JP2007328984A - 高周波誘電加熱用電力制御装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流電源電圧20を整流31し高周波スイッチングして高周波電力に変換するインバータ回路10の入力電流と入力電圧を検知し、該検出電流と検出電圧を整流して入力電流波形情報90と入力電圧波形情報94を求め、入力電流波形情報と入力電圧波形情報を合成し、電力制御情報91をミックスしたスイッチング周波数制御信号92を、インバータ回路の半導体スイッチング素子3,4の駆動信号に変換する。
【選択図】図1
Description
、それに並列に接続されるフライホイールダイオードとから構成されている。当然であるが前記第一、第二の半導体スイッチング素子3、4はこの種類に限定されるものではなくサイリスタ、GTOスイッチング素子等を用いることもできる。
電圧を印加しないと高周波発振しないマグネトロンの特性に合わせて、スイッチング周波数を共振周波数f0近傍まで下げて、商用電源電圧に対するマグネトロン印加電圧の昇圧比を高め、マグネトロンから電波が発せられる商用電源の位相幅を広くする設定にしている。
出力する整形回路と、から構成されうる。前記整形回路は、前記入力電圧の高次周波数部分を減衰する構成を有してもよく、位相進み補償を更に有してもよい。
図1は本発明の実施の形態1に係る高周波加熱装置を説明するブロック図である。図1において、高周波加熱装置はインバータ回路40と、インバータの第一、第二の半導体スイッチング素子3,4を制御する制御回路45と、マグネトロン12とからなる。インバータ回路40は、交流電源50と、ダイオードブリッジ型整流回路60と、平滑回路61と、共振回路36と、第一、第二の半導体スイッチング素子3,4、倍電圧整流回路11とを含む。
41の1次巻線8から成る共振回路36と第一,第二の半導体スイッチング素子3,4により高周波交流に変換され、トランス41を介してその2次側巻線9に高周波高圧が誘起される。
ン・オフ制御するというように、入力電流波形情報検出系を簡略化している。特に本実施の形態では、入力電流波形情報90が直接ミックス回路81に入力されるという簡略化された構成を採用している。
するものである。一般に電子レンジ等に使用されるインバータは周知であり、50〜60サイクルの商用交流電源を整流して直流に変換し、変換した直流電源をインバータにより、例えば、20〜50KHz程度の高周波に変換し、変換した高周波を昇圧トランスで昇圧し、さらに倍電圧整流回路で整流した高電圧をマグネトロンに印加するものである。
、(ニ)のパルス列信号のように周波数を高くし、入力電流波形情報(イ)の入力が小さい(0度、180度のゼロクロス近傍)部分では、周波数を低くするという、(イ)とは逆の反転出力に変換するものである。これによって入力波形の補正効果が得られるが、特にこの効果はゼロクロス近辺にて大きい。
形の逆極性で入力電流が補正される。したがって、マグネトロンの非線形負荷によって生じる商用電源周期内の急激な電流変化、すなわち歪はこの制御ループで打ち消され、入力電流波形整形が行なわれることになる。
1に入力されている。従って、入力電流が比較的小さい場合、この入力電圧波形情報が、おおよその入力電流波形整形(長周期の変動補正)を行ないつつ、入力電流波形情報は細かな入力電流波形整形(半周期の如き短周期の変動補正)を行い、入力電流波形整形能力の低下は抑制される。すなわち、実際の入力電流の変動が入力電圧の変動を参照して把握され、入力電流の入力電圧に対する位相ずれが減少する。従って、入力電流が小さい場合においても、力率が大幅に低下することが防止され得る。
11に示すようにミックス回路81内に設けられている。
本発明の実施の形態2は、入力電流波形情報と、入力電圧波形情報と、比較回路74からの電力制御情報をミックスし、フィルタリング処理してインバータ回路の半導体スイッチング素子3,4のオン・オフ駆動信号に変換して使用するという、制御回路(変換部)の構成についてのものである。
この実施の形態3は入力電流検出部に関するものであって、図1に示すように、前記入力電流検出部は、インバータ回路の入力電流をCT71などで検知して、整流回路72より整流出力するように構成したものである。この構成はCT等を用いて入力電流を検出するので絶縁性を保ちつつ大きい信号が取り出せるので、入力電流波形整形の効果は大きく、入力電流の品質が良くなる。
幅回路85は、高域カット用のコンデンサを用いて、商用電源の高次周波数部分や、高周波スイッチング周波数等の高周波部分を減衰させている。
実施の形態4は、図1、図2に示すミックス回路81に関するもので、図5(a)に示すように、入力電流波形情報90と、入力電圧波形情報49と、電力制御情報91を入力する3端子が設けられている。
本発明の実施の形態5は、図10の実施の形態5に関わるミックス回路の構成図に示すように、入力電流検出部の入力電流波形情報及び入力電圧検出部の入力電圧波形情報、並びに該入力電流検出部の出力が所定値になるように制御する電力制御情報を合成するミックス回路の特性を、入力電流増加制御時と減少制御時とで差を設けて制御するものである。
本発明の実施の形態6は、図11の実施の形態6に関わるミックス回路の構成図に示すように、前記共振回路の共振回路電圧情報26を所定値に制御する共振電圧制御情報93を、前記ミックス回路81に入力する。
図12に示す本発明の実施の形態7では、入力電流波形情報への入力電圧波形情報の付加量を、マグネトロンの発振前と後とで切替える構成が採られている。実施の形態7では、図1における整形回路47とミックス回路81との間に切替えスイッチSW3が設けられるとともに、整流回路72の出力からマグネトロンの発振開始を検知する発振検知回路48が設けられている。当該発振検知回路48の出力で、切替えスイッチSW3の整形回路47との接続点A,Bを切替える。整形回路72には、直列接続された三つの分圧抵抗がダイオード46とグランド間に設けられ、商用電源電圧から電源電圧情報を分圧・出力している。より商用電源50に近い接続点Aの電源電圧情報は、グランドに近い接続点Bに比較して商用電源電圧からの減衰量が小さいので大きい。また整形回路72に設けられたコンデンサは、商用電源から電源電圧情報へのノイズの侵入を抑制する。
図13のIin1)。
本発明の実施の形態8は、図14の実施の形態8に関わるスイッチング周波数制限回路の構成図に示すように、スイッチング周波数に制限を設ける。
本発明の実施の形態9は、図14の実施の形態9に関わるスライス制御信号作成回路の構成図に示すように、第一の制限回路95より最高周波数制限を受ける範囲を半導体スイッチング素子のオンデューティー制御による電力制御で補完する。
本発明の実施の形態10は、共振回路に関するもので、図18の構成図に示すように共振回路98は、第一のコンデンサ5、第二のコンデンサ6とトランス41の1次巻線8から成る共振回路36のうち、第一のコンデンサ5を省略している。
本発明の実施の形態11はインバータ回路の構成に関するもので、図19に示されるように商用電源を整流して得られる直流電源に2個の半導体スイッチング素子からなる第一,第二の直列回路99,100を並列に接続し、トランス41の1次巻線8と第二のコンデンサ6が接続された共振回路98の一端は一方の直列回路の中点に、他端は他方の直列回路の中点に接続する構成をとる。
本発明の実施の形態12はインバータ回路の構成に関するもので、図20に示されるように商用電源を整流して得られる直流電源に2個の半導体スイッチング素子からなる第一の直列回路99を並列に接続し、トランス41の1次巻線8と第二のコンデンサ6が接続
された共振回路98を交流等価回路において一端は第一の直列回路99の中点に、他端は直流電源51の一端に接続する構成をとる。
4 第二の半導体スイッチング素子
5 第一のコンデンサ
6 第二のコンデンサ
7 第三のコンデンサ
8 一次巻線
9 二次巻線
10 三次巻線
11 倍電圧整流回路
12 マグネトロン
40 インバータ回路
41 トランス
42 共振回路電圧情報
45 制御回路
46 ダイオード(入力電圧検出部)
47 整形回路(入力電圧検出部)
48 発振検知回路
49 入力電圧波形情報
50 交流電源
51 直流電源
60 ダイオードブリッジ型整流回路
61 平滑回路
62 共振回路
63 ダイオード
64 インダクタ
65 コンデンサ
66 ダイオード
67 コンデンサ
68 ダイオード
69 アノード
70 カソード
71 電流検知部(入力電流検出部)
72 整流回路(入力電流検出部)
73 平滑回路
74 比較回路
75 出力設定部
81 ミックス回路(変換部)
82 コンパレータ(変換部)
83 ノコギリ波発生回路(変換部)
84 ノコギリ波
85 増幅回路
86 シャント抵抗
87 スライス制御信号
90 入力電流波形情報
91 電力制御情報
92 スイッチング周波数制御信号
93 共振電圧制御情報
94 周波数変調信号
95 第一の制限回路
96 第二の制限回路
97 スライス制御信号作成回路
98 共振回路
99 第一の直列回路
100 第二の直列回路
163 コンデンサ
164 コンパレータ
165 コンパレータ
166 SRフリップフロップ
Claims (25)
- 交流電源の電圧を整流して得られる直流電源に、2個の半導体スイッチング素子からなる直列回路、共振回路、リーケージトランスを接続し、前記半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を変調して高周波電力に変換し、リーケージトランスの2次側に発生する出力をマグネトロンに印加して付勢するマグネトロン駆動用のインバータ回路を制御する高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電流を検知し、入力電流波形情報を出力する入力電流検出部と、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電圧を検知し、入力電圧波形情報を出力する入力電圧検出部と、
前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を加算する加算部と、
加算された前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を前記インバータ回路のスイッチングトランジスタの駆動信号に変換する変換部と、
を備える高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 交流電源の電圧を整流して得られる直流電源に、二組の2個の半導体スイッチング素子からなる直列回路を並列に接続し、前記直列回路の中点間にリーケージトランスの1次巻線とコンデンサを接続した共振回路を接続し、前記半導体スイッチング素子の高周波スイッチングの周波数を変調し、二相全波駆動して高周波電力に変換し、前記リーケージトランスの2次巻線に接続される整流手段の出力をマグネトロンに印加して付勢するマグネトロン駆動用のインバータ回路を制御する高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電流を検知し、入力電流波形情報を出力する入力電流検出部と、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電圧を検知し、入力電圧波形情報を出力する入力電圧検出部と、
前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を加算する加算部と、
加算された前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を前記インバータ回路の半導体スイッチング素子の駆動信号に変換する変換部と、
を備える高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 交流電源の電圧を整流して得られる直流電源に、2個の半導体スイッチング素子からなる直列回路を並列に接続し、リーケージトランスの1次巻線とコンデンサを接続した共振回路の一端を前記半導体スイッチング素子の中点に、他端を交流等価回路において前記直流電源に接続し、前記半導体スイッチング素子の高周波スイッチングの周波数を変調して高周波電力に変換し、前記リーケージトランスの2次巻線に接続される整流手段の出力をマグネトロンに印加して付勢するマグネトロン駆動用のインバータ回路を制御する高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電流を検知し、入力電流波形情報を出力する入力電流検出部と、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電圧を検知し、入力電圧波形情報を出力する入力電圧検出部と、
前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を加算する加算部と、
加算された前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を前記インバータ回路の半導体スイッチング素子の駆動信号に変換する変換部と、
を備える高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項1ないし3記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記加算部は、前記入力電流検出部及び前記変換部の間に接続され、前記入力電流波形情報と、前記入力電圧波形情報と、前記インバータ回路の任意の箇所における電流又は電圧
が所定値になるように制御する電力制御情報とをミックスし、スイッチング周波数制御信号を生成するミックス回路を更に有し、
前記変換部は、前記マグネトロンに印加される電圧のピークが抑制されるように、前記スイッチング周波数制御信号を前記駆動信号に変換する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項4記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記変換部は前記高周波スイッチング周波数に上限ないし下限を設ける周波数制限部を備えた高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項5記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記変換部は前記高周波スイッチングのオンデューティを制御するデューティ制御部を更に有し、
少なくとも前記高周波スイッチング周波数が周波数制限部の上限に制限される範囲は、デューティ制御で補完するように前記デューティ制御部の動作範囲を設定した高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項4記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記ミックス回路は、前記入力電流波形情報と、前記入力電圧波形情報と、前記入力電流検出部の出力が所定値になるように制御する電力制御情報とをミックスし、スイッチング周波数制御信号を生成する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項4記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報は、直接前記ミックス回路に入力され、当該ミックス回路は直接入力された入力電流波形情報及び入力電圧波形情報を加算しかつ反転し、前記電力制御情報とミックスする高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項1ないし3記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電流検出部は、前記入力電流を検知する変流器と、検知された前記入力電流を整流し、出力する整流回路とを有する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項7記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電流と出力設定信号と比較して前記電力制御情報を出力する比較回路を更に備える高周波誘導加熱用電力制御装置。 - 請求項7記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電流検出部は、前記インバータ回路の入力電流を整流した後の単一方向電流を検知して出力するように構成した高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項11記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電流検出部は、前記インバータ回路の入力電流を整流した後の単一方向電流を検知するシャント抵抗と、当該シャント抵抗の両端に生ずる電圧を増幅する増幅回路を有し、
前記増幅回路により得られた出力を、前記入力電流波形情報として直接前記ミックス回路に入力し、
前記増幅回路により得られた出力と出力設定信号と比較して前記電力制御情報を出力する比較回路を更に備える高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項4記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記ミックス回路は、前記電力制御情報の高域成分をカットする構成を有する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項4記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記ミックス回路は、前記入力電流の増加制御時と前記入力電流の減少制御時との間で回路構成が切り替わる高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項14記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記ミックス回路は、前記入力電流の増加制御時には時定数が増加し、前記入力電流の減少制御時には時定数が減少する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項4記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記ミックス回路には、前記共振回路電圧を所定値に制御する共振回路電圧制御情報が入力され、前記共振回路電圧の大きさに応じて回路構成が切り替わる高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項16記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記ミックス回路は、前記共振回路電圧が低い場合には時定数が増加し、前記共振回路電圧が高い場合には時定数が減少する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項1ないし3記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電流検出部は、交流電源の高次周波数部分および高周波スイッチング周波数等高周波部分を減衰するフィルタ回路を有する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項18記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電流検出部は、前記フィルタ回路に位相進み補償を付加した構成とした高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項1ないし3記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記入力電圧検出部は、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電圧を検知する一組のダイオードと、
当該ダイオードにより検出された入力電圧を波形整形して出力する整形回路と、を備える高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項20記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記整形回路が、前記入力電圧の高次周波数部分を減衰する構成を有する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項21記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記整形回路が、位相進み補償を更に有する高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項4記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記変換部が、前記スイッチング周波数制御信号でその周波数が設定される搬送波とスライス制御信号を重ね合わせて、前記半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する周波数変調回路より構成された高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 請求項1ないし3記載の高周波誘電加熱用電力制御装置であって、
前記マグネトロンの発振を検知する発振検知回路を更に有し、当該発振検知回路によって検知されたマグネトロンの発振及び非発振に応じて、前記入力電圧検出部からの前記入力電圧波形情報の大きさを切替える高周波誘電加熱用電力制御装置。 - 交流電源の電圧を整流し、半導体スイッチング素子の高周波スイッチングのスイッチング
周波数を変調して高周波電力に変換するインバータ回路を制御する高周波誘電加熱用電力制御方法であって、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電流を検知するステップと、
前記入力電流に対応した入力電流波形情報を取得するステップと、
前記交流電源からの前記インバータ回路への入力電圧を検知するステップと、
前記入力電圧に対応した入力電圧波形情報を取得するステップと、
前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を加算するステップと、
加算された前記入力電流波形情報及び前記入力電圧波形情報を前記インバータ回路の半導体スイッチング素子の駆動信号に変換するステップと、
を備える高周波誘電加熱用電力制御方法。
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