JP4310292B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents
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Description
IGBT103がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると共振電流ILの極性が負から正に変わり、平滑コンデンサ115からIGBT103、加熱コイル111、共振コンデンサ112の経路で共振電流ILが流れる。
次にIGBT103がターンオフすると、共振電流ILは正の極性を有しており、この電流は上アームのスナバコンデンサ109を充電、下アームのスナバコンデンサ110を放電し、d点の電圧Vdは徐々に低下する。その後、ダイオード106に順方向の電圧が印加されると共振電流ILは環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、ダイオード106の経路で流れ続ける。
次にIGBT104がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流ILの極性が正から負に変わり、共振コンデンサ112、加熱コイル111、IGBT104の経路で共振電流ILが流れる。このとき、IGBT104はダイオード106に電流が流れている期間中にゲート電圧をオンにしておくため、スイッチング損失の発生しないZCS(ゼロ電流スイッチング)、ZVS(ゼロボルトスイッチング)ターンオンが実現する。
次にIGBT104がターンオフすると、共振電流ILは負の極性を有しており、この電流は下アームのスナバコンデンサ110を充電、上アームのスナバコンデンサ109を放電し、d点の電圧Vdは徐々に上昇する。その後、ダイオード105に順方向の電圧が印加されると共振電流ILは環流電流として加熱コイル111、ダイオード105、平滑コンデンサ115の経路で流れ続ける。
IGBT103がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると共振電流ILの極性が負から正に変わり、平滑コンデンサ115からIGBT103、加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114の経路で共振電流ILが流れる。
次にIGBT103がターンオフすると、共振電流ILは正の極性を有しており、この電流は上アームのスナバコンデンサ109を充電、下アームのスナバコンデンサ110を放電し、d点の電圧Vdは徐々に低下する。その後、ダイオード106に順方向の電圧が印加されると共振電流ILは環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114、ダイオード106の経路で流れ続ける。
次にIGBT104がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流ILの極性が正から負に変わり、共振コンデンサ112、113、リレー114、加熱コイル111、IGBT104の経路で共振電流ILが流れる。さらに電源回路101からチョークコイル102、リレー108を介してIGBT104に電流IL102が流れ、チョークコイル102にエネルギーを蓄積する。このため、IGBT104には共振電流ILと入力電流が足し合わされた電流が流れることになる。このとき、IGBT104はダイオード106に電流が流れている期間中にゲート電圧をオンにしておくため、スイッチング損失の発生しないZCS、ZVSターンオンが実現する。
次にIGBT104がターンオフすると、共振電流ILは負の極性を有しており、この電流は下アームのスナバコンデンサ110を充電、上アームのスナバコンデンサ109を放電し、d点の電圧Vdは徐々に上昇する。その後、ダイオード105に順方向の電圧が印加されると共振電流ILは環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114、平滑コンデンサ115の経路で流れ続ける。さらにチョークコイル102の蓄積エネルギーがダイオード105、平滑コンデンサ115、電源回路101の経路に電流が流れ平滑コンデンサ115の電圧が電源回路101の電圧より上昇する。このときの昇圧電圧はIGBT104のdutyにより決定され、(数1)式のよう
に表される。
Claims (9)
- 直流電圧を供給する直流電源と、
該直流電源の正極端子に接続される第1のインダクタと、
該第1のインダクタの端子に接続される第1のスイッチと、
前記第1のインダクタの端子に前記第1のスイッチに並列に接続される第2のスイッチと、
前記第1のスイッチと前記第2のスイッチの端子間に接続され、第1の半導体スイッチング素子と該第1の半導体スイッチング素子に逆並列に接続された第1のダイオードで構成される上アームと、
前記第2のスイッチと前記直流電源の負極端子間に接続され、第2の半導体スイッチング素子と該第2の半導体スイッチング素子に逆並列に接続された第2のダイオードで構成される下アームと、
直列に接続した前記上アームと下アームを含み、直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータと、
前記上アームと前記下アーム間の出力端子から供給される交流電圧を用いて被加熱物を誘導加熱する共振負荷回路と、
前記インバータと並列に前記直流電源に接続される平滑コンデンサと、
を備えた誘導加熱装置であって、
アルミまたは銅を誘導加熱するときには、前記第1のスイッチをオンするとともに前記第2のスイッチをオフし、
鉄またはステンレスを誘導加熱するときには、前記第1のスイッチをオフするとともに前記第2のスイッチをオンすることを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1に記載の誘導加熱装置において、
前記共振負荷回路は、
前記上アームと下アーム間の出力端子に加熱コイルと第1の共振コンデンサを直列に接続した第1の共振負荷回路と、
前記上アームと下アーム間の出力端子に前記加熱コイルと第2の共振コンデンサと第3のスイッチを直列に接続した第2の共振負荷回路と、
を含み、
アルミまたは銅を誘導加熱するときには、前記第3のスイッチをオフし前記第1の共振負荷回路を用いて誘導加熱し、
鉄またはステンレスを誘導加熱するときには、前記第3のスイッチをオンし前記第2の共振負荷回路を用いて誘導加熱することを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項2に記載の誘導加熱装置において、
前記第1のスイッチに代え、アノード端子を前記第1のインダクタに接続し、カソード端子を前記上アームに接続した第3のダイオードを用いることを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1に記載の誘導加熱装置において、
前記直流電源は、商用交流電源を整流する整流回路と、該整流回路からの出力に基づいて任意の直流電圧を生成する第1の電源回路で構成され、
該第1の電源回路は、前記整流回路の正負極端子間に、第2のインダクタと第3の半導体スイッチング素子の直列回路と、前記第2のインダクタと第4のダイオードと第1のコンデンサの直列回路を有しており、
前記第4のダイオードのアノード端子は前記第2のインダクタに接続されており、カソード端子は前記第1のコンデンサに接続されており、
前記第3の半導体スイッチング素子のオン時間デューティを変化させて任意の直流電圧を前記第1のコンデンサの両端から供給することを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項4に記載の誘導加熱装置において、
前記第1の電源回路からの出力に基づいて任意の直流電圧を生成する第2の電源回路を備え、
該第2の電源回路は、前記第1の電源回路の正負極端子間に、第4の半導体スイッチング素子と第5のダイオードの直列回路と、前記第4の半導体スイッチング素子と第3のインダクタと第2のコンデンサの直列回路を有しており、
前記第5のダイオードのアノード端子は前記第1のコンデンサの負極端子に接続されており、カソード端子は前記第4の半導体スイッチング素子および前記第3のインダクタに接続されており、
前記第4の半導体スイッチング素子のオン時間デューティを変化させて任意の直流電圧を前記第2のコンデンサの両端から供給することを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1に記載の誘導加熱装置において、
前記インバータに使われる前記第1の半導体スイッチング素子、第2の半導体スイッチング素子、第1のダイオード、第2のダイオードがSiCデバイスであることを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1に記載の誘導加熱装置において、
前記第1の半導体スイッチング素子に並列な第1のスナバコンデンサと、
前記第2の半導体スイッチング素子に並列な第2のスナバコンデンサと、
を更に備えることを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項7に記載の誘導加熱装置において、
前記上下アームから前記第2のスナバコンデンサを切り離す第5の半導体スイッチング素子を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1に記載の誘導加熱装置において、
前記誘導加熱装置のトッププレート下部に、ロースターを配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
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