路１０の出力は再び
“１”レベルとなりトランジスタ１２２はオフと
なりトランジスタ１２１がオンし、コンデンサ１
２７を抵抗１２４、ダイオード１２３で充電する
（第３図ｄのT_b期間）。従つて、ゼナダイオード
１２８に接続されてその電流によりオン、オフす
るトランジスタ１３０は、第３図ｄのT_a＋T_b期
間ではコンデンサ１２７がゼナダイオード１２８
のゼナ電圧値以下であるためオフ状態であり、そ
の反転出力を発生するトランジスタ１３２は
“０”レベルの信号をタイマー１３４の入力端子
に加える。ここでV₁波形は前述した様に加熱コ
イル６とコンデンサ７により共振振動電圧である
ため正弦波波形でありV₁の最下点のタイミング
ではT_a：T_b＝１：１〜1.5の関係が保たれる。そ
して、その比率に合致する様に抵抗１２４と１２
６が選定されるので、V₁の最下点でT_b期間が終
了しトランジスタ１３２が第３図ｅのように立上
りパルスをタイマ１３４に供給することとなる。
タイマー１３４は一般的な単安定マルチバイブレ
ータで構成されても良いが、本実施例では、入力
の立上りに同期して外付けのCR時定数で定まる
時間、出力端子に正のパルスを発生するタイマ
ーIC、例えば日本電気(株)製のμPD4528BCを用い
ている。従つて第３図ｅに示すトランジスタ１３
２からの入力に対し、所定の時間（第３図ｆの
T₁）、“０”レベルの出力を発生し抵抗１３５を
介したトランジスタ１３７へのベース電流を発生
させないので、トランジスタ１３７はオフし、抵
抗１３８からの電流はトランジスタ８のベース電
流として供給される。従つて、T₁期間はトラン
ジスタ８が導通している期間となり、その後、ト
ランジスタ８がオフすると再びT₁の振動電圧が
発生し上記の動作を繰り返す。

この様に本発明の実施例ではV₁が振動電圧で
ある点に着目してV₁の最下点を予測し、そこで
トランジスタ８を導通させるので、トランジスタ
８のスイツチング損失は常に最低となり、効率の
良い動作が維持される。さらに最下点の予測のた
めにV₁の振動波形の変化率を検出しているので、
共振コンデンサ７や加熱コイル６のバラツキなど
で最下点がずれても自動的に補正するので動作が
安定である。このことは、誘導加熱調理器のよう
に、種々の材質の鍋を使用された時、加熱コイル
のインピーダンスが大きく変動しても自動追尾す
るため、トランジスタ８は常にV₁の最下点でタ
ーンオンし、極めて有効である。

以上の動作説明でも判る様に、トランジスタ８
は常にその端子電圧が最低の時にターンオフする
ので、スイツチング損失が最少で動作することに
なり、小型・安価なものでも良く、又、発熱量が
少ないので冷却フアンを小型化することによる静
音化や、放熱フインの小型化による製品の小型・
薄型化を達成することが可能となる。

又、実施例では、半導体スイツチング素子とし
てトランジスタ８を用いた場合について説明した
が、トランジスタの代わりにGTO（ゲートターン
オフサイリスタ）やFET（電界効果型トランジス
タ）など、制御信号でオン・オフを制御できる素
子であれば何らの制限はない。又、共振コンデン
サ７がトランジスタ８に並列接続されても動作に
変わりはない。

発明の効果 本発明の誘導加熱調理器によれば、次のような
すぐれた効果がある。

１ 被加熱物の形状・材質・位置等によらず、半
導体スイツチング素子の損失が常に最少になる
様に動作するので、機器の効率の向上・小型
化・静音化・低価格化が図れる。

２ 被加熱物の形状・材質の変動に対して、常に
発振条件が存在するので、発振停止や異常発振
現象が発生せず安定な機器を供給できる。

３ 電圧の最少点のタイミングを予想して導通信
号を発生するので、駆動回路部の遅れ時間があ
る場合でも、予め、その時間を見込んで導通信
号を発生させることにより、真の最少点で導通
させることができる。

４ 構成が簡単であり信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す誘導加熱調理
器のブロツク図、第２図は同回路図、第３図は第
２図の動作説明を示す波形図である。 ４……チヨークコイル、５……フイルタコンデ
ンサ、６……加熱コイル、７……共振コンデン
サ、８……トランジスタ、１０……変化率検出回
路、１２……駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 商用電源に接続されたチヨークコイルとフイ
   ルタコンデンサから成るフイルタ回路と、フイル
   タコンデンサの両端に接続された加熱コイルと共
   振コンデンサからなる共振回路と、その共振回路
   を励振する半導体スイツチング素子とからなる周
   波数変換装置と、半導体スイツチング素子の端子
   電圧の変化率を検出する変化率検出回路と、前記
   半導体スイツチング素子に端子電圧が発生した
   後、前記変化率検出回路が出力を発生する迄の時
   間に比例した時間後に半導体スイツチング素子へ
   所定のパルス幅のオン信号を供給する駆動回路と
   を有した誘導加熱調理器。