JP4363315B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

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Description

本発明は、加熱シーケンスを実行していない待機状態に消費電力を低減するようにした誘導加熱装置に関するものである。
従来、この種の誘導加熱装置は図3に示すように構成していた(例えば、特許文献1参照)。以下、その構成について説明する。
図3に示すように、回路基板20は、直流電源回路22と、負荷部品の駆動回路28と、起動スイッチ29と、電源制御回路30と、マイコン34からなる制御部を備えている。
直流電源回路22は、交流電源21に直列に接続されて交流電流を整流するダイオード23と、このダイオード23に直列に接続されて平滑した直流高電圧を形成する電解コンデンサ26と、降圧型チョッパー方式の周知の方法により降圧させて直流低電圧を得るスイッチング電源回路25と、直流低電圧を安定化させる電解コンデンサ27とで構成している。
起動スイッチ29は、両端をスイッチング電源回路25に接続し、この直流電源回路22のスイッチング動作を起動するもので、非動作時は電流の通電を遮断する常開スイッチで構成している。
電源制御回路30は、直流電源回路22からの電力の出力状態を維持または停止するもので、スイッチング素子であるトランジスタ31を備えている。このトランジスタ31は、エミッタとコレクタを起動スイッチ29と並列に接続し、ベースを抵抗32を介してマイコン34に接続するとともに、抵抗33を介してエミッタ側と接続している。
この構成において、マイコン34は、すべての負荷部品が非動作中であると判断すると、電源制御回路30を介して、直流電源回路22からの電力の出力を停止する。これにより、待機中の消費電力を低減することができる。
特開2000−287837号公報
しかしながら、このような従来の構成では、直流電源回路22からの出力を停止しているときには、駆動回路28には、電源電流の供給が停止されているため、その内部電位が不安定になり、外部からのノイズにより駆動回路28の出力が誤出力され、負荷部品がご動作するという問題を有していた。特に、負荷部品の内でも、誘導加熱電流を導通、遮断する通電制御素子が誤動作した場合、この通電制御素子は1ミリ秒以内に短絡し、破壊してしまうという問題を有していた。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、外部からのノイズによる誤動作耐量を損ねることなく、待機電力を低減できる誘導加熱装置を提供することを目的としている。
本発明は上記目的を達成するために、加熱装置本体内に収納される鍋の底部をコイルにより誘導加熱し、コイルに流れる電流を制御する通電制御素子をドライブ回路によりドラ
イブし、制御手段により操作部で指定された加熱シーケンスにしたがって鍋を加熱するためドライブ回路にオン信号を出力し、ドライブ回路に第1の電源回路より電源電流を供給するとともに、第1の電源回路より電流を供給される第2の電源回路により電圧を降圧して操作部や制御手段等に電源電流を供給し、電源電圧変更手段により第1の電源回路の出力電圧を切り替えるよう構成し、電源電圧変更手段は、加熱シーケンスを実行していない待機状態にて、第1の電源回路の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値からそれより低く設定し、かつ、前記ドライブ回路がその出力をグランドレベルに固定できる第2の電圧設定値に切り替えるよう構成したものである。
これにより、待機状態において、第1の電源回路の出力電圧を第1の電圧設定値より低い第2の電圧設定値とすることができ、電源電圧が下がったことにより、ドライブ回路の消費電流を低減でき、ひいては、全体の待機電力を抑えることができる。この状態では、ドライブ回路に電源電流が通電されているため、通電制御素子のトリガ端子は電位が安定し、外部からのノイズによる誤動作耐量を損ねることがなくなる。
本発明の誘導加熱装置は、待機状態において、第1の電源回路の出力電圧を低下させることにより、安価で、かつ外来ノイズ耐量を下げることなく、待機電力を低減することができる。
第1の発明は、加熱装置本体内に収納される鍋と、この鍋の底部を誘導加熱するコイルと、このコイルに流れる電流を制御する通電制御素子と、この通電制御素子をドライブするドライブ回路と、操作部と、この操作部で指定された加熱シーケンスにしたがって前記鍋を加熱するため前記ドライブ回路にオン信号を出力する制御手段と、前記ドライブ回路に電源電流を供給する第1の電源回路と、前記第1の電源回路より電流を供給され電圧を降圧して前記操作部や制御手段等に電源電流を供給する第2の電源回路と、前記第1の電源回路の出力電圧を切り替える電源電圧変更手段とを備え、前記電源電圧変更手段は、加熱シーケンスを実行していない待機状態にて、前記第1の電源回路の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値からそれより低く設定し、かつ、前記ドライブ回路がその出力をグランドレベルに固定できる第2の電圧設定値に切り替えるよう構成したものであり、待機状態において、第1の電源回路の出力電圧を第1の電圧設定値より低い第2の電圧設定値とすることができ、電源電圧が下がったことにより、ドライブ回路の消費電流を低減でき、ひいては、全体の待機電力を抑えることができる。この状態では、ドライブ回路に電源電流が通電されているため、通電制御素子のトリガ端子は電位が安定し、外部からのノイズによる誤動作耐量を損ねることがなくなる。
第2の発明は、上記第1の発明において、加熱シーケンスを実行していない待機状態の開始からの経過時間を計時する計時手段を備え、電源電圧変更手段は、前記計時手段の計時時間が設定値を超過したとき、第1の電源回路の出力電圧を第1の電圧設定値からそれより低く設定した第2の電圧設定値に切り替えるよう構成したものであり、待機状態開始後の経過時間が計時手段の設定値を超過したとき、第1の電源回路の出力電圧を第1の電圧設定値より低い第2の電圧設定値とし、電源電圧が下げることにより、ドライブ回路の消費電流を低減でき、ひいては、全体の待機電力を抑えることができる。この状態では、ドライブ回路に電源電流が通電されているため、通電制御素子のトリガ端子は電位が安定し、外部からのノイズによる誤動作耐量を損ねることがなくなる。
第3の発明は、上記第1の発明において、待機中に、利用者が操作部にて操作を行った場合、第1の電源回路の出力電圧の設定値を第2の電圧設定値から第1の電圧設定値に戻すウェイクアップ手段を付加したものであり、利用者の操作に呼応して鳴動するブザーや
点灯するLED等、第1の電源回路より電源供給を受ける消費電力の大きな素子の駆動に備えることができる。
第4の発明は、上記第2の発明において、待機中、かつ、第1の電源回路の出力電圧が第2の電圧設定値となった後に、利用者が操作部にて操作を行った場合、前記第1の電源回路の出力電圧の設定値を第2の出力電圧設定値から第1の出力電圧設定値に戻すウェイクアップ手段を付加したものであり、利用者の操作に呼応して鳴動するブザーや点灯するLED等、第1の電源回路より電源供給を受ける、消費電力の大きな素子の駆動に備えることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における誘導加熱装置の一部ブロック化した回路図である。
図1に示すように、鍋1は加熱装置本体(図示せず)内に収納され、この鍋1の底部をコイル2により誘導加熱にて加熱する。コイル2に並列に共振用コンデンサ3を接続している。インバータ電源部4は、商用電源41より電流を供給され、ダイオードブリッジ42にて全波整流し、コンデンサ43にて平滑化された直流をコイル2に供給する。通電制御素子5は、コイル2に流れる電流を制御するもので、通電制御素子5に並列に還流ダイオード6を接続している。
ドライブ回路7は、通電制御素子5のトリガ端子51に規定の電圧の駆動信号を出力し通電制御素子5を導通させる。マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)8は、内部に搭載されたメモリ81に格納されたシーケンスに従い加熱を制御するものであり、操作部9は、スイッチ91や抵抗92により構成し、スイッチ91のオン・オフをマイコン8に入力している。マイコン周辺回路10は、ブザー101やLED102などより構成している。
制御手段11は、マイコン8に内蔵され、ドライブ回路7にオン・オフ信号を出力している。第1の電源回路12は、ドライブ回路7やマイコン周辺回路10に電源電流を供給し、第2の電源回路13は、第1の電源回路12より電流の供給を受け、降圧してマイコン8や操作部9に電源電流を供給するようにしている。
ドライブ回路7は、通電制御素子5をドライブするもので、トランジスタ701〜704と抵抗で構成し、制御手段11がハイ信号を出力すると、トランジスタ701がオンし、トランジスタ702はベースがトランジスタ701のコレクタに接続されており、トランジスタ701のオンに伴いベース電位が下がるためにオフする。これにより、トランジスタ702のコレクタ、つまり、トランジスタ703の電位が上昇し、トランジスタ703が導通し、通電制御素子5のトリガ端子51に電流が供給され、トリガ端子51の電位が上昇して、通電制御素子5を導通させる。
制御手段11がロー信号を出力するときは、トランジスタ701〜704の動作は逆になり、トランジスタ704はオンして、通電制御素子5のトリガ端子51より電流を吸出し、トリガ端子51の電位はグランドレベルに保たれて、通電制御素子5はオフを維持する。トランジスタ704がオンを維持することにより、通電制御素子5のトリガ端子51の電位はグランドレベルに保たれているので、外来ノイズにより、通電制御素子5が誤点弧することはない。
第1の電源回路12は、ダイオード121、抵抗122により、商用電源41の半波整流を行い、電解コンデンサ123を充電する。電源HIC124は、電解コンデンサ123の電荷を内部の半導体によりスイッチングし、コイル125、還流ダイオード126により共振させ、電解コンデンサ127にて平滑化する。
ツェナーダイオード128、フォトカプラ129は、この電源電圧のフィードバック回路であり、第1の電源回路12の出力電圧がツェナーダイオード128のツェナー電圧と、フォトカプラ129の内蔵発光ダイオード順電圧の規定値より高いとき、フォトカプラ129の内蔵発光ダイオードは発光し、同じくパッケージ内に内蔵されているフォトトランジスタを導通させ、電源HIC124内部の半導体のスイッチングが停止し、コイル125への電流の供給が停止され、電解コンデンサ127の電荷が消費されるに従い、第1の電源回路12の出力電圧は低下する。
逆に、第1の電源回路12の出力電圧がツェナーダイオード128のツェナー電圧と、フォトカプラ129の内蔵発光ダイオード順電圧の規定値より低いとき、フォトカプラ129の内蔵発光ダイオードは発光せず、同じくパッケージ内に内蔵されているフォトトランジスタは導通せず、電源HIC124は、内部の半導体のスイッチングを継続し、コイル125、還流ダイオード126の共振により、電解コンデンサ127には電荷が充電されて、第1の電源回路12の出力電圧は上昇する。
第1の電源回路12の出力電圧は、通電制御素子5のトリガ端子51の特性に合わせる必要があり、ここでは20Vとなっている。
第1の電源回路12による電源は、この図においては、“V”120にて示しており、ドライブ回路7、マイコン周辺回路10、第2の電源回路13に、接続され、電源電流を供給している。
第2の電源回路13は、トランジスタ131、抵抗132、ツェナーダイオード133によりドロップ型の定電圧回路を構成しており、第1の電源回路12から供給された20Vを5Vに降圧し電解コンデンサ134を充電する。
第2の電源回路13は、この図においては、その出力を“VDD”130にて示しており、第1の電源回路12より電流の供給を受け、マイコン8や操作部9に5Vの電源電流を供給している。
第2の電源回路13は、商用電源41より直接電流を供給されるのではなく、第1の電源回路12にて、20Vに降圧した直流を供給されることにより、降圧に伴う発熱の抑制と、絶縁距離の緩和を行いコンパクトな配置としている。
電源電圧変更手段14は、第1の電源回路12の出力電圧を切り替えるもので、加熱シーケンスを実行していない待機状態にて、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値からそれより低く設定した第2の電圧設定値に切り替えるよう構成している。すなわち、ツェナーダイオード128、ツェナーダイオード141、トランジスタ142は電圧設定部であり、加熱シーケンス中の第1の電源回路12の出力電圧の設定値が第1の電圧設定値の場合は、トランジスタ142をオフさせ、ツェナーダイオード128、ツェナーダイオード141を直列接続の状態で、電源HIC124の電圧フィードバックループに挿入する。
加熱シーケンスを実行していない待機状態にて、第2の電圧設定値に切り替える場合は
、トランジスタ142をオンさせ、ツェナーダイオード141の両端をショートし、電源HIC124のフィードバックループには、ツェナーダイオード128のみが挿入される。本実施の形態では、第1の電圧設定値は20V、第2の電圧設定値は10Vとなるように、ツェナーダイオード128、ツェナーダイオード141を選定している。
第1の電源回路12の出力電圧の設定値を、第1の電圧設定値から第2の電圧設定値に切り替えた直後には、電荷の消費に時間がかかり、電解コンデンサ127の両端電圧は、第1の電圧設定値である20Vで、元々10V程度の定格電圧であるツェナーダイオード128には、過電流が流れる恐れがある。これを防止するために、抵抗143をトランジスタ142のコレクタに挿入している。
電源電圧変更機能144は、マイコン8内において、誘導加熱装置の状況に応じ、第1の電源回路12の出力電圧の設定値切り替えのため、トランジスタ142にオン・オフ信号を出力する機能である。
この電源電圧変更機能144の出力は、第1の電圧設定値に対応したローと、第2の電圧設定値に対応したハイインピーダンスの2通りであり、ロー出力のとき、トランジスタ142はオフ、ハイインピーダンス出力のとき、トランジスタ142は、抵抗145から供給される電流にてオンする。加熱シーケンス実効中等、待機以外の状態では、電源電圧変更機能144はローを出力している。
計時手段15は、誘導加熱装置が加熱シーケンスを終了し、待機状態になってからの経過時間を計時するものであり、ウェイクアップ手段16は、待機中に、利用者が操作部9にて操作を行った場合、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第2の電圧設定値から第1の電圧設定値に戻すものであり、これらの詳細は後述する。
上記構成において動作、作用を説明する。利用者が操作部9のスイッチ91を押し、加熱シーケンスをスタートさせると、マイコン8は、メモリ81に搭載されたシーケンスに従い、マイコン8に内蔵された制御手段11より、ドライブ回路7にハイ信号を出力し、これを受けてドライブ回路7は、通電制御素子5のトリガ端子51に駆動信号を出力し、通電制御素子5を導通して、コイル2に通電され、鍋1を誘導加熱する。
ここで、加熱シーケンスを実行していない待機状態では、電源電圧変更機能144はハイを出力し、電源電圧変更手段14を構成するトランジスタ142をオンにし、ツェナーダイオード141の両端をショートし、電源HIC124のフィードバックループには、ツェナーダイオード128のみが挿入されることになり、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値(20V)からそれより低く設定した第2の電圧設定値(10V)に切り替える。これにより、ドライブ回路7の消費電流を低減できる。
また、マイコン周辺回路10を構成するLED101やブザー102は、第1の電源回路12より電源電流を供給されており、第1の電源回路12の電圧設定値が第2の電圧設定値である10Vでは、正常に動作しない。このため、全体の待機電力を抑えることができる。
本実施の形態では、待機状態での待機電力低減状態における、第1の電源回路12の出力電圧を10V(第2の電圧設定値)と設定したが、これは、第2の電源回路13の出力電圧である5Vに対して、充分な余裕のある値であり、第2の電源回路13の抵抗132には、充分な電流が流れ、トランジスタ131のベースとツェナーダイオード133には充分な電流が流れ、第2の電源回路13の出力電圧5Vは、充分な安定性と電流供給能力を持っている。
このため、第2の電源回路13に接続された、マイコン周辺回路9の回路は、待機状態における待機電力低減状態において、第1の電源回路12の出力電圧が、第2の電圧設定値である10Vとなっているときでも、誤動作の恐れがない。
また、ドライブ回路7では、第1の電源回路12の出力電圧が第2の電圧設定値である10Vとなっているときでも、各トランジスタ701〜704は、正常にオン・オフ状態を維持している。
通電制御素子5のトリガ端子51接続されたトランジスタ704も、オン状態を維持してトリガ端子51をグランドレベルに固定しており、もし仮に、外部よりノイズが浸入しても、通電制御素子5は、誤点弧することはない。
なお、第1の電源回路の第2の電圧設定値を、第2の電源回路13の出力電圧である5V以下の値である4Vとした場合も、第2の電源回路13を構成する抵抗132には電流が流れ、一方、ツェナーダイオード133には、ツェナー電圧以下で電流が流れないことにより、トランジスタ131のべース電流は確保でき、第2の電源回路13の出力電圧は3.5V程度となって、マイコン8やマイコン周辺回路9は、動作状態を維持することができる。
ドライブ回路7でも、電源として4Vが供給されているため、上記のように、通電制御素子5のトリガ端子51に接続されたトランジスタ704も、オン状態を維持し、トリガ端子51をグランドレベルに固定しており、もし仮に、外部よりノイズが浸入しても、通電制御素子5は、誤点弧することはない。
また、この状態では、第1の電源回路12、第2の電源回路13の出力電圧が、上記実施の形態に比べも、より一層下がることにより、待機電力は更に低い値となる。
以上のように、本実施の形態においては、電源電圧変更手段14は、加熱シーケンスを実行していない待機状態にて、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値(20V)からそれより低く設定した第2の電圧設定値(10V)に切り替えるよう構成したので、待機状態において、第1の電源回路12の出力電圧が下がったことにより、ドライブ回路7の消費電流を低減でき、ひいては、全体の待機電力を抑えることができる。この状態では、ドライブ回路7に電源電流が通電されているため、通電制御素子5のトリガ端子51は電位が安定し、外部からのノイズによる誤動作耐量を損ねることがなくなる。
(実施の形態2)
図1に示す計時手段15は、誘導加熱装置が加熱シーケンスを終了し、待機状態になってからの経過時間を計時するものであり、電源電圧変更手段14は、計時手段15の計時時間が設定値を超過したとき、第1の電源回路12の出力電圧を第1の電圧設定値からそれより低く設定した第2の電圧設定値に切り替えるよう構成している。他の構成は上記実施の形態1と同じである。
上記構成において図2を参照しながら動作、作用を説明する。なお、鍋1を誘導加熱する動作は上記実施の形態1と同じであるので説明を省略する。
図2のステップ150にて計時時間を0にリセットし、ステップ151にて待機状態かどうかを判定し、待機状態でなければステップ150へ戻り、計時時間を0にリセットしつづける。ステップ15で待機状態の場合、ステップ152へ進み計時を行う。ステップ
153にて計時時間が設定時間Tを超過すると、ステップ154にて電源電圧変更機能144に信号を出力し、電源電圧変更機能144は、電源電圧変更手段14を構成するトランジスタ142をオンにし、上記実施の形態1と同様に、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値(20V)からそれより低く設定した第2の電圧設定値(10V)に切り替える。これにより、ドライブ回路7の消費電流を低減でき、ひいては、全体の待機電力を抑えることができる。
以上のように、本実施の形態においては、電源電圧変更手段14は、計時手段15の計時時間が設定値を超過したとき、第1の電源回路12の出力電圧を第1の電圧設定値からそれより低く設定した第2の電圧設定値に切り替えるよう構成したので、待機状態開始後の経過時間が計時手段15の設定値を超過したとき、第1の電源回路12の出力電圧を第1の電圧設定値より低い第2の電圧設定値とし、電源電圧が下げることにより、ドライブ回路7の消費電流を低減でき、ひいては、全体の待機電力を抑えることができる。この状態では、ドライブ回路7に電源電流が通電されているため、通電制御素子5のトリガ端子51は電位が安定し、外部からのノイズによる誤動作耐量を損ねることがなくなる。
(実施の形態3)
図1に示すウェイクアップ手段16は、待機中に、利用者が操作部9にて操作を行った場合、電源電圧変更機能144に信号を出力し、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第2の電圧設定値から第1の電圧設定値に戻すようにしている。他の構成は上記実施の形態1と同じである。
上記構成において動作、作用を説明する。なお、鍋1を誘導加熱する動作は上記実施の形態1と同じであるので説明を省略する。
第1の電源回路12の出力電圧の設定値が待機電力低減状態に入り第2の電圧設定値である状態で、利用者が操作部9のスイッチ91を押した場合、それを検知して、電源電圧変更機能144に信号を出力し、電源電圧変更機能144は、トランジスタ142にローを出力し、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値である20Vに切り替える。
スイッチ91の操作直後に、ウェイクアップ手段16より信号を受けた電源電圧変更機能144が第1の電源回路12の出力電圧設定値を、第1の電圧設定値である20Vに戻すことにより、スイッチ91の操作終了直後に発生するLED101の点灯やブザー102の鳴動が、その点灯・鳴動直後より、正常動作できる。
なお、本実施の形態では、ウェイクアップ手段16は、待機中に、利用者が操作部9にて操作を行った場合、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第2の電圧設定値から第1の電圧設定値に戻すようにしているが、待機中、かつ、第1の電源回路12の出力電圧が第2の電圧設定値となった後に、利用者が操作部9にて操作を行った場合、第1の電源回路12の出力電圧の設定値を第2の出力電圧設定値から第1の出力電圧設定値に戻すようにしてもよく、同様の作用、効果を得ることができる。
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、待機状態において、第1の電源回路の出力電圧を低下させることにより、安価で、かつ外来ノイズ耐量を下げることなく、待機電力を低減することができるので、加熱シーケンスを実行していない待機状態に消費電力を低減するようにした誘導加熱装置として有用である。
本発明の実施の形態1における誘導加熱装置の一部ブロック化した回路図 本発明の実施の形態2における誘導加熱装置の要部動作フローチャート 従来の誘導加熱装置の一部ブロック化した回路図
1 鍋
2 コイル
5 通電制御素子
7 ドライブ回路
9 操作部
11 制御手段
12 第1の電源回路
13 第2の電源回路
14 電源電圧変更手段

Claims (4)

  1. 加熱装置本体内に収納される鍋と、この鍋の底部を誘導加熱するコイルと、このコイルに流れる電流を制御する通電制御素子と、この通電制御素子をドライブするドライブ回路と、操作部と、この操作部で指定された加熱シーケンスにしたがって前記鍋を加熱するため前記ドライブ回路にオン信号を出力する制御手段と、前記ドライブ回路に電源電流を供給する第1の電源回路と、前記第1の電源回路より電流を供給され電圧を降圧して前記操作部や制御手段等に電源電流を供給する第2の電源回路と、前記第1の電源回路の出力電圧を切り替える電源電圧変更手段とを備え、前記電源電圧変更手段は、加熱シーケンスを実行していない待機状態にて、前記第1の電源回路の出力電圧の設定値を第1の電圧設定値からそれより低く設定し、かつ、前記ドライブ回路がその出力をグランドレベルに固定できる第2の電圧設定値に切り替えるよう構成した誘導加熱装置。
  2. 加熱シーケンスを実行していない待機状態の開始からの経過時間を計時する計時手段を備え、電源電圧変更手段は、前記計時手段の計時時間が設定値を超過したとき、第1の電源回路の出力電圧を第1の電圧設定値からそれより低く設定した第2の電圧設定値に切り替えるよう構成した請求項1記載の誘導加熱装置。
  3. 待機中に、利用者が操作部にて操作を行った場合、第1の電源回路の出力電圧の設定値を第2の電圧設定値から第1の電圧設定値に戻すウェイクアップ手段を付加した請求項1記載の誘導加熱装置。
  4. 待機中、かつ、第1の電源回路の出力電圧が第2の電圧設定値となった後に、利用者が操作部にて操作を行った場合、前記第1の電源回路の出力電圧の設定値を第2の出力電圧設定値から第1の出力電圧設定値に戻すウェイクアップ手段を付加した請求項2記載の誘導加熱装置。
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