JP3183144B2 - マグネトロン駆動用電源 - Google Patents

マグネトロン駆動用電源

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JP3183144B2 JP02752696A JP2752696A JP3183144B2 JP 3183144 B2 JP3183144 B2 JP 3183144B2 JP 02752696 A JP02752696 A JP 02752696A JP 2752696 A JP2752696 A JP 2752696A JP 3183144 B2 JP3183144 B2 JP 3183144B2
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健治 安井
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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

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、あるいは、医療機器、乾燥器、ガス励起
装置などマグネトロンから得られ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の電源に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来のマグネトロン駆動用電源は昇圧ト
ランスと高圧整流回路とマグネトロンによって構成さ
れ、昇圧トランスは商用電源から得られる50Hzある
いは60Hzの交流電圧を昇圧し、その昇圧された交流
高電圧を高圧整流回路が直流高電圧に整流してマグネト
ロンを付勢しマイクロ波を発生する。
【0003】しかしながらこのような構成では昇圧トラ
ンスは50Hzあるいは60Hzの交流電圧を昇圧する
ため、非常に大型化し重量も非常に重いものであった。
そこで、この昇圧トランスを小型軽量化するために、5
0Hzあるいは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、昇圧トランスの小型軽量
化を図る回路構成としたものが国内のインバータ式電子
レンジに採用されている。
【0004】図7はこの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の回路図を示してい
る。商用電源1の交流電圧は、整流回路によって単方向
電圧に整流され、半導体スイッチ素子3を有するインバ
ータ回路2に供給される。また、この半導体スイッチ素
子3はバイポーラジャンクショントランジスタ(BJ
T)やMOS電界効果トランジスタ(MOSFET)や
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によって構成されている。整流回
路の単方向電圧はこのインバータ回路2によって20k
Hz以上の交流電圧に変換される。インバータ回路2を
構成する昇圧トランス5はその1次巻線6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7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
8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。
【0005】マグネトロン8を駆動するために高圧整流
回路7は4kV以上の高電圧を発生しなければならない
が、このように高電圧を発生すると放電現象が起こりや
すくなる。これに対しては十分な絶縁距離をとることに
より放電を起こりにくくするとともに、異物(例えばゴ
キブリなど)が混入し放電が起こった場合でも制御部1
1は放電を検出してインバータ回路2を安全に停止する
ようになっている。
【0006】また、高圧整流回路7内で放電が起こると
インバータ回路2の動作にも影響を与え、インバータ回
路2に備えられた半導体スイッチ素子3に過大な電圧を
印加する。この過電圧が半導体スイッチ素子3の耐圧を
越えると半導体スイッチ素子3はアバランシェ降伏を起
こし駆動信号が無い状態でも電流を流してしまい、半導
体スイッチ素子3の電力損失により破壊モードにいた
る。そこで半導体スイッチ素子3がこの過大な電圧によ
って破壊しないように過電圧保護を講じる必要がある。
従来の過電圧保護の方法としては図に示したように定電
圧ダイオード25によって半導体スイッチ素子3に過電
圧が印加すると、この定電圧ダイオード25が導通し、
半導体スイッチ素子3に接続されたゲート抵抗26に電
流を流すことにより半導体スイッチ素子3に導通信号を
与え、半導体スイッチ素子3を強制的に導通状態にする
構成となっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの様な
構成では半導体スイッチ素子3を高速で駆動するためゲ
ート抵抗26はできるだけ小さくすることが望ましいの
で、半導体スイッチ素子3がターンオンするだけの電圧
を発生させるにはゲート抵抗26にかなり大きな電流を
流さなければならない。また、このような回路構成では
半導体スイッチ素子3に印加する電圧は共振コンデンサ
4と昇圧トランス5の1次巻線6によって起こる共振に
よって高電圧を発生する。このため過電圧保護のための
定電圧ダイオード25は高耐圧かつ大電流容量となるた
めチップが大きくなり小型化の妨げとなっていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために半導体スイッチ素子に過電圧が印可され
場合に、強制的に前記半導体スイッチ素子を導通状態に
してなるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】請求項1記載の発明は、半導体ス
イッチ素子に過電圧が印可された場合に、強制的に前記
半導体スイッチ素子を導通状態にしてなることにより、
半導体スイッチ素子に印加する過電圧を吸収することが
できるものである。
【0010】請求項6記載の発明は、半導体スイッチ素
子に印加する電圧を分圧する抵抗と、定電圧ダイオード
と、バッファ回路とを備え、前記定電圧ダイオードは
前記半導体スイッチ素子に過電圧が印加すると導通状態
になり、前記バッファ回路にオン信号を与え、これによ
前記半導体スイッチ素子を導通状態としてなることに
より、高速に半導体スイッチ素子に印加する過電圧を吸
収させることができる。
【0011】以下、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。 (実施例1) 本発明の実施例1を図1および図2を用いて説明する。
【0012】図1は本発明のマグネトロン駆動用電源を
示した回路図である。図1において1は商用電源などの
外部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2に単方向直流電圧を供給する。インバー
タ回路2はこの単方向電圧を受けて半導体スイッチ素子
3のオンオフによって共振コンデンサ4と昇圧トランス
5の1次巻線6で構成される共振回路を励起し、高周波
交流電力を発生する。昇圧トランス5はこの高周波交流
電力を昇圧し、高圧整流回路7に供給する。高圧整流回
路7は昇圧トランス5から受けた交流電力を単方向電圧
に整流し、マグネトロン8はこの単方向電圧を受けてマ
イクロ波を発生する。また、9は半導体スイッチ素子3
の過電圧を検出して駆動手段10に信号を与え、半導体
スイッチ素子3を導通状態にする過電圧検出手段であ
る。
【0013】図2は半導体スイッチ素子3の動作波形を
示した図である。定常状態では半導体スイッチ素子3に
印加する電圧は半導体スイッチ素子3の耐圧を超えない
電圧になるよう設計されているが、高圧整流回路7で放
電が起こるとインバータ回路2に備えられた昇圧トラン
ス5と共振コンデンサ4によって構成される共振回路の
共振条件が変化し、半導体スイッチ素子3の耐圧を越え
る電圧を発生しようとするが、本発明の実施例において
は過電圧検知手段9が半導体スイッチ素子3に過大な電
圧が印加すると、駆動手段10に信号を与え、図2に示
すように半導体スイッチ素子3に電圧が印加している状
態で半導体スイッチ素子3は導通し、電流を流すことに
よってこの過電圧を吸収する。また、過電圧検知手段9
は制御回路11にインバータ停止信号を与え、制御回路
11はこのインバータ停止信号に基づき動作を停止す
る。
【0014】このため半導体スイッチ素子3にその耐圧
を越える電圧が印加することなく半導体スイッチ素子3
の破壊を免れる。また、過電圧検知手段9は駆動手段1
0を動作させる程度の電力でよいので高耐圧、大電流容
量の素子を必要とせず小型に構成できる。
【0015】(実施例2) 図3は本発明の実施例2の回路図であり、図1と同符号
のものは同一の構成要素であり、詳細な説明は省略す
る。
【0016】定電圧ダイオード12は半導体スイッチ素
子3に過電圧が印加すると導通状態となる耐圧を有して
いる。このため定電圧ダイオード12が導通すると抵抗
13を介して電圧が発生し駆動手段10の半導体スイッ
チ素子を駆動し、インバータ回路2に備えられた半導体
スイッチ素子3をターンオンさせることができる。また
駆動手段10の半導体スイッチ素子は駆動電力としては
大きな電力を必要としないため抵抗13はある程度大き
な値とすることができ、半導体スイッチ素子3のゲート
抵抗14よりも一桁大きな値の抵抗にしてもスイッチン
グスピードにほとんど影響を与えない。このため定電圧
ダイオード12の電流容量としては小さなもので済むた
めチップを小型化し、小型かつ安価な定電圧ダイオード
を用いることができる。
【0017】(実施例3) 図4は本発明の実施例3の回路図であり、図1と同符号
のものは同一の構成要素であり詳細な説明は省略する。
【0018】過電圧検出手段9は比較器15と抵抗16
の分圧によって定まる基準電圧と半導体スイッチ素子3
に印加する電圧を分圧する抵抗17からなり、比較器1
5は抵抗17の分圧によって比較器15に入力される電
圧が、抵抗16の分圧によって定まる所定の電圧を越え
ると、駆動手段10に信号を与える構成となっている。
【0019】比較器15は半導体スイッチ素子3に過電
圧が印加し、抵抗17の分圧によって比較器に入力され
る電圧が抵抗16の分圧によって定まる基準電圧を越え
ると駆動手段10に信号を与え、半導体スイッチ素子3
を強制的にターンオンする。このため半導体スイッチ素
子3に過電圧が印加しないので半導体スイッチ素子3の
耐圧を越えることがなく素子破壊にいたることがない。
【0020】(実施例4) 図5は本発明の実施例4の回路図であり、図1と同符号
のものは同一の構成要素であり詳細な説明は省略する。
【0021】過電圧検知手段9を定電圧ダイオード18
とトランジスタ19と半導体スイッチ素子3に印加する
電圧を分圧する抵抗20で構成したものである。
【0022】定電圧ダイオード18が導通するとトラン
ジスタ19のベースに電流が流れる。このベース電流に
よってトランジスタ19のコレクタにはトランジスタ1
9の電流増幅率によってきまる電流が流れる。この電流
によって抵抗21を介して電圧降下を発生し駆動手段1
0のトランジスタを動作させ、半導体スイッチ素子3を
強制的に導通状態とし、半導体スイッチ素子3に印加し
ようとする過電圧を吸収することができる。
【0023】(実施例5) 図6は本発明の実施例5の回路図であり、図1と同符号
のものは同一の構成要素であり詳細な説明は省略する。
【0024】過電圧検知手段9は定電圧ダイオード22
とバッファ回路23と半導体スイッチ素子3に印加する
電圧を分圧する抵抗24で構成したものである。
【0025】定電圧ダイオード22が導通すると、これ
に接続された抵抗25によって電圧降下を生じ、この電
圧がバッファ回路23のしきい値電圧をこえるとバッフ
ァ回路23は動作し、駆動手段10のトランジスタを動
作させ、半導体スイッチ素子3を強制的に導通状態とす
る。このため半導体スイッチ素子3に印加しようとする
過電圧を吸収することができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明のマグネトロ
ン駆動電源においては、半導体スイッチ素子に過電圧が
印加すると前記半導体スイッチ素子を強制的に導通状
態にするので、半導体スイッチ素子に印加する過電圧を
吸収し、半導体スイッチ素子を過電圧による破壊から保
護することができる。
【0027】また、導体スイッチ素子に印加する電圧
を分圧する抵抗と、定電圧ダイオードと、バッファ回路
とを備え、前記定電圧ダイオードは前記半導体スイッ
チ素子に過電圧が印加すると導通状態になり、前記バッ
ファ回路にオン信号を与え、これにより前記半導体スイ
ッチ素子を導通状態としてなることにより、高速に半導
体スイッチ素子に印加する過電圧を吸収させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1のマグネトロン駆動用電源の
回路図
【図2】同マグネトロン駆動用電源の動作波形図
【図3】本発明の実施例2のマグネトロン駆動用電源の
回路図
【図4】本発明の実施例3のマグネトロン駆動用電源の
回路図
【図5】本発明の実施例4のマグネトロン駆動用電源の
回路図
【図6】本発明の実施例5のマグネトロン駆動用電源の
回路図
【図7】従来のマグネトロン駆動用電源の回路図
【符号の説明】
2 インバータ回路 3 半導体スイッチ素子 4 共振コンデンサ 5 昇圧トランス 6 1次巻線 7 高圧整流回路 8 マグネトロン 9 過電圧検知手段 10 駆動手段 11 制御部 12 定電圧ダイオード 13 抵抗 15 比較器 17 分圧抵抗(基準電圧) 18 定電圧ダイオード 20 分圧抵抗 23 バッファ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−255178(JP,A) 特開 平3−241692(JP,A) 特開 平1−221884(JP,A) 特開 昭55−2354(JP,A) 特開 平1−221884(JP,A) 特開 平7−135076(JP,A) 実開 昭64−12487(JP,U) 実開 平1−71987(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 6/64 - 6/80

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導体スイッチ素子を有するインバータ
    回路と前記インバータ回路の出力する交流電力を磁気
    結合により高圧整流回路に伝送する昇圧トランスと、前
    記高圧整流回路により高圧直流電力の供給を受けるマグ
    ネトロンと、前記半導体スイッチ素子のオンオフ制御に
    より前記インバータ回路の変換する電力を調節する制御
    部とを備え、前記制御部は、前記半導体スイッチ素子に
    過電圧が印可された場合に、強制的に前記半導体スイッ
    チ素子を導通状態にしてなるマグネトロン駆動用電源。
  2. 【請求項2】 導体スイッチ素子に印加する電圧を分
    圧する抵抗と、定電圧ダイオードと、バッファ回路とを
    備え、前記定電圧ダイオードは前記半導体スイッチ素
    子に過電圧が印加すると導通状態になり、前記バッファ
    回路にオン信号を与え、これにより前記半導体スイッチ
    素子を導通状態としてなる請求項1記載のマグネトロン
    駆動用電源。
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