JP2562986B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、インバータ手段を用いた誘導加熱調理器
の改良に関し、特に直流電圧の変動に起因する共振ずれ
に対して改良を施した誘導加熱調理器に関するものであ
る。

［従来の技術］ 第３図は従来の誘導加熱領域を示すブロック図であ
る。同図において、コンセント１には、交流電源（AC10
0〜200V,60Hzまたは50Hz）が供給される。交流電流は、
ブリッジダイオード２によって全波整流される。全波整
流された電流は平滑コンデンサ３によって平滑化され
る。この平滑コンデンサ３は、力率を低下させないよう
にするため、その容量は数マイクロファラット程度の低
い容量にされている。このため、平滑コンデンサ３の両
端の電圧は第４図に示すごとく、交流電源の入力電圧周
波数の２倍のリップル電圧が含まれている。前記平滑コ
ンデンサ３の両端電圧は、シングルエンドプッシュプル
インバータ回路（以下、インバータ回路と略称する）５
に供給される。このインバータ回路５は、１対のトラン
ジスタ６および７と、フライホイールダイオード6aおよ
び7aを含み、トランジスタ６のエミッタとトランジスタ
７のコレクタの接続点を出力としている。そして、それ
ぞれのベースには駆動回路15が接続される。

前記インバータ回路５の出力には、加熱コイル８と、
共振コンデンサ９からなる直接共振回路10が接続され
る。前記加熱コイル８の上には金属容器17が載置され、
この金属容器17と加熱コイル８とが電磁結合され、金属
容器17は渦電流により発熱する。

前記インバータ回路５の出力と加熱コイル８との間に
は、フォトカプラ11およびカレントトランス12が結合さ
れており、フォトカプラ11により検出されたインバータ
回路５の出力電圧信号は零クロス検出回路13aに与えら
れ、零クロス検出回路13aにより零クロス点が検出され
る。また、カレントトランス12により検出された電流信
号は、零クロス検出回路13bにより電圧信号に変換され
た後、零クロス点が検出される。零クロス検出回路13a
および13bからの零クロス検出信号は、位相差検出回路1
3cに与えられ、この位相差検出回路13cによりインバー
タ回路５の出力電圧と加熱コイル８に流れる高周波電流
との位相差が検出される。この検出された位相差検出デ
ータは、マイクロコンピュータ14に与えられる。

マイクロコンピュータ14は、位相差検出データに応答
して、位相差が零になるような周波数を求め、その周波
数に基づいて駆動回路15をON,OFFする。駆動回路15は、
前記トランジスタ６および７をON,OFF駆動するための十
分に大きい電流をトランジスタ６および７のベースに供
給する。こうすることにより、インバータ回路５の出力
電流は加熱コイル８に供給される。この結果、加熱コイ
ル８には、共振コンデンサ９との共振によるほぼ正弦波
の共振電流が流れ、金属容器17に渦電流が発生し、金属
容器17が発熱する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記第３図に示した誘導加熱調理器で
は、インバータ回路５に供給される電圧は、平滑コンデ
ンサ３の両端の電圧であり、その電圧は第４図に示すご
とく入力電圧の周波数の２倍のリップル電圧が含まれて
いる。このリップル電圧は、インバータ回路５の出力電
圧にも同様に現われ、その出力電圧のマイナス側のピー
ク値とプラス側のピーク値との比はコンデンサの容量で
ほぼ決まる。この比は一般には約10である。共振回路10
はインバータ回路５の出力電流により駆動されるのであ
るから、加熱コイル８に流れる電流の最大値と最小値の
比も同様に10程度になる。

このようにインバータ回路５に供給される直流電圧が
リップル成分を多く含むため、直流電圧の最大値におい
て検出される位相差と、直流電圧の最小値において検出
される位相差とは異なる値を示す。したがって、位相差
検出回路13cの位相差検出データには誤差が含まれてい
ることになり、この誤差の含まれている位相差検出デー
タに基づいてインバータ回路５のスイッチング周波数を
定めた場合には、共振ずれが生ずることになる。

この発明は、前記問題点に鑑みてなされてものであ
り、直流電圧にリップル成分が多く含まれていても、共
振ずれが生ずるのを防止することのできる誘導加熱調理
器を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱調理
器は、交流電源からリップル成分を含む直流電圧を発生
する直流電源回路と、直流電圧をスイッチングすること
により高周波の信号を発生するインバータ手段と、イン
バータ手段からの高周波信号に基づいて金属容器に渦電
流を発生させるための加熱コイルと、前記インバータ手
段のスイッチングを制御する制御手段とを備えた誘導加
熱調理器において、 前記交流電源と同期した信号を発生するための同期信
号発生手段と、 前記インバータ手段の出力電圧を検出するための出力
電圧検出手段と、 前記加熱コイルに流れる電流を検出するための電流検
出手段と、 前記検出された電圧と電流との位相差を検出するため
の位相差検出手段と、 前記同期信号発生手段により発生される同期信号に応
答して、直流電圧の１周期のうちの一定期間を設定する
期間設定手段と、 前記期間設定手段により設定された一定時間期間にお
ける前記位相差検出手段からの位相差検出データに基づ
いて、前記インバータ手段の出力電圧と前記加熱コイル
に流れる電流との位相差が０になるように前記インバー
タ手段のスイッチ周波数を制御するスイッチング周波数
制御手段とを含む。

［作用］ 本発明では、同期信号発生手段により交流電源と同期
した同期信号を発生させる。この結果、期間設定手段
は、同期信号発生手段からの同期信号に基づいてリップ
ル成分の１周期のうちの一定期間を設定することができ
る。この一定期間において、インバータ手段に供給され
る直流電圧はいずれのサイクルにおいてもほぼ一定であ
る。したがって、この一定期間内において位相差検出手
段により検出される位相差検出データは、直流電圧の変
動による影響を受けないことになる。そして、スイッチ
ング周波数設定手段により前記期間設定手段において設
定された一定期間内に入力される位相差検出データに基
づいて、インバータ手段の出力電圧と加熱コイルに流れ
る電流との位相差を零にするような周波数を設定する。
この設定された周波数に基づいてインバータ手段を制御
することにより、直流電圧の変動に起因する共振ずれを
防止することができる。

［実施例］ 第１図は、本発明に係る誘導加熱調理器の一実施例を
示すブロック図であり、第２図は第１図の各部の電圧波
形を示す図である。なお、第３図の従来例と同様の部分
については、同一符号を付しその説明を省略する。

第１図を参照して、この実施例が第３図の従来例と相
違する点は、ブリッジダイオード２の交流源側に零クロ
ス検出回路16を接続し、この零クロス検出回路16からの
零クロス検出パルス（第２図（２）のｂ参照）に基づい
てマイクロコンピュータが、駆動回路15をON・OFF制御
している点である。前記零クロス検出回路16は、交流電
圧零クロス点を検出する。この零クロス点の検出は、た
とえば次のように行なわれる。すなわち、交流電圧の＋
ピーク値と−ピーク値とを例えばピークホールド回路な
どによって検出し、＋ピーク値と−ピーク値との平均値
をとる。このようにして、零クロス点を検出し、この検
出した時点でピーク点検出パルスｂを発生する。このピ
ーク点検出パルスｂは、第２図（１）に示される平滑コ
ンデンサ３により平滑化されたリップル電圧ａの−ピー
ク点と一致する。前記零クロス検出回路16から発生され
たピーク点検出パルスｂはマイクロコンピュータ４に与
えられる。

マイクロコンピュータ４は、零クロス検出パルスｂに
応答して一定時間ｔ経過後にパルス幅△ｔのゲートパル
スｃ（第２図（３）参照）を発生するタイマ部4aと、タ
イマ部4aからのゲートパルスｃに応答して△ｔの期間に
おける位相差検出データを取込む位相差検出データ取込
部4bと、インバータ回路５のスイッチング周波数を直列
共振回路10の共振周波数に導くための周波数を算出する
周波数算出部4cと、周波数算出部ｃにより算出された周
波数データに基づいて、駆動回路15をON・OFF制御する
ための制御信号を発生する制御発生部4dとを含む。

前記タイマ部4aは、零クロス検出回路16からの検出パ
ルスｂに応答して、一定時間ｔ後、位相差検出データを
取込むためのゲートパルスｃを発生する。この一定時間
ｔは零クロス点から直流電圧の＋ピーク点までの期間に
設定される。すなわち、交流電圧50Hzの場合には、5.0m
secに設定され、交流電圧が60Hzの場合には、4.2msecに
設定される。そして、ピーク点を中心とする時間期間△
Δｔをゲートパルスｃのパルス幅とする。このパルス幅
は、次のような値に基づいて予め設定される。すなわ
ち、インバータ回路５を駆動するためのパルスの周波数
を50KHzとし、インバータ回路５の出力電圧の10個分に
基づいて位相差を検出すると仮定した場合には、パルス
幅は、0.2msecとなる。以上のようにして、ゲートパル
スｃの出力タイミングｔおよびパルス幅Δｔを予め設定
しておくことにより直流電圧のピーク期間を定めること
ができる。

位相差検出データ取込部4bは、前記タイマ部4aにより
発生されるゲートパルスｃに応答して、位相差検出回路
13cからの位相差検出データを取込み、取込んだ位相差
検出データを周波数算出部4cに与える。この取込まれた
位相差検出データは、インバータ回路５に供給される電
圧がいずれのサイクルにおいても一定の期間におけるデ
ータである。

周波数算出部4cは、前記一定期間Δｔにおける位相差
検出データに基づいてインバータ回路５の出力電圧と加
熱コイル８に流れる電流との位相差を零にするような周
波数を算出する。この算出された周波数は、直列共振回
路10の共振周波数と一致する。すなわち、周波数算出部
4cは、インバータ回路５に供給される直流電圧が１サイ
クルにおいて一定の期間における位相差検出データに基
づいて周波数を算出している。このため、算出された周
波数は、直流電圧の変動にかかわらず共振周波数との位
相差はない。

制御信号発生部4dは、前記周波数算出部4cにより算出
される周波数に基づいて、駆動回路15をON・OFFするた
めのパルス信号を発生する。

次に、前記第１図の誘導加熱調理器の動作を説明す
る。

まず、加熱開始時においては、インバータ回路５を駆
動するための周波数を、直列共振回路10の直列共振周波
数より十分高い周波数にしておき、逐次共振周波数へ向
けて下げていく。この初期状態においては、インバータ
回路５は直列共振周波数より高い周波数で駆動されてい
るため、加熱コイル８の電流位相は、インバータ回路５
の出力電圧よりも遅れている。したがって、マイクロコ
ンピュータ４の位相差検出データ取込部ｂには、位相遅
れのデータが与えられ、周波数算出部4cおよび制御信号
発生部4dは駆動周波数を下げ続ける制御を行なう。

上記の状態が続き、さらに駆動周波数を下げていく
と、インバータ回路５の出力電圧と加熱コイル８に流れ
る電流との位相差は減少し、やがて直列共振周波数と一
致する。このときの位相差は零となり、マイクロコンピ
ュータ４は駆動周波数を下げる制御を停止する。以上の
駆動周波数を下げる制御は、零クロス検出回路16によっ
て検出される零クロス検出パルスｂに同期して行なわれ
る。

次に、たとえば調理者が金属容器17を移動させた場合
には、加熱コイル８と金属容器17との磁気結合状態が変
化し、共振状態が崩れる。このようにして共振状態が崩
れた場合においても、零クロス検出回路16により検出さ
れた零クロス検出パルスｂがマイクロコンピュータ４の
タイマ部4aに供給され、タイマ部4aは、零クロス検出パ
ルスｂに応答して、一定期間ｔ経過後Δｔパルス幅のゲ
ートパルスｃを発生する。このゲートパルスｃに応答し
て位相差検出データ取込部4bは、この一定期間における
位相差検出データを取込み、周波数算出部4cに与える。
そして、周波数算出部4cは位相差がなくなるような（す
なわち共振周波数と一致するような）周波数を算出す
る。信号発生部4dは、周波数算出部4cにより算出された
周波数データに基づいて駆動回路15を制御する。このよ
うな制御を行なうことにより、金属容器17が調理中にお
いて移動した場合においても、迅速かつ正確に共振状態
に導くことができる。

なお、この実施例では、ゲートパルスｃを電源電圧零
クロス点検出パルスｂに基づいて設定しているが、零ク
ロス点の検出に代えて、インバータ回路に供給される直
流電圧の＋ピーク点を検出し、この検出信号に基づいて
ゲートパルスを生成してもよい。

［発明の効果］ 以上の本発明であれば同期信号発生手段により交流電
源と同期した同期信号を発生することにより、位相差検
出手段からの位相差検出データを取込む期間を、直流電
源に含まれるリップル成分の１サイクルのうちの一定期
間にすることができる。この結果、従来のものと相違し
て、インバータ手段に供給される直流電圧が一定の期間
における位相差検出データを取込むことができる。した
がって、直流電圧の変動にかかわらず共振ずれの発生を
防止することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誘導加熱調理器の一実施例を示す
ブロック図、第２図は第１図の各部の電圧信号波形を示
す図、第３図は従来例を示す図、第４図はインバータ回
路に供給される直流電圧の波形を示す図である。 図において、２はブリッジダイオード、３は平滑コンデ
ンサ、４はマイクロコンピュータ、4aはタイマ部、4bは
位相差検出信号取込部、4cは周波数算出部、4dは制御信
号発生部、５はインバータ回路、８は加熱コイル、９は
共振コンデンサ、11はフォトカプラ、12はカレントトラ
ンス、13cは位相差検出回路、15は駆動回路、16は零ク
ロス検出回路である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮地 毅 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の１ 中部電力株式会社電気利用技術 研究所内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源からリップル成分を含む直流電圧
   を発生する直流電源回路と、直流電圧をスイッチングす
   ることにより高周波の信号を発生するインバータ手段
   と、インバータ手段からの高周波信号に基づいて金属容
   器に渦電流を発生させるための加熱コイルと、前記イン
   バータ手段のスイッチングを制御する制御手段とを備え
   た誘導加熱調理器において、 前記交流電源と同期した信号を発生するための同期信号
   発生手段と、 前記インバータ手段の出力電圧を検出するための出力電
   圧検出手段と、 前記加熱コイルに流れる電流を検出するための電流検出
   手段と、 前記検出された電圧と電流との位相差を検出するための
   位相差検出手段と、 前記同期信号発生手段により発生される同期信号に応答
   して、直流電圧の１周期のうちの一定時間期間を設定す
   る期間設定手段と、 前記期間設定手段により設定された一定時間期間におけ
   る前記位相差検出手段からの位相差検出データに基づい
   て、前記インバータ手段の出力電圧と前記加熱コイルに
   流れる電流との位相差が０になるように前記インバータ
   手段のスイッチ周波数を制御するスイッチング周波数制
   御手段とを含むことを特徴とする誘導加熱調理器。