JP3468222B2 - マグネトロン駆動用電源 - Google Patents

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
マグネトロンを負荷とするマグネトロン駆動用電源に関
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について
図面を用いて説明する。図１２は、力率及び波形歪みを
改善した従来のマグネトロン駆動用電源の回路図であ
る。第１及び第２の半導体スイッチ７、８の直列接続体
は第１及び第２のフライホイルダイオード５、６の直列
接続体を各々並列に接続している。ここで、第１の半導
体スイッチ７と第１のフライホイルダイオード５及び第
２の半導体スイッチ８及び第２のフライホイルダイオー
ド６は同一のパッケージに収納され、第１及び第２のフ
ライホイルダイオード内蔵半導体スイッチ１５、１６を
構成している。直列接続された第１及び第２のフライホ
イルダイオード内蔵半導体スイッチ１５、１６は第１及
び第２の整流ダイオード３、４の直列接続体と並列接続
している。第１の整流ダイオード３及び第２の整流ダイ
オード４にはそれぞれ第１及び第２のコンデンサ９、１
０が接続されており、第１及び第２の整流ダイオードの
３，４の接続点と第１及び第２のフライホイルダイオー
ド内蔵半導体スイッチ１５、１６の接続点の間に商用電
源１、フィルタ２及び高圧トランス１１が接続される構
成となっている。高圧トランス１１の２次巻き線出力は
高圧整流回路１２に接続され、マグネトロン１３に直流
高電圧を印可する。マグネトロン１３はこの直流高電圧
によって２．４５ＧＨｚの電波を発生する。

【０００３】第１、第２の整流ダイオード３、４は通
常、それぞれ別のパッケージに収納された構成、あるい
は同一パッケージに収納された構成を取るが、安価な構
成としては図１３に示す様に整流ブリッジダイオード１
９の交流端子を短絡した構成で用いる方法が取られる。

【０００４】また、図１４はインバータの各期間におけ
る電流が流れる経路を示した図であり、図１５はそれに
対応した動作波形図である。商用電源１の極性が図示の
状態で半導体スイッチ８がオン状態から説明をはじめ
る。この状態では図１４（ａ）に示すように商用電源１
→フィルタ２→高圧トランス１１の一次巻き線→第２の
半導体スイッチ８→第２の整流ダイオード４の経路で電
流が流れ、図１５のＩ８に示す電流が半導体スイッチ８
及び高圧トランス１１の一次巻き線に流れることによ
り、高圧トランス１１の一次巻き線にエネルギーを蓄積
する。第２の半導体スイッチ８を所定の時間でオフする
と、高圧トランス１１の一次巻き線電流は同一方向に流
れるため、図１４（ｂ）に示すように商用電源１→フィ
ルタ２→高圧トランス１１の一次巻き線→第１のフライ
ホイルダイオード５→第１のコンデンサ９の経路で高圧
トランス１１のエネルギーを第１のコンデンサ９に充電
する。この動作により、第１のコンデンサ９には商用電
源１の電圧を昇圧した電圧が蓄えられる。高圧トランス
１１の一次巻き線に蓄えられたエネルギーを全て放出す
ると、図１４（Ｃ）の経路が形成され、第１のコンデン
サ９の充電したエネルギーを、第１のコンデンサ９→第
１の半導体スイッチ７→高圧トランス１１の一次巻き線
→商用電源１の経路で取り出す。そして、第１の半導体
スイッチ７を所定の時間でオフすると、高圧トランス１
１の一次巻き線は同一方向に電流を流すため、図１４
（ｄ）のように高圧トランス１１の一次巻き線→商用電
源１→第２のコンデンサ１０→第２のフライホイルダイ
オード６の経路で電流が流れる。商用電源１の電圧極性
が図１４と逆極性の場合は半導体スイッチ７、８、フラ
イホイルダイオード５、６、整流ダイオード３、４及び
コンデンサ９、１０の動作を入れ替えるだけで同様の動
作をする。この一連の動作を２０〜５０ｋＨｚで高周波
動作させることにより、必要な出力を得ることになる。

【０００５】上記の動作において、コンデンサ９、１０
は半導体スイッチ７、８のオンオフによって高圧トラン
ス１１の一次巻き線に高周波電流を発生させるインバー
タ動作と商用電源１の電圧に対して昇圧した電圧をコン
デンサ９、１０に発生させる動作を兼用できるような容
量に設計され、コンデンサ９、１０の容量は相等しい容
量で構成されている。この結果商用電源１の電圧極性が
図示の場合はコンデンサ９に商用電源１の電圧を昇圧し
た電圧を蓄え、商用電源の極性が図示した場合と逆極性
の場合はコンデンサ１０に商用電源１の電圧を昇圧した
電圧を蓄える動作をする。したがって、商用電源１の電
圧極性によらずコンデンサ９、１０に発生する電圧を等
しくすることができるので、商用電源１の電流は正負対
称な波形とすることができる。そしてこのような動作を
継続することで図１６に示すように商用電源１の周期に
対してコンデンサ９、１０の電圧波形は商用電源１の電
圧極性に応じて昇圧した電圧を発生する。このため高圧
トランス１１の一次巻き線に流れる電流の包絡線波形は
Ｖ１１（Ｌｐ）に示すような波形となる。この電圧を高
圧電圧は昇圧してマグネトロン１３に印可するのでマグ
ネトロン１３に印可する電圧はＶ１３に示すような、常
に発振電圧以上の電圧を維持することが可能となる。こ
の結果、入力電流Ｉ１は商用電源１のいずれの期間にお
いても電流を流すことができ、力率改善、高調波抑制を
実現できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のマグネトロン駆動用電源においては、フライホイル
ダイオード内蔵半導体スイッチと整流ダイオードが２個
ずつ必要となる。ここで、安価な構成として、整流ダイ
オードを１パッケージに収納する方法で構成すると、こ
のような構成の素子が一般的に使われることが少ないた
め、コストダウンは見込めない。そこで、図１３に示す
ように汎用整流ブリッジダイオードを流用する方式を用
いることが考えられるが、この方式では、前記の方式よ
りも安価にできるものの、素子数としては増えることに
なり、最善の方法とは考えられない。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するもので、簡
単な構成で安価で、冷却能力に優れたマグネトロン駆動
用電源を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、第１及び第２の半導体スイッチの直列接続
体と、前記第１及び第２の半導体スイッチに各々逆並列
してなる第１及び第２のフライホイルダイオードと、前
記半導体スイッチに並列接続される第１及び第２の整流
ダイオードの直列接続体と、前記第１及び２の整流ダイ
オードに各々並列に接続される第１及び第２のコンデン
サと、前記第１及び第２のスイッチの接続点と第１及び
第２の整流ダイオードの接続点間に接続され、互いに直
列に接続される商用電源及び高圧トランスの１次巻き線
と、前記高圧トランスの２次側出力に接続される高圧整
流回路及びマグネトロンからなり、前記第１及び第２の
フライホイルダイオード及び第１及び第２の整流ダイオ
ードを一つにパッケージに収めたことを特徴とするマグ
ネトロン駆動用電源としている。

【０００９】これにより、ダイオードを無駄なく用いる
ことができ、しかも半導体スイッチがダイオードを内蔵
させる必要がなくなるため安価なマグネトロン駆動用電
源を実現できるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、第１及
び第２の半導体スイッチの直列接続体と、前記第１及び
第２の半導体スイッチに各々逆並列してなる第１及び第
２のフライホイルダイオードと、前記半導体スイッチに
並列接続される第１及び第２の整流ダイオードの直列接
続体と、前記１及び第２の整流ダイオードに各々並列に
接続される第１及び第２のコンデンサと、前記第１及び
第２のスイッチの接続点と第１及び第２の整流ダイオー
ドの接続点間に接続され、互いに直列に接続される商用
電源及び高圧トランスの１次巻き線と、前記高圧トラン
スの２次側出力に接続される高圧整流回路及びマグネト
ロンからなり、前記第１及び第２のフライホイルダイオ
ードと前記第１及び第２の整流ダイオードを一つにパッ
ケージに収めたことを特徴とするマグネトロン駆動用電
源としている。

【００１１】これにより、ダイオードを無駄なく用いる
ことができ、しかも半導体スイッチがダイオードを内蔵
させる必要がなくなるため安価なマグネトロン駆動用電
源を実現できるものである。

【００１２】請求項２に記載の発明は、特に請求項１記
載の第１及び第２の半導体スイッチを一つのパッケージ
に収めたことを特徴とするマグネトロン駆動用電源とし
ている。

【００１３】これにより、部品点数をより削減でき、簡
易な構成で小型化されたマグネトロン駆動用電源を実現
できるものである。

【００１４】請求項３に記載の発明は、特に請求項１ま
たは２記載の第１及び第２の整流ダイオードに低オン電
圧ダイオードを、第１及び第２のフライホイルダイオー
ドには高速ダイオードを用いることを特徴とするマグネ
トロン駆動用電源としている。

【００１５】これにより、各ダイオードの損失を最小に
することが可能になり、放熱フィンの大きさを小さくす
ることが可能となり、冷却能力に優れた安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。

【００１６】請求項４に記載の発明は、特に請求項１な
いし３のいずれか１項に記載の第１及び第２の半導体ス
イッチ、第１及び第２のフライホイルダイオード、第１
及び第２の整流ダイオードを一つのパッケージに収めた
ことを特徴とするマグネトロン駆動用電源としている。

【００１７】これにより、インバータの一次側回路の全
ての半導体素子を一つのパッケージに収納することにな
り、より小型化されたマグネトロン駆動用電源を実現で
きるものである。

【００１８】請求項５に記載の発明は、特に請求項４記
載の第１及び第２の半導体スイッチを駆動するドライブ
回路を内蔵したことを特徴とするマグネトロン駆動用電
源としている。

【００１９】これにより、半導体モジュールにドライバ
を組み込むことになり、さらに小型化されたマグネトロ
ン駆動用電源を実現できるものである。

【００２０】

【実施例】（実施例１）本発明の第１の実施例について
図面を参照しながら説明する。図１は本実施例のマグネ
トロン駆動用電源の回路構成を示す図である。第１及び
第２の半導体スイッチ７、８の直列接続体は第１及び第
２のフライホイルダイオード５、６の直列接続体を各々
並列に接続している。直列接続された第１及び第２の半
導体スイッチ７、８は第１及び第２の整流ダイオード
３、４の直列接続体を並列接続している。第１の整流ダ
イオード３及び第２の整流ダイオード４にはそれぞれ第
１及び第２のコンデンサ９、１０が接続されており、第
１及び第２の整流ダイオードの３，４の接続点と第１及
び第２の半導体スイッチ７、８の接続点の間に商用電源
１、フィルタ２及び高圧トランス１１が接続される構成
となっている。高圧トランス１１の２次巻き線出力は高
圧整流回路１２に接続され、マグネトロン１３に直流高
電圧を印可する。マグネトロン１３はこの直流高電圧に
よって２．４５ＧＨｚの電波を発生する。本実施例の動
作に関しては従来例と同一であるためここでは説明を省
略する。

【００２１】ここで、第１、第２の整流ダイオード３、
４と第１、第２のフライホイルダイオード５、６を整流
ダイオードブリッジ１４として一つのパッケージに収
め、第１、第２の半導体スイッチ７、８はフライホイル
ダイオードを内蔵しない半導体スイッチをそれぞれパッ
ケージに収める構成とする。このような構成をとること
で、半導体スイッチ７、８にフライホイルダイオードを
内蔵する必要がなくなるため、安価な構成をとることが
可能となる。図２に、この構成をとった場合の接続図を
示す。なお、この際のダイオードの特性としては、高速
ダイオードブリッジとして用いられる速度のもの（ｔｒ
ｒ：５ｕｓｅｃ以下）が、適している。

【００２２】また、この構成をとった場合には、各半導
体の損失が均一化される傾向になるため、冷却バランス
が良くなり特定素子のみ温度上昇が大きくなることを防
ぐことが可能になる。

【００２３】以上のように本実施例によれば、整流ダイ
オード３、４とフライホイルダイオード５、６を整流ブ
リッジ１４で構成することにより、整流ブリッジ１４の
ダイオードを無駄なく用いることができ、しかも半導体
スイッチ７、８がダイオードを内蔵させる必要がなくな
るため安価なマグネトロン駆動用電源を実現できるもの
である。

【００２４】（実施例２）本発明のマグネトロン駆動用
電源の第２の実施例について図面を参照しながら説明す
る。図３は本実施例の回路構成を示す図である。実施例
２が実施例１の構成と異なるのは半導体スイッチ７、８
を一つのパッケージに収める構成を取っている点であ
る。

【００２５】このような構成を取ることにより、整流ダ
イオードブリッジ１４と第１のモジュール素子２０の２
素子でインバータの一次側の半導体素子を構成すること
が可能となる。図４にこの場合の各半導体の接続図を示
す。この構成により、実装するパッケージの数を削減で
き、インバータの小型化が可能となるとともに、半導体
スイッチ７、８の相互の絶縁が不要になるため、放熱フ
ィンを分離することや絶縁シートを使用する必要がなる
ことになる。

【００２６】以上のように本実施例によれば、半導体ス
イッチ７、８をモジュールで構成することによりインバ
ータの小型化が可能になり、簡易な構成で小型化された
マグネトロン駆動用電源を実現できるものである。

【００２７】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。本実施例の構成は図
１、図３と同様な構成をとるため詳細な説明を省略す
る。

【００２８】上記構成における動作について説明する。
図５〜図８は本実施例における各部波形を示す図であ
る。図５はフライホイルダイオード５、６に高速品を用
いた場合のフライホイルダイオード５、６の電流、電圧
波形である。ここで、高速品を用いることにより、ダイ
オードがターンオンする際の損失、及びターンオフする
際の損失、つまり波形の電流と電圧の積が減少すること
が分かる。図６は低速品を用いた時の電流、電圧波形を
示している。図６に示すように、ダイオードターンオン
が遅いと半導体スイッチ７、８に逆電圧が多くかかると
共に、ターンオン時のスイッチング損失が多くなること
が分かる。また、ターンオフが遅い、特に半導体スイッ
チ７、８がオフしてなお電流が流れ続ける場合にはター
ンオフ時の損失は多いなものとなることになる。このよ
うに、フライホイルダイオード３、４では、スイッチン
グ時間重視の素子が望まれることになる。

【００２９】一方、図７は整流ダイオード３、４の電
流、電圧波形を示している。また図８には商用周波数で
見た場合の整流ダイオード３、４の電流、電圧波形を示
している。図７に示すように、整流ダイオード３、４の
電流波形は、スイッチング損失が少なく、オン損失つま
り定常状態で流れる際の電流、電圧積が支配的ななるこ
とが分かる。これは、図８に示すように、整流ダイオー
ド３、４に電流が流れる周期では、整流ダイオード３、
４がターンオフ時であっても、整流ダイオード３、４に
は電圧がわずかしか発生せず、その際の電流、電圧積も
小さくなるためである。よって、整流ダイオード３、４
はダイオードの低オン電圧重視すなわちＶＦ重視の素子
が望まれることになる。

【００３０】また、図９には一般的なダイオードの速度
（ｔｒｒ）とオン電圧（ＶＦ）の特性を示す図を示して
いる。ｔｒｒとＶＦは通常相相反の関係にあるため、一
種類の特性で整流ダイオードブリッジ１４を構成する場
合は最適な特性を示す値の素子が用いられる。逆に言え
ば、最適な素子を用いることが出来ないことになる。こ
こで、特性の違う２種類の素子を用いることにより、素
子損失を大幅に下げることが可能になる。すなわち、整
流ダイオード３、４にＶＦ重視の素子を、フライホイル
ダイオード５、６にはｔｒｒ重視の素子を用いること
で、低損失な整流ダイオードブリッジ１４を実現できる
ことになる。

【００３１】以上の様に本実施例によれば、整流ダイオ
ード３、４に低ＶＦのダイオードをフライホイルダイオ
ード５、６には高速ダイオードを用いて整流ダイオード
ブリッジ１４を構成することで、各ダイオードの損失を
最小にすることが可能になり、放熱フィンの大きさを小
さくすることが可能な、冷却能力に優れた安価なマグネ
トロン駆動用電源を実現できるものである （実施例４）本発明の第４の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００３２】本実施例の構成を図１０に示す。本実施例
が、実施例１、２及び３と異なるのは、半導体スイッチ
７、８、整流ダイオード３、４及びフライホイルダイオ
ード５、６を一つのパッケージに収めている点である。

【００３３】このような構成をとることでマグネトロン
駆動用電源の一次側に用いる半導体を一つのパッケージ
に収めることが可能になり、個別素子では必要であった
素子間の絶縁が不要になると共に、コンパクトな実装が
可能にあるものである。また、冷却においても、発熱部
が一カ所に集まることにより、冷却構成をより小型化す
ることが可能になるものである。

【００３４】以上の様に本実施例によれば、半導体スイ
ッチ７，８、フライホイルダイオード５、６、整流ダイ
オード３、４を一つのパッケージに収めることにより、
インバータの一次側回路の全ての半導体素子を一つのパ
ッケージに収納することになり、小型化されたマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。

【００３５】（実施例５）本発明の第５の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３６】本実施例の構成を図１１に示す。本実施例
が、実施例４と異なるのは、半導体スイッチ７、８、整
流ダイオード３、４及びフライホイルダイオード５、６
を一つのパッケージに収めた半導体モジュールに、半導
体スイッチのドライバを内蔵している点である。

【００３７】このような構成をとることで、半導体モジ
ュールには図示していない制御回路から駆動信号及びド
ライバ電源を接続するだけで、スイッチング素子を駆動
することが可能なる。このことにより、マグネトロン駆
動用電源の一層の小型化が可能になることになる。ま
た、ドライバ２３，２４が半導体スイッチ７、８の近傍
に配置されることにより、外来ノイズに対し、より強固
になることも期待される。

【００３８】以上のように本実施例によれば、半導体モ
ジュール内にドライバ２３，２４を収めることにより、
さらに小型化されたマグネトロン駆動用電源を実現でき
るものである。

【００３９】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように、本発明
によれば、整流ダイオードとフライホイルダイオードを
整流ブリッジで構成することにより、整流ブリッジのダ
イオードを無駄なく用いることができ、しかも半導体ス
イッチがダイオードを内蔵させる必要がなくなるため安
価なマグネトロン駆動用電源を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるマグネトロン駆
動用電源の回路構成図

【図２】同マグネトロン駆動用電源の半導体の接続を示
す図

【図３】本発明の第２の実施例のマグネトロン駆動用電
源の回路構成図

【図４】同マグネトロン駆動用電源の半導体の接続を示
す図

【図５】本発明の第３の実施例のマグネトロン駆動用電
源において、フライホイルダイオードに高速品を用いた
場合の電流、電圧の波形図

【図６】同マグネトロン駆動用電源において、フライホ
イルダイオードに低速品を用いた場合の電流、電圧の波
形図

【図７】同マグネトロン駆動用電源における整流ダイオ
ードの電流、電圧の波形図

【図８】同マグネトロン駆動用電源における商用周波数
で見た場合の整流ダイオードの電流、電圧の波形図

【図９】同マグネトロン駆動用電源のダイオードの特性
図

【図１０】本発明の第４の実施例におけるマグネトロン
駆動用電源の半導体の接続を示す図

【図１１】本発明の第５の実施例におけるマグネトロン
駆動用電源の半導体の接続を示す図

【図１２】従来のマグネトロン駆動用電源の回路構成図

【図１３】従来のマグネトロン駆動用電源の他の回路構
成図

【図１４】従来のマグネトロン駆動用電源の動作モード
を示す図

【図１５】従来のマグネトロン駆動用電源の各部波形を
示す図

【図１６】従来のマグネトロン駆動用電源の各部波形を
示す図

【符号の説明】

１ 電源 ２ フィルタ ３ 第１の整流ダイオード ４ 第２の整流ダイオード ５ 第１のフライホイルダイオード ６ 第２のフライホイルダイオード ７ 第１の半導体スイッチ ８ 第２の半導体スイッチ ９ 第１のコンデンサ １０ 第２のコンデンサ １１ 高圧トランス １２ 高圧整流回路 １３ マグネトロン １４ 整流ダイオードブリッジ １５ 第１のフライホイルダイオード内蔵半導体スイッ
チ １６ 第２のフライホイルダイオード内蔵半導体スイッ
チ １７ 第３の整流ダイオード １８ 第４の整流ダイオード ２０ 第１のモジュール素子 ２１ 第２のモジュール素子 ２３ ドライバ１ ２４ ドライバ２ ２５ 第３のモジュール素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 久 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 三原 誠 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 大森 英樹 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 平８−280173（ＪＰ，Ａ) 特開2002−110337（ＪＰ，Ａ) 特開2002−110338（ＪＰ，Ａ) 特開2002−270361（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−135772（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−271389（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−271846（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 6/66 H02M 3/28 H02M 7/12 H05B 6/12

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１及び第２の半導体スイッチの直列接
   続体と、前記第１及び第２の半導体スイッチに各々逆並
   列してなる第１及び第２のフライホイルダイオードと、
   前記第１及び第２の半導体スイッチに並列接続される第
   １及び第２の整流ダイオードの直列接続体と、前記第１
   及び第２の整流ダイオードに各々並列に接続される第１
   及び第２のコンデンサと、前記第１及び第２の半導体ス
   イッチの接続点と第１及び第２の整流ダイオードの接続
   点間に接続され、互いに直列に接続される商用電源及び
   高圧トランスの１次巻き線と、前記高圧トランスの２次
   側出力に接続される高圧整流回路及びマグネトロンから
   なり、前記第１及び第２のフライホイルダイオードと前
   記第１及び第２の整流ダイオードを一つのパッケージに
   収めたことを特徴とするマグネトロン駆動用電源。
2. 【請求項２】 第１及び第２の半導体スイッチを一つの
   パッケージに収めたことを特徴とする請求項１記載のマ
   グネトロン駆動用電源。
3. 【請求項３】 第１及び第２のフライホイルダイオード
   に高速ダイオードを、第１及び第２の整流ダイオードに
   は低ＶＦのダイオードを用いることを特徴とする請求項
   １または２記載のマグネトロン駆動用電源。
4. 【請求項４】 第１及び第２の半導体スイッチ、第１及
   び第２のフライホイルダイオード、第１及び第２の整流
   ダイオードを一つのパッケージに収めたことを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマグネトロ
   ン駆動用電源。
5. 【請求項５】 第１及び第２の半導体スイッチを駆動す
   るドライブ回路を内蔵したことを特徴とする請求項４記
   載のマグネトロン駆動用電源。