JP2758252B2 - 高周波加熱調理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、商用電源を高周波電源に変換する周波数変
換部を備え、マグネトロンの陽極電流が一定値を保つ方
向に周波数変換部のスイッチング素子の導通時間幅を制
御するようにした高周波加熱調理装置に関する。

（従来の技術） 従来の高周波加熱調理装置は、入力電圧（商用電源電
圧）が変動すると、マグネトロンの高周波出力が変動し
て、調理の出来が悪くなってしまう。

そこで、この様な欠点を解消するため、本発明者は、
マグネトロンの陽極電流を検出して、その陽極電流が一
定値を保つ方向に周波数変換部のスイッチング素子の導
通時間幅を制御し、それによってマグネトロンの高周波
出力を一定に保つことを考えている。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、陽極電流が一定となるように制御した
場合、入力電圧が低下するに従って入力電流が増大し
て、整流回路，スイッチング素子等の半導体素子の熱的
ストレスが増大し、その熱的ストレスが過大となれば半
導体素子の寿命等に悪影響を及ぼす。更に、入力電流の
増大に伴って、昇圧トランスの一次電流も増大し、その
一次電流が過大となれば、昇圧トランスのフェライトコ
アが磁気飽和状態となるため、一次電流がますます増大
して、昇圧トランスの一次巻線の温度も上昇し、過熱状
態になってしまう。しかも、入力電流が過大となれば、
屋内配線のサーキットブレーカ等の安全装置が作動し、
他の電気機器にも悪影響を及ぼしてしまう。

本発明はこの様な事情を考慮してなされたもので、従
ってその目的は、入力電流が過大になることを防止しつ
つ、マグネトロンの高周波出力をできるだけ一定に保つ
ことができる高周波加熱調理装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の高周波加熱調理装置は、スイッチング素子の
導通時間幅を制御して商用電源周波数を高周波に変換す
る周波数変換部と、この周波数変換部からの交流出力を
昇圧する昇圧トランスと、この昇圧トランスの二次側に
接続されたマグネトロンと、このマグネトロンの陽極電
流を検出する陽極電流検出回路とを備え、この陽極電流
検出回路からの検出信号を受けて前記陽極電流が一定値
を保つ方向に前記スイッチング素子の導通時間幅を制御
するようにしたものであって、前記周波数変換部への入
力電流を検出する入力電流検出部を設け、この入力電流
検出部により検出した入力電流値が予め設定された許容
値内に収まるように前記スイッチング素子の導通時間幅
の制御を補正するように構成したものである。

（作用） マグネトロンの動作中は、マグネトロンの陽極電流を
陽極電流検出回路により検出し、その検出信号に基づい
て陽極電流が一定値に保つ方向にスイッチング素子の導
通時間幅を制御することにより、高周波出力を一定に保
つ方向に制御する。このとき、周波数変換部への入力電
流を入力電流検出部により検出し、入力電流値が予め設
定された許容値内に収まるように前記スイッチング素子
の導通時間幅の制御を補正するので、入力電流が過大に
なることを防止しつつ、マグネトロンの高周波出力をで
きるだけ一定に保つとができる。

（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
説明する。

１は商用電源周波数を高周波に変換する周波数変換部
で、端子t₁、t₂に接続された商用電源の交流電圧を全波
整流する整流回路２と、その全波整流電圧を平滑化し直
流電圧を得るためのチョークコイル３およびコンデンサ
４により形成されたフイルタ５とから構成されている。
そして、周波数変換のための振動回路は、昇圧トランス
６の一次巻線6a、共振用コンデンサ７、スイッチング素
子であるスイッチングトランジスタ８およびダイオード
９とから構成され、制御回路10によってスイッチングト
ランジスタ８をオンオフ制御することによって昇圧トラ
ンス６の一次巻線6aに高周波電流が発生する。これによ
って、マグネトロン駆動部11においては、昇圧トランス
６の例えば２個の二次巻線6b,6cに高周波電圧が誘起さ
れ、そして二次巻線6bに誘起された高周波電圧はダイオ
ード12および平滑用コンデンサ13から成る倍電圧整流回
路14を介してマグネトロン15の陽極および陰極間に印加
され、また二次巻線6cに誘起された電圧は陰極に印加さ
れるようになっている。更に、マグネトロン15の陽極側
の通電路には、変流器からなる陽極電流検出回路18が設
けられている。一方、昇圧トランス６の一次巻線6aに
は、抵抗19,20から成る分圧回路によって構成された導
通タイミング検出回路21が並列に接続され、また、端子
t₁、t₂間に接続された商用電源電圧の大きさを検出する
ために、抵抗22、23からなる分圧抵抗回路によって構成
された電源電圧検出部24が整流回路２の直流出力側に接
続されている。

次に、前記スイッチングトランジスタ８をオンオフ制
御するための制御回路10の具体的構成について第２図を
参照して説明する。前記陽極電流検出回路18からの検出
電流Iaは電流平均化回路25によってその一周期分につい
て整流及び平滑化され、その平均陽極電流値Iavの信号
が誤差増幅器26によって設定値Vrと比較される。そし
て、その差信号S₁は導通タイミング決定回路27に供給さ
れる。この導通タイミング決定回路27は、前記スイッチ
ングトランジスタ８の導通開始時間と導通時間幅とを決
定するためのもので、前記導通タイミング検出回路21か
ら受けた電圧波形信号S₂に基いて所定のタイミングでベ
ース信号S₃を出力する。このベース信号S₃はアンドゲー
ト28を介して前記スイッチングトランジスタ８のベース
に供給されるようになっている。

一方、前記電源電圧検出部24からの検出電圧Vaは、電
圧平均化回路29によってその一周期分について整流及び
平滑化されることによって平均化され、その平均電圧値
が電圧範囲比較器30に与えられる。この電圧範囲比較器
30は入力した平均電圧から、商用電源電圧が使用可能範
囲（この実施例では80V以上120V以下の範囲）に属する
か否かを判定し、その範囲外のときはローレベルの停止
信号S₄をアンドゲート28に出力してこれを非導通にする
ようになっている。

而して、第１図に示すように、周波数変換部１への入
力電流を検出するために、整流回路２の入力側には例え
ば変流器から成る入力電流検出部31が設けられ、この入
力電流検出部31から出力される電流信号I_Sが入力電流制
限回路32に入力される。この入力電流制限回路32は、第
３図に示すように、入力電流検出部31から入力される電
流信号I_Sを整流する整流する整流回路33と、整流された
電流信号を平均化する平均化回路34と、平均化された電
流信号をディジタル値化するA/D変換器35と、ディジタ
ル値化された電流信号（入力電流値Ii）が予め設定され
た許容値（例えば15A）内に収まるように第６図に示す
制御プログラムに従って制御するマイクロコンピュータ
36と、このマイクロコンピュータ36の出力信号をアナロ
グ値化するD/A変換器37とから構成され、このD/A変換器
37の出力によって後述するように誤差増幅器26の設定値
Vrが調整される。この設定値Vrを小さくすれば、マグネ
トロン15の陽極電流が小さくなって、高周波出力と入力
電流が低下する。

次に、上記構成の作用について説明する。調理開始後
は、スイッチングトランジスタ８のオンオフ制御によっ
て昇圧トランス６の一次巻線6aと共振用コンデンサ７か
らなる振動回路に振動電流が流れるが、この場合に生じ
る一次巻線6aに誘起された高周波電圧V₁及び高周波電流
I₁の様子を第４図に示す。このような高周波電圧V₁が昇
圧トランス６によって更に昇圧されて前記マグネトロン
15に供給されこれを駆動する。この周波数変換動作にお
いて、前記スイッチングトランジスタ８の導通時間幅T₁
は後述する商法電源電圧の大きさに応じるようにゲート
信号S₁によって強制的に制御されるが、非導通時間幅T₂
は前記スイッチングトランジスタ８の導通時間内に昇圧
トランス６が持っているインダクタンスに蓄えられたエ
ネルギーと共振用コンデンサ７の大きさとによって決ま
る。即ち、前記スイッチングトランジスタ８の非導通時
間は高周波電流I₁が略零になるタイミングToまでとし、
この時点Toが次の周期の導通開始時点でもある。導通タ
イミング決定回路27は常時タイミング検出回路21から高
周波電圧V₁の電圧波形信号S₂を受け、この信号S₂中の電
圧値Voから、高周波電流I₁が零になるタイミングToを判
定して、ゲート信号S₃を出力するタイミングを得てい
る。

一方、マグネトロン15の発振動作中は、陽極電流検出
回路18によりマグネトロン15の陽極電流値Iaを検知し
て、この陽極電流値Iaを電流平均化回路25で平均化し、
その平均陽極電流値Iavを誤差増幅器26で設定値Vrと比
較してその差に応じた差信号S₁を出力する。この差信号
S₁は端子t₁、t₂に印加された商用電源電圧が高いほど大
なる値となり、そして導通タイミング決定回路27では、
差信号S₁が大きくなるほどスイッチングトランジスタ８
の導通時間幅が短くなるように、ベース信号S₄の時間幅
を制御する。これにより、陽極電流が電圧の上昇と共に
増加されることが抑えられ、換言すれば、陽極電流は商
用電源電圧の高低に伴い逆に減少、増加するように制御
されて、高周波出力が一定化される。

また、この動作と並行して、電圧範囲比較器30は電源
電圧検出部24からの検出電圧Vaを電圧平均化回路29を介
して受けており、商用電源電圧が80V以上120V以下の範
囲内から外れているときは停止信号S₄を出力してアンド
ゲート28をしゃ断し、スイッチングトランジスタ８のオ
ンオフ動作を停止させて、マグネトロン15の動作を停止
させる。この場合、下限値80Vはこれ以上低い電圧では
マグネトロン15の陽極電流が過大となり、また、上限値
120Vはマグネトロン15の耐電圧の上限とする趣旨から定
められている。

ところで、高周波出力を例えば700Wにしてマグネトロ
ン15を動作させた場合、前述のようにして陽極電流を一
定にすると、第５図に示すように周波数変換部１への入
力電流は商用電源電圧（入力電圧）の低下に伴って増大
し、この状態のまま90V以下に低下すると、第５図に点
線で示すように入力電流が許容値である例えば15Aを超
えてしまうので、スイッチングトランジスタ８等の半導
体素子に過大な熱的ストレスが加わったり、昇圧トラン
ス６の一次巻線6aが過熱状態になったり、屋内配線のサ
ーキットブレーカ等の安全装置が作動したりする等の不
具合を発生するおそれがある。

そこで、この実施例では、マグネトロン15の動作中
は、入力電流検出部15により周波数変換部１への入力電
流が検出され、この入力電流検出部15から出力される電
流信号I_sが入力電流制限回路32に入力される。この入力
電流制限回路32では、入力電流検出部15から出力される
電流信号I_Sを整流回路33で整流して、平均化回路34で平
均化し、これをA/D変換器35でディジタル値に変換して
マイクロコンピュータ36に入力する。このマイクロコン
ピュータ36は、第６図に示す制御プログラムに従って、
まず、A/D変換器35の出力信号である入力電流値Iiを読
み込む（ステップP1）、その入力電流値Iiが許容値（15
A）より小さいか否かが判断される（ステップP2）。こ
こで、否（NO）、即ち入力電流値Iiが許容値（15A）以
上になった場合には、ステップP3に移行し、誤差増幅器
26の設定値VrからδＶを差し引いた値を新たな設定値Vr
とする（ここで、設定値Vrの初期値は、使用者が設定し
た高周波出力に相当する基準値に設定され、またδＶは
入力電流0.1Aの変化分に相当する値に設定されてい
る）。この様にして、誤差増幅器26の設定値VrをδＶだ
け低下させることによって、入力電流値Iiを0.1Aだけ低
下させた後、再度、入力電流値Iiを読み込み（ステップ
P4）、その入力電流値Iiが許容値（15A）より小さいか
否かが判断される（ステップP5）。ここで、否（NO）、
即ち入力電流値Iiがまた許容値（15A）より小さくなっ
ていない場合には、ステップP3に戻り、以後、入力電流
値Iiが許容値（15A）より小さくなるまで、設定値Vrを
δＶだけ低下させて入力電流値Iiを0.1Aだけ低下させる
動作を繰り返して、入力電流値Iiが許容値（15A）内に
収まるようにする。この場合、誤差増幅器26の設定値Vr
をδＶ低下させれば、それに応じてマグネトロン15の陽
極電流も低下して、高周波出力も低下することになる
が、その出力低下幅は入力電流値Iiを許容値（15A）内
に収めるための必要最小限にとどめられるので、火力の
大幅な低下を招くこともない。そして、最終的に、ステ
ップP5において、是（YES）、即ち入力電流値Iiが許容
値（15A）内に収まった段階で、一旦、入力電流の制限
制御を終了し、所定時間経過後に再度ステップP1から動
作を繰り返して、調理中の入力電圧の変動に対処する。

一方、ステップP2において、是（YES）、即ち入力電
流値Iiが許容値（15A）より小さいと判断された場合に
は、ステップP6に移行して、誤差増幅器26の現在の設定
値Vrが、基準値（使用者が設定した高周波出力に相当す
る値）より小さいか否がが判断される。ここで、否（N
O）、即ち設定値Vrが基準値より小さい場合、（この様
な状態はそれ以前の段階でステップP3を経た場合に発生
する）、設定値VrをδＶだけ増加させる（ステップP
7）。これにより、マグネトロン15の陽極電流を増加さ
せて、高周波出力を増大させた後、ステップP1に戻り、
上述した動作を繰り返すことによって、入力電流値Iiが
許容値（15A）を超えない範囲で高周波出力を使用者が
設定した値に近付ける。その後、ステップP6において、
否（NO）、即ち設定値Vrが基準値（使用者が設定した高
周波出力に相当する値）になった段階で、一旦、入力電
流の制限制御を終了し、所定時間経過後に再度ステップ
P1から動作を繰り返して、調理中に入力電圧の変動に対
処する。

この様にして、入力電流値Iiが過大になることが防止
されるので、スイッチングトランジスタ８等の半導体素
子に過大な熱的ストレスが加わったり、昇圧トランス６
の一次巻線6aが過熱状態になったり、屋内配線のサーキ
ットブレーカ等の安全装置が作動したりする等の不具合
を未然に防止できる。

尚、この実施例では、商用電源電圧の使用可能範囲を
80V以上120V以下に設定したが、例えば100Vと200Vのい
ずれの商用電源にも使用できるように、80V以上260V以
下の範囲でマグネトロン15を駆動可能に構成しても良
い。

その他、本発明は、入力電流値Iiの許容値は15Aに限
定されるものではなく、使用するスイッチングトランジ
スタ８等の各部品の定格に応じて適宜変更したり、ま
た、入力電流制限回路32のマイクロコンピュータ36に調
理時間等を制御する機能をもたせても良い等、種々の変
形が可能である。

［発明の効果］ 本発明は以上の説明から明らかなように、マグネトロ
ンの陽極電流が一定値を保つ方向に周波数変換部のスイ
ッチング素子の導通時間幅を制御するものにあって、前
記周波数変換部への入力電流を入力電流検出部により検
出して、入力電流値が予め設定された許容値内に収まる
ように前記スイッチング素子の導通時間幅の制御を補正
するように構成したので、マグネトロンの高周波出力を
できるだけ一定に保ちつつ、入力電流が過大になること
を防止できて、スイッチング素子や昇圧トランス等の各
回路部品に過大な熱的ストレスが加わったり、屋内配線
のサーキットブレーカ等の安全装置が作動したりする等
の不具合を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示したもので、第１図は高周
波加熱調理装置の電気回路図、第２図は制御回路の詳細
を示すブロック図、第３図は入力電流制限回路の詳細を
示すブロック図、第４図は昇圧トランスの一次巻線にお
ける高周波電圧と高周波電流との関係を示す図、第５図
は商用電源電圧と入力電流との関係を示す図、第６図は
入力電流制限回路による制御内容を示すフローチャート
である。 図面中、１は周波数変換部、６は昇圧トランス、７は共
振用コンデンサ、８はスイッチングトランジスタ（スイ
ッチング素子）、15はマグネトロン、18は陽極電流検出
回路、24は電源電圧検出部、25は電流平均化回路、26は
誤差増幅器、27は導通タイミング決定回路、29は電圧平
均化回路、30は電圧範囲比較器、31は入力電流検出部、
32は入力電流制限回路、36はマイクロコンピュータであ
る。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチング素子の導通時間幅を制御して
   商用電源周波数を高周波に変換する周波数変換部と、こ
   の周波数変換部からの交流出力を昇圧する昇圧トランス
   と、この昇圧トランスの二次側に接続されたマグネトロ
   ンと、このマグネトロンの陽極電流を検出する陽極電流
   検出回路とを備え、この陽極電流検出回路からの検出信
   号を受けて前記陽極電流が一定値を保つ方向に前記スイ
   ッチング素子の導通時間幅を制御するようにした高周波
   加熱調理装置であって、前記周波数変換部への入力電流
   を検出する入力電流検出部を設け、この入力電流検出部
   により検出した入力電流値が予め設定された許容値内に
   収まるように前記スイッチング素子の導通時間幅の制御
   を補正するように構成したことを特徴とする高周波加熱
   調理装置。