JP3653628B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭において食品等を加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図、図4は同高周波加熱装置におけるマグネトロンが正常に発振している時のIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの2次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図、図5は同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの2次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【0003】
図3において、1はマイクロ波を発生するマグネトロンで、1aはアノード、1bはカソードである。2は商用電源を全波整流して直流に変換する整流回路、3は整流回路2の出力を高周波で断続して高周波電力に変換するインバータ回路で、スイッチング素子であるIGBT3a、平滑コンデンサ3b、共振コンデンサ3cで構成される。4は高圧トランスで、インバータ回路3の高周波電力を高圧と低圧に変換して、低電圧を3次巻線4cにマグネトロン1のヒータ用として出力し、高電圧を2次巻線4bに出力する。
5は高圧トランス4の高電圧出力を全波倍電圧整流しマグネトロン1へ出力する全波倍電圧整流回路であり、ダイオード5a,5bとコンデンサ5c,5dと抵抗5eとインダクタンス5fとで構成される。
【0004】
具体的には、直列に接線されたダイオード5a,5bの接続点に高圧トランス4の2次巻線4bの高圧側を接続し、さらに直列接続されたコンデンサ5c、抵抗5e、コンデンサ5dのうち、抵抗5eとコンデンサ5cの接続点に高圧トランス4の2次巻線4bの低圧側を接続している。また、抵抗5eにはインダクタンス5fが並列接続されている。
また、コンデンサ5cとダイオード5aのカソードとの接続点は、マグネトロン1のアノード1aに接続され、コンデンサ5dとダイオード5bのアノードとの接続点はマグネトロン1のカソード1bに接続されて、マグネトロン1のアノード・カソード間に直流高電圧を印加する。
【0005】
6は高圧トランス4の高圧出力電流を検出するカレントトランスであり、全波倍電圧整流回路5のコンデンサ5cに流れる充放電電流を検出すべくコンデンサ5cとダイオード5aのカソードとの間に挿入されている。
7はこのカレントトランス6が検出した出力を整流及び平滑して出力する整流平滑回路、8はカレントトランス6と整流平滑回路7とからなる電流検知手段、9は操作手段10の入力信号を受けて、インバータ回路3を起動し、電流検知手段8からの入力が一定となるようにインバータ回路3の出力を制御する制御手段である。
【0006】
次に、マグネトロン1が正常に発振している時の動作について、図3、図4を用いて説明する。
マグネトロン1が正常に発振している時、IGBT3aは制御手段9からの制御信号を受けて、例えば約30KHzの周波数、即ち約33μsec の周期でオン・オフ動作を繰り返しており、コレクタ・エミッタ間の電圧VCEのピークは図4に示すように約600Vで動作している。このIGBT3aのオン・オフ動作により、図4に示すように高圧トランス4の2次巻線4bにIGBT3aがオフしている時には+2KVから3KVの電圧を生じさせ、高電出力の正の半周期を、IGBT3aがオンしている時には−2KVから3KVの電圧を生じさせ、高電出力の負の半周期を作り出している。
【0007】
そして、全波倍電圧整流回路5において、高圧トランス4の高電圧出力の正の半周期、即ちIGBT3aがオフしている時には、高圧トランス4の2次巻線4bからダイオード5a、カレントトランス6及びコンデンサ5cの経路で電流が流れてコンデンサ5cを充電すると共に、高圧トランス4の2次巻線4bからダイオード5a、マグネトロン1、コンデンサ5d及び抵抗5e並びにインダクタンス5fの経路で電流を流してコンデンサ5dを放電させる。
一方、高圧トランス4の高電圧出力の負の半周期、即ちIGBT3aがオンしている時には、高圧トランス4の2次巻線4bから抵抗5e並びにインダクタンス5f、コンデンサ5d、ダイオード5bの経路で電流が流れてコンデンサ5dを充電すると共に、高圧トランス4の2次巻線4bからコンデンサ5c、カレントトランス6、マグネトロン1及びダイオード5bの経路で電流を流してコンデンサ5cを放電させる。
また、インダクタンス5fには図4に示すようにIGBT3aがオンしている時にはピークで約−100V、IGBTがオフしている時にはピークで約100Vの電圧が加わっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような高周波加熱装置では、マグネトロン1で管内放電現象が起こった際に回路破壊に至ってしまうおそれがあった。
即ち、マグネトロン1で管内放電現象が起こると、マグネトロン1のアノード1aとカソード1bが瞬間的に短絡し、コンデンサ5d、インダクタンス5f、コンデンサ5c、カレントトランス6を介して短絡電流が流れると共にダイオード5b、高圧トランス4の2次巻線4bを介して短絡電流が流れる。
また、インダクタンス5fに短絡電流が流れると、インダクタンス5fにかかる電圧は図5に示すように、例えば約6KVまで上昇する。これにより、管内放電が発生するタイミングによっては、図5に示すように高圧トランス4の2次巻線4bにかかる2次電圧及び1次巻線4aにかかる電圧が変化し、IGBT3aのコレクタ・エミッタ間電圧VCEが図5に示すように例えば900Vの定格電圧を超えてしまい過電圧破壊を起こしてしまうという問題点があった。
【0009】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、マグネトロンで管内放電現象が発生した時に、高圧トランスの2次電圧及び1次電圧の変化を小さく抑え、半導体スイッチング素子の過電圧破壊を防ぎ、信頼性・安全性の高い高周波加熱装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波加熱装置は、高周波電力を発生する半導体スイッチング素子を有するインバータ回路と、この高周波電力を変換して2次巻線に高電圧を発生させる高圧トランスと、この高圧トランスの高圧出力を倍電圧整流してマイクロ波を発振するマグネトロンに出力する倍電圧整流回路と、このマグネトロンに流れる電流を検出するカレントトランスと整流回路からなる電流検知手段と、この検出した電流が一定となるように前記インバータ回路の出力を制御する制御手段とを備え、前記倍電圧整流回路は、前記マグネトロンのカソードとアノード間に2つのダイオードを配した直列回路を接続し、この直列回路と並列に2つのコンデンサとこれら2つのコンデンサの間に設けられた抵抗及びインダクタンスの並列回路を配した直列回路を接続してなり、前記2つのダイオードの接続点を高圧トランスの2次巻線の高圧側に接続し、前記マグネトロンのアノードに接続されたコンデンサと前記抵抗及びインダクタンスの並列回路の接続点を高圧トランスの2次巻線の低圧側に接続し、前記抵抗及びインダクタンスの並列回路にマグネトロンで管内放電現象が発生した時に該インダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電するスパークギャップを並列接続するように構成したものである。
また、半導体スイッチング素子にIGBTが用いられている。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図、図2は同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの2次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
図1において、1はマイクロ波を発生するマグネトロン、2は商用電源を全波整流して直流に変換する整流回路、3は整流回路2の出力を高周波で断続して高周波電力に変換するインバータ回路で、半導体スイッチング素子であるIGBT3a、平滑コンデンサ3b、共振コンデンサ3cで構成される。4は高圧トランスで、インバータ回路3の高周波電力を高圧と低圧に変換して、低電圧を3次巻線4cにマグネトロン1のヒータ用として出力し、高電圧を2次巻線4bに出力する。
【0012】
5は高圧トランス4の高電圧出力を全波倍電圧整流しマグネトロン1へ出力する全波倍電圧整流回路であり、ダイオード5a,5bとコンデンサ5c,5dと、抵抗5eと、インダクタンス5fと、スパークギャップ5gとで構成される。具体的には、直列に接続されたダイオード5a,5bの接続点に高圧トランス4の2次巻線4bの高圧側を接続し、同時に直列接続されたコンデンサ5c、抵抗5e、コンデンサ5dのうち抵抗5eとコンデンサ5cの接続点に高圧トランス4の2次巻線4bの低圧側を接続している。また、抵抗5eにはインダクタンス5f及びスパークギャップ5gが並列接続されている。また、コンデンサ5cとダイオード5aのカソードとの接続点はマグネトロン1のアノード1aに接続され、コンデンサ5dとダイオード5bのアノードとの接続点はマグネトロン1のカソード1bに接続されて、マグネトロン1のアノード・カソード間に直流高電圧を印加する。
【0013】
6は高圧トランス4の高圧出力電流を検出するカレントトランスであり、全波倍電圧整流回路5のコンデンサ5cに流れる充放電電流を検出すべくコンデンサ5cとダイオード5aのカソードとの間に挿入されている。
7はカレントトランス6が検出した出力を整流及び平滑して出力する整流平滑回路、8はカレントトランス6と整流平滑回路7とからなる電流検知手段、9は操作手段10の入力信号を受けてインバータ回路3を起動し、電流検知手段8からの入力が一定となるようにインバータ回路3の出力を制御する制御手段である。
【0014】
次に、本発明の実施の形態1の高周波加熱装置において、マグネトロン1が正常に発振している時の動作は従来例と同じであるのでその説明は省略し、マグネトロンで管内放電現象が起こった時の動作について、図1、図2を用いて説明する。
マグネトロン1の内部で管内放電現象が起こると、マグネトロン1のアノード・カソード間が瞬間的に短絡状態になる。このとき、スパークギャップ5gの両端にかかる電圧が、図2に示すように、スパークギャップ5gの放電開始電圧に達すると、スパークギャップ5gを介して短絡電流が流れる。このスパークギャップ5gはギャップ間隔を変化させたものを用いることにより、放電開始電圧を任意に設定することが可能となる。
【0015】
即ち、ギャップ間隔が広いスパークギャップ5gでは放電しにくくなり、放電開始電圧は高くなる。逆に、ギャップの間隔が狭いスパークギャップ5gでは放電しやすくなり、放電開始電圧は低くなるからである。
従って、ギャップの間隔が狭いスパークギャップ5gを用い、例えば図2に示すように放電開始電圧を約3KVに設定すれば、マグネトロン1の内部で管内放電が起こった時にインダクタンス5fに生じる電圧約6KVより低い電圧で放電するようになり、短絡時にインダクタンス5fにかかる電圧を小さくすることができ、高圧トランス4の2次巻線4bにかかる電圧の変化も図2に示すように低く抑えることが可能になる。そして、高圧トランス4の2次電圧の変化を小さく抑えることで、同時に1次電圧の変化も小さく抑えることができる。従って、IGBT3aのコレクタ・エミッタ間の電圧を図2に示すように定格電圧、例えば900V以下に抑えることができる。
【0016】
【発明の効果】
本発明は以上説明したとおり、高圧トランスの高圧出力を倍電圧整流してマイクロ波を発振するマグネトロンに出力する倍電圧整流回路は、マグネトロンのカソードとアノード間に2つのダイオードを配した直列回路を接続し、この直列回路と並列に2つのコンデンサとこれら2つのコンデンサの間に設けられた抵抗及びインダクタンスの並列回路を配した直列回路を接続してなり、抵抗及びインダクタンスの並列回路にマグネトロンで管内放電現象が発生した時に該インダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電するスパークギャップを並列接続したので、マグネトロンで管内放電現象が発生してマグネトロンのアノード・カソード間が瞬間的に短絡状態になった場合に、抵抗及びインダクタンスの並列回路に接続されたスパークギャップにインダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電させて短絡電流を流すことにより、短絡時にインダクタンスにかかる電圧を小さくすることができ、高圧トランスの2次巻線にかかる電圧の変化も低く抑え、それに伴い1次電圧の変化も小さく抑えることができるため、インバータ回路の半導体ススイッチング素子にかかる電圧を定格電圧以下に抑えることができ、半導体スイッチング素子が過電圧破壊に至ることのない信頼性・安全性の高い高周波加熱装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図である。
【図2】 同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの2次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【図3】 従来の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図である。
【図4】 同高周波加熱装置のにおけるマグネトロンが正常に発振している時のIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの2次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【図5】 同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの2次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【符号の説明】
1 マグネトロン、1a マグネトロンのアノード、1bマグネトロンのカソード、3 インバータ回路、3a IGBT(半導体スイッチング素子)、4 高圧トランス、4a 1次巻線、4b 2次巻線、5 全波倍電圧整流回路、5a,5b ダイオード、5c,5d コンデンサ、5e 抵抗、5f インダクタンス、5g スパークギャップ、6 カレントトランス、7 整流平滑回路、8 電流検知手段、9 制御手段。

Claims (2)

  1. 高周波電力を発生する半導体スイッチング素子を有するインバータ回路と、この高周波電力を変換して2次巻線に高電圧を発生させる高圧トランスと、この高圧トランスの高圧出力を倍電圧整流してマイクロ波を発振するマグネトロンに出力する倍電圧整流回路と、このマグネトロンに流れる電流を検出するカレントトランスと整流回路からなる電流検知手段と、この検出した電流が一定となるように前記インバータ回路の出力を制御する制御手段とを備え、
    前記倍電圧整流回路は、前記マグネトロンのカソードとアノード間に2つのダイオードを配した直列回路を接続し、この直列回路と並列に2つのコンデンサとこれら2つのコンデンサの間に設けられた抵抗及びインダクタンスの並列回路を配した直列回路を接続してなり、前記2つのダイオードの接続点を高圧トランスの2次巻線の高圧側に接続し、前記マグネトロンのアノードに接続されたコンデンサと前記抵抗及びインダクタンスの並列回路の接続点を高圧トランスの2次巻線の低圧側に接続し、前記抵抗及びインダクタンスの並列回路にマグネトロンで管内放電現象が発生した時に該インダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電するスパークギャップを並列接続したことを特徴とする高周波加熱装置。
  2. 前記インバータ回路の半導体スイッチング素子はIGBTであることを特徴とする請求項1記載の高周波加熱装置。
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