JP2005149828A

JP2005149828A - 高周波加熱装置

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Publication number: JP2005149828A
Application number: JP2003383523A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yasui; 健治安井; Tomotaka Nobue; 等隆信江; Keiichi Sato; 圭一佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】インピーダンス整合が満たされていない条件であっても高周波インバータの耐圧破壊や熱的損傷を防止すること。
【解決手段】直流電圧源１と、高周波を発生する高周波インバータ９と、高周波インバータ９の出力電力を検出する電力検知回路１４と、整合回路１５と、平行板電極１９とを備え、直流電圧源１はフライバックコンバータ７とフライバックコンバータ制御部２２によって構成し、反射電力が大きくインピーダンス整合がとれていない状態の時にはフライバックコンバータ７の出力電圧を低くするべくフライバックコンバータ制御部の発振周波数を高くする構成で、直流電圧源１の出力電圧を低く抑えることができるのでインピーダンス整合が満たされていない条件であっても高周波インバータ９での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は業務用や一般家庭用として使用される高周波による解凍や高周波誘電加熱によって食品などを加熱調理する高周波加熱装置に関するものである。

従来、この種の高周波加熱装置としては、図１４に示すようなものあった（例えば、特許文献１）。

図１４において、高圧電源１００および高周波発振器である高周波電源１０１によって、加熱室１０２内の上部電極板１０３と下部電極板１０４の間に高周波の高電圧を供給し、両電極板の間に高周波電界を生じさせることによって、両電極板の間に挿入した被加熱物１０５の誘電加熱を行わせるものであった。そして、このような動作は制御回路１０６で制御される。

このような高周波加熱装置では、高周波電源１０１の出力インピーダンス、上部、下部の電極板１０３、１０４のインピーダンス及び途中の給電線の特性インピーダンスは、必ずしも一致しないので、高周波電源１０１から負荷への電力を効率よく伝えるためにはインピーダンス整合回路が必要となる。

図１５に示すインピーダンス整合回路は、特許文献１に記載された高周波加熱装置において、従来の技術として示されている共振コンデンサ１０７、共振用可変コイル１０８を直列に接続し、この回路を、高周波トランス１０９を介して高周波電源１０１に接続した構成である。そして、端子Ｖ１、Ｖ２にコンデンサと抵抗の直列回路とみなすことができる被加熱物１０５を接続する。その上で、共振用可変コイル１０８の損失を低減させつつ、両電極板１０３、１０４に電力を供給するという効果をあげるものであった。

しかしながら、このような構成の高周波加熱装置の高周波電源においては、一般に高周波発振回路の出力が微弱であることが考えられる。すなわち、発振回路の高周波出力は微弱であるため、そのまま加熱用電力を得ることはできない。このためいくつかの電力増幅回路を経て、食品の加熱に必要な電力まで増幅する構成にしなければならない。例えば、従来の家庭用電子レンジと同等あるいはそれ以上の解凍能力を得ようとすると上部と下部の電極に与える電力としては２００Ｗないしは３００Ｗ程度の電力を必要とする。

しかしながら、加熱する負荷となる被加熱物である食品はその形状、種類は多種多様であり、その種類形状によって電極間のインピーダンスは大きく変化する。従って、インピーダンス整合回路を調整せずに食品を電極間に挿入した状態において、主電力増幅器から見た負荷インピーダンスは必ずしも適正な値になっているとは限らない。

この状態で主電力増幅器が２００Ｗないし３００Ｗの電力を出力しようとすると、主電力増幅器に備えられた半導体スイッチ素子に発生する電圧がその素子耐圧を超えてしまう、あるいは、スイッチング損失が非常に大きい状態で動作することが継続し、半導体スイッチ素子の熱破壊を招くという問題点が考えられる。
特開平８−２５５６８２号公報

上記背景技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、インピーダンス整合が満たされていない条件であっても高周波インバータの耐圧破壊や熱的損傷を防止し、高周波加熱装置の信頼性を向上させることにある。

前記目的を達成するために本発明の高周波加熱装置は、整合回路においてインピーダンス整合が確立していない、あるいは何らかの理由でインピーダンス整合がとれず反射電力が大きい場合には直流電圧源の出力電圧が低くなるように直流電圧源に備えられたフライバックコンバータの発振周波数を高くするように制御する構成にしたものである。

これによって、直流電圧源の出力電圧が低くなるので、この出力を受けて高周波を発生する高周波インバータの出力も併せて低くなる。この結果、高周波インバータに備えられた半導体スイッチ素子での発生損失が少なくなり、インピーダンス整合がとれていない状態でも半導体スイッチ素子にかかる電圧がその素子耐圧を超えることなく、また、半導体スイッチ素子のスイッチング損失の増大を抑制することが可能となる。

本発明の高周波加熱装置は、インピーダンス整合がとれていない等の状態においても高周波インバータの半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できるので、半導体スイッチ素子のスイッチング損失が増大し熱的な破壊を招くことを防止し、信頼性の高い高周波加熱装置を実現することが可能になる。

第１の発明は、直流電圧源と、前記直流電圧源の出力電圧を受け、半導体スイッチ素子のオンオフによって高周波を発生する高周波インバータと、前記高周波インバータから出力される電力を検出する電力検知回路と、整合回路と、少なくとも一方が可動する電極とを備え、前記整合回路は前記電力検知回路と前記電極の間に挿入接続されインピーダンス整合をとるように可変インダクタおよび可変コンデンサによって構成され、前記直流電圧源はフライバックコンバータとフライバックコンバータ制御部によって構成し、前記電力検知回路によって検出される反射電力が大きくインピーダンス整合がとれていない状態の時にはフライバックコンバータの出力電圧を低くするべく前記フライバックコンバータ制御部の発信周波数を高くする構成としたものである。

これによって、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できるので熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の電力検知回路によって検知される反射電力が所定値より大なるときはフライバックコンバータ制御部の発振周波数を高く切り替えて出力電圧を低くする構成としたものである。これにより、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の高周波加熱装置において加熱調理開始時にはフライバックコンバータ制御部の発振周波数を所定値より高く設定し、フライバックコンバータの出力電圧を低くするとともに、整合回路によってインピーダンス整合が確立した後に発振周波数を所定の値に切り替えて定常出力を得る構成としたものである。これにより、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

第４の発明は、特に第１の発明のフライバックコンバータは商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され昇圧トランスと共振コンデンサからなる共振回路と、前記共振回路を励振する半導体スイッチ素子と、昇圧トランスの出力を整流する出力整流回路を備え、電力検知回路によって検出される反射電力が大きくインピーダンス整合がとれていない状態の時は共振コンデンサの容量を大なるように切り替える構成としたものである。

これにより、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

第５の発明は、特に第４の発明における共振コンデンサの容量切り替えは、リレーにて行う構成としたことにより、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

第６の発明は、特に第４の発明における共振コンデンサの容量切り替えは、トライアックにて行う構成としたことにより、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

第７の発明は、特に第１の発明のフライバックコンバータは商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され昇圧トランスと共振コンデンサからなる共振回路と、前記共振回路を励振する半導体スイッチ素子と、昇圧トランスの出力を整流する出力整流回路を備えるとともに、前記昇圧トランスの昇圧比を切り替える昇圧比切り替え手段を有し、電力検知回路によって検出される反射電力が大きくインピーダンス整合がとれていない状態の時は前記昇圧比切り替え手段によって昇圧トランスの昇圧比が低くなるよう切り替える構成としたものである。

第８の発明は、特に第７の発明における昇圧トランスの出力巻線に中間タップを設け、昇圧比切り替え手段は前記中間タップと出力巻線の一端を接続することで昇圧比を切り替える構成としたことにより、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

第９の発明は、特に第７の発明における昇圧トランスの入力巻線に中間タップを設け、昇圧比切り替え手段は前記中間タップと入力巻線の一端を接続することで昇圧比を切り替える構成としたことにより、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータの出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

以上のように本発明は、第１の発明から第９の発明を実施の形態の要部とすることにより本発明の目的を達成できるので、各請求項に対応する実施の形態の詳細を、以下に図面を参照しながら説明し、本発明を実施するための最良の形態の説明とする。なお、本発明は本実施の形態により限定されるものではない。また、本各実施の形態の説明において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における高周波加熱装置の電気回路図である。直流電圧源１は商用電源２の交流電圧を整流回路３によって直流電圧に変換する。この直流電圧は、昇圧トランス４と共振コンデンサ５で構成される共振回路と、この共振回路をオンオフ動作によって励振するＩＧＢＴとフライホイールダイオードからなる逆導通可能な半導体スイッチ素子６を備えたフライバックコンバータ７によって数十ｋＨｚの高周波電圧に変換される。

そして、この高周波電圧は、ダイオードとチョークコイルと平滑コンデンサを備えた出力整流回路８によって直流電圧Ｖｏに整流される。この直流電圧Ｖｏは、高周波インバータ９に供給される。高周波インバータ９は、氷と水の電力吸収が同等な例えば１３．５６ＭＨｚで発振し、半導体スイッチ素子１１を駆動する発振部１２と半導体スイッチ素子１１のオンオフによって励起されるインダクタおよびコンデンサからなる共振ネットワーク１３によって構成され、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を発生する。

電力検知回路１４は、前記高周波電力を受けて高周波インバータ９から整合回路１５に入射する入射電力と整合回路１５から高周波インバータ９に反射する反射電力を計測する。整合回路１５は、可変インダクタ１６と可変コンデンサ１７によって構成され、インピーダンス整合をとるべく整合駆動部１８によって点線矢印のように適宜可変インダクタ１６および可変コンデンサ１７の値を調整する。

整合回路１５の出力は、加熱室１０内に上下に設置された電極である一対の平行板電極１９に供給され、平行板電極１９の間に挿入された被加熱物である食品２０を高周波誘電加熱する。また、平行板電極１９は電極駆動部２１によって食品２０の厚みに応じた位置に制御される。

図２は、直流電圧源１の出力電圧Ｖｏと電力検知回路１４によって検出される入射電力から反射電力をさし引いた電力、すなわち、高周波インバータ９から整合回路１５以降に有効に伝達される電力の関係を示した図ある。この図に示すように出力電圧Ｖｏが上昇するとそれに応じて高周波インバータ９の出力電力も増加する。

また、その関係は整合回路１５の働きによる整合状態によってもその特性は異なったものとなり、インピーダンスの条件によって２−（１）から２−（３）の状態まで変化する。従って、高周波インバータ９の出力電力を安定させるためには、直流電圧源１の出力電圧Ｖｏを帰還制御する必要がある。

図１においてフライバックコンバータ制御部２２は、点線矢印で示すように電力検知回路１４の検出する反射電力の情報によってフライバックコンバータ７の動作周波数を決定するように働き、その結果、直流電圧源１の出力電圧を制御する。一方、高周波インバータ９の出力電力と半導体スイッチ素子１１に印加する電圧Ｖ_DSの関係は図３に示すごとくなる。

整合回路１５が適切な状態で整合条件が満たされているときは、３−（１）の関係であるので定格出力状態においても半導体スイッチ素子１１に印加される電圧はその素子耐圧を超える電圧とはならないが、整合条件が整っていない状態ではその関係が３−（２）あるいは３−（３）のようになる。高周波インバータ９の出力電力Ｐｏにおける半導体スイッチ素子１１の印加電圧Ｖ_DSを図４に示す。

図４中の（Ａ）から（Ｃ）の半導体スイッチ素子１１の印加電圧Ｖ_DSは図３中の（Ａ）から（Ｃ）の条件に相当する。整合状態である（Ａ）の条件では半導体スイッチ素子１１に印加する電圧Ｖ_DSはその素子耐圧を越えることなく、また、ターンオンの時点もＶ_DSが残った状態でターンオンすることなく良好な動作波形を示している。しかしながら、整合条件が崩れ（Ｂ）の動作条件となったときはＶ_DSが上昇し、その素子耐圧に近い電圧が印加され、これ以上インピーダンス整合の条件が悪くなると素子耐圧を越えてしまう懸念がある。

さらにまた、（Ｃ）の動作条件となったときは半導体スイッチ素子１１の印加電圧Ｖ_DSのピーク電圧自体は低くなっているので素子耐圧を越える可能性はないが、ターンオン時に電圧がかかった状態でターンオン動作している。このため、ターンオン時に半導体スイッチ素子１１に急峻なピークを持つ短絡電流が流れスイッチング損失が非常に増大し、この状態で動作を継続すると熱的な損傷を受ける懸念がある。

そこで、本実施の形態においてはこのような条件を電力検知回路１４の点線矢印で示す反射電力の情報によってフライバックコンバータ制御部２２が判断し、直流電圧源１の動作周波数を高くすることによってその出力電圧Ｖｏを低めにし、高周波インバータ９の出力を絞っている。この結果、半導体スイッチ素子１１に印加される電圧は、整合条件が崩れた状態であっても図３に示す（Ｂ）’、（Ｃ）’という状態なので半導体スイッチ素子１１の素子耐圧を越えたり、スイッチング損失の大幅な増加による熱的損傷を防ぐことができるようになる。

図５は、本実施の形態におけるフライバックコンバータ制御部２２の内部回路図を示したものである。発振回路２４は三角波状の電圧を発生するために発振用コンデンサ２７および抵抗２８、２９によってＣＲ発振回路を構成している。スイッチ３８は、このＣＲ発振回路を発振させる素子であり、そのオンオフのタイミングはＲ−Ｓフリップフロップ回路３３によって決定される。

Ｒ−Ｓフリップフロップ回路３３が信号を出力するタイミングは、ＣＲ発振回路の三角波電圧の最小値トリガ回路３７と半導体スイッチ素子６の印加電圧が略零となったことを検出する零電圧トリガ回路３５および三角波電圧の最大値トリガ回路３６と前記両回路の出力を入力するＯＲ回路３４によって決定される。

発振回路２４で形成された三角波は比較手段２５に出力され、基準電圧発生手段２３の電圧と比較してその状態に応じたパルス波形を駆動部２６に送り、駆動部２６はこの駆動パルスによってフライバックコンバータ７の半導体スイッチ素子６を駆動する。また、発振回路２４のＣＲ発振器にはコンデンサ３０とスイッチ３１が発振用コンデンサ２７に並列に接続されており、切り替え手段３２によってオンオフするようになっている。

このように構成されたフライバックコンバータ制御部２２の動作および作用について以下に説明する。

図６は、フライバックコンバータ制御部２２の各部の電圧を示したものであり、それぞれの電圧は図５中の信号線の添字を付した信号線の電圧波形に相当する。発振回路２４は三角波状の電圧波形Ｖ_COを出力し、比較手段２５で基準電圧発生手段２３の電圧Ｖ_REFと比較され、Ｖ_REF＞Ｖ_COとなっているときに、駆動部２６に駆動パルスＶ_Pを伝達する。この駆動パルスＶ_Pによって駆動部２６は、半導体スイッチ素子６に駆動信号Ｖ_Gを送りフライバックコンバータ７の出力電圧Ｖｏを制御する。

基準電圧発生手段２３は、電力検知回路１４から図１および図５の点線矢印で示すように反射電力の情報および入射電力の情報を得ることで、それに応じたＶ_REFを出力し、駆動パルスＶ_Pのパルス幅を変化させ、それに応じて発振回路２４はその発振周波数が変化する。この結果、フライバックコンバータ７はその出力電圧Ｖｏが制御される。また、切り替え手段３２は電力検知回路１４から図５の点線矢印で示すように反射電力の情報を得て、その情報に基づいてスイッチ３１をオンあるいはオフする。

これによって、発振回路２４に備えられたＣＲ発振器の発振周波数を切り替えることができるので、フライバックコンバータ７の出力電圧の制御が容易になる。図７は、切り替え手段３２によってＣＲ発振器の発振周波数を切り替えたとき（７−ａ）と切り替える前（７−ｂ）のＶ_COの波形を示したものである。インピーダンス整合の条件が満たされて安定しているときはスイッチ３１を閉じた状態とすることでフライバックコンバータ制御部２２の発振周波数を定常の状態とし、フライバックコンバータ７の出力電圧を定常出力に制御することができる。

この結果、高周波インバータ９は定常出力で動作するとができる。一方、反射電力が大きいときはスイッチ３１をオフすることによってフライバックコンバータ制御部２２の発振回路２４の電圧波形Ｖ_COの最高発振周波数を所定値より高く設定する。これによって、フライバックコンバータ７の出力電圧を低くし、高周波インバータ９の出力電力を低く抑えることができるようになる。

特に、調理開始の時においては平行板電極１９間に載置される食品２０の特性を特定できないので必ずしも整合条件が満たされているとは限らない。この状態でいきなり定常出力で動作させると非常に大きい反射電力を生じ、特に高周波インバータ９の半導体スイッチ素子１１の耐圧破壊や熱的な損傷を招いてしまう。

然るに本実施の形態では、反射電力が大きいときは直流電圧源１の出力電圧を低くするべくその発振周波数を高め、高周波インバータ９の出力電力を制限するので、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータ９の出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子１１での発生損失を軽減できるので熱的な破壊を招くことを防止し、信頼性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における高周波加熱装置の電気回路図である。本実施の形態は、実施の形態１と同様にインピーダンス整合の条件が満たされない状態での高周波インバータの耐圧破壊や熱的損傷を防止するために、直流電圧源の出力電圧を低く制御するためにフライバックコンバータに第２の共振コンデンサと共振コンデンサ切り替え手段を備えた構成の点で実施の形態１と異なり、それ以外の同一の構成並びに作用効果を奏するところには、同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

本実施の形態では、実施の形態１と同様にインピーダンス整合の条件が満たされない状態での高周波インバータ９の耐圧破壊や熱的損傷を防止するために、直流電圧源１の出力電圧を低く制御するためにフライバックコンバータ７において、共振コンデンサ５と並列に接続し、第２の共振コンデンサ３９とリレー等の共振コンデンサ切り替え手段４０の直列回路を備え、電力検知回路１４からの点線矢印で示す反射電力情報を得たフライバックコンバータ制御部２２の切り替え制御手段２２ａにより、共振コンデンサ切り替え手段４０を切り替え、フライバックコンバータ７の動作周波数を切り替えるように構成している。

図９（Ａ）、（Ｂ）と図１０を用いて共振コンデンサ切り替え手段４０によって直流電圧源１の出力電圧を低く制御する動作について説明する。図９（Ａ）、（Ｂ）は、フライバックコンバータ７の半導体スイッチ素子６の電圧波形ＶＣＥおよび電流波形ＩＣを共振コンデンサ切り替え手段４０の作動前、作動後について比較した図である。図９（Ａ）は、共振コンデンサ切り替え手段４０が作動前の動作波形であり、同（Ｂ）は共振コンデンサ切り替え手段４０の作動後の動作波形である。

この図では、同じ動作周波数で波形を記載しているが、同じ動作周波数であっても共振コンデンサ切り替え手段４０を作動させて共振コンデンサ容量を大きくすることによって共振コンデンサ５の発生電圧を低くすることができる。このため、昇圧トランス４の１次巻線に印加する電圧が低くなり、その結果、直流電圧源１の出力電圧Ｖｏを低くすることができる。

図１０は、共振コンデンサ５の容量を切り替えた時と切り替えていないときの動作周波数に対する出力電圧の関係を示した図である。このように共振コンデンサ切り替え手段４０によって共振コンデンサ５に第２の共振コンデンサ３９を付加して共振周波数を下げることによってある動作周波数に対する出力電圧Ｖｏは低くなる。

そして、ここからさらにフライバックコンバータ７の動作周波数をフライバックコンバータ制御部２２によって高くすることでさらに出力電圧を絞り、整合回路１４で整合条件が満たされていない状態においては高周波インバータ９に与える直流電圧を低くして、高周波インバータ９が出力する高周波電力を抑えるように動作する。このように動作することによって、特に、調理開始の時においては平行板電極１９間に載置される食品２０の特性を特定できないので必ずしも整合条件が満たされているとは限らない。この状態で、いきなり定常出力で動作させると非常に大きい反射電力を生じ、特に高周波インバータ９の耐圧破壊や熱的な損傷を招いてしまう。

然るに本実施の形態では、反射電力が大きいときは直流電圧源１の出力電圧を低くするべくその発振周波数を高め、高周波インバータ９の出力電力を制限するので、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータ９の出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子１１での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、安全性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

なお、本実施の形態では、共振コンデンサ切り替え手段４０を切り替えるのに、電力検知回路１４からの点線矢印で示す反射電力情報を得たフライバックコンバータ制御部２２の切り替え制御手段２２ａにより行う構成にしたが、電力検知回路１４からの点線矢印で示す反射電力情報を直接に利用して共振コンデンサ切り替え手段４０を切り替えるようにしてもよいものである。

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における高周波加熱装置の電気回路図である。本実施の形態は、前述の実施の形態２と同様に実施の形態１と異なり、さらに実施の形態２とはフライバックコンバータ７に備えられた共振コンデンサ切り替え手段４０をトライアックにて構成した点で異なるものである。従って、実施の形態１、２と同一の構成並びに作用効果を奏するところには、同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

本実施の形態は、コンデンサ切り替え手段４０をトライアックにて構成することによって、その駆動信号をオフするとその後でトライアック４０を流れる電流が負になると自己消弧し共振コンデンサ５の容量を切り替えることができる。

そして、共振コンデンサ切り替え手段４０に例えばリレーなどの機械接点を用いた場合と異なり、接点がごく短時間で接触、解放を繰り返すチャタリングの起こることがないので、フライバックコンバータ７を一旦停止することなく連続動作にて共振コンデンサ５の容量を切り替えることが可能となる。また、前述の実施の形態２と同様以下の効果も発揮することができる。

特に、調理開始の時においては平行板電極１９間に載置される食品２０の特性を特定できないので必ずしもインピーダンス整合の条件が満たされているとは限らない。この状態でいきなり定常出力で動作させると非常に大きい反射電力を生じ、特に高周波インバータ９の耐圧破壊や熱的な損傷を招いてしまう。

（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における高周波加熱装置の電気回路図である。本実施の形態は、実施の形態１および２と同様にインピーダンス整合の条件が満たされない状態での高周波インバータの耐圧破壊や熱的損傷を防止するために、フライバックコンバータにおける昇圧トランスの出力巻線の昇圧比を切り替える構成にした点で実施の形態１および２と異なり、それ以外の同一の構成並びに作用効果を奏するところには、同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

前述の各実施の形態と同様にインピーダンス整合の条件が満たされない状態での高周波インバータ９の耐圧破壊や熱的損傷を防止するために、本実施の形態では直流電圧源１の出力電圧を低く制御するためにフライバックコンバータ７の昇圧トランス４の出力巻線に中間タップ４１を設けている。そして、この中間タップ４１と出力巻線の一端を短絡するように、昇圧比切り替え手段としてのスイッチ４２を設け、電力検知回路１４からの点線矢印で示す反射電力情報を得たフライバックコンバータ制御部２２の切り替え制御手段２２ａによりスイッチ４２を切り替えて昇圧トランス４の出力巻線の昇圧比を切り替える構成にしている。

上記実施の形態において、整合回路１４によってインピーダンス整合の条件が満たされていない状態ではスイッチ４２をオンすることによって、フライバックコンバータ７の昇圧トランス４の出力巻線の巻数を見かけ上小さくし、フライバックコンバータ７の出力を低くしている。

このように動作させることによって、特に、調理開始の時においては平行板電極１９間に載置される食品２０の特性を特定できないので必ずしも整合条件が満たされているとは限らない。この状態でいきなり定常出力で動作させると非常に大きい反射電力を生じ、特に高周波インバータ９の耐圧破壊や熱的な損傷を招いてしまう。

（実施の形態５）
図１３は、本発明の実施の形態５における高周波加熱装置の電気回路図である。本実施の形態は、実施の形態１と同様にインピーダンス整合の条件が満たされない状態での高周波インバータの耐圧破壊や熱的損傷を防止するために、フライバックコンバータにおける昇圧トランスの入力巻線の昇圧比を切り替える構成にした点で実施の形態１と異なり、それ以外の同一の構成並びに作用効果を奏するところには、同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

本実施の形態は、前述の各実施の形態と同様にインピーダンス整合の条件が満たされない状態での高周波インバータ９の耐圧破壊や熱的損傷を防止するために、直流電圧源１の出力電圧を低く制御するため、フライバックコンバータ７の昇圧トランス４の入力巻線に中間タップ４３を設けている。そして、この中間タップ４３と入力巻線の一端を短絡するように、昇圧比切り替え手段としてのスイッチ４４を設け、電力検知回路１４からの点線矢印で示す反射電力情報を得たフライバックコンバータ制御部２２の切り替え制御手段２２ａによりスイッチ４４を切り替えて昇圧トランス４の入力巻線の昇圧比を切り替える構成にしている。

上記実施の形態において、整合回路１４によってインピーダンス整合の条件が満たされていない状態ではスイッチ４４をオフすることによって出力巻線の巻数を見かけ上小さくし、フライバックコンバータ７の出力を低くしている。このように動作させることによって、特に、調理開始の時においては平行板電極１９間に載置される食品２０の特性を特定できないので必ずしも整合条件が満たされているとは限らない。この状態でいきなり定常出力で動作させると非常に大きい反射電力を生じ、特に高周波インバータ９の耐圧破壊や熱的な損傷を招いてしまう。

然るに本実施の形態では、反射電力が大きいときは直流電圧源１の出力電圧を低くするべくその発振周波数を高め、高周波インバータ９の出力電力を制限するので、インピーダンス整合がとれていない状態の時に高周波インバータ９の出力を低く抑えることができるので、半導体スイッチ素子１１での発生損失を軽減できて熱的な破壊を招くことを防止し、信頼性の高い高周波加熱装置を実現することができる。

以上のように本発明の高周波加熱装置は、インピーダンス整合が満たされていない状態では高周波インバータの出力を低減することによってインピーダンス整合条件が満たされていない状態であっても高周波インバータの耐圧破壊や熱的な損傷を防止することを可能としているので、様々な形状の加熱が想定される高周波誘電加熱を応用した食品や木材の乾燥等の用途にも適用することができる。

本発明の実施の形態１における高周波加熱装置の電気回路図同実施形態１における直流電圧源１の出力電圧Ｖｏと高周波インバータ９の出力電力の関係を示すグラフ同実施形態１の高周波インバータ９の出力電力と半導体スイッチ素子１１の印加電圧Ｖ_DSの関係を示すグラフ同実施形態１の半導体スイッチ素子１１の印加電圧波形図同実施形態１のフライバックコンバータ制御部２２の詳細な電気回路図同実施形態１におけるフライバックコンバータ制御部２２の各部の動作波形図同実施形態１の発振回路２４の出力波形を示す図本発明の実施形態２における高周波加熱装置の電気回路図（Ａ）同実施形態２における共振コンデンサ切り替え手段の作動前のフライバックコンバータ７の動作波形図（Ｂ）共振コンデンサ切り替え手段の作動後のフライバックコンバータ７の動作波形図同実施形態２におけるフライバックコンバータ７の動作周波数と出力電圧の関係を示す図本発明の実施形態３における高周波加熱装置の電気回路図本発明の実施形態４における高周波加熱装置の電気回路図本発明の実施形態５における高周波加熱装置の電気回路図従来の高周波加熱装置を示すブロック図従来の高周波加熱装置における整合回路を示す図

符号の説明

１直流電圧源
２商用電源
３整流回路
４昇圧トランス
５共振コンデンサ
７フライバックコンバータ
８出力整流回路
９高周波インバータ
１１半導体スイッチ素子
１４電力検知回路
１５整合回路
１６可変インダクタ
１７可変コンデンサ
１９平行板電極（電極）
２２フライバックコンバータ制御部
４０共振コンデンサ切り替え手段（リレー、トライアック）
４１、４３中間タップ
４２、４４スイッチ（昇圧比切り替え手段）

Claims

直流電圧源と、前記直流電圧源の出力電圧を受け、半導体スイッチ素子のオンオフによって高周波を発生する高周波インバータと、前記高周波インバータから出力される電力を検出する電力検知回路と、整合回路と、少なくとも一方が可動する電極とを備え、前記整合回路は前記電力検知回路と前記電極の間に挿入接続されインピーダンス整合をとるように可変インダクタおよび可変コンデンサによって構成され、前記直流電圧源はフライバックコンバータとフライバックコンバータ制御部によって構成し、前記電力検知回路によって検出される反射電力が大きくインピーダンス整合がとれていない状態の時にはフライバックコンバータの出力電圧を低くするべくフライバックコンバータ制御部の発振周波数を高くする構成とした高周波加熱装置。
電力検知回路によって検知される反射電力が所定値より大なるときはフライバックコンバータ制御部の発振周波数を高く切り替えて出力電圧を低くする構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。
加熱調理開始時にはフライバックコンバータ制御部の発振周波数を所定値より高く設定しフライバックコンバータの出力電圧を低くするとともに、整合回路によってインピーダンス整合が確立した後に発振周波数を所定の値に切り替えて定常出力を得る構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。
フライバックコンバータは商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され昇圧トランスと共振コンデンサからなる共振回路と、前記共振回路を励振する半導体スイッチ素子と、昇圧トランスの出力を整流する出力整流回路を備え、電力検知回路によって検出される反射電力が大きくインピーダンス整合がとれていない状態の時は共振コンデンサの容量を大なるように切り替える構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。
共振コンデンサの容量切り替えはリレーにて行う構成とした請求項４記載の高周波加熱装置。
共振コンデンサの容量切り替えはトライアックにて行う構成とした請求項４記載の高周波加熱装置。
フライバックコンバータは商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され昇圧トランスと共振コンデンサからなる共振回路と、前記共振回路を励振する半導体スイッチ素子と、昇圧トランスの出力を整流する出力整流回路を備えるとともに、前記昇圧トランスの昇圧比を切り替える昇圧比切り替え手段を有し、電力検知回路によって検出される反射電力が大きくインピーダンス整合がとれていない状態の時は前記昇圧比切り替え手段によって昇圧トランスの昇圧比が低くなるよう切り替える構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。
昇圧トランスの出力巻線に中間タップを設け、昇圧比切り替え手段は前記中間タップと出力巻線の一端を接続することで昇圧比を切り替える構成とした請求項７記載の高周波加熱装置。
昇圧トランスの入力巻線に中間タップを設け、昇圧比切り替え手段は前記中間タップと入力巻線の一端を接続することで昇圧比を切り替える構成とした請求項７記載の高周波加熱装置。