JP2000058249A

JP2000058249A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2000058249A
Application number: JP22139398A
Authority: JP
Inventors: Motonari Hirota; 泉生弘田; Atsushi Fujita; 篤志藤田; Naoaki Ishimaru; 直昭石丸; Hidekazu Yamashita; 秀和山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で、スイッチング素子の損失
を低減でき、かつ異常時においてもスイッチング素子の
破壊のない安全な誘導加熱装置を提供することを目的と
している。【解決手段】電流共振型のインバータ構成とし、スイ
ッチング素子１３をゼロ電流で遮断するようにし、かつ
所定値以上の電圧がスイッチング素子１３に発生した場
合、自己短絡する手段を設けて、低損失かつ異常時にお
けるスイッチング素子１３の破壊のない安全な誘導加熱
装置としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭及びレス
トランなどで使用される誘導加熱調理器などの誘導加熱
装置に関するもので、詳しくは、そのインバータ回路構
成と制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導加熱装置のインバータ回路構
成と制御方法について、図２１〜２３に基づいて説明す
る。

【０００３】図２１は誘導加熱装置のインバータの基本
回路である。１は直流電源で、具体的には商用交流電源
から整流器を介して得ている。２は加熱コイルで、図に
は特に記していないが、この上に被加熱物が載置され、
加熱コイル２からの高周波磁界により誘導加熱される。
３は加熱コイル２と並列接続された共振コンデンサ、４
はスイッチング素子で、この素子のオン・オフにより、
加熱コイルに高周波電流が供給される。スイッチング素
子４には駆動電力がバイポーラトランジスタなどより大
幅に少なくてすむＩＧＢＴを用いており、その耐圧は９
００Ｖ、電流定格は６０Ａである。５はスイッチング素
子４と並列接続された逆導通ダイオード、６はスイッチ
ング素子４のコレクタ−エミッタ間電圧などを検知し、
スイッチング素子４のオン・オフを制御する制御回路で
ある。

【０００４】図２２は図２１のインバータの動作時の各
部波形を示した図である。（ア）は制御回路６から出力
されるスイッチング素子４のドライブ信号で、ＨＩＧＨ
の時にスイッチング素子４がオンする。（イ）はスイッ
チング素子４及び逆導通ダイオード５に流れる電流を示
している。（ウ）はスイッチング素子４のコレクターエ
ミッタ間に生じる電圧である。

【０００５】図２３は図２２の動作波形中、スイッチン
グ素子４がオンからオフに遷移する期間（すなわちター
ンオフ時）のコレクタ電流、コレクタ−エミッタ間電圧
を拡大した図である。図でテール電流とはＩＧＢＴ特有
の現象であり、素子のスイッチング速度が低速なものほ
ど、その発生期間が長い。またテール電流の温度特性は
正であり、スイッチング素子が高温になるほど発生期間
は長くなり、損失が大きくなる。

【０００６】以上より、本インバータの動作によって発
生するスイッチング素子４の損失は、図２２のドライブ
信号がＨＩＧＨの期間中に発生する導通損失と、図２３
に示すターンオフ時の損失すなわちターンオフ損失の二
つに分類される。

【０００７】導通損失は、スイッチング素子４のコレク
タ電流と、そのコレクタ電流と相関のあるオン電圧の積
で決定される。一般に導通損失の損失温度特性は、ほぼ
フラットか、スイッチング素子の性能によっては負であ
る。

【０００８】本インバータにおいてスイッチング素子４
は２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ程度の周波数でオン・オフし
ており、その発生損失は素子性能にもよるが、概略３０
〜４０Ｗ程度である。また発生損失のうち、ターンオフ
損失の比率は、動作周波数にもよるが、概略３０〜５０
％程度である。発生損失が大きいため、スイッチング素
子４はヒートシンクに取り付けられ、冷却ファンによっ
て強制冷却されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の誘導加熱装置には以下に記す課題があった。

【００１０】第１の課題は、動作時に冷却ファンが駆動
するため、その騒音が大きく、使用者に不快感を与える
というものである。この騒音は特に鍋物など調理器を使
用者が囲んで使用する場合において問題となる。炊飯器
に応用したものにおいては、タイマー炊飯などで早朝あ
るいは深夜などに動作させた場合、同様にこの騒音が使
用者に不快感を与える。この課題は、一般の電熱ヒータ
タイプ、あるいはガスコンロなどの調理器においてはな
いことから、誘導加熱装置特有の重大な課題である。ま
た損失全体の温度特性は、ターンオフ損失の温度特性が
支配的であり、スイッチング素子４の素子温度が上昇す
ると、損失も上昇するため、ファンによる強制空冷の設
計は充分な検討が必要であり、開発工数上の問題も抱え
ている。

【００１１】第２の課題は、素子の制御が、なんらかの
異常原因（瞬時停電や雷サージなどの電源異常あるい
は、外来ノイズなど）で、所定タイミングから外れた場
合、スイッチング素子４の耐圧以上の電圧が発生する可
能性があるというものである。一般にスイッチング素子
４は、耐圧以上の電圧がかかると即時に破壊するため、
図には特に記載していないが、スイッチング素子４の両
端電圧や、入力電圧を検知して、異常時には即座に発振
を停止する保護回路が必要となっている。この保護回路
は、インバータ定数（加熱コイル２や共振コンデンサ３
などの電気的定数）と密接な関係があり（インバータ定
数によって通常動作時のコレクタ−エミッタ間電圧の波
形が異なるため）、種々の誘導加熱装置の開発毎に、回
路定数を見直す必要があり、開発工数上のネックのひと
つとなっている。

【００１２】本発明は上記従来の課題を解決し、冷却フ
ァン騒音を充分低減でき、かつ上記保護回路が不要にも
関わらず、スイッチング素子破壊を防止できる安全な誘
導加熱装置を簡単な構成で実現することを目的とするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、直流電源と、チョークコイルと、自己消弧
型のスイッチング素子と、前記スイッチング素子に直列
に接続された逆阻止ダイオードと、並列に接続された加
熱コイルと共振コンデンサと、前記スイッチング素子の
オンオフ信号を発生する発振回路を含む制御回路とを有
し、前記直流電源と、前記加熱コイルと、前記チョーク
コイルと、前記スイッチング素子は直列に接続され、前
記スイッチング素子は、両端電圧が所定値以上のとき、
自己短絡する自己短絡手段を有する誘導加熱装置等を提
供するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、直流電源
と、チョークコイルと、自己消弧型のスイッチング素子
と、前記スイッチング素子に直列に接続された逆阻止ダ
イオードと、並列に接続された加熱コイルと共振コンデ
ンサと、前記スイッチング素子のオンオフ信号を発生す
る発振回路を含む制御回路とを有し、前記直流電源と、
前記加熱コイルと、前記チョークコイルと、前記スイッ
チング素子は直列に接続され、前記スイッチング素子
は、両端電圧が所定値以上のとき、自己短絡する自己短
絡手段を有する誘導加熱装置とするものである。

【００１５】本構成により、スイッチング素子に流れる
電流は共振波形となり、その電流がゼロあるいは、逆導
通ダイオードに流れている間にターンオフするため、ス
イッチング素子の損失として、ターンオフ損失は発生せ
ず、導通損失のみとなり、スイッチング素子の損失を大
幅に低減することができる。さらにターンオフ損失がな
いため、損失温度特性は、ほぼフラットあるいは負の特
性となり、熱的に極めて安定で冷却設計の容易なインバ
ータ回路を得ることができる。また、上記所定値をスイ
ッチング素子の耐圧よりも低めに設定することにより、
なんらかの異常原因で、素子の耐圧以上の電圧が発生し
た場合においても、スイッチング素子自体が自己短絡
（自己クランプ）して破壊を免れるため、従来必要であ
った外部回路による保護（外部回路により異常を検知
し、スイッチング素子をオフさせる保護動作）を必要と
しない。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、スイッチング素子はＩＧＢＴなど
の電圧駆動型素子とし、そのコレクタ−ゲート間に直列
に接続されたツェナーダイオードとダイオードを挿入す
る構成としたものである。本構成により、ツェナーダイ
オードのクランプ電圧を、ＩＧＢＴの耐圧よりも低めに
設計していれば、上記自己短絡動作を極めて少ない部品
で、達成することができる。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、スイッチング素子はＩＧＢＴなど
の電圧駆動型素子とし、そのゲートにスイッチング素子
の両端電圧を抵抗分割した電圧を与える構成として、通
常動作時はスイッチング素子のスレッシュ電圧以下であ
り、かつ、スイッチング素子の耐圧以下でスレッシュ電
圧以上となる抵抗分割値に設計することにより、上記自
己短絡動作を極めて少ない部品で、さらに請求項２記載
の構成よりも安価に実現することができる。

【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、スイッチング素子の駆動回路を介
して自己短絡させる構成としており、請求項２の構成と
比較して安価となり、かつ請求項３の構成と比較して、
通常動作時（オフ時）にゲート電圧を充分低くできるた
め、スイッチング素子のスレッシュ電圧の差異に関わる
設計を施す必要のない誘導加熱装置を実現できる。

【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、スイッチング素子としてＩＧＢＴ
を用い、さらにＩＧＢＴのスイッチング速度とオン電圧
トレードオフばらつきの中で、オン電圧が低く、スイッ
チング速度が遅い素子を選択して設ける構成としている
ため、導通時の損失が、一般のばらつき範囲よりも低く
（オン電圧が低いため）なり、結果必要な冷却が大幅に
緩和できる誘導加熱装置を実現できる。

【００２０】請求項６記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、スイッチング素子としてＭＣＴな
どの電圧駆動型のサイリスタ動作素子を用いる構成とし
ており、請求項５の構成と比べて、さらに低損失化を図
ることができる。

【００２１】請求項７記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、自己短絡復帰後所定時間オフ状態
を継続する構成としたものである。本構成により、自己
短絡の連続によるスイッチング素子の熱破壊を防ぐこと
が可能となる。

【００２２】請求項８記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、自己短絡復帰後、発振回路のオン
オフ信号に関わらず、所定時間オフ状態を継続する構成
としたものである。本構成により、何らかの異常原因で
発振回路のオンオフ信号が不正常となっている場合にお
いても、スイッチング素子の破壊を防ぐことが可能とな
る。

【００２３】請求項９記載の発明は、請求項１記載の誘
導加熱装置において、自己短絡復帰後、所定時間オフ状
態を継続し、さらに前記所定時間後発振状態となるが、
前記発振により、再度スイッチング素子の両端に所定値
以上の電圧が発生し、自己短絡するという動作が所定回
継続する場合は、前記所定時間以上のオフ状態となる構
成としたものである。本構成により、例えば誘導加熱さ
れる被加熱物が異常状態になっている時などに不要な発
振を軽減することが可能となり、結果スイッチング素子
の損失を低減できる。

【００２４】請求項１０記載の発明は、請求項１記載の
誘導加熱装置において、自己短絡復帰後、所定時間オフ
状態を継続し、さらに前記所定時間後発振状態となる
が、前記発振により、再度スイッチング素子の両端に所
定値以上の電圧が発生し、自己短絡するという動作が所
定回継続する場合は、前記所定時間以上のオフ状態とな
り、負荷異常の報知を行う構成としたものである。本構
成により、使用者に負荷異常の状態を知らせることがで
きる。

【００２５】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例に
ついて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す図
である。図１において１１は、直流電源で、具体的には
商用交流電源を整流器を介して得ている。１２は、直流
電源１１に直列に接続された加熱コイルで、図には特に
記載していないが、コイル上に鍋などの被加熱物が載置
されている。１６は加熱コイル１２と並列に接続された
共振コンデンサである。１５はチョークコイルで加熱コ
イル１２と直列に接続されている。

【００２６】１７は発振回路を含む制御回路で、スイッ
チング素子１３の制御を行う。１８は、自己短絡手段
で、スイッチング素子１３の両端が所定値（具体的には
通常動作時に発生する電圧よりも高く、スイッチング素
子１３の耐圧よりも低い値）以上となったときスイッチ
ング素子１３を自己短絡させるものである。

【００２７】図２は通常動作時におけるスイッチング素
子１３の駆動信号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）波形で
ある。図でスイッチング素子は駆動信号がＨＩＧＨの時
にオンし、ＬＯＷの時にオフする。図２（イ）に示すよ
うに電流波形は本インバータ回路構成にすることによ
り、共振波形となり、スイッチング素子１３に流れる電
流がゼロまたは、逆導通ダイオード１４に電流が流れて
いる間にオフするため、従来のターンオフ損失は発生せ
ず、大幅な低損失化が可能となる。

【００２８】図３は、何らかの異常原因でスイッチング
素子１３のオンオフタイミングが狂い、スイッチング素
子１３にサージ電圧が発生したときのスイッチング素子
１３の駆動信号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）波形であ
る。

【００２９】図に示すようにスイッチング素子１３に電
流が流れている状態で、オフとなった時、スイッチング
素子１３の両端電圧には極めて高いサージ電圧が発生す
るが、本実施例の場合、所定値において、スイッチング
素子１３が自己短絡し、スイッチング素子１３の耐圧を
越えることがない。

【００３０】図４は、自己短絡時のスイッチング素子１
３の駆動信号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）と駆動端子
電圧（Ｖｇｅ）の拡大波形で、自己短絡手段１８により
スイッチング素子１３の両端電圧が所定値を越えると、
駆動端子電圧が上昇し、スイッチング素子１３のスレッ
シュ電圧を超えて、自己短絡させる。

【００３１】以上の説明で明らかなように、本第１の実
施例によれば簡単な構成でスイッチング素子１３の損失
を低減し、かつ異常時でもスイッチング素子１３の耐圧
破壊がない誘導加熱装置を得ることができる。本実施例
の構成において、チョークコイル１５は、加熱コイル１
２とスイッチング素子１３の間に直列に接続された構成
としているが、直流電源１１と、加熱コイル１５の間に
挿入した構成としても同様の動作を得られる。またチョ
ークコイル１５に流れる電流は高周波電流であるため、
図１９の様に、加熱コイル１２をチョークコイルとし、
チョークコイル１５を加熱コイルとしてもよい。なお、
図２０の様に、共振コンデンサの他端を直流電源１１の
グランド側に接続しても同様の効果が得られることはい
うまでもない。

【００３２】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について説明する。図５は本発明の第２の実施例を示す
図である。図２において２１は、ツェナーダイオードと
ダイオードを直列に接続したものを、スイッチング素子
１３のコレクタ−ゲート間に挿入して、第１の実施例の
自己短絡手段１８を実現している。スイッチング素子１
３は電圧制御型の素子として、ＩＧＢＴを用いている。
その他の部分は第１の実施例と同様である。ツェナーダ
イオードのクランプ電圧は、第１の実施例と同様の所定
値になっている。本実施例の動作は上記第１の実施例の
動作と同じとなる。以上より、自己短絡手段１８を極め
て簡易な部品構成で実現できる。

【００３３】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について説明する。図６は本発明の第３の実施例を示す
図である。図３おいて２２は、スイッチング素子１３の
両端電圧を抵抗分割した構成となっており、その分割電
圧は、スイッチング素子１３のゲートに供給する構成と
して、第１の実施例の自己短絡手段１８を実現してい
る。スイッチング素子１３は電圧制御型の素子として、
ＩＧＢＴを用いている。その他の部分は第１の実施例と
同様である。抵抗分割される電圧は、第１の実施例と同
様に、通常動作時においては、スイッチング素子１３の
スレッシュ電圧を超えずかつ、スイッチング素子１３の
耐圧以下でスレッシュ電圧を超える値に設計されてい
る。図７は自己短絡時のスイッチング素子１３の駆動信
号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）と駆動端子電圧（Ｖｇ
ｅ）の拡大波形である。本実施例の動作は上記第１の実
施例の動作とほぼ同じとなるが、自己短絡時の駆動端子
電圧波形（Ｖｇｅ）が抵抗分割のため、若干異なる。以
上より、自己短絡手段１８を極めて簡易な部品構成で実
現でき、かつ第２の実施例と比べて、抵抗だけで実現可
能なため安価となる。

【００３４】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について説明する。図８は本発明の第４の実施例を示す
図である。図８において、２３はスイッチング素子１３
の両端電圧検知回路で、２４は、スイッチング素子１３
の駆動回路である。両端電圧検知回路２３は、所定値以
上の電圧が発生したとき、駆動回路２４を介してスイッ
チング素子１３を自己短絡させる構成としている。スイ
ッチング素子１３は電圧制御型の素子として、ＩＧＢＴ
を用いている。その他の部分は第１の実施例と同様であ
る。図９は、自己短絡時のスイッチング素子１３の駆動
信号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）と駆動端子電圧（Ｖ
ｇｅ）の拡大波形である。駆動回路２４は、スイッチン
グ素子１３のターンオン、ターンオフを制限する制限抵
抗を充分大きくしているため、急峻な駆動端子電圧波形
とならず、図９に示すような緩やかな波形となり、本実
施例の動作は上記第１の実施例の動作とほぼ同じとな
る。以上より、第２の実施例と比較して、安価な構成と
なり（両端電圧検知回路は、抵抗とトランジスタ程度の
簡単な部品で可能となる）かつ第３の実施例と比較し
て、スイッチング素子１３のスレッシュ電圧ばらつきな
どに関わる設計が不要となる。

【００３５】（実施例５）以下、本発明の第５の実施例
について説明する。図１は本発明の第５の実施例を示す
図となる。図１において、スイッチング素子１３はＩＧ
ＢＴとし、そのＩＧＢＴの素子性能選択方法を図１０に
示す。図１０は一般的なＩＧＢＴのスイッチング速度と
オン電圧ばらつきのトレードオフカーブを示す。図のよ
うに素子性能ばらつきはスイッチング速度が高速なもの
はオン電圧が高く、逆にスイッチング速度が低速なもの
はオン電圧が低くなる。本実施例の場合の選択範囲は、
オン電圧が低く、スイッチング速度が低速なものとして
いる。本実施例におけるスイッチング素子１３の損失モ
ードは導通損失のみであり、導通損失はオン電圧と相関
があるため、本選択により通常のばらつきよりも低損失
な誘導加熱装置を簡単に得ることが可能となる。従来の
構成の誘導加熱装置においては、本実施例の選択をする
と、ターンオフ損失が大きくなり、結果熱的に不安定な
ものとなるが、本実施例においてはターンオフ損失がな
く、またスイッチング素子１３に電流が流れているとき
に誤って遮断してしまった時においてもスイッチング速
度が低速なものほどサージ電圧は小となることから、本
選択は、本実施例に最適なものとなる。

【００３６】（実施例６）以下、本発明の第６の実施例
について説明する。図１１は本発明の第６の実施例を示
す図となる。図１１において、スイッチング素子２５は
ＭＣＴなどの電圧駆動型サイリスタ動作素子を用いてい
る。その他の部分は第１の実施例と同様である。一般的
にこれらの素子はＩＧＢＴよりもオン電圧が低くなる反
面、スイッチング速度はＩＧＢＴよりも低速になるとい
う性質をもっているが、本実施例においては上記第５の
実施例でも述べたように、極めて低損失化が図れ、かつ
サージ電圧も小もなる。以上より本実施例により、第５
の実施例よりも低損失な誘導加熱装置を得ることができ
る。

【００３７】（実施例７）以下、本発明の第７の実施例
について説明する。図１２は本発明の第７の実施例を示
す図となる。図１２において、２６はスイッチング素子
１３を駆動する駆動回路、２７は、スイッチング素子１
３の駆動端子電圧検知回路と計時手段を有した発振回路
である。その他の部分は第１の実施例と同様である。

【００３８】図１３は何らかの異常により、スイッチン
グ素子１３にサージ電圧が発生した時のスイッチング素
子１３の駆動信号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）波形で
ある。

【００３９】サージ電圧が発生した時スイッチング素子
１３の駆動端子電圧は、発振回路がオフ信号を出してい
るにも関わらず、スレッシュ電圧以上となるため、発振
回路２７は、その電圧を検知し、計時手段に設定された
所定時間、次の発信信号を停止する。所定時間を設ける
理由は、スイッチング素子１３が自己短絡によって瞬時
的に損失大となり、ジャンクション温度が過渡的に増大
するため、万一連続して自己短絡が発生するモードがお
きた場合に、スイッチング素子１３を保護するためであ
る。従って所定時間の設計は、スイッチング素子１３が
自己短絡によるジャンクション温度上昇から、定常状態
に戻るまでの時間が目安となり、一般的には数ｍｓ〜数
１００ｍｓ程度で充分となる。以上の動作により、電源
異常時など連続してサージ電圧が発生する可能性がある
モードにおいても、スイッチング素子１３の自己短絡は
１回ですみスイッチング素子１３の破壊を防ぐことが可
能となる。

【００４０】（実施例８）以下、本発明の第８の実施例
について説明する。図１４は本発明の第８の実施例を示
す図となる。図１４において、２８は発振回路、２９は
スイッチング素子１３を駆動する駆動回路、３０はスイ
ッチング素子１３の駆動端子電圧を検知し、所定時間駆
動端子電圧をＬＯＷに引き下げる保護回路で計時手段を
有している。その他の部分は第１の実施例と同様であ
る。

【００４１】図１５は何らかの異常により、スイッチン
グ素子１３にサージ電圧が発生した時のスイッチング素
子１３の駆動信号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）駆動端
子電圧（Ｖｇｅ）波形である。サージ電圧が発生した時
スイッチング素子１３の駆動端子電圧は、発振回路がオ
フ信号を出しているにも関わらず、スレッシュ電圧以上
となるため、保護回路３０は、その電圧を検知し、計時
手段に設定された所定時間、発振回路側からの駆動信号
の有無に関わらずスイッチング素子１３の駆動端子電圧
をＬＯＷに引き下げる。所定時間を設ける理由は、スイ
ッチング素子１３が自己短絡によって瞬時的に損失大と
なり、ジャンクション温度が過渡的に増大するため、万
一連続して自己短絡が発生するモードがおきた場合に、
スイッチング素子１３を保護するためである。従って所
定時間の設計は、スイッチング素子１３が自己短絡によ
るジャンクション温度上昇から、定常状態に戻るまでの
時間が目安となり、一般的には数ｍｓ〜数１００ｍｓ程
度で充分となる。以上の動作により、電源異常時など連
続してサージ電圧が発生する可能性があるモードに加
え、何らかの原因で発振回路動作が一時的に不正常にな
った場合においても、スイッチング素子１３の自己短絡
は１回ですみスイッチング素子１３の破壊を防ぐことが
可能となる。

【００４２】（実施例９）以下、本発明の第９の実施例
について説明する。図１６は本発明の第９の実施例を示
す図となる。図１６において３１は保護回路でその動作
は第８の実施例で述べたものと同様である。３２はスイ
ッチング素子１３を駆動する駆動回路、３３は、保護回
路３１の保護動作を検知する発振回路、３４は保護回路
３１の保護動作回数をカウントするカウント手段であ
る。その他の部分は第１の実施例と同様である。図１７
は、無負荷状態など被誘導加熱物が以上の場合における
スイッチング素子１３の駆動信号と電流（Ｉｃ）電圧
（Ｖｃｅ）波形である。

【００４３】図１７に示すような波形となった場合、連
続してサージ電圧が発生する様になるため、回路側で負
荷の異常を検知することが可能となる。具体的には、保
護回路３１の保護動作をカウント手段３４でカウント
し、所定回以上となった場合は、発振回路３３は発振を
充分長い時間停止する。以上より、無負荷時など加熱動
作が不要の場合において無用の発振を軽減することが回
路側で簡単に行うことができる。

【００４４】（実施例１０）以下、本発明の第１０の実
施例について説明する。図１８は本発明の第１０の実施
例を示す図となる。図１８において３５は、外部へ負荷
異常報知を行う報知手段であり、本実施例においては、
ＬＥＤを点灯させることにより使用者に負荷異常を知ら
しめる構成としている。その他の部分は第９の実施例と
同様である。第９の実施例において述べた様に、保護回
路３１の保護動作が所定回以上続くモードとなった時、
発振回路３３は充分長い時間発振を停止するが、このと
き報知手段３５は外部へ負荷異常の報知を行う。以上よ
り使用者は、負荷異常状態を即座に知ることが可能とな
る。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、スイッチング素子に流れる電流を共振波形とし、
ゼロ電流にて遮断することから、ターンオフ損失が発生
せず、極めて低損失かつ、熱的に安定した誘導加熱装置
を簡単な構成で得ることができる。また電源異常、発振
異常などで、スイッチング素子に耐圧を越えるような電
圧が発生した場合においても、スイッチング素子自体が
自己短絡して破壊を防ぐ構成としているため、従来のよ
うに電圧を検知して、発振を停止する様な開発工数の大
なる保護回路は不要となる。この種の電流共振インバー
タにおいては、上記サージ電圧保護のため、ＣＲスナバ
などを用いてサージ吸収を行う例もあるが、本構成にお
いては不要となることはいうまでもなく、スナバ回路の
コストや発熱も考慮する必要はない。

【００４６】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の発明の自己短絡動作を、ツェナーダイオード
とダイオードの２つの部品で、簡素かつ確実に行うこと
ができる。

【００４７】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載の発明の自己短絡動作を、抵抗のみで行うこと
ができ、請求項２記載の構成よりも安価となる。

【００４８】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１記載の発明の自己短絡動作を、スイッチング素子の
駆動回路を介して行うことにより、請求項２と比較して
安価かつ、請求項３の構成よりも簡単な設計で実現する
ことが可能となる。

【００４９】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１記載の発明のスイッチング素子としてオン電圧が低
く、かつスイッチング速度が低速なＩＧＢＴを選択して
用いるため、さらに低損失の誘導加熱装置を得ることが
可能となる。

【００５０】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項１記載の発明のスイッチング素子としてオン電圧が請
求項５記載のスイッチング素子よりも低い電圧駆動型の
サイリスタ動作素子を使用するため、請求項５の発明よ
りもさらに低損失の誘導加熱装置を得ることができる。
従来のインバータ構成の誘導加熱装置においては、この
種の素子はスイッチング速度が低速という問題から、使
用してもＩＧＢＴよりは損失が大となる傾向があった
が、本構成においては、損失面さらにサージ電圧面両面
においてＩＧＢＴよりも優れることから、本構成に用い
る効果は極めて大きい。

【００５１】また、請求項７記載の発明によれば、スイ
ッチング素子の自己短絡後に所定時間発振を停止するた
め、例えば雷サージなどの電源異常で、連続サージ電圧
が発生する場合においてもスイッチング素子の熱破壊を
招くことはない。

【００５２】また、請求項８記載の発明によれば、発振
回路からの駆動信号の有無に関わらず、自己短絡後所定
時間スイッチング素子が停止することから、例えば発振
回路にインパルスノイズが重畳し、異常な駆動信号とな
った場合においてもスイッチング素子の破壊を防ぐこと
が可能となる。

【００５３】また、請求項９記載の発明によれば、無負
荷時などの負荷異常状態を回路側で検知し、無用な発振
継続を防ぐことが可能となる。

【００５４】また、請求項１０記載の発明によれば、請
求項９記載の発明の効果に加え、使用者などに負荷異常
状態を即座に報知することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である誘導加熱装置の回
路構成を示す回路図

【図２】同、通常動作時の動作波形を示す図

【図３】同、異常時の動作波形を示す図

【図４】同、異常時の保護動作を示す図

【図５】本発明の第２の実施例である誘導加熱装置の回
路構成を示す回路図

【図６】本発明の第３の実施例である誘導加熱装置の回
路構成を示す回路図

【図７】同、異常時の保護動作を示す図

【図８】本発明の第４の実施例である誘導加熱装置の回
路構成を示す回路図

【図９】同、異常時の保護動作を示す図

【図１０】本発明の第５の実施例である誘導加熱装置の
スイッチング素子の選択範囲を示す図

【図１１】本発明の第６の実施例である誘導加熱装置の
回路構成を示す回路図

【図１２】本発明の第７の実施例である誘導加熱装置の
回路構成を示す回路図

【図１３】同、異常時の保護動作を示す図

【図１４】本発明の第８の実施例である誘導加熱装置の
回路構成を示す回路図

【図１５】同、異常時の保護動作を示す図

【図１６】本発明の第９の実施例である誘導加熱装置の
回路構成を示す回路図

【図１７】同、異常時の動作波形を示す図

【図１８】本発明の第１０の実施例である誘導加熱装置
の回路構成を示す回路図

【図１９】本発明の第１の実施例と同様の効果が得られ
る第一の回路構成を示す回路図

【図２０】本発明の第１の実施例と同様の効果が得られ
る第二の回路構成を示す回路図

【図２１】従来の誘導加熱装置の回路構成を示す回路図

【図２２】同、動作波形を示す図

【図２３】同、スイッチング素子のターンオフ時の動作
波形を示す図

【符号の説明】

１１直流電源１２加熱コイル１３スイッチング素子１４逆導通ダイオード１５チョークコイル１６共振コンデンサ１７制御回路１８自己短絡手段１９発振回路２０共振回路２１ツェナーダイオードとダイオード２２抵抗２３両端電圧検知回路２４駆動回路２５電圧駆動型サイリスタ動作素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石丸直昭大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山下秀和大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3K051 AA02 AA03 AA05 AA06 AC03 AC07 AD10 AD25 AD37 BD02 BD07 CD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、チョークコイルと、自己消
弧型のスイッチング素子と、前記スイッチング素子に直
列に接続された逆阻止ダイオードと、並列に接続された
加熱コイルと共振コンデンサと、前記スイッチング素子
のオンオフ信号を発生する発振回路を含む制御回路とを
有し、前記直流電源と、前記加熱コイルと、前記チョー
クコイルと、前記スイッチング素子は直列に接続され、
前記スイッチング素子は、両端電圧が所定値以上のと
き、自己短絡する自己短絡手段を有する誘導加熱装置。
【請求項２】スイッチング素子は電圧駆動型素子と
し、コレクタ−ゲート間に、直列に接続されたツェナー
ダイオードとダイオードを挿入する構成とした請求項１
記載の誘導加熱装置。
【請求項３】スイッチング素子は電圧駆動型素子と
し、その両端電圧を抵抗分割した電圧をゲートに印加す
る構成とした請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項４】スイッチング素子の駆動回路と、スイッ
チング素子両端電圧検知回路とを有し、前記両端電圧が
所定値以上の時、前記駆動回路を介して、スイッチング
素子が自己短絡する構成とした請求項１記載の誘導加熱
装置。
【請求項５】スイッチング素子は、ＩＧＢＴとし、Ｉ
ＧＢＴのスイッチング速度とオン電圧トレードオフばら
つきの中で、オン電圧が低く、スイッチング速度が遅い
素子を選択して設ける構成とした請求項１記載の誘導加
熱装置。
【請求項６】スイッチング素子は、電圧駆動型のサイ
リスタ動作素子とした請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項７】スイッチング素子は、自己短絡復帰後、
所定時間オフ状態を継続する請求項１記載の誘導加熱装
置。
【請求項８】スイッチング素子は、自己短絡復帰後、
発振回路のオンオフ信号に関わらず、所定時間オフ状態
を継続する請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項９】スイッチング素子は、自己短絡復帰後、
所定時間オフ状態を継続し、さらに前記所定時間後発振
状態となるが、前記発振により、再度スイッチング素子
の両端に所定値以上の電圧が発生し、自己短絡するとい
う動作が所定回継続する場合は、前記所定時間以上のオ
フ状態となる請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】スイッチング素子は、自己短絡復帰
後、所定時間オフ状態を継続し、さらに前記所定時間後
発振状態となるが、前記発振により、再度スイッチング
素子の両端に所定値以上の電圧が発生し、自己短絡する
という動作が所定回継続する場合は、前記所定時間以上
のオフ状態となり、負荷異常の報知を行う請求項１記載
の誘導加熱装置。