JP2020053322A

JP2020053322A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2020053322A
Application number: JP2018183095A
Authority: JP
Inventors: 中崎　晴俊; Harutoshi Nakasaki; 晴俊中崎; 田縁　貞敏; Sadatoshi Tabuchi; 貞敏田縁
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP7042396B2

Abstract

【課題】複数のスイッチング素子で構成されるインバータのスイッチング素子に過大な電流が流れることによるスイッチング素子の劣化や破壊を防ぐこと。【解決手段】インバータ３の第１のスイッチング素子３ｃ、第２のスイッチング素子３ｄのゲート電圧がともにゼロより大きい第一の所定電圧以上となった場合、第２のスイッチング素子３ｄの駆動信号を強制オフする停止手段７を備えることで、第１のスイッチング素子３ｃ、第２のスイッチング素子３ｄが同時にオンすることがなくなり、信頼性を高くすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭用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、特にインバータを構成するスイッチング素子に過大な電流が流れることによるスイッチング素子の劣化や破壊を防ぎ、誘導加熱調理器の信頼性を向上させるためのものである。

従来、この種の誘導加熱調理器には、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、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、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有するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

さらに、スイッチング素子へ駆動信号を出力しインバータを制御するマイクロコンピュータとインバータを構成するスイッチング素子へ駆動信号を出力する駆動手段との間にスイッチング素子の同時オンを防止する同時オン防止回路を有するものがあった（例えば、特許文献２参照）。

図４は、前記特許文献１に記載された従来の誘導加熱調理器を示すものである。図４に示すように、直流電源４０１は、商用電源４０１ａと、整流器４０１ｂと、入力検知手段４０１ｃとを備えて構成している。平滑回路４０２は、チョークコイル４０２ａと、第１の平滑コンデンサ４０２ｂと第１の平滑コンデンサ４０２ｂと並列に第２の平滑コンデンサ４０２ｃと平滑分流検知手段の直列回路４０２ｄとが接続され、構成している。インバータ部４０３は、第１のスイッチング素子４０３ａと、第２のスイッチング素子４０３ｂと、共振コンデンサ４０３ｃと、電流検知手段４０３ｄと、自己クランプ手段４０３ｅと、温度検知手段４０３ｆとを備え、加熱コイル４０４へ高周波電流を供給している。プレート４０５は、強化ガラスによって構成されており、被加熱物４０６は、プレート４０５の上に加熱コイル４０４と対向して載置される。制御手段４０７は、第１の駆動手段（図示せず）と、第２の駆動手段（図示せず）と、マイクロコンピュータ（図示せず）と、停止手段（図示せず）とを備え、マイクロコンピュータ内部にはタイマカウンタ機能（図示せず）を備えて構成している。

過電流検知手段４０８は、比較器（図示せず）と、電流検知出力（図示せず）と、時定数ラッチ手段（図示せず）とを備えて構成している。

図５は、前記特許文献２に記載された従来の誘導加熱調理器を示すものである。図５に示すように、商用電源などの単相の交流電源５０１と、電磁調理器電源５０２で誘導加熱される鍋５０３と、交流電源５０１の電圧を全波整流する整流回路５２１と、コンデンサ５２２と、スイッチング素子で構成されるインバータ主回路５２３と、加熱コイル５２４と、共振コンデンサ５２５及び５２６と、交流電源５０１からの電流を検出する電流検出器５３１と、コンデンサ５２２の両端電圧を検出する電圧検出器５３２と、マイクロコンピュータ５３３と、インバータ主回路５２３の上アームを駆動するゲート駆動回路５３４と、下アームを駆動するゲート駆動回路５３５とマイクロコンピュータ５３３とゲート駆動回路５３４、５３５との間にスイッチング素子の同時オンを防止する同時オン防止回路５４１とを備えている。同時オン防止回路５４１は、マイクロコンピュータ５３３からインバータ主回路５２３の上下アーム共にオンさせる信号が出力されるとゲート駆動回路５３４、５３５を共にオフさせる信号が出力させるように２入力のナンドで構成されている。

特開２００９−０６４７５０号公報特開２００２−０７５６２２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された従来の構成では、インバータを構成するスイッチング素子に過電流が流れてから保護動作を行うため、過電流によりスイッチング素子を劣化させるとともに、過電流検知のために平滑分流検知手段の直列回路２ｄや電流検知手段４０３ｄが必要となるために部品実装面積の増大やコストアップを招くという課題を有していた。

また、前記特許文献２に記載された従来の構成では、マイクロコンピュータ５３３とゲート駆動回路５３４、５３５との間に同時オン防止回路５４１を備えているため、ゲート駆動回路５３４、５３５が何らかの原因でインバータ主回路５２３の上下アーム共にオンさせる信号を出力した場合にはインバータ主回路５２３を保護することができないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複数のスイッチング素子で構成されるインバータのスイッチング素子に過大な電流が流れることによるスイッチング素子の劣化や破壊を防ぎ、信頼性の高い誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、複数のスイッチング素子により構成されるインバータのスイッチング素子のゲート電圧がともにゼロより大きい第一の所定電圧以上となった場合に、前記スイッチング素子の少なくともひとつの駆動信号を強制オフする停止手段を備えるものである。

これによって、インバータを構成するスイッチング素子に流れる過電流を検知するための構成部品が不要となるとともに、インバータを構成するスイッチング素子のゲート電圧がともに同時オンする状態となることがあってもスイッチング素子に流れる電流を所定の電流以下にすることができる。

また、本発明の誘導加熱調理器は、前記停止手段が検知する前記第一の所定電圧を、前記スイッチング素子に流れる電流が絶対最大定格となる場合のゲート電圧よりも低い第二の所定電圧以下の電圧としたものである。

これによって、駆動手段によりインバータを構成するスイッチング素子が同時に導通することがあってもスイッチング素子に流れる電流を絶対最大定格以下にすることができる。

また、本発明の誘導加熱調理器は、前記停止手段からの停止信号を前記制御手段へ入力すると、前記制御手段は前記インバータを所定の時間停止するとしたものである。

これによって、スイッチング素子は同時オンする状況となった後に所定の時間停止するので、スイッチング素子は同時導通時の電流による発熱での影響を緩和することができ、スイッチング素子の劣化を防ぐことができる。

本発明の誘導加熱調理器は、インバータを構成するスイッチング素子に過大な電流が流れることによるスイッチング素子の劣化や破壊を防ぎ、誘導加熱調理器の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路ブロック図本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の停止手段の入出力真理値表を示す図本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の回路ブロック図従来の誘導加熱調理器の回路ブロック図従来の誘導加熱調理器の回路ブロック図

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に俳他的に動作する複数のスイッチング素子とを有するインバータと、前記スイッチング素子を駆動する駆動部と、前記インバータを制御する制御部と、複数の前記スイッチング素子のゲート電圧がともにゼロより大きい第一の所定電圧以上となった場合に、複数の前記スイッチング素子の少なくともひとつの駆動信号を強制オフする停止手段とを備えるとすることにより、インバータを構成するスイッチング素子に流れる過電流を検知するための構成部品が不要となることで、部品点数と部品実装面積の削減することができる。さらに、インバータを構成するスイッチング素子のいずれか一方のゲート電圧が第一の所定電圧未満であれば、停止手段はインバータの動作を停止させることがなく、インバータを構成するスイッチング素子がともに同時オンする状態となることがあってもスイッチング素子に流れる電流が所定の電流以下にすることができる。さらに、停止手段は、制御手段や駆動手段から独立した構成となっていることから、何らかの原因により制御手段または駆動手段からインバータを構成するスイッチング素子を同時オンさせる信号が出力されても停止手段によりスイッチング素子の同時オンを防止することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の停止手段が検知する第一の所定電圧を、スイッチング素子に流れる電流が絶対最大定格となる場合のゲート電圧よりも低い第二の所定電圧以下の電圧とすることにより、駆動手段によりインバータを構成するスイッチング素子が同時に導通することがあってもスイッチング素子に流れる電流が絶対最大定格以下となるため、スイッチング素子の破壊を防止することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の前記制御部を、停止手段からの停止信号を入力すると、前記インバータを所定の時間停止するとすることにより、スイッチング素子は同時導通時の電流による発熱での影響を緩和することができ、スイッチング素子の劣化を防ぐことができる。

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、本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り、図２は、本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の停止手段の入出力真理値表を示す図である。

図１において、商用電源１と、ダイオードブリッジ２ａとチョークコイル２ｂと平滑コンデンサ２ｃで構成される整流手段２により整流され、整流手段２の出力をインバータ３
により高周波電力に変換する。インバータ３は被加熱物８を加熱する加熱コイル３ａと加熱コイル３ａと共振回路を為す共振コンデンサ３ｂと、前記共振回路に共振電流を生成する為に排他的に動作するスイッチング素子である第１のスイッチング素子（例えばＩＢＧＴ）３ｃと第２のスイッチング素子３ｄとで構成される。

第１のスイッチング素子３ｃと第２のスイッチング素子３ｄは駆動手段４を介して制御手段５により駆動される。制御手段５は消費電流を測定する電流検知手段６からの入力に基づきインバータの出力が所定の値となるようインバータ３を制御する。停止手段７には、第１のスイッチング素子３ｃのゲート電圧をＶｉ１、第２のスイッチング素子３ｄのゲート電圧をＶｉ２とし入力し、出力Ｖｏ１を第２のスイッチング素子３ｄのゲートに接続している。停止手段７は、入力信号が第一の所定電圧以上であればＨ入力と判定し、第一の所定電圧未満であればＬ入力と判定するように構成されている。図２に示すように、停止手段７は、Ｖｉ１とＶｉ２とが共にＨであるときのみ出力Ｖｏ１はＬ出力を行い、それ以外ではＶｏ１はオープン出力となるように構成されている。なお、Ｖｏ１のＬ出力は、スイッチング素子３ｄをオフさせることができる電圧あり、第一の所定電圧は、第１のスイッチング素子３ｃと第２のスイッチング素子３ｄとが電流定格を流し得るゲート電圧である第二の所定電圧よりも低い電圧である。

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。

インバータ３が正常に動作する場合には、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄは同時にオンすることなくいづれか一方のみがオンすることで共振回路に共振電流を生成する。しかしながら、何からの原因（例えば外来ノイズ）により、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄのゲート電圧がともに上昇しスイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄとが同時にオンすることがあると、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄは整流手段２を短絡する状態となるため、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄには過大な短絡電流が流れる。このことによりスイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄが劣化してしまうことや最悪の場合には破壊に至ることがある。しかしながら、停止手段７を設けることにより、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄのゲート電圧がともに第一の所定の電圧以上となると、停止手段７からＬ出力がなされることによりスイッチング素子３ｄはオフするため、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄが同時にオンすることがなくなる。したがって、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄには整流手段２を短絡することによる過大な短絡電流が流れることがなくなる。

以上のように、本実施の形態においては、インバータを構成する複数のスイッチング素子のゲート電圧がともにゼロより大きい第一の所定電圧以上となった場合に、前記スイッチング素子の少なくともひとつの駆動信号を強制オフする停止手段を備えることにより、前記スイッチング素子が同時にオンすることで流れる短絡電流を防止することができ、このことにより信頼性の高い誘導加熱調理器を提供することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２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。

なお、図３において、図１と同じものについては図１と同一の番号を付しており、詳細の説明は省略する。

図３において、停止手段１０は、図１における停止手段７にＶｏ２を出力する機能を追加したものある。Ｖｏ２はＶｏ１と同じ出力としており、Ｖｏ１との相違点はＶｏ２の出力先が制御手段９になっている点である。また、図３における制御手段９は、図１におけ
る制御手段５に、停止手段１０からの出力Ｖｏ２を入力とし、Ｖｏ２がＬとなってから所定の時間インバータ３を停止する機能を追加したものである。

インバータ３が正常に動作する場合には、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄは同時にオンすることなくいづれか一方のみがオンすることで共振回路に共振電流を生成する。しかしながら、何からの原因（例えば外来ノイズ）により、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄのゲート電圧がともに上昇しスイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄが同時にオンすることがあると、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄは整流手段２を短絡する状態となるため、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄには過大な短絡電流が流れる。このことによりスイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄが劣化してしまうことや最悪の場合には破壊に至ることがある。しかしながら、停止手段７を設けることにより、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄのゲート電圧がともに第一の所定の電圧以上となると、停止手段１０からＬ出力がなされることによりスイッチング素子３ｄはオフするため、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄが同時にオンすることがなくなる。したがって、スイッチング素子３ｃとスイッチング素子３ｄには整流手段２を短絡することによる過大な短絡電流が流れることがなくなる。さらに、停止手段１０はスイッチング素子３ｄを停止させるだけでなく、制御手段９へ停止信号を出力することができ、このことにより制御手段９はインバータを所定の時間停止させることができる。

以上のように、本実施の形態においては、インバータを構成する複数のスイッチング素子のゲート電圧がともにゼロより大きい第一の所定電圧以上となった場合に、前記スイッチング素子の少なくともひとつの駆動信号を強制オフさせ、さらに制御手段に停止信号を出力し、所定の時間インバータを停止することができ、より信頼性の高い誘導加熱調理器を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器はインバータを構成するスイッチング素子に過電流が流れることで故障することを防止できるので、誘導加熱調理器のみならず誘導加熱による加熱手段を有する一般家庭用及び業務用機器等の用途にも適用できる。

３インバータ
３ａ加熱コイル
３ｂ共振コンデンサ
３ｃ第１のスイッチング素子（スイッチング素子）
３ｄ第２のスイッチング素子（スイッチング素子）
４駆動手段（駆動部）
５制御手段（制御部）
６電流検知手段
７停止手段
８被加熱物

Claims

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に俳他的に動作する複数のスイッチング素子と、を有するインバータと、前記スイッチング素子を駆動する駆動部と、前記インバータを制御する制御部と、複数の前記スイッチング素子のゲート電圧がともにゼロより大きい第一の所定電圧以上となった場合に、複数の前記スイッチング素子の少なくともひとつの駆動信号を強制オフする停止手段と、を備えた誘導加熱調理器。
前記停止手段が検知する前記第一の所定電圧は、前記スイッチング素子に流れる電流が絶対最大定格となる場合のゲート電圧よりも低い第二の所定電圧以下の電圧である請求項１に記載の誘導加熱調理器。
前記制御部は、前記停止手段からの停止信号を入力すると、前記インバータを所定の時間停止する請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。