JP4127042B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場等で使用される誘導加熱調理器、誘導加熱を利用した湯沸かし器、加温装置等の誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱装置の例として、誘導加熱調理器について説明する。誘導加熱調理器では、誘導加熱コイルから高周波磁界が発生し、誘導加熱コイル近傍に置かれた金属製の鍋等の被加熱物に、電磁誘導によって渦電流が発生し被加熱物が加熱される。
【０００３】
従来誘導加熱調理器は、誘導加熱コイルに高周波電流を発生するため、２石式のプッシュプルインバータを具備していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来の誘導加熱調理器を図８および図９に示している。図８において誘導加熱調理器は第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２を有するインバータ３と、インバータ３に接続された誘導加熱コイル４とを備える。また、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２には、各々第１のダイオード５及び第２のダイオード６が並列接続される。
【０００５】
インバータ３により供給された高周波の共振電流によって誘導加熱コイル４からは高周波磁界が発生し、電磁誘導による渦電流のために調理鍋７が加熱される。入力電力の可変及び安定化のため、インバータ３の電源電流をカレントトランス８により検知する。その検知結果に応じて制御回路９は、第１及び第２のスイッチング素子１、２の駆動周波数を変化させ、あるいは駆動周波数を一定にしてその導通比を変化させて、インバータ３の出力を制御する。
【０００６】
第１及び第２のスイッチング素子１、２の駆動周波数は、スイッチング損失を抑制するよう、誘導加熱可能な範囲で出来るだけ低周波でかつ、可聴域を外すよう、出来るだけ高周波とする必要があるため、通常２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚとしている。
【０００７】
図９は、従来の誘導加熱調理器における各部波形であり、図９（ａ）は第１のスイッチング素子１駆動制御端子電圧を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子２駆動制御端子電圧を、同図（ｃ）は第１のスイッチング素子１と第１のダイオード５に流れる電流を、同図（ｄ）は第１のスイッチング素子１と第１のダイオード５に加わる電圧を、同図（ｅ）は第２のスイッチング素子２と第２のダイオード６に流れる電流を、同図（ｆ）は第２のスイッチング素子２と第２のダイオード６に加わる電圧を、同図（ｇ）は誘導加熱コイル４に流れる電流をそれぞれ示している。
【０００８】
この時、第１のスイッチング素子１導通期間中に遮断すると、遮断された共振電流は、第２のダイオード６に流れる。第２のダイオード６導通期間中に、第２のスイッチング素子２を駆動することにより、第２のダイオード６を流れていた共振電流が転流した際に、既に第２のスイッチング素子２は導通可能な状態にあるため、遮断→駆動時の第２のスイッチング素子２のスイッチング損失が生じない。また第１のスイッチング素子１の遮断→駆動時も同様である。上記の動作において、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の同時導通による破壊を防止するため、同時遮断期間が設けられている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１６０４８４号公報（第２頁、図１３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成において、特に大電力時には、誘導加熱コイル４と共振コンデンサ１０に供給する共振電流を大きくする必要がある。その結果、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の遮断時の電流が大となる。さらに、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の電圧は、平滑コンデンサ１１電圧まで急激に上昇するため、遮断時のスイッチング損失が増大する。このスイッチング損失は、一般に第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の温度が上昇するにつれて増加するため、大電力時の部品発熱増加が損失増加につながり、回路として不安定な状態である。
【００１１】
また、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の遮断時における急激な電圧変化はノイズの原因となるため、大電力化がノイズ増加につながる。
【００１２】
上記課題を解決するため、従来は、図１０に示すように、第１のスイッチング素子１４又は第２のスイッチング素子１５にスナバコンデンサ２７が並列接続されていた。これによると、第１のスイッチング素子１４又は第２のスイッチング素子１５が遮断時には、共振電流がスナバコンデンサ２７を充電することになるため、第１のスイッチング素子１４又は第２のスイッチング素子１５遮断時の電圧上昇が緩やかとなり、スイッチング損失が低減される。
【００１３】
しかしながら、調理鍋２０材質によっては、スナバコンデンサ２７を充電するのに十分な共振電流が得られない場合も生じる。スナバコンデンサ２７の充電が不十分なまま、他方のスイッチング素子が導通した場合、インバータ電源となる平滑コンデンサ２４とスナバコンデンサ２７に電圧差が生じているために、導通したスイッチング素子に急激な短絡電流が流れ、他方のスイッチング素子のスイッチング損失が増加するといった課題が生じる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、前記被加熱物の材質を判別する判別手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつに並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記被加熱物の導電率が低いと前記判別手段が判別した場合は、前記放電制御手段を停止するものである。これによって、スイッチング素子のスイッチング損失及びノイズを低減し、さらに大電力化を容易となる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、前記被加熱物の材質を判別する判別手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつ（以下当該スイッチング素子という）に並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記被加熱物の導電率が低いと前記判別手段が判別した場合は、前記放電制御手段を停止することにより、被加熱物の材質による影響で、スイッチング素子の遮断時に流れる共振電流が減少する場合には、放電制御手段を停止して、スナバコンデンサの機能が働かないようにすることができる。
【００１６】
従って、スイッチング素子の遮断時に電圧が立ち上がりやすくなり、他のスイッチング素子の導通時に短絡電流が流れることを防止し、スイッチング損失やスイッチングノイズの増加を抑制することが可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつに並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記出力検出手段の検出結果に応じて、例えば、共振電流が少ない場合、電源電流が少ない場合、スイッチング素子の遮断時電流が少ない場合など、前記スナバコンデンサへの充電が不十分となり、前記スイッチング素子導通時に短絡電流が流れることで、スイッチング損失の増加が予測される場合においては、前記スナバコンデンサの機能を停止するよう、前記放電制御手段を停止し、前記スイッチング素子への短絡電流を防止し、短絡電流によるスイッチング損失を抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１または２に記載の放電制御手段を、放電制御手段は、コイルと補助スイッチング素子の直列接続体を経路に含みスナバコンデンサの蓄積電荷を放電する第１の放電経路と、前記コイルと前記補助スイッチング素子の接続点に陽極端子が接続され平滑コンデンサの正極端子に陰極端子が接続された第２の整流素子を経路とする第２の放電経路とを有し、前記スナバコンデンサの電荷を前記補助スイッチング素子を導通して前記第１の放電経路で放電後、前記補助スイッチング素子を遮断して、前記コイルに蓄積された磁気エネルギーを、前記第２の放電経路により前記平滑コンデンサに放出することにより前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電するので、補助スイッチング素子導通時に流れる電流がコイルで制限され、補助スイッチング素子の損失を抑制する。
【００１９】
また、補助スイッチング素子の遮断後において、補助スイッチング素子の高電位側端子の電位が平滑コンデンサの正極に到達すると、第２の整流素子が順方向にバイアスされ、前記平滑コンデンサの電圧でクランプされ、補助スイッチング素子に加わる電圧を抑制する。また、抵抗などで補助スイッチング素子の電流を制限する場合の当該抵抗の発熱に比して、コイルの発熱を小さくできる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１から３記載の誘導加熱装置において、一端がスイッチング素子の一端に、他端が平滑コンデンサの一端に接続された他のスナバコンデンサを設けることにより、前記放電制御手段が停止している場合においても、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減することが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１から４記載の誘導加熱装置において、放電制御手段の動作又は停止に応じて、平滑コンデンサの両端に直列に接続された２つのスイッチング素子の同時に遮断される期間を変化させることにより、共振電流が少なく、前記スナバコンデンサへの充電に時間がかかる場合において、同時遮断期間を長くし、前記スナバコンデンサへの充電が完了したと判断した時点でスイッチング素子を導通するよう制御することで、共振電流減少時でもスイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、電源と、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、電源からの入力電流を検知する第１電流検知手段と、前記誘導加熱コイルの電流を検知する第２電流検知手段とを備え、前記第１電流検知手段と前記第２電流検知手段の検知結果に基づき被加熱物の材質を判別し、前記被加熱物が導電率の低い金属であると判断した場合には、前記第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにした、被加熱物によっては、スイッチング素子の遮断時に流れる共振電流が減少する場合があるが、その場合には判別手段がその材質であることを識別して、その識別結果に基づき放電制御手段を停止して、スナバコンデンサの機能が働かないようにすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、スナバコンデンサの電圧を検知する電圧検知手段を有し、その検知電圧が所定値以下となった場合には、第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにし、第３のスイッチング素子導通中に、スナバコンデンサが放電完了した後は、第３のスイッチング素子が導通しなくなり、本来第１または第２のスイッチング素子に流れるべき共振電流が、第３のダイオードを通して第３のスイッチング素子にも流れるのを防止して、第１のダイオード、第３のスイッチング素子の損失が抑えられる。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、電源と、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、電源からの入力電流を検知し、所定値以下の入力電流となった場合には第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにし、入力電流と共振電流はほぼ相関関係にあるために、共振電流の減少を入力電流から推定し、スイッチング損失の増加、ノイズの増加を抑えることが可能となる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、特に、請求項６〜８に記載の電流制限素子をコイルとするとともに、前記コイルと第３のスイッチング素子の接続点側に陽極端子を、平滑コンデンサの正極側端子側に陰極を接続して、前記コイルの蓄積エネルギーを前記平滑コンデンサに放出させる第２の整流素子を具備することにより、スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する際に、第３のスイッチング素子導通時に流れる電流がコイルで制限され、第３のスイッチング素子の損失を抑制する。
【００２６】
また、第３のスイッチング素子の遮断後において、第３のスイッチング素子の高電位側端子の電位が平滑コンデンサの正極に到達すると、第２の整流素子が順方向にバイアスされ、前記平滑コンデンサにコイルに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサに放出され、前記平滑コンデンサの電圧でクランプされ、補助スイッチング素子に加わる電圧を抑制する。また、抵抗などで補助スイッチング素子の電流を制限する場合の当該抵抗の発熱に比して、コイルを使用しているので発熱を小さくできる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、特に、第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子に並列に第２のスナバコンデンサを接続したことにより、第２のスナバコンデンサの容量を小さくして、共振電流が十分少ない場合においても、充電可能な値に設計することで、第１及び第２のスイッチング素子におけるスイッチング損失をさらに低減することが可能となる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、特に、スナバコンデンサの充電時間に応じて、第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子の一方の遮断から、他方のスイッチング素子導通までの期間を変更することにより、スナバコンデンサへの充電に時間がかかる場合において、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の同時遮断期間を長くし、スナバコンデンサへの充電が完了した時点で他方のスイッチング素子を導通するよう制御することで、共振電流減少時でもスイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００２９】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における誘導加熱装置の概略回路図を示すものである。電源２８は低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、ブリッジダイオードである整流器２９の入力端に接続される。整流器２９の出力端間にインバータ３３の入力端が接続されている。インバータ３３は、入力端間に平滑コンデンサ３０が接続され、第１のスイッチング素子３１と第２のスイッチング素子３２の直列接続体が平滑コンデンサ３０の両端に接続されている。
【００３１】
第１のスイッチング素子３１及び前記第２のスイッチング素子３２の高電圧側端子（コレクタ）と低電圧側端子（エミッタ）間には、それぞれ第１のダイオード３４及び第２のダイオード３５が両スイッチング素子に逆方向に電流が流れるように並列接続されている。
【００３２】
第２のスイッチング素子３２のコレクタ−エミッタ間には、誘導加熱コイル３６と共振コンデンサ３７の直列接続体が並列接続されており、誘導加熱コイル３６には、被加熱物である調理鍋３８が対向して配置されている。また、第２のスイッチング素子３２のコレクタにはダイオード３９のアノードが接続され、ダイオード３９のカソードと第２のスイッチング素子３２のエミッタ間には第１のスナバコンデンサ４０が接続されている。
【００３３】
さらに、第２のスイッチング素子３２のコレクタ−エミッタ間には、第１のスナバコンデンサ４０に比較して容量の小さい第２のスナバコンデンサ４１が並列接続されている。第１のスナバコンデンサ４０の高電位側端子にはコイル４２の一端が接続され、コイル４２の他端と第３のスイッチング素子４３の高電位側端子（コレクタ）が接続され、第３のスイッチング素子４３の低電位側端子（エミッタ）は、第１のスナバコンデンサ４０の低電位側端子に接続される。
【００３４】
また、第３のスイッチング素子４３のコレクタと第１のスイッチング素子３１のコレクタ間には、第４のダイオード４４が接続され、そのアノードが第３のスイッチング素子４３のコレクタに接続されている。
【００３５】
４５は制御回路であり、電源２８からの入力電流を検知する第１のカレントトランス４６と、誘導加熱コイル３６の電流を検知する第２のカレントトランス４７と、第１のスナバコンデンサ４０の電圧を検知する第１の電圧検出手段４８と、平滑コンデンサ３０の電圧を検知する第２の電圧検出手段４９との検知信号を入力するとともに、第１のスイッチング素子３１、第２のスイッチング素子３２、第３のスイッチング素子４３の駆動及び遮断を制御する。ここで、コイル４２、第３のスイッチング素子４３、前記第４のダイオード４４が、第１のスナバコンデンサ４０の放電を制御する放電制御手段５０に含まれる。
【００３６】
上記の構成において、電源２８は整流器２９によって整流され、平滑コンデンサ３０によって平滑される。この平滑された電圧がインバータ３３の直流電源となる。第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２は制御回路４５によって交互に導通するよう制御され、誘導加熱コイル３６と共振コンデンサ３７に高周波電流が発生し、この結果、誘導加熱コイル３６からは高周波磁界が発生し、調理鍋３８内には電磁誘導による渦電流が流れ、そのジュール熱のために調理鍋３８が加熱される。
【００３７】
所定入力電力で安定動作時のインバータ３３の動作について説明する。図２に示す波形図は、本実施例における誘導加熱装置各部波形であり、図２（ａ）は第１のスイッチング素子３１駆動制御端子電圧を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子３２駆動制御端子電圧を、同図（ｃ）は第３のスイッチング素子４３駆動制御端子電圧を、同図（ｄ）は第１のスイッチング素子３１と第１のダイオード３４に流れる電流を、同図（ｅ）は第２のスイッチング素子３２と第２のダイオード３５に流れる電流を、同図（ｆ）は第２のスイッチング素子３２と第２のダイオード３５に加わる電圧を、同図（ｇ）は第３のスイッチング素子４３に流れる電流を、同図（ｈ）は第４のダイオード４４に流れる電流を、同図（ｉ）は第１のスナバコンデンサ４０に加わる電圧をそれぞれ示している。
【００３８】
また、図３は図２の時点Ｐ１〜Ｐ４で区切られる各期間毎に変化する電流の流れを示す概略回路図である。
【００３９】
制御回路４５は、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２を交互に導通し、駆動周期が一定になるよう制御する。なお、ここで詳細は図示しないが、公知の通り、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のそれぞれの駆動期間の間には同時遮断期間が設けられ、同時導通による破壊を防止している。
【００４０】
また、制御回路４５は、入力電力の可変及び安定化のため、第１のカレントトランス４６の検知結果に応じて第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２の導通比を変化させてインバータ３３の出力を制御する。第３のスイッチング素子４３は、第２のスイッチング素子３２の導通期間中に導通開始し、導通期間終了前に遮断するよう制御する。
【００４１】
Ｐ１時点で、第２のスイッチング素子３２が導通したとき、第１のスナバコンデンサ４０には電荷が充電されているが、第３のダイオード３９のために、第２のスイッチング素子３２側には放電電流が流れない。Ｐ２時点で、第３のスイッチング素子４３が導通したとき、第１のスナバコンデンサ４０からコイル４２と第３のスイッチング素子４３を通じた放電経路が形成される。コイル４２は放電電流を制限する役割を果たし、コイル４２と第３のスイッチング素子４３を通して第１のスナバコンデンサ４０の放電電流が流れる。
【００４２】
所定時間後のＰ３時点で第３のスイッチング素子４３を遮断したとき、コイル４２に蓄積されたエネルギーにより、放電電流が第４のダイオード４４を通じて平滑コンデンサ３０側へ流れ続け、第１のスナバコンデンサ４０の放電が完了する。Ｐ４時点で第２のスイッチング素子３２が遮断したとき、共振電流の一部は、第３のダイオード３９を通じて、放電が完了した第１のスナバコンデンサ４０を充電するよう流れ、第２のスイッチング素子３２にかかる電圧は緩やかに上昇する。そのため、第２のスイッチング素子３２の遮断時の損失は大幅に低減される。
【００４３】
また、急激な電圧変化に起因するノイズも低減される。第１のスイッチング素子３１導通期間中は、第３のスイッチング素子４３が遮断されている。
【００４４】
また、起動時から所定入力電力で安定動作時までのインバータ３３の動作について説明する。起動時において、制御回路４５は、大電流がインバータ３３に供給されないよう、第１のスイッチング素子３１の駆動期間を最小に設定し駆動させる。また、制御回路４５は、第１のカレントトランス４６の検知結果をモニターしながら、第１のスイッチング素子３１の駆動期間を徐々に長くし、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２の導通比を変化させ、所定火力に相当する電源電流となるよう制御する。
【００４５】
さらに、制御回路４５は、第１のカレントトランス４６及び第２のカレントトランス４７の検知結果から、調理鍋３８の材質を判別する。図４において、複数の曲線は各種調理鍋を加熱した際の起動から安定動作時までの動作点を結んだものである。斜線網掛けを伴う直線は、各種調理鍋の材質を判別する境界線である。制御回路４５内部には図４の斜線網掛けを伴う直線に相当するデータを備えており、このデータと第１のカレントトランス４６及び第２のカレントトランス４７の検知結果との相関から、調理鍋３８の材質を判別する。このとき、調理鍋３８が磁性を持ち、導電率が低い金属製であると判別された場合には、共振電流が少なくなることが明らかであるために、第３のスイッチング素子４３は遮断させたままにする。
【００４６】
第１のスナバコンデンサ４０の機能は停止することになるが、第２のスナバコンデンサ４１は第３のスイッチング素子４３の動作に関係なく機能する。また、第２のスナバコンデンサ４１は、第１のスナバコンデンサ４０に比較して容量が小さいため、共振電流が少ない場合においても、充放電時間を短縮することができる。従って、共振電流が少ない場合は、スイッチング素子に短絡電流が起こるのを抑制し、共振電流が多い場合にはスイッチング素子に印可する電圧の立ち上がりを緩やかにして、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のスイッチング損失が抑制される。
【００４７】
また制御回路４５は、調理鍋３８の判別結果に関わらず、使用者による火力設定が低い場合などにおいて、第１のカレントトランス４６又は第２のカレントトランス４７の検知結果により、電源電流が少ない若しくは共振電流が少ないと判断すれば、同様に第３のスイッチング素子４３を遮断させたままとする。このときにおいても、第１のスナバコンデンサ４０は機能しないが、第２のスナバコンデンサ４１により、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のスイッチング損失が抑制される。
【００４８】
また、平滑コンデンサ３０の両端に印加される電圧波形は、図５に示すように、商用電源２８の周期の１／２の周期で変化し、その包絡線は電源２８を全波整流した波形とほぼ相似になる。つまり、平滑コンデンサ３０に周期的に電圧値が低下する脈流の直流電源が与えられ、その谷間部分で十分な共振が行われない期間が存在する。制御回路４５は、第２の電圧検出手段４９の検知結果により、平滑コンデンサ３０電圧が低く、共振電流が少ない場合には、第３のスイッチング素子４３を遮断する。
【００４９】
従って、周期的に、平滑コンデンサ３０電圧が高い期間は、第１のスナバコンデンサ４０の機能が働き、平滑コンデンサ３０電圧が低い期間では、第１のスナバコンデンサ４０の機能が停止し、第２のスナバコンデンサ４１のみ機能することで、共振電流が少ない場合は、スイッチング素子に短絡電流が起こるのを抑制し、共振電流が多い場合にはスイッチング素子に印可する電圧の立ち上がりを緩やかにして、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のスイッチング損失が抑制される。
【００５０】
また、第１のスナバコンデンサ４０の電荷は、第３のスイッチング素子４３が導通されることにより、コイル４２を通して放電されるが、コイル４２の直流電流重畳インダクタンス特性ばらつきによって第１のスナバコンデンサ４０放電時間が左右されるため、第３のスイッチング素子４３導通時間をコイル４２特性ばらつきに合わせて決定する必要がある。導通時間が長ければ、本来第２のスイッチング素子３２に流れるべき共振電流が、第３のダイオード３９、コイル４２、第３のスイッチング素子４３に流れ込むため、これらの部品損失が増加する。
【００５１】
また、導通時間が短ければ、第１のスナバコンデンサ４０放電が十分でないために、第２のスイッチング素子３２遮断時において、第２のスイッチング素子３２電圧が第１のスナバコンデンサ４０電圧まで急激に上昇し、損失が増加する。しかしながら、第１の電圧検出手段４８により第１のスナバコンデンサ４０の放電状況を検知し、所定値以下の電圧になった場合に、制御回路４５によって第３のスイッチング素子４３を遮断することにより、コイル４２ばらつきによる影響を吸収することが可能であり、第３のスイッチング素子４３の導通時間の長短による損失増加を防止することが出来る。
【００５２】
また、図６は、第２のスイッチング素子３２遮断時における各部電圧電流波形を示したものである。第２のスイッチング素子３２が遮断された後、第１のスナバコンデンサ４０に充電されていき、第１のスナバコンデンサ４０及び第２のスイッチング素子３２電圧は緩やかに上昇する。このとき図６（ａ）に示すように、共振電流が大きければ第１のスナバコンデンサ４０充電期間は短くなるが、図６（ｂ）に示すように共振電流が少なければ充電期間が長くなる。第２のスイッチング素子３２遮断後の第１のスイッチング素子３１導通のタイミングは、第１のスナバコンデンサ４０充電が完了する（第２のスイッチング素子３２の高電位側端子が平滑コンデンサ３０の正極端子の電位に到達する）前であると、第１のスイッチング素子３１を通して第１のスナバコンデンサ４０への充電電流が急激に流れる（短絡電流が流れる）ため、第１のスイッチング素子３１の耐量を超え、破壊する可能性がある。
【００５３】
従って、第１のスイッチング素子３１の導通のタイミングは、第１のスナバコンデンサ４０充電完了後であることが望ましい。図６（ａ）に合わせた導通タイミングであると、図６（ｂ）の場合に導通タイミングが早すぎることになる。
【００５４】
しかしながら、制御回路４５は、第１のカレントトランス４６及び第２のカレントトランス４７の検知結果により、電源電流若しくは共振電流が比較的少ないと判断すれば、第３のスイッチング素子４３の制御は継続したまま、第１のスナバコンデンサ４０が十分充電する期間を推定し、第２のスイッチング素子３２遮断から第１のスイッチング素子３１駆動までの同時遮断期間を長くする。第１のスナバコンデンサ４０が充電完了してから第１のスイッチング素子３１を導通するため、共振電流が比較的少なく、第１のスナバコンデンサ４０充電期間が長くなる場合においても、スイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００５５】
以上のように、本実施例によれば、被加熱物である調理鍋３８を加熱する誘導加熱コイル３６と、共振コンデンサ４１と、２つのスイッチング素子３１、３２とを含むインバータを備え、スイッチング素子３２に並列に、整流素子であるダイオード３９と第１のスナバコンデンサ４０の直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、ダイオード３９を介して第１のスナバコンデンサ４０を充電するとともに、第２のスイッチング素子２２の電圧が低下（導通、あるいは逆並列に接続された第２のダイオード３５が導通時を含む）後所定のタイミングで第１のスナバコンデンサ４０の蓄積電荷を放電する放電制御手段５０（補助スイッチング素子である第３のスイッチング素子４３、コイル４２、及び第４のダイオードを含む）とを設けたことにより、第１のスナバコンデンサ４０が第３のダイオードを介して充電されると放電制御手段により放電しない限り、スナバコンデンサとしての機能を果たすことができなくなる。
【００５６】
従って、第１のスナバコンデンサの機能を働かせたり、その機能を禁止したりすることを、制御回路４８が放電制御手段５０を構成する第３のスイッチング素子４３を制御することで行うことができ、負荷変動あるいは入力電圧変動などの動作条件に対応して選択的に働かせ、誤動作防止、スイッチング損失の低減あるいは、ノイズの低減が可能となる。
【００５７】
また、放電制御手段５０は、コイル４２と補助スイッチング素子である第３のスイッチング素子４３の直列接続体を経路に含み第１のスナバコンデンサ４０の蓄積電荷を放電する第１の放電経路と、コイル４２と第３のスイッチング素子４３の接続点に陽極端子（アノード）が接続され平滑コンデンサ３０の正極端子（＋側）に陰極端子（カソード）が接続された第２の整流素子である第４のダイオード４４を経路とする第２の放電経路とを有し、第１のスナバコンデンサ４０の電荷を第３のスイッチング素子４３を導通して第１の放電経路で放電後、第３のスイッチング素子４３を遮断して、コイル４２に蓄積された磁気エネルギーを、第２の放電経路により平滑コンデンサ３０に放出することにより第１のスナバコンデンサ４０の蓄積電荷を放電するので、第３のスイッチング素子４３導通時に流れる電流がコイル４２で制限され、第３のスイッチング素子４３の損失を抑制する。
【００５８】
また、第３のスイッチング素子４３の遮断後において、第３のスイッチング素子４３の高電位側端子の電位が平滑コンデンサ３０の正極に到達すると、第４のダイオード４４が順方向にバイアスされ、平滑コンデンサ３０の電圧でクランプされ、第３のスイッチング素子４３に加わる電圧を抑制する。また、抵抗などで第３のスイッチング素子４３の電流を制限する場合の当該抵抗の発熱に比して、コイル４２の発熱を小さくできる。
【００５９】
また、制御回路４５は、被加熱物である調理鍋３８の材質を判別する判別手段を有し、前記判別手段の判別結果に応じて、放電制御手段５０を構成する第３のスイッチング素子４３を導通させるか又は遮断させるかを決定することにより、調理鍋３８の材質による影響で、スイッチング素子３２の遮断時に流れる共振電流が減少する場合には、放電制御手段５０の動作を停止して（第３のスイッチング素子４３を継続して遮断して）、第１のスナバコンデンサ４０の機能が働かないようにすることができる。
【００６０】
従って、第１のスイッチング素子４０の遮断時に電圧が立ち上がりやすくなり、第２のスイッチング素子３１の導通時に短絡電流が流れることを防止し、スイッチング損失やスイッチングノイズの増加を抑制することが可能となる。
【００６１】
また、整流器２９が全波整流器である場合には、平滑コンデンサ３０に脈流の直流電源が供給されることになるが、第２の電圧検出手段４９の検知結果を基に、脈流の直流電源の最小電圧となる位相近傍で、放電制御手段５０を動作（所定のタイミングで第１のスナバコンデンサ４０の放電動作を行う）又は停止（第３のスイッチング素子４３を継続して遮断）することにより、共振電流が少なく、スナバコンデンサへの充電が不十分となる電源位相で、放電制御手段５０の動作を停止し、第１のスナバコンデンサ４０の機能を停止することで、インバータ３３の脈流の谷間に対応する位相における第１のスイッチング素子３１の短絡電流の発生を防止しノイズ低減が可能となる。
【００６２】
また、一端が第２のスイッチング素子３２の高電位側端子（コレクタ）に、他端が平滑コンデンサ３０の負極側端子に接続された第２のスナバコンデンサを設けることにより、放電制御手段５０が停止している（第３のスイッチング素子４３が継続して遮断状態にある）場合においても、第１及び第２のスイッチング素子における遮断時のスイッチング損失を低減することが可能となる。
【００６３】
また、インバータ３３の出力の大きさを検出する出力検出手段４８または出力検知手段４９を有し、当該出力検出手段の検出結果に応じて、放電制御手段５０を動作させるか又は停止するかを決定することにより、例えば、共振電流が少ない場合、電源電流が少ない場合、第１のスイッチング素子３２の遮断時電流が少ない場合など、第１のスナバコンデンサ４０への充電が不十分となり、第１のスイッチング素子３１導通時に短絡電流が流れることで、スイッチング損失の増加が予測される場合においては、第１のスナバコンデンサ４０の機能を停止するよう、放電制御手段５０の機能を停止し、第１のスイッチング素子３１への短絡電流発生を防止し、短絡電流によるスイッチング損失を抑制することが可能となる。
【００６４】
また、放電制御手段５０の動作又は停止に応じて、平滑コンデンサ３０の両端に直列に接続された２つのスイッチング素子（高電位側の第１のスイッチング素子３１と低電位側の第２のスイッチング素子３２）が同時に遮断される期間を変化させることにより、共振電流が少なく、第１のスナバコンデンサ４０への充電に時間がかかる場合において、同時遮断期間を長くし、第１のスナバコンデンサ４０への充電が完了したと判断した時点でスイッチング素子を導通するよう制御することで、共振電流減少時でもスイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００６５】
また、第１のスナバコンデンサ４０の電圧を検知する第１の電圧検知手段４０を有し、その検知電圧が所定値以下となった場合には、第３のスイッチング素子４３を遮断することにより、第３のスイッチング素子４３導通中に、第１のスナバコンデンサ４０が放電完了した後は、第３のスイッチング素子４３が導通しなくなり、本来第２のスイッチング素子３２に流れるべき共振電流が、第３のダイオード３９を通して第３のスイッチング素子４３にも流れるのを防止して、第１のダイオード、第３のスイッチング素子の損失が抑えられる。
【００６６】
なお、本実施例において、第２のスナバコンデンサ４１として、コンデンサを単体で使用した例をあげたが、これに限定されるものではなく、コンデンサに直列に電流制限抵抗が接続されたものなど、コンデンサを含み、充放電を行い、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２の電圧上昇を緩やかにする効果のある素子であれば同様の効果が得られる。
【００６７】
また、本実施例において、共振電流の大小を判断する際に、第１のカレントトランス４６による電源電流又は第２のカレントトランス４７による共振電流を検知する例を挙げたが、これに限定するものではなく、第１のスイッチング素子３１又は第２のスイッチング素子３２に流れる電流を検知して各スイッチング素子の遮断時の電流（遮断電流）を測定して行う、あるいは、誘導加熱コイル３６又は共振コンデンサ３７電圧の検知により行うなどによっても同様の効果が得られる。
【００６８】
また、平滑コンデンサ３０電圧の検知を行う例を挙げたが、これに限定されるものではなく、電源２８電圧の検知、電源２８位相の検知等でも同様の効果が得られる。
【００６９】
（実施例２）
次に本発明の第２の実施例について図７を参照しながら説明する。実施例１と同一部材については同一符合を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００７０】
図に示すように、本実施例の誘導加熱装置は、高周波インバータ３３の電源を昇圧する昇圧手段５２を有するとともに、制御手段５１は、第２のスイッチング素子３２ａの電圧を検知する電圧検知手段５３の検知情報を得ているものである。昇圧手段５２は、調理鍋３８が誘導加熱することが困難である非磁性で電気導電率が高い材質（例えば、アルミニウムや銅）で形成されている場合であっても、誘導加熱可能とすべく高周波インバータ３３の入力する電源（例えば交流２００Ｖ）の電圧を昇圧している。
【００７１】
また、制御手段５１は、第１のスイッチング素子２１に流れる電流を検知する電流検知手段４２より、その導通開始時における短絡電流（第１のスイッチング素子３１ａに順方向の電圧が印加した状態で導通する状態で第１のスナバコンデンサ４０の充電電流となる）に関する検知情報を得ているものである。
【００７２】
上記構成において、電圧検知手段５３によって、逆導通型の第２のスイッチング素子３２ａの電圧を検知しているので、インバータ３３の電源電圧である昇圧手段５２の出力電圧の低下を検知し、共振電流の減少を予測することが可能となる。このような場合においては、制御手段５１は、電圧検知手段５３からの信号に基づき、第３のスイッチング素子４３を遮断継続し、スナバコンデンサ４０の充電が不十分である場合に生じる第１のスイッチング素子３１ａのスイッチング損失増加を抑えることが出来る。なお、インバータ３３の電源電圧を測定する手段はこれに限定されるものではなく、例えば平滑コンデンサ３０の両端電圧を測定しても良い。
【００７３】
また、第２のスイッチング素子３２ａが遮断した時の遮断電流、すなわちその時点での共振電流が少ない場合においては、第１のスナバコンデンサ４０への充電が速やかに行うことが出来ない。このとき、第１のスナバコンデンサ４０とインバータ電源となる平滑コンデンサ３０に電圧差が生じたままで、第１のスイッチング素子３１ａが導通した場合、第１のスナバコンデンサ４０へ流れる短絡電流が、第１のスイッチング素子３１ａに流れ、そのままであるとスイッチング損失が増加する。
【００７４】
本実施例においては、第１のスイッチング素子３１ａを流れる短絡電流を電流検知手段５４で検知し、制御手段５１によって第３のスイッチング素子４３を遮断したままにする。従って、第１のスナバコンデンサ４０が放電する経路がなく、充電されたままとなって第１のスナバコンデンサ４０の機能が停止される。このように、第１のスナバコンデンサ４０の機能の有効、無効を選択して制御することが可能であるため、第１のスイッチング素子４０、及び第２のスイッチング素子３２ａの損失増加を抑えることが出来る。また、短絡電流が検知されなくなれば、例えば一定期間後に、再度前記第３のスイッチング素子４３を動作させ、第１のスナバコンデンサ４０の機能を有効とすればよい。
【００７５】
なお、本実施例においては、短絡電流検知を電流検知手段５４で行う例を挙げたが、第１のスイッチング素子３１ａに逆並列に接続されたダイオード、あるいは第１のスナバコンデンサ４０の電流を検知するもの、平滑コンデンサ３０と第１のスナバコンデンサ４０の電圧差を検知するもの、短絡電流が流れた際の急激なｄｉ／ｄｔと配線インピーダンスによって生じる同一ライン上での電圧差を検知するものなどで行っても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜１１に記載の発明によれば、スイッチング素子のスイッチング損失及びノイズを低減し、さらに大出力の誘導加熱装置を提供することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の回路図
【図２】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の各部電圧電流波形図
【図３】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の動作を示す要部回路図
【図４】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の各種調理鍋を加熱した際の起動から安定動作時までの動作点と、鍋種判別境界線をを示す図
【図５】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の平滑コンデンサ電圧と電源電圧波形図
【図６】 （ａ）本発明の実施例１における誘導加熱装置の第２のスイッチング素子遮断電流大時の各部電圧電流波形図
（ｂ）本発明の実施例１における誘導加熱装置の第２のスイッチング素子遮断電流小時の各部電圧電流波形図
【図７】 本発明の実施例２における誘導加熱装置の回路図
【図８】 従来の誘導加熱装置の回路図
【図９】 従来の誘導加熱装置の各部電圧電流波形図
【図１０】 他の従来の誘導加熱装置の回路図
【符号の説明】
３１、３１ａ 第１のスイッチング素子
３２、３２ａ 第２のスイッチング素子
３３ インバータ
３９ 第３のダイオード（整流素子）
４０ 第１のスナバコンデンサ（スナバコンデンサ）
４１ 第２のスナバコンデンサ
４２ コイル（電流制限素子）
４３ 第３のスイッチング素子（補助スイッチング素子）
４４ 第４のダイオード（第２の整流素子）
４５ 制御回路
４６ 第１のカレントトランス（出力検出手段）
４７ 第２のカレントトランス（出力検出手段）
４８ 第１の電圧検出手段（出力検出手段）
４９ 第２の電圧検出手段（出力検出手段）
５０ 放電制御手段
５１ 制御手段
５２ 昇圧手段
５３ 電圧検知手段
５４ 電流検知手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場等で使用される誘導加熱調理器、誘導加熱を利用した湯沸かし器、加温装置等の誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱装置の例として、誘導加熱調理器について説明する。誘導加熱調理器では、誘導加熱コイルから高周波磁界が発生し、誘導加熱コイル近傍に置かれた金属製の鍋等の被加熱物に、電磁誘導によって渦電流が発生し被加熱物が加熱される。
【０００３】
従来誘導加熱調理器は、誘導加熱コイルに高周波電流を発生するため、２石式のプッシュプルインバータを具備していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来の誘導加熱調理器を図８および図９に示している。図８において誘導加熱調理器は第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２を有するインバータ３と、インバータ３に接続された誘導加熱コイル４とを備える。また、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２には、各々第１のダイオード５及び第２のダイオード６が並列接続される。
【０００５】
インバータ３により供給された高周波の共振電流によって誘導加熱コイル４からは高周波磁界が発生し、電磁誘導による渦電流のために調理鍋７が加熱される。入力電力の可変及び安定化のため、インバータ３の電源電流をカレントトランス８により検知する。その検知結果に応じて制御回路９は、第１及び第２のスイッチング素子１、２の駆動周波数を変化させ、あるいは駆動周波数を一定にしてその導通比を変化させて、インバータ３の出力を制御する。
【０００６】
第１及び第２のスイッチング素子１、２の駆動周波数は、スイッチング損失を抑制するよう、誘導加熱可能な範囲で出来るだけ低周波でかつ、可聴域を外すよう、出来るだけ高周波とする必要があるため、通常２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚとしている。
【０００７】
図９は、従来の誘導加熱調理器における各部波形であり、図９（ａ）は第１のスイッチング素子１駆動制御端子電圧を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子２駆動制御端子電圧を、同図（ｃ）は第１のスイッチング素子１と第１のダイオード５に流れる電流を、同図（ｄ）は第１のスイッチング素子１と第１のダイオード５に加わる電圧を、同図（ｅ）は第２のスイッチング素子２と第２のダイオード６に流れる電流を、同図（ｆ）は第２のスイッチング素子２と第２のダイオード６に加わる電圧を、同図（ｇ）は誘導加熱コイル４に流れる電流をそれぞれ示している。
【０００８】
この時、第１のスイッチング素子１導通期間中に遮断すると、遮断された共振電流は、第２のダイオード６に流れる。第２のダイオード６導通期間中に、第２のスイッチング素子２を駆動することにより、第２のダイオード６を流れていた共振電流が転流した際に、既に第２のスイッチング素子２は導通可能な状態にあるため、遮断→駆動時の第２のスイッチング素子２のスイッチング損失が生じない。また第１のスイッチング素子１の遮断→駆動時も同様である。上記の動作において、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の同時導通による破壊を防止するため、同時遮断期間が設けられている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１６０４８４号公報（第２頁、図１３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成において、特に大電力時には、誘導加熱コイル４と共振コンデンサ１０に供給する共振電流を大きくする必要がある。その結果、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の遮断時の電流が大となる。さらに、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の電圧は、平滑コンデンサ１１電圧まで急激に上昇するため、遮断時のスイッチング損失が増大する。このスイッチング損失は、一般に第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の温度が上昇するにつれて増加するため、大電力時の部品発熱増加が損失増加につながり、回路として不安定な状態である。
【００１１】
また、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の遮断時における急激な電圧変化はノイズの原因となるため、大電力化がノイズ増加につながる。
【００１２】
上記課題を解決するため、従来は、図１０に示すように、第１のスイッチング素子１４又は第２のスイッチング素子１５にスナバコンデンサ２７が並列接続されていた。これによると、第１のスイッチング素子１４又は第２のスイッチング素子１５が遮断時には、共振電流がスナバコンデンサ２７を充電することになるため、第１のスイッチング素子１４又は第２のスイッチング素子１５遮断時の電圧上昇が緩やかとなり、スイッチング損失が低減される。
【００１３】
しかしながら、調理鍋２０材質によっては、スナバコンデンサ２７を充電するのに十分な共振電流が得られない場合も生じる。スナバコンデンサ２７の充電が不十分なまま、他方のスイッチング素子が導通した場合、インバータ電源となる平滑コンデンサ２４とスナバコンデンサ２７に電圧差が生じているために、導通したスイッチング素子に急激な短絡電流が流れ、他方のスイッチング素子のスイッチング損失が増加するといった課題が生じる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、前記被加熱物の材質を判別する判別手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつに並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記被加熱物の導電率が低いと前記判別手段が判別した場合は、前記放電制御手段を停止するものである。これによって、スイッチング素子のスイッチング損失及びノイズを低減し、さらに大電力化を容易となる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、前記被加熱物の材質を判別する判別手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつ（以下当該スイッチング素子という）に並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記被加熱物の導電率が低いと前記判別手段が判別した場合は、前記放電制御手段を停止することにより、被加熱物の材質による影響で、スイッチング素子の遮断時に流れる共振電流が減少する場合には、放電制御手段を停止して、スナバコンデンサの機能が働かないようにすることができる。
【００１６】
従って、スイッチング素子の遮断時に電圧が立ち上がりやすくなり、他のスイッチング素子の導通時に短絡電流が流れることを防止し、スイッチング損失やスイッチングノイズの増加を抑制することが可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつに並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記出力検出手段の検出結果に応じて、例えば、共振電流が少ない場合、電源電流が少ない場合、スイッチング素子の遮断時電流が少ない場合など、前記スナバコンデンサへの充電が不十分となり、前記スイッチング素子導通時に短絡電流が流れることで、スイッチング損失の増加が予測される場合においては、前記スナバコンデンサの機能を停止するよう、前記放電制御手段を停止し、前記スイッチング素子への短絡電流を防止し、短絡電流によるスイッチング損失を抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１または２に記載の放電制御手段を、放電制御手段は、コイルと補助スイッチング素子の直列接続体を経路に含みスナバコンデンサの蓄積電荷を放電する第１の放電経路と、前記コイルと前記補助スイッチング素子の接続点に陽極端子が接続され平滑コンデンサの正極端子に陰極端子が接続された第２の整流素子を経路とする第２の放電経路とを有し、前記スナバコンデンサの電荷を前記補助スイッチング素子を導通して前記第１の放電経路で放電後、前記補助スイッチング素子を遮断して、前記コイルに蓄積された磁気エネルギーを、前記第２の放電経路により前記平滑コンデンサに放出することにより前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電するので、補助スイッチング素子導通時に流れる電流がコイルで制限され、補助スイッチング素子の損失を抑制する。
【００１９】
また、補助スイッチング素子の遮断後において、補助スイッチング素子の高電位側端子の電位が平滑コンデンサの正極に到達すると、第２の整流素子が順方向にバイアスされ、前記平滑コンデンサの電圧でクランプされ、補助スイッチング素子に加わる電圧を抑制する。また、抵抗などで補助スイッチング素子の電流を制限する場合の当該抵抗の発熱に比して、コイルの発熱を小さくできる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１から３記載の誘導加熱装置において、一端がスイッチング素子の一端に、他端が平滑コンデンサの一端に接続された他のスナバコンデンサを設けることにより、前記放電制御手段が停止している場合においても、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減することが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１から４記載の誘導加熱装置において、放電制御手段の動作又は停止に応じて、平滑コンデンサの両端に直列に接続された２つのスイッチング素子の同時に遮断される期間を変化させることにより、共振電流が少なく、前記スナバコンデンサへの充電に時間がかかる場合において、同時遮断期間を長くし、前記スナバコンデンサへの充電が完了したと判断した時点でスイッチング素子を導通するよう制御することで、共振電流減少時でもスイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、電源と、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、電源からの入力電流を検知する第１電流検知手段と、前記誘導加熱コイルの電流を検知する第２電流検知手段とを備え、前記第１電流検知手段と前記第２電流検知手段の検知結果に基づき被加熱物の材質を判別し、前記被加熱物が導電率の低い金属であると判断した場合には、前記第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにした、被加熱物によっては、スイッチング素子の遮断時に流れる共振電流が減少する場合があるが、その場合には判別手段がその材質であることを識別して、その識別結果に基づき放電制御手段を停止して、スナバコンデンサの機能が働かないようにすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、スナバコンデンサの電圧を検知する電圧検知手段を有し、その検知電圧が所定値以下となった場合には、第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにし、第３のスイッチング素子導通中に、スナバコンデンサが放電完了した後は、第３のスイッチング素子が導通しなくなり、本来第１または第２のスイッチング素子に流れるべき共振電流が、第３のダイオードを通して第３のスイッチング素子にも流れるのを防止して、第１のダイオード、第３のスイッチング素子の損失が抑えられる。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、電源と、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、電源からの入力電流を検知し、所定値以下の入力電流となった場合には第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにし、入力電流と共振電流はほぼ相関関係にあるために、共振電流の減少を入力電流から推定し、スイッチング損失の増加、ノイズの増加を抑えることが可能となる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、特に、請求項６〜８に記載の電流制限素子をコイルとするとともに、前記コイルと第３のスイッチング素子の接続点側に陽極端子を、平滑コンデンサの正極側端子側に陰極を接続して、前記コイルの蓄積エネルギーを前記平滑コンデンサに放出させる第２の整流素子を具備することにより、スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する際に、第３のスイッチング素子導通時に流れる電流がコイルで制限され、第３のスイッチング素子の損失を抑制する。
【００２６】
また、第３のスイッチング素子の遮断後において、第３のスイッチング素子の高電位側端子の電位が平滑コンデンサの正極に到達すると、第２の整流素子が順方向にバイアスされ、前記平滑コンデンサにコイルに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサに放出され、前記平滑コンデンサの電圧でクランプされ、補助スイッチング素子に加わる電圧を抑制する。また、抵抗などで補助スイッチング素子の電流を制限する場合の当該抵抗の発熱に比して、コイルを使用しているので発熱を小さくできる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、特に、第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子に並列に第２のスナバコンデンサを接続したことにより、第２のスナバコンデンサの容量を小さくして、共振電流が十分少ない場合においても、充電可能な値に設計することで、第１及び第２のスイッチング素子におけるスイッチング損失をさらに低減することが可能となる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、特に、スナバコンデンサの充電時間に応じて、第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子の一方の遮断から、他方のスイッチング素子導通までの期間を変更することにより、スナバコンデンサへの充電に時間がかかる場合において、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の同時遮断期間を長くし、スナバコンデンサへの充電が完了した時点で他方のスイッチング素子を導通するよう制御することで、共振電流減少時でもスイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００２９】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における誘導加熱装置の概略回路図を示すものである。電源２８は低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、ブリッジダイオードである整流器２９の入力端に接続される。整流器２９の出力端間にインバータ３３の入力端が接続されている。インバータ３３は、入力端間に平滑コンデンサ３０が接続され、第１のスイッチング素子３１と第２のスイッチング素子３２の直列接続体が平滑コンデンサ３０の両端に接続されている。
【００３１】
第１のスイッチング素子３１及び前記第２のスイッチング素子３２の高電圧側端子（コレクタ）と低電圧側端子（エミッタ）間には、それぞれ第１のダイオード３４及び第２のダイオード３５が両スイッチング素子に逆方向に電流が流れるように並列接続されている。
【００３２】
第２のスイッチング素子３２のコレクタ−エミッタ間には、誘導加熱コイル３６と共振コンデンサ３７の直列接続体が並列接続されており、誘導加熱コイル３６には、被加熱物である調理鍋３８が対向して配置されている。また、第２のスイッチング素子３２のコレクタにはダイオード３９のアノードが接続され、ダイオード３９のカソードと第２のスイッチング素子３２のエミッタ間には第１のスナバコンデンサ４０が接続されている。
【００３３】
さらに、第２のスイッチング素子３２のコレクタ−エミッタ間には、第１のスナバコンデンサ４０に比較して容量の小さい第２のスナバコンデンサ４１が並列接続されている。第１のスナバコンデンサ４０の高電位側端子にはコイル４２の一端が接続され、コイル４２の他端と第３のスイッチング素子４３の高電位側端子（コレクタ）が接続され、第３のスイッチング素子４３の低電位側端子（エミッタ）は、第１のスナバコンデンサ４０の低電位側端子に接続される。
【００３４】
また、第３のスイッチング素子４３のコレクタと第１のスイッチング素子３１のコレクタ間には、第４のダイオード４４が接続され、そのアノードが第３のスイッチング素子４３のコレクタに接続されている。
【００３５】
４５は制御回路であり、電源２８からの入力電流を検知する第１のカレントトランス４６と、誘導加熱コイル３６の電流を検知する第２のカレントトランス４７と、第１のスナバコンデンサ４０の電圧を検知する第１の電圧検出手段４８と、平滑コンデンサ３０の電圧を検知する第２の電圧検出手段４９との検知信号を入力するとともに、第１のスイッチング素子３１、第２のスイッチング素子３２、第３のスイッチング素子４３の駆動及び遮断を制御する。ここで、コイル４２、第３のスイッチング素子４３、前記第４のダイオード４４が、第１のスナバコンデンサ４０の放電を制御する放電制御手段５０に含まれる。
【００３６】
上記の構成において、電源２８は整流器２９によって整流され、平滑コンデンサ３０によって平滑される。この平滑された電圧がインバータ３３の直流電源となる。第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２は制御回路４５によって交互に導通するよう制御され、誘導加熱コイル３６と共振コンデンサ３７に高周波電流が発生し、この結果、誘導加熱コイル３６からは高周波磁界が発生し、調理鍋３８内には電磁誘導による渦電流が流れ、そのジュール熱のために調理鍋３８が加熱される。
【００３７】
所定入力電力で安定動作時のインバータ３３の動作について説明する。図２に示す波形図は、本実施例における誘導加熱装置各部波形であり、図２（ａ）は第１のスイッチング素子３１駆動制御端子電圧を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子３２駆動制御端子電圧を、同図（ｃ）は第３のスイッチング素子４３駆動制御端子電圧を、同図（ｄ）は第１のスイッチング素子３１と第１のダイオード３４に流れる電流を、同図（ｅ）は第２のスイッチング素子３２と第２のダイオード３５に流れる電流を、同図（ｆ）は第２のスイッチング素子３２と第２のダイオード３５に加わる電圧を、同図（ｇ）は第３のスイッチング素子４３に流れる電流を、同図（ｈ）は第４のダイオード４４に流れる電流を、同図（ｉ）は第１のスナバコンデンサ４０に加わる電圧をそれぞれ示している。
【００３８】
また、図３は図２の時点Ｐ１〜Ｐ４で区切られる各期間毎に変化する電流の流れを示す概略回路図である。
【００３９】
制御回路４５は、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２を交互に導通し、駆動周期が一定になるよう制御する。なお、ここで詳細は図示しないが、公知の通り、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のそれぞれの駆動期間の間には同時遮断期間が設けられ、同時導通による破壊を防止している。
【００４０】
また、制御回路４５は、入力電力の可変及び安定化のため、第１のカレントトランス４６の検知結果に応じて第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２の導通比を変化させてインバータ３３の出力を制御する。第３のスイッチング素子４３は、第２のスイッチング素子３２の導通期間中に導通開始し、導通期間終了前に遮断するよう制御する。
【００４１】
Ｐ１時点で、第２のスイッチング素子３２が導通したとき、第１のスナバコンデンサ４０には電荷が充電されているが、第３のダイオード３９のために、第２のスイッチング素子３２側には放電電流が流れない。Ｐ２時点で、第３のスイッチング素子４３が導通したとき、第１のスナバコンデンサ４０からコイル４２と第３のスイッチング素子４３を通じた放電経路が形成される。コイル４２は放電電流を制限する役割を果たし、コイル４２と第３のスイッチング素子４３を通して第１のスナバコンデンサ４０の放電電流が流れる。
【００４２】
所定時間後のＰ３時点で第３のスイッチング素子４３を遮断したとき、コイル４２に蓄積されたエネルギーにより、放電電流が第４のダイオード４４を通じて平滑コンデンサ３０側へ流れ続け、第１のスナバコンデンサ４０の放電が完了する。Ｐ４時点で第２のスイッチング素子３２が遮断したとき、共振電流の一部は、第３のダイオード３９を通じて、放電が完了した第１のスナバコンデンサ４０を充電するよう流れ、第２のスイッチング素子３２にかかる電圧は緩やかに上昇する。そのため、第２のスイッチング素子３２の遮断時の損失は大幅に低減される。
【００４３】
また、急激な電圧変化に起因するノイズも低減される。第１のスイッチング素子３１導通期間中は、第３のスイッチング素子４３が遮断されている。
【００４４】
また、起動時から所定入力電力で安定動作時までのインバータ３３の動作について説明する。起動時において、制御回路４５は、大電流がインバータ３３に供給されないよう、第１のスイッチング素子３１の駆動期間を最小に設定し駆動させる。また、制御回路４５は、第１のカレントトランス４６の検知結果をモニターしながら、第１のスイッチング素子３１の駆動期間を徐々に長くし、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２の導通比を変化させ、所定火力に相当する電源電流となるよう制御する。
【００４５】
さらに、制御回路４５は、第１のカレントトランス４６及び第２のカレントトランス４７の検知結果から、調理鍋３８の材質を判別する。図４において、複数の曲線は各種調理鍋を加熱した際の起動から安定動作時までの動作点を結んだものである。斜線網掛けを伴う直線は、各種調理鍋の材質を判別する境界線である。制御回路４５内部には図４の斜線網掛けを伴う直線に相当するデータを備えており、このデータと第１のカレントトランス４６及び第２のカレントトランス４７の検知結果との相関から、調理鍋３８の材質を判別する。このとき、調理鍋３８が磁性を持ち、導電率が低い金属製であると判別された場合には、共振電流が少なくなることが明らかであるために、第３のスイッチング素子４３は遮断させたままにする。
【００４６】
第１のスナバコンデンサ４０の機能は停止することになるが、第２のスナバコンデンサ４１は第３のスイッチング素子４３の動作に関係なく機能する。また、第２のスナバコンデンサ４１は、第１のスナバコンデンサ４０に比較して容量が小さいため、共振電流が少ない場合においても、充放電時間を短縮することができる。従って、共振電流が少ない場合は、スイッチング素子に短絡電流が起こるのを抑制し、共振電流が多い場合にはスイッチング素子に印可する電圧の立ち上がりを緩やかにして、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のスイッチング損失が抑制される。
【００４７】
また制御回路４５は、調理鍋３８の判別結果に関わらず、使用者による火力設定が低い場合などにおいて、第１のカレントトランス４６又は第２のカレントトランス４７の検知結果により、電源電流が少ない若しくは共振電流が少ないと判断すれば、同様に第３のスイッチング素子４３を遮断させたままとする。このときにおいても、第１のスナバコンデンサ４０は機能しないが、第２のスナバコンデンサ４１により、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のスイッチング損失が抑制される。
【００４８】
また、平滑コンデンサ３０の両端に印加される電圧波形は、図５に示すように、商用電源２８の周期の１／２の周期で変化し、その包絡線は電源２８を全波整流した波形とほぼ相似になる。つまり、平滑コンデンサ３０に周期的に電圧値が低下する脈流の直流電源が与えられ、その谷間部分で十分な共振が行われない期間が存在する。制御回路４５は、第２の電圧検出手段４９の検知結果により、平滑コンデンサ３０電圧が低く、共振電流が少ない場合には、第３のスイッチング素子４３を遮断する。
【００４９】
従って、周期的に、平滑コンデンサ３０電圧が高い期間は、第１のスナバコンデンサ４０の機能が働き、平滑コンデンサ３０電圧が低い期間では、第１のスナバコンデンサ４０の機能が停止し、第２のスナバコンデンサ４１のみ機能することで、共振電流が少ない場合は、スイッチング素子に短絡電流が起こるのを抑制し、共振電流が多い場合にはスイッチング素子に印可する電圧の立ち上がりを緩やかにして、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２のスイッチング損失が抑制される。
【００５０】
また、第１のスナバコンデンサ４０の電荷は、第３のスイッチング素子４３が導通されることにより、コイル４２を通して放電されるが、コイル４２の直流電流重畳インダクタンス特性ばらつきによって第１のスナバコンデンサ４０放電時間が左右されるため、第３のスイッチング素子４３導通時間をコイル４２特性ばらつきに合わせて決定する必要がある。導通時間が長ければ、本来第２のスイッチング素子３２に流れるべき共振電流が、第３のダイオード３９、コイル４２、第３のスイッチング素子４３に流れ込むため、これらの部品損失が増加する。
【００５１】
また、導通時間が短ければ、第１のスナバコンデンサ４０放電が十分でないために、第２のスイッチング素子３２遮断時において、第２のスイッチング素子３２電圧が第１のスナバコンデンサ４０電圧まで急激に上昇し、損失が増加する。しかしながら、第１の電圧検出手段４８により第１のスナバコンデンサ４０の放電状況を検知し、所定値以下の電圧になった場合に、制御回路４５によって第３のスイッチング素子４３を遮断することにより、コイル４２ばらつきによる影響を吸収することが可能であり、第３のスイッチング素子４３の導通時間の長短による損失増加を防止することが出来る。
【００５２】
また、図６は、第２のスイッチング素子３２遮断時における各部電圧電流波形を示したものである。第２のスイッチング素子３２が遮断された後、第１のスナバコンデンサ４０に充電されていき、第１のスナバコンデンサ４０及び第２のスイッチング素子３２電圧は緩やかに上昇する。このとき図６（ａ）に示すように、共振電流が大きければ第１のスナバコンデンサ４０充電期間は短くなるが、図６（ｂ）に示すように共振電流が少なければ充電期間が長くなる。第２のスイッチング素子３２遮断後の第１のスイッチング素子３１導通のタイミングは、第１のスナバコンデンサ４０充電が完了する（第２のスイッチング素子３２の高電位側端子が平滑コンデンサ３０の正極端子の電位に到達する）前であると、第１のスイッチング素子３１を通して第１のスナバコンデンサ４０への充電電流が急激に流れる（短絡電流が流れる）ため、第１のスイッチング素子３１の耐量を超え、破壊する可能性がある。
【００５３】
従って、第１のスイッチング素子３１の導通のタイミングは、第１のスナバコンデンサ４０充電完了後であることが望ましい。図６（ａ）に合わせた導通タイミングであると、図６（ｂ）の場合に導通タイミングが早すぎることになる。
【００５４】
しかしながら、制御回路４５は、第１のカレントトランス４６及び第２のカレントトランス４７の検知結果により、電源電流若しくは共振電流が比較的少ないと判断すれば、第３のスイッチング素子４３の制御は継続したまま、第１のスナバコンデンサ４０が十分充電する期間を推定し、第２のスイッチング素子３２遮断から第１のスイッチング素子３１駆動までの同時遮断期間を長くする。第１のスナバコンデンサ４０が充電完了してから第１のスイッチング素子３１を導通するため、共振電流が比較的少なく、第１のスナバコンデンサ４０充電期間が長くなる場合においても、スイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００５５】
以上のように、本実施例によれば、被加熱物である調理鍋３８を加熱する誘導加熱コイル３６と、共振コンデンサ４１と、２つのスイッチング素子３１、３２とを含むインバータを備え、スイッチング素子３２に並列に、整流素子であるダイオード３９と第１のスナバコンデンサ４０の直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、ダイオード３９を介して第１のスナバコンデンサ４０を充電するとともに、第２のスイッチング素子２２の電圧が低下（導通、あるいは逆並列に接続された第２のダイオード３５が導通時を含む）後所定のタイミングで第１のスナバコンデンサ４０の蓄積電荷を放電する放電制御手段５０（補助スイッチング素子である第３のスイッチング素子４３、コイル４２、及び第４のダイオードを含む）とを設けたことにより、第１のスナバコンデンサ４０が第３のダイオードを介して充電されると放電制御手段により放電しない限り、スナバコンデンサとしての機能を果たすことができなくなる。
【００５６】
従って、第１のスナバコンデンサの機能を働かせたり、その機能を禁止したりすることを、制御回路４８が放電制御手段５０を構成する第３のスイッチング素子４３を制御することで行うことができ、負荷変動あるいは入力電圧変動などの動作条件に対応して選択的に働かせ、誤動作防止、スイッチング損失の低減あるいは、ノイズの低減が可能となる。
【００５７】
また、放電制御手段５０は、コイル４２と補助スイッチング素子である第３のスイッチング素子４３の直列接続体を経路に含み第１のスナバコンデンサ４０の蓄積電荷を放電する第１の放電経路と、コイル４２と第３のスイッチング素子４３の接続点に陽極端子（アノード）が接続され平滑コンデンサ３０の正極端子（＋側）に陰極端子（カソード）が接続された第２の整流素子である第４のダイオード４４を経路とする第２の放電経路とを有し、第１のスナバコンデンサ４０の電荷を第３のスイッチング素子４３を導通して第１の放電経路で放電後、第３のスイッチング素子４３を遮断して、コイル４２に蓄積された磁気エネルギーを、第２の放電経路により平滑コンデンサ３０に放出することにより第１のスナバコンデンサ４０の蓄積電荷を放電するので、第３のスイッチング素子４３導通時に流れる電流がコイル４２で制限され、第３のスイッチング素子４３の損失を抑制する。
【００５８】
また、第３のスイッチング素子４３の遮断後において、第３のスイッチング素子４３の高電位側端子の電位が平滑コンデンサ３０の正極に到達すると、第４のダイオード４４が順方向にバイアスされ、平滑コンデンサ３０の電圧でクランプされ、第３のスイッチング素子４３に加わる電圧を抑制する。また、抵抗などで第３のスイッチング素子４３の電流を制限する場合の当該抵抗の発熱に比して、コイル４２の発熱を小さくできる。
【００５９】
また、制御回路４５は、被加熱物である調理鍋３８の材質を判別する判別手段を有し、前記判別手段の判別結果に応じて、放電制御手段５０を構成する第３のスイッチング素子４３を導通させるか又は遮断させるかを決定することにより、調理鍋３８の材質による影響で、スイッチング素子３２の遮断時に流れる共振電流が減少する場合には、放電制御手段５０の動作を停止して（第３のスイッチング素子４３を継続して遮断して）、第１のスナバコンデンサ４０の機能が働かないようにすることができる。
【００６０】
従って、第１のスイッチング素子４０の遮断時に電圧が立ち上がりやすくなり、第２のスイッチング素子３１の導通時に短絡電流が流れることを防止し、スイッチング損失やスイッチングノイズの増加を抑制することが可能となる。
【００６１】
また、整流器２９が全波整流器である場合には、平滑コンデンサ３０に脈流の直流電源が供給されることになるが、第２の電圧検出手段４９の検知結果を基に、脈流の直流電源の最小電圧となる位相近傍で、放電制御手段５０を動作（所定のタイミングで第１のスナバコンデンサ４０の放電動作を行う）又は停止（第３のスイッチング素子４３を継続して遮断）することにより、共振電流が少なく、スナバコンデンサへの充電が不十分となる電源位相で、放電制御手段５０の動作を停止し、第１のスナバコンデンサ４０の機能を停止することで、インバータ３３の脈流の谷間に対応する位相における第１のスイッチング素子３１の短絡電流の発生を防止しノイズ低減が可能となる。
【００６２】
また、一端が第２のスイッチング素子３２の高電位側端子（コレクタ）に、他端が平滑コンデンサ３０の負極側端子に接続された第２のスナバコンデンサを設けることにより、放電制御手段５０が停止している（第３のスイッチング素子４３が継続して遮断状態にある）場合においても、第１及び第２のスイッチング素子における遮断時のスイッチング損失を低減することが可能となる。
【００６３】
また、インバータ３３の出力の大きさを検出する出力検出手段４８または出力検知手段４９を有し、当該出力検出手段の検出結果に応じて、放電制御手段５０を動作させるか又は停止するかを決定することにより、例えば、共振電流が少ない場合、電源電流が少ない場合、第１のスイッチング素子３２の遮断時電流が少ない場合など、第１のスナバコンデンサ４０への充電が不十分となり、第１のスイッチング素子３１導通時に短絡電流が流れることで、スイッチング損失の増加が予測される場合においては、第１のスナバコンデンサ４０の機能を停止するよう、放電制御手段５０の機能を停止し、第１のスイッチング素子３１への短絡電流発生を防止し、短絡電流によるスイッチング損失を抑制することが可能となる。
【００６４】
また、放電制御手段５０の動作又は停止に応じて、平滑コンデンサ３０の両端に直列に接続された２つのスイッチング素子（高電位側の第１のスイッチング素子３１と低電位側の第２のスイッチング素子３２）が同時に遮断される期間を変化させることにより、共振電流が少なく、第１のスナバコンデンサ４０への充電に時間がかかる場合において、同時遮断期間を長くし、第１のスナバコンデンサ４０への充電が完了したと判断した時点でスイッチング素子を導通するよう制御することで、共振電流減少時でもスイッチング損失の低減、ノイズの低減が可能となる。
【００６５】
また、第１のスナバコンデンサ４０の電圧を検知する第１の電圧検知手段４０を有し、その検知電圧が所定値以下となった場合には、第３のスイッチング素子４３を遮断することにより、第３のスイッチング素子４３導通中に、第１のスナバコンデンサ４０が放電完了した後は、第３のスイッチング素子４３が導通しなくなり、本来第２のスイッチング素子３２に流れるべき共振電流が、第３のダイオード３９を通して第３のスイッチング素子４３にも流れるのを防止して、第１のダイオード、第３のスイッチング素子の損失が抑えられる。
【００６６】
なお、本実施例において、第２のスナバコンデンサ４１として、コンデンサを単体で使用した例をあげたが、これに限定されるものではなく、コンデンサに直列に電流制限抵抗が接続されたものなど、コンデンサを含み、充放電を行い、第１のスイッチング素子３１及び第２のスイッチング素子３２の電圧上昇を緩やかにする効果のある素子であれば同様の効果が得られる。
【００６７】
また、本実施例において、共振電流の大小を判断する際に、第１のカレントトランス４６による電源電流又は第２のカレントトランス４７による共振電流を検知する例を挙げたが、これに限定するものではなく、第１のスイッチング素子３１又は第２のスイッチング素子３２に流れる電流を検知して各スイッチング素子の遮断時の電流（遮断電流）を測定して行う、あるいは、誘導加熱コイル３６又は共振コンデンサ３７電圧の検知により行うなどによっても同様の効果が得られる。
【００６８】
また、平滑コンデンサ３０電圧の検知を行う例を挙げたが、これに限定されるものではなく、電源２８電圧の検知、電源２８位相の検知等でも同様の効果が得られる。
【００６９】
（実施例２）
次に本発明の第２の実施例について図７を参照しながら説明する。実施例１と同一部材については同一符合を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００７０】
図に示すように、本実施例の誘導加熱装置は、高周波インバータ３３の電源を昇圧する昇圧手段５２を有するとともに、制御手段５１は、第２のスイッチング素子３２ａの電圧を検知する電圧検知手段５３の検知情報を得ているものである。昇圧手段５２は、調理鍋３８が誘導加熱することが困難である非磁性で電気導電率が高い材質（例えば、アルミニウムや銅）で形成されている場合であっても、誘導加熱可能とすべく高周波インバータ３３の入力する電源（例えば交流２００Ｖ）の電圧を昇圧している。
【００７１】
また、制御手段５１は、第１のスイッチング素子２１に流れる電流を検知する電流検知手段４２より、その導通開始時における短絡電流（第１のスイッチング素子３１ａに順方向の電圧が印加した状態で導通する状態で第１のスナバコンデンサ４０の充電電流となる）に関する検知情報を得ているものである。
【００７２】
上記構成において、電圧検知手段５３によって、逆導通型の第２のスイッチング素子３２ａの電圧を検知しているので、インバータ３３の電源電圧である昇圧手段５２の出力電圧の低下を検知し、共振電流の減少を予測することが可能となる。このような場合においては、制御手段５１は、電圧検知手段５３からの信号に基づき、第３のスイッチング素子４３を遮断継続し、スナバコンデンサ４０の充電が不十分である場合に生じる第１のスイッチング素子３１ａのスイッチング損失増加を抑えることが出来る。なお、インバータ３３の電源電圧を測定する手段はこれに限定されるものではなく、例えば平滑コンデンサ３０の両端電圧を測定しても良い。
【００７３】
また、第２のスイッチング素子３２ａが遮断した時の遮断電流、すなわちその時点での共振電流が少ない場合においては、第１のスナバコンデンサ４０への充電が速やかに行うことが出来ない。このとき、第１のスナバコンデンサ４０とインバータ電源となる平滑コンデンサ３０に電圧差が生じたままで、第１のスイッチング素子３１ａが導通した場合、第１のスナバコンデンサ４０へ流れる短絡電流が、第１のスイッチング素子３１ａに流れ、そのままであるとスイッチング損失が増加する。
【００７４】
本実施例においては、第１のスイッチング素子３１ａを流れる短絡電流を電流検知手段５４で検知し、制御手段５１によって第３のスイッチング素子４３を遮断したままにする。従って、第１のスナバコンデンサ４０が放電する経路がなく、充電されたままとなって第１のスナバコンデンサ４０の機能が停止される。このように、第１のスナバコンデンサ４０の機能の有効、無効を選択して制御することが可能であるため、第１のスイッチング素子４０、及び第２のスイッチング素子３２ａの損失増加を抑えることが出来る。また、短絡電流が検知されなくなれば、例えば一定期間後に、再度前記第３のスイッチング素子４３を動作させ、第１のスナバコンデンサ４０の機能を有効とすればよい。
【００７５】
なお、本実施例においては、短絡電流検知を電流検知手段５４で行う例を挙げたが、第１のスイッチング素子３１ａに逆並列に接続されたダイオード、あるいは第１のスナバコンデンサ４０の電流を検知するもの、平滑コンデンサ３０と第１のスナバコンデンサ４０の電圧差を検知するもの、短絡電流が流れた際の急激なｄｉ／ｄｔと配線インピーダンスによって生じる同一ライン上での電圧差を検知するものなどで行っても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜１１に記載の発明によれば、スイッチング素子のスイッチング損失及びノイズを低減し、さらに大出力の誘導加熱装置を提供することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の回路図
【図２】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の各部電圧電流波形図
【図３】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の動作を示す要部回路図
【図４】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の各種調理鍋を加熱した際の起動から安定動作時までの動作点と、鍋種判別境界線をを示す図
【図５】 本発明の実施例１における誘導加熱装置の平滑コンデンサ電圧と電源電圧波形図
【図６】 （ａ）本発明の実施例１における誘導加熱装置の第２のスイッチング素子遮断電流大時の各部電圧電流波形図
（ｂ）本発明の実施例１における誘導加熱装置の第２のスイッチング素子遮断電流小時の各部電圧電流波形図
【図７】 本発明の実施例２における誘導加熱装置の回路図
【図８】 従来の誘導加熱装置の回路図
【図９】 従来の誘導加熱装置の各部電圧電流波形図
【図１０】 他の従来の誘導加熱装置の回路図
【符号の説明】
３１、３１ａ 第１のスイッチング素子
３２、３２ａ 第２のスイッチング素子
３３ インバータ
３９ 第３のダイオード（整流素子）
４０ 第１のスナバコンデンサ（スナバコンデンサ）
４１ 第２のスナバコンデンサ
４２ コイル（電流制限素子）
４３ 第３のスイッチング素子（補助スイッチング素子）
４４ 第４のダイオード（第２の整流素子）
４５ 制御回路
４６ 第１のカレントトランス（出力検出手段）
４７ 第２のカレントトランス（出力検出手段）
４８ 第１の電圧検出手段（出力検出手段）
４９ 第２の電圧検出手段（出力検出手段）
５０ 放電制御手段
５１ 制御手段
５２ 昇圧手段
５３ 電圧検知手段
５４ 電流検知手段
Claims (11)
- 被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、前記被加熱物の材質を判別する判別手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつに並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記被加熱物の導電率が低いと前記判別手段が判別した場合は、前記放電制御手段を停止する誘導加熱装置。
- 被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、共振コンデンサと、１つ以上のスイッチング素子とを含むインバータと、インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段と、前記スイッチング素子の少なくともひとつに並列に、整流素子とスナバコンデンサの直列接続体を含む充電経路を接続し、前記スイッチング素子の遮断時に、前記整流素子を介して前記スナバコンデンサを充電するとともに、前記スイッチング素子の電圧が低下後所定のタイミングで前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する放電制御手段とを備え、前記出力検出手段の検出結果により、前記スナバコンデンサへの充電が不十分となり、前記スイッチング素子導通時に短絡電流が流れることが予測される場合においては、前記スナバコンデンサ機能を停止するよう、前記放電制御手段の機能を停止する誘導加熱装置。
- 放電制御手段は、コイルと補助スイッチング素子の直列接続体を経路に含みスナバコンデンサの蓄積電荷を放電する第１の放電経路と、前記コイルと前記補助スイッチング素子の接続点に陽極端子が接続され平滑コンデンサの正極端子に陰極端子が接続された第２の整流素子を経路とする第２の放電経路とを有し、前記スナバコンデンサの電荷を前記補助スイッチング素子を導通して前記第１の放電経路で放電後、前記補助スイッチング素子を遮断して、前記コイルに蓄積された磁気エネルギーを、前記第２の放電経路により前記平滑コンデンサに放出することにより前記スナバコンデンサの蓄積電荷を放電する請求項１または２記載の誘導加熱装置。
- 一端がスイッチング素子の一端に、他端が平滑コンデンサの一端に接続された他のスナバコンデンサを設けることを特徴とした請求項１〜３いずれか１項記載の誘導加熱装置。
- 放電制御手段の動作又は停止に応じて、平滑コンデンサの両端に直列に接続された２つのスイッチング素子の同時に遮断される期間を変化させることを特徴とした請求項１〜４いずれか１項記載の誘導加熱装置。
- 電源と、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、電源からの入力電流を検知する第１電流検知手段と、前記誘導加熱コイルの電流を検知する第２電流検知手段とを備え、前記第１電流検知手段と前記第２電流検知手段の検知結果に基づき被加熱物の材質を判別し、前記被加熱物が導電率の低い金属であると判断した場合には、前記第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにした誘導加熱装置。
- 平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、さらに、スナバコンデンサの電圧を検知する電圧検知手段を有し、その検知電圧が所定値以下となった場合には、第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにした誘導加熱装置。
- 電源と、平滑コンデンサ間に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の直列接続体、誘導加熱コイル、共振コンデンサ、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の整流素子とスナバコンデンサの直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体、及び前記スナバコンデンサに並列接続された電流制限素子と第３のスイッチング素子の直列接続体とを備え、前記整流素子と前記スナバコンデンサが並列接続された側の前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の導通期間中またはその両端に印加する電圧の低下期間中に、前記第３のスイッチング素子を導通し、スナバコンデンサの電荷を放電するようにした誘導加熱装置であって、
さらに、電源からの入力電流を検知し、所定値以下の入力電流となった場合には第３のスイッチング素子を遮断することにより、前記スナバコンデンサの機能を停止するようにした誘導加熱装置。 - 電流制限素子をコイルとするとともに、前記コイルと第３のスイッチング素子の接続点側に陽極端子を、平滑コンデンサの正極側端子側に陰極を接続して、前記コイルの蓄積エネルギーを前記平滑コンデンサに放出させる第２の整流素子を具備する請求項６〜８に記載の誘導加熱装置。
- 第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子に並列に第２のスナバコンデンサを接続した請求項６〜９のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
- スナバコンデンサの充電時間に応じて、第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子の一方の遮断から、他方のスイッチング素子導通までの期間を変更する請求項６〜１０のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
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