JP2019075217A - Grid control circuit and dielectric heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、グリッド制御回路、および誘電加熱装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to grid control circuits and dielectric heating devices.
例えば、2つの電極を有する高周波誘電加熱装置(以下、誘電加熱装置と称する)がある。誘電加熱装置は、電極に印加する電圧の極性を高い周波数で反転させて、電極同士の間に設けられた誘電体を含むワークの分子の双極子(Dipole)を振動させることで発熱させる。誘電加熱装置は、樹脂、木材、繊維、食品、プラズマ生成などに関する多様な産業分野で利用されている。 For example, there is a high frequency dielectric heating device (hereinafter referred to as a dielectric heating device) having two electrodes. The dielectric heating device inverts the polarity of the voltage applied to the electrodes at a high frequency, and generates heat by vibrating the dipole (Dipole) of the molecule of the work including the dielectric provided between the electrodes. Dielectric heating devices are used in various industrial fields related to resin, wood, fiber, food, plasma generation and the like.
加熱対象となるワークの発熱量は、誘電体の物性に起因する損失係数、印加する電界強度、印加電圧の周波数、電極構造などにより決まる。一般的に、発熱量は、損失係数および周波数に比例する。そのため、損失係数が大きくなったり、周波数が高くなったりすれば、発熱量は増大する。 The calorific value of the work to be heated is determined by the loss coefficient resulting from the physical properties of the dielectric, the applied electric field strength, the frequency of the applied voltage, the electrode structure, and the like. Generally, the calorific value is proportional to the loss factor and the frequency. Therefore, if the loss factor is increased or the frequency is increased, the calorific value is increased.
また、電力半減深度は、損失係数および周波数に反比例する。電力半減深度は、ワークの表面に印加された高周波電圧のエネルギーが減衰により半分になる深さである。電力半減深度は、ワークの表面からどの程度の深さまで加熱が可能かを表す際に用いられる。そのため、損失係数が大きくなったり、周波数が高くなったりすれば、加熱が可能な深さが浅くなる。ここで、ワークの加熱装置であるマイクロ波加熱装置は、2.4GHz程度のマイクロ波を用いる。これに対して、誘電加熱装置においては、一般的に、20MHz〜40MHz程度の高周波が用いられる。そのため、マイクロ波加熱装置に比べて周波数が低い誘電加熱装置を用いれば、電力半減深度を深くすることができる。その結果、ワークの厚みが厚い場合などにおいても比較的均一な加熱が可能となる。 Also, the power half depth is inversely proportional to the loss factor and the frequency. The half power depth is the depth at which the energy of the high frequency voltage applied to the surface of the work is halved by attenuation. The half power depth is used to indicate how deep the heating is possible from the surface of the work. Therefore, if the loss factor is increased or the frequency is increased, the depth at which heating can be performed becomes shallow. Here, the microwave heating apparatus, which is a heating apparatus for a workpiece, uses microwaves of about 2.4 GHz. On the other hand, in the dielectric heating device, generally, a high frequency of about 20 MHz to 40 MHz is used. Therefore, if the dielectric heating device whose frequency is lower than that of the microwave heating device is used, the half power depth can be made deeper. As a result, even when the thickness of the workpiece is thick, relatively uniform heating is possible.
この様な誘電加熱装置には、出力が1kW以下の小型のものから、出力が数10kW程度の大型のものまで様々なものがある。出力が1kW以下の小型の誘電加熱装置には、半導体素子(スイッチング素子)を有する高周波発振回路(以下、発振回路と称する)が用いられることが多い。一方、出力が1kWを超えると、複数の半導体素子を並列あるいは直列に接続してスイッチングを行うことができる。発振回路に複数の半導体素子を用いると製造コストが大幅に増大するおそれがある。そのため、出力が1kWを超える誘電加熱装置には、真空管(三極管)を有する発振回路が用いられる場合が多い。また、誘電加熱装置は負荷変動が大きいため、異常発振が発生しやすくなる。そのため、真空管を有する発振回路とすれば、過電圧保護の簡素化を図ることができる。 There are various types of such dielectric heating devices, from small ones with an output of 1 kW or less to large ones with an output of about several tens of kW. A high frequency oscillation circuit (hereinafter referred to as an oscillation circuit) having a semiconductor element (switching element) is often used for a small-sized dielectric heating device whose output is 1 kW or less. On the other hand, when the output exceeds 1 kW, switching can be performed by connecting a plurality of semiconductor elements in parallel or in series. When a plurality of semiconductor elements are used for the oscillation circuit, the manufacturing cost may be significantly increased. Therefore, an oscillation circuit having a vacuum tube (triode) is often used for a dielectric heating device whose output exceeds 1 kW. Further, since the dielectric heating device has a large load fluctuation, abnormal oscillation is likely to occur. Therefore, if the oscillation circuit has a vacuum tube, the overvoltage protection can be simplified.
なお、パワーエレクトロニクス技術の進歩に伴い、GaNデバイスなどのワイドバンドギャップ、高電子移動度の高周波半導体素子が開発されている。しかしながら、現時点では、出力が数kW〜数10kWの誘電加熱装置に半導体素子を有する発振回路を用いるのは困難である。
そのため、出力が1kWを超える誘電加熱装置には、真空管を有する発振回路を用いることが好ましい。
In addition, with the progress of power electronics technology, a wide band gap, such as a GaN device, a high frequency semiconductor element having a high electron mobility has been developed. However, at present, it is difficult to use an oscillation circuit having a semiconductor element for a dielectric heating device with an output of several kW to several tens of kW.
Therefore, it is preferable to use an oscillation circuit having a vacuum tube for a dielectric heating device whose output exceeds 1 kW.
ところが、真空管を有する発振回路を用いれば、グリッド損やプレート損により誘電加熱に寄与しない無効電力が増加して、電力効率が低下するという新たな課題が生じる。
そこで、真空管を有する発振回路を用いる場合であっても電力効率の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
However, if an oscillation circuit having a vacuum tube is used, reactive power not contributing to dielectric heating is increased due to grid loss and plate loss, resulting in a new problem that power efficiency is reduced.
Therefore, it has been desired to develop a technology that can improve power efficiency even when using an oscillation circuit having a vacuum tube.
本発明が解決しようとする課題は、真空管を有する発振回路を用いる場合であっても電力効率の向上を図ることができるグリッド制御回路、および誘電加熱装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a grid control circuit and an dielectric heating device capable of improving power efficiency even when using an oscillator circuit having a vacuum tube.
実施形態に係るグリッド制御回路は、誘電加熱装置の発振回路に設けられた真空管のグリッドに間欠的に電圧を印加するグリッド制御回路である。前記発振回路のLC共振周波数をf、正の整数をNとした場合に、前記グリッド制御回路は、前記電圧の印加に関するスイッチング周波数がf/Nとなるように前記グリッドに間欠的に前記電圧を印加する。 The grid control circuit according to the embodiment is a grid control circuit that intermittently applies a voltage to a grid of a vacuum tube provided in an oscillation circuit of a dielectric heating device. When the LC resonant frequency of the oscillation circuit is f and the positive integer is N, the grid control circuit intermittently applies the voltage to the grid such that the switching frequency related to the application of the voltage is f / N. Apply.
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本実施の形態に係る誘電加熱装置1を例示するための回路図である。
図1に示すように、誘電加熱装置1には、発振回路2、直流電源3、およびグリッド制御回路4が設けられている。
発振回路2は、真空管22を有し、電極20に高周波電力を供給する。
電極20に印加される高周波電力は、1kW以上とすることができる。
発振回路2は、電極20、コイル21、真空管22、コンデンサ23、抵抗24、およびコイル25を有する。
Hereinafter, embodiments will be illustrated with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals and the detailed description will be appropriately omitted.
FIG. 1 is a circuit diagram for illustrating a
As shown in FIG. 1, the
The
The high frequency power applied to the
The
電極20は、金属などの導電性材料から形成することができる。電極20は、例えば、平板状を呈し、互いに平行となるように一対設けることができる。ただし、電極20は、いわゆる平行平板型電極に限定されるわけではなく、ワーク100に高周波電力を印加できるものであればよい。電極20は、例えば、格子状、コイル状、円筒状、ローラ状などであってもよい。また、電極20は、固定されたものであってもよいし、コンベアのように移動するものであってもよい。
電極20が平行平板型電極である場合には、ワーク100は、電極20同士の間に載置される。ワーク100は、誘電体を含むものであれば特に限定はない。
The
When the
コイル21は、一対の電極20と並列接続することができる。この場合、一対の電極20は、コンデンサとして機能する。そのため、コイル21および一対の電極20は、LC回路を構成する。なお、電極20同士の間にワーク100が載置された場合には、一対の電極20およびワーク100が、コンデンサとして機能する。
The
また、必要に応じてコンデンサ20aやコイル21aを設けることもできる。コイルおよびコンデンサの接続形態により、直列共振回路や並列共振回路を構成することができる。
なお、電極20が平行平板型電極でない場合には、コイル21と並列または直列接続されたコンデンサを設けるようにすればよい。
また、真空管22と電極20(ワーク100)との間に、トランスやπ回路などのインピーダンス変換回路をさらに設けることもできる。
Moreover, the
If the
In addition, an impedance conversion circuit such as a transformer or a π circuit may be further provided between the
真空管22は、送信管と呼ばれる大型の三極管とすることができる。真空管22が、送信管であれば、出力が数kW〜数10kWの誘電加熱装置に対応することができる。
三極管である真空管22は、フィラメント22a、グリッド22b、およびプレート22cを有する。フィラメント22aは直流電源3の一方の端子に接続され、プレート22cは直流電源3の他方の端子に接続されている。グリッド22bは、抵抗24およびコイル25を介してフィラメント22aと接続されている。抵抗24は、フィラメント22aから放出された熱電子がグリッド22bに飛び込む際に発生した電流を利用するためのものである。そのため、抵抗24に代えて、出力が100V〜2000V程度の直流マイナス電源を設けることもできる。
The
The
コイル21の両端の電圧E1と電圧E2は逆位相となる。アノード側の電圧E1と逆位相の電圧E2をグリッド制御回路4を介してグリッド22bに帰還させることで自励発振させることができる。図1に例示をした発振回路2は、プレート同調形発振回路である。 コンデンサ23は、グリッド22bに帰還させる電圧E2における直流成分をカットするカップリングコンデンサである。
直流電源3は、100V〜20kV程度の直流電圧を出力する直流電源である。
The voltage E1 and the voltage E2 at both ends of the
The
ここで、一般的に、真空管のグリッドは発振動作中、常にマイナスの電圧にバイアスされている。そのため、電圧が最も高い状態でも電圧はプラスにはならない。しかしながら、真空管が送信管である場合は、より多くのプレート電流を確保することになる。そのため、スイッチオン時には、グリッド電圧をフィラメント電圧よりも高くしている。ところが、グリッド電圧をフィラメント電圧よりも高くすると、グリッドにより多くの電子が飛び込むようになるため、グリッド損が増加する。
また、プレートにはフィラメントから放出された電子が衝突するので損失(以下、プレート損と称する)が発生する。
Here, generally, the grid of the vacuum tube is always biased to a negative voltage during the oscillation operation. Therefore, the voltage does not become positive even in the state of the highest voltage. However, if the vacuum tube is a transmitter tube, more plate current will be secured. Therefore, when the switch is turned on, the grid voltage is higher than the filament voltage. However, if the grid voltage is higher than the filament voltage, more electrons will be injected into the grid, thereby increasing grid loss.
In addition, since the electrons emitted from the filaments collide with the plate, a loss (hereinafter referred to as plate loss) occurs.
送信管は発振動作させてもグリッドやプレートが損傷しないように、表面処理やアノード構造を一般の真空管とは異なるものとしている。そのため、送信管は一般の真空管と比べて、耐熱電流や冷却効率が高くなっている。しかしながら、送信管のグリッド損、およびアノード損は、一般の真空管のグリッド損、およびアノード損に比べてかなり大きくなる。 The surface treatment and the anode structure are made different from general vacuum tubes so that the transmission tubes do not damage the grids and plates even when oscillating. Therefore, the heat-resistant current and the cooling efficiency of the transmission tube are higher than that of a general vacuum tube. However, the grid loss and the anode loss of the transmission tube are considerably larger than the grid loss and the anode loss of a general vacuum tube.
グリッド損およびプレート損は、誘電加熱に寄与しない無効電力となる。そのため、グリッド損およびプレート損の少なくともいずれかを抑制することができれば、誘電加熱装置の電力効率を向上させることができる。 Grid loss and plate loss are reactive powers that do not contribute to dielectric heating. Therefore, the power efficiency of the dielectric heating device can be improved if at least one of grid loss and plate loss can be suppressed.
図2は、比較例に係る誘電加熱装置11を例示するための回路図である。
図2に示すように、誘電加熱装置11には、発振回路2、および直流電源3が設けられている。すなわち、誘電加熱装置11には、グリッド制御回路4が設けられていない。誘電加熱装置11においては、アノード側の電圧E1と逆位相の電圧E2を配線26を介してグリッド22bに帰還させることで自励発振させる。この場合、LC共振周波数と同期したタイミングで真空管をスイッチングさせる自励式の同調発振回路となる。
FIG. 2 is a circuit diagram for illustrating a
As shown in FIG. 2, the
同調発振回路とすれば、発振回路の構成を簡易なものとすることができる。しかしながら、同調発振回路とすれば、原理的に、LC共振周波数と同期したタイミングで真空管をスイッチングさせることになる。同調発振回路の場合には、プレート損やアノード損は、真空管のスイッチングにより発生するため、スイッチングの回数が多くなる同調発振回路とすれば、誘電加熱装置11の電力効率を向上させるのが困難となる。
With the tuned oscillation circuit, the configuration of the oscillation circuit can be simplified. However, in the case of a tuned oscillation circuit, in principle, the vacuum tube is switched at a timing synchronized with the LC resonance frequency. In the case of the tuned oscillation circuit, plate loss and anode loss occur due to switching of the vacuum tube, and it is difficult to improve the power efficiency of the
そこで、本実施の形態に係る誘電加熱装置1にはグリッド制御回路4が設けられている。グリッド制御回路4は、誘電加熱装置1の発振回路2に設けられた真空管22のグリッド22bに間欠的に電圧を印加する。また、後述するように、発振回路2のLC共振周波数をf、正の整数をNとした場合に、グリッド制御回路4は、電圧の印加に関するスイッチング周波数がf/Nとなるようにグリッド22bに間欠的に電圧を印加する。
グリッド制御回路4は、電源40、スイッチング素子41、ゲート駆動回路42を有する。
電源40は、直流電源とすることができる。この場合、電源40は、商用電源などからの交流電力を直流電力に変換するものであってもよい。また、電源40は、誘電加熱装置1の外部に設けられ、グリッド制御回路4に直流電力を供給するものであってもよい。
Therefore, the
The
The
スイッチング素子41は、電源40からグリッド22bに供給する電力のスイッチングを行う。スイッチング素子41は、例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、HEMT(High Electron Mobility Transistor)、JFET(Junction Field-Effect Transistor)、接合型トランジスタなどの半導体素子とすることができる。
The switching
ゲート駆動回路42は、スイッチング素子41のON状態とOFF状態を切り替える。例えば、ゲート駆動回路42は、スイッチング素子41のゲート電極に所定の電圧を印加することで、スイッチング素子41をON状態にする。スイッチング素子41がON状態になると、スイッチング素子41を介して電源40からグリッド22bに直流電圧が印加される。
The
また、ゲート駆動回路42はコイル21に接続されている。そのため、ゲート駆動回路42は、電圧E2または電流からLC共振周波数を検出することができる。
また、ゲート駆動回路42は、カウンタ回路、チャージ回路、位相制御回路などを有することができる。そのため、ゲート駆動回路42は、スイッチング素子41のスイッチングのタイミングをLC共振周波数に基づいて決定することができる。例えば、ゲート駆動回路42は、真空管22が所定の回数のスイッチングを行った際には、スイッチング素子41が1回スイッチングを行うようにすることができる。すなわち、LC共振周波数をf、正の整数をNとした場合に、ゲート駆動回路42(スイッチング素子41)のスイッチング周波数がf/Nとなるようにすることができる。
Also, the
In addition, the
誘電加熱装置1は、周囲への電波障害を発生させないようにすることが好ましい。この場合、ISM用周波数の帯域として、6.765MHz以上6.795MHz以下、13.553MHz以上13.567MHz以下、26.957MHz以上27.283MHz以下、および、40.66MHz以上40.70MHz以下を使用することができる。なお、ISM用周波数の帯域は、互いに2倍、3倍となるように設定されている。
そのため、LC共振周波数f、およびスイッチング周波数f/Nの少なくともいずれかが、6.765MHz以上6.795MHz以下、13.553MHz以上13.567MHz以下、26.957MHz以上27.283MHz以下、および、40.66MHz以上40.70MHz以下のいずれかの帯域に含まれるようにすることが好ましい。
Preferably, the
Therefore, at least one of the LC resonance frequency f and the switching frequency f / N is 6.765 MHz to 6.795 MHz, 13.553 MHz to 13.567 MHz, 26.957 MHz to 27.283 MHz, and 40. It is preferable to be included in any band of 66 MHz or more and 40.70 MHz or less.
ここで、LC共振回路は、電気抵抗によるエネルギーの消費を無視した理想的な回路であり、実際には、電気抵抗によるエネルギーの消費でエネルギーが減衰することになる。
減衰することなく共振(発振)を維持するためには、外部から共振周波数と同期したタイミングで毎回、エネルギーを補充する必要がある。
例えば、図2に例示をした比較例に係る誘電加熱装置11の場合には、配線26を介して電圧E2をグリッド22bに印加することで、LC共振周波数と同期したタイミングでLC共振回路にエネルギーが補充される。
しかしながらこの様にすると、プレート損やアノード損が共振周波数と同じ周波数で毎回発生するため、誘電加熱装置11の電力効率が低下することになる。
Here, the LC resonant circuit is an ideal circuit neglecting the consumption of energy by electrical resistance, and in fact, the energy is attenuated by the consumption of energy by electrical resistance.
In order to maintain resonance (oscillation) without attenuation, it is necessary to replenish energy from the outside each time at a timing synchronized with the resonance frequency.
For example, in the case of the
However, in this case, the plate loss and the anode loss occur each time at the same frequency as the resonance frequency, so that the power efficiency of the
これに対して、本実施の形態に係る誘電加熱装置1にはグリッド制御回路4が設けられているので、グリッド22bに間欠的に電圧を印加することができる。そのため、プレート損やアノード損の抑制、ひいては誘電加熱装置1の電力効率の向上を図ることができる。
On the other hand, since the
また、グリッド22bへの電圧印加を間欠的に行えば、電圧を印加した際のLC共振周波数の振幅が最も大きくなり、電圧の印加を行わない間はLC共振周波数の振幅が減衰する。
そのため、発振回路2からの出力は、LC共振周波数と、スイッチング周波数f/Nの2つの周波数が重畳した交流出力(交流電流あるいは交流電圧)となる。
ワーク100の発熱量は、ワーク100の材料の影響を受ける。例えば、ワーク100の材料によっては高い周波数の交流出力が吸収されやすく、低い周波数の交流出力が吸収され難い場合がある。誘電加熱装置1の交流出力には、2つの周波数が重畳しているので、ワーク100への吸収効率、ひいてはワーク100の発熱効率を向上させることができる。
In addition, if voltage application to the
Therefore, the output from the
The calorific value of the
グリッド制御回路4に設けられたスイッチング素子41およびゲート駆動回路42は、半導体素子により構成することができるので小型化が容易である。また、図1に示すように、グリッド制御回路4は、発振回路2に簡単に接続することができる。すなわち、グリッド制御回路4は、発振回路2と着脱可能に接続することができる。
そのため、既存の誘電加熱装置にグリッド制御回路4を容易に取り付けることができる。
Since the switching
Therefore, the
図3は、他の実施形態に係る誘電加熱装置1aを例示するための回路図である。
図3に示すように、誘電加熱装置1aには、発振回路2、直流電源3、およびグリッド制御回路4aが設けられている。
グリッド制御回路4aは、電源40a、スイッチング素子41、ゲート駆動回路42を有する。
図1に例示をした電源40は独立した電源であるが、電源40aは発振回路2からの交流電圧を用いた電源である。
FIG. 3 is a circuit diagram for illustrating a
As shown in FIG. 3, the
The
The
電源40aは、LC共振周波数の交流電圧、およびスイッチング周波数f/Nの交流電圧の少なくともいずれかを用いるものとすることができる。
例えば、LCフィルタなどでLC共振周波数の交流電圧をワーク100側に反射させ、スイッチング周波数f/Nの交流電圧のみを用いることもできる。
なお、電源40aに入力されるのは交流電圧であるが、電源40aから出力されグリッド22bに印加されるのは直流電圧である。そのため、電源40aは、交流直流変換回路40bを有するものとすることが好ましい。
The
For example, an AC voltage at the LC resonance frequency may be reflected toward the
Although an alternating voltage is input to the
ここで、重い負荷である真空管22のグリッド22bの駆動を高効率で行うためには、スイッチング素子41のスイッチングが行われない間に入力された交流のエネルギーを蓄積し、蓄積された交流のエネルギーを次のスイッチングが行われた際に用いるようにすることが好ましい。
すなわち、グリッド制御回路4aは、エネルギー蓄積回路40cをさらに有するものとすることが好ましい。エネルギー蓄積回路40cは交流直流変換回路40bと一体に設けることもできるし、交流直流変換回路40bとは別に設けることもできる。
Here, in order to drive the
That is, it is preferable that the
以下においては、電源40aが交流直流変換機能とエネルギー蓄積機能とを有する場合を説明する。
図4は、電源40aを例示するための回路図である。
図4に示すように、電源40aはコッククロフト・ウォルトン回路(Cockcroft?Walton circuit)とすることができる。そして、エネルギー蓄積手段としてコンデンサを用いることができる。
Below, the case where the
FIG. 4 is a circuit diagram for illustrating the
As shown in FIG. 4, the
電源40aの端子40a1にはスイッチング素子41が接続され、端子40a2および端子40a3には発振回路2が接続される。
電源40aは、2つのダイオード40a4と2つのコンデンサ40a5とで構成される回路40a6を複数備えている。また、複数の回路40a6は直列接続されている。回路40a6は、入力された交流電圧の1サイクルを、整流すると共にチャージする。
The switching
The
例えば、スイッチング周波数f/Nでスイッチング素子41をスイッチングする場合には、N個の回路40a6を直列接続することができる。なお、図4に例示をしたものは、「f/3」の周波数でスイッチング素子41をスイッチングする場合である。
For example, when switching the switching
複数の回路40a6を直列接続することで、1つのコンデンサ40a5およびダイオード40a4に印加される電圧を低減させることができる。また、1つのコンデンサ40a5およびダイオード40a4における発熱量を少なくすることができる。
また、回路40a6は、ダイオード40a4とコンデンサ40a5とで構成されるので、電源40aの小型化を図るのが容易となる。
また、コンデンサ40a5を用いてエネルギーを蓄積すれば、蓄積された電荷量(電圧)としきい値電圧を比較することで、スイッチングの位相を制御できるという利点もある。
なお、コンデンサを備え、交流直流変換機能とエネルギー蓄積機能とを有する回路である、倍圧整流回路、半端整流回路、ブリッジ整流回路などを用いることもできる。
By connecting the plurality of circuits 40a6 in series, the voltage applied to one capacitor 40a5 and the diode 40a4 can be reduced. In addition, the amount of heat generation in one capacitor 40a5 and the diode 40a4 can be reduced.
Further, since the circuit 40a6 is composed of the diode 40a4 and the capacitor 40a5, it becomes easy to miniaturize the
Furthermore, if energy is stored using the capacitor 40a5, there is also an advantage that the phase of switching can be controlled by comparing the stored charge amount (voltage) with the threshold voltage.
Note that a voltage doubler rectifier circuit, a half rectifier circuit, a bridge rectifier circuit, or the like, which is a circuit including a capacitor and having an AC / DC conversion function and an energy storage function, can also be used.
図5は、他の実施形態に係る電源40aを例示するための回路図である。
図5に示すように、電源40aはフライバック回路とすることができる。フライバック回路は、エネルギーをコイル(フライバックトランス40a7)に流れる電流として蓄積する。
フライバックトランス40a7を用いれば、前述したコンデンサを用いたエネルギーの蓄積と比べて、より耐圧の低いスイッチング素子40a8を用いることができる。そのため、バンドギャップの小さいシリコンなどを用いた半導体素子を用いることができる。
FIG. 5 is a circuit diagram for illustrating a
As shown in FIG. 5, the
When the flyback transformer 40a7 is used, the switching element 40a8 having a lower withstand voltage can be used as compared to the energy storage using the above-described capacitor. Therefore, a semiconductor element using silicon or the like with a small band gap can be used.
スイッチング素子40a8は、例えば、MOSFET、HEMT、JFET、接合型トランジスタなどの半導体素子とすることができる。
また、図5に示すように、電源40aにゲート駆動回路42を内蔵させることができる。
この場合、端子40a1は、スイッチング素子41のゲート電極に接続することができる。
また、端子40a1は、コンデンサ23に接続することもできる。この場合、電源40aに内蔵されたゲート駆動回路42により、直流電圧がグリッド22bに直接印加される。
The switching element 40a8 can be, for example, a semiconductor element such as a MOSFET, a HEMT, a JFET, or a junction transistor.
Further, as shown in FIG. 5, the
In this case, the terminal 40a1 can be connected to the gate electrode of the switching
The terminal 40a1 can also be connected to the
以上に説明したように、グリッド制御回路4aは、電源40aを有し、電源40aには、LC共振周波数f、またはスイッチング周波数f/Nの交流電流あるいは交流電圧が入力される。
電源40aは、コッククロフト・ウォルトン回路、倍圧整流回路、半端整流回路、ブリッジ整流回路、およびフライバック回路のいずれかを有するものとすることができる。
As described above, the
The
グリッド制御回路4、4aに設けられたスイッチング素子41、40a8は、バンドギャップが1.4eV以上、あるいは電子移動度が1500cm2/V・s以上の半導体素子とすることが好ましい。バンドギャップが1.4eV以上、あるいは電子移動度が1500cm2/V・s以上の半導体素子は、例えば、GaAs、GaN、SiC、InPなどを含むものとすることができる。
この様な半導体素子とすれば、低損失とすることができ、スイッチング素子41、40a8の耐圧を高くすることができ、真空管22のスイッチング速度を速くすることができる。また、この様な半導体素子を用いれば、誘電加熱装置1の電力効率と信頼性を向上させることができる。
なお、電源40aなどに設けられたダイオード40a4も、バンドギャップが1.4eV以上、あるいは電子移動度が1500cm2/V・s以上のダイオードとすることが好ましい。上記の「バンドギャップが1.4eV以上、あるいは電子移動度が1500cm2/V・s以上」は、「バンドギャップが1.4eV以上」及び「電子移動度が1500cm2/V・s以上」の少なくともいずれかが満たされれば良いことを意味する。
The switching
With such a semiconductor element, low loss can be achieved, the withstand voltage of the switching
The diode 40a4 provided in the
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 While certain embodiments of the present invention have been illustrated, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof. In addition, the embodiments described above can be implemented in combination with each other.
1 誘電加熱装置、2 発振回路、3 直流電源、4 グリッド制御回路、20 電極、21 コイル、22 真空管、22a フィラメント、22b グリッド、22c プレート、40 電源、40a 電源、40a4 ダイオード、40a5 コンデンサ、40a6 回路、40a7 フライバックトランス、40a8 スイッチング素子、40b 交流直流変換回路、40c エネルギー蓄積回路、41 スイッチング素子、42 ゲート駆動回路、100 ワーク
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記発振回路のLC共振周波数をf、正の整数をNとした場合に、前記グリッド制御回路は、前記電圧の印加に関するスイッチング周波数がf/Nとなるように前記グリッドに間欠的に前記電圧を印加するグリッド制御回路。 A grid control circuit for intermittently applying a voltage to a grid of a vacuum tube provided in an oscillation circuit of a dielectric heating device, comprising:
When the LC resonant frequency of the oscillation circuit is f and the positive integer is N, the grid control circuit intermittently applies the voltage to the grid such that the switching frequency related to the application of the voltage is f / N. Grid control circuit to apply.
真空管を有し、前記電極に高周波電力を供給する発振回路と、
前記真空管のグリッドに間欠的に電圧を印加する請求項1〜6のいずれか1つに記載のグリッド制御回路と、
を備えた誘電加熱装置。 An electrode,
An oscillator circuit having a vacuum tube and supplying high frequency power to the electrodes;
The grid control circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein a voltage is intermittently applied to a grid of the vacuum tube;
Dielectric heating device.
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