JP2002270361A - マグネトロン駆動用電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高調波電流を抑制できる安価なマグネトロン
駆動用電源を提供すること。 【解決手段】 第１、第２の半導体スイッチ７、８の中
点と第１、第２のダイオード５、６の中点の短絡、開放
を行う切り替え手段１５を備えることにより、電源電圧
に応じて半導体スイッチ７、８にダイオードを内蔵させ
るか否かを簡易に選択でき、コスト的に最適な回路構成
を実現でき、安価なマグネトロン駆動用電源を実現でき
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、電子レンジなどの
マグネトロンを負荷とするマグネトロン駆動用電源に関
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について
図面を用いて説明する。図５は、力率及び波形歪みを改
善した従来のマグネトロン駆動用電源の回路図である。
第１及び第２の半導体スイッチ７、８の直列接続体は第
１及び第２のダイオード５、６の直列接続体を各々並列
に接続している。ここで、半導体スイッチ７及び８は、
ＩＧＢＴなどのスイッチング素子とフライホイルダイオ
ード２５，２６を並列に併せた形で同一パッケージに構
成されることが多い。直列接続された第１及び第２の半
導体スイッチ７、８は第３及び第４のダイオード３、４
の直列接続体と並列接続している。ここで、第３及び第
４のダイオードは安価なダイオードブリッジ１４を用い
ることが多く、第３及び第４のダイオードと並列に接続
されている第１及び第２のダイオード５、６の直列素子
は、その接続点を、第３及び第４のダイオードの接続点
と互いに接続するように構成する。第３及び第４のダイ
オード３、４にはそれぞれ第１及び第２のコンデンサ
９、１０が接続されており、第３及び第４のダイオード
の５、６の接続点と第１及び第２の半導体スイッチ７、
８の接続点の間に商用電源１、フィルタ２及び高圧トラ
ンス１１が接続される構成となっている。高圧トランス
１１の２次巻き線出力は高圧整流回路１２に接続され、
マグネトロン１３に直流高電圧を印可する。マグネトロ
ン１３はこの直流高電圧によって２．４５ＧＨｚの電波
を発生する。

【０００３】また、この方式をさらに合理化した、安価
な方式として、図６に示す様に、第１及び第２の半導体
スイッチ７、８を半導体スイッチ単体で構成し、ダイオ
ードブリッジ１４内の第１及び第２のダイオードを第１
及び第２のフライホイルダイオードとして用いる方式が
提案されている。

【０００４】図７はインバータの各期間における電流が
流れる経路を示した図であり、図８はそれに対応した動
作波形図である。商用電源１の極性が図示の状態で半導
体スイッチ８がオン状態から説明をはじめる。この状態
では図７（ａ）に示すように商用電源１→フィルタ２→
高圧トランス１１の一次巻き線→第２の半導体スイッチ
８→第４の整流ダイオード４の経路で電流が流れ、図８
のＩ８に示す電流が半導体スイッチ８及び高圧トランス
１１の一次巻き線に流れることにより、高圧トランス１
１の一次巻き線にエネルギーを蓄積する。第２の半導体
スイッチ８を所定の時間でオフすると、高圧トランス１
１の一次巻き線電流は同一方向に流れるため、図７
（ｂ）に示すように商用電源１→フィルタ２→高圧トラ
ンス１１の一次巻き線→第１のダイオード５→第１のコ
ンデンサ９の経路で高圧トランス１１のエネルギーを第
１のコンデンサ９に充電する。この動作により、第１の
コンデンサ９には商用電源１の電圧を昇圧した電圧が蓄
えられる。高圧トランス１１の一次巻き線に蓄えられた
エネルギーを全て放出すると、図７（Ｃ）の経路が形成
され、第１のコンデンサ９の充電したエネルギーを、第
１のコンデンサ９→第１の半導体スイッチ７→高圧トラ
ンス１１の一次巻き線→商用電源１の経路で取り出す。
そして、第１の半導体スイッチ７を所定の時間でオフす
ると、高圧トランス１１の一次巻き線は同一方向に電流
を流すため、図７（ｄ）のように高圧トランス１１の一
次巻き線→商用電源１→第２のコンデンサ１０→第２の
ダイオード６の経路で電流が流れる。商用電源１の電圧
極性が図７と逆極性の場合は半導体スイッチ７、８、第
１及び第２のダイオード５、６、第３及び第４のダイオ
ード３、４及びコンデンサ９、１０の動作を入れ替える
だけで同様の動作をする。この一連の動作を２０〜５０
ｋＨｚで高周波動作させることにより、必要な出力を得
ることになる。

【０００５】上記の動作において、コンデンサ９、１０
は半導体スイッチ７、８のオンオフによって高圧トラン
ス１１の一次巻き線に高周波電流を発生させるインバー
タ動作と商用電源１の電圧に対して昇圧した電圧をコン
デンサ９、１０に発生させる動作を兼用できるような容
量に設計され、コンデンサ９、１０の容量は相等しい容
量で構成されている。この結果商用電源１の電圧極性が
図示の場合はコンデンサ９に商用電源１の電圧を昇圧し
た電圧を蓄え、商用電源の極性が図示した場合と逆極性
の場合はコンデンサ１０に商用電源１の電圧を昇圧した
電圧を蓄える動作をする。したがって、商用電源１の電
圧極性によらずコンデンサ９、１０に発生する電圧を等
しくすることができるので、商用電源１の電流は正負対
称な波形とすることができる。そしてこのような動作を
継続することで図９に示すように商用電源１の周期に対
してコンデンサ９、１０の電圧波形は商用電源１の電圧
極性に応じて昇圧した電圧を発生する。このため高圧ト
ランス１１の一次巻き線に流れる電流の包絡線波形はＶ
１１（Ｌｐ）に示すような波形となる。この電圧を高圧
電圧は昇圧してマグネトロン１３に印可するのでマグネ
トロン１３に印可する電圧はＶ１３に示すような、常に
発振電圧以上の電圧を維持することが可能となる。この
結果、入力電流Ｉ１は商用電源１のいずれの期間におい
ても電流を流すことができ、力率改善、高調波抑制を実
現できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のマグネトロン駆動用電源においては、電源電圧及び
出力電力により、半導体素子の耐圧が決まることから、
電源電圧により半導体の耐圧を変える必要が生じてく
る。特に、半導体スイッチ７、８が駆動する前の待機状
態では、電源１と第３及び第４のダイオード３，４とコ
ンデンサ９，１０により、倍電圧回路が形成されるた
め、半導体スイッチ７、８には、電源電圧のピークの２
倍の電圧がかかることになる。この電圧は動作中に半導
体スイッチ７、８にかかる電圧よりも大きい場合があ
り、この起動前電圧により半導体スイッチの耐圧が決定
されることになる。そこで、電源１の電圧により半導体
スイッチ７、８の耐圧を変える必要がある。

【０００７】ここで、図５の構成を取る場合には、ダイ
オードブリッジ１４の耐圧を半導体スイッチ７、８の耐
圧に併せる必要があり、電源１の電圧が高い場合には、
コストアップにつながる回路構成となる。

【０００８】一方、図６の構成をとる場合、ダイオード
ブリッジ１４の起動前電圧は、半導体スイッチ７、８の
１／２になるため、半導体スイッチ７、８の耐圧より小
さい素子を用いることが可能となる。しかし、電源１の
電圧が低い場合すなわち、耐圧の低い半導体スイッチ
７、８を用いることが可能な場合は、図５の構成よりも
コストアップにつながることになる。

【０００９】また、電源１の電圧により異なるパターン
を持った２種類の基板を用いると、それ自体でコストア
ップにつながる課題が生じることになる。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するもので、電
源１の電圧に応じて、簡易に回路構成を選択できる安価
なマグネトロン駆動用電源を提供することを目的として
いる。

【００１１】

【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、第１及び第２の半導体スイッチの直列接続
体と、前記第１及び第２の半導体スイッチに各々逆並列
してなる第１及び第２のダイオードと、前記半導体スイ
ッチに並列接続される第３及び第４のダイオードの直列
接続体と、前記３及び第４のダイオードに各々並列に接
続される第１及び第２のコンデンサと、前記第１及び第
２の半導体スイッチの接続点と第３及び第４のダイオー
ドの接続点間に接続され、互いに直列に接続される商用
電源及び高圧トランスの１次巻き線と、前記高圧トラン
スの２次側出力に接続される高圧整流回路及びマグネト
ロンからなり、前記第１、第２の半導体スイッチの中点
と前記第１、第２のダイオードの中点の短絡、開放を行
う切り替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン
駆動用電源としている。

【００１２】これにより、電源電圧に応じて半導体スイ
ッチにダイオード内蔵させるか否かを簡易に選択でき、
コスト的に最適な回路構成を実現でき、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、第１及
び第２の半導体スイッチの直列接続体と、前記第１及び
第２の半導体スイッチに各々逆並列してなる第１及び第
２のダイオードと、前記半導体スイッチに並列接続され
る第３及び第４のダイオードの直列接続体と、前記３及
び第４のダイオードに各々並列に接続される第１及び第
２のコンデンサと、前記第１及び第２の半導体スイッチ
の接続点と第３及び第４のダイオードの接続点間に接続
され、互いに直列に接続される商用電源及び高圧トラン
スの１次巻き線と、前記高圧トランスの２次側出力に接
続される高圧整流回路及びマグネトロンからなり、前記
第１、第２の半導体スイッチの中点と前記第１、第２の
ダイオードの中点の短絡、開放を行う切り替え手段を備
えたことを特徴とするマグネトロン駆動用電源としてい
る。

【００１４】これにより、電源電圧に応じて半導体スイ
ッチにダイオード内蔵させるか否かを簡易に選択でき、
コスト的に最適な回路構成を実現でき、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。

【００１５】請求項２に記載の発明は、第１及び第２の
半導体スイッチの直列接続体と、前記第１及び第２の半
導体スイッチに各々逆並列してなる第１及び第２のダイ
オードと、前記半導体スイッチに並列接続される第３及
び第４のダイオードの直列接続体と、前記３及び第４の
ダイオードに各々並列に接続される第１及び第２のコン
デンサと、前記第１及び第２の半導体スイッチの接続点
と第３及び第４のダイオードの接続点間に接続され、互
いに直列に接続される商用電源及び高圧トランスの１次
巻き線と、前記高圧トランスの２次側出力に接続される
高圧整流回路及びマグネトロンからなり、前記第１、第
２のダイオードの中点が、前記第１及び第２の半導体ス
イッチまたは前記第３及び第４のいずれか一方に短絡す
る切り替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン
駆動用電源としている。

【００１６】これにより、電源電圧に応じて半導体スイ
ッチにダイオード内蔵させるか否かを簡易に選択でき、
コスト的に最適な回路構成を実現でき、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。

【００１７】請求項３に記載の発明は、特に請求項１ま
たは２に記載の切り替え手段が、ジャンパー線であらか
じめ行うことを特徴とするマグネトロン駆動用電源とし
ている。

【００１８】これにより、簡易な方法でしかも確実に切
り替えが行えることになり、安価なマグネトロン駆動用
電源を実現できるものである。

【００１９】

【実施例】（実施例１）本発明の第１の実施例について
図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１は本実施例のマグネトロン駆動用電源
の回路構成図である。第１及び第２の半導体スイッチ
７、８の直列接続体は第１及び第２のダイオード５、６
の直列接続体と並列に接続している。また、直列接続さ
れた第１及び第２の半導体スイッチ７、８は第３及び第
４のダイオード３、４の直列接続体を並列接続してい
る。第３のダイオード３及び第４のダイオード４にはそ
れぞれ第１及び第２のコンデンサ９、１０が接続されて
おり、第３及び第４の整流ダイオードの３、４の接続点
と第１及び第２の半導体スイッチ７、８の接続点の間に
商用電源１、フィルタ２及び高圧トランス１１が接続さ
れる構成となっている。ここで、第１から第４のダイオ
ードは一つのパッケージに収められダイオードブリッジ
１４を構成している。また、第１及び第２のダイオード
の接続点と第１及び第２の接続点間には、第１の切り替
え手段１５が接続されている。高圧トランス１１の２次
巻き線出力は高圧整流回路１２に接続され、マグネトロ
ン１３に直流高電圧を印可する。マグネトロン１３はこ
の直流高電圧によって２．４５ＧＨｚの電波を発生す
る。また、図２に各半導体間の接続図の例を示してい
る。

【００２１】本実施例の動作に関しては従来例と同一で
あるためここでは説明を省略する。

【００２２】ここで、電源１の電圧が低い場合、例えば
１００〜１２０Ｖ電源の場合には、駆動前に第１及び第
２の半導体スイッチ７、８には５００Ｖ以下の電圧しか
発生せず、また動作時の電圧はこの電圧よりも低くなる
ため、６００Ｖ耐圧の半導体スイッチを用いることが可
能である。この際、適したダイオードは６００Ｖ耐圧の
ものになり、結果第１及び第２の半導体スイッチ７，８
は第１及び第２のフライホイルダイオードを内蔵しない
構成が最も安価であるため、第１の切り替え手段１５に
より、接続点を短絡することになる。一方、電源１の電
圧が高い場合、例えば２００Ｖ〜２４０Ｖ電源の場合に
は、駆動前電圧が７００Ｖ前後になるため、第１及び第
２の半導体スイッチは７、８には、８００〜９００Ｖ程
度の耐圧が必要になる。また、実働時の第１及び第２の
半導体スイッチ７、８の素子電圧は５００Ｖ程度であ
る。そこで、第１及び第２の半導体スイッチ７、８に第
１及び第２のフライホイルダイオード２５、２６を内蔵
させ、ダイオードブリッジ１４は、フライホイルダイオ
ードを共用させない構成をとり、６００Ｖ耐圧のダイオ
ードブリッジ１４を用いることが、安価な構成となる。
そこで、第１の切り替え手段１５により、接続点を開放
することになる。このように、電源１の電圧に応じて、
第１の切り替え手段１５を用いて２つの回路方式を切り
替えることが可能になり、広い電源電圧範囲において共
通の基板を用いることが可能になる。このことにより、
設計の簡素化やマスメリットによる価格低下などが期待
でき、また部品構成も最も安価な構成を選択できること
になる。

【００２３】以上のように本実施例によれば、第１及び
第２のダイオードの接続点５，６と第１及び第２の半導
体スイッチ７、８の接続点間に第１の切り替え手段１５
を設け、使用する電源１の電圧により第１の切り替え手
段１５により接続を切り替えることにより、安価な半導
体素子の組み合わせをつかうことができ、安価なマグネ
トロン駆動用電源を実現できるものである。

【００２４】（実施例２）本発明のマグネトロン駆動用
電源の第２の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

【００２５】図３は本実施例のマグネトロン駆動用電源
の回路構成図である。本実施例が実施例１の構成と異な
るのは、第１及び第２のダイオードの接続点が、第２の
切り替え手段１６により、第１及び第２の半導体スイッ
チ７、８の接続点、あるいは第３及び第４のダイオード
５、６の接続点の一方に接続している点である。図４に
各半導体間の接続図の例を示す。本実施例の動作に関し
ては従来例と同一であるため説明を省略する。

【００２６】ここで、電源１の電圧が低い場合、例えば
１００〜１２０Ｖ電源の場合には、駆動前に第１及び第
２の半導体スイッチ７、８には５００Ｖ以下の電圧しか
発生せず、また動作時の電圧はこの電圧よりも低くなる
ため、６００Ｖ耐圧の半導体スイッチを用いることが可
能である。この際、適したダイオードは６００Ｖ耐圧の
ものになり、結果第１及び第２の半導体スイッチ７，８
は第１及び第２のフライホイルダイオードを内蔵しない
構成が最も安価であるため、第２の切り替え手段１６に
より、接続点を短絡することになる。一方、電源１の電
圧が高い場合、例えば２００Ｖ〜２４０Ｖ電源の場合に
は、駆動前電圧が７００Ｖ前後になるため、第１及び第
２の半導体スイッチは７、８には、８００〜９００Ｖ程
度の耐圧が必要になる。また、実働時の第１及び第２の
半導体スイッチ７、８の素子電圧は５００Ｖ程度であ
る。そこで、第１及び第２の半導体スイッチ７、８に第
１及び第２のフライホイルダイオード２５、２６を内蔵
させ、ダイオードブリッジ１４は、フライホイルダイオ
ードを共用させない構成をとり、６００Ｖ耐圧のダイオ
ードブリッジ１４を用いることが、安価な構成となる。
そこで、第２の切り替え手段１６により、第１及び第２
のダイオードの接続点を第３及び第４のダイオードの接
続点を短絡することになる。このような接続をすること
でダイオードブリッジ１４の電流がダイオード１個当た
りおよそ１／２になるため、ダイオードブリッジ１４の
損失も併せて減少させることが可能になる。このよう
に、電源１の電圧に応じて、第２の切り替え手段１６を
用いて２つの回路方式を切り替えることが可能になり、
広い電源電圧範囲において共通の基板を用いることが可
能になる。このことにより、設計の簡素化やマスメリッ
トによる価格低下などが期待でき、また部品構成も最も
安価な構成を選択できることになる。

【００２７】以上のように本実施例によれば、第１及び
第２のダイオードの接続点５，６に第１及び第２の半導
体スイッチ７、８の接続点あるいは第３及び第４のダイ
オードの接続点に接続される第２の切り替え手段１６を
設け、使用する電源１の電圧により第２の切り替え手段
１６により接続を切り替えることにより、安価な半導体
素子の組み合わせをつかうことができ、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。

【００２８】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。

【００２９】本実施例の構成は図１、図３と同様な構成
をとるため説明を省略する。本実施例では、切り替え手
段として特にジャンパー線を使用する点が異なってい
る。

【００３０】上記構成における動作について説明する。
本実施例では第１の切り替え手段１５あるいは第２の切
り替え手段１６として特にジャンパー線による切り替え
を行っている。これは、通常、マグネトロン駆動用電源
を電子レンジ等に搭載する場合、あらかじめ電源１の電
圧は分かっており、かつその電圧に併せて半導体の組み
合わせが選択されるため、基板の作成段階で基板上のジ
ャンパー線での切り替え方向が分かっており、最も確実
で、安価な切り替え方法であるからである。

【００３１】以上の様に本実施例によれば、第１の切り
替え手段１５あるいは第２の切り替え手段１６として、
ジャンパー線による切り替えを行うことで、簡易でしか
も確実な切り替えが行えることになり、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。

【００３２】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、第１及び第２のダイオードの接
続点と第１及び第２の半導体スイッチの接続点間に第１
の切り替え手段を設け、使用する電源１の電圧により第
１の切り替え手段により接続を切り替えることにより、
安価な半導体素子の組み合わせをつかうことができ、安
価なマグネトロン駆動用電源を実現できるものである。

【００３３】また、請求項２記載の発明によれば、第１
及び第２のダイオードの接続点に第１及び第２の半導体
スイッチの接続点あるいは第３及び第４のダイオードの
接続点に接続される第２の切り替え手段を設け、使用す
る電源１の電圧により第２の切り替え手段により接続を
切り替えることにより、安価な半導体素子の組み合わせ
をつかうことができ、安価なマグネトロン駆動用電源を
実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるマグネトロン駆
動用電源の回路構成図

【図２】同マグネトロン駆動用電源の半導体の接続を示
す図

【図３】本発明の第２の実施例におけるマグネトロン駆
動用電源の回路構成図

【図４】同マグネトロン駆動用電源の半導体の接続を示
す図

【図５】従来のマグネトロン駆動用電源の回路構成図

【図６】従来のマグネトロン駆動用電源の他の回路構成
図

【図７】従来のマグネトロン駆動用電源の動作モードを
示す図

【図８】従来のマグネトロン駆動用電源の各部波形を示
す図

【図９】従来のマグネトロン駆動用電源の各部波形を示
す他の図

【符号の説明】

１ 電源 ２ フィルタ ３ 第３のダイオード ４ 第４のダイオード ５ 第１のダイオード ６ 第２のダイオード ７ 第１の半導体スイッチ ８ 第２の半導体スイッチ ９ 第１のコンデンサ １０ 第２のコンデンサ １１ 高圧トランス １２ 高圧整流回路 １３ マグネトロン １４ ダイオードブリッジ １５ 第１の切り替え手段 １６ 第２の切り替え手段 ２５ 第１のフライホイルダイオード ２６ 第２のフライホイルダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石尾 嘉朗 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 森川 久 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 酒井 伸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K086 AA02 BA08 CC01 CD02 DB03 DB11 FA03 FA04 FA05 5H750 AA00 BA01 BA05 CC02 CC06 CC11 DD02 EE04 JJ06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１及び第２の半導体スイッチの直列接
   続体と、前記第１及び第２の半導体スイッチに各々逆並
   列してなる第１及び第２のダイオードと、前記第１及び
   第２の半導体スイッチに並列接続される第３及び第４の
   ダイオードの直列接続体と、前記３及び第４のダイオー
   ドに各々並列に接続される第１及び第２のコンデンサ
   と、前記第１及び第２の半導体スイッチの接続点と第３
   及び第４のダイオードの接続点間に接続され、互いに直
   列に接続される商用電源及び高圧トランスの１次巻き線
   と、前記高圧トランスの２次側出力に接続される高圧整
   流回路及びマグネトロンからなり、前記第１、第２の半
   導体スイッチの中点と前記第１、第２のダイオードの中
   点の短絡、開放を行う切り替え手段を備えたことを特徴
   とするマグネトロン駆動用電源。
2. 【請求項２】 第１及び第２の半導体スイッチの直列接
   続体と、前記第１及び第２の半導体スイッチに各々逆並
   列してなる第１及び第２のダイオードと、前記第１及び
   第２の半導体スイッチに並列接続される第３及び第４の
   ダイオードの直列接続体と、前記３及び第４のダイオー
   ドに各々並列に接続される第１及び第２のコンデンサ
   と、前記第１及び第２の半導体スイッチの接続点と第３
   及び第４のダイオードの接続点間に接続され、互いに直
   列に接続される商用電源及び高圧トランスの１次巻き線
   と、前記高圧トランスの２次側出力に接続される高圧整
   流回路及びマグネトロンからなり、前記第１、第２のダ
   イオードの中点が、前記第１及び第２の半導体スイッチ
   または前記第３及び第４のいずれか一方に短絡する切り
   替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン駆動用
   電源
3. 【請求項３】 切り替え手段は、ジャンパー線であらか
   じめ行うことを特徴とする請求項１または２記載のマグ
   ネトロン駆動用電源。