JP2002246161A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電力を設定した場合でも加熱効率が低下す
ることのない誘導加熱装置を提供すること。 【解決手段】 商用電源１を直流電源に変換する整流回
路２を備え、並列に接続される加熱コイル１１及び共振
コンデンサ１２から成る共振回路１０と、直流電源を高
周波電流に変換するスイッチング素子１３とで構成さ
れ、前記加熱コイル１１の近傍に配置される負荷を加熱
するインバータ部９を備え、このインバータ部９を制御
する制御部１４を備えた誘導加熱装置において、前記整
流回路２と前記インバータ部９の間に直流電圧を昇圧す
る昇圧回路３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱装置の制
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回路構成の一例を
説明する。図３は従来例の回路構成図、図４は従来例の
回路主要部の電圧・電流の波形を示す図である。

【０００３】図３において、交流の商用電源１を整流回
路２で直流電源に変換し、インバータ部９に直流電源が
供給される。インバータ部９はスイッチング素子１３
と、並列に接続される加熱コイル１１及び共振コンデン
サ１２から成る共振回路１０とで構成され、加熱コイル
１１の近傍に配置される負荷（図示せず）を加熱する。

【０００４】制御部１４はマイクロコンピュータ１５
と、Ｄ／Ａ出力回路１６と、基準発振回路１７と、比較
回路１８と、駆動回路１９とで構成され、インバータ部
９を制御する。

【０００５】以上の構成において、回路の動作を説明す
る。

【０００６】制御用のマイクロコンピュータ１５は、使
用者（図示せず）の操作によって設定された電力をデジ
タルの電力設定信号としてＤ／Ａ出力回路１６に出力
し、Ｄ／Ａ出力回路１６はデジタルの電力設定信号をア
ナログ信号に変換し比較回路１８に出力する。

【０００７】一方、基準発振回路１７は共振回路１０と
同期した信号を発生し比較回路１８に出力する。比較回
路１８はＤ／Ａ出力回路１６の出力信号と基準発振回路
１７の出力信号を比較し、その結果を駆動回路１９に出
力する。

【０００８】駆動回路１９は比較回路１８から入力され
た信号をレベル等を調整して、スイッチング素子１３の
ゲートに入力し、スイッチング素子１３、即ち、インバ
ータ部９を制御する。

【０００９】次に、図４に従い、インバータ部９主要部
の電圧・電流を設定電力と関連して説明する。

【００１０】図において、ＶGはスイッチング素子１３
のゲート電圧波形、ＩEはスイッチング素子１３のエミ
ッタ電流波形、ＶCEはスイッチング素子１３のコレクタ
−エミッタ間電圧波形、ＩCOILは加熱コイル１１に流れ
る電流波形である。

【００１１】尚、各信号波形において、破線で示す波形
は、実線で示す波形より設定電力が大きい時の波形であ
る。

【００１２】制御部１４がインバータ部９に指令する電
力の大きさは、制御部１４がインバータ部９のスイッチ
ング素子１３のゲートに出力するＶG信号の高レベルの
幅の大きさとして具象される。このＶG信号の高レベル
の幅は、スイッチング素子１３がオンする時間、即ち、
スイッチング素子１３のエミッタ電流ＩEが流れる時間
である。

【００１３】設定電力が大きい時は、図の破線で示すよ
うに、設定電力の小さい実線の時と比べ、スイッチング
素子１３のゲート電圧ＶGの高レベルの幅が大きいの
で、スイッチング素子１３のエミッタ電流ＩEおよびス
イッチング素子１３のコレクタ−エミッタ間電圧ＶCEが
大きくなり、その結果、加熱コイル１１に流れる電流Ｉ
COILが大きくなる。

【００１４】従来の誘導加熱装置の回路構成の他の一例
として、前述の従来例の整流回路とインバータ部の間
に、電源電圧を調整可能な直流電圧変換装置を設けた例
がある（特開平４−１８８５８９号公報など参照）。し
かし、この例は直流電源を降圧して低電圧とし、透磁率
の小さい金属負荷を加熱可能とすること等を目的とする
ものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の誘導加熱装置は、設定電力を大きくする場合、スイッ
チング素子１３のゲート電圧ＶG信号の高レベルの幅を
大きくするものであるが、このＶG信号の周波数が低く
なるので、これに伴い加熱コイル１１の電流ＩCOILの周
波数も低下する。

【００１６】加熱コイル１１の抵抗値をＲとすると、負
荷の発熱量はＲ＊ＩCOIL＊ＩCOIL（＊は掛け算を示
す。）の値に比例するので、加熱コイル１１の電流ＩCO
ILが大きくなるにつれて、発熱量は大きくなる。しか
し、加熱コイル１１の抵抗値Ｒは、周波数が高くなると
大きくなり、周波数が低くなると小さくなるという周波
数特性を持っている。このため、前述したように設定電
力を大きくすると、加熱コイル１１の周波数が低下する
ので、加熱コイル１１の抵抗値Ｒは小さくなり、負荷の
発熱量は単純には増加しないという欠点を持っている。

【００１７】つまり、従来の誘導加熱装置は、大電力を
設定した場合、加熱効率が低下するという課題を内在し
ている。

【００１８】本発明は前記課題を解決するものであり、
大電力を設定した場合でも加熱効率が低下することのな
い誘導加熱装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、商用電源を直流電源に変換する整流回
路を備え、並列に接続される加熱コイル及び共振コンデ
ンサから成る共振回路と、直流電源を高周波電流に変換
するスイッチング素子とで構成され、前記加熱コイルの
近傍に配置される負荷を加熱するインバータ部を備え、
このインバータ部を制御する制御部を備えた誘導加熱装
置において、前記整流回路と前記インバータ部の間に直
流電圧を昇圧する昇圧回路を設けたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明は、前述のように、商用電
源を直流電源に変換する整流回路を備え、並列に接続さ
れる加熱コイル及び共振コンデンサから成る共振回路
と、直流電源を高周波電流に変換するスイッチング素子
とで構成され、前記加熱コイルの近傍に配置される負荷
を加熱するインバータ部を備え、このインバータ部を制
御する制御部を備えた誘導加熱装置において、前記整流
回路と前記インバータ部の間に直流電圧を昇圧する昇圧
回路を設けたものである。

【００２１】さらに、前記昇圧回路は、コイルと、昇圧
用スイッチング素子と、昇圧用スイッチング素子を駆動
する昇圧用駆動回路と、ダイオードと、コンデンサとか
ら成るものである。これにより、昇圧回路を最小限の部
品数で構成できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従って説明
する。

【００２３】図１は本発明の一実施例の回路構成図、図
２は本発明の一実施例の回路主要部の電圧・電流の波形
を示す図である。

【００２４】図１において、１は交流の商用電源であ
る。２は全波の整流回路で、この入力端子に商用電源１
が接続され、低圧側出力端子は接地され、交流の商用電
源１を全波整流して直流電源に変換し、高圧側出力端子
より出力する。

【００２５】３は昇圧回路で、前記整流回路２と後記イ
ンバータ部９の間に設けられ、前記整流回路２から入力
される直流電圧を昇圧して後記インバータ部９に出力す
るものである。

【００２６】この昇圧回路３の具体的な一例は、次の要
素で構成される。４はコイル、５は昇圧用スイッチング
素子、６は昇圧用駆動回路、７はダイオード、８はコン
デンサで、これらにより昇圧回路３が構成される。

【００２７】コイル４の一端は前記整流回路２の高圧側
出力端子に接続され、他の端子は昇圧用スイッチング素
子５のコレクタおよびダイオード７のアノードに接続さ
れる。昇圧用スイッチング素子５のエミッタは接地さ
れ、ゲートは昇圧用駆動回路６に接続される。ダイオー
ド７のカソードはコンデンサ８の一端に接続され、コン
デンサ８の他の端子は接地される。

【００２８】９はインバータ部で、この入力部は昇圧回
路３の出力部、即ち、ダイオード７のカソードとコンデ
ンサ８の接続部と接続され、次の要素で構成される。１
０は共振回路で、並列に接続される加熱コイル１１及び
共振コンデンサ１２から成り、１３は前記昇圧回路３に
よって昇圧された直流電源を高周波電流に変換するスイ
ッチング素子で、これらによりインバータ部９が構成さ
れる。このインバータ部９は、加熱コイル１１に高周波
電流を流し、加熱コイル１１の近傍に配置される負荷
（図示せず）を加熱する機能を持つものである。

【００２９】１４は制御部で、この出力がインバータ部
９の制御入力部、即ち、スイッチング素子１３のゲート
に接続され、インバータ部９を制御するもので、次の要
素で構成される。１５はマイクロコンピュータ、１６は
Ｄ／Ａ出力回路、１７は基準発振回路、１８は比較回
路、１９は駆動回路で、これらにより制御部１４が構成
される。

【００３０】マイクロコンピュータ１５は、回路全体の
制御の中心である。Ｄ／Ａ出力回路１６は、マイクロコ
ンピュータ１５から出力されるデジタルの電力設定信号
をアナログ信号に変換し出力する。基準発振回路１７
は、共振回路１０と同期した信号を発生し出力する。

【００３１】比較回路１８は、二入力を有し、一方の入
力端子にＤ／Ａ出力回路１６が出力する信号が入力さ
れ、他の入力端子に基準発振回路１７が出力する信号が
入力され、これら二つの信号を比較し、その結果を出力
する。駆動回路１９は、比較回路１８から入力された信
号をレベル等を調整して、インバータ部９を制御する信
号を出力する。

【００３２】図２（ａ）は、昇圧回路３の各部の電圧波
形を示している。尚、最上部に示したＶIN以外の波形
は、このＶINの波形より時間軸を引き伸ばして示してい
る。

【００３３】最上部のＶINは昇圧回路３の入力電圧波
形、即ち、整流回路２の出力電圧波形である。ＶG’は
昇圧用スイッチング素子５のゲート電圧波形、即ち、昇
圧用駆動回路６の出力電圧波形である。ＶCE’は昇圧用
スイッチング素子５のコレクタ電圧波形である。

【００３４】ＶC’はダイオード７のカソードとコンデ
ンサ８の接続部の電圧波形、即ち、昇圧回路３の出力電
圧波形である。ＶC’の下に示すＶINは、最上部に示す
ＶINと同様昇圧回路３の入力電圧波形であるが、時間軸
を引き伸ばして示し、ＶC’と比較できるよう示したも
のである。ＧＮＤはＶC’と下部のＶINの０Ｖレベルを
示すものである。

【００３５】図２（ｂ）は、インバータ部９の各部の電
圧および電流波形を示している。尚、この図は図２
（ａ）のＶG’以下の信号波形と同じ時間軸で表してい
る。

【００３６】ＶGはスイッチング素子１３のゲート電圧
波形、即ち、制御部１４の出力電圧波形である。ＶCEは
スイッチング素子１３のコレクタ電圧波形である。ＩCO
ILは加熱コイル１１に流れる電流波形である。尚、ＶCE
とＩCOILの実線で示した波形は、各々破線で示した波形
より設定電力が大きい場合である。

【００３７】次に、図１および図２を用いて全体の動作
を説明する。

【００３８】商用電源１から供給される交流が、整流回
路２によって直流に変換され、昇圧回路３の入力部、即
ち、コイル４の一端に直流電圧ＶINが供給される。

【００３９】他方、昇圧用駆動回路６は、方形波の駆動
信号ＶG’を昇圧用スイッチング素子５のゲートに出力
して、昇圧用スイッチング素子５を駆動する。昇圧用ス
イッチング素子５は、駆動信号ＶG’が方形波のためオ
ン、オフされて、そのコレクタに方形波の電圧ＶCE’を
出力する。

【００４０】昇圧用スイッチング素子５のコレクタ電圧
ＶCE’は、ダイオード７を介してコンデンサ８に伝わる
と、平滑されるとともに昇圧され、ＶCE’より高い直流
電圧ＶC’となる。

【００４１】一方、マイクロコンピュータ１５は、使用
者（図示せず）の操作によって設定された電力をデジタ
ルの電力設定信号としてＤ／Ａ出力回路１６に出力し、
Ｄ／Ａ出力回路１６はデジタルの電力設定信号をアナロ
グ信号に変換し、比較回路１８の一方の入力端子に出力
する。

【００４２】基準発振回路１７は、共振回路１０と同期
した信号を発生し、比較回路１８の他の入力端子に出力
する。比較回路１８は、二つの入力端子に入力されたＤ
／Ａ出力回路１６の出力信号と基準発振回路１７の出力
信号を比較し、その結果を駆動回路１９に出力する。

【００４３】駆動回路１９は、比較回路１８から入力さ
れた信号をレベル等を調整して、インバータ部９の入力
部、即ち、スイッチング素子１３のゲートに出力する。
スイッチング素子１３は、制御部１４の出力信号、即
ち、駆動回路１９の出力信号によって駆動され、共振回
路１０をスイッチングする。

【００４４】共振回路１０がスイッチングされることに
より、加熱コイル１１は昇圧されたＶC’の電圧が印加
されて駆動され、加熱コイル１１に電流ＩCOILが流れて
近傍の負荷（図示せず）が加熱される。

【００４５】この時、インバータ部９の電源電圧、即
ち、ＶC’が従来の電圧より高いため、設定電力が大き
い場合でも周波数が低下することなく、加熱コイル１１
電流ＩCOILが大きくなる。この様子を、図２（ｂ）のＶ
CEとＩCOILの波形で示している。設定電力が大きい場合
を示す実線の波形は、設定電力が小さい場合を示す破線
の波形と比べ、周波数が変わらず、波高値が大きくなっ
ている。

【００４６】上述の説明において、昇圧回路の構成をコ
イル、昇圧用スイッチング素子、昇圧用駆動回路、ダイ
オード、およびコンデンサとしたことにより、最小限の
部品数で昇圧回路を構成でき、安価かつ小型に実現でき
るものである。

【００４７】しかしながら、他の構成でもよく、要は、
直流電圧を昇圧してインバータ部に供給することであ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の誘導加熱装
置によれば、整流回路とインバータ部の間に直流電圧を
昇圧する昇圧回路を設けたので、設定電力を大きくした
場合でも、加熱コイルの電流ＩCOILをその周波数を低下
させることなく、大きくすることができる。これによっ
て、加熱コイルの抵抗値Ｒも設定電力を大きくした場合
でも小さくなることがないので、加熱効率が低下するこ
とがなく、目的を達成できるものである。

【００４９】このため、従来の製品と比べ、大電力を出
力する製品を実現したり、あるいは、効率が向上したの
でスイッチング素子等の発熱部品の冷却を安価に、また
は小型に実現できる効果が得られるものである。

【００５０】さらに、昇圧回路の構成をコイル、昇圧用
スイッチング素子、昇圧用駆動回路、ダイオード、およ
びコンデンサとしたものである。これにより、最小限の
部品数で昇圧回路を構成でき、安価かつ小型に実現でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成図である。

【図２】本発明の一実施例の回路主要部の電圧・電流の
波形を示す図である。

【図３】従来例の回路構成図である。

【図４】従来例の回路主要部の電圧・電流の波形を示す
図である。

【符号の説明】

１ 商用電源 ２ 整流回路 ３ 昇圧回路 ４ コイル ５ 昇圧用スイッチング素子 ６ 昇圧用駆動回路 ７ ダイオード ８ コンデンサ ９ インバータ部 １０ 共振回路 １１ 加熱コイル １２ 共振コンデンサ １３ スイッチング素子 １４ 制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源（１）を直流電源に変換する整
   流回路（２）を備え、並列に接続される加熱コイル（１
   １）及び共振コンデンサ（１２）から成る共振回路（１
   ０）と、直流電源を高周波電流に変換するスイッチング
   素子（１３）とで構成され、前記加熱コイル（１１）の
   近傍に配置される負荷を加熱するインバータ部（９）を
   備え、このインバータ部（９）を制御する制御部（１
   ４）を備えた誘導加熱装置において、前記整流回路
   （２）と前記インバータ部（９）の間に直流電圧を昇圧
   する昇圧回路（３）を設けたことを特徴とする誘導加熱
   装置。
2. 【請求項２】 昇圧回路（３）は、コイル（４）と、昇
   圧用スイッチング素子（５）と、昇圧用スイッチング素
   子（５）を駆動する昇圧用駆動回路（６）と、ダイオー
   ド（７）と、コンデンサ（８）とから成る請求項１記載
   の誘導加熱装置。