JP3681895B2 - High frequency power supply for magnetron - Google Patents

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達也 中川
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子レンジのマグネトロン等を駆動するマグネトロン用高周波電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子レンジ等のマグネトロン用高周波電源装置には、マイクロ波を連続的に可変制御することのできるインバータ電源が多用されている。インバータ電源は、商用交流電源より得られた直流電源を商用周波数より高い高周波電力に変換して高周波トランスの1次巻線に供給し、2次巻線に発生する高周波電圧を倍電圧整流回路等で整流し、その整流電圧をマグネトロンのアノード・カソード間にアノード電圧として印加するようになっている。このようなインバータ電源の中でも、近時の、電子レンジの大容量化等に対処して高出力化すべくハーフブリッジ型のものが用いられてきている。ハーフブリッジ型のインバータ電源は、高出力化しても耐圧的に既存のスイッチング素子を採用することができ、また高周波トランスの1次巻線に直流電流成分が残らず、偏励磁現象が生じないという利点を持っている。
【0003】
ところで、マグネトロンの出力は、そのアノード電流の平均値に比例するが、一方で「モーディング」と呼ばれる異常動作(ヒータ電流過少、アノード電流過大、負荷インピーダンス不良等の原因でマグネトロンに生じる異常動作。正常な発振モードでないモードで動作する)を避けるためアノード電流のピーク値に対し最大値が設けられている。また、マグネトロンは電子管であり、始動時にフィラメントが必要温度に達しないと、電子放出が起こらず、発振動作をしない。この時はマグネトロンのアノード・カソード間の定電圧特性は現れず、ほぼ解放と同じになる。このため、始動時にフィラメントが必要温度に達するまでの間、高周波トランスの2次巻線、倍電圧整流回路等の高圧回路に定格以上の過大電圧発生傾向が生じる。
【0004】
これに対し、始動時にマグネトロンへの印加電圧を抑制するようにした従来技術として、例えば特開平5−242962号公報に開示された電子レンジ用高周波電源装置がある。この従来技術では、ハーフブリッジ型の回路と、高周波トランスの1次巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の検出電流によって得た電圧とマグネトロンの出力設定によって決定された基準電圧との差に相当する誤差電圧を出力する誤差電圧出力手段と、この誤差電圧に比例する周波数で両スイッチング素子を交互にオンするスイッチング信号を発生するスイッチング信号発生手段とを備え、始動時には、電流検出手段の検出電流が殆どゼロになるので、スイッチング信号発生手段から両スイッチング素子のスイッチング周波数範囲における最大周波数のスイッチング信号を発生させて、マグネトロンへの印加電圧を抑制するようにしている。このように、上記の従来技術には、始動時にマグネトロンへの印加電圧を抑制する技術のみが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
マグネトロンの出力は、そのアノード電流の平均値に比例するが、一方で「モーディング」と呼ばれる異常動作を避けるためアノード電流のピーク値に対し最大値が設けられている。このため、アノード電流のピーク値と平均値の比が大きいと、アノード電流のピーク値に対する最大値の制限で、マグネトロンの本来持つ出力値での動作ができないという問題点がある。また、マグネトロンは電子管であり、始動時にフィラメントが必要温度に達しないと、電子放出が起こらず、発振動作をしない。この時はマグネトロンのアノード・カソード(フィラメント)間の定電圧特性は現れず、ほぼ解放と同じになる。このため、マグネトロンの始動時にフィラメントが必要温度に達するまでは高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転を行い、フィラメントの加熱を行う必要がある。
【0006】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、マグネトロンがヒートアップするまでは、高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転し、インダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差を検出するという容易、且つ簡潔な動作でヒートアップ検出後は、直ちに通常出力動作に移行し、かつ、マグネトロンのアノード電流のピーク値と平均値の比を小さく制御して、定格範囲内で大出力動作をさせることができるマグネトロン用高周波電源装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、2個のスイッチング素子の直列回路と2個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記2個のスイッチング素子の接続点と前記2個の共振コンデンサの接続点との間に2次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの1次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備えてなるマグネトロン用高周波電源装置において、前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御し、前記インダクタンス電流と前記インバータの出力電圧の位相差を検出し、この検出結果から前記マグネトロンのヒートアップ状態を判別することを要旨とする。この構成により、マグネトロンの始動時には、そのフィラメントがヒートアップするまでは高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転を行うことが必要である。インダクタンス電流と、インバータ出力電圧と同じ位相関係にあるスイッチング素子のゲート制御電圧との位相差が一定値以下となることを検知することでマグネトロンのヒートアップを判別することが可能となる。
【0010】
請求項記載の発明は、上記請求項記載のマグネトロン用高周波電源装置において、前記位相差の検出結果により前記ヒートアップ状態に至ったことが検知されるまでは、前記共振コンデンサに発生する電圧を一定値以下に制御することを要旨とする。この構成により、マグネトロンがヒートアップするまでは、高周波トランスの1次巻線に加わる電圧を一定値以下にして高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転させることが可能となる。
【0011】
請求項3記載の発明は、2個のスイッチング素子の直列回路と2個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記2個のスイッチング素子の接続点と前記2個の共振コンデンサの接続点との間に2次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの1次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備え、前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御するマグネトロン用高周波電源装置において、前記インダクタンス電流の検出を、前記共振コンデンサと並列に、検出コンデンサとこの検出コンデンサのインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗との直列回路を接続し、前記抵抗の両端に発生する電圧として行うことを要旨とする。この構成により、共振コンデンサと検出コンデンサとの略容量比でインダクタンス電流を検出することで、カレントトランスで検出するのと比べて、応答周波数範囲が広くなり、インダクタンス電流のピーク値を精度良く制御することが可能となる。
【0012】
請求項記載の発明は、上記請求項記載のマグネトロン用高周波電源装置において、前記抵抗に発生する電圧をピーク値整流回路により検出することを要旨とする。この構成により、インダクタンス電流のピーク値が容易、且つ精度良く検出される。
【0013】
請求項記載の発明は、上記請求項記載のマグネトロン用高周波電源装置において、前記抵抗に発生する電圧をコンパレータにより検出することを要旨とする。この構成により、上記と同様に、インダクタンス電流のピーク値が容易、且つ精度良く検出される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0015】
図1は、本発明の第1の実施の形態を示す図である。まず、マグネトロン用高周波電源装置の構成を説明すると、商用交流電源1からの交流電力がダイオードブリッジ整流回路2により全波整流されたのち、チョークコイル3と平滑コンデンサ4で形成されたフィルタで平滑化され、このようにして得られた直流電圧がハーフブリッジ型のインバータに供給されている。ハーフブリッジ型のインバータは、2個のスイッチング素子5a,5bの直列回路と、2個の共振コンデンサ7a,7bの直列回路とが並列接続され、その2個のスイッチング素子5a,5bの接続点と2個の共振コンデンサ7a,7bの接続点との間に高周波トランス10の1次巻線8で形成されるインダクタンスが接続されている。1次巻線8のインダクタンスと共振コンデンサ7a又は7bで直列共振回路が形成されている。6a,6bは、帰還用ダイオードである。また、高周波トランス10の2次巻線9には、マグネトロン16に直流高電圧を供給するためのダイオード12,13及びコンデンサ14,15からなる倍電圧整流回路が接続され、高周波トランス10の2次側には、マグネトロン16のフィラメントに電流を供給するためのヒータ巻線11が設けられている。17は1次巻線8で形成されるインダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出するカレントトランスであり、検出されたインダクタンス電流はダイオードブリッジ18で全波整流された後、抵抗19で電圧値に変換されて第1のコンパレータ20の非反転入力端子に入力されている。第1のコンパレータ20の反転入力端子には+V2 電圧が設定されている。22は電圧制御発振器であり、入力電圧の増加に応じて周波数が低下する周波数信号を出力する。電圧制御発振器22の入力端子には抵抗25を介して+Vp 電圧が設定されている。電圧制御発振器22からの出力周波数信号は制御回路23に入力されている。制御回路23の出力端子はドライバ24a,24bにそれぞれ接続されている。ドライバ24a,24bから両スイッチング素子5a,5bを交互にオンオフさせるスイッチング信号が両スイッチング素子5a,5bの各ゲートに与えられるようになっている。
【0016】
次に、上述のように構成されたマグネトロン用高周波電源装置の作用を説明する。電圧制御発振器22に+Vp 電圧が入力されて、電圧制御発振器22、制御回路23はインダクタンスと共振コンデンサ7a又は7bで形成される直列共振回路の共振周波数以上の周波数(誘導域)でスイッチング素子5a,5bを交互にオンオフ動作させている。ここで、スイッチング周波数が高くなるとインバータ入力電力が小さくなってマグネトロン16のアノード電流は低くなり、逆にスイッチング周波数が低くなると、インバータ入力電力が大きくなってマグネトロン16のアノード電流は大きくなる。カレントトランス17で検出したインダクタンス電流値(共振電流値)に比例する電圧V1 が設定電圧V2 を超えたとき、第1のコンパレータ20の出力部に接続されたダイオード21が導通し、電圧制御発振器22の入力電圧V3 が引き下げられる。この結果、電圧制御発振器22の出力周波数が上がりインバータ入力電力が小さくなってマグネトロン16のアノード電流が低下する。この動作により、インダクタンス電流が所定値を超えた時に、マグネトロン16のアノード電流のピーク値が低くなるように制御することが可能となる。インダクタンス電流のピークは、設定電圧V2 により制御できる。マグネトロンの出力は、そのアノード電流の平均に比例するが、一方で「モーディング」と呼ばれる異常動作を避けるためアノード電流のピーク値に対し最大値が設けられている。このため、アノード電流のピーク値と平均値の比が大きいと、アノード電流のピーク値に対する最大値の制限で、マグネトロンの本来持つ出力値での動作ができないが、本実施の形態では、マグネトロンのアノード電流のピーク値を低くして、そのアノード電流のピーク値と平均値の比を小さくすることが可能となり、マグネトロン16を、その定格範囲内で、より大出力動作をさせることができる。
【0017】
図2乃至図4には、本発明の第2の実施の形態を示す。マグネトロンは電子管であり、フィラメントが必要温度に達しないと、電子放出が起こらず、発振動作をしない。この時はマグネトロンのアノード・カソード間の定電圧特性は現れず、ほぼ解放と同じになる。このため、マグネトロンの始動時にフィラメントが必要温度に達するまでは、高周波トランスの1次巻線に加わる電圧を一定値以下にして高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転を行い、ヒートアップ後に、上記第1の実施の形態で述べたように、アノード電流のピーク値と平均値の比を小さくして定格範囲内での大出力動作に移行させることが必要である。本実施の形態は、これらの機能を実現したものである。まず、始動時に高周波トランス10の1次巻線8に加わる電圧を一定値以下に制御する手段として、第2のコンパレータ26が配設されている。第2のコンパレータ26の反転入力端子には、共振コンデンサ7bに発生する電圧を2個の抵抗27,28で分圧した電圧が入力され、非反転入力端子には一定の電圧が設定されている。また、第2のコンパレータ26の出力端子は逆方向接続のダイオード29を介して電圧制御発振器22の入力端子に接続されている。また、マグネトロン16のヒートアップを検出する手段として、EXORゲート30、CRフィルタ31及び第3のコンパレータ32が配設され、さらにインダクタンス電流を検出するための検出コンデンサ34とこの検出コンデンサ34のインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗35との直列回路が共振コンデンサ7bに並列に接続されている。インダクタンス電流は抵抗35の両端に発生する電圧として検出されるが、抵抗35の値を検出コンデンサ34のインピーダンス値よりも十分に小さくすることで、インダクタンス電流は共振コンデンサ7bと検出コンデンサ34との略容量比で検出されることとなり、カレントトランスで検出するのと比べて、応答周波数範囲が広くなる。EXORゲート30は、インダクタンス電流とインバータ出力電圧との位相差を検出することにより、マグネトロン16のヒートアップを検知するものであり、その両入力端子には、検出コンデンサ34と抵抗35との直列回路で電圧として検出されたインダクタンス電流と、インバータ出力電圧と同じ位相関係にあるスイッチング素子のゲート制御電圧とが入力されている。EXORゲート30の位相差出力は、CRフィルタ31で電圧に変換され、この変換された電圧は第3のコンパレータ32の反転入力端子に入力されている。第3のコンパレータ32の非反転入力端子には一定の電圧が設定され、出力端子は逆方向接続のダイオード33を介して第2のコンパレータ26の反転入力端子に入力されている。また、前記検出コンデンサ34と抵抗35との直列回路で、電圧として検出されたインダクタンス電流は、第1のコンパレータ20の非反転入力端子にも入力されている。第1のコンパレータ20は、後述する通常動作状態において、インダクタンス電流が所定値を超えたかどうかを検出するコンパレータとして機能する。この検出手段には、コンパレータに代えて、公知のピーク値整流回路を用いてもよい。
【0018】
次に、図3及び図4を用いて、上述のように構成されたマグネトロン用高周波電源装置の作用を説明する。マグネトロン16の始動時にフィラメントが必要温度に達するまでは、共振コンデンサ7bに発生する電圧が分圧され、分圧電圧が第2のコンパレータ26で一定値の電圧と比較されていて、その分圧電圧が一定値の電圧を超えないように、電圧制御発振器22の入力電圧が変化する。これにより、高周波トランス10の1次巻線8に加わる電圧が一定値以下になって、1次巻線8の電圧と比例関係にある2次巻線9の電圧も一定値以下となり、高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転される。また、マグネトロン16がヒートアップに達するまでは、高周波トランス10の2次巻線9には電流が流れず1次巻線8のみにインダクタンス電流が流れる。この時、インダクタンス電流とインバータ出力電圧との間には、図3に示すように、90度程度の位相差があり、EXORゲート30の出力は、デューティが略50%程度で、CRフィルタ31には電源電圧の半分位の電圧が発生する。これに対し、マグネトロン16のフィラメントが必要温度に達し、マグネトロン16が発振動作を始めると、高周波トランス10の2次巻線9に電流が流れ、図4に示すように、インダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差は一定値以下となり、EXORゲート30の出力は、デューティが略100%近くになり、CRフィルタ31の出力が高くなる。この結果、第3のコンパレータ32の出力が反転し、ダイオード33が導通して、第2のコンパレータ26の動作が停止する。これにより、マグネトロン16は通常動作状態に移行して、定格範囲内での大出力動作をすることが可能となる。
【0021】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、インダクタンス電流とインバータの出力電圧の位相差を検出し、この検出結果からマグネトロンのヒートアップ状態を判別するようにしたため、インダクタンス電流と、インバータ出力電圧と同じ位相関係にあるスイッチング素子のゲート制御電圧との位相差が一定値以下となることを検知することで、マグネトロンのヒートアップを高周波トランスの1次回路側で容易、且つ簡潔に検出することができる。
【0022】
請求項2記載の発明によれば、位相差の検出結果によりヒートアップ状態に至ったことが検知されるまでは、共振コンデンサに発生する電圧を一定値以下に制御するようにしたため、マグネトロンがヒートアップするまでは、高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転し、それ以降は、直ちにマグネトロンを定格範囲内で大出力動作をさせることができる。
【0023】
請求項3記載の発明によれば、インダクタンス電流の検出を、共振コンデンサと並列に、検出コンデンサとこの検出コンデンサのインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗との直列回路を接続し、抵抗の両端に発生する電圧として行うようにしたため、カレントトランスで検出するのと比べて、応答周波数範囲が広くなって、マグネトロンのアノード電流のピーク値を確実に低く制御することができる。
【0024】
請求項4記載の発明によれば、抵抗に発生する電圧をピーク値整流回路により検出するようにしたため、インダクタンス電流のピーク値を容易、且つ精度良く検出することができる。
【0025】
請求項5記載の発明によれば、抵抗に発生する電圧をコンパレータにより検出するようにしたため、上記と同様に、インダクタンス電流のピーク値を容易、且つ精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマグネトロン用高周波電源装置の第1の実施の形態を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す回路図である。
【図3】上記第2の実施の形態においてマグネトロン始動時におけるインダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差検出を説明するための波形図である。
【図4】上記第2の実施の形態において通常動作時におけるインダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差検出を説明するための波形図である。
【符号の説明】
5a,5b スイッチング素子
7a,7b 共振コンデンサ
8 1次巻線(インダクタンス)
9 2次巻線
10 高周波トランス
16 マグネトロン
17 カレントトランス
20 第1のコンパレータ
22 電圧制御発振器
26 第2のコンパレータ
30 EXORゲート
31 CRフィルタ
32 第3のコンパレータ
34 検出コンデンサ
35 抵抗
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetron high-frequency power supply device that drives, for example, a magnetron of a microwave oven.
[0002]
[Prior art]
Inverter power sources capable of continuously and variably controlling microwaves are frequently used in magnetron high frequency power supply devices such as microwave ovens. The inverter power supply converts the DC power obtained from the commercial AC power into high frequency power higher than the commercial frequency, supplies it to the primary winding of the high frequency transformer, and doubles the high frequency voltage generated in the secondary winding. The rectified voltage is applied as an anode voltage between the anode and cathode of the magnetron. Among such inverter power supplies, a half-bridge type has been used to cope with the recent increase in capacity of microwave ovens and increase the output. The half-bridge type inverter power supply can adopt existing switching elements in terms of withstand voltage even when the output is increased, and the DC current component does not remain in the primary winding of the high-frequency transformer, so that the partial excitation phenomenon does not occur. Have advantages.
[0003]
By the way, the output of the magnetron is proportional to the average value of the anode current, but on the other hand, abnormal operation called “moding” (abnormal operation generated in the magnetron due to insufficient heater current, excessive anode current, poor load impedance, etc.). In order to avoid operation in a mode other than the normal oscillation mode, a maximum value is provided for the peak value of the anode current. The magnetron is an electron tube, and if the filament does not reach the required temperature at the start, electron emission does not occur and the oscillation operation does not occur. At this time, the constant voltage characteristic between the anode and cathode of the magnetron does not appear and is almost the same as the release. For this reason, until the filament reaches the required temperature at the start, a high voltage circuit such as a secondary winding of the high-frequency transformer, a voltage doubler rectifier circuit or the like tends to generate overvoltage.
[0004]
On the other hand, as a conventional technique that suppresses the voltage applied to the magnetron at the time of starting, there is a microwave high-frequency power supply device disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-242962. In this prior art, it is determined by a half-bridge circuit, current detection means for detecting the current flowing in the primary winding of the high-frequency transformer, the voltage obtained by the current detected by the current detection means, and the output setting of the magnetron. An error voltage output means for outputting an error voltage corresponding to a difference from the reference voltage, and a switching signal generation means for generating a switching signal for alternately turning on both switching elements at a frequency proportional to the error voltage. Since the detection current of the current detection means becomes almost zero, a switching signal having the maximum frequency in the switching frequency range of both switching elements is generated from the switching signal generation means so as to suppress the voltage applied to the magnetron. As described above, only the technique for suppressing the voltage applied to the magnetron at the time of starting is disclosed in the above-described conventional technique.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The output of the magnetron is proportional to the average value of the anode current, while a maximum value is provided for the peak value of the anode current in order to avoid abnormal operation called “moding”. For this reason, if the ratio between the peak value and the average value of the anode current is large, there is a problem that the operation with the output value inherent to the magnetron cannot be performed due to the limitation of the maximum value with respect to the peak value of the anode current. The magnetron is an electron tube, and if the filament does not reach the required temperature at the start, electron emission does not occur and the oscillation operation does not occur. At this time, the constant voltage characteristic between the anode and cathode (filament) of the magnetron does not appear and is almost the same as the release. For this reason, it is necessary to heat the filament by operating in the range where the voltage of the high voltage circuit does not exceed the withstand voltage of the circuit until the filament reaches the required temperature at the start of the magnetron.
[0006]
The present invention has been made in view of the above, and until the magnetron heats up, it operates in a range where the voltage of the high voltage circuit does not exceed the withstand voltage of the circuit and detects the phase difference between the inductance current and the inverter output voltage. After detecting heat-up with easy and simple operation, immediately shift to normal output operation, and control the ratio of the peak value and the average value of the anode current of the magnetron to make it operate at high output within the rated range. An object of the present invention is to provide a magnetron high-frequency power supply device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is configured such that a series circuit of two switching elements and a series circuit of two resonant capacitors are connected in parallel, and a connection point of the two switching elements is A magnetron comprising a half-bridge type inverter having an inductance formed by a primary winding of a high-frequency transformer generating a supply voltage to the magnetron on the secondary side between the connection points of the two resonance capacitors. In the high-frequency power supply device for an inverter, the inductance current flowing through the inductance is detected, the peak value of the inductance current is controlled based on the detected value, and the phase difference between the inductance current and the output voltage of the inverter is detected, and this detection is performed. The gist is to determine the heat-up state of the magnetron from the result . With this configuration, when starting the magnetron, it is necessary to operate in a range where the voltage of the high voltage circuit does not exceed the withstand voltage of the circuit until the filament heats up. By detecting that the phase difference between the inductance current and the gate control voltage of the switching element having the same phase relationship as that of the inverter output voltage is equal to or less than a predetermined value, it is possible to determine the heat-up of the magnetron .
[0010]
According to a second aspect of the invention, the magnetron high-frequency power supply device according to the first aspect, to be led to the heat-up condition is detected by the detection result of the phase difference, the voltage generated in the resonance capacitor The gist is to control the value below a certain value. With this configuration, until the magnetron heats up, the voltage applied to the primary winding of the high-frequency transformer can be set to a certain value or less, and the high-voltage circuit can be operated in a range that does not exceed the withstand voltage of the circuit.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, a series circuit of two switching elements and a series circuit of two resonant capacitors are connected in parallel, and the connection point between the two switching elements and the connection of the two resonant capacitors. A half-bridge type inverter connected with an inductance formed by a primary winding of a high-frequency transformer that generates a supply voltage to the magnetron on the secondary side between the points, and detecting an inductance current flowing through the inductance; In the magnetron high-frequency power supply device that controls the peak value of the inductance current based on the detected value, the detection of the inductance current is sufficiently smaller than the impedance value of the detection capacitor and the detection capacitor in parallel with the resonant capacitor. Connect a series circuit with a resistor of resistance value, as a voltage generated at both ends of the resistor The gist is to do. With this configuration, by detecting the inductance current with the approximate capacitance ratio of the resonant capacitor and the detection capacitor, the response frequency range is wider than that detected by the current transformer, and the peak value of the inductance current is accurately controlled. It becomes possible.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the magnetron high-frequency power supply device according to the third aspect , wherein the voltage generated in the resistor is detected by a peak value rectifier circuit. With this configuration, the peak value of the inductance current can be detected easily and accurately.
[0013]
The gist of a fifth aspect of the present invention is the magnetron high-frequency power supply device according to the third aspect , wherein a voltage generated in the resistor is detected by a comparator. With this configuration, similarly to the above, the peak value of the inductance current is easily and accurately detected.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. First, the configuration of the magnetron high-frequency power supply device will be described. The AC power from the commercial AC power supply 1 is full-wave rectified by the diode bridge rectifier circuit 2 and then smoothed by a filter formed by the choke coil 3 and the smoothing capacitor 4. The DC voltage thus obtained is supplied to a half-bridge type inverter. In the half-bridge type inverter, a series circuit of two switching elements 5a and 5b and a series circuit of two resonant capacitors 7a and 7b are connected in parallel, and a connection point between the two switching elements 5a and 5b An inductance formed by the primary winding 8 of the high-frequency transformer 10 is connected between the connection points of the two resonance capacitors 7a and 7b. A series resonance circuit is formed by the inductance of the primary winding 8 and the resonance capacitor 7a or 7b. 6a and 6b are feedback diodes. The secondary winding 9 of the high-frequency transformer 10 is connected to a voltage doubler rectifier circuit including diodes 12 and 13 and capacitors 14 and 15 for supplying a DC high voltage to the magnetron 16. On the side, a heater winding 11 for supplying current to the filament of the magnetron 16 is provided. Reference numeral 17 denotes a current transformer that detects an inductance current flowing in the inductance formed by the primary winding 8. The detected inductance current is full-wave rectified by the diode bridge 18 and then converted into a voltage value by the resistor 19. The signal is input to the non-inverting input terminal of the first comparator 20. The inverting input terminal of the first comparator 20 is set to + V 2 voltage. Reference numeral 22 denotes a voltage-controlled oscillator that outputs a frequency signal whose frequency decreases as the input voltage increases. The + Vp voltage is set to the input terminal of the voltage controlled oscillator 22 via the resistor 25. An output frequency signal from the voltage controlled oscillator 22 is input to the control circuit 23. The output terminal of the control circuit 23 is connected to the drivers 24a and 24b. A switching signal for alternately turning on and off the switching elements 5a and 5b is supplied from the drivers 24a and 24b to the gates of the switching elements 5a and 5b.
[0016]
Next, the operation of the magnetron high-frequency power supply device configured as described above will be described. The + Vp voltage is input to the voltage controlled oscillator 22, and the voltage controlled oscillator 22 and the control circuit 23 are switched at a frequency (inductive range) equal to or higher than the resonant frequency of the series resonant circuit formed by the inductance and the resonant capacitor 7a or 7b. , 5b are alternately turned on and off. Here, when the switching frequency increases, the inverter input power decreases and the anode current of the magnetron 16 decreases. Conversely, when the switching frequency decreases, the inverter input power increases and the anode current of the magnetron 16 increases. When the voltage V 1 proportional to the inductance current value (resonance current value) detected by the current transformer 17 exceeds the set voltage V 2 , the diode 21 connected to the output unit of the first comparator 20 becomes conductive, and voltage control is performed. The input voltage V 3 of the oscillator 22 is lowered. As a result, the output frequency of the voltage controlled oscillator 22 increases, the inverter input power decreases, and the anode current of the magnetron 16 decreases. This operation makes it possible to control the peak value of the anode current of the magnetron 16 to be low when the inductance current exceeds a predetermined value. The peak of the inductance current can be controlled by setting the voltage V 2. The output of the magnetron is proportional to the average of its anode current, while a maximum value is provided for the peak value of the anode current in order to avoid abnormal operation called “moding”. For this reason, if the ratio between the peak value and the average value of the anode current is large, the maximum value with respect to the peak value of the anode current is limited, so that the operation with the output value inherent to the magnetron cannot be performed. The peak value of the anode current can be lowered to reduce the ratio between the peak value and the average value of the anode current, and the magnetron 16 can be operated at a higher output within the rated range.
[0017]
2 to 4 show a second embodiment of the present invention. A magnetron is an electron tube. If the filament does not reach the required temperature, no electron emission occurs and no oscillation operation occurs. At this time, the constant voltage characteristic between the anode and cathode of the magnetron does not appear and is almost the same as the release. For this reason, until the filament reaches the required temperature at the start of the magnetron, the voltage applied to the primary winding of the high-frequency transformer is kept below a certain value and the high-voltage circuit is operated within the range that does not exceed the withstand voltage of the circuit. After the upgrade, as described in the first embodiment, it is necessary to reduce the ratio between the peak value and the average value of the anode current and shift to a large output operation within the rated range. The present embodiment realizes these functions. First, a second comparator 26 is provided as means for controlling the voltage applied to the primary winding 8 of the high-frequency transformer 10 to a predetermined value or less during startup. A voltage obtained by dividing the voltage generated in the resonant capacitor 7b by the two resistors 27 and 28 is input to the inverting input terminal of the second comparator 26, and a constant voltage is set to the non-inverting input terminal. . The output terminal of the second comparator 26 is connected to the input terminal of the voltage controlled oscillator 22 via a diode 29 connected in the reverse direction. Further, as means for detecting the heat-up of the magnetron 16, an EXOR gate 30, a CR filter 31, and a third comparator 32 are provided, a detection capacitor 34 for detecting an inductance current, and an impedance value of the detection capacitor 34 A series circuit with a resistor 35 having a sufficiently smaller resistance value is connected in parallel to the resonant capacitor 7b. The inductance current is detected as a voltage generated at both ends of the resistor 35. By making the value of the resistor 35 sufficiently smaller than the impedance value of the detection capacitor 34, the inductance current is an abbreviation of the resonance capacitor 7b and the detection capacitor 34. It is detected by the capacitance ratio, and the response frequency range becomes wider than that detected by the current transformer. The EXOR gate 30 detects the heat-up of the magnetron 16 by detecting the phase difference between the inductance current and the inverter output voltage. A series circuit of a detection capacitor 34 and a resistor 35 is provided at both input terminals thereof. And the gate control voltage of the switching element having the same phase relationship as that of the inverter output voltage. The phase difference output of the EXOR gate 30 is converted into a voltage by the CR filter 31, and the converted voltage is input to the inverting input terminal of the third comparator 32. A constant voltage is set to the non-inverting input terminal of the third comparator 32, and the output terminal is input to the inverting input terminal of the second comparator 26 via the diode 33 connected in the reverse direction. The inductance current detected as a voltage in the series circuit of the detection capacitor 34 and the resistor 35 is also input to the non-inverting input terminal of the first comparator 20. The first comparator 20 functions as a comparator that detects whether or not the inductance current exceeds a predetermined value in a normal operation state to be described later. As this detection means, a known peak value rectifier circuit may be used instead of the comparator.
[0018]
Next, the operation of the magnetron high-frequency power supply device configured as described above will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Until the filament reaches the required temperature at the start of the magnetron 16, the voltage generated in the resonant capacitor 7b is divided, and the divided voltage is compared with a constant voltage by the second comparator 26. The input voltage of the voltage controlled oscillator 22 changes so that does not exceed a constant voltage. As a result, the voltage applied to the primary winding 8 of the high-frequency transformer 10 becomes a certain value or less, and the voltage of the secondary winding 9 that is proportional to the voltage of the primary winding 8 also becomes a certain value or less. Is operated in a range where the voltage of the circuit does not exceed the withstand voltage of the circuit. Further, until the magnetron 16 reaches heat up, current does not flow through the secondary winding 9 of the high-frequency transformer 10, and inductance current flows through only the primary winding 8. At this time, as shown in FIG. 3, there is a phase difference of about 90 degrees between the inductance current and the inverter output voltage, and the output of the EXOR gate 30 has a duty of about 50%. Generates about half the power supply voltage. On the other hand, when the filament of the magnetron 16 reaches the required temperature and the magnetron 16 starts oscillating, a current flows through the secondary winding 9 of the high-frequency transformer 10, and as shown in FIG. 4, the inductance current and the inverter output voltage , The output of the EXOR gate 30 has a duty of nearly 100%, and the output of the CR filter 31 becomes high. As a result, the output of the third comparator 32 is inverted, the diode 33 is turned on, and the operation of the second comparator 26 is stopped. As a result, the magnetron 16 shifts to a normal operation state and can perform a large output operation within the rated range.
[0021]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the phase difference between the inductance current and the output voltage of the inverter is detected, and the heat-up state of the magnetron is determined from the detection result. By detecting that the phase difference from the gate control voltage of the switching element concerned is below a certain value, the heat-up of the magnetron can be detected easily and simply on the primary circuit side of the high-frequency transformer.
[0022]
According to the second aspect of the present invention, since the voltage generated in the resonant capacitor is controlled to a predetermined value or less until it is detected that the heat-up state is reached based on the detection result of the phase difference, the magnetron is heated. Until the voltage is increased, the high-voltage circuit operates within a range that does not exceed the withstand voltage of the circuit, and thereafter, the magnetron can immediately operate at a high output within the rated range.
[0023]
According to the third aspect of the present invention, the inductance current is detected by connecting a series circuit of a detection capacitor and a resistor having a resistance value sufficiently smaller than the impedance value of the detection capacitor in parallel with the resonance capacitor. Since the voltage generated at both ends is used, the response frequency range is wider than that detected by the current transformer, and the peak value of the magnetron anode current can be reliably controlled to be low.
[0024]
According to the fourth aspect of the invention, since the voltage generated in the resistor is detected by the peak value rectifier circuit, the peak value of the inductance current can be detected easily and accurately.
[0025]
According to the fifth aspect of the present invention, since the voltage generated in the resistor is detected by the comparator, the peak value of the inductance current can be detected easily and accurately as described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a high frequency power supply for magnetron according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining detection of a phase difference between an inductance current and an inverter output voltage when starting a magnetron in the second embodiment.
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining phase difference detection between an inductance current and an inverter output voltage during normal operation in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
5a, 5b Switching elements 7a, 7b Resonant capacitor 8 Primary winding (inductance)
9 Secondary winding 10 High frequency transformer 16 Magnetron 17 Current transformer 20 First comparator 22 Voltage controlled oscillator 26 Second comparator 30 EXOR gate 31 CR filter 32 Third comparator 34 Detection capacitor 35 Resistance

Claims (5)

2個のスイッチング素子の直列回路と2個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記2個のスイッチング素子の接続点と前記2個の共振コンデンサの接続点との間に2次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの1次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備えてなるマグネトロン用高周波電源装置において、
前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御し、
前記インダクタンス電流と前記インバータの出力電圧の位相差を検出し、この検出結果から前記マグネトロンのヒートアップ状態を判別することを特徴とするマグネトロン用高周波電源装置。
A series circuit of two switching elements and a series circuit of two resonance capacitors are connected in parallel, and a secondary side is connected between the connection point of the two switching elements and the connection point of the two resonance capacitors. A magnetron high-frequency power supply apparatus comprising a half-bridge type inverter connected to an inductance formed by a primary winding of a high-frequency transformer that generates a supply voltage to the magnetron.
An inductance current flowing through the inductance is detected, and a peak value of the inductance current is controlled based on the detected value ,
A high frequency power supply device for magnetron, wherein a phase difference between the inductance current and the output voltage of the inverter is detected, and a heat-up state of the magnetron is determined from the detection result .
前記位相差の検出結果により前記ヒートアップ状態に至ったことが検知されるまでは、前記共振コンデンサに発生する電圧を一定値以下に制御することを特徴とする請求項記載のマグネトロン用高周波電源装置。Until it reaches the heat-up state by a detection result of the phase difference is detected, magnetron high-frequency power source according to claim 1, wherein the controlling the voltage generated in the resonance capacitor below a certain value apparatus. 2個のスイッチング素子の直列回路と2個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記2個のスイッチング素子の接続点と前記2個の共振コンデンサの接続点との間に2次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの1次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備え、前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御するマグネトロン用高周波電源装置において、
前記インダクタンス電流の検出を、前記共振コンデンサと並列に、検出コンデンサとこの検出コンデンサのインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗との直列回路を接続し、前記抵抗の両端に発生する電圧として行うことを特徴とするマグネトロン用高周波電源装置
A series circuit of two switching elements and a series circuit of two resonance capacitors are connected in parallel, and a secondary side is connected between the connection point of the two switching elements and the connection point of the two resonance capacitors. Is provided with a half-bridge inverter connected to an inductance formed by a primary winding of a high-frequency transformer that generates a supply voltage to the magnetron, and an inductance current flowing through the inductance is detected, and the inductance is based on the detected value. In the high frequency power supply for magnetron that controls the peak value of current,
The inductance current is detected in parallel with the resonant capacitor by connecting a series circuit of a detection capacitor and a resistor having a resistance value sufficiently smaller than the impedance value of the detection capacitor as a voltage generated at both ends of the resistor. A high-frequency power supply for magnetrons .
前記抵抗に発生する電圧をピーク値整流回路により検出することを特徴とする請求項記載のマグネトロン用高周波電源装置。4. The magnetron high frequency power supply device according to claim 3, wherein a voltage generated in the resistor is detected by a peak value rectifier circuit. 前記抵抗に発生する電圧をコンパレータにより検出することを特徴とする請求項記載のマグネトロン用高周波電源装置。4. The magnetron high frequency power supply device according to claim 3, wherein a voltage generated in the resistor is detected by a comparator.
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