JP2002260834A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲の電力可変ができ、スイッチング素子
の低ノイズ化及び低発熱化ができる誘導加熱装置を提供
する。 【解決手段】 スイッチング素子６の両端に発生する共
振電圧から同期パルス発生手段８より２種類の電圧を発
生させる。このとき、高電圧側をそのまま分圧し、低電
圧側にピークホールド機能を持たせる。検知回路１０に
より交流電源１の周波数を検知し、その結果を基に電源
周波数の零点から１／４周期後にピークホールドした電
圧を放電回路１１により放電させることにより、スイッ
チング素子６の駆動に必要な遅延時間分だけ早くに同期
パルスを欠損なく生成でき、かつ電力を広範囲に可変し
ても低ノイズで低発熱なスイッチング素子６の駆動がで
きる誘導加熱装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導加熱装置を図４に基づいて説
明する。図４において、１は交流電源、２は交流電源１
から供給された交流を直流に変換する整流回路、３は整
流回路２からの出力を平滑するフィルタ回路、４は負荷
に高周波磁界を発生させる加熱コイル、５は加熱コイル
４と共振回路を構成する共振コンデンサ、６は加熱コイ
ル４に共振電流を生成するスイッチング素子、７はスイ
ッチング素子６を保護するダイオード、９はフィルタ回
路３の電圧とスイッチング素子６の両端に発生する共振
電圧から同期パルスを生成する同期パルス生成手段、１
０は同期パルス生成手段９から生成された同期パルスに
よりスイッチング素子６の導通制御を行う駆動手段であ
る。

【０００３】以上の構成において、スイッチング素子６
のターンオフ後、加熱コイル４と共振コンデンサ５の共
振回路によりスイッチング素子６の両端に共振電圧が生
じる。同期パルス生成手段９では、共振電圧により生成
された電圧がフィルタ回路３により生成された電圧まで
低下した場合にスイッチング素子６の同期パルスを生成
し、駆動手段１０において一定時間の遅延をして、スイ
ッチング素子６のターンオン制御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の誘導加熱装置では、同期パルス生成手段９において
スイッチング素子６の両端に発生する共振電圧から生成
される電圧がフィルタ回路３から生成される電圧よりも
低いときには駆動手段１０が動作せず、その場合に装置
を連続動作させるには同期パルス生成手段９が動作しな
いときのために予め設定した同期パルスによりスイッチ
ング素子６を制御する。その場合、スイッチング素子６
からノイズが発生したり、スイッチング素子６の発熱が
上昇したりする課題を有していた。

【０００５】ここで、フィルタ回路３の電圧波形は、電
力を可変させた場合、例えば１０００Ｗ出力時と５００
Ｗ出力時では大きな差が生じない。しかし、スイッチン
グ素子６の両端に発生する共振電圧は、５００Ｗ出力時
は１０００Ｗ出力時に比べて大幅に低くなる。一般に誘
導加熱装置は最大電力発生時にスイッチング素子６の発
熱が最小になるように同期パルスを設定する。従って、
最大電力以下の電力を使用する場合ではフィルタ回路３
の電圧とスイッチング素子６の両端に発生する共振電圧
から生成される同期パルスは最大電力時に比べてズレが
生じ、スイッチング素子６からノイズが発生したり、ス
イッチング素子６の発熱量が上昇したりするという課題
を有していた。

【０００６】さらに、フィルタ回路３の電圧とスイッチ
ング素子６の両端に発生する共振電圧から同期パルスを
生成する際に、抵抗分圧により同期パルス生成手段９を
構成した場合、待機電力が増加する課題を有していた。

【０００７】本発明は、このような従来の課題を解決
し、電力低下時にも同期パルスのズレを生じさせず、か
つ待機電力を削減する誘導加熱装置を提供することを目
的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源を直流電
源に変換する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑す
るフィルタ回路と、高周波磁界を発生する加熱コイル
と、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデン
サと、前記加熱コイルと直列接続されたスイッチング素
子と、前記スイッチング素子と逆並列接続されたダイオ
ードと、前記スイッチング素子の両端に発生した電圧に
より２種類の電圧を発生させる同期パルス発生手段と、
前記同期パルス発生手段から前記スイッチング素子の同
期パルスを生成する同期パルス生成手段と、前記同期パ
ルス発生手段の電圧を放電する放電回路と、前記同期パ
ルス生成手段より生成された同期パルスにより前記スイ
ッチング素子を導通制御する駆動手段と、前記同期パル
ス発生手段は発生させる電圧の低電圧側をピークホール
ドし、高電圧側をそのままとしたとき、前記放電回路は
前記同期パルス発生手段のピークホールドした低電圧側
を放電させ、前記同期パルス発生手段の低電圧側と高電
圧側が交差するように放電制御する手段を備えたもので
ある。

【０００９】この請求項１の発明によれば、加熱コイル
と共振コンデンサが共振状態にある場合には、同期パル
ス発生手段の低電圧側をピークホールドし、高電圧側を
そのままとし、低電圧側が高電圧側よりも高くなった場
合に同期パルス生成手段により同期パルスが生成する。
また、共振電圧の最大値は交流電源と同期して変動す
る。しかし、各々の共振電圧の立ち上がりから共振の極
大点を経由して共振の極小点に至る時間はあまり変動し
ない。従って、同期パルス生成手段においては、たとえ
ば交流電源の零点から絶対最大値までは共振電圧の各々
立ち上がりに対して一定の同期パルスが生成できる。ま
た、交流電源の絶対最大値から零点までは同期パルス発
生手段のピークホールドされた低電圧側を放電回路によ
り同期パルス発生手段の高電圧側と低電圧側が交差する
ように放電することにより、スイッチング素子の同期パ
ルスが生成できる。この際に、交流電源の零点から絶対
最大値までに生成した同期パルスと同様の同期パルスが
生成できるように放電することにより交流電源の電源周
波数の１／４周期から１／２周期の間でも一定の同期パ
ルスが生成できる。また、電力を可変させた場合、共振
電圧の最大値が変動するが、やはり共振電圧の立ち上が
りから共振の極大点を経由して共振の極小点に至る時間
はあまり変動しないので、同様に一定の同期パルスが生
成できる。なお、駆動手段では遅延時間が存在するた
め、スイッチング素子の両端に発生した共振電圧の零点
または極小点で次のターンオンするためにはその遅延時
間分早く同期パルスを生成する必要がある。従って、そ
の遅延時間分早く同期パルスが生成できるように同期パ
ルス発生手段の回路定数を調整することにより、スイッ
チング素子が共振電圧の零点または極小点で次のターン
オンができるようになり、スイッチング素子に対して低
ノイズの発生で低発熱な駆動制御を行うことができる誘
導加熱装置が得られる。

【００１０】さらに、共振電圧１系統で同期パルス発生
手段を構成すると、従来より１系統の回路が減少した分
待機電力を削減できる誘導加熱装置が得られる。

【００１１】本発明の請求項２に記載の発明は、交流電
源の電源周波数を検知する検知回路と、交流電源を直流
電源に変換する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑
するフィルタ回路と、高周波磁界を発生する加熱コイル
と、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデン
サと、前記加熱コイルと直列接続されたスイッチング素
子と、前記スイッチング素子と逆並列接続されたダイオ
ードと、前記スイッチング素子の両端に発生した電圧に
より２種類の電圧を発生させる同期パルス発生手段と、
前記同期パルス発生手段から前記スイッチング素子の同
期パルスを生成する同期パルス生成手段と、前記同期パ
ルス発生手段の電圧を放電する放電回路と、前記同期パ
ルス生成手段より生成された同期パルスにより前記スイ
ッチング素子を導通制御する駆動手段からなり、前記同
期パルス発生手段は発生させる電圧の低電圧側をピーク
ホールドし、高電圧側をそのままとし、前記放電回路は
前記交流電源の零点から前記検知回路で検知した電源周
波数の１／４周期後に前記同期パルス発生手段のピーク
ホールドした低電圧側を放電させるように構成したもの
であり、スイッチング素子の両端に発生した共振電圧に
対して一定タイミングの同期パルスを生成することがで
きるという作用を有する。

【００１２】本発明の請求項３記載の発明は、請求項２
記載の発明において、前記同期パルス発生手段をコンデ
ンサカップリングにより構成したものであり、パルス発
生手段をコンデンサカップリングで構成することによ
り、同期パルス発生手段の待機電力を零にすることがで
きるという作用を有する。

【００１３】本発明の請求項４記載の発明は、交流電源
を直流電源に変換する整流回路と、前記整流回路の出力
を平滑するフィルタ回路と、高周波磁界を発生する加熱
コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コ
ンデンサと、前記加熱コイルと直列接続されたスイッチ
ング素子と、前記スイッチング素子と逆並列接続された
ダイオードと、前記スイッチング素子の両端に発生した
電圧により２種類の電圧を発生させる同期パルス発生手
段と、前記パルス発生手段から前記スイッチング素子の
同期パルスを生成する同期パルス生成手段と、前記パル
ス発生手段の電圧を放電する放電回路と、前記同期パル
ス生成手段より生成された同期パルスにより前記スイッ
チング素子を導通制御する駆動手段からなり、前記同期
パルス発生手段は発生させる電圧の低電圧側をピークホ
ールドし、高電圧側をそのままとし、前記放電回路は前
記同期パルス生成手段により生成した同期パルスにより
前記同期パルス発生手段のピークホールドされた低電圧
側を放電するように構成したものであり、簡単な構成
で、スイッチング素子の両端に発生した共振電圧に対し
て一定タイミングの同期パルスを生成できるという作用
を有する。

【００１４】本発明の請求項５記載の発明は、請求項４
記載の発明において、前記同期パルス発生手段をコンデ
ンサカップリングにより構成したものであり、パルス発
生手段をコンデンサカップリングで構成することによ
り、同期パルス発生手段の待機電力を零にすることがで
きるという作用を有する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１から図３を用いて説明する。

【００１６】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態における誘導加熱装置の構成を示すブロック図
である。図１において、１〜７までは図４と同様である
ので説明を省略する。８はスイッチング素子６の両端か
ら２種類の電圧を発生させ、低電圧側にはピークホール
ド機能を持たせ、高電圧側はそのままとした同期パルス
発生手段、９は同期パルス発生手段８より同期パルスを
生成する同期パルス生成手段、１０は同期パルス生成手
段９からの同期パルスによりスイッチング素子６の駆動
を制御する駆動手段、１１は交流電源１の電源周波数を
検知する検知回路、１２は検知回路１１の結果をもとに
同期パルス発生手段８のピークホールドされた低電圧側
を放電する放電回路である。

【００１７】以下に、図１、２を用いて同実施の形態１
における動作を説明する。

【００１８】図１において、まず駆動手段１０でスイッ
チング素子６をターンオンすると加熱コイル４に共振電
流が流れ、スイッチング素子６をターンオフすると加熱
コイル４と共振コンデンサ５の共振回路によりスイッチ
ング素子６の両端に共振電圧が発生する。同期パルス発
生手段８で共振電圧より２種類の電圧を発生させ、高電
圧側はそのまま分圧し、低電圧側はピークホールドす
る。そのピークホールドされた電圧が高電圧側の電圧よ
り高くなった場合、同期パルス生成手段９において同期
パルスが生成され、その同期パルスによりスイッチング
素子６がターンオンされる。なお、駆動手段１０では遅
延時間が存在するため、共振電圧の零点または極小点に
おいてスイッチング素子６をターンオンするためにはそ
の遅延時間分早く同期パルスを生成する必要がある。

【００１９】図２に共振電圧を交流電源１と同期させた
電圧波形を示す。図２において、交流電源１が零点であ
るときに共振電圧も零点となり、交流電源１が絶対最大
値のとき、共振電圧も最大値となる。即ち共振電圧波形
は交流電源１の電源周波数において交流電源１の絶対値
と同期している。交流電源１の零点から絶対最大値即ち
１／４周期までは、同期パルス発生手段８の高電圧側は
共振電圧と同様に変化するが、低電圧側はピークホール
ドしている為に共振電圧の極大点の分圧値を保持する。
そこで、同期パルス発生手段８の低電圧側が高電圧側よ
りも高くなったときに同期パルス生成手段９で同期パル
スを生成する。また、交流電源１の１／４周期から零点
即ち１／２周期までは、検知回路１１で検知した交流電
源１の電源周波数をもとに放電回路１２において同期パ
ルス発生手段８のピークホールドされた低電圧側を放電
し始める。そのとき、交流電源１の零点から１／４周期
までに生成した同期パルスと同様のタイミングになるよ
うに、ピークホールドされた電圧を放電させることによ
り交流電源１の１／４周期から１／２周期の間でも交流
電源１の零点から１／４周期の間と同様の同期パルスを
生成することができる。また、共振電圧の最大値は、交
流電源１の絶対値は電源周波数の周期と同期して変動
し、装置の電力可変によっても変動するが、共振電圧の
立ち上がりから共振の極大点を経由して共振の極小点に
至る時間は、あまり変動しない。従って、各々の共振電
圧に対して同期パルス発生手段８のピークホールドされ
た低電圧側は、高電圧側と一定のタイミングで交差する
ため、各々の共振電圧波形に対して共振電圧の極大点か
ら一定時間後に同期パルス生成手段９で同期パルスの生
成ができる。従って、共振電圧が発生している状態なら
ば、必ず同期パルスを生成できる。すなわち、駆動手段
１０の遅延時間分早く同期パルスが生成できるように同
期パルス発生手段８の回路定数を調整することにより共
振電圧の零点または極小点でスイッチング素子６のター
ンオンができるため、スイッチング素子６に対して低ノ
イズの発生で低発熱な駆動制御を行うことができる。

【００２０】さらに、共振電圧１系統で同期パルス発生
手段８を構成すると、従来より１系統の回路が減少した
分待機電力を削減できるという有利な効果が得られる。

【００２１】ここで、実施の形態１において、同期パル
ス発生手段８の２種類の電圧を発生させる際にコンデン
サによるカップリングを行うことにより、加熱コイル４
と共振コンデンサ５が共振時には、実施の形態１と同様
に同期パルス生成手段９において同期パルスが生成で
き、待機時には同期パルス発生手段８の待機電力を消費
しないという有利な効果が得られる。

【００２２】（実施の形態２）図３は本発明の第２の実
施の形態における誘導加熱装置の構成を示すブロック図
である。図３において、１〜７までは図４と同様である
ので説明を省略する。８はスイッチング素子６の両端か
ら２種類の電圧を発生させ、低電圧側にはピークホール
ド機能を持たせ、高電圧側はそのままとした同期パルス
発生手段、９は同期パルス発生手段８より同期パルスを
生成する同期パルス生成手段、１０は同期パルス生成手
段９で生成された同期パルスによりスイッチング素子６
の駆動を制御する駆動手段、１１は同期パルス生成手段
９で生成された同期パルスにより同期パルス発生手段８
のピークホールドされた低電圧側を放電する放電回路で
ある。

【００２３】図３において、まず駆動手段１０でスイッ
チング素子６をターンオンすると加熱コイル４に共振電
流が流れ、スイッチング素子６をターンオフすると加熱
コイル４と共振コンデンサ５の共振回路によりスイッチ
ング素子６の両端に共振電圧が発生する。同期パルス発
生手段８で共振電圧より２種類の電圧を発生させ、高電
圧側はそのまま分圧し、低電圧側はピークホールドす
る。そのピークホールドされた電圧が高電圧側より高く
なった場合、同期パルス生成手段９において同期パルス
が生成される。その同期パルスにより、同期パルス発生
手段８のピークホールドされた低電圧側を放電回路１１
により放電する。放電回路１１では、ピークホールドさ
れた低電圧側の電位を次の共振電圧が発生するまでの間
に、次の共振電圧でピークホールドされる電位よりも低
くなるように放電する。よって、必ず同期パルス発生手
段８の高電圧側と低電圧側が交わる点があるため、必ず
同期パルスが生成できる。また、共振電圧の最大値は、
交流電源１の電源周期と同期して変動し、装置の電力可
変によっても変動するが、共振電圧の立ち上がりから共
振の極大点を経由して共振の極小点に至る時間は、あま
り変動しない。従って、各々の共振電圧に対して同期パ
ルス発生手段８のピークホールドされた低電圧側は、高
電圧側と一定のタイミングで交差するため、各々の共振
電圧波形に対して共振電圧の極大点から一定時間後に同
期パルス生成手段９で同期パルスの生成ができる。従っ
て、共振電圧が発生している状態ならば、必ず同期パル
スを生成できる。また、駆動手段１０の遅延時間分早く
同期パルスが生成できるように同期パルス発生手段８の
回路定数を調整することにより共振電圧の零点または極
小点でスイッチング素子６のターンオンができるため、
スイッチング素子６に対して低ノイズの発生で低発熱な
駆動制御を行うことができる。

【００２４】なお、同期パルス生成手段９をコンパレー
タで構成すると、放電回路１１で同期パルス発生手段８
の低電圧側を放電する際に、電圧を零まで放電しないよ
うにすることにより、コンパレータの発振を防止できる
という有利な効果が得られる。

【００２５】また、放電回路１１は、駆動手段１０の出
力によって同期パルス発生手段８の低電圧側を放電して
も同期パルスで放電する場合と同様の効果が得られると
いう有利な効果が得られる。

【００２６】さらに、共振電圧１系統で同期パルス発生
手段８を構成すると、従来より１系統の回路が減少した
分待機電力を削減できるという有利な効果が得られる。

【００２７】ここで、実施の形態２において、同期パル
ス発生手段８の２種類の電圧を発生させる際にコンデン
サによるカップリングを行うことにより、加熱コイル４
と共振コンデンサ５が共振時には、実施の形態２と同様
に同期パルス生成手段９において同期パルスが生成で
き、待機時には同期パルス発生手段８の待機電力を消費
しないという有利な効果が得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、同期パル
ス発生手段のピークホールドした低電圧側を放電させる
ようにしたので、スイッチング素子の両端に発生した共
振電圧から必ず同期パルスを生成でき、また同期パルス
を駆動手段の遅延時間分早く生成することにより、共振
電圧の零点または極小点でスイッチング素子を駆動でき
るため、スイッチング素子を低ノイズの発生でかつ低発
熱に制御でき、かつ同期パルス発生手段が１系統の回路
であるので待機電力を削減できるという有利な効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による誘導加熱装置のブ
ロック図

【図２】（ａ）同装置における交流電源の波形図 （ｂ）同装置における共振電圧の波形図

【図３】本発明の実施の形態２による誘導加熱装置のブ
ロック図

【図４】従来の誘導加熱装置のブロック図

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 整流回路 ３ フィルタ回路 ４ 加熱コイル ５ 共振コンデンサ ６ スイッチング素子 ７ ダイオード ８ 同期パルス発生手段 ９ 同期パルス生成手段 １０ 駆動手段 １１ 検知回路 １２ 放電回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を直流電源に変換する整流回路
   と、前記整流回路の出力を平滑するフィルタ回路と、高
   周波磁界を発生する加熱コイルと、前記加熱コイルと共
   振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルと
   直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング
   素子と逆並列接続されたダイオードと、前記スイッチン
   グ素子の両端に発生した電圧により２種類の電圧を発生
   させる同期パルス発生手段と、前記同期パルス発生手段
   から前記スイッチング素子の同期パルスを生成する同期
   パルス生成手段と、前記同期パルス発生手段の電圧を放
   電する放電回路と、前記同期パルス生成手段より生成さ
   れた同期パルスにより前記スイッチング素子を導通制御
   する駆動手段と、前記同期パルス発生手段は発生させる
   電圧の低電圧側をピークホールドし、高電圧側をそのま
   まとしたとき、前記放電回路は前記同期パルス発生手段
   のピークホールドした低電圧側を放電させ、前記同期パ
   ルス発生手段の低電圧側と高電圧側が交差するように放
   電制御する手段を備えた誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 交流電源の電源周波数を検知する検知回
   路と、交流電源を直流電源に変換する整流回路と、前記
   整流回路の出力を平滑するフィルタ回路と、高周波磁界
   を発生する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を
   構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルと直列接続
   されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と逆
   並列接続されたダイオードと、前記スイッチング素子の
   両端に発生した電圧により２種類の電圧を発生させる同
   期パルス発生手段と、前記同期パルス発生手段から前記
   スイッチング素子の同期パルスを生成する同期パルス生
   成手段と、前記同期パルス発生手段の電圧を放電する放
   電回路と、前記同期パルス生成手段より生成された同期
   パルスにより前記スイッチング素子を導通制御する駆動
   手段からなり、前記同期パルス発生手段は発生させる電
   圧の低電圧側をピークホールドし、高電圧側をそのまま
   とし、前記放電回路は前記交流電源の零点から前記検知
   回路で検知した電源周波数の１／４周期後に前記同期パ
   ルス発生手段のピークホールドした低電圧側を放電させ
   るように構成した誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 前記同期パルス発生手段をコンデンサカ
   ップリングにより構成した請求項２記載の誘導加熱装
   置。
4. 【請求項４】 交流電源を直流電源に変換する整流回路
   と、前記整流回路の出力を平滑するフィルタ回路と、高
   周波磁界を発生する加熱コイルと、前記加熱コイルと共
   振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルと
   直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング
   素子と逆並列接続されたダイオードと、前記スイッチン
   グ素子の両端に発生した電圧により２種類の電圧を発生
   させる同期パルス発生手段と、前記パルス発生手段から
   前記スイッチング素子の同期パルスを生成する同期パル
   ス生成手段と、前記同期パルス発生手段の電圧を放電す
   る放電回路と、前記同期パルス生成手段より生成された
   同期パルスにより前記スイッチング素子を導通制御する
   駆動手段からなり、前記同期パルス発生手段は発生させ
   る電圧の低電圧側をピークホールドし、高電圧側をその
   ままとし、前記放電回路は前記同期パルス生成手段によ
   り生成した同期パルスにより前記同期パルス発生手段の
   ピークホールドされた低電圧側を放電するように構成し
   た誘導加熱装置。
5. 【請求項５】 前記同期パルス発生手段をコンデンサカ
   ップリングにより構成した請求項４記載の誘導加熱装
   置。