JP2010003463A

JP2010003463A - 電磁誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2010003463A
Application number: JP2008159653A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Matsui; 義和松井; Keigo Hashimoto; 敬悟橋本
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】汎用のＭＰＵが持つタイマの最大分解能を活用してワンショットパルス出力によりＩＧＢＴを制御し、経済性に富んだ電磁誘導加熱装置を提供する。また、電力ステップ１段階の変更に際し、複数の入力端子が同時に変化することがない電磁誘導加熱装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ワンショットパルス出力機能を有する第一タイマ35と、前記第一タイマ35より高分解能なワンショットパルス出力機能を有する第二タイマ36と、を備えるＭＰＵ32において、ワンショットパルスの波形を前記第二タイマ36で制御することにより、ＩＧＢＴ 12の駆動制御用パルスを前記第二タイマ36の分解能で制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば電磁誘導加熱を行う機器等に使用される電磁誘導加熱装置に関する。

通常、ＩＨ機器には、電磁誘導加熱により被加熱部を加熱させるものがある。このようなＩＨ機器での電磁誘導加熱を制御する誘導加熱制御装置は、被加熱部への加熱を制御するために、入力から電力制御をし、当該電磁誘導加熱の加熱電力出力の更新を行っている（例えば、特許文献１参照）。

また、加熱に必要な熱は被加熱物によって変わるし、加熱段階でも異なる。したがって、加熱は適宜変更可能であることが要求され、電磁誘導加熱装置には電力を設定するための電力設定手段が備えられている。

通常、電磁誘導加熱装置は、スイッチング手段を構成している。そして、加熱の調整はスイッチング手段により行っている。

また、制御は制御手段を用いて行うことから、電力設定手段にも信号を用いるのが好都合である。
特開２００６−１４５５９０号公報

ところで、従来技術においては、所定段階の電力調整を行う場合、複数のビットの電力設定信号を入力していた。

例えば、所定電力に切り替える際には、ビット信号が２箇所同時に切り替わる。すなわち、ビット１とビット２を同時に切り替えることになる。この場合、２ビットを同時のタイミングで切り替えれば問題はないが、たとえばタイミングがずれることによりビット１が先ず切り替わり、次にビット２が切り替わったとすると、切り替えの途中でいったん０Ｗに設定されることになる。そうすると、０Ｗから高電力に切り替わることになり、小電力ずつの変化で切り替える意図で行っているにも関わらず高電力の変化を生ずることになる。電力の急激な変化は、場合によっては装置状態が変わることになり、スイッチング手段を破損することも懸念される。このような事情から電力設定を段階的に変更する場合においても、特別な手段をとらずに安全に駆動できる装置が望まれていた。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、電力を段階的に設定変更する場合に、複数ビットが同時に切り替わることなく、電力ステップ所定段階の変更に際し、複数の入力手段が同時に変化することのない電磁誘導加熱装置を提供することを第１の目的とする。

また、電磁誘導加熱装置においては、スイッチング手段を用いて電力を制御するためには、高分解能のパルス出力を必要とする。したがって、スイッチング手段の制御にはスイッチング手段制御用のタイマ機能を有する制御手段を使用するのが一般的であった。しかし、スイッチング手段制御用の高分解能なタイマを有する制御手段は高性能ではあるものの、高価であるという問題がある。また、スイッチング手段制御用のタイマを持たないが、高分解能なタイマ機能を持つ汎用制御手段のワンショットパルス出力機能を用いてスイッチング手段を制御することも可能であるが、ワンショットパルス出力機能が高分解能なタイマ仕様に対応しているとは限らない。

そこで、本発明は、汎用の制御手段が持つタイマの分解能を活用してワンショットパルス出力によりスイッチング手段を制御して経済性に富んだ電磁誘導加熱装置を提供することを第２の目的とする。

請求項１記載の発明は、複数の入力手段を有する電力設定手段を備え、前記入力手段により電力をステップ状に設定し、電力設定のステップ所定段階の変更に際し、前記複数の入力手段を同時に変化させないことを特徴とする電磁誘導加熱装置である。

請求項２記載の発明は、信号出力機能を有する第一タイマと、高分解能なワンショットパルス出力機能を有する第二タイマと、を備える制御手段において、所定信号の波形を前記第二タイマで制御することにより、スイッチング手段の信号を前記第二タイマの分解能で制御することを特徴とする電磁誘導加熱装置である。

請求項１記載の電磁誘導加熱装置によれば、電力設定の大小を変更する場合に複数ビットが同時に切り替わることがなく、電力ステップ所定段階の設定変更に際し、複数の入力信号が同時に変化することのない電磁誘導加熱装置を実現することができる。

請求項２記載の電磁誘導加熱装置によれば、汎用制御手段が持つタイマの分解能を活用してワンショットパルス出力によりスイッチング手段を制御することができる。したがって、経済性に富んだ電磁誘導加熱装置を実現することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電磁誘導加熱装置の第一実施例を示すブロック図である。図１において、１は例えばＡＣ１００Ｖの交流電源、２は交流電源１からの交流電力を直流入力電力に変換する、例えばダイオードブリッジからなる直流整流回路である。直流整流回路２の前段には交流電源１に侵入する雷サージ等の異常電圧からの保護を図るためコンデンサ３及びバリスタ４が接続されている。また、直流整流回路２の出力側には制御回路に供給する電圧に降圧する直流電源回路５が接続されている。

直流整流回路２の出力側正極端子６にはチョークコイル７の一端が接続されている。該チョークコイル７の他端には平滑コンデンサ８が直列に接続され、該平滑コンデンサ８の他端は共通ラインである直流整流回路２の出力側負極端子９に接続されている。また、チョークコイル７と平滑コンデンサ８との接続部には、共振コンデンサ11とスイッチング素子12との直列回路が接続され、該直列回路の他端は共通ラインに接続されている。さらに、前記共振コンデンサ11には誘導加熱コイル13が並列に接続されている。すなわち、直流整流回路２からの直流入力電力が、共振コンデンサ11とスイッチング素子12との直列回路に供給され、共振コンデンサ11とスイッチング素子12との直列回路は、前記直流入力電力を高周波電力に変換するインバータ回路に相当する。そして、スイッチング素子12のゲートに供給されるパルス駆動信号によりスイッチング素子12をスイッチング動作させ、誘導加熱コイル13と共振コンデンサ11との間で共振を起こすことで、誘導加熱コイル13に高周波電流を流すように構成している。

スイッチング手段としてのスイッチング素子12には、例えばＩＧＢＴが用いられる。このＩＧＢＴの駆動はゲートに接続されたドライブ回路14よって行われ、該ドライブ回路14はマイコン15によって制御される。

マイコン15には設定値などの入力信号および状態表示などの出力信号を生成するインターフェース回路16、回路素子のバラツキ吸収用制御データやエラー発生履歴を記憶させるＥＥＰＲＯＭ17、および各種安全回路18が接続されている。なお、マイコン15 にはＲＯＭ19が備えられており、該ＲＯＭ19には設定電力量が二進数と対応付けられて記憶されている。

インターフェース回路16のうち、加熱量たる電力量を設定するための電力設定手段の概略構成を図２に示す。電力設定手段21は複数の入力手段としての入力端子22を有する。具体的には３ビットからなる入力端子22を備えている。３ビットの入力端子22には、それぞれフォトカプラ23のフォトダイオード24と電流制限抵抗25とスイッチ26が直列接続され、直流電源27が供給されるようになっている。また、フォトカプラ23の出力側はマイコン15に接続されている。したがって、入力端子22のスイッチ26をオン・オフすることにより設定値に対応した二進数信号をマイコン15に出力することができるようにされている。

次に、上記構成についてその作用を説明する。直流整流回路２は交流電源１から供給される交流電力を直流入力電力に変換し、この直流入力電力を誘導加熱コイル13に供給する。誘導加熱の制御は、共振コンデンサ11と、この共振コンデンサ11と並列回路をなす誘導加熱コイル13との間で共振が起こるタイミングで、スイッチング素子12をスイッチング動作させることで行われる。これにより、誘導加熱コイル13に高周波電流が供給され、誘導加熱コイル13から交番磁界が発生して、誘導加熱コイル13に近接して置かれた被加熱物が電磁誘導加熱される。

加熱量を任意の設定電力に制御するためには、スイッチング素子12のオン・オフ時間（デューティ比）を制御する必要があり、入力端子22により設定された設定電力になるよう誘導加熱コイル13の加熱電力量を更新している。これにより、被加熱物への加熱量が所望の値になるように、誘導加熱コイル13を流れる電流ひいては被加熱物に供給される誘導加熱電力が制御され、適正な電磁誘導加熱が行われる。

マイコン15のＲＯＭ19には、図３（ｂ）又は（ｃ）に示す対照表のような、３ビットの二進数コードと電力設定値とが記憶されている。すなわち電力量の設定を０Ｗと、７００Ｗ〜１３００Ｗまでを１００Ｗ刻みとする８段階の対照表が記憶されている。この対照表によれば、１ステップごとの電力量の変更に際して１ビットだけしか変化しない二進数コードが対応している。例えば、図３（ｂ）の対照表によれば電力量が７００Ｗから８００Ｗに変更する場合、ビット２だけが０から１に変化し、ビット１やビット３は変化しない。電力量を１ステップずつ変更する場合、どのステップにおいても変化するビットは１つだけとなるよう対応付けられている。同様に図３（ｃ）の対照表によれば、電力量が７００Ｗから８００Ｗに変更する場合、ビット１だけが０から１に変化し、ビット２やビット３は変化しない。なお、図３（ａ）に示す対照表は、設定電力量の増加を純二進数の増加に対応させた従来技術の対照表である。

上記第一実施例によれば電力量の設定値を１ステップ変更する場合において、同時に複数ビットが変化することがないので、電力量を１ステップずつ確実に変更することができる。したがって、スイッチング素子12に急激な変化を与える虞がなく、急激な電流変化によりスイッチング素子12が破壊されるのを防止でき、安全な駆動を行うことができる。

図４は、本発明に係る電磁誘導加熱装置の第二実施例を示すブロック図である。インバータを駆動するＩＧＢＴ駆動回路31および制御手段としてのＭＰＵ32に関係する部分以外は第一実施例と共通するので、第一実施例と共通する構成についての説明は省略し、ＩＧＢＴ駆動回路31およびＭＰＵ32に関係する部分の構成について説明する。

電磁誘導加熱装置の駆動・停止信号や電力量をどの程度にするか等の各種信号は、インバータ制御回路33からＭＰＵ32に入力される。また、トリガ信号もインバータ制御回路33からＭＰＵ32のトリガ信号入力端子34に入力される。ＭＰＵ32は安価な汎用仕様のものであるが、信号としてワンショットパルス出力機能を有する第一タイマ35と、前記第一タイマより高分解能なワンショットパルス出力機能を有する第二タイマ36を備えている。

一方、ＭＰＵ32のゲート信号出力端子37にはＩＧＢＴ駆動回路31が接続され、ＩＧＢＴ駆動回路31の出力はスイッチング素子12であるＩＧＢＴのゲートに接続されている。また、ＭＰＵ32のゲート信号出力端子37にはエミッタ接地のＮＰＮ型トランジスタ38のコレクタが接続され、該トランジスタ38のベースにはＭＰＵのゲート制御信号出力端子39が接続されている。

次に、図５に示すタイムチャートを参照しながら第二実施例の動作について説明する。ＩＧＢＴ12のコレクタとエミッタ間の信号がゼロになったときに、ＩＧＢＴ12のスイッチングのタイミングを知らせるトリガ信号はインバータ制御回路33よりＭＰＵ32へ出力される。これによりＭＰＵのトリガ信号入力はＬに落ちる。そして、ＭＰＵ本体がトリガ信号の立下りを検出すると、ゲート信号出力を制御するためのワンショットパルス出力用の第一タイマ35を起動するハードウエア割込みがかかる。また、同時にゲート制御信号出力を制御するための外部信号出力用の第二タイマ36を起動するソフトウエア割込みもかかるが、各種レジスタの退避時間などが必要なため、第一タイマ35と第二タイマ36のカウント開始にはタイムラグＴ１が生じることになる。すなわち、ハードウエア割込みがかかることにより、第一タイマ35にカウント時間Ａ１がセットされ、第一タイマ35はカウントダウンを始める。このとき、カウント時間Ａ１には、ＩＧＢＴ駆動用パルスがオンになるまでの待ち時間（デマンドタイム）をセットする。その後、各種レジスタ退避などの作業を行った後、第二タイマ36のカウント時間Ｂ１がセットされる。このとき第二タイマ36のカウント時間Ｂ１には、第一タイマ35のカウント時間Ａ１の残り時間Ｔ２と、ＩＧＢＴ駆動用パルスのオン時間Ｔ３との合計時間をセットする。このことにより第一タイマ35と第二タイマ36に生じたタイムラグＴ１をオフセットすることができる。

第一タイマ35のカウント時間Ａ１がゼロになると、ＭＰＵ32のゲート信号出力がＨになり、ＩＧＢＴ駆動回路にはＨ信号が入力される。それによりＩＧＢＴ駆動回路31からスイッチング素子であるＩＧＢＴ12のゲートにＨ信号が入り、ＩＧＢＴ12の出力はオンとなる。

続いて、第二タイマ35のカウント時間Ｂ１がゼロになると、ゲート制御信号出力がＨになる。ゲート制御信号出力がＨになると、ＮＰＮ型トランジスタ38のゲートがＨになり、トランジスタ38はオンになる。その結果、ゲート信号出力はグランド側に落ち、ＩＧＢＴ駆動回路31にはＬ信号が入ってＩＧＢＴ12の出力はオフとなる。

すなわち、ＩＧＢＴ12の出力がオンとなっている時間Ｔ３の分解能は、第二タイマ36の分解能と等しくなり、パルス幅Ａ２の第一タイマ35の分解能に依存することなく、ＭＰＵ32が備えるタイマのうち、もっとも高分解能なパルス幅Ｂ２の第二タイマ36の分解能に依存することになる。したがって、この第二実施例によれば、汎用のＭＰＵ32が持つタイマの最大分解能を活用してＩＧＢＴ12のオン時間を制御することができ、経済性に富んだ電磁誘導加熱装置を実現することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば上記第一実施例では電力設定手段21を３ビットの入力端子22により構成しているが、電力設定手段21は３ビット構成のものに限らない。また、本発明の電磁誘導加熱装置が適用される電気機器は複写機の画像定着装置やＩＨ調理器に限定されるものではない。

本発明に係る電磁誘導加熱装置の第一実施例を示すブロック図である。本発明に係る電磁誘導加熱装置の電力設定手段を示す回路図である。電力値と電力設定信号との対応表である。本発明に係る電磁誘導加熱装置の第二実施例を示すブロック図である。第二実施例の信号関係を示すタイムチャート図である。

符号の説明

12 ＩＧＢＴ（スイッチング手段）
21 電力設定手段
22 入力端子（入力手段）
32 ＭＰＵ（制御手段）
35 第一タイマ
36 第二タイマ

Claims

複数の入力手段を有する電力設定手段を備え、前記入力手段により電力をステップ状に設定し、電力設定のステップ所定段階の変更に際し、前記複数の入力手段を同時に変化させないことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
信号出力機能を有する第一タイマと、高分解能なワンショットパルス出力機能を有する第二タイマと、を備える制御手段において、所定信号の波形を前記第二タイマで制御することにより、スイッチング手段の信号を前記第二タイマの分解能で制御することを特徴とする電磁誘導加熱装置。