JP2666408B2

JP2666408B2 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2666408B2
Application number: JP24493488A
Authority: JP
Inventors: 和彦麻田; 泉生弘田; 秀和山下; 秀之小南
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH0292400A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、誘導加熱調理器や誘導加熱式アイロンなど
に使用される誘導加熱装置に関するものである。

従来の技術第８図に従来の誘導加熱装置を用いた誘導加熱式アイ
ロンの回路図を示す。第８図において、100V60Hzの正弦
波の交流電源１と整流器２は直流電源３を構成してい
る。９はインバータで、平滑コンデンサ４、加熱コイル
５、共振コンデンサ６、スイッチング素子７、逆導通ダ
イオード８で構成されている。10は負荷のアイロンであ
る。スイッチング素子電圧検知回路18は、抵抗11、抵抗
12、トランジスタ14とコンデンサ15と抵抗16によって成
るピークホールド回路17で構成している。19は制御回路
で、増幅器20、ダイオード21、抵抗22、コンデンサ23、
PWM回路24で構成されている。抵抗25と抵抗26はスイッ
チング素子電圧の最大値を設定するものであり、前記増
幅器20への入力は、リップルを含んでいない直流定電源
電圧を、抵抗25・26で分圧して得ている。

次に、この回路の動作について説明を行う。第９図
は、定常動作時におけるインバータ各部の動作波形で、
（ア）は平滑コンデンサ４の電圧Vc、（イ）はスイッチ
ング素子７への印加電圧Vce、（ウ）は同スイッチング
素子７への入力電流Iinの波形である。Vceは、平滑コン
デンサ４の静電容量が小さく120Hzのリップルを吸収し
ないように設計されているため全波整流波形となる。PW
M回路24は、スイッチング素子７を一定のデューティ比
で駆動しているためスイッチング素子７の印加電圧Vce
は（イ）に見られるように全波整流の包絡線を有し、
（ウ）に見られるような正弦波の入力電流Iinが流れ、
交流電源１から見た力率はほとんど１となっている。第
10図は、定常動作時におけるスイッチング素子電圧検知
回路18、制御回路19の各部の動作波形である。第10図
（ア）は抵抗25と抵抗26の分圧によって発生する電圧V1
とスイッチング素子電圧検知回路18の出力電圧V2、
（イ）はコンデンサ23の電圧V3、（ウ）はPWM回路24の
オンパルス幅Tonの値を示す図である。スイッチング素
子電圧検知回路18は、スイッチング素子７にかかる電圧
Vceを抵抗11と抵抗12で分圧した後、ピークホールド回
路17の作用によってピークホールするため、出力V2は12
0Hzリップルが少ない波形となる。増幅器20の作用によ
り、V1＜V2にならないようにコンデンサ23の電圧V3がコ
ントロールされるというフィードバックがかかるため、
V2のピークがV1と等しくなり、スイッチング素子７には
過電圧がかからないように制御している。V3はV2のピー
ク付近で増幅器20によって電流が引き込まれるが、コン
デンサ23の容量が大きいためリップルが小の電圧波形と
なる。このためPWM回路24の出力のオン時間Tonは、ほぼ
一定となっている。

発明が解決しようとする課題しかしながらこの様な従来の誘導加熱装置では、スイ
ッチング素子にかかる電圧をその包絡線のピーク値で検
知し、それが一定の値を越えないようにオン時間Tonを
決めるという構成であったため、コンデンサ23にかなり
静電容量の大きいものが必要になり、その結果として起
動時における入力パワーの立ち上がりに長時間を必要と
するという課題があった。

第11図は、従来の技術の場合の起動直後の動作を示し
た動作波形図である。第11図で（ア）はV1とV2、（イ）
はTon、（ウ）はVce、（エ）はIinの波形を示してい
る。すなわち起動時においては、負荷と加熱コイルの結
合条件が不明であるので、急に高い電圧がスイッチング
素子に印加されないようにするためにオン時間を極小か
ら徐徐に拡大していくが、スイッチング素子にかかる電
圧の検知がその包絡線のピーク値でしか行えないためオ
ン時間の拡大に長時間を要し、一定のVceまで上がり、
一定のパワーが入るようになるまでに少なくとも100mse
c程度の時間がかかる。

そのため負荷を短時間で加熱する必要のある装置の場
合には加熱に時間がかかり、また短い周期で加熱と停止
を繰り返す装置の場合にも一周期の時間をあまり短くす
ることはできないという課題があった。

課題を解決するための手段上記課題を解決するための本発明の構成は、出力にリ
ップルを含む直流電源と、スイッチング素子を含み前記
直流電源に接続され高周波電力を発生するインバータ
と、前記インバータに接続した加熱コイルと、前記イン
バータの高周波電流または高周波電圧を包絡線検波する
包絡線検波回路と、前記直流電源を分圧する分圧回路
と、前記包絡線検波回路の出力と前記分圧回路の出力が
等しくなるように前記スイッチング素子の制御を行う制
御回路を有するものである。

作用上記構成により本発明の誘導加熱装置は、起動時の入
力の立ち上がりを早くすることによって、加熱に要する
時間を短縮し、また周期的に加熱と停止を繰り返す装置
の場合にもその周期を非常に短くすることが可能とな
る。

実施例以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明を行う。第１図は、本発明の一実施例における誘導加
熱式アイロンの回路図である。第１図において、33は直
流電源で100V60Hzの交流電源31と整流器32とで構成され
ている。ここで平滑コンデンサ34は、次段のインバータ
39の動作に寄与するもので、この電源リップルを吸収す
る作用は行っていない。従って直流電源33にはリップル
が含まれているものである。39はインバータで、平滑コ
ンデンサ34・共振コンデンサ36・バイポーラタイプのス
イッチング素子37・逆導通ダイオード38によって構成さ
れており、加熱コイル35に高周波電力を供給する。35は
アイロン40を加熱するための加熱コイルであって、この
インバータ39に接続されている。59はスイッチング素子
37にかかる高周波電圧を検知するスイッチング素子電圧
検知回路で、抵抗60、抵抗61、包絡線検波回路65で構成
されている。包絡線検波回路65は、ダイオード62、コン
デンサ63、抵抗64によって構成されている。46は直流電
源33の電圧を分圧して出力するための分圧回路で、直流
電源33に接続された抵抗44、抵抗45で構成される。52は
制御回路で、分圧回路46の出力V1とスイッチング素子電
圧検知回路59の出力V2の差を増幅する増幅器47、ダイオ
ード48、抵抗49、コンデンサ50、コンデンサ50の電圧V3
の値に応じたオン時間のパルスをスイッチング素子37に
出力するPWM回路51で構成されており、包絡線検波回路6
5の出力と分圧回路45の出力とが等しくなるようにスイ
ッチング素子37を制御する機能を有している。ここでコ
ンデンサ50は、インバータ39の起動に要する時間を決め
る作用をしており、この値が大きいほど起動には時間が
かかる。本実施例では従来の約1/7程度の値に決めてい
る。

以上の構成に於て動作を説明する。第２図は、定常動
作時のインバータ39の動作を示す動作波形である。第２
図（ア）はスイッチング素子37の印加電圧Vce、（イ）
はスイッチング素子37及び逆導通ダイオード38に流れる
電流Ic、（ウ）は加熱コイル35の電流Ilの波形である。
すなわちスイッチング素子37のオン時間Tonにおいて
は、加熱コイル35に直流電源33の電圧が印加されて、Ic
およびIlは時間と共に増加しオフ時間Toffにおいては共
振コンデンサ36と加熱コイルの共振現象により、共振電
圧がVceに発生する。

これにより、加熱コイル35に約25kHzの高周波電流が
流れ、負荷のアイロン40が誘導加熱される。

第３図は、定常動作時における120Hzの時間スケール
で見たインバータ39の動作波形である。第３図の（ア）
は直流電源33の出力電圧Vc、（イ）はスイッチング素子
37の印加電圧Vce、（ウ）は交流電源31の電流Iinの波形
である。すなわち平滑コンデンサ34は、25kHzの電圧リ
プルのみを吸収し、交流電源31から見た力率がほぼ１に
なるようにするために10マイクロファラッド以下の静電
容量のものを用いている。このためVc第３図（ア）に示
すようにリップルの大きな全波整流波形となる。オン時
間Tonが一定であるのでスイッチング素子の印加電圧Vce
の包絡線は全波整流波形となり、そのピーク値は700Vと
なる。また、入力電流Iinは正弦波となる。

次に分圧回路46とスイッチング素子電圧検知回路59の
動作について説明する。第４図の（ア）は分圧回路55の
出力電圧V1、（イ）はスイッチング素子電圧検知回路59
の出力電圧V2の動作波形である。分圧回路46は、直流電
源33の出力電圧Vcを分圧しているためVcと同じく全波整
流波形となる。スイッチング素子電圧検知回路59は、抵
抗60と抵抗61によってスイッチング素子電圧を分圧し、
それをダイオード62、コンデンサ63、抵抗64である包絡
線検波回路によって120Hzのリップルを含む包絡線を出
力する。次に制御回路52の動作について説明を行う。増
幅決47は、V1とV2を比較し、V1＜V2になろうとした場合
にダイオード48によってコンデンサ50の電荷を抜く作用
がある。PWM回路51は、第５図に示すようにコンデンサ5
0の電圧が高いほどスイッチング素子37のオン時間Tonを
長くするものである。したがって、常にV1＝V2となるよ
うにTonが制御され、スイッチング素子に過大な電圧が
印加されるのを防いでいる。

第６図は、本実施例の装置、即ち分圧回路46の電源に
リップルを含む直流電源33を使用した装置に、定格入力
電圧の1.2倍に相当する120Vの入力電圧を加えた場合の
動作波形図である。第６図（ア）はスイッチング素子37
に印加される電圧Vce、（イ）は直流電源33の出力電圧V
5、（ウ）はスイッチング素子電圧検知回路59の出力電
圧V2、（エ）は分圧回路の出力電圧V1の波形図である。
AC120V印加時においては、直流電源33の出力電圧V5が約
170Vになる。従って、分圧回路46の出力V1のピーク値を
抑え、スイッチング素子37の電圧Vceが過大にならない
ようにするために（エ）に見られるようにツェナダイオ
ード43がV1のピーク値をクリップする。制御回路52の作
用によって、V1＝V2になるようにオン時間のコントロー
ルが行われるためスイッチング素子電圧検知回路59の出
力電圧V2は（ウ）に示すとおりになり、その結果（ア）
に見られるピーク値が750Vの波形が、スイッチング素子
37に印加され、スイッチング素子37に過大な電圧が印加
されることがない。つまり、電圧が異常上昇した場合に
おいても、スイッチング素子37が破壊されるようなこと
はないものである。この場合には、ツェナダイオード43
に電流が流れている期間においては、オン時間が短く抑
えられ、入力電流が抑えられるため、力率が多少低くな
る。

次に起動直後の動作について述べる。

第７図は、起動直後におけるインバータ39の動作波形
である。第３図の（ア）は分圧回路46の出力電圧V1とス
イッチング素子電圧検知回路59の出力電圧V2、（イ）は
スイッチング素子37のオン時間Ton、（ウ）はスイッチ
ング素子37にかかる電圧Vce、（エ）は交流電源31の電
流Iinの波形である。すなわち本発明では、スイッチン
グ素子印加電圧Vceの検知をその包絡線のピーク値で行
うのではなく包絡線の値で行っているためオン時間の制
御も瞬時に行うことができるため、コンデンサ50の静電
容量を極めて小さくすることが可能であり、その結果第
７図（イ）に見られるような急激なTonの拡大が可能と
なる。つまり安定状態に到達するまでに必要とする時間
が、本実施例では約３ミリセカンドであり、従来の約1/
7と短くすることができる。

なお本実施例においては、包絡線検波回路65をスイッ
チング素子電圧検知回路59に設け、スイッチング素子37
に印加される電圧の包絡線が直流電源33の波形と等しく
なるようにしたが、必ずしもスイッチング素子37の電圧
から取る必要はなく、例えばスイッチング素子37のコレ
クタ電流や加熱コイル電流、加熱コイル電圧などから包
絡線検波回路につないでもよく、要するに高周波が生ず
る場所であればよい。

またインバータの構成についても、本実施例に挙げた
１石共振型に限るものではなく、例えばハーフブリッ
ジ、プッシュプルその他あらゆるインバータに摘要する
ことが可能である。更にまた、本実施例では負荷として
アイロン40を使用した例を示したが、所謂誘導加熱装置
として使用し、負荷に鍋等を使用してもかまわない。

発明の効果以上の実施例からも明らかなように、本発明の誘導加
熱装置は特に、出力にリップルを含む直流電源と、スイ
ッチング素子を含み前記直流電源に接続され高周波電力
を発生するインバータと、前記インバータに接続した加
熱コイルと、前記インバータの高周波電流または高周波
電圧を包絡線検波する包絡線検波回路と、前記直流電源
を分圧する分圧回路と、前記包絡線検波回路の出力と前
記分圧回路の出力が等しくなるように前記スイッチング
素子の制御を行う制御回路を有することにより、起動時
の入力の立ち上がりを早くすることができ加熱に要する
時間を短縮し、また周期的に加熱と停止を繰り返す装置
の場合にもその周期を非常に短くすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘導加熱装置の一実施例であり、負荷
としてアイロンを使用した場合を示す回路図である。第
２図及び第３図は第１図に示した誘導加熱装置のインバ
ータ部分の動作波形図、第４図は第１図に示した誘導加
熱装置の分圧回路とスイッチング素子電圧検知回路の出
力電圧波形図、第５図は第１図に示した誘導加熱装置の
PWM回路の特性図、第６図は第１図に示した誘導加熱装
置に定格の1.2倍の電圧を入力した場合の動作波形図、
第７図は第１図に示した誘導加熱装置の起動直後の動作
波形図、第８図は従来の技術における誘導加熱式アイロ
ンの回路図、第９図及び第10図は第８図に示した誘導加
熱式アイロンの動作波形図、第11図は第８図に示した誘
導加熱式アイロンの起動直後の動作波形図である。 33……直流電源、37……スイッチング素子、39……イン
バータ、35……加熱コイル、65……包絡線検波回路、46
……分圧回路、52……制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小南秀之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献実開昭63−116998（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−176998（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】出力にリップルを含む直流電源と、スイッ
チング素子を含み前記直流電源に接続され高周波電力を
発生するインバータと、前記インバータに接続した加熱
コイルと、前記インバータの高周波電流または高周波電
圧を包絡線検波する包絡線検波回路と、前記直流電源を
分圧する分圧回路と、前記包絡線検波回路の出力と前記
分圧回路の出力が等しくなるように前記スイッチング素
子の制御を行う制御回路を有する誘導加熱装置。