JPS63150882A - 電力供給装置 - 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 本発明は高周波加熱器などに利用され、商用電源などの
電源により得られた電力を半導体スイッチを含む電力変
換器により高周波電力に変換した後トランスによりさら
に電力変換し、マグネトロンなどの逆阻止特性を有する
負荷にその変換電力を供給する電力供給装置に関するも
のである。

従来の技術 一般にこのような電力供給装置は、主として装置のトラ
ンスを小型・軽量・低コスト化することなどを目的とし
て様々な構成のものが提案されている。逆阻止特性を有
し比較的大電力を要する負荷の例としては、マグネトロ
ンが代表的なものであり、このような負荷に対しても数
多くの改良とその提案がなされている。

第８図は、このような従来の電力供給装置の１例である
。

このような構成で、トランジスタ６を２０にＨｚ〜１０
０ＫＨｚ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ンスの重量、サ
イズを数分の−から士数分の−にでき、電力供給装置の
小型化、低コスト化が可能であるというものである。

商用電源９の電力はダイオ−ドブ１ルノジ１０により整
流され、単方向電源が形成されている。商用電源９と直
流電源回路１３はインバータ１４の電源を形成している
。なお１１はチョークコイル、１２は平滑コンデンサで
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
ィルタの役割をも果している。

インバータ１４は共振コンデンサ５、トランス２、トラ
ンジスタ６、ダイオード７および駆動回路８より構成さ
れている。トランジスタ６は駆動回路８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（オンオフ
時間比）でスイッチング動作する。この結果トランス２
の一次巻数には第４図（ａ）のようなコレクタ電流１ｃ
Ｅとダイオード電流＋ｄを中心とした電流が流れ、第４
図（ｂ）のようなＩＬが流れる。

トランス２の２次側には逆阻止特性を有する負荷３が接
続されこれにインバータ１４により変換された電力を供
給するものである。負荷３は等価的にダイオードＤ、Ｖ
ｌ、抵抗Ｒ１％７１．ツェナーダイオードＺＤＭの直列
接続体で表されるマグネトロンのような負荷である。　
　− 負荷３には第９図（ｂ）のような電流ＩＡが流れる。

負荷３の電圧ＶＡには同図（１）のようになる。これは
トランス２がリーケージ型トランスとなっていること、
さらに逆バイアス電流バイパス手段であるコンデンサＣ
Ｈ４が負荷に並列に接続されていることによるものであ
る。すなわち負荷３は抵抗ＲｆＭｌ、ダイオードＤＭ、
ツェナーダイオードＺＤＭの直列回路で置き換えること
ができ、これに並列にコンデンサＣＨが接続された構成
である。

負荷３は非線形であり、逆電圧（正方向電圧）に対して
はダイオードＤＭにより非常に大きなインピーダンス（
はぼ開放）となり、一方順電圧（負方向電圧）に対して
はある一定電圧（ＺＤＭのツェナー電圧）をこえるまで
は大きなインピーダンスとなり、この電圧をこえると小
さなインピーダンスとなる。マグネトロンがこの様な負
荷でありこの特性を第７図に示す。

従って第９図（ａ）において負荷３の電圧ＶＡにが一４
ＫＶの時に負荷が導通し、低インピーダンスであるため
一次側の電圧が上がってもほぼ−４にＶ程度を維持する
。又、この時負荷電流ＩＡが流れる。

一方逆電圧が印加されると負荷は非常に高いインピーダ
ンスとなるため、逆バイアスのバイパス用コンデンサＣ
Ｈ４を接続することにより同図（ａ）の様な電圧が発生
する。この大きさは約１０にＶ程度のものであり、コン
デンサＣＨ４を大きくすることによりいく分小さくする
ことはできるが、その分コンデンサＣＨ４への充電電流
が増加し、トランスの巻線に生じる銅損が大きくなり発
熱による温度上昇が発生する。従ってほぼ最適なコンデ
ンサ容量では逆電圧が１０ＫＶ程度となる。

発明が解決しようとする問題点 ところがこのような電力供給装置においては、この電圧
ＶＡにが１０にＶ程度のものが印加されることにより負
荷３の両端子間からコロナ放電やアーク放電などの絶縁
破壊が発生し、装置を破損するに到る。又、この電圧を
小さくするため逆バイアスのバイパス用コンデンサＣＨ
４の大きさを大きくする事によりいく分下げる事が出来
るが、逆にコンデンサの充電電流が大きくなり、トラン
ス２の銅損が増加し発熱してトランスが絶縁破壊により
破損してしまう。この様にＶＡＫを下げ、コロナ放電や
アーク放電を防止するのは非常に困難であるという問題
があった。

本発明はこの様な従来の問題点を解消するものであり、
トランスの銅損の増加をおさえてかつ逆方向の印加電圧
を小さくすることで、コロナ放電やアーク放電による装
置の破損をなくすることを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記目的を達するため、本発明の電力供給装置は、商用
電源などの電源と、半導体スイッチとその駆動手段を有
し高周波電力を発生する電力変換器と、逆阻止特性を有
する負荷と、この負荷に先に電力変換された電力を供給
するトランスと、電力変換器の動作周波より高い共振周
波数を有し、かつ電力変換器に同調動作する同調回路要
素を設ける構成である。又この同調回路要素をトランス
に巻線を設けこれにコンデンサ等の負荷を接続して共振
する構成である。

作　　用 本発明の電力供給装置は、電力変換器の基本動作に同調
回路要素を結合する事により、電力変換器の基本波に同
調回路要素の波形をのせる事により、基本波形を歪ませ
てピーク値の低い波形に変える事により逆側の発生電圧
を下げるというものであり、コロナ放電やアーク放電の
発生を防止するとともに、トランスの銅損による発熱も
増す事がないという効果を有するものである。

又同調回路要素は、トランスに巻線を設け、これにコン
デンサを負荷として接続する事により容易に実現できる
という効果を有するものである。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面に基づき説明する
。

第１図に示すように、商用電源９は直流電源回路１３に
送られ成力変換器であるインバータ１４に供給される。

商用電源９と直流電流１３はインバータ１４の電源を形
成している。インバータ１４は半導体スイッチ（トラン
ジスタ）６やダイオード７等より成り、トランス２を付
勢して逆阻止特性を有する負荷３に変換された電力を供
給するものである。負荷３は等価的にダイオードＯＭ。

抵抗ＲＭ、ツェナーダイオードＺＤｆＶｌの直列接続体
で表されるマグネトロンのような負荷である。

トランジスタ６、ダイオード７、トランスの一次巻線Ｔ
１、共振コンデンサ５に流れる電流は、それぞれ第４図
（ａ）、（ｂ）、（０）のようになる。すなわちトラン
ジスタ６の電流ＩＣＥ１　ダイオード７の電流１ｄは第
４図（ａ）の様に流れる。そしてトランス２の一次巻線
Ｔ１には同図（ｂ）のような高周波電流ＩＬが流れる。

共振コンデンサ５には同図（０）のような電流１ｃＩが
流れる。これらの波形はトランジスタ６の０Ｎ−ＯＦＦ
　によって流れるものである。

すなわち、トランジスタ６がＯＮの時（第４図（ａ）に
示す）にはトランス２の一次側にほぼＩｃＥと同じ電流
が流れ、このＯＮ時間が所定時間経過した時、トランジ
スタ６をＯＦＦする。その時トランス２の一次側Ｔ１に
流れていた電流は、トランス２のインダクタンス成分と
共振用コンデンサとの間で発振し、トランジスタ６がＯ
ＦＦ時では同図（ｂ）、（ｃ）に示す様な発振電流が流
れる。そしてこの発振周期のほぼ半サイクル〜１サイク
ル程度のＯＦＦ時間経過後に再びトランジスタ６をＯＮ
する。そして再びトランス２の一次巻線Ｔ１のインダク
タンス成分に電流が流れ同図（ａ）、（ｂ）に示す嫌な
電流が流れる。以上の様な動作を繰り返して発振が継続
し、高周波電力に電力変換される。

一方トランス２の２次側の各動作電圧電流波形を第５図
に示す。負荷３の電圧ＶＡには同図（ａＪｚ電流ＩＡは
同図（ｂ）に示す。すなわちトランス２が負荷３が導通
する方向に電圧が発生した時、負荷３のツェナー電圧に
相当する電圧を超えると負荷が導通して電流ＩＡが流れ
る。そしてこの時の電圧ＶＡにはほぼツェナー電圧程度
に維持される。一般にマグネトロンの場合は一４ＫＶ程
度となる。

さてトランス２が負荷３の非導通方向に電圧が発生した
時は、負荷３の電流１Ａは流れず、逆バイアスのバイパ
ス用コンデンサＣＨ４を流れる。そしてその時の電圧Ｖ
ＡＫは−６にＶ程度発生する。

さてここで、従来の電力供給装置ではこれが一１０ＫＶ
以上発生していた。ところが本発明の電力供給装置では
一６ＫＶ程度である。これは第１図に示す同調回路要素
１を設ける事により実現できる。すなわちこの同調回路
要素１を、インバータ１４の動作周波数より高い周波数
に共振時を有する定数とする。この共振周波数はインバ
ータ１４の動作周波数の高周波にする事が最も効果的で
ある。第１図の実施例では、トランス２に巻線Ｔ３を追
加し、その追加巻線Ｔ３にコンデンサＣ３を接線し、こ
のＴ３とｃ３　の動作状態での共振周波数をインバータ
１４の動作周波数の高調波にする。

そして、この同調回路要素１とトランス２の２次側とは
鉄心を通じて磁気結合した構成である。

以上の様な構成でＶＡＫが６に、ｌζ下がる理出を第６
図に説明する。同図の点線は従来の同調回路要素１がな
い場合の電圧波形であり１０にＶ程度発生する。これに
本発明の同調回路要素１が付加された場合の電圧波形を
実線で示す。この場合の同調回路要素１の共振周波数は
インバータ１４の動作周波数の第３高調波に設定した場
合である。従って、従来の１０ＫＶも発生していた電圧
波形（点線で示す）に同調回路要素１の第３高調波の周
波数（一点鎖線で示す）が重複する事により、実線で示
す低い電圧の波形となる。

さて、同調回路要素１による作用、効果は以上の通りで
あるが、第１図に示す同調回路要素以外にもその実現方
法はある。第１図に示す同調回路要素１とトランス２を
含む点線で囲んだ部分の他の実施例を第２図（ａ）、（
ｂ）、（０）に示す。第２図（ａ）、（ｂ）はトランス
２に巻線Ｔ３を追加し、これにコンデンサＣ３を負荷と
して接続したものである。これは実現が大変容易であり
、第３図にこの場合の実際のトランス２の構成を示す。

同図（Ｃ）はトランス２の２次巻線Ｔ２に中間タップを
設け、これにコンデンサを接続したものである。

第１図に示す同調回路要素１には第５図（ｅ）に示す電
圧が発生し、同図（ｄ）に示す様な電流が変れる。

この波形はインバータ１４の動作周波数の３倍周波数に
負荷電圧が重複されたものである。

以上の様にトランス２に巻線を設けこれにコンデンサ負
荷を接続する事により同調回路を構成し、負荷３の逆電
圧を下げる事ができる。その事によりコロナ放電、アー
ク放電の発生をなくし、安定した動作が得られる。

発明の効果 以上の様に本発明の電力供給装置によれば次の効果を得
ることができる。

（１）発生間圧を下げる憂ができ、コロナ放電、アーク
放電の発生がなく安定した電力供給ができる。

（２）同調回路要素をトランスの巻線を利用しているた
め実現が容易でかつ構成が簡単である。

（３）構成部品の絶縁耐圧、配線の耐圧を下げ、配線の
引き廻しを簡単にしコストが下がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電力供給装置の回路図
、第２図は同回路図中の同調回路要素の池の実施例を示
す回路図、第３図は同調回路要素を構成するためのトラ
ンスの断面図、第４図および第５図は同回路図の動作波
形図、第６図は同回路の要部説明のための波形図、第７
図は同マグネトロンの動作特性図、第８図は従来の電力
供給装置の回路図、第９図は同回路図の波形図である。 １・・・・・・同調回路要素、２・・・・・・トランス
、３・・・・・・逆阻止特性負荷（マグネトロン）、４
・・・・・逆バイアスのバイパス用コンデンサ、５・・
・・・・共振コンデンサ、６・・・・・・半導体スイッ
チ（トランジスタ）、７・・・・・・ダイオード、８・
・・・・・駆動回路、９・・・・・商用電源、１ｏ・・
・・・ダイオードブリッジ、１１　・・・・チョークコ
イル、１２・・・・・平滑コンデンサ、１３・・・・・
・直流電源回路、１４・・・・・・インバータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 第４図 トランジスタ 第５図 第６図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源、電池等の電源と、少なくとも１つの半
   導体スイッチとその駆動手段を有し高周波電力を発生す
   る電力変換器と、逆阻止特性を有する負荷と、この負荷
   に前記電力変換器の発生電力を供給するトランスと、前
   記電力変換器の動作周波数より高い共振周波数を有する
   同調回路要素とを備え、前記回路要素は前記トランスに
   巻線を設けて結合し、前記電力変換器に同調動作する構
   成した電力供給装置。
2. （２）同調回路要素の共振周波数を電力変換器の動作周
   波数の高調波になる構成とした特許請求の範囲第１項記
   載の電力供給装置。
3. （３）同調回路要素は、トランスに設けた巻線に容量性
   負荷を接続する構成とした特許請求の範囲第１項記載の
   電力供給装置。