JP2001275363A - マグネトロン駆動用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の構成のマグネトロン駆動用電源は、半
導体スイッチング素子には約５００Ｖの電圧が、マグネ
トロンには約２０ｋＶの電圧がかかるもので、定格の高
い部品を使用する必要があるという課題を有している。 【解決手段】 高圧トランス４と共に共振回路３を構成
するコンデンサ５として、印加電圧の大きさにより容量
が変化する電圧依存型の容量特性を有するものを使用し
て、半導体スイッチング素子６にかかる電圧とマグネト
ロン７にかかる電圧とを低減できるマグネトロン駆動用
電源装置としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマグネトロンを用い
た高周波加熱装置の、特にマグネトロンの駆動用電源に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマグネトロン駆動用電源は、図１
０に示す一石式電圧共振型回路を用いている。高圧トラ
ンス５４は２次側に高電圧を発生し、マグネトロン５６
に高電圧を供給している。コンデンサ５５は、高圧トラ
ンス５４と共に共振回路を構成しており、半導体スイッ
チング素子５３のスイッチング波形は、図１１（ａ）、
図１１（ｂ）に示しているように正弦波状となる。

【０００３】このとき、コンデンサ５５と高圧トランス
５４とが共振回路を構成しているため、半導体スイッチ
ング素子５３には電圧がゼロになってから電流が流れ始
めるものである。つまり、半導体スイッチング素子５３
のオン時のスイッチング損失が低減されるものである。
またオフ時には電流は急峻に切れるが、電圧が正弦波状
に緩やかに立上るため、オフ時にも半導体スイッチング
素子５３のスイッチング損失が低減される。このよう
に、共振型回路は半導体スイッチング素子のスイッチン
グ損失を低減する効果を有しているものである。

【０００４】マグネトロンは逆阻止特性を有する真空管
で、その電圧−電流特性は図１２に示すとおりである。
すなわち、電圧がおよそ−４ｋＶになると発振を開始
し、急激にインピーダンスが低下するダイナミックな負
荷変化をしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来の構成
のマグネトロン駆動用電源は、半導体スイッチング素子
とマグネトロンにかかる電圧が非常に高くなるという課
題を有している。つまり、半導体スイッチング素子には
約５００Ｖが、マグネトロンには約２０ｋＶという非常
に高い電圧が印加されるものである。マグネトロンにか
かる電圧は、高圧トランスの巻数比が約４０であるた
め、共振によって発生する約５００Ｖのピーク電圧が高
圧トランスの１次側に印加されると、２次側には約２０
ｋＶが発生するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記従来の構成
が有している課題を解決するもので、マグネトロンに高
電圧を供給する高圧トランスと、高圧トランスの一次側
に接続した第１、第２のコンデンサと、高圧トランスと
前記第１、第２のコンデンサが構成する共振回路に接続
した半導体スイッチング素子とを備え、前記第１、第２
のコンデンサの合計容量を電圧依存特性を有するものと
し、半導体スイッチング素子にかかる電圧とマグネトロ
ンにかかる電圧とを低減できるマグネトロン駆動用電源
装置としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、マグ
ネトロンに高電圧を供給する高圧トランスと、高圧トラ
ンスの一次側に接続した第１、第２のコンデンサと、高
圧トランスと前記第１、第２のコンデンサが構成する共
振回路に接続した半導体スイッチング素子とを備え、前
記第１、第２のコンデンサの合計容量を電圧依存特性を
有するものとし、半導体スイッチング素子の電圧をある
レベルにクランプさせ、マグネトロンにかかる電圧を低
減できるものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００９】（実施例１）図１は本実施例のマグネトロ
ン駆動用電源装置の構成を示す回路図である。整流器２
は商用電源１を整流し直流電圧に変換して、共振回路３
と半導体スイッチング素子６にこの直流電圧を供給して
いる。前記共振回路３は、コンデンサ５と高電圧を発生
する高圧トランス４とによって構成している。コンデン
サ５は印加電圧の大きさによって容量が変化する電圧依
存型の容量特性を有しており、高圧トランス４の１次側
に接続している。またマグネトロン７は、高圧トランス
４の２次側に接続している。

【００１０】以下本実施例の動作について図２に基づい
て説明する。図２（ａ）は、半導体スイッチング素子６
の電圧波形を、図２（ｂ）は半導体スイッチング素子６
の電流波形を、図２（ｃ）は高圧トランス４の１次側に
流れる電流波形を示している。スイッチング素子６がオ
ンして電流Ｉｃが流れているときには、高圧トランス４
の２次側には図１中にＩａとして示した電流が流れる。
また半導体スイッチング素子６がオフすると、高圧トラ
ンス４の１次側に流れていた電流はコンデンサ５に向か
って流れ始め、同時に半導体スイッチング素子６に電圧
が印加され始める。つまり、図２の領域ａの状態であ
る。半導体スイッチング素子６に印加される電圧レベル
がＶ1に達すると、コンデンサ５の容量は電圧依存性に
よって大幅に（約１０倍）に増加する。このため、領域
ｂに示しているように半導体スイッチング素子６に印加
される電圧はその傾きが急激に緩やかになり、電圧のピ
ーク値の上昇が抑制(クランプ)される。高圧トランス４
の１次側巻線の電荷が全てコンデンサ５に移ると、領域
ｃに示しているように、コンデンサ５から高圧トランス
４の１次側に電流が流れ始める。また半導体スイッチン
グ素子６に印加される電圧レベルが低下して再びＶ1に
達すると、コンデンサ５の電圧依存性によってその容量
が原状に戻って、領域ｄに示しているように、半導体ス
イッチング素子６にかかる電圧は急峻に低下する。この
後再び、半導体スイッチング素子６がオンし、前記領域
ａ以下の動作を繰り返すものである。

【００１１】以上のように本実施例によれば、コンデン
サ５として電圧依存型の容量特性を有するものを使用す
ることによって、半導体スイッチング素子６にかかる電
圧を低減できるものである。実験の結果によれば、本実
施例によるものでは半導体スイッチング素子６にかかる
電圧を３５０Ｖ程度とすることができ、従来の一石式電
圧共振型回路の５００Ｖから大幅に低減できるものであ
る。また、半導体スイッチング素子６にかかる電圧を低
下できるため、高圧トランス４の２次側に発生する高電
圧も低下させることができ、マグネトロン４にかかる電
圧も低下させることができるものである。

【００１２】（実施例２）続いて本発明の第２の実施例
について、図３に基づいて説明する。本実施例では、高
圧トランス４の一次側には第１のコンデンサ１０と、第
１のコンデンサ１０より容量の大きい第２のコンデンサ
８を接続している。また、第１のコンデンサ１０には第
１の半導体スイッチング素子６を、第２のコンデンサ８
には第２の半導体スイッチング素子９を接続している。
１１は、第１の半導体スイッチング素子６、第２の半導
体スイッチング素子９を駆動する駆動回路である。

【００１３】以下本実施例の動作について図４に基づい
て説明する。図４は本実施例の各部の動作波形を示す波
形図である。図４（ａ）は半導体スイッチング素子にか
かる電圧波形を、図４（ｂ）は同電流波形を、図４
（ｃ）は高圧トランス４の１次側を流れる電流波形を、
図４（ｄ）は第１のコンデンサ１０に流れる電流波形
を、図４（ｅ）は第２のコンデンサ８に流れる電流波形
を、図４（ｆ）は第１の半導体スイッチング素子６にか
かる電圧波形を、図４（ｇ）は第２の半導体スイッチン
グ素子９にかかる電圧波形を、図４（ｈ）はマグネトロ
ン７に流れる電流波形を、図４（ｉ）は高圧トランス４
の高圧側に発生する電圧波形を示している。

【００１４】図４（ａ）に示している第１の半導体スイ
ッチング素子６にかかる電圧をクランプする作用につい
ては、前記実施例１と同様である。第１のスイッチング
素子６の電圧がＶ1をこえると、領域ｂに示しているよ
うに、第２のスイッチング素子９を構成するダイオード
を通って、第２のコンデンサ８に充電電流が流れはじめ
る。この電圧Ｖ1は第２のコンデンサ８が有している初
期電圧である。高圧トランス４の１次側巻線が有してい
る電荷がすべて第２のコンデンサ８に移ると、領域
（ｃ）に示しているように、第２のコンデンサ８から高
圧トランス４の１次側巻線に対する放電が始まる。この
放電電流は、第２の半導体スイッチング素子９を構成す
るトランジスタを介して流れるので、第２の半導体スイ
ッチング素子９にかかる電圧は図４（ｇ）に示すような
波形となる。この駆動信号によって、第２の半導体スイ
ッチング素子９を構成するトランジスタがオフすると、
第２のコンデンサ８からの放電電流が遮断される。この
時の第２のコンデンサ８の持つ電圧が、前述した電圧Ｖ
1を決定する。

【００１５】以上のように本実施例は、第２のコンデン
サ８と第２の半導体スイッチング素子９とによって、第
１のコンデンサ１０と第２のコンデンサ８の容量を電圧
依存性としているものである。従って、実施例１の構成
のものと比べて通常の容量固定形のコンデンサを容量可
変形として使用でき、安価に構成できるものとなってい
る。

【００１６】また図５に示す構成のものは、第２のコン
デンサ８と、第２の半導体スイッチング素子９とを直列
に接続したものを、第１の半導体スイッチング素子６に
並列に接続したものであり、図３に説明したものと同等
に作用するものである。

【００１７】（実施例３）続いて本発明の第３の実施例
について図６に基づいて説明する。本実施例では、高圧
トランス４の２次側に、高圧を発生する第１の巻線１２
と、第２の巻線１３とを備えている。また第１の巻線１
２には第１のダイオード１４を、第２の巻線１３には第
２のダイオード１５を接続し、第１のダイオード１４と
第２のダイオード１５とからマグネトロン７に高電圧を
供給するようにしているものである。このとき、第１の
巻線１２と第２の巻線１３とは、極性を同じにしてい
る。

【００１８】以下本実施例の動作について説明する。前
記実施例１と実施例２で使用している高圧トランス４の
構成は、リーケージインダクンスが存在しており、これ
が原因して高圧トランス４の２次側にはサージ電圧が発
生するものである。つまり、マグネトロン７は逆阻止特
性を有しているため、印加される電圧が逆方向になる
と、インピーダンスが非常に高くなって、前記リーケー
ジインダクタンスによってサージ電圧が発生するもので
ある。

【００１９】本実施例は、図６に示しているように、２
次側に同極性となるように設けた第１の巻線１２と第２
の巻線１３を密結合となるように設けて、第１のダイオ
ード１４と第２のダイオード１５とを介してマグネトロ
ン７に高電圧を供給するようにしているため、このサー
ジ電圧を低減することができるものである。

【００２０】（実施例４）続いて図７に基づいて本発明
の第４の実施例について説明する。本実施例では高圧ト
ランス４の２次側巻線に４個のダイオードからなる全波
整流回路を接続し、この全波整流回路で得られた直流高
電圧をマグネトロン７に供給する構成としているもので
ある。

【００２１】以下本実施例の動作について説明する。マ
グネトロン７は逆阻止特性を有しているが、全波整流回
路１５を用いることによって、マグネトロン７には常に
一方向（負方向）の電圧を印加できるものである。つま
り、常時、発振状態とすることができるものである。発
振状態にあるマグネトロンはインピーダンスが３００Ω
程度であり、リーケージインダクタンスの作用によるサ
ージ電圧は発生しないものである。

【００２２】以上のように本実施例によっても、実施例
３と同様に、サージ電圧を低減できるものである。

【００２３】（実施例５）次に本発明の第５の実施例に
ついて説明する。図８（ａ）は、高圧トランスの一次側
の巻線電圧で、この電圧が昇圧されてマグネトロンに供
給される。この巻線電圧は正方向電圧Ｖ2は約１４０Ｖ
で、負方向電圧Ｖ3は約２１０Ｖである。このように正
方向と負方向とで電圧レベルが異なるため、この電圧を
昇圧した電圧をマグネトロンに供給すると、マグネトロ
ンには図８（ｂ）に示す電流が流れる。この電流波形は
Ｉ2で0.5Ａ、Ｉ3で２Ａのピーク値を有している。この
電流はマグネトロンのフィラメントに流れる電流で、ピ
ーク値はフィラメントの寿命と因果関係があり、ピーク
値が高くなるほどマグネトロンの寿命は短くなるもので
ある。

【００２４】本実施例はこのピーク値を低減する手段に
関するものである。本実施例の回路構成は、前記図７に
示したものと同様である。

【００２５】以上の構成で本実施例では、第１の半導体
スイッチング素子６がオンしている期間に、高圧トラン
ス４の１次側に印加される電圧Ｖ2と、オフしている期
間に高圧トランス４の１次側に印加される電圧Ｖ4とが
同程度となるように制御しているものである。つまり、
第２の半導体スイッチング素子９に与える駆動信号の時
間を長くして、第２のコンデンサ８の放電時間が長くな
るようにしている。これによって、マグネトロン９に流
れる電流は図９（ｂ）に示すようなピーク値が減少した
バランスのとれた形となる。図９（ａ）に示している高
圧トランス４の１次側の両端にかかる電圧の波形は、前
記制御を実行した結果Ｖ2＝Ｖ4となっている。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載した発明
によれば、半導体スイッチング素子の電圧をあるレベル
にクランプして、マグネトロンにかかる電圧を低減でき
るマグネトロン駆動用電源装置を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるマグネトロン駆動
用電源装置の構成を示す回路図

【図２】各部に流れる電流の波形を示す波形図

【図３】本発明の第２の実施例であるマグネトロン駆動
用電源装置の構成を示す回路図

【図４】各部の電圧・電流の波形を示す波形図

【図５】同、別の実施例の構成を示す回路図

【図６】本発明の第３の実施例であるマグネトロン駆動
用電源装置の構成を示す回路図

【図７】本発明の第４の実施例であるマグネトロン駆動
用電源装置の構成を示す回路図

【図８】（ａ）高圧トランスの１次側にかかる電圧の波
形を示す波形図 （ｂ）同、マグネトロンに流れる電流の波形を示す波形
図

【図９】（ａ）本発明の第５の実施例の回路構成によっ
て、高圧トランスの１次側にかかる電圧の波形を示す波
形図 （ｂ）同、マグネトロンに流れる電流の波形を示す波形
図

【図１０】従来のマグネトロン駆動用電源装置の構成を
示す回路図

【図１１】（ａ）同、半導体スイッチング素子にかかる
電圧波形を示す波形図 （ｂ）同、半導体スイッチング素子を流れる電流の波形
を示す波形図

【図１２】同、マグネトロンの動作を示す特性図

【符号の説明】

３ 共振回路 ４ 高圧トランス ５ コンデンサ ６ 半導体スイッチング素子 ７ マグネトロン ８ 第２のコンデンサ ９ 第２の半導体スイッチング素子 １０ 第１のコンデンサ １１ 駆動回路 １２ 第１の巻線 １３ 第２の巻線 １４ 第１のダイオード １５ 第２のダイオード １６ 全波整流回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 圭一 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 大森 英樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネトロンと、マグネトロンに高電圧
   を供給する高圧トランスと、高圧トランスの一次側に接
   続した第１、第２のコンデンサと、高圧トランスと前記
   第１、第２のコンデンサが構成する共振回路に接続した
   半導体スイッチング素子とを備え、前記第１、第２のコ
   ンデンサの合計容量を電圧依存特性を有するものとした
   マグネトロン駆動用電源装置。