JP4479511B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子レンジなどのようにマグネトロンを用いた高周波加熱装置に関するものであり、特にはマグネトロン駆動用電源に供給される商用電源電流の高調波歪を抑制する制御方式に関するものである。

高周波加熱装置に搭載されている従来の電源は重たくて、かつ大きいものであったので、その小型、軽量化が望まれてきた。このため、電源のスイッチング化による小型、軽量、低コスト化が現在の様々な分野で積極的に進められてきた。マグネトロンで発生される
マイクロ波により食品を調理する高周波加熱装置では、マグネトロンを駆動するための電源の小型化、軽量化が要求され、スイッチング化されたインバータ回路により実現された。

このうち、特に、本発明が対象としている高周波インバータ回路は、２石でブリッジのアームを構成したスイッチング素子を用いた共振型回路方式のものである（例えば、特許文献１参照）。

上記スイッチング化は、マグネトロンが非線形負荷であることと相まって、マグネトロン駆動用電源に供給される商用電源の電流波形は高調波成分を多く含む波形になるという課題が残されている。

また一方、上記高調波成分の絶対値は、電子レンジの調理時間短縮の要求を満足するためのマグネトロン駆動用電源の消費電力増加に伴い高くなり、電源高調波電流抑制をより困難にしている。

この高調波電流抑制のための種々の制御方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図１１は高周波加熱装置のマグネトロン駆動用電源（インバータ電源）の一例を示している。直流電源１、リーケージトランス２、第１の半導体スイッチング素子３、第１のコンデンサ５（スナバコンデンサ）、第２のコンデンサ６（共振コンデンサ）、第３のコンデンサ７（平滑コンデンサ）、第２の半導体スイッチング素子４、駆動部１３、全波倍電圧整流回路１１、およびマグネトロン１２とから構成されている。

直流電源１は商用電源を全波整流して直流電圧ＶＤＣを、第２のコンデンサ６とリーケージトランス２の一次巻線８との直列回路に印加する。第１の半導体スイッチング素子３と第２の半導体スイッチング素子４とは直列に接続され、リーケージトランス２の一次巻線８と第２のコンデンサ６との直列回路は第２の半導体スイッチング素子４に並列に接続されている。

第１のコンデンサ５は第２の半導体スイッチング素子４に並列に接続され、スイッチングの際に発生する突入電流（電圧）を抑えるスナバ的な役割を有する。リーケージトランス２の二次巻線９で発生した交流高電圧出力は全波倍電圧整流回路１１で直流の高電圧に変換されてマグネトロン１２のアノード−カソード間に印加されている。リーケージトランス２の三次巻線１０はマグネトロン１２のカソードに電流を供給している。

第１の半導体スイッチング素子３および第２の半導体スイッチング素子４はＩＧＢＴと、それに並列に接続されるフライホイールダイオードとから構成されている。当然であるが前記第１、第２の半導体スイッチング素子３、４はこの種類に限定されるものではなくサイリスタ、ＧＴＯスイッチング素子等を用いることもできる。

駆動部１３はその内部に第１の半導体スイッチング素子３と第２の半導体スイッチング素子４の駆動信号を作るための発振部を有し、この発振部で所定周波数の矩形波が発生され、第１の半導体スイッチング素子３および第２の半導体スイッチング素子４にＤＲＩＶＥ信号が与えられる。第１の半導体スイッチング素子３、あるいは第２の半導体スイッチング素子４の一方がターンオフした直後は他方の半導体スイッチング素子の両端電圧が高いため、この時点でターンオフさせるとスパイク状の過大電流が流れ、不要な損失、ノイズが発生する。しかし、デッドタイムを設けることにより、この両端電圧が約０Ｖに減少するまでターンオフを遅らせるため前記不要な損失、ノイズ発生が防止できる。当然、逆
の切り替わり時も同様の働きをする。

駆動部１３より与えられるＤＲＩＶＥ信号と両半導体スイッチング素子の各動作モードにおける詳細な動作の説明は特許文献１に記載されているので割愛する。

図１１の回路構成の特徴としては一般家庭向け電源で最も高い電圧となる欧州２４０Ｖにおいても第１の半導体スイッチング素子３、第２の半導体スイッチング素子４への印加電圧は直流電源電圧ＶＤＣと同等となり、すなわち２４０√２＝３３９Ｖとなる。よって誘導雷サージ、瞬時電圧停止からの復帰時等の異常時を想定したとしても、第１の半導体スイッチング素子３と第２の半導体スイッチング素子４は６００Ｖ耐圧程度の安価な素子を使用できる。

次に、この種のインバータ電源回路（インダクタンスＬとキャパシタンスＣで直列共振回路を構成）における共振特性を図１２に示す。

図１２は一定電圧を印加した場合の周波数−電流特性を示す図であり、横軸がスイッチング周波数、縦軸がリーケージトランスの一次側に流れる電流に相当する。

直列共振回路のインピーダンスは共振周波数ｆ０の時最小になり、その周波数から遠ざかるに従い増加するので、図示されるように、共振周波数ｆ０で電流Ｉ１は最大になり、周波数範囲がｆ１〜ｆ３へと高くなるにしたがって電流Ｉ１は減少する。

実際のインバータ動作においてはこの周波数ｆ０より高いｆ１〜ｆ３の（実線部Ｉ１）周波数範囲を使用している。

非線形負荷であるマグネトロンを使用する電子レンジは、後述するように入力される電源が商用電源のような交流の場合、電源の位相に応じてスイッチング周波数を変化させている。

図１２の共振特性を利用して、商用電源電圧に対するマグネトロン印加電圧の昇圧比を比較的要求されない商用電源の瞬時電圧が最も高くなる９０度および２７０度近傍の位相は、それぞれの高周波出力において、スイッチング周波数は最も高く設定している。

例えば、電子レンジを２００Ｗで使用する場合はｆ３近傍に、５００Ｗの場合はそれより低く、１０００Ｗの場合はさらに低い周波数になる。

当然であるが、入力電力あるいは入力電流等を制御しているので、商用電源電圧、マグネトロン温度等の変化により、この周波数は変化している。

また、商用電源の瞬時電圧が最も低くなる０度および１８０度付近の位相においては、高電圧を印加しないと高周波発振しないマグネトロンの特性に合わせて、スイッチング周波数を共振周波数ｆ０近傍まで下げて、商用電源電圧に対するマグネトロン印加電圧の昇圧比を高め、マグネトロンから電波が発せられる商用電源の位相幅を広くする設定にしている。

ただし、スイッチング周波数が共振周波数ｆ０に極端に近づくと異常共振等の不安定動作を引起すので、スイッチング周波数をｆ１に制限してこのような現象を防止する最低周波数制限回路が必要である。

このように、電源位相ごとのインバータ動作周波数を変えることで、基本波（商用電源
周波数）成分の多い、また高調波成分の少ない電流波形を実現できる。
特開２０００−５８２５２号公報 特開２００４−６３８４号公報

しかしながら、上記のような構成では、スイッチング周波数が最低周波数制限回路によりｆ１に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍でスイッチング周波数の急変に起因して、商用電源電流に高次数歪が発生するという課題が明らかになった。

本発明は、この高次数歪を低減するためになされたもので低次数のみならず、高次数歪が少ないインバータ回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の高周波加熱装置は、
商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路は前記半導体スイッチング素子の一方に並列接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、前記第１の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を変化させたものである。

上記の構成により、商用電源の瞬時電圧が最も低くなる０度および１８０度付近の位相におけるスイッチング周波数の急変がなくなるので、高次数の電源高調波歪の軽減が可能となる。

本発明の高周波加熱装置によれば、最低スイッチング周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように最低周波数制限回路を構成することにより、スイッチング周波数の急変がなくなるので、周波数急変に起因して発生していた高次数の電源高調波歪が軽減できる。

第１の発明は、
商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路は前記半導体スイッチング素子の一方に並列接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限
する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、前記第１の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を変化させるもので、スイッチング周波数の急変がなくなるので、周波数急変に起因して発生していた高次数の電源高調波歪が軽減できる。

第２の発明は、商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路は前記半導体スイッチング素子の一方に並列接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、前記第２の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を微小に変化させるもので、スイッチング周波数の急変がなくなるので、周波数急変に起因して発生していた高次数の電源高調波歪が軽減できる。

第３の発明は、商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路の２組と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記２組の直列回路はそれぞれ前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記一方の直列回路の中点に、他端は他方の直列回路の中点に接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、前記第１の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を変化させるもので、スイッチング周波数の急変がなくなるので、周波数急変に起因して発生していた高次数の電源高調波歪が軽減できる。

第４の発明は、商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路の２組と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記２組の直列回路はそれぞれ前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記一方の直列回路の中点に、他端は他方の直列回路の中点に接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、前記第２の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を微小に変化させるもので、スイッチング周波数の急変がなくなるので、周波数急変に起因して発生していた高次数の電源高調波歪が軽減できる。

第５の発明は、商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記直列回路の中点に、他端は前記直流電源の一端に接続されると共に、コンデンサを前記共振回路に並列に接続し、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、前記第１の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を変化させるもので、スイッチング周波数の急変がなくなるので、周波数急変に起因して発生していた高次数の電源高調波歪が軽減できる。

第６の発明は、商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記直列回路の中点に、他端は前記直流電源の一端に接続されると共に、コンデンサを前記共振回路に並列に接続し、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において
、前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、前記第２の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を微小に変化させるもので、スイッチング周波数の急変がなくなるので、周波数急変に起因して発生していた高次数の電源高調波歪が軽減できる。

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は本発明に係わるマグネトロン駆動用のインバータ回路を示している。直流電源１、リーケージトランス２、第１の半導体スイッチング素子３、第１のコンデンサ５（スナバコンデンサ）、第２のコンデンサ６（共振コンデンサ）、第３のコンデンサ７（平滑コンデンサ）、第２の半導体スイッチング素子４、駆動部１４、全波倍電圧整流回路１１、およびマグネトロン１２とで主回路が構成されている。駆動部１４を除く主回路の構成は図１１と同じであるので、重複説明は省略する。

半導体スイッチング素子３、４を駆動するための駆動部１４ではまず商用電源電圧を基に抵抗分割した波形を用いて周波数変調信号作成回路１５で周波数変調波形を形成する。また周波数変調信号作成回路１５では電力制御回路１９からの信号を受け、先述したように所望の高周波出力（２００Ｗ、６００Ｗ等）になるように制御する。

次に周波数変調信号作成回路１５より得た周波数変調波形をもとに発振回路１６にてスイッチング周波数が、またデッドタイム作成回路１７にて所望のデッドタイムが決定され、両者の信号よりスイッチング素子駆動回路１８にて作成される矩形波が第１の半導体スイッチング素子３および第２の半導体スイッチング素子４のゲートに与えられる。

図２は発振回路１６の詳細な回路である。コンパレータ１６４、１６５の出力はそれぞれＳＲフリップフロップ１６６のＳ端子とＲ端子に入れられる。コンデンサ１６３への充放電はＳＲフリップフロップ１６６の非Ｑ端子の出力極性で切り換り、Ｈｉの時は電流Ｉ１６にて充電、Ｌｏの時は電流Ｉ１７にて放電される。またＳＲフリップフロップ１６６の非Ｑ端子はコンデンサ１６３の電位がＶ１を超えた時、コンパレータ１６４の出力Ｈｉを受けてセットされてＬｏに、Ｖ２を下回った時コンパレータ１６５の出力Ｈｉを受けてリセットされてＨｉに切り換る。

このような構成によりコンデンサ１６３の電位は三角波になり、この信号がスイッチング素子駆動回路１８へ搬送される。

また、コンデンサ１６３への充放電電流Ｉ１６、Ｉ１７は、周波数変調信号作成回路１５からの信号を基に図２のＭＯＤ端子に接続された抵抗１６１、１６２の並列合成抵抗にて決定され、この電流の大きさにより三角波の勾配が変わる。したがって、このＩ１６、Ｉ１７の大きさでスイッチング周波数が決定される。

図３は図１で示した周波数変調信号作成回路１５の詳細を表す一例である。第２の制限機能は商用電源を整流した後の分圧波形を基に抵抗１５１、１５２で与えられる固定電圧Ｖ２に依存して第２の制限回路が機能し、最低周波数を制限される。

また、前記最低周波数に対して所定値高い周波数（図３においては上記固定電圧Ｖ２に対してダイオード１５８の順方向電圧のバイアスを付加した電圧Ｖ１を使用）より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能も同時に機能している。

図４はこの時の周波数変調波形を示すもので、点線で与えられる商用電源整流分圧波形を基に実線ではＶ２で下限（最低周波数に相当する下限）が与えられ、またＶ１よりＶ２に向けて徐々にその傾きが緩やかになることにより、最低周波数付近の波形変化が滑らかになり周波数の急変を抑制している。

なお、Ｖ２より高い部分の周波数変調波形が商用電源整流分圧波形と異なっている部分は、低次数の商用電源電流波形の歪低減に寄与するが、本願の主目的とは異なるので詳細な説明は省略する。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における周波数変調信号作成回路を示すもので、実施の形態１と異なるのは、抵抗１５５を配した点である。本実施の形態によると、第２の制限機能を固定電圧Ｖ２以下の周波数において、Ｖ２から離れるに従い前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限するようにすることができる。

図６は第２の実施の形態の周波数変調波形を示し、実施の形態１同様に最低周波数付近の波形変化が滑らかになり周波数の急変を抑制することができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態における周波数変調信号作成回路を示すもので、実施の形態１と異なるのは、第１の制限回路にトランジスタ１５９を配した点である。

本実施の形態によると、トランジスタ１５９により第１の制限機能に電圧−電流特性であらわされるＰＮ接合の抵抗値変化を用いることができる。

ＰＮ接合はその電位差が増すと抵抗値が減少するので、商用電源整流分圧波形の電位がＶ１を下回り、かつ離れるに従い第１の制限機能の影響度が増すので、Ｖ１以下の波形が滑らかに変化する。

また、第１の制限機能を複数個設けそれぞれの設定電位、制限度合いを変えることで、周波数変化がより滑らかになる周波数変調波形が得られる。

（実施の形態４）
図８は第２の制限機能に電圧−電流特性であらわされるＰＮ接合の抵抗値変化を用いる構成の一部詳細図である。

周波数変調波形の電位がＶ２を下回る部分においては、第１の制限機能と併せて第２の制限機能が付加されるので、その影響度は微小に変化し、かつ周波数変化は微小になる。

また最低周波数制限を固定とせずに電圧変動に対して可変とするため商用電源電圧情報を基に増減を加えることも可能である。

この構成により各電源電圧においても、高調波成分の発生を抑制するための最適な周波数変調波形の形成が実現できる。

（実施の形態５）
図９は、実施の形態５におけるマグネトロン駆動用電源回路構成図である。

実施の形態１では、図１に示すように、商用電源を整流して得られる直流電源に２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路を並列に接続し、リーケージトランス２の１次巻線とコンデンサ６が接続された共振回路を、半導体スイッチング素子の一方に並列接続する構成であったが、本実施の形態では、図９に示すように、商用電源を整流して得られる直流電源に２個の半導体スイッチング素子からなる２組の直列回路（半導体スイッチング素子３，４からなる直列回路と半導体スイッチング素子３１、４１からなる直列回路）を並列に接続し、リーケージトランス２の１次巻線８とコンデンサ６が接続された共振回路の一端は一方の直列回路の中点に、他端は他方の直列回路の中点に接続する。この実施の形態においても、前記第１の実施の形態同様、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように最低周波数制限手段を構成することにより、高次数の高調波電流の抑制が可能になる。

（実施の形態６）
図１０は、実施の形態６を示すもので、商用電源を整流して得られる直流電源に２個の半導体スイッチング素子３，４からなる直列回路を並列に接続し、リーケージトランス２の１次巻線８とコンデンサ６１，６２が接続された共振回路を交流等価回路において一端は直列回路の中点に、他端は直流電源の一端に接続している。この実施の形態においても、前記第１の実施の形態同様、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように最低周波数制限手段を構成することにより、高次数の高調波電流の抑制が可能になる。

実施の形態５、６は、駆動部を除いて実施の形態１と同一構成のため、最低周波数制限手段を実施の形態２から４のように構成することにより実施の形態１と同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる高周波加熱電源装置は、商用電源の瞬時電圧が最も低くなる０度および１８０度付近の位相におけるスイッチング周波数の急変がなくなるので、高次数の電源高調波歪が軽減できるので種々のインバータ回路に適用できる。

本発明の実施の形態１〜４における高周波加熱装置のマグネトロン駆動用電源回路構成図 本発明の実施の形態１における詳細な発振回路図 本発明の実施の形態１における詳細な周波数変調信号作成回路図 本発明の実施の形態１における周波数変調波形を示す図 本発明の実施の形態２における詳細な周波数変調信号作成回路図 本発明の実施の形態２における周波数変調波形形状を示す図 本発明の実施の形態３における詳細な周波数変調信号作成回路図 本発明の実施の形態４における詳細な周波数変調信号作成回路図 本発明の実施の形態５における高周波加熱装置のマグネトロン駆動用電源回路構成図 本発明の実施の形態６における高周波加熱装置のマグネトロン駆動用電源回路構成図 従来の高周波加熱装置のマグネトロン駆動用電源回路構成図 インバータ共振回路に一定電圧を印加した場合の電流−使用周波数特性グラフ

１ 直流電源
２ リーケージトランス
３ 第１の半導体スイッチング素子
４ 第２の半導体スイッチング素子
５ 第１のコンデンサ
６ 第２のコンデンサ
７ 第３のコンデンサ
１１ 全波倍電圧整流回路（整流手段）
１２ マグネトロン
１４ 駆動用制御回路部（駆動手段）
１５ 周波数変調信号作成回路
１６ 発振回路
１７ デッドタイム作成回路
１８ スイッチング素子駆動回路
１９ 入力一定制御回路

Claims (6)

1. 商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路は前記半導体スイッチング素子の一方に並列接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、
   前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、
   前記第１の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を変化させることを特徴とする高周波加熱装置。
2. 商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路は前記半導体スイッチング素子の一方に並列接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、
   前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、
   前記第２の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を微小に変化させることを特徴とする高周波加熱装置。
3. 商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路の２組と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記２組の直列回路はそれぞれ前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記一方の直列回路の中点に、他端は他方の直列回路の中点に接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、
   前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、
   前記第１の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を変化させることを特徴とする高周波加熱装置。
4. 商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路の２組と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記２組の直列回路はそれぞれ前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記一方の直列回路の中点に、他端は他方の直列回路の中点に接続されると共に、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように前記最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、
   前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、
   前記第２の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を微小に変化させることを特徴とする高周波加熱装置。
5. 商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記直列回路の中点に、他端は前記直流電源の一端に接続されると共に、コンデンサを前記共振回路に並列に接続
   し、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、
   前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、
   前記第１の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を変化させることを特徴とする高周波加熱装置。
6. 商用電源を整流して得られる直流電源と、２個の半導体スイッチング素子からなる直列回路と、リーケージトランスの１次巻線とコンデンサが接続された共振回路とを有し、前記直列回路は前記直流電源に並列に接続し、前記共振回路の一端は前記直列回路の中点に、他端は前記直流電源の一端に接続されると共に、コンデンサを前記共振回路に並列に接続し、それぞれの前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動手段と、商用電源位相に応じてスイッチング周波数を変化させる周波数変調信号を前記駆動手段に供給する周波数変調信号作成手段と、前記スイッチング周波数の最低周波数を制限する最低周波数制限手段と、前記リーケージトランスの２次巻線に接続される整流手段と、前記整流手段に接続されるマグネトロンとから成るマグネトロン駆動用の高周波加熱装置であって、最低周波数に制限されている期間と解除されている期間との境目近傍のスイッチング周波数が滑らかに変化するように最低周波数制限手段を構成する高周波加熱装置において、
   前記周波数変調信号は周波数変調波形の形状で表現でき、前記最低周波数制限手段は前記最低周波数より高い周波数より低い周波数に向けて前記周波数変調波形の変化を徐々に影響度を増して制限する第１の制限機能を少なくとも一つ有し、かつ前記最低周波数以下を制限する第２の制限機能を備え、
   前記第２の制限機能は、ベース端子とエミッタ端子の電圧差に対しエミッタ端子の出力インピーダンスが指数状に変化するトランジスタのＰＮ接合の抵抗値変化を用いて影響度を微小に変化させることを特徴とする高周波加熱装置。

Images