JP2005223981A - マグネトロン駆動電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネトロンを駆動した際にアノード電流に現れる不均一な振動を低く抑えることができるマグネトロン駆動電源装置を提供する。
【解決手段】マグネトロン１３０の出力が設定されたときに、アノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線をデータ化したデータテーブルを参照して、マグネトロン１３０の出力設定値に応じたアノード電流の設定値に対応するフィラメント電圧データを読み出し、そのフィラメント電圧データで示されるフィラメント電圧が得られるように電力制御を行い、この電力制御で得られたフィラメント電圧をマグネトロン１３０に印加する。これにより、振動の少ない安定した直流のアノード電流が流れるようになり、安定したマイクロ波が発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流もしくは脈流の単方向電圧をスイッチングして交流高電圧を発生し、発生した交流高電圧を平滑して得た直流高電圧でマグネトロンを駆動するマグネトロン駆動電源装置に関する。

従来、上述したスイッチング方式のマグネトロン駆動電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図３は、従来のマグネトロン駆動電源装置の一例の構成を示すブロック図である。なお、上記した特許文献１で開示されたマグネトロン駆動電源装置は、入力電流（一次側電流）と出力側（二次側電流）の双方を検出して、これらの検出値に基づいてスイッチング制御を行うものであるが、図３に示すマグネトロン駆動電源装置１００は、入力電流のみでスイッチング制御を行うものである。

図３において、マグネトロン駆動電源装置１００は、全波整流部１０１と、平滑部１０２と、スイッチング式昇圧部１０３と、全波倍電圧整流部１０４と、平滑部１０５と、スイッチング制御部１０７と、ヒータトランス部１０８と、電源スイッチ１０９とを備えている。

全波整流部１０１は、電源１２０からの単相電源を全波整流する。平滑部１０２は、全波整流後の脈流を直流に平滑する。ここで、平滑部１０２には図示せぬカレントトランスが挿入されており、入力電流が検出される。検出された入力電流はスイッチング制御部１０７に入力される。スイッチング式昇圧部１０３は、共振コンデンサ１０３１と、昇圧用の高圧トランス１０３２と、トランジスタ１０３３とから構成され、スイッチング制御部１０７より与えられる２０〜５０ｋＨｚのスイッチング制御信号によってトランジスタ１０３３がスイッチング動作し、このスイッチング動作によって高圧トランス１０３２の二次巻線に交流高電圧が発生する。なお、トランジスタ１０３３は主に転流ダイオードと一体に形成されてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と呼ばれている。

全波倍電圧整流部１０４は、高圧ダイオード１０４１及び１０４２と、コンデンサ１０４３及び１０４４とから構成され、スイッチング式昇圧部１０３の高圧トランス１０３２の二次巻線で発生した交流高電圧を全波倍電圧整流して高圧直流電圧を出力する。平滑部１０５は、全波倍電圧整流部１０４から出力された高圧直流電圧を平滑してリップル分を低減する。

スイッチング制御部１０７は、上述したようにスイッチング式昇圧部１０３のトランジスタ１０３３に２０〜５０ｋＨｚのスイッチング制御信号を与えてスイッチング動作させる。この際、ユーザによる出力の設定値に基づいてスイッチング周波数、デューティ等を設定し、さらに入力電流の検出信号を元にスイッチング周波数、デューティ等の制御を行う。ヒータトランス部１０８は、電源１２０からの交流電源電圧を減圧してマグネトロン１３０のフィラメントに供給する。

マグネトロン１３０は、電源スイッチ１０９が投入されることにより、ヒータトランス部１０８からヒータ用の交流電圧が印加され、これにより陰極が傍熱されてエミッション可能な状態となる。この状態で高圧直流電圧が印加されると電磁波エネルギーを発生する。そして、出力電流値が一定になるようにスイッチング式昇圧部１０３に対してスイッチング周波数、デューティ等の制御が行われる。また、入力電流の検出信号から異常が検出されれば、スイッチング式昇圧部１０３の動作の停止等が行われる。

なお、上述した従来のマグネトロン駆動電源装置１００では、直流をスイッチングして交流を発生する方式であるが、平滑部１０２を省いて脈流をスイッチングして交流を発生する方式もある。

特開平０５−０４７４６７号公報（第２頁、図１）

ところで、従来のマグネトロン駆動電源装置においては、次のような問題がある。すなわち、マグネトロンのアノード電流を直流にするために、高圧電源の平滑部の性能を高めて完全な直流にしても、実際にマグネトロンを動作させた場合にはアノード電流に不均一な振動が現れて、瞬時値が絶えず変動した電流となる。これが原因で安定した高周波出力が得られず、しかもその振動が同一種類のマグネトロンでも個々によって異なっている。この現象はアノード電流を脈流とした場合でも同様であり、高圧電源の平滑部の性能を高めて完全に脈流の山部間を直流化してもアノード電流に不均一な変動が現れてしまう。具体的に、その電流を平均値指示型の電流計（１０ｍｓ〜１００ｍｓの時間単位の平均値指示型）で値を読んだときには直流のように見えても、オシロスコープ等で電流波形を見ると直流を示す一定電流ではなく、瞬間値は絶えず変動した電流である。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、マグネトロンを駆動した際にアノード電流に現れる不均一な振動を低く抑えることができるマグネトロン駆動電源装置を提供することを目的とする。

上記目的は下記構成により達成される。
（１） 単方向電圧をスイッチングすることで交流高電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段にて生成された交流高電圧を整流して直流高電圧を出力する整流手段と、を具備し、前記整流手段から出力される直流高電圧をマグネトロンに印加するマグネトロン駆動電源装置において、アノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線をデータテーブルとして記憶している記憶手段と、前記マグネトロンの出力設定時に前記記憶手段のデータテーブルから前記マグネトロンの出力設定値に応じたアノード電流に対応するフィラメント電圧データを取得して出力するフィラメント電圧データ出力手段と、前記フィラメント電圧データ出力手段から出力されたフィラメント電圧データに従い、交流電源を電力制御してフィラメント電圧を生成し、前記マグネトロンのフィラメントに印加する電力制御手段と、を具備することを特徴とする。

（２） 上記（１）に記載のマグネトロン駆動電源装置において、前記記憶手段には、マグネトロンの品種毎に特性曲線のデータテーブルが記憶されており、この記憶手段に記憶された複数のデータテーブルのうち１つを選択する選択手段を具備することを特徴とする。

（３） マグネトロンの駆動方法であって、予め実験によってアノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線を作成しておき、マグネトロンの出力設定時に前記特性曲線を参照して前記マグネトロンの出力設定値に応じたアノード電流に対応するフィラメント電圧を求め、そのフィラメント電圧を前記マグネトロンのフィラメントに印加することを特徴とする。

上記（１）に記載のマグネトロン駆動電源装置では、マグネトロンの出力が設定されたときに、データテーブルからマグネトロンの出力設定値に応じたアノード電流に対応するフィラメント電圧データが読み出され、そのフィラメント電圧データによるフィラメント電圧がマグネトロンのフィラメントに印加される。これにより、振動の少ない安定した直流のアノード電流が流れ、安定した高周波出力が発生する。

また、アノード電流の振動によって発生するノイズも小さくなるので、周囲の電子機器への影響が小さくなる。

また、マグネトロンのアノード側に印加する高圧電源を生成する回路は、従来のマグネトロン駆動電源装置と変わらないので、新規の手段を追加することによるコストアップを最小限に抑えることができる。

また、電源効率については、電力の大きいアノード側高圧電源は従来通りで、もう一方の電力の少ないフィラメント側電源も電力制御するだけの違いであるので、その電力制御部も回路方式をスイッチング等で極力損失を抑えれば、総合的に従来電源と比較しても０．２％増加で済ませることが可能である。

上記（２）に記載のマグネトロン駆動電源装置では、マグネトロンの品種毎に特性曲線を示すデータテーブルを設けるとともに、その中の１つを任意に選択できるので、使用する品種のマグネトロンに最適なデータテーブルを選択することができる。これにより、如何なる品種のマグネトロンでも、それに対応するデータテーブルを用意しておくことで、振動の少ない安定した直流のアノード電流が流れ、安定した高周波出力が発生する。

上記（３）に記載のマグネトロン駆動方法では、マグネトロンの出力が設定されたときに、予め実験等で求めたアノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線からマグネトロンの出力設定値に応じたアノード電流に対応するフィラメント電圧を決定し、そのフィラメント電圧をマグネトロンのフィラメントに印加する。これにより、振動の少ない安定した直流のアノード電流が流れ、安定した高周波出力が発生する。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るマグネトロン駆動電源装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において前述した図３と同一の作用をなす部分については同じ符号を付け、またその説明を省略する。

この実施の形態のマグネトロン駆動電源装置１は、図３に示す従来のマグネトロン駆動電源装置１００と共通の構成に加えて、フィラメント電圧設定部２、メモリ部３、データテーブル選択部４、電力制御部５を備えている。スイッチング制御部６は、ユーザがスイッチング制御部６に対して設定したマグネトロン１３０の出力設定値に基づくアノード電流の設定値を出力する点が従来のスイッチング制御部１０７（図３参照）と異なっている。メモリ部３は、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリからなり、マグネトロン１３０のアノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線をデータ化したデータテーブルを記憶している。特に、マグネトロンは品種毎に特性に違いがあるので、メモリ部３はマグネトロンの品種毎にデータテーブルを記憶している。これらのテーブルはデータテーブル選択部４で任意に選択することができるようになっている。

アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧の特性曲線は、例えばアノード電流をゼロアンペアから定格電流までの間で複数個サンプルを取り、サンプルごとにフィラメント電圧を定格フィラメント電圧から０Ｖに向けて減圧させて行き、その間でアノード電流が一定の直流になる最大のフィラメント電圧を求める。ここで、最大のフィラメント電圧を求める理由は、最大のフィラメント電圧以下にすると逆にマグネトロン１３０の動作が不安定になってしまうからであり、このために不安定にならない確実な設定値として最大値を選択するようにしている。

サンプルごとにアノード電流の振動が最小になる最大フィラメント電圧を求めた後、これらの最大フィラメント電圧を補間することで特性曲線が完成する。この特性曲線の作成をマグネトロンの品種毎に行い、さらにそれぞれをデータ化してデーブルを作成する。

図２は、３種類のマグネトロンについて作成した特性曲線Ｃａ〜Ｃｃを示す図である。特性曲線Ｃａは下に湾曲したカーブを描いており、特性曲線Ｃｂは直線を描いており、特性曲線Ｃｃは上に湾曲したカーブを描いている。ここで例えば、現在使用している品種のマグネトロンの特性曲線がＣａである場合、そのマグネトロンの出力設定値に基づくアノード電流の設定値がＶａ１のときのフィラメント電圧はＶｆ１となり、このフィラメント電圧Ｖｆ１が現在使用中のマグネトロンのフィラメントに印加されることになる。

図１に戻り、フィラメント電圧設定部２は、マグネトロン１３０の出力が設定されたときにメモリ部３に記憶されているデータテーブルのうち、データテーブル選択部４で選択されているデータテーブルからマグネトロン１３０の出力設定値に応じたアノード電流に対応するフィラメント電圧データを取得して出力する。電力制御部５は、スイッチング制御又はトライアック等による導通角制御又はスライダック等による電力制御を行うものであり、フィラメント電圧設定部２から出力されたフィラメント電圧データで示されるフィラメント電圧が得られるように電力制御を行う。電力制御を行うことで得られたフィラメント電圧はヒータトランス部１０８を介してマグネトロン１３０のフィラメントに印加される。このフィラメント電圧を印加することで振動の少ない安定した直流のアノード電流が流れ、安定した高周波出力が発生する。

このような構成のマグネトロン駆動電源装置１において、電源スイッチ１０９が投入されると、全波整流部１０１と平滑部１０２で商用電源１２０を単方向電圧に変換し、それをスイッチング式昇圧部１０３で高周波電圧に変換して昇圧した後、さらに全波倍電圧整流部１０４で倍電圧整流して高圧の直流電圧に変換し、さらに平滑部１０５で直流電圧からリップル分を除去してマグネトロン１３０に印加する。

一方、電源スイッチ１０９の投入とともに、ユーザがスイッチング制御部６に対して設定したマグネトロン１３０の出力設定値に基づくアノード電流の設定値がフィラメント電圧設定部２に入力される。フィラメント電圧設定部２では、アノード電流の設定値が入力されることでメモリ部３に記憶されている複数のデータテーブルのうち、データテーブル選択部４で選択されているデータテーブルを参照して、入力されたアノード電流の設定値に対応するフィラメント電圧データを読み出す。

そして、読み出したフィラメント電圧データを電力制御部５に入力する。電力制御部５では、フィラメント電圧設定部２から出力されたフィラメント電圧データで示されるフィラメント電圧が得られるように電力制御を行う。この電力制御で得られたフィラメント電圧がヒータトランス部１０８を介してマグネトロン１３０のフィラメントに印加される。マグネトロン１３０は、アノード側に直流高電圧が印加されるとともに、フィラメント側にフィラメント電圧が印加されることでマイクロ波を発生する。このとき、マグネトロン１３０には振動の少ない安定した直流のアノード電流が流れることから、安定したマイクロ波が発生する。

このように、本実施の形態のマグネトロン駆動電源装置１によれば、マグネトロン１３０の出力が設定されたときに、アノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線をデータ化したデータテーブルを参照して、マグネトロンの出力設定値に応じたアノード電流の設定値に対応するフィラメント電圧データを読み出し、そのフィラメント電圧データで示されるフィラメント電圧が得られるように電力制御を行い、この電力制御で得られたフィラメント電圧をマグネトロンに印加する。これにより、振動の少ない安定した直流のアノード電流が流れるようになり、安定したマイクロ波が発生する。

また、アノード電流の振動によって発生するノイズも小さくなるので、周囲の電子機器への影響が小さくなる。

また、マグネトロン１３０のアノード側に印加する高圧電源を生成する回路は、従来のマグネトロン駆動電源装置１００と変わらないので、新規の手段を追加することによるコストアップを最小限に抑えることができる。

また、電源効率については、電力の大きいアノード側高圧電源は従来通りで、もう一方の電力の少ないフィラメント側電源も電力制御するだけの違いであるので、その電力制御部も回路方式をスイッチング等で極力損失を抑えれば、総合的に従来電源と比較しても０．２％増加で済ませることが可能である。

なお、上記実施の形態では、直流をスイッチングする方式であったが、平滑部１０２を省いて脈流をスイッチングする方式でも勿論同様の効果が得られる。

本発明は、マグネトロンを駆動した際にアノード電流に現れる不均一な振動を低く抑えることができるといった効果を有し、電子レンジなどのマグネトロンを使用する用途への適用が可能である。

本発明の一実施の形態に係るマグネトロン駆動電源装置の構成を示すブロック図 アノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線を示す図 従来のマグネトロン駆動電源装置の一例の構成を示すブロック図

符号の説明

１ マグネトロン駆動電源装置
２ フィラメント電圧設定部
３ メモリ部
４ データテーブル選択部
５ 電力制御部
６ スイッチング制御部
１０３ スイッチング式昇圧部
１０４ 全波倍電圧整流部
１０５ 平滑部
１０８ ヒータトランス部
１３０ マグネトロン

Claims (3)

1. 単方向電圧をスイッチングすることで交流高電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段にて生成された交流高電圧を整流して直流高電圧を出力する整流手段と、を具備し、前記整流手段から出力される直流高電圧をマグネトロンに印加するマグネトロン駆動電源装置において、
   アノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線をデータテーブルとして記憶している記憶手段と、
   前記マグネトロンの出力設定時に前記記憶手段のデータテーブルから前記マグネトロンの出力設定値に応じたアノード電流に対応するフィラメント電圧データを取得して出力するフィラメント電圧データ出力手段と、
   前記フィラメント電圧データ出力手段から出力されたフィラメント電圧データに従い、交流電源を電力制御してフィラメント電圧を生成し、前記マグネトロンのフィラメントに印加する電力制御手段と、
   を具備することを特徴とするマグネトロン駆動電源装置。
2. 前記記憶手段には、マグネトロンの品種毎に特性曲線のデータテーブルが記憶されており、この記憶手段に記憶された複数のデータテーブルのうち１つを選択する選択手段を具備することを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン駆動電源装置。
3. マグネトロンの駆動方法であって、予め実験によってアノード電流と該アノード電流の振動が最小になるフィラメント電圧との関係を示す特性曲線を作成しておき、マグネトロンの出力設定時に前記特性曲線を参照して前記マグネトロンの出力設定値に応じたアノード電流に対応するフィラメント電圧を求め、そのフィラメント電圧を前記マグネトロンのフィラメントに印加することを特徴とするマグネトロン駆動方法。

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