JP2008293725A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのスイッチング素子の損失を均等にして、冷却設計を容易にすることができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】インバータ２３を構成する第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７の駆動期間を、制御手段２４により一定期間ごとに入れ換えるようにしたものである。これによって、２つのスイッチング素子１５、１７の損失を均等にすることができ、スイッチング素子１５、１７の冷却設計が容易であり、また、スイッチング素子１５、１７を冷却する際に使用するヒートシンクの大きさも一定とすることができ、利便性にすぐれたものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波磁界による誘導加熱を利用する誘導加熱調理器などの誘導加熱装置に関するものである。

従来、この種の誘導加熱装置としては、加熱電力を変化させる方法として、２つのスイッチング素子を排他的に導通制御するとともに、２つのスイッチング素子の導通比を可変とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、導電率や透磁率の値によっては、２つのスイッチング素子の導通比を可変するとともに、スイッチング素子の駆動開始後、スイッチング素子が電流を遮断するまでに共振電流の周期を越える電流を流し、その電流周期の数により加熱電力を変化させる技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第２５３２５６５号公報 特開２００６−９２８５１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、いずれも誘導加熱装置の制御においては、２つのスイッチング素子の駆動期間が異なるため、スイッチング素子に流れる電流も異なる。そのため、スイッチング素子の駆動期間中に発生する損失が偏り、スイッチング素子の冷却設計が困難になるという欠点があった。また、スイッチング素子を冷却する際に使用するヒートシンクの大きさはスイッチング素子の損失の大きさにより変化させる必要があり、利便性に欠けていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、２つのスイッチング素子の損失を均等にして、冷却設計を容易にすることができる誘導加熱装置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、本発明の誘導加熱装置は、インバータを構成する第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の駆動期間を、一定期間ごとに入れ換えるようにしたものである。

これによって、２つのスイッチング素子の損失を均等にすることができ、スイッチング素子の冷却設計が容易であり、また、スイッチング素子を冷却する際に使用するヒートシンクの大きさも一定とすることができ、利便性にすぐれたものとなる。

本発明の誘導加熱装置は、２つのスイッチング素子の損失を均等にして、冷却設計を容易にすることができる。

第１の発明は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、前記第１のスイッチング素子に並列に接続された第１の逆導通素子、前記第２のスイッチング素子に並列に接続された第２の逆導通素子、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列に接続された加熱コイルと共振コンデンサを含む共振回路とを有し直流電圧を入力して前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の導通により共振するインバータと、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を排他的に導通制御する制御手段とを備え、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の駆動期間を、一定期間ごとに入れ換える誘導加熱装置とするものである。これによって、２つのスイッチング素子の損失を均等にすることができ、スイッチング素子の冷却設計が容易であり、また、スイッチング素子を冷却する際に使用するヒートシンクの大きさも一定とすることができ、利便性にすぐれたものとなる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、２つのスイッチング素子の駆動期間を入れ換える前後で加熱電力は一定としたことにより、２つのスイッチング素子に発生する損失を均等にすることができるとともに、一定加熱を行うことができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、商用電源に同期しかつ直流電圧が零付近で２つのスイッチング素子の駆動期間を入れ換えることにより、入れ換え時に電圧サージや電流サージが発生するレベルを抑制し、スイッチング素子などの破壊を起こさないようにすることができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、２つのスイッチング素子は、スイッチング素子に電流が流れている期間内に導通を遮断することにより、スイッチング素子のターンオン損失の発生を大きくしないようにすることができる。

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）
図１、図２は、本発明の実施の形態における誘導加熱装置として誘導加熱調理器を例示している。

図１に示すように、本発明の実施の形態における誘導加熱装置は、交流電源である商用電源１１にブリッジダイオードである整流器１２の入力端が接続され、整流器１２の出力端にはチョークコイル１３と平滑コンデンサ１４が直列接続されている。

インバータ２３は、平滑コンデンサ１４と並列に接続された、第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７の直列接続体と、第１のスイッチング素子１５に並列に接続された第１の逆導通素子１６と、第２のスイッチング素子１７に並列に接続された第２の逆導通素子１８と、第１のスイッチング素子１５または第２のスイッチング素子１７に並列に接続された加熱コイル２１と共振コンデンサ２２の直列接続体を含む共振回路とを有している。そして、直流電圧を入力して第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７の導通により共振するものである。

また、第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７を排他的に導通制御する制御手段２４を備えており、第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７の駆動期間を、一定期間ごとに入れ換えるようにしている。この制御手段２４は電源電圧を検知する電圧モニタ２５からの検知信号を入力するとともに、第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７に駆動信号を出力し導通制御するものである。また、スナバコンデンサ１９が第２のスイッチング素子１７と並列に接続されている。

以上のように構成された誘導加熱装置において、ブリッジダイオードである整流器１２により全波整流された電源を高周波電流として加熱コイル２１に供給するためには、第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７を数十ｋＨｚ程度の高周波かつ排他的に導通制御する必要がある。

加熱コイル２１に供給される高周波電流に応じて高周波磁界が発生して鍋（負荷）２０が加熱される。本実施の形態においては、第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７の導通比を可変することにより高周波電流の調節を行う。

図２は、２つのスイッチング素子１５、１７の駆動時間の関係を示しており、一定期間ごとに第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチング素子１７の駆動期間を入れ換えている（図２に示すように、Ｖｃｅ１、Ｖｃｅ２を一定期間ごとに入れ換えている）。これにより、２つのスイッチング素子１５、１７に発生する損失を均等にすることができる。そのため、導通比制御の欠点であったスイッチング素子の損失偏りにより困難であった冷却設計を容易に行うことができる。なお、２つのスイッチング素子１５、１７の駆動時間の入れ換えは、スイッチング素子１５、１７の駆動期間に偏りがある場合において行うようにすれば、効果的にスイッチング素子１５、１７の損失を均等にすることができる。

このように、本実施の形態においては、同じ加熱電力でも２つのスイッチング素子１５、１７の最大温度が低下するため、例えばＩＢＧＴなどのスイッチング素子を用いた場合、ＩＧＢＴは素子の温度上昇とともに損失が大きくなるため、２つのスイッチング素子の合計損失を低くすることができる。したがって、複数個の装置を隣接することで相互作用によるうなり干渉音が発生するため周波数制御ができず、また高密実装することが必要とされ冷却が困難なインバータ装置においては特に有効である。

また、２つのスイッチング素子１５、１７の駆動期間を入れ換える前後で加熱電力は一定（導通比一定）としたことにより、図２の波形ＩＬに示すように、電流は変化しないため、２つのスイッチング素子１５、１７に発生する損失を均等にすることができるとともに、一定加熱を行うことができる。

また、図２に示すように、商用電源１１に同期し、かつ直流電圧が零付近の切り換え点Ｐで２つのスイッチング素子１５、１７の駆動期間を入れ換えることにより、入れ換え時に電圧サージや電流サージが発生する値を抑制し、スイッチング素子１５、１７などの破壊を起こさないようにすることができる。

また、２つのスイッチング素子１５、１７は、スイッチング素子１５、１７に電流が流れている期間内に導通を遮断することにより、スイッチング素子１５、１７のターンオン損失の発生を零または大きくしないようにすることができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、２つのスイッチング素子の損失を均等にして、冷却設計を容易にすることができるので、ＩＨクッキングヒーターのような家電民生用品のみならず、業務用品を含め全ての誘導加熱装置に適用可能である。

本発明の実施の形態における誘導加熱装置の回路図 同誘導加熱装置における２つのスイッチング素子の駆動期間関係を示す図

符号の説明

１１ 商用電源
１２ 整流器
１３ チョークコイル
１４ 平滑コンデンサ
１５ 第１のスイッチング素子
１６ 第１の逆導通素子
１７ 第２のスイッチング素子
１８ 第２の逆導通素子
１９ スナバコンデンサ
２０ 鍋（負荷）
２１ 加熱コイル
２２ 共振コンデンサ
２３ インバータ
２４ 制御手段
２５ 電圧モニタ

Claims (4)

1. 第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、前記第１のスイッチング素子に並列に接続された第１の逆導通素子、前記第２のスイッチング素子に並列に接続された第２の逆導通素子、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列に接続された加熱コイルと共振コンデンサを含む共振回路とを有し直流電圧を入力して前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の導通により共振するインバータと、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を排他的に導通制御する制御手段とを備え、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の駆動期間を、一定期間ごとに入れ換える誘導加熱装置。
2. ２つのスイッチング素子の駆動期間を入れ換える前後で加熱電力は一定とした請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 商用電源に同期しかつ直流電圧が零付近で２つのスイッチング素子の駆動期間を入れ換える請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
4. ２つのスイッチング素子は、スイッチング素子に電流が流れている期間内に導通を遮断する請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。

Images