JP4910309B2 - マグネトロン駆動用電源 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ方式の１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧を有したマグネトロン駆動用電源の電流制御手段の配置と、これら２つのマグネトロン駆動用電源の出力手段および接地の配置の共通化に関するものである。とりわけ２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧を有したマグネトロン駆動用電源の部品配置に関するものである。

従来、この種のマグネトロン駆動用電源はその小型化などの為に入力電力制御対象として入力電流部のシャント抵抗による検出などが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。また、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧を有したマグネトロン駆動用電源の部品配置の共通化に関しては基準点からの部品の配置を共通化しているものもある（例えば、特許文献２参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来のマグネトロン駆動用電源を示すものである。図６に示すように、整流素子１と、スイッチング素子２と、シャント抵抗３と、基板４とから構成されている（図面は半田面より透過して見た図である）。

図７は、特許文献２に記載された従来のマグネトロン駆動用電源を示すものである。図７に示すように、基準点１１と、第１のスイッチング素子１２と、第２のスイッチング素子１３と、昇圧トランス１４と、高圧整流部１５から構成されている。
特開２００４−３１９１３４号公報（図５など） 特開２０００−１９５６５８号公報（図１など）

しかしながら、前記特許文献１に記載された従来の構成では、スイッチング素子２のエミッタ端子２０１からシャント抵抗３の一端３０１までに長いパターンが介在しているために、当該区間に流れる大電流の影響を受けてスイッチング素子２のエミッタ電位２０１と整流素子１のマイナス端子１０１との間の電圧降下が大きくなる。そのため、スイッチング動作のためのゲート電位と電力制御のグランドに電位差が生じるためにスイッチングタイミング検出のずれなどによるスイッチング動作や、異常電圧検出が不安定になる場合があるという課題を有していた。

本発明の第１の目的は、前記従来の課題を解決するもので、スイッチング素子のエミッタ電位と整流素子のマイナス端子との電位差を極小化した安定したスイッチング駆動ができるマグネトロン駆動用電源を提供することを目的とする。

また、前記特許文献２に記載された従来の構成では、１００Ｖ〜１２０Ｖ系のマグネトロン駆動用電源も第１（１２）、および第２（１３）の２つのスイッチング素子を有する構成なので、高価なＩＧＢＴなどのスイッチング素子を複数個使用しなければならないなどという、低コストでの１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧を有したマグネトロン駆動用電源の実現という視点と、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧、および２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧を有したマグネトロン駆動用電源の部品配置の共通化による開発効率の向上という視点の両立という課題を有していた。

本発明の第２の目的は、前記従来の課題を解決するもので、単一のスイッチング素子を有した１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源と、２つのスイッチング素子を有した２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源における部品配置、とりわけ、アース接続位置、フィラメント出力位置を共通化し、たとえば、日本国内での１００Ｖのカウンタートップ型の電子レンジと、２００Ｖのコンロ下などの設備型電子レンジとのシャーシの統一化などによる開発効率のよいマグネトロン駆動用電源を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のマグネトロン駆動用電源は、スイッチング素子のエミッタ端子の近傍と前記整流素子のマイナス端子の近傍とを前記シャント抵抗で直結し、かつ前記シャント抵抗は１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源と、２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源において、各々の定格電圧区分の略比例になるような長さになることを特徴とするマグネトロン駆動用電源としたものである。

これによって、大電流が流れる長いパターンでの電圧降下がなくなり、スイッチング素子のエミッタ端子電位と、整流素子のマイナス端子電位の電位差が最小限となるとともに、各々の定格電圧区分の略比例になるような長さになることを特徴としたことにより、シャント抵抗３からの微少信号の増幅度を略一致させることができ、増幅回路の共通化や増幅用アンプの飽和などの課題を回避することができる。

また、本発明のマグネトロン駆動用電源は、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供される単一のスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源において、各々のアース位置と、前記マグネトロンのカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置を略一致させたものである。

これによって、単一のスイッチング素子を有したとした１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源と、２つのスイッチング素子を有した２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧範囲とのマグネトロン駆動用電源の部品配置、とりわけ、アース接続位置、フィラメント電力の出力位置を共通化した構成となる。

本発明のマグネトロン駆動用電源は、スイッチング素子のエミッタ端子電位と、整流素子のマイナス端子電位の電位差を最小限とすることができ、安定したスイッチング動作と異常電圧検出を実現することができる。そして、各々の定格電圧区分の略比例になるような長さになることを特徴としたことにより、シャント抵抗３からの微少信号の増幅度を略一致させることができ、増幅回路の共通化や増幅用アンプの飽和などの課題を回避することができる。

第１の発明は、商用電源を単方向に変換する単方向電源部と、前記単方向電源部の交流電源を全波整流する整流素子と、少なくとも１個の半導体スイッチング素子と、前記整流素子と半導体スイッチング素子を取り付けた放熱板と、前記単方向電源部の出力電流を測定できる個所に対して直列に介挿されるシャント抵抗と、前記半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部と、前記高圧整流部の出力を電磁波として放射するマグネトロンとを具備するマグネトロン駆動用電源において、前記スイッチング素子のエミッタ端子の近傍と前記整流素子のマイナス端子の近傍とを前記シャント抵抗で直結したことを特徴とするとすることにより、大電流が流れる長いパターンでの電圧降下がなくなりスイッチング素子のエミッタ端子電位と、整流素子のマイナス端子電位の電位差が最小限となり、スイッチング駆動の安定化や異常検出性能の安定化を図ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のシャント抵抗を、前記放熱板と、前記整流素子とスイッチング素子の延長線との間に略並行で配置されたことを特徴とすることにより、部品実装スペースの節約となり、特に複数のスイッチング素子を制御するために部品点数の多い２００〜２４０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源と、１００〜１２０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源とを略同一の基板サイズで実現することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のシャント抵抗を、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源と、２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源において、各々の定格電圧区分の略比例になるような長さになることを特徴としたことにより、シャント抵抗からの微少信号の増幅度を略一致させることができ、増幅回路の共通化や増幅用アンプの飽和などの課題を回避することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明における第一のスイッチング素子を、２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子を有するマグネトロン駆動用電源において、前記整流素子と第二のスイッチング素子との間に、前記整流素子のマイナス端子に接続される第一のスイッチング素子を配置したとすることにより、適切なシャント抵抗の長さで前記第一のスイッチング素子のエミッタ端子の近傍と前記整流素子のマイナス端子の近傍とを接続することが可能となり、スイッチング駆動の安定化や異常検出性能の安定化を図ることができる。

第５の発明は、特に、第３または第４の発明において、前記１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供される単一のスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源において、各々のアース位置と、前記マグネトロンのカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置を略一致させることにより、１００〜１２０Ｖの定格電圧区分に供される単一のスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源において、取付け構造を共通化することが可能となり、シャーシの統一化などによる開発効率のよい、かつ、電源電圧に応じた最適なマグネトロン駆動用電源を提供することができる。

第６の発明は、特に、第５の発明の昇圧トランスを、前記高圧整流部と一体化させたことを特徴とすることにより、前記第５の発明の効果を容易に実現することができる。

第７の発明は、特に、第５または第６の発明のマグネトロン駆動用電源を前記アース部と、前記フィラメント供給位置とを各々基板の１辺の両端に位置する部分に配置したとすることにより、マグネトロンへの出力部、単方向電源部やインバータ部を含んだ電力制御部、アース部とを分離することができ、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源において、安全な同一の取付け構造を実現することができる。

第８の発明は、特に、第５〜７のいずれか１つの発明におけるシャント抵抗の代わりにカレントトランスを使用したことを特徴とするとすることにより、取付け構造を共通化することが可能となり、シャーシの統一化などによる開発効率のよい、かつ、電源電圧に応じた最適なマグネトロン駆動用電源を提供することができる。

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、本発明の第１の実施の形態における定格電圧２００Ｖ〜２４０Ｖに供されるマグネトロン駆動用電源のパターン図、及び、透過された部品配置を示すものである。

図２（ａ）は、本発明の実施の形態における１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源の回路図、図２（ｂ）は２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源の回路図を示すものである。

図２（ｂ）において、商用電源を単方向に変換する単方向電源部２１と、前記単方向電源部２１の交流電源を全波整流する整流素子１と、前記単方向電源部２１の出力電流を測定できる個所に対して直列に介挿されるシャント抵抗３と、第1の半導体スイッチング素子１２と第２の半導体スイッチング素子１３とをオン／オフすることにより前記単方向電源部２１からの電力を高周波電力に変換するインバータ部２２と、前記インバータ部２２の出力電圧を昇圧する昇圧トランス２３と、前記昇圧トランス２３の出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部２４と、前記高圧整流部２４の出力を電磁波として放射するマグネトロン２５とを具備するマグネトロン駆動用電源が構成されている。

図1において、前記第1のスイッチング素子１２のエミッタ端子１２１の近傍と前記整流素子１のマイナス端子１０１の近傍とを前記シャント抵抗３で直結したことを特徴としたものである。

以上のように構成されたマグネトロン駆動用電源について、以下その動作、作用を説明する。

まず、マグネトロン駆動用電源に流れる入力電流は、第1の半導体スイッチング素子１２のエミッタ端子１２１と、ジャンパー線２７を経由して平滑コンデンサ２６から、第1の半導体スイッチング素子１２のエミッタ端子１２１に近傍に位置しているシャント抵抗３に流れ、シャント抵抗３の近傍に位置している整流素子１のマイナス端子１０１から商用電源に帰還される。

以上のように、本実施の形態においてはマグネトロン駆動用電源に流れる入力電流が第1の半導体スイッチング素子１２のエミッタ端子１２１に近傍に位置しているシャント抵抗３に流れ、シャント抵抗３の近傍に位置している整流素子１のマイナス端子１０１から商用電源に帰還される構成とすることにより、第一の半導体スイッチング素子１２のエミッタ端子１２１の電位と、インバータ部２２のグランド電位となる整流素子１のマイナス端子１０１の電位が低抵抗のシャント抵抗に発生する電圧降下だけとなり、スイッチング素子のエミッタ端子電位と、整流素子のマイナス端子電位の電位差が最小限となり、スイッチング駆動の安定化や異常検出性能の安定化を図ることができる。

また、図３に示すように、本実施の形態の線状のシャント抵抗３を放熱板２８の脚部の端面と整流素子１、および、第一の半導体スイッチング素子１２の端子の整列された延長線上との間に略並行で配置することにより、特に、部品点数の多い定格電圧２００Ｖ〜２４０Ｖに供されるマグネトロン駆動用電源において、部品実装のスペースの節約となり、特に複数のスイッチング素子を制御するために部品点数の多い２００〜２４０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源と１００〜１２０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源とを略同一の基板サイズで実現することができる。

また、たとえば、主としてカウンタートップで使用される電子レンジのような高周波加熱装置は日本の場合１００Ｖが一般的である。一方、コンロ下などに組み込まれている高周波加熱装置などは２００Ｖのものなども提案されている。ここで、双方の高周波加熱装置の出力は設置形態に関係なくほぼ同一なため、シャント抵抗３に流れる電流は
定格電圧×入力電流＝一定
という関係になるため、シャント抵抗３の長さを、１００Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源では１２．５ｍｍと、２００Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源においては２５ｍｍというようにプリント基板配置を工夫することで、各々の定格電圧区分の略比例になるような長さになることを特徴としたことにより、シャント抵抗３からの微少信号の増幅度を略一致させることができ、増幅回路の共通化や増幅用アンプの飽和などの課題を回避することができる。

さらに、図１に示すように、２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子を有するマグネトロン駆動用電源において、前記整流素子１と第二のスイッチング素子１３との間に、前記整流素子１のマイナス端子１０１に接続される第一のスイッチング素子１２を配置したとすることにより、適切なシャント抵抗３の長さで前記第一のスイッチング素子１２のエミッタ端子１２１の近傍と前記整流素子１のマイナス端子１０１の近傍とを接続することが可能となり、電位差の発生しない構成によるタイミング検出のずれ等による不安定なスイッチング駆動の防止や、インバータ部２２のグランド電位と第１のスイッチング素子１２のエミッタ電位１２１の電位差による、入力電流変化に伴う異常検出の誤差の防止を図ることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における定格電圧範囲１００Ｖ〜１２０Ｖに供されるマグネトロン駆動用電源のパターン図、及び、透過された部品配置を示すものである。

図１、及び、図４において、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供される単一のスイッチング素子２を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子１２，１３を有したマグネトロン駆動用電源において、各々のアース位置４１と、前記マグネトロンのカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置４２を略一致させたものである。

以上のように構成されたマグネトロン駆動用電源について、以下その動作、作用を説明する。

まず図１、及び、図４において、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供される単一のスイッチング素子２を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子１２，１３を有したマグネトロン駆動用電源において、各々のアース位置４１と、前記マグネトロン２５のカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置４２を略一致させることにより、取付け構成を略一致させることができ、１００〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源において、取付け構造を共通化することが可能となり、たとえば、日本国内でのカウンタートップなどの１００Ｖと組み込まれた設備的な２００Ｖの定格電圧を有する電子レンジなどのシャーシの統一化や、同一シャーシでの北米地域での１２０Ｖ定格電圧と大洋州地域での２４０Ｖ定格電圧の開発などによる開発効率のよい、かつ、電源電圧に応じた最適な構成、製造コストを有したマグネトロン駆動用電源を提供することができる。

以上のように、本実施の形態においては各々のアース位置と、マグネトロンのカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置を略一致させることにより、取付け構成を略一致させることができ、開発効率のよい、かつ、電源電圧に応じた最適な構成、製造コストを有したマグネトロン駆動用電源を提供することができる。

また、図５のように本実施の形態の昇圧トランス２３と高圧整流部２４とを一体化させたことを特徴とすることにより、特に、２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧に供される２つのスイッチング素子１２，１３を有するマグネトロン駆動用電源は部品点数も多く高圧整流部２４が昇圧トランス２３と一体化されることにより、各々のアース位置と、マグネトロンのカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置を略一致させることがはじめて容易とすることができる。

さらに、図１および図４に示すように、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供される単一のスイッチング素子２を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子１２，１３を有したマグネトロン駆動用電源において、各々のアース位置４１と、前記マグネトロン２５のカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置４２をプリント基板４３の略々１辺の両端に位置する部分に配置することにより、アース部４１、フィラメント電力供給部４２、インバータ部２２と単方向電源部２１の各々の領域が２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧に供されるマグネトロン駆動用電源においても明確に分離することができ、絶縁性能やＥＭＣに対する性能の向上を図ることができ、かつ同一取付けが可能なマグネトロン駆動用電源を作ることができる。

（実施の形態３）
今まで、シャント抵抗３を使用した小型化の効果を基本とした１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源の特徴について述べてきたが、シャント抵抗３の代わりにカレントトランスなどの他の電流検出素子を使用することで、電源の小型化という点は実現することがシャント抵抗を使用した場合に比べ難しいが、それ以外の効果に関しては、基板サイズを大型化することで実現可能である。

以上のように、本発明にかかるマグネトロン駆動用電源は、スイッチング素子のエミッタ端子電位と、整流素子のマイナス端子電位の電位差を最小限とすることができ、安定したスイッチング動作と異常電圧検出を実現することができる。また、１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源と、２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧範囲のマグネトロン駆動用電源の部品配置、とりわけ、アース接続位置、フィラメント出力位置を共通化し、シャーシの統一化などによる開発効率のよい、かつ、電源電圧に応じた最適なマグネトロン駆動用電源を提供することができるので、小型でかつ電源電圧で電源サイズが変わらないユニバーサルマグネトロン駆動電源等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における定格電圧２００Ｖ〜２４０Ｖに供されるマグネトロン駆動用電源のパターン図、及び、透過された部品配置図 （ａ）本発明の実施の形態１における１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源の回路図（ｂ）２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源の回路図 本発明の実施の形態１におけるマグネトロン駆動用電源の要部側面図 本発明の実施の形態２における定格電圧範囲１００Ｖ〜１２０Ｖに供されるマグネトロン駆動用電源のパターン図、及び、透過された部品配置図 本発明の実施の形態２における昇圧トランスの要部斜視図 従来のマグネトロン駆動用電源の要部パターン図 従来のマグネトロン駆動用電源の部品配置図

符号の説明

１ 整流素子
２、１２、１３ スイッチング素子
３ シャント抵抗
２１ 単方向電源部
２２ インバータ部
２３ 昇圧トランス
２４ 高圧整流部
２５ マグネトロン

Claims (7)

1. 商用電源を単方向に変換する単方向電源部と、前記単方向電源部の交流電源を全波整流する整流素子と、少なくとも１個の半導体スイッチング素子と、前記整流素子と半導体スイッチング素子を取り付けた放熱板と、前記単方向電源部の出力電流を測定できる個所に対して直列に介挿されるシャント抵抗と、前記半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部と、前記高圧整流部の出力を電磁波として放射するマグネトロンとを具備するマグネトロン駆動用電源において、
   前記スイッチング素子のエミッタ端子の近傍と前記整流素子のマイナス端子の近傍とを前記シャント抵抗で直結し、かつ前記シャント抵抗は１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源と、２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供されるマグネトロン駆動用電源において、各々の定格電圧区分の略比例になるような長さになることを特徴とするマグネトロン駆動用電源。
2. 前記シャント抵抗は前記放熱板と、前記整流素子とスイッチング素子の延長線との間に略並行で配置されたことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン駆動用電源。
3. ２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子を有するマグネトロン駆動用電源において、前記整流素子と第二のスイッチング素子との間に、前記整流素子のマイナス端子に接続される第一のスイッチング素子を配置した請求項１または２に記載のマグネトロン駆動用電源。
4. 前記１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧区分に供される単一のスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源と２００Ｖ〜２４０Ｖの定格電圧区分に供される２つのスイッチング素子を有したマグネトロン駆動用電源において、各々のアース位置と、前記マグネトロンのカソードを加熱する為のフィラメント電力供給位置を略一致させた請求項１または３に記載のマグネトロン駆動用電源。
5. 前記昇圧トランスは前記高圧整流部と一体化させたことを特徴とする請求項４に記載のマ
   グネトロン駆動用電源。
6. 前記アース部と、前記フィラメント供給位置とを各々基板の１辺の両端に位置する部分に配置した請求項４または５に記載のマグネトロン駆動用電源。
7. 前記シャント抵抗の代わりにカレントトランスを使用したことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のマグネトロン駆動用電源。