JP2006209979A - マグネトロン駆動用電源 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト、省スペースを具備しつつ無負荷運転時等の異常状態を検出可能とする構成のマグネトロン駆動用電源を提供すること。
【解決手段】マグネトロン１１に高電圧を供給する高圧トランス１２と、それを高周波で駆動するスイッチング部１３と、それに駆動信号を与える第一の制御部１４と、前記第一の制御部に出力指令を出す第二の制御部１６と、前記マグネトロンの発振閾値の低下に応じて出力指令を補正する第三の制御部１９を備え、前記第三の制御部からの信号に応じてパワーダウン制御を行う第一の制御部１４を備えることで、インバータの制御側で信号を取り扱うことが可能となり、低コスト、省スペースを具備しつつ無負荷運転時等の異常状態を検出可能とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は電子レンジなどに用いられるインバータ制御方式のマグネトロン駆動用電源における無負荷運転時などの異常運転時の電力制御に関するものである。

従来、この種のマグネトロン駆動用電源は、無負荷運転等による異常時の検出のために２次側の電流を測定するためのカレントトランス等を具備している（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来のマグネトロン駆動用電源を示すものである。図８に示すように、マグネトロン１と、高圧トランス２と、スイッチング部３と、制御部４と、入力電流を検出するカレントトランス５と、二次側の電流を検出しているカレントトランス６から構成されている。
特開平５−４７４６７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、屋内配線容量内で高出力を出すために一次側電流を精度良く検出するためのカレントトランス５と、無負荷運転時等の異常状態を検出するために２次側にカレントトランス６を具備する構成のため、一次側と二次側の電位の違いを克服するためのカレントトランス６やフォトカプラなどの絶縁手段が必要で、異常状態を検出するための追加のコスト的な課題や、電源を小型化する際の部品の実装スペース的な課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低コスト、省スペースを具備しつつ無負荷運転時等の異常状態を一次側で検出可能とする構成のマグネトロン駆動用電源を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のマグネトロン駆動用電源は、マイクロ波を供給するマグネトロンと、前記マグネトロンに高電圧を供給する高圧トランスと、前記高圧トランスを高周波で駆動するスイッチング部と、前記スイッチング部に駆動信号を与える第一の制御部と、前記第一の制御部に出力指令を出す第二の制御部と、前記マグネトロンの発振閾値の低下に応じて出力指令を補正する第三の制御部を備え、前記第三の制御部からの信号に応じてパワーダウン制御を行う第一の制御部を備えたものである。

これによって、無負荷運転時等の異常状態時にはマグネトロンの磁石の温度が上昇することによる磁界の低下で発振可能閾値電圧が低下する。それに伴い、高圧トランスは一定の昇圧比を持つので高圧トランスの一次側電圧も低下する。この低下する電圧を制御要素として使うことにより無負荷運転時等の異常状態時にパワーダウン制御することが可能になる。

また、本発明のマグネトロン駆動用電源は、前記第三の制御部の制御要素である前記スイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間電圧の分圧電圧と、前記第二の制御部からの基準信号をダイオードあるいはトランジスタで結合させ、前記第一の制御手段に入力しパワーダウンさせる構成にしたものである。

これによって、通常の電力制御をつかさどる第二の制御部からの基準信号と、無負荷運転などの異常時に高圧トランスの一次側電圧が低下することに伴って低下する第三の制御部の制御要素であるスイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間電圧の分圧電圧とをダイオードやトランジスタのＰＮ接合で結合することにより過度の無負荷運転時は通常の電力制御をつかさどる第二の制御部よりも第三の制御部が優先されることにより自律的にパワーダウンすることができ、機器の自律保護を可能とすることができる。

また、本発明のマグネトロン駆動用電源は、前記第三の制御部の制御要素であるスイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間電圧の分圧電圧を前記第二の制御部の基準電圧に応じて電圧を可変させる構成を有したものである。

これによって、スイッチング駆動タイプのマグネトロン駆動用電源の特徴であるパワーコントロール時にもＳ／Ｎ比の高い異常時の電力制御が可能となる。

本発明のマグネトロン駆動用電源は、インバータの制御側で信号を取り扱うことにより、低コスト、省スペースを具備しつつ無負荷運転時等の異常状態を検出可能とすることができる。

第１の発明は、マイクロ波を供給するマグネトロンと、前記マグネトロンに高電圧を供給する高圧トランスと、前記高圧トランスを高周波で駆動するスイッチング部と、前記スイッチング部に駆動信号を与える第一の制御部と、前記第一の制御部に出力指令を出す第二の制御部と、前記マグネトロンの発振閾値の低下に応じて出力指令を補正する第三の制御部を備え、前記第三の制御部からの信号に応じてパワーダウン制御を行う第一の制御部を備えたマグネトロン駆動用電源とすることで、無負荷運転等の異常運転時にマグネトロンの発振閾値が低下することを高圧トランスの一次側で検出し、その信号を用いてパワーダウンさせることができ、低コスト、省スペースを具備しつつ無負荷運転時等の異常状態を検出可能とすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のマグネトロン駆動用電源を、基本の電力制御を前記高圧トランスの一次側に流れる入力電流に基づいて行うことにより、二次側の電流検出手段なしに無負荷運転などの異常状態を検出可能となり、低コスト、省スペースを実現することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のマグネトロン駆動用電源を、マグネトロンの発振閾値の低下に比例する第三の制御部の制御要素をスイッチング部のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧に比例する制御要素としたマグネトロン駆動用電源とすることにより、無負荷運転等の異常運転時にマグネトロンの発振閾値が低下することをスイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間の分圧電圧で検出し、その信号を用いてパワーダウンさせることができ、低コスト、省スペースを具備しつつ無負荷運転時等の異常状態を検出可能とすることができる。

第４の発明は、特に、第３の発明のマグネトロン駆動用電源を、第三の制御部の制御要素である前記スイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間電圧の分圧電圧と、第二の制御部からの基準信号をダイオードあるいはトランジスタで結合させ、第一の制御手段に入力しパワーダウンさせる構成としたマグネトロン駆動用電源とすることにより、異常時のみにパワーダウンさせることが可能となり、必要以上にパワーダウンさせることなくすることができる。

第５の発明は、特に、第３または第４の発明のマグネトロン駆動用電源を、第三の制御部の制御要素である前記スイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間電圧の分圧電圧を第二の制御部の基準電圧に応じて電圧を可変させる構成を有したマグネトロン駆動用電源とすることにより、第二の制御部の基準電圧に応じて第三の制御部の制御要素を可変させることで、スイッチング駆動タイプのマグネトロン駆動用電源の特徴であるパワーコントロール時にもＳ／Ｎ比の高い異常検出時の電力制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（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マグネトロン駆動用電源の制御回路ブロック図を示すものである。

図２は、本発明の第１の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源でのマグネトロンの発振閾値電圧の温度依存性を説明するグラフである。

図１において、マグネトロン１１は図示していない加熱室にマイクロ波を供給する。マグネトロン１１は高圧トランス１２により昇圧された電圧が図２に示す発振閾値電圧を超えることにより発振を開始する。高圧トランスの一次側はスイッチング部１３による電圧共振によりマグネトロン発振に必要な電圧を発生させている。発生電圧は第一の制御部１４で出力設定部１５により設定された出力を出すように電力制御される。出力設定部１５により設定された出力を出すため、それに比例した第二の制御部１６の基準電圧になるように電流検出部１７で検出された信号を制御部１８で積分し、同一になるように第一の制御部１４で電力制御される。また、第三の制御部１９の制御要素により第一の制御部１４は出力を補正することができる構成になっている。

以上のように構成されたマグネトロン駆動用電源について、以下その動作、作用を説明する。

まず、マイクロ波を発生するマグネトロン１１の動作原理は高圧トランス１２のフィラメント巻線２０によりカソードが加熱され、同時に高圧トランス１２により昇圧された電位がマグネトロン１１の発振閾値電圧を超えることでカソードからアノードに向けて電子が放出され、空洞共振器で発振する特性を有している。その空洞共振にはマグネトロン１１に備えられている磁石による磁界の作用が必要である。磁石には温度特性があり、図２に示すように磁石の温度が高くなると発振閾値電圧が低下する特性を有している。
無負荷運転などを行うと、加熱室内に電磁波を吸収する物質が存在しないため、それらのエネルギーはマグネトロン１１に戻っていき、マグネトロン１１の異常発熱を引き起こし、部品寿命の劣化や部品損傷などを引き起こし、それと同時に磁石などのマグネトロン各部の温度が上昇する。

それを防止するために本発明では、無負荷運転時にマグネトロン１１の発振閾値電圧が急激に低下する現象を利用するものである。すなわち、マグネトロン１１の発振閾値電圧が低下すると、高圧トランス１２の出力電圧も低下するため、昇圧比が固定の高圧トランス１２の一次側電圧も低下する特性を有している。

一方、通常の電力制御は出力設定部１５で設定された出力電力値に相当する基準電圧が第二の制御部１６で設定される。その設定された基準電圧に電流検出部１７からの信号を制御部１８で積分処理した信号が一致するように、第一の制御部１４においてスイッチング部１３が制御される。

ここで、無負荷運転などの異常状態が発生すると前記したように高圧トランス１２の一次側電圧が低下し、第三の制御部１９においてそれをもとにした制御要素を出力し、第二の制御部１６の基準電圧よりも低い場合に、第三の制御部１９において作られた信号を基準電圧とすることで出力電力を低下させることができ、マグネトロンの過熱保護を実現することができる。

また、電流検出部の場所は自由に設定できるが、図１に示されているような入力電流を検出対象とすることは、有効にこの機能が働く。なぜならば、入力電流制御の場合、入力側の電力が一定に保たれ、（発振閾値電圧）×（２次側の電流）が２次側の出力電力となるため電力の保存の原理ということを考えると、無負荷運転時等の場合は急激に２次側の電流が増加しマグネトロンなどの部品の劣化を進行させることとなるからである。

以上のように、本実施の形態においてはマグネトロンの発振閾値電圧の低下を、高圧トランスの一次側に設けられた第三の制御部の出力を基準電圧の代わりに使用することにより、無負荷運転時等の異常時に出力電力を低下させることができ、低コスト、省スペースでマグネトロン等の部品の保護を実現することができる。

また、本実施の形態の電流検出場所を一次側の入力電流部にすることにより、特に、２次側の電流の異常時における有効な増加防止となり、きわめて大きな保護効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態のマグネトロン駆動用電源でのコレクタ−エミッタ電圧の変化を示した図である。

また、図４は本発明の第２の実施の形態のマグネトロン駆動用電源の要部回路図である。

また、図５は本発明の第２の実施の形態のマグネトロン駆動用電源での無負荷運転時の各部制御電圧の時間変化を示した図である。

図４において、Ｖｒｅｆ２６は第二の制御部１６の出力制御電圧であり、第三の制御部１９の出力であるＶｅｂｍ２９と、ダイオードＤ１で結合されている。また、Ｖｃｅ３０はマグネトロン１１の発振閾値電圧に比例する高圧トランス１２の一次側にあるスイッチング部１３のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ電圧である。そしてＶｃｔｒｌ２４は第一の制御部１４で、制御部１８の出力であるＶＩｉｎ２８と比較され、その結果によりスイッチング部１３を制御する構成になっている。なお、Ｖｃｃ３１は制御部の制御電圧である。

以上のように構成されたマグネトロン駆動用電源について、以下その動作、作用を説明する。

まず、無負荷運転時にマグネトロン１１の発振閾値電圧が急激に低下すると、高圧トランス１２の出力電圧も低下し、昇圧比が固定の高圧トランス１２の一次側電圧も低下する特性を有している。その結果、図３に示すように、スイッチング部１３のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ３０は通常運転時に比べ無負荷運転時のピーク電圧が低下する。

この特性を活かすために、図４に示すように、スイッチング部１３のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ３０を抵抗Ｒ１、Ｒ２で抵抗分割した電圧を、トランジスタＱ１を通過させた後Ｒ３、Ｃ１で積分し第三の制御部１９の出力電圧Ｖｅｂｍ２９とする。

一方、通常の電力制御は出力設定部１５で設定された出力電力に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ２６が第二の制御部１６で設定される。

Ｖｅｂｍ２９とＶｒｅｆ２６はダイオードＤ１で結合され、結合した第一の制御部１４の出力信号電圧Ｖｃｔｒｌ２４は無負荷運転時のような異常時はＶｅｂｍ２９がＶｒｅｆ２６よりも低下し通常時の制御対象であるＶｒｅｆ２６から制御対象を変更してパワーダウンを行い、マグネトロンなどの部品保護を行う構成になっている。

図５は実際のフルパワー時の無負荷運転時における各部制御電圧の動きであるが、この場合は、約２分後以降ＶｅｂｍがＶｒｅｆを下回り、パワーダウンすることがわかる。

以上のように、本実施の形態においてはＶｅｂｍをＶｒｅｆとダイオードで結合することにより、無負荷運転時等の異常時に出力電力を低下させることができ、低コスト、省スペースでマグネトロン等の部品の保護を実現することができる。

また、本実施の形態の図４中にあるＱ１をダイオードにすること、あるいは、Ｄ１をトランジスタ等に変更しても同様な効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源の要部回路図を示すものである。

また、図７は本発明の第３の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源の出力電力を切換えた場合の各制御電圧の振舞いを示したグラフである。ここで出力電力Ｐ１０〜Ｐ４に向かって低下していくものとする。

図６において、構成は図４から、Ｑ１のバイアス電圧をＶｃｃ３１からＶｒｅｆ２６に変更しただけである。

また、図７中のＶｅｂｍ１は実施の形態２におけるＶｅｂｍ２９の出力電圧例を示し、Ｖｅｂｍ２は実施の形態３におけるＶｅｂｍ２９の出力電圧例を示している。

以上のように構成されたマグネトロン駆動用電源について、以下その動作、作用を説明する。

まず図７に示すように、本発明の第２の実施の形態においては出力電力の切換えにかかわらず、図７に示したＶｅｂｍ１のごとく第三の制御部１９の出力電圧Ｖｅｂｍ２９は一定である。しかしながら、Ｑ１のバイアス電圧をＶｃｃ３１からＶｒｅｆ２６に変更することで出力電力に応じたＶｒｅｆ２６の変化に追従したＶｅｂｍ２９を得ることができる構成を実現できる。

以上のように、本実施の形態においてはＶｅｂｍの制御部にあるトランジスタのバイアス電圧を当該制御回路の制御電圧から出力電力の変化に対して追従するＶｒｅｆの電圧に変更することにより、出力電力に応じたＶｒｅｆの変化に追従したＶｅｂｍを得ることができる構成となり、異常保護のＳ／Ｎ比を向上することができる。

以上のように、本発明にかかるマグネトロン駆動用電源は、インバータの制御側で信号を取り扱うことにより、低コスト、省スペースを具備しつつ無負荷運転時等の異常状態を検出可能とすることが可能となるので、より低コストながら信頼性の高い、また小型化を必要とする用途に適用できる。

本発明の第１の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源の制御回路ブロック図 本発明の第１の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源でのマグネトロンの発振閾値電圧の温度依存性を説明するグラフ 本発明の第２の実施の形態のマグネトロン駆動用電源でのコレクタ−エミッタ電圧の変化を示した図 本発明の第２の実施の形態のマグネトロン駆動用電源の要部回路図 図５は本発明の第２の実施の形態のマグネトロン駆動用電源での無負荷運転時の各部制御電圧の時間変化を示した図 本発明の第３の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源の要部回路図 本発明の第３の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源の出力電力を切換えた場合の各制御電圧の振舞いを示したグラフ 従来のマグネトロン駆動用電源の制御回路ブロック図

符号の説明

１１ マグネトロン
１２ 高圧トランス
１３ スイッチング部
１４ 第一の制御部
１６ 第二の制御部
１９ 第三の制御部

Claims (5)

1. マイクロ波を供給するマグネトロンと、前記マグネトロンに高電圧を供給する高圧トランスと、前記高圧トランスを高周波で駆動するスイッチング部と、前記スイッチング部に駆動信号を与える第一の制御部と、前記第一の制御部に出力指令を出す第二の制御部と、前記マグネトロンの発振閾値の低下に応じて出力指令を補正する第三の制御部を備え、前記第三の制御部からの信号に応じてパワーダウン制御を行う第一の制御部を備えたマグネトロン駆動用電源。
2. 基本の電力制御を前記高圧トランスの一次側に流れる入力電流に基づいて行う請求項1記載のマグネトロン駆動用電源。
3. 前記マグネトロンの発振閾値の低下に比例する前記第三の制御部の制御要素を前記スイッチング部のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧に比例する制御要素とした請求項1または２に記載のマグネトロン駆動用電源。
4. 前記第三の制御部の制御要素である前記スイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間電圧の分圧電圧と、前記第二の制御部からの基準信号をダイオードあるいはトランジスタで結合させ、前記第一の制御手段に入力しパワーダウンさせる構成とした請求項３記載のマグネトロン駆動用電源。
5. 前記第三の制御部の制御要素である前記スイッチング部のスイッチング素子でのコレクタ−エミッタ間電圧の分圧電圧を前記第二の制御部の基準電圧に応じて電圧を可変させる構成を有した請求項３または４に記載のマグネトロン駆動用電源。

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