JP2009064750A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検知手段を備えてスイッチング素子の保護動作を行った場合でも、保護動作が継続して、加熱動作が再起動しないといった事態を防ぎ、再起動の為にリセット機能を有する素子を備えた場合においても、リセット動作の誤動作による過電流検知手段の誤作動・不動作を防止すことができるようにすること。
【解決手段】過電流検知手段８には、時定数ラッチ手段８ｃを構成する抵抗Ｒ７とＲ８、及びコンデンサＣ５の直列回路より成る時定数を構成要素に含み、過電流検知した際の加熱停止動作を所定時間のみ継続する事を可能とし、他の回路ブロックからの過電流検知手段のセット／リセット命令が無くとも、過電流検知手段による加熱停止・再起動を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭及び業務用として使用される誘導加熱調理器に関するもので、特に、調理器を構成するスイッチング素子に過大な電流が流れる駆動信号が発生した場合にも、瞬時に電流を停止する過電流保護機能を備えて、調理器の破壊を防ぐ事を可能とする誘導加熱調理器に関するものである。

従来、誘導加熱によって調理を行う場合に、スイッチング素子の電流を検知して所定値以上で停止する停止手段を備える事により、スイッチング素子を確実に保護するといった従来例１の誘導加熱調理器が特許文献１に開示されている。

また、スイッチング素子に所定値以上の電流が流れた場合に、スイッチング素子の動作を停止するとともに、停止動作を保持するとともにマイクロコンピュータ（以下、マイコンと記す）によって再起動するといった従来例２の誘導加熱調理器が特許文献２に開示されている。

以下、従来例１の誘導加熱調理器について図３を用いて説明する。図３は従来構成の誘導加熱調理器の回路構成である。図３において、直流電源３１は、具体的には商用交流電源３１ａを整流器３１ｂを介して得ている。加熱コイル３４は直流電源３１に直列に接続されており、加熱コイル３４上にプレート３５を介して鍋などの被加熱物３６が載置されている。共振コンデンサ３３ｃは加熱コイル３４と並列に接続されている。チョークコイル３３ｆは、加熱コイル３４と直列に接続されている。スイッチング素子３３ａは、本従来例の場合、耐圧９００ｖのＩＧＢＴを使用している。逆導通ダイオード３３ｂは、スイッチング素子３３ａと並列に接続されている。スイッチング素子３３ａの高周波スイッチングにより、加熱コイル３４を介して被加熱物３６へと高周波電力が供給されるので、高周波電力変換手段３３を構成している。また本回路構成にすることにより、通常動作において正常な発振信号をスイッチング素子３３ａに加えれば、スイッチング素子３３ａに流れる電流は共振電流となり、かつその電流が零の時（逆導通ダイオードに電流が流れている時を含む）に遮断することができる。

制御回路３７には発振回路を含み、スイッチング素子３３ａの制御を行う。自己クランプ手段３３ｅは、スイッチング素子３３ａの両端が所定値（具体的には通常動作時に発生する電圧よりも高く、スイッチング素子３３ａの耐圧よりも低い値であり、本従来例の場合は、通常動作時の電圧が４００Ｖ程度で、スイッチング素子３３ａの耐圧が９００Ｖであるので、６００Ｖとしている。）以上となったときスイッチング素子３３ａを自己クランプさせるものである。本従来例の場合、スイッチング素子３３ａのコレクタ側とゲートの間に耐圧６００Ｖのツェナーダイオードと逆阻止ダイオードを直列に接続したものを挿入することにより実現している。

過電流検知手段３８は、逆導通ダイオード３３ｂに流れる逆導通電流を検知して、その検知電流が所定値以上の時に、制御手段３７内部の停止手段３７を動作させて、スイッチング素子３３ａの発振を停止する。本従来例の場合、３３ｄの電流検知部として、カレントトランスを用いて、逆導通電流分だけを検出する構成としている。

また、本従来例の電力制御は、商用電源３１ａから整流器３１ｂへ入力される入力電流をカレントトランス３１ｃで検出して行っている。

図４は通常動作時におけるスイッチング素子３３ａの駆動信号と電流（Ｉｃ）電圧（Ｖｃｅ）波形である。図でスイッチング素子は駆動信号がＨＩＧＨの時にオンし、ＬＯＷの時にオフする。本従来例の場合の発振周波数は略４５ｋＨｚ程度である。図２（イ）に示すように電流波形は本インバータ回路構成にすることにより、共振波形となり、スイッチング素子１３に流れる電流が零または、逆導通ダイオード１４に電流が流れている間にオフするため、従来のターンオフ損失は発生せず、大幅な低損失化が可能となる。

図５は無負荷起動時（例えば通常加熱コイル３４の上に載置されているはずの被加熱物３６（鍋など）が使用者の載置忘れにより載置されていなかった場合）におけるスイッチング素子３３ａの各部波形を示す。本従来例において発振起動のタイミングは商用電源３１ａの入力電圧を検知して、その電圧が充分小さい時（すなわち５０Ｈｚ／６０Ｈｚなる周波数できまる電源電圧エンベロープの谷間）に設定されている。無負荷の場合本従来例のインバータ定数（加熱コイル３４のインダクタンス値など）においては、（ウ）に示すように、逆導通ダイオード３３ｂに通常動作時と比べて極めて大きい電流が流れる。逆導通ダイオード３３ｂに大きい電流が流れると、逆導通ダイオード３３ｂに流れるリカバリー電流も大きくなり、結果（エ）に示す様にスイッチング素子３３ａの両端電圧にサージ電圧が発生することになる。

（ア）に示すように、起動開始直後においては、このサージ電圧は小さいが、電源電圧が増大するにつれて、サージ電圧も大きくなり、逆導通ダイオード３３ｂに流れる電流が所定値に達したとき停止手段３７ｄにより発振は停止される。発振停止をしなかった場合（かつ自己クランプ手段３３ｅが存在しなかった場合）電源電圧ピーク付近で、スイッチング素子３３ａの耐圧を越えるサージ電圧が発生し、スイッチング素子３３ａは破壊する。また逆導通ダイオード３３ｂの許容電流にもよるが、過大な電流により逆導通ダイオード３３ｂが熱破壊することも考えられる。

図６は、外来ノイズによる制御手段３７の異常動作などで、電源電圧のピーク付近で誤って発振開始し、かつ無負荷であった場合などのスイッチング素子３３ａの各部波形を示す。この場合は、スイッチング素子３３ａの両端電圧に発生するサージ電圧が、初発目から極めて大きい（自己クランプ手段３３ｅがない場合耐圧を越える）値となるが、自己クランプ手段３３ｅにより、スイッチング素子３３ａが自己クランプし、素子破壊はおこらない。また、停止手段３７ｄはこの時の逆導通ダイオード電流を検知して、以降の発振は停止するため、連続自己クランプの可能性はない。一般にスイッチング素子３３ａの自己クランプはクランプ時に極めて大きい損失が発生し、素子の発熱が大であるため、連続自己クランプを行った場合、熱破壊する可能性がある。また、停止手段３７ｄだけでは、初発目のサージ電圧による破壊を免れることはできない。

以上の説明で明らかなように、従来例１によれば簡単な構成でスイッチング素子３３ａの損失を低減できるため、必要冷却の少ない小形かつ低コストの誘導加熱調理器を得ることができる。また、停止手段３７ｄで、負荷異常検知が可能であり、さらに停止手段３７ｄでは間に合わない異常時においては自己クランプ手段３３ｅが動作してスイッチング素子３３ａの破壊を防ぐことが可能である。また従来の誘導加熱調理器のように保護回路に入力電圧を検知する手段は不要であり、低コスト化が可能である。

その一方で、従来例１の構成では、停止手段３７ｄはスイッチング素子３３ａや逆導通ダイオード３３ｂに流れる電流が所定値に達したときに発振を停止して、以降の発振の停止を継続する事による効果は認められるものの、発振を復帰して再起動する場合には、発振の停止を解除する停止解除機能を別途設ける必要が有る。

また、従来例２には、過電流停止回路をリセットする信号を出力する制御手段を設けているが、配線の増加によって耐ノイズ性が劣化する恐れがあり、リセット機能が誤動作し、過電流による停止動作がリセットされない、或いはリセットが動作を継続して過電流による加熱停止が動作しないという事態に陥る構成であった。
特開２０００−１１３９７３号公報 特開平５−４７４６５号公報

しかしながら、前記従来の過電流検知によるスイッチング手段の動作を停止する構成は、過電流検知手段が過電流を検知してスイッチング手段への駆動信号を瞬時に遮断して加熱動作を停止し、駆動信号の遮断によってスイッチング手段の導通が停止して過電流が検知されなくなっても過電流停止動作を継続する構成であるため、再び加熱動作を行う為に、別途、過電流停止動作を解除する素子が必要であるという課題を有していた。

また、過電流停止動作をリセットする機能を備えた素子を設けた場合、リセット素子への配線が増加するため、ノイズによる誤動作が発生し、リセット動作が不動作となる、或いは常時リセット動作が継続して過電流発生時に停止しない恐れがあるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を為す共振コンデンサと、前記共振回路に共振電流を生成する為のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の電流を検知する電流検知手段とを備え、前記電流検知手段によってスイッチング素子に所定値以上の過電流が流れた場合に、前記スイッチング素子の駆動信号を強制オフする過電流検知手段と、前記過電流検知手段の出力を所定時間保持する時定数ラッチ手段とを有し、過電流が発生して前記スイッチング素子を強制オフした後に、時定数によって定められた所定時間だけオフを継続する事を可能とする誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

前記従来の問題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を為す共振コンデンサと、前記共振回路に共振電流を生成する為のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の電流を検知する電流検知手段とを備え、前記電流検知手段によって前記スイッチング素子に第１の所定値以上の過電流が流れた場合に、前記スイッチング素子の駆動信号を強制オフする過電流検知手段と、前記過電流検知手段の出力を第１の所定時間保持する時定数ラッチ手段とを有し、過電流が発生して前記スイッチング素子を強制オフした後の前記第１の所定時間はオフを継続する事を可能とするとしたものである。

これによって、例えば加熱調理中に、ノイズによる誤動作でスイッチング素子に過電流が発生した場合においても、所定時間だけ加熱動作を停止する事が可能であり、外部回路による過電流検知手段のリセット動作制御を不要とする事で、過電流検知手段への配線増加に伴うノイズによる誤動作を防止することができる。

本発明の誘導加熱調理器は、例えば、過電流検知手段を備えてスイッチング素子の保護動作を行った際に、保護動作が継続して、加熱動作が再起動しないといった事態を防ぎ、再起動の為にリセット機能を有する素子を備えた場合においても、リセット動作の誤動作による過電流検知手段の誤作動・不動作を防止し、抵抗とコンデンサという簡素な時定数回路によって動作するトランジスタを過電流検知手段に備え、過電流検知した際の加熱停止動作を所定時間のみ継続する事を可能とし、他の回路ブロックからの過電流検知手段のセット／リセット命令が無くとも加熱動作を停止・再起動する事を可能として、配線増加に伴う誤動作を防止できるという有利な効果が得られる。

第１の発明は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を為す共振コンデンサと、前記共振回路に共振電流を生成する為のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の電流を検知する電流検知手段と、を備え、前記電流検知手段によって前記スイッチング素子に第１の所定値以上の過電流が流れた場合に、前記スイッチング素子の駆動信号を強制オフする過電流検知手段と、前記過電流検知手段の出力を第１の所定時間保持する時定数ラッチ手段とを有し、過電流が発生して前記スイッチング素子を強制オフした後の第１の所定時間はオフを継続する構成とすることにより、例えば加熱調理中に、ノイズによる誤動作でスイッチング素子に過電流が発生した場合においても、第１の所定時間だけ加熱動作を停止する事が可能であり、外部回路による過電流検知手段のリセット動作制御を不要とする事で、過電流検知手段への配線増加に伴うノイズによる誤動作を防止することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、過電流検知手段は、電圧比較器によって構成され、時定数ラッチ手段は、トランジスタとコンデンサと抵抗の直列回路から成り、前記電圧比較器が過電流を検知して動作した場合に、前記電圧比較器の基準電圧を変化させて、過電流が停止して通常動作レベルの検知電圧に戻った後でも、前記コンデンサと前記抵抗による時定数によって定められた時間だけ前記トランジスタが動作して過電流状態を維持するとすることにより、別途リセット手段を備えた場合の配線増加による誤動作を防止して安定したスイッチング素子の保護を行う事ができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、スイッチング素子は、制御用のマイクロコンピュータより出力された制御信号によって駆動され、過電流検知手段の出力信号により前記マイクロコンピュータに制御信号停止の割込みを発生させて前記スイッチング素子の駆動を停止する制御を行うとすることにより、時定数の設定時間は割込み処理を行うまでの数百マイクロ秒という短時間で良くなり、定数を小さく設定する事ができて、回路部品の小型化・簡素化を実現することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、マイクロコンピュータは、タイマカウンタを備え、過電流検知手段の出力信号が途絶えた後、第２の所定時間待機して機器の停止状態を確認した後で再び加熱を開始することにより、過電流検知が動作するレベルの大電流が流れる事によって、電子部品やプリント配線板の温度上昇が発生した場合においても、第２の所定時間待機して過電流検知からの信号が確実に停止している事などの各部の動作を確認し、更に、機器内部に備えられた温度検知素子によって各部の温度が動作可能なレベルであるか確認した上で、再び加熱を開始するとすることにより、不安定な動作状態や、各部の温度が異常であるまま加熱動作を再び開始する事を防止し、再度過電流検知が動作する様な大電流が発生した場合にも、温度上昇などにより機器が破壊に至る事態を防止する事ができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明において、商用交流電源を直流電圧源へと変換した電荷を保持する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの電流を検知する平滑電流検知手段と、を備え、過電流検知手段は、前記平滑電流検知手段によって検知された電流が第２の所定値以上となるとスイッチング素子に過電流が発生したと判断し、前記過電流検知手段によって駆動信号をオフするとすることにより、スイッチング素子の大電流端子に平滑コンデンサを短絡する経路で過電流が発生した場合には、スイッチング素子の電流を検知した場合と同様に、平滑電流検知手段によってスイッチング素子の駆動を強制停止するとともに、第１の所定時間は強制停止を継続する事によってスイッチング素子の連続過電流発生による熱破壊を防止することができる。

第６の発明は、特に、第５の発明において、平滑コンデンサは複数のコンデンサの並列接続から成り、複数の平滑コンデンサに分流された電流を検出する平滑分流検知手段を備えるとすることにより、分流された平滑コンデンサの電流を検知する事によって、電流検知手段の容量を低く設定する事が可能となり、過電流が流れた場合の電流検知手段の破壊を防止するとともに、小型化・低コスト化を実現する事ができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明において、スイッチング素子の温度を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段によって前記スイッチング素子が第３の所定値以上の高温であると認識された場合には、過電流検知によって強制オフした後のオフ継続時間である第１の所定時あるいは間第２の所定時間を低温時より長く設定するとすることにより、過電流検知手段の動作時に発生するスイッチング素子の発熱に配慮し、スイッチング素子の温度が使用温度範囲の上限に近い場合には、オフ継続時間を長く設定して、使用温度の上限値に対して余裕を確保する事ができる。

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、本発明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誘導加熱調理器の回路ブロック図を示すものである。

図１において、直流電源１は、商用電源１ａと、整流器１ｂと、入力検知手段１ｃとを備えて構成している。平滑回路２は、チョークコイル２ａと、第１の平滑コンデンサ２ｂとを備え、第１の平滑コンデンサ２ｂと並列に、第２の平滑コンデンサ２ｃと平滑分流検知手段の直列回路２ｄが接続され、構成している。インバータ部３は、第１のスイッチング素子３ａと、第２のスイッチング素子３ｂと、共振コンデンサ３ｃと、電流検知手段３ｄと、自己クランプ手段３ｅと、温度検知手段３ｆとを備え、加熱コイル４へ高周波電流を供給している。プレート５は、強化ガラスによって構成されており、被加熱物６は、プレート５の上に加熱コイル４と対向して載置され、鉄やステンレスといった固有抵抗値の大きな金属材質により構成されている。

制御手段７は、第１の駆動手段７ａと、第２の駆動手段７ｂと、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと記す）７ｃと、停止手段７ｄとを備え、マイコン７ｃ内部にはタイマカウンタ機能７ｅを備えて構成している。

過電流検知手段８は、比較器８ａと、電流検知出力８ｂと、時定数ラッチ手段８ｃと、を備えて構成している。

以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、直流電源１は、商用電源１ａの出力について、入力検知手段１ｃを介して整流器１ｂへと入力し、整流器１ｂの直流出力を平滑回路２へと出力する。この時、入力検知手段１ｃは商用電源１ａから整流器１ｂへと注入される電流量を検知し、入力検知手段１ｃの出力は制御手段７内部にあるマイコン７ｃへと入力され、マイコン７ｃによってインバータ部３が制御されて誘導加熱の火力を調整している。

平滑回路２は、直流電源１の出力をチョークコイル２ａ、及び第１の平滑コンデンサ２ｂと第２の平滑コンデンサ２ｃのＬＣによって平滑して、インバータ部３へと電力を供給する。この時、平滑分流検知手段２ｄは十数ミリオーム程度の小さい値であり、第２の平滑コンデンサ２ｃと直列に接続しても平滑動作に支障ない程度に設定されている。本実施の形態では、第１の平滑コンデンサ２ｂと第２の平滑コンデンサ２ｃの容量は略同じ値とすることで、インバータ部３へと過大な電流が流れた場合、その電流を約半分に分流した電流が平滑分流検知手段２ｄによって電圧に変換されて、過電流検知手段８にある比較器８ａの正入力端子の電圧を変動している。

インバータ部３は、第１のスイッチング素子３ａと第２のスイッチング素子３ｂとを約２３ｋＨｚ程度で交互にオンする事で、共振コンデンサ３ｃと加熱コイル４の直列ＬＣ回路に高周波電流を流し、加熱コイル４に対向する金属材質から成る被加熱物６を、プレート５を介して加熱する。電流検知手段３ｄは、第２のスイッチング素子３ｂに流れる電流を検知しており、通常の加熱動作においては、第２のスイッチング素子３ｂ、共振コンデンサ３ｃ、加熱コイル４で形成されるループを流れる電流を検知しているが、第２のスイッチング素子３ｂがオンしている時に外来ノイズによって第１のスイッチング素子３ａが誤ってオンした場合には、平滑回路２の出力を、第１のスイッチング素子３ａ、第２のスイッチング素子３ｂによって短絡する状態となる。この時、第１のスイッチング素子３ａ、第２のスイッチング素子３ｂ、電流検知手段３ｄには過大な電流が流れ、その電流は電流検知出力８ｂによって電圧に変換されて、過電流検知手段８にある比較器８ａの正入力端子の電圧を変動している。また、自己クランプ手段３ｅは従来例にも記載されている様に、コレクタ電圧が瞬時的に上昇した場合には第２のスイッチング素子３ｂをオンする事により、電圧破壊を防止する。温度検知手段３ｆは第２のスイッチング素子３ｂの近傍に配設されて温度を検知し、温度情報を制御手段７内部にあるマイコン７ｃへと送信している。

制御手段７は、マイコン７ｃが出力するインバータ制御信号を第１の駆動手段７ａ、及び第２の駆動手段７ｂが増幅して、インバータ部３内部の第１のスイッチング素子３ａ、第２のスイッチング素子３ｂをそれぞれオンオフ制御している。この時、マイコン７ｃは入力検知手段１ｃの出力を受け、予め設定された入力電流となる様にインバータ制御信号のパルス幅を変化させつつ出力して、第１のスイッチング素子３ａ、第２のスイッチング素子３ｂのオンオフ時間を制御する。また、停止手段７ｄは、通常の加熱動作時は第２のスイッチング素子３ｂをオンオフ制御する時に、オンからオフ状態へ移行する役割を果たしているが、過電流検知手段８が動作した場合にも、過電流検知手段８内部のダイオードＤ１を介して停止信号を受け、マイコン７ｃのインバータ制御信号よりも優先して、第２のスイッチング素子をオフ動作する。

過電流検知手段８において、比較器８ａの正入力端子の電圧が、平滑分流検知手段２ｄ、或いは電流検知部３ｄによって検知した過電流を電流検知出力８ｂによって電圧変換した出力値によって変動し、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６によって定められた負入力端子の電圧よりも低くなると、比較器８ａの出力端子はダイオードＤ１を介して制御手段７内部の停止手段７ｄを動作し、更に、ダイオードＤ２を介してマイコン７ｃへと過電流検知信号を送信する。マイコン７ｃは過電流検知信号を受けると、インバータ制御信号を停止しての第１のスイッチング素子３ａ、第２のスイッチング素子３ｂをオフさせて、時定数ラッチ手段８ｃによる停止時間以上の時間が経過した事をタイマカウンタ機能７ｅによって検知すると、再び、インバータ制御信号を小さいパルス幅から徐々に増加させて入力検知手段１ｃの出力が少ない値から増加して所定値と概ね同等となる様にパルス幅を増減するソフトスタート制御を行う。また、タイマカウンタ機能７ｅによってカウントする時間は、温度検知手段３ｆから送られた温度情報毎に定められた値をカウントしており、第２のスイッチング素子３ｂが高温であればカウントする時間が長くなるように設定されている。

ダイオードＤ１を介して制御手段７内部の停止手段７ｄを動作すると同時に、比較器８ａの出力端子は時定数ラッチ手段８ｃ内部のコンデンサＣ５を介してトランジスタＱ４をオンするため、比較器８ａの負入力端子の電圧レベルを決定していた抵抗Ｒ５は短絡され、負入力端子の電圧は上昇する。過電流検知時の各素子の動作について、図２の動作波形を用いて詳細に説明する。

図２は過電流検知手段８の動作時の各部波形を示す。図２において、（ａ）は平滑分流検知手段２ｄの電流波形、（ｂ）は電流検知手段３ｄの電流波形、（ｃ）は比較器８ａの正入力端子の波形、（ｄ）は比較器８ａの負入力端子の波形、（ｅ）は時定数ラッチ手段８ｃ内部のＣ５の両端電圧を示す。（ａ）に示す平滑分流検知手段２ｄの電流は、第１のスイッチング素子３ａ→加熱コイル４→共振コンデンサ３ｃ→第２の平滑コンデンサ２ｃへと流れる。一方で、（ｂ）に示す電流検知手段３ｄに流れる電流は、共振コンデンサ３ｃ→加熱コイル４→第２のスイッチング素子３ｂの経路で流れている。（ａ）と（ｂ）を合わせて電圧変換した波形が（ｃ）であり、ｔ１時点で第１のスイッチング素子３ａと第２のスイッチング素子３ｂとが同時にオンし、その結果、平滑分流検知手段２ｄの出力と電流検知出力８ｂが重なり、比較器８ａの正入力端子の電圧は、ｔ２時点で過電流判定値を下回る。この過電流判定値はＲ５とＲ６の分圧によって比較器８ａの負入力端子にバイアスされている。比較器８ａの正入力端子が負入力端子の電圧よりオーバードライブ電圧程度低い電圧にｔ３時点で低下すると、比較器８ａの出力端子はオンして概ねコモン電位まで低下する。比較器８ａの出力端子はオンしてダイオードＤ１、及びダイオードＤ２のカソード端子と、コンデンサＣ５の低電位側をコモン電位に短絡する。この過電流検知手段８の動作開始時点では、コンデンサＣ５の両端電圧は抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１１の直列回路によって放電している。ｔ３時点で比較器８ａが動作すると、抵抗Ｒ７、Ｒ８の直列回路を介して充電されてコンデンサＣ５の両端電圧は上昇する。ｔ４時点で、抵抗Ｒ７の端子間電圧がトランジスタＱ４のベース・エミッタ間電圧（以下、Ｖｂｅと記す）より小さくなるとトランジスタＱ４がオフするため、比較器８ａの負入力端子の電圧は、もとの抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の分圧値へとＣ６を放電しつつ徐々に戻り、ｔ５時点での正入力端子が負入力端子の電圧より高い電圧となるため、比較器８ａの出力端子もオフへ戻る。

過電流検知手段８の動作終了時点（ｔ５）では、コンデンサＣ５の両端電圧は制御電源レベルまで上昇しており、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１１によって放電する時定数レベルを小さくする事により、トランジスタＱ４のＶｂｅ電圧に逆バイアスが印加されて破壊レベルに達する前に放電可能とした。再起動までの時間はマイコン７ｃによるカウントダウンによって決定して、回路を簡素化することも可能である。

しかしながら、マイコン７ｃの出力を停止しても、外来ノイズ等により常時オン状態が続くと、ｔ５時点で再び第１のスイッチング素子３ａと第２のスイッチング素子３ｂとが同時にオンし、比較器８ａの正入力端子の電圧は、ｔ６時点で過電流判定値を下回り、ｔ７時点から比較器８ａが動作してコンデンサＣ５を充電し、ｔ３〜ｔ７に至る動作を繰り返すことになる。

この時、過電流の発生頻度を抑えて、第１のスイッチング素子３ａと第２のスイッチング素子３ｂを保護する方法として、コンデンサＣ５の容量を大きくしてｔ３〜ｔ４の間隔を拡げる手段がある。しかしながら、コンデンサＣ５が大きい場合には、比較器８ａの出力端子がオフした直後に放電できず、トランジスタＱ４のベース電圧がエミッタ電圧よりも高くなり、破壊する恐れがある。この対策として、トランジスタＱ５と抵抗Ｒ１０の直列回路を設け、コンデンサＣ５の高電位側がチャージポンプ動作によって制御電源よりも高い電圧となるとトランジスタＱ５はベース抵抗Ｒ９によってオンして抵抗Ｒ１０によってコンデンサＣ５は放電され、両端電圧は急峻に低下する。よって、外来ノイズによる駆動手段の誤動作や、マイコン７ｃが暴走するなど、マイコン７ｃによる加熱停止時間の確保が困難な場合にも、コンデンサＣ５の容量を増加することにより、同等レベルの時定数ラッチ動作を可能とする。

本実施の形態１では、時定数ラッチ手段８ｃは抵抗Ｒ７とＲ８、及びコンデンサＣ５の直列回路より成る時定数を構成要素に含み、コンデンサＣ５を充電する時定数によって定まる所定時間（第１の所定時間）だけ比較器８ａの出力端子のオン状態を保持する事ができる（請求項１）。

また、比較器８ａの負入力端子を制御電源電圧へと所定時間だけプルアップしてラッチ動作させるために、トランジスタＱ４と抵抗Ｒ８とコンデンサＣ５の直列回路を構成要素に含み、コンデンサＣ５への充電電流をベースとしてトランジスタＱ４を駆動し、所定時間（第１の所定時間）だけ過電流検手段の動作を保持している。

これにより、別途、過電流検知手段のリセット回路を設けるといった複雑な回路構成を必要とせず、ラッチの動作と解除を同じ回路で実現する事ができる（請求項２）。

また、制御手段７内部のマイコン７ｃが出力するインバータ制御信号によって第１のスイッチング素子３ａと第２のスイッチング素子３ｂとをオンオフ制御するとともに、比較器８ａの出力端子は、ダイオードＤ１を介して制御手段７内部の停止手段７ｄを動作すると同時に、ダイオードＤ２を介してマイコン７ｃへと過電流検知信号を送信する構成を有している。

更に詳しく述べれば、過電流検知手段８からの信号によって、マイコン７ｃの停止処理時間を待たず、比較器８ａの出力端子が動作すると直ぐに制御手段７内部の停止手段７ｄを動作してインバータ部３を停止し、かつ、比較器８ａの出力端子が時定数ラッチ手段８ｃによって継続動作している間にマイコン７ｃの割込み処理が実行されてインバータ制御信号が停止し、第１のスイッチング素子３ａ、第２のスイッチング素子３ｂをオフさせている。

これにより、時定数ラッチ手段８ｃの設定時間は割込み処理を行うまでの数百マイクロ秒という短時間だけ必要とされ、時定数を構成するＣＲ定数を小さく設定する事が可能となり、回路部品の小型化・簡素化を実現することができる（請求項３）。

また、マイコン７ｃはタイマカウンタ機能７ｅを備え、過電流検知手段８の出力信号が途絶えた後、時定数ラッチ手段８ｃによる停止時間以上の所定時間（第２の所定時間）だけ待機し、機器の停止状態を確認した後に再び加熱を開始する。

これにより、過電流検知手段８が動作するレベルの大電流が流れる事によって、電子部品やプリント配線板の温度が上昇した場合においても、所定の時間（第２の所定時間）は動作を停止し、機器内部に備えられた温度検知素子によって各部の温度が動作可能なレベルであるか確認し、更に、過電流検知からの信号が確実に停止している事など、各部の動作が正常である事を確認した上で、再び加熱を開始するため、不安定な動作状態や、各部の温度が異常であるまま加熱動作を再び開始する事を防止し、再度過電流検知が動作する様な大電流が発生した場合にも、温度上昇などにより機器が破壊に至る事態を防止する事ができる（請求項４）。

また、商用電源１ａを直流電圧源へと変換した直流電源１からの電荷を保持する第１の平滑コンデンサ２ｂと、第２の平滑コンデンサ２ｃと、第２の平滑コンデンサ２ｃに流れる平滑電流を約半分に分流して検知する平滑分流検知手段２ｄの出力は、過電流検知手段８へと入力されている。

これにより、第１のスイッチング素子３ａと第２のスイッチング素子３ｂが外来ノイズ等による誤動作で同時にオンした場合など、第１の平滑コンデンサ２ｂと第２の平滑コンデンサ２ｃとを短絡する状態となり、過大な放電電流が平滑電流と同じ経路で発生する。よって、第１の平滑コンデンサ２ｂ、或いは第２の平滑コンデンサ２ｃに流れる平滑電流が、短絡による放電電流によって所定値（第２の所定値）以上となると、第１のスイッチング素子３ａと第２のスイッチング素子３ｂの同時導通によって過電流が発生したと判断して、過電流検知手段８は駆動信号をオフする。

よって、平滑コンデンサを短絡する経路で過電流が発生した場合にも、スイッチング素子の駆動を強制停止するとともに、所定時間（第１の所定時間）は強制停止を継続する事によってスイッチング素子の連続過電流発生による熱破壊を防止することができる（請求項５）。

また、第１の平滑コンデンサ２ｂと第２の平滑コンデンサ２ｃの様に平滑コンデンサは複数のコンデンサの並列接続から成り、更に、平滑分流検知手段２ｄによって複数の平滑コンデンサへと分流された平滑電流を検出している。

これにより、平滑分流検知手段２ｄの電流容量を約半減する事が可能であり、過電流の検出手段の小型化・低コスト化が実現する事ができる（請求項６）。

また、第２のスイッチング素子３ｂの温度を検知すべく配置された温度検知手段３ｆの温度を検知して、第２のスイッチング素子が所定値（第３の所定値）以上の高温であると認識された場合には、過電流検知によって強制オフした後のオフ継続時間（第１の所定時間あるいは第２の所定時間）を低温時より長く設定されている。

これにより、過電流が第２のスイッチング素子３ｂを流れて発熱した場合においても、スイッチング素子の温度が所定値（第３の所定値）以上の高温で、使用温度範囲の上限に近い場合には、オフ継続時間（第１の所定時間あるいは第２の所定時間）を長く設定して、使用温度の上限値に対して余裕を確保するとともに、上限値に対して余裕がある冷時にはオフ継続時間（第１の所定時間あるいは第２の所定時間）を短くして調理停止時間を短縮する事ができる（請求項７）。

なお、実施の形態１では平滑分流検知手段２ｄの出力と、電流検知出力８ｂの出力の和をとる構成としているが、どちらか片方の機能だけを備えても、十分に過電流発生時に停止する機能を有し、小型で低コストに過電流を検知する事が可能である事は言うまでも無い。

また、平滑分流検知手段２ｄや、電流検知部３ｄは概ね同様の機能を有した電流検知手段であり、接続位置は限定されるものでなく、過電流を検知してインバータ部３の動作を停止すべき接続箇所に応じ、小型化や低コスト化を配慮した電流検知手段を備えて過電流検知手段８へと信号を入力すれば、同様の効果が得られることは言うまでも無い。

また、温度検知手段３ｆによって第２のスイッチング素子の温度を検出しているが、第１のスイッチング素子の温度を検出する構成であっても、或いはその両方を検知する構成であっても、冷却条件など必要に応じて設定する事により、相応の効果が得られる事は言うまでも無い。

また、温度検知手段３ｆによって検知した温度情報はマイコン７ｃへと送られて、マイコン７ｃに検知温度毎に定められたオフ継続時間に従って強制オフの時間を変更していたが、例えば温度検知手段３ｆを温度上昇に伴って抵抗値が大きくなるＰＴＣサーミスタによって構成し、時定数ラッチ手段８ｃ内部の抵抗Ｒ８と置き換える事により、高温状態でオフ継続時間を長く変更する事が可能である。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、スイッチング素子に過電流が流れたと判定してインバータの動作を停止した場合に、停止状態を所定時間継続するとともに、他のブロックからのリセット命令を受けずに再起動して調理加熱を行うことができるので、一般家庭及び業務用として使用されるインバータを有する加熱調理器等の用途にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の回路ブロック図 本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の過電流検知手段の動作波形を示す図 従来例における、誘導加熱調理器の回路ブロック図 従来例における、誘導加熱調理器の通常動作時の動作波形を示す図 従来例における、誘導加熱調理器の異常負荷時の動作波形を示す図 従来例における、誘導加熱調理器の制御手段誤動作時の動作波形を示す図

符号の説明

１ 直流電源
１ａ 商用電源
１ｂ 整流器
１ｃ 入力検知手段（カレントトランス）
２ 平滑回路
２ａ チョークコイル
２ｂ 第１の平滑コンデンサ
２ｃ 第２の平滑コンデンサ
２ｄ 平滑分流検知手段
３ インバータ部
３ａ 第１のスイッチング素子
３ｂ 第２のスイッチング素子
３ｃ 共振コンデンサ
３ｄ 電流検知部
３ｅ 自己クランプ手段
３ｆ 温度検知手段
４ 加熱コイル
５ プレート
６ 被加熱物
７ 制御手段
７ａ （第１の）駆動手段
７ｂ 第２の駆動手段
７ｃ マイクロコンピュータ（マイコン）
７ｄ 停止手段
７ｅ タイマカウンタ機能
８ 過電流検知手段
８ａ 比較器
８ｂ 電流検知出力
８ｃ 時定数ラッチ手段

Claims (7)

1. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を為す共振コンデンサと、前記共振回路に共振電流を生成する為のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の電流を検知する電流検知手段とを備え、前記電流検知手段によって前記スイッチング素子に第１の所定値以上の過電流が流れた場合に、前記スイッチング素子の駆動信号を強制オフする過電流検知手段と、前記過電流検知手段の出力を第１の所定時間保持する時定数ラッチ手段とを有し、過電流が発生して前記スイッチング素子を強制オフした後の前記第１の所定時間はオフを継続する事を特徴とする誘導加熱調理器。
2. 過電流検知手段は、電圧比較器によって構成され、時定数ラッチ手段は、トランジスタとコンデンサと抵抗から成り、前記電圧比較器が過電流を検知して動作した場合に、前記電圧比較器の基準電圧を変化させて、過電流が停止して通常動作レベルの検知電圧に戻った後でも、前記コンデンサと前記抵抗による時定数によって定められた時間だけ前記トランジスタが動作して過電流状態を維持する事を特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. スイッチング素子は、制御用のマイクロコンピュータより出力された制御信号によって駆動され、過電流検知手段の出力信号により前記マイクロコンピュータに制御信号停止の割込みを発生させて前記スイッチング素子の駆動を停止する事を特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
4. マイクロコンピュータは、タイマカウンタを備え、過電流検知手段の出力信号が途絶えた後、第２の所定時間待機して機器の安定状態を確認した後で再び加熱を開始する事を特徴とする請求項３に記載の誘導加熱調理器。
5. 商用交流電源を直流電圧源へと変換した電荷を保持する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの電流を検知する平滑電流検知手段と、を備え、過電流検知手段は、前記平滑電流検知手段によって検知された電流が第２の所定値以上となるとスイッチング素子に過電流が発生したと判断し、前記過電流検知手段によって駆動信号をオフする事を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
6. 平滑コンデンサは、複数のコンデンサより構成され、複数の平滑コンデンサに分流された電流を検出する平滑分流検知手段を備えた事を特徴とする請求項５に記載の誘導加熱調理器。
7. スイッチング素子の温度を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段によって前記スイッチング素子が第３の所定値以上の高温であると認識された場合には、過電流検知手段によって強制オフした後のオフ継続時間である第１の所定時間あるいは第２の所定時間を低温時より長く設定する事を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。

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