JP3159000B2 - マグネトロン駆動用電源装置 - Google Patents

マグネトロン駆動用電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子レンジなどの
高周波加熱装置、医療機器、乾燥器、およびガス励起装
置などの、マグネトロンが発振出力するマイクロ波を利
用する機器に用いるマグネトロン駆動用電源装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロ波による高周波加熱を利
用した機器が多く用いられるが、その不要輻射が課題で
ある。
【0003】以下、従来のマグネトロン駆動用電源装置
について図面を参照しながら説明する。従来のマグネト
ロン駆動用電源装置は、昇圧トランスと高圧整流回路と
によって構成され、昇圧トランスは商用電源から得られ
る50Hzまたは60Hzの交流電圧を昇圧し、昇圧された
交流高電圧を高圧整流回路で整流して直流高電圧に変換
し、マグネトロンを付勢しマイクロ波を発生させてい
る。
【0004】上記構成において、昇圧トランスは50Hz
または60Hzの低周波の交流電圧を昇圧するので、非常
に大型化し、かつ重量も非常に重いものであった。そこ
で、昇圧トランスを小型軽量化するために、50Hzまた
は60Hzの交流電圧を一旦20KHz以上の高周波交流電
圧に変換し、この高周波交流電圧を昇圧する構成とする
ことにより、昇圧トランスを小型軽量化したマグネトロ
ン駆動用電源装置が国内のインバータ式電子レンジに採
用されている。
【0005】図6は上記インバータ式電子レンジに採用
されているマグネトロン駆動用電源装置の構成を示す回
路図である。図において、商用電源1の交流電圧は、整
流回路によって単方向電源に整流され、半導体スイッチ
素子2を備えたインバータ回路3に供給される。また、
この半導体スイッチ素子2は、バイポーラジャンクショ
ントランジスタ(BJT)、MOS電界効果トランジス
タ(MOSFET)、および絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)などの自己転流機能を有するトラ
ンジスタと、これと逆並列に接続されたダイオードとに
よって構成されている。商用電源を整流した単方向電圧
はインバータ回路3によって20KHz以上の周波数を有
する交流電圧に変換される。インバータ回路3を構成す
る昇圧トランス4は、その1次巻線5に発生した高周波
交流電圧を昇圧して高電圧の高周波交流電圧を出力す
る。この高電圧の高周波交流電圧は高圧整流回路6によ
って整流され直流高電圧に変換される。マグネトロン7
はこの直流高電圧により付勢されマイクロ波を放出す
る。なお、8はインバータ回路3のスイッチング動作な
どを制御する制御部であり、9は共振コンデンサであ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のマグ
ネトロン駆動用電源装置では、マグネトロンが2.45
GHzで発振してマイクロ波を放出するとき、2.45GHz
近傍の周波数の電波と2.45GHzの高調波電波とを発
生する。これらの高調波電波は不要輻射電波と呼ばれ、
2.4〜2.5GHzを除く周波数域の放射電波の強度が
電気用品取締り法などの法規によって規制されており、
規格値以下でなければならないが、従来のマグネトロン
駆動用電源装置では、マグネトロンのアノード電流によ
り多量の不要輻射電波を発生している。
【0007】本発明は上記の課題を解決するもので、マ
グネトロンの不要輻射電波の強度を低減できるマグネト
ロン駆動用電源装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に係わる本発明
は、単方向電源の出力を入力して高周波交流電力に変換
するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する
制御部と、前記インバータ回路が出力する高周波交流電
力を1次巻線に入力し、2次巻線に高圧の高周波交流電
圧を出力する昇圧トランスと、前記2次巻線の出力に直
列に挿入したインダクタンスと、1対のダイオードと1
対のコンデンサとにより前記昇圧トランスの2次巻線の
高周波高圧交流出力を前記インダクタンスを介して入力
して全波倍電圧整流し、マグネトロンに高圧直流電圧を
供給する高圧整流回路とを備え、前記コンデンサの容量
を少なくとも0.01μF以上とし、昇圧トランスの1
次−2次間の結合係数を大きくとも0.75以下となる
ように構成し、昇圧トランスの出力と高圧整流回路との
間に前記昇圧トランスの漏洩インダクタンスを等価的に
電流平滑用のインダクタンスとして挿入したマグネトロ
ン駆動用電源装置である。
【0009】
【発明の実施の形態】単方向電源は、商用電源をダイオ
ードブリッジなどで整流し、インダクタンスとコンデン
サとで平滑することで得られる。また、インバータ回路
は、昇圧トランスの1次側に並列にコンデンサを接続し
た共振回路に直列にスイッチング素子を接続して構成
し、前記スイッチング素子を制御部により開閉制御し
て、前記昇圧トランスの2次側に高圧の高周波交流電圧
を発生させる。
【0010】請求項に係わる本発明において、昇圧ト
ランスの2次側出力と高圧整流回路との間にインダクタ
ンスを挿入して設け、高圧整流回路に流入するダッシュ
カレントを抑制して不要輻射の強度を低減するととも
に、昇圧トランスを介して商用電源に高周波成分が漏れ
ることによる不要輻射をも低減できる。また、昇圧トラ
ンスの1次−2次間の結合係数を小さくすることによ
り、生じた漏洩インダクタンスを上記直列挿入のインダ
クタンスと等価なものとして利用する。なお、この結合
係数としては、0.75以下が有効であることを多数の
実験により確認している。
【0011】以下、実施例について説明する。 (参考例1) 以下、本発明のマグネトロン駆動用電源装置の参考例1
について図面を参照しながら説明する。図1は本参考例
の構成を示す回路図である。なお、従来例と同じ構成要
素には同一番号を付与している。本参考例が従来例と異
なる点は、昇圧トランスの出力を整流する高圧整流回路
として全波倍電圧整流回路を用いるとともに、そこに用
いるコンデンサの容量値を所定値以上に大きく設定に選
択したことにある。図において、1は商用電源であり、
ダイオードブリッジによって整流され、インバータ回路
3に単方向直流電圧を供給する。インバータ回路3は前
記単方向直流電圧を入力し、半導体スイッチ素子2のオ
ンオフ動作によって共振コンデンサ9と昇圧トランス4
の1次巻線5とで構成される共振回路を励起し、その2
次側巻線に高周波交流電力を発生する。昇圧トランス4
はこの高周波交流電力を昇圧し、高圧整流回路6に供給
する。高圧整流回路6は2個のコンデンサ6a、6bを
備えた倍電圧全波整流回路であり、昇圧トランス4の2
次巻線の出力を入力して単方向電圧に整流し、マグネト
ロン7はこの単方向電圧を受けてマイクロ波を発生す
る。
【0012】上記構成においてその動作を説明する。図
2は本参考例のマグネトロン駆動用電源装置の動作の波
形図である。なお、本参考例において高圧コンデンサ6
a、6bの容量はそれぞれのピーク値を相等しくするた
めに、それぞれの高圧コンデンサの充電期間に応じた容
量値を設定しているのでアンバランスな容量値となる。
この構成においては、アノード電流Iaの波形は高圧コ
ンデンサ容量を大きくするほどピーク値および時刻変化
(dI/dt)を小さくすることができる。
【0013】図3はコンデンサ6a、6bの容量とマグ
ネトロン7の不要輻射電波の強度との関係についての多
数の実験結果示を総合的に示す特性図である。図からわ
かるように、コンデンサ6a、6bの容量を大きくする
と不要輻射電波の強度は小さくなることがわかる。した
がって、不要輻射電波の強度はアノード電流ピーク値お
よび時刻変化(dI/dt)に対して単調増加の関係が
あると考えられる。
【0014】本参考例のマグネトロン駆動用電源装置に
おいてはコンデンサ6a、6bの容量を0.01μF以
上に設定しているため、アノード電流のピーク値とアノ
ード電流の時刻変化(dI/dt)が小さく抑えられ、
マグネトロンの不要輻射電波の強度を効果的に抑制する
ことができ、法規上の規制値も満足できる結果を得てい
る。
【0015】(参考例2) 以下、本発明のマグネトロン駆動用電源装置の参考例2
について図面を参照しながら説明する。図4は本参考例
の構成を示す回路図である。なお、参考例1と同じ構成
要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本
参考例参考例1と異なる点は、電流平滑手段としての
インダクタンス10をアノード電流の経路に直列に挿入
して備えたことにある。
【0016】上記構成において、アノード電流の流れる
ループに挿入されたインダクタンス10は定電流源的な
作用を有し、アノード電流Iaはこのインダクタンス1
0によって滑らかな変化をするようになり、アノード電
流の時刻変化(dI/dt)が小さくなる。実施例1で
示したように、不要輻射電波の強度はアノード電流ピー
ク値および時刻変化(dI/dt)に対して単調増加す
る関係にあるので、本参考例のマグネトロン駆動用電源
装置によれば、さらにマグネトロンの不要輻射電波の強
度を効果的に抑制することができる。
【0017】なお、本参考例では電流平滑手段としてイ
ンダクタンスを用いる例について説明したが、高圧整流
回路6の出力の両端にコンデンサを挿入接続して電流平
滑手段としてもよいことは言うまでもない。
【0018】(実施例) 以下、請求項に係わる本発明のマグネトロン駆動用電
源装置の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。図5は本実施例の構成を示す回路図である。なお、
参考例1ないし参考例2と同じ構成要素には同一番号を
付与して詳細な説明を省略する。本実施例が参考例2
異なる点は、インダクタンス11を昇圧トランス4の2
次巻線出力と高圧整流回路6との間に挿入して設けたこ
とにある。
【0019】上記構成において、アノード電流Iaのい
ずれの周期においても昇圧トランス4と高圧整流回路6
の間に挿入されたインダクタンス11には電流が流れる
ことになり、インダクタンス11の作用によってアノー
ド電流は滑らかな変化をするようになり、アノード電流
の時刻変化(dI/dt)が低くなる。前述のように、
不要輻射電波の強度はアノード電流ピーク値および時刻
変化(dI/dt)に対して単調増加する関係にあるの
で、本実施例のマグネトロン駆動用電源装置によればマ
グネトロンの不要輻射電波の強度を効果的に抑制するこ
とができる。
【0020】なお、昇圧トランス4の1次−2次間の結
合を低くすることによってその漏れインダクタンスを等
価的にインダクタンス11として利用しても同様の効果
を得ることができ、この場合の昇圧トランスの1次−2
次間の結合係数を0.75以下にするのが有効であるこ
とを確かめている。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、整流回路
の突入電流を抑制することにより、さらにマグネトロン
のアノード電流の変動を小さく抑制して不要輻射の強度
を低減できるとともに、高周波成分が昇圧トランスを介
して商用電源に漏れるのを防止し、商用電源からの不要
輻射をも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマグネトロン駆動用電源装置の参考例
の構成を示す回路図
【図2】同参考例1の動作を示す波形図
【図3】同参考例1における高圧のコンデンサの容量と
マグネトロンの不要輻射電波の強度との関係を示す特性
【図4】本発明のマグネトロン駆動用電源装置の参考例
の構成を示す回路図
【図5】請求項に係わる本発明のマグネトロン駆動用
電源装置の一実施例の構成を示す回路図
【図6】従来のマグネトロン駆動用電源装置の構成を示
す回路図
【符号の説明】
2 半導体スイッチ素子 3 インバータ回路 4 昇圧トランス 6 高圧整流回路 6a、6b コンデンサ 7 マグネトロン 8 制御部 10、11 インダクタンス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−170881(JP,A) 特開 昭62−208528(JP,A) 特開 平7−105862(JP,A) 実開 昭57−55197(JP,U) 実開 昭49−1523(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 23/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単方向電源の出力を入力して高周波交流電
    力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路を
    制御する制御部と、前記インバータ回路が出力する高周
    波交流電力を1次巻線に入力し、2次巻線に高圧の高周
    波交流電圧を出力する昇圧トランスと、前記2次巻線の
    出力に直列に挿入したインダクタンスと、1対のダイオ
    ードと1対のコンデンサとにより前記昇圧トランスの2
    次巻線の高周波高圧交流出力を前記インダクタンスを介
    して入力して全波倍電圧整流し、マグネトロンに高圧直
    流電圧を供給する高圧整流回路とを備え、前記コンデン
    サの容量を少なくとも0.01μF以上とし、昇圧トラ
    ンスの1次−2次間の結合係数を大きくとも0.75以
    下となるように構成し、昇圧トランスの出力と高圧整流
    回路との間に前記昇圧トランスの漏洩インダクタンスを
    等価的に電流平滑用のインダクタンスとして挿入したマ
    ネトロン駆動用電源装置。
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