JP2005203176A - 誘導加熱インバータの制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】直流電源と、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路と、加熱コイル及び共振コンデンサからなる共振回路と、前記インバータ主回路を制御する制御回路とを備える誘導加熱インバータの制御方法を提供する。
【解決手段】従来の制御回路１０に代わる制御回路３０として電力演算器３１，γ角計測回路３２などを備え、電力演算器３１では直流電圧検出器６の検出値と交流電流検出器８の検出値とγ角計測回路３２から得られるγ角とにより鍋２１の加熱電力の演算値を求め、この演算値に基づいて前記誘導加熱インバータを制御することにより、従来構成における直流電流検出器を省略し、装置全体の小型化，コストダウンを計る。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流電源と、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路と、加熱コイル及び共振コンデンサからなる共振回路と、前記インバータ主回路を制御する制御回路とを備え、前記加熱コイル上の鍋を加熱する誘導加熱インバータの制御方法に関する。
図４は、下記特許文献１に記載の回路構成などを含む、この種の誘導加熱インバータの従来例を示す回路構成図であり、この図において、１は整流電源などの直流電源、２，３はそれぞれＩＧＢＴ２ａ，３ａとダイオード２ｂ，３ｂとを逆並列接続してなる半導体スイッチ、４，５は共振コンデンサ、６は直流電源１の端子電圧を検出する直流電圧検出器、７は直流電源１の出力電流を検出する直流電流検出器、８は加熱コイル２０の上に設置される被加熱物としての鍋２１を誘導加熱するために加熱コイル２０に流れる高周波の交流電流を検出する交流電流検出器、１０は後述の制御回路であり、この回路構成では半導体スイッチ２と半導体スイッチ３とでハーフブリッジ接続のインバータ主回路を形成し、さらに、共振コンデンサ４，５と加熱コイル２０とで共振回路を形成している。
この制御回路１０には鍋２１の加熱電力を設定する電力設定器１１と、直流電圧検出器６，直流電流検出器７それぞれの検出値から鍋２１への加熱電力の演算値を導出する電力演算器１２と、電力設定器１１の設定値と電力演算器１２の演算値との偏差に基づいて前記インバータ主回路が出力すべき電力の調節演算をする電力調節器１３と、電力調節器１３の出力値と交流電流検出器８，整流器１４を介して得られる前記インバータ主回路が出力する電流の検出値（直流量）との偏差に基づいて前記インバータ主回路が出力すべき電流の調節演算を行う電流調節器１５と、電流調節器１５の出力値と交流電流検出器８の検出値（交流量）とから前記インバータ主回路が出力する電圧と電流の位相差（γ）が所望の値に調整された半導体スイッチ２，３への駆動信号を出力するγ制御回路１６と、前記駆動信号を半導体スイッチ２，３それぞれへのオン・オフ信号に分解するパルス分配器１７と、前記オン・オフ信号を半導体スイッチ２，３のＩＧＢＴ２ａ，３ａへのゲート信号に変換するゲート駆動回路１８とを備えている。
図４に示した誘導加熱インバータにおいて、前記共振回路の共振周波数が例えば２０ｋＨｚ程度に整定されたとすると、この誘導加熱インバータの起動時には、制御回路１０から前記インバータ主回路の出力周波数を５０ｋＨｚ程度に設定して該インバータ主回路を起動させ、起動完了時には、鍋２１への加熱電力が指令される値に達する周波数まで出力周波数を下降させるが、このとき、前記出力周波数の変化範囲を２５〜５０ｋＨｚ程度にすることで、前記インバータ主回路から前記共振回路への出力電流に対する該インバータ主回路の出力電圧が進み位相となり、その位相差（γ）は所望の値の状態に保たれ、この誘導加熱インバータが安定に動作することが知られている。
なお、上述の制御回路１０を形成するそれぞれの機能は周知の技術により構成できるので、その詳細構成の説明を省略する。
特開平１１−５４２４９号公報 （第２頁〜第４頁、第１図）
この種の誘導加熱インバータにおいて、その制御機能をマイクロコンピュータにより具現することが一般的になってきているが、近年、マイクロコンピュータの演算処理速度の高速化に伴い、例えば、関数演算の高速処理が低価格のマイクロコンピュータでも可能となってきている。
すなわち、この発明の目的は、マイクロコンピュータの関数演算の高速処理能力を利用することにより、この種の誘導加熱インバータ全体の小型化・コストダウンを可能にする誘導加熱インバータの制御方法を提供することにある。
この発明は、直流電源と、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路と、加熱コイル及び共振コンデンサからなる共振回路と、前記インバータ主回路を制御する制御回路とを備えた誘導加熱インバータにおいて、
前記インバータ主回路から前記共振回路への出力電流に対する該インバータ主回路の出力電圧が進み位相になる周波数領域の交流電力により前記加熱コイル上の鍋等の被加熱物を誘導加熱する際に、前記鍋等の被加熱物への加熱電力の検出値は、前記インバータ主回路への入力直流電圧と前記出力電流と前記位相差とに基づいて導出することを特徴とした制御方法を行わせる。
この種の誘導加熱インバータにおいて、従来は前記加熱コイル上の鍋への加熱電力を前記インバータ回路への入力直流電圧と入力直流電流とから導出していたが、この発明では前記加熱電力を前記インバータ主回路への入力直流電圧と前記出力電流と前記位相差とに基づいて導出することで、直流絶縁が要求されることなどから大型で高価な直流電流検出器を省略することができる。
図１は、この発明の実施例を示す誘導加熱インバータの回路構成図であり、この図において、図４に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち、図１に示した誘導加熱インバータにおいては直流電流検出器７が省略され、制御回路３０として電力設定器１１，電力調節器１３，整流回路１４，電流調節器１５，γ制御回路１６，パルス分配器１７，ゲート駆動回路１８の他に、電力演算器１２に代えて、電力演算器３１とγ角計測回路３２とを備えている。
図２は、図１に示したγ角計測回路３２の詳細回路構成図であり、このγ角計測回路３２には波形整形回路３２ａとγ時間計測回路３２ｂと周期計測回路３２ｃと除算演算回路３２ｄとを備えている。
また図３は、図２に示したγ計測回路３２の動作を説明する波形図であり、出力電流検出器８で検出される正弦波状の出力電流波形は、波形整形回路３２ａによりほぼ零クロス点で変化する論理信号に変換され、γ時間計測回路３２ｂでは前記波形整形出力とパルス分配器１７が出力するＩＧＢＴ３ａへの論理レベルの駆動信号との論理積演算を行い、この演算結果の論理「Ｈ」レベルの継続時間をγ時間として計測する。また、周期計測回路３２ｃでは前記ＩＧＢＴ３ａへの駆動信号が論理「Ｌ」から「Ｈ」に変化する期間をＴ時間として計測し、除算演算回路３２では「γ角＝（γ／Ｔ）×３６０°」の演算を行い、この演算結果を電力演算回路３１へ出力している。なお、図３に示した動作波形例では前記電流波形が正から負に変化する時点でのγ角を計測しているが、負から正に変化する時点、若しくは双方の時点で行ってもよい。
また、電力演算器３１では交流電圧検出器８により検出される前記インバータ回路の出力電流の実効値を求め、この実効値（ＩO ）と、直流電圧検出器６により検出される前記インバータ主回路への入力直流電圧、すなわち、直流電源１の端子電圧（ＶDC）と、γ角計測回路３２により得られたγ角とにより、加熱コイル２０上の鍋２１への加熱電力の演算値（Ｐ）として、「Ｐ＝（ＶDC／２）×ＩO ×ｃｏｓγ」なる演算を行い、この演算結果を電力調節器１３へ出力している。なお、直流電源１が例えば三相の全波整流波形出力の場合には、この整流電圧のピーク値をα倍（α＜１）すれば、平均値とみなすことがかできるので、例えば整流電圧のピーク値の約０．９倍した値を前記ＶDCとして、上記の演算を行えばよい。また、この電力演算器３１では上記三角関数などの関数演算を例えば２０μ秒程度の処理速度で行えることが望ましい。
なお、図１に示したこの発明の誘導加熱インバータの回路構成ではインバータ主回路がハーフブリッジ接続の回路構成であるが、インバータ主回路がフルブリッジ接続の回路構成でもこの発明の制御方法を行うことができる。
この発明の実施例を示す誘導加熱インバータの回路構成図 図１の部分詳細回路構成図 図２の動作を説明する波形図 従来例を示す誘導加熱インバータの回路構成図
符号の説明
１…直流電源、２，３…半導体スイッチ、４，５…共振コンデンサ、６…直流電圧検出器、７…直流電流検出器、８…交流電流検出器、１０…制御装置、１１…電力設定器、１２…電力演算器、１３…電力調節器、１４…整流回路、１５…電流調節器、１６…γ制御回路、１７…パルス分配器、１８…ゲート駆動回路、２０…加熱コイル、２１…鍋、３０…制御回路、３１…電力演算器、３２…γ角計測回路。

Claims (1)

  1. 直流電源と、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路と、加熱コイル及び共振コンデンサからなる共振回路と、前記インバータ主回路を制御する制御回路とを備えた誘導加熱インバータにおいて、
    前記インバータ主回路から前記共振回路への出力電流に対する該インバータ主回路の出力電圧が進み位相になる周波数領域の交流電力により前記加熱コイル上の鍋等の被加熱物を誘導加熱する際に、
    前記鍋等の被加熱物への加熱電力の検出値は、前記インバータ主回路への入力直流電圧と前記出力電流と前記位相差とに基づいて導出することを特徴とする誘導加熱インバータの制御方法。

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