JP2692287B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

高周波加熱装置

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JP2692287B2 JP1216372A JP21637289A JP2692287B2 JP 2692287 B2 JP2692287 B2 JP 2692287B2 JP 1216372 A JP1216372 A JP 1216372A JP 21637289 A JP21637289 A JP 21637289A JP 2692287 B2 JP2692287 B2 JP 2692287B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はインバータ電源を用いた高周波加熱装置に関
するもので、特に異常動作を検知し、装置を制御する機
能を備えた高周波加熱装置に関する。
従来の技術 このような方式の高周波加熱装置は、その電源トラン
スの小型化、軽量化、あるいは低コスト化のために、さ
まざまの構成のものが提案されている。
第6図は、従来の高周波加熱装置の回路図である。第
6図において、商用電源1の電力はダイオードブリッジ
2により整流され、単方向電源が形成されている。3
は、インダクタ、4はコンデンサであり、インバータの
高周波スイッチング動作に対するフィルタの役割を果た
すものである。
インバータは共振コンデンサ5、昇圧トランス6、ト
ランジスタ7、ダイオード8、および駆動回路9により
構成されている。トランジスタ7は駆動回路9より供給
されるベース電流によって所定の周期とデューティー
(すなわち、オンオフ時間比)でスイッチング動作す
る。この結果、第7図(a)のような電流Ic/Id、すな
わち、トランジスタ7のコレクタ電流Icとダイオード8
の電流Idが流れる。一方、トランジスタ7のオフ時には
コンデンサ5と1次巻線10との共振により第7図(b)
のような電圧Vce画トランジスタ7のC−E間に発生す
る。このため1次巻線10には第7図(c)のような電流
が流れ、1次巻線10の両端には高周波電力が発生する。
したがって、2次巻線11、および3次巻線12、には各々
高周波電圧が生じる。2次巻線11に発生する高周波高圧
電力はコンデンサ13、およびダイオード14により倍電圧
整流されマグネトロン15のアノード・カソード間に供給
される。一方、3次巻線12に発生する高周波電圧はカソ
ードヒータに供給される。こうして、マグネトロン15は
発振し、誘電加熱が可能となるものである。なお、マグ
ネトロン15はマグネトロン本体15aと、フィルタを構成
するコンデンサ16,17,18、チョークコイル19,20により
なるものである。
このような構成において、昇圧トランス6のコア断面
積は1次巻線10の両端に供給される電力の周波数が高い
ほど小さくなるので、たとえばインバータを20kHz〜100
kHz程度の周波数で動作させると商用電源周波数のまま
で昇圧する場合に比べて、昇圧トランスの重量、サイズ
を数分の一から十数分の一にでき、電源部の低コスト化
が可能であるという特徴を有するものである。
発明が解決しようとする課題 このような従来の高周波加熱装置では次のような課題
があった。
高周波加熱装置を構成する部品のなかでマグネトロン
の寿命は比較的短いものである。これは、マグネトロン
のカソードフィラメントの電子を放出する能力が劣化し
ていくことによる。高周波加熱装置は、長時間の使用
後、マグネトロンの寿命がつきたときには、安全に動作
が停止する必要がある。そして、マグネトロンを交換す
れば、正常に再び動作することが望ましい。
ところが、マグネトロンが劣化しカソードフィラメン
トの電子放出能力が低下するとマグネトロンの発振が不
安定となりほぼ規格2倍の周波数で動作するいわゆるモ
ーディング現象が発生する。この状態を長時間続けると
マグネトロンが異常発熱して、雰囲気温度が上昇し、イ
ンバータ回路の半導体素子を破壊する、他の樹脂構成部
品が溶ける等の課題があった。また、モーディング状態
では、インバータ回路からみたマグネトロン負荷が不安
定なため、回路の共振動作が乱れ、スイッチング素子の
損失が増大し、破壊につながるという課題もあった。
すなわち、マグネトロンが寿命により故障したとき
に、インバータ回路部品等の他の構成要素をも破壊され
る場合があるため、マグネトロン以外の部品を交換しな
ければならない等の保守の際にむだな費用がかかるとい
う課題を有していた。
さらに、マグネトロンが発振を開始する際、カソード
・フィラメントが充分熱せられていない過渡的な短期間
ではあるがモーディングが発生するので、マグネトロン
の劣化をモーディングの発生のみでは判断できないとい
う課題もあった。
そこで、本発明は、マグネトロンのモーディングを検
知する手段を提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、マグネトロンの劣化によるモーディ
ングをより正確に検知する手段を提供することを第2の
目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、上記第1の目的を達成するために、被調理
物を格納する加熱室と、前記被調理物にマイクロ波を放
射して調理するマグネトロンと、半導体スイッチング素
子を備えたインバータ回路と、前記インバータ回路の出
力を昇圧しマグネトロンを駆動する高圧トランスと、前
記加熱室内の電波を検出するアンテナと、前記アンテナ
の検出した電波を検波する検波回路と、前記検波回路の
出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力の微分
値が所定の範囲を越えると前記半導体スイッチングのオ
ンオフ信号を停止する制御回路を備える構成としたもの
である。
上記第2の目的を達成するために本発明の高周波加熱
装置はアンテナの検出した電波を検波する検波回路と、
前記検波回路の出力を整流する整流回路と、前記整流回
路の出力の微分値が所定の範囲を越えると動作するタイ
マー回路を備え、前記タイマー回路の計時が所定値を越
えると前記半導体スイッチのオンオフ信号を停止する制
御回路を備え構成としたものである。
作用 本発明は上記第1の構成により加熱室内に放射された
高周波をアンテナによって受信できる構成としている。
その受信量は加熱室内の被加熱物の状態によって決ま
る。ところがマグネトロンが劣化しモーディングが発生
すると、加熱室にほぼ2倍の周波数が発生するため、ア
ンテナが受信する電力量が増加する。アンテナ出力信号
は常に振動しているのでモーディングの状態を検出する
ために、アンテナの検波出力信号を整流し、微分する。
この信号が所定値より大きくなれば、半導体スイッチの
オンオフを停止させて、マグネトロン以外の部品の破壊
を防ぐ作用を有する。
また、上記第2の構成により、本発明の高周波加熱装
置はアンテナの出力を検波、整流、微分した値が所定時
間、所定値を越えたとき半導体のスイッチングを停止す
るので、マグネトロンの発振開始時の短期間のモーディ
ングでは、スイッチングを停止せず、劣化によるモーデ
ィングのみを正確に検出し動作の停止を行う作用を有す
る。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明
する。
第1図は本発明の実施例の高周波加熱装置の本体構成
図である。第1図において21は食品等の被加熱物、22は
加熱室、23はマグネトロンである。24はインバータ回路
部、25は高圧トランスでその出力が倍電圧整流されて、
マグネトロン23のアノード・カソード間に印加される。
マグネトロン23から放射される高周波は導波管26を通じ
て、加熱室22へ導かれる。27はアンテナで約3〜5mmの
長さである。28はアンテナの出力を検波し、減衰、整
流、微分を行う検波回路を含む整合回路である。整合回
路28の出力はインバータ回路24の制御部に接続されてい
る。29はマグネトロン23、インバータ回路24、高圧トラ
ンス25等を冷却する冷却ファンである。
第2図に本発明の高周波加熱装置の回路図を示す。図
において、商用電源30とダイオードブリッジ31およびフ
ィルタ用のインダクタ32、コンデンサ33は単方向電源34
を構成している。単方向電源34の出力は半導体スイッチ
35を持つインバータ回路38で高周波電力に変換され、高
圧トランス37で昇圧され、倍電圧整流回路38で整流され
マグネトロン39に印加される。マグネトロンの出力を安
定するためにアノード電流検出器40がアノード電流Iaを
電圧信号に変換する。その信号はアノード電流信号整流
回路41で整流した信号と電流基準信号42との差を電流誤
差増幅回路43で増幅して、コンパレータ44に入力する。
コンパレータ44はこの入力信号とのこぎり波発生回路45
よりのこぎり波とによりトランジスタ35のオンオフパル
ス信号を作成する。アノード電流Iaが減少すると電流誤
差増幅回路43の出力が上昇し、オンオフパルスのオン時
間が長くなりアノード電流Iaを増す方向に動作する。逆
にアノード電流Iaが増加すると電流を減らす方向に動作
する。このように、アノード電流をフィールドバックす
ることで高周波出力の安定化を図っている。
一方、アンテナ45からの信号は検波回路を含む整合回
路47で減衰、検波、増幅され、検波出力信号Vdとしてあ
らわれる。この出力信号はVd第3図に示すようにマグネ
トロンがモーディング状態の時には、出力が大きくな
る。また、この信号は、電源周波数や被加熱物の負荷変
動により振動しているので、微分回路48、整流回路49に
より第3図に示すような微分信号整流電圧Voに変換し、
それが所定値より大きいときに、モーディング状態と判
断する。第2図において、微分信号整流電圧Voはコンパ
レータ50で所定のモーディング基準電圧51と比較し、所
定値を越えると論理積回路52にロウ信号を入力する。半
導体スイッチ35のスイッチングのオンオフ信号は論理積
回路52の出力なので入力のどちらか少なくとも一方ロウ
信号が入力されていると、オンオフ動作を停止する。短
期間のモーディング現象は、マグネトロンの発振開始時
のカソードフィラメントが充分加熱されていないときに
も発生するため、タイマー回路53は短期間のモーディン
グではスイッチングを停止しないようにしている。
第4図は、アンテナ46で取りこんだ電波を検波する整
合回路47の回路図である。マッチング用の抵抗50、検波
ダイオード51、抵抗52,53、バイパスコンデンサ54は検
波回路55を構成し、電波を電圧Vdとして検出する。な
お、マグネトロンが加熱室内に放射する出力は数百ワッ
トであり、過大入力でダイオード等の素子が破壊しない
ようにするために、減衰器56を用いている。
第5図は、整合回路47の検波回路55をマイクロストリ
ップラインで構成した図である。ある誘電率εrを有す
る誘電体基板57上に銅箔のパターン58,59をエッチング
している。銅箔58の部分は特性インピーダンス50Ωであ
り、59の部分はアースである。マイクロストリップライ
ン上で検波回路を構成することによって、ラインの長さ
を検波する周波数帯に合わせて最適に設計するのが容易
であり、エッチングで行っているので検波精度が向上す
る。
以上のような構成をとることによってマグネトロンの
モーディング状態を検出することができ、インバータ回
路の動作を停止することで、マグネトロンの故障時の他
の部品の破壊が防げる。したがって、保守の際の部品交
換等の費用が少なくてよい。
また、モーディングの検出にタイマー回路を設けた構
成をとることにより、発信開始時等の短期間のモーディ
ングを検出せず、マグネトロンの劣化をより正確に判断
できる。
発明の効果 以上のように本発明は、マグネトロンのモーディング
状態を加熱室に設けたアンテナの出力を微分・整流し検
出し、半導体スイッチングのオンオフ動作を停止させる
ので、マグネトロンが劣化しカソードフィラメントの電
子放出能力が低下して、連続的にモーディングが発生し
て生じるマグネトロンの異常発熱や、マグネトロン負荷
の不安定性による損失の増大を防止できる。したがって
半導体スイッチング素子の破壊やマグネトロン近傍の樹
脂部品の融解を防止できる。保守の際にはマグネトロン
の交換のみでよく、費用が安くてよい。
さらに、アンテナの出力の検出信号で、モーディング
を判定する際に、所定の期間連続しているか判定するタ
イマー回路を設ける構成としたものでは、マグネトロン
の発信開始時の短期間のモーディングを検出することが
なく、正確なモーディング検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の高周波加熱装置の断面図、
第2図は同装置の回路図、第3図は同装置におけるアン
テナ検出信号の特性図、第4図は同装置のアンテナ検出
出力の整合回路図、第5図は同装置のマイクロストリッ
プライン上の構成断面図、第6図は従来例の高周波加熱
装置の回路図、第7図は同回路図の各部波形図である。 22……加熱室、23……マグネトロン、24……インバータ
回路、25……高圧トランス、27……アンテナ、28……整
合回路(検波回路)、35……半導体スイッチ素子、36…
…インバータ回路、37……高圧トランス、39……マグネ
トロン、40……アノード電流検出回路、46……アンテ
ナ、47……整合回路(検波回路)、49……整流回路、53
……タイマー回路、55……検波回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏本 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 吉野 浩二 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 特開 昭56−82597(JP,A) 特開 昭49−100945(JP,A) 実開 昭57−195798(JP,U) 実開 昭55−155097(JP,U) 実開 昭60−121294(JP,U)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被調理物を格納する加熱室と、前記被調理
    物にマイクロ波を放射して調理するマグネトロンと、半
    導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と、前記
    インバータ回路の出力を昇圧しマグネトロンを駆動する
    高圧トランスと、前記加熱室内の電波を検出するアンテ
    ナと、前記アンテナの検出した電波を検波する検波回路
    と、前記検波回路の出力を整流する整流回路と、前記半
    導体スイッチのオンオフ信号を停止する制御回路とを備
    え、前記制御回路は前記マグネトロンの異常動作である
    モーディング発生時に前記整流回路の出力の微分値が所
    定の範囲を越えると、前記半導体スイッチのオンオフ信
    号を停止する構成とした高周波加熱装置。
  2. 【請求項2】被調理物を格納する加熱室と、前記被調理
    物にマイクロ波を放射して調理するマグネトロンと、半
    導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と、前記
    インバータ回路の出力を昇圧しマグネトロンを駆動する
    高圧トランスと、前記加熱室内の電波を検出するアンテ
    ナと、前記アンテナの検出した電波を検波する検波回路
    と、前記検波回路の出力を整流する整流回路と、前記整
    流回路の出力の微分植が所定の範囲を越えると動作する
    タイマー回路と、前記半導体スイッチのオンオフ信号を
    停止する制御回路を備え、前記制御回路は前記マグネト
    ロンの異常動作であるモーディング発生時に前記整流回
    路の出力の微分値が所定の範囲をこえると前記タイマー
    回路が計時され、その値が所定値を越えると前記半導体
    スイッチのオンオフ信号を停止する構成とした高周波加
    熱装置。
  3. 【請求項3】マグネトロンのアノード電流検出回路を備
    え、前記アノード電流検出回路の信号をフィードバック
    して、半導体スイッチのオンオフ信号のオンオフ時間比
    を制御する制御回路を備えた特許請求の範囲第1項記載
    の高周波加熱装置。
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