JP4930235B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱対象に誘導電流を誘起し誘導加熱するように構成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２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２は、従来の誘導加熱装置のＩＨジャー炊飯器における一部ブロック化した回路図である。

図２に示すように、商用電源１よりヒューズ２を介してインバータ３に電源電流が供給される。インバータ３は、スイッチング素子５の導通／非導通による共振でコイル４に対して交流電流を供給し、コイル４に流れる交流電流による誘導電流が鍋２１に流れて鍋２１を加熱する。スイッチング素子５は、グランド側端子５０１、トリガ端子５０２、プラス側端子５０３を有している。

図３は、スイッチング素子５の内部構造である。図３においては、スイッチング素子にＩＧＢＴを用いている。

樹脂モールドパッケージ３０の中には、半導体チップ３１と、この半導体チップ３１をグランド側端子５０１に接続するグランド側ボンディングワイヤ３２と、半導体チップ３１に半導体チップ３１とは逆方向に導通するように並列に接続されたダイオードチップ３３と、このダイオードチップ３３をグランド側端子５０１に接続するボンディングワイヤ３４と、トリガ端子５０２と、このトリガ端子５０２を半導体チップ３１のトリガ素子部分に接続するトリガ端子５０２のボンディングワイヤ３５と、半導体チップ３１のグランド側端子５０１とは逆側が接続されたプラス側端子５０３とを構成し、それらをエポキシ樹脂３６にてモールドしている。

この構成における動作を説明すると、トリガ端子５０２に入力された駆動信号のオン／オフに従い、半導体チップ３１が導通／非道通を繰り返し、半導体チップ３１の導通時にはプラス側端子５０３から半導体チップ３１、グランド側ボンディングワイヤ３２、グランド側端子５０１と流れた電流がインバータ３内で共振し、コイル４に交流電流が流れる。コイル４に交流電流が流れると鍋２１に誘導電流が流れ、その誘導電流により鍋２１が加熱される。

この構成において、何らかの原因で、半導体チップ３１が短絡故障したときは、商用電源１より、短絡電流がヒューズ２、インバータ３、コイル４、プラス側端子５０３から半導体チップ３１、グランド側ボンディングワイヤ３２、グランド側端子５０１の経路で流れる。このとき、すみやかに、ヒューズ２が溶断することにより、インバータ３への電流の供給を遮断する。

このためには、ヒューズ２は、スイッチング素子５の内部を構成するグランド側ボンディングワイヤ３２よりも、溶断しやすいものを選択する。
特開２０００−７０１３１号公報

しかしながら、このような従来の構成では、ヒューズ２をグランド側ボンディングワイヤ３２より溶断し易いものとするとき、各種の条件のばらつきの基でも確実に溶断するものにしようとすると、いきおいマージンをみる余り、ヒューズ２はインバータ３の定常電流値に対して余裕のないものとなり、定常電流の断続のストレスにより偶発的に断線してしまうことがあった。

逆に、ヒューズ２を容量の大きなものにすると、スイッチング素子５の短絡時に、条件のばらつきによりグランド側ボンディングワイヤ３２が先に溶断してしまい、高電圧がトリガ端子５０２より内部の回路に印加され、内部の回路に過大な電流が流れ込み、大きく損傷してしまうことがあった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、ヒューズの定常電流の断続ストレスによる偶発的断線をなくし、かつ、スイッチング素子の短絡故障時にも、スイッチング素子のトリガ端子よりも内部の回路の損傷を低減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、加熱対象に誘導電流を誘起するコイルにインバータにより交流電流を供給し、このインバータの電源入力端子に直列にヒューズを挿入し、インバータ内に存在するスイッチング素子により共振により交流電流を発生させ、このスイッチング素子のトリガ端子にトリガ手段より駆動信号を出力し、インバータの共振波形を監視しつつスイッチング素子のトリガ端子への駆動信号をタイミングパルス発生手段よりトリガ手段に適時出力し、このタイミングパルス発生手段のトリガ手段への駆動信号を順方向に通過させ、かつトリガ手段からタイミングパルス発生手段へ逆電圧の印加には逆方向となるように第１の逆流阻止ダイオードを接続したものである。

これにより、もし、スイッチング素子内のグランド側端子のボンディングワイヤがヒューズより早く溶断し、高電圧がスイッチング素子のトリガ端子に印加されても、トリガ手段は破壊するものの、トリガ手段からタイミングパルス発生手段へ逆電圧の印加には逆方向となるように接続された第１の逆流阻止ダイオードによりタイミングパルス発生手段への電流の流入を阻止することができ、タイミングパルス発生手段および他の周辺回路に高電圧が印加されることはなく、これらを破壊しないようにできる。また、タイミングパルス発生手段以降は第１の逆流阻止ダイオードにより必ず保護されるのであるから、ヒューズの溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、ヒューズの定常電流の断続のストレスによる偶発的に断線をなくすことができる。

本発明の誘導加熱装置は、ヒューズの定常電流の断続のストレスによる偶発的に断線をなくすことができるとともに、スイッチング素子の短絡故障時のタイミングパルス発生手段および他の周辺回路の破壊を防止することができる。

第１の発明は、加熱対象に誘導電流を誘起するコイルと、このコイルに交流電流を供給するインバータと、このインバータの電源入力端子に直列に挿入したヒューズと、前記インバータ内に存在し共振により交流電流を発生させるスイッチング素子と、このスイッチング素子のトリガ端子に駆動信号を出力するトリガ手段と、前記インバータの共振波形を監視しつつ前記スイッチング素子のトリガ端子への駆動信号を前記トリガ手段に適時出力するタイミングパルス発生手段と、このタイミングパルス発生手段の前記トリガ手段への駆動信号を順方向に通過させ、かつ前記トリガ手段から前記タイミングパルス発生手段へ逆電圧の印加には逆方向となるように接続した第１の逆流阻止ダイオードとを備えたものであり、もし、スイッチング素子内のグランド側端子のボンディングワイヤがヒューズより早く溶断し、高電圧がスイッチング素子のトリガ端子に印加されても、第１の逆流阻止ダイオードによりタイミングパルス発生手段への電流の流れ込みを阻止することができ、タイミングパルス発生手段、および他の周辺回路に高電圧が印加されることはなく、これらを破壊しないようにできる。また、スイッチング素子のタイミングパルス発生手段より内側の回路は、第１の逆流阻止ダイオードにより必ず保護されることより、ヒューズの溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、定常電流の断続のストレスに対する耐力が増大し、偶発的断線をなくすことができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、第１の逆流阻止ダイオードは、商用電源電圧のピーク値以上の耐圧を有するものであり、確実にタイミングパルス発生手段および他の周辺回路への電流の逆流を阻止することができ、破壊防止を確実とすることができる。また、スイッチング素子のタイミングパルス発生手段より内側の回路は、第１の逆流阻止ダイオードにより必ず保護されることより、ヒューズの溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、定常電流の断続のストレスに対する耐力が増大し、偶発的断線をなくすことができる。

第３の発明は、加熱対象に誘導電流を誘起するコイルと、このコイルに交流電流を供給するインバータと、このインバータの電源入力端子に直列に挿入したヒューズと、前記インバータ内に存在し共振により交流電流を発生させるスイッチング素子と、このスイッチング素子のトリガ端子に駆動信号を出力するトリガ手段と、このトリガ手段に電源電流を供給する直流電源回路と、この直流電源回路と前記トリガ手段の電源入力の間に接続した第２の逆流阻止ダイオードと、前記インバータの共振波形を監視しつつ前記スイッチング素子のトリガ端子への駆動信号を前記トリガ手段に適時出力するタイミングパルス発生手段とを備えたものであり、もし、スイッチング素子内のグランド側端子のボンディングワイヤがヒューズより早く溶断し、高電圧がスイッチング素子のトリガ端子に印加されても、トリガ端子の電源入力より直流電源回路に電流が逆流することがなく、タイミングパルス発生手段や他の周辺回路を破壊することがないようにできる。また、直流電源回路は、第２の逆流阻止ダイオードにより必ず保護されることより、ヒューズの溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、定常電流の断続のストレスに対する耐力が増大し、偶発的断線をなくすことができる。

第４の発明は、上記第３の発明において、第２の逆流阻止ダイオードは、商用電源電圧のピーク値以上の耐圧を有するものであり、確実にトリガ端子の電源入力より直流電源回路に電流が逆流することを防止することができ、他の周辺回路の破壊防止を確実にすることができる。また、直流電源回路は、第２の逆流阻止ダイオードにより必ず保護されることより、ヒューズの溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、定常電流の断続のストレスに対する耐力が増大し、偶発的断線をなくすことができる。

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）
図１は、本発明の一実施の形態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、商用電源１よりヒューズ２を介してインバータ３に電源電流を供給している。インバータ３は、コイル４に交流電流を供給し、コイル４に流れる交流電流が加熱対象（図示せず）に誘導電流を誘導し、加熱対象が発熱する。

スイッチング素子５は、インバータ３内に存在し共振により交流電流を発生させる。このスイッチング素子５は、グランド側端子５０１、トリガ端子５０２、プラス側端子５０３を有する。保護素子６は、トリガ端子５０２をマイナス方向のノイズ電圧から保護するものである。スイッチング素子５については、本実施の形態においても、従来例と同様、ＩＧＢＴであり、その構造は図３のとおりである。なお、図３については、すでに構成を説明しているので、ここでは説明を省略する。

スイッチング素子５のトリガ端子５０２はトリガ手段７に接続し、トリガ手段７は第１の逆流阻止ダイオード８を介して、インバータ３の共振波形を監視しつつ適時トリガ手段７に駆動信号を出力する、タイミングパルス発生手段９に接続している。ここで、第１の逆流阻止ダイオード８は、タイミングパルス発生手段９のトリガ手段７への駆動信号を順方向に通過させ、かつトリガ手段７からタイミングパルス発生手段９へ逆電圧の印加には逆方向となるように接続している。

本実施の形態では、タイミングパルス発生手段９は、コイル４の両端の電圧を比較し、ダイオード８を介して、トリガ手段７に駆動パルスを出力する。トリガ手段７の電源入力は、第２の逆流阻止ダイオード１０を介して直流電源回路１１に接続している。周辺回路１２は、その内部に操作部１２１、マイコン１２２を含んでいる。ここで、第１の逆流阻止ダイオード８および第２の逆流阻止ダイオード１０は、商用電源電圧のピーク値以上の耐圧を有するものである。

上記構成において動作、作用を説明する。誘導加熱が開始されると、タイミングパルス発生手段９はコイル４の両端の電圧を比較し、逆流阻止ダイオード８を介してトリガ手段７に駆動パルスを出力する。

タイミングパルス発生手段９から出力された駆動パルスを入力されたトリガ手段７は、スイッチング素子５のトリガ端子５０２に駆動信号を出力する。トリガ端子５０２にトリガ手段７より周期的に駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子５はその周期で導通し、インバータ３により共振しコイル４には交流電流が流れ、その交流電流により、加熱対象にも誘導電流が流れて、加熱対象が発熱する。

ここで、スイッチング素子５が短絡故障した場合を考える。スイッチング素子５が短絡故障すると、短絡電流が商用電源１よりヒューズ２、インバータ３、コイル４、プラス側端子５０３から半導体チップ３１、グランド側端子５０１のボンディングワイヤ３２、グランド側端子５０１の経路で流れる。

このとき、ヒューズ２が溶断すれば、誘導加熱装置全体が商用電源１より切り離され、装置全体が速やかに機能停止する。

しかしながら、各種の条件のばらつきによりヒューズ２が溶断せず、スイッチング素子５のグランド側端子５０１のワイヤボンディング３２が先に溶断した場合、スイッチング素子５は短絡故障しているのであるから、そのプラス側端子５０３と、トリガ端子５０２は短絡状態であることが考えられ、このとき、高電圧（商用電源１のピーク電圧）がトリガ端子５０２を介してトリガ手段７の出力に印加される。

この状態になると、即座に保護素子６とトリガ手段７は電圧破壊を起こしてしまうが、トリガ手段７の電源入力には、直流電源回路１１への電流逆流を阻止するように第２の逆流阻止ダイオード１０が接続されており、トリガ端子５０２からの電流が直流電源回路１１に侵入することはない。

また、トリガ手段７のタイミングパルス発生手段９からの駆動信号の入力には、第１の逆流阻止ダイオード８がトリガ手段７からタイミングパルス発生手段９出力への電流の逆流を阻止するように接続されており、トリガ端子５０２からの電流がタイミングパルス発生手段９に侵入することはなく、タイミングパルス発生手段９は破壊しない。

直流電源回路１１には、マイコン１２２や操作部１２１等周辺回路１２が接続されているが、上記のように、トリガ手段７の電源入力部に設置された第２の逆流阻止ダイオード１０により電流の侵入が阻止され、これらその他の周辺回路１２に対する直流電源回路からの高電圧の印加はなく、破壊は発生しない。

このように、ヒューズ２よりも先に、スイッチング素子５のグランド側端子５０１のボンディングワイヤ３２が先に溶断し、トリガ端子５０２に高電圧が印加された場合でも、直流電源回路１１とタイミングパルス発生手段９、その他の周辺回路１２に、電流は侵入せず、これらの破壊は発生しない。

以上のように、本実施の形態においては、インバータ３の電源入力端子に直列にヒューズ２を挿入し、インバータ３内のスイッチング素子５により共振により交流電流を発生させ、このスイッチング素子５のトリガ端子５０２にトリガ手段７より駆動信号を出力し、インバータ３の共振波形を監視しつつスイッチング素子５のトリガ端子５０２への駆動信号をタイミングパルス発生手段９よりトリガ手段７に適時出力し、このタイミングパルス発生手段９のトリガ手段７への駆動信号を順方向に通過させ、かつトリガ手段７からタイミングパルス発生手段９へ逆電圧の印加には逆方向となるように第１の逆流阻止ダイオード８を接続したので、スイッチング素子５内のグランド側端子５０１ボンディングワイヤ３２がヒューズ２より早く溶断し、高電圧がスイッチング素子５のトリガ端子５０２に印加されても、第１の逆流阻止ダイオード８によりタイミングパルス発生手段９への電流の流れ込みを阻止することができ、タイミングパルス発生手段９、および他の周辺回路１２に高電圧が印加されることはなく、これらを破壊しないようにできる。また、スイッチング素子５のタイミングパルス発生手段９より内側の回路は、第１の逆流阻止ダイオード８により必ず保護されることより、ヒューズ２の溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、定常電流の断続のストレスに対する耐力が増大し、偶発的断線をなくすことができる。

また、第１の逆流阻止ダイオード８は、商用電源電圧のピーク値以上の耐圧を有するので、確実にタイミングパルス発生手段９および他の周辺回路１２への電流の逆流を阻止することができ、破壊防止を確実とすることができる。

また、直流電源回路１１とトリガ手段７の電源入力の間に第２の逆流阻止ダイオード１０を接続したので、スイッチング素子５内のグランド側端子５０１のボンディングワイヤ３２がヒューズ２より早く溶断し、高電圧がスイッチング素子５のトリガ端子５０２に印加されても、トリガ端子５０２の電源入力より直流電源回路１１に電流が逆流することがなく、タイミングパルス発生手段９や他の周辺回路１２を破壊することがないようにできる。また、直流電源回路１１は、第２の逆流阻止ダイオード１０により必ず保護されることより、ヒューズ２の溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、定常電流の断続のストレスに対する耐力が増大し、偶発的断線をなくすことができる。

また、第２の逆流阻止ダイオード１０は、商用電源電圧のピーク値以上の耐圧を有するので、確実にトリガ端子５０２の電源入力より直流電源回路１１に電流が逆流することを防止することができ、他の周辺回路１２の破壊防止を確実にすることができる。また、直流電源回路１１は、第２の逆流阻止ダイオード１０により必ず保護されることより、ヒューズ２の溶断特性を鈍感（溶断電流が大）なものとすることができ、定常電流の断続のストレスに対する耐力が増大し、偶発的断線をなくすことができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、ヒューズの定常電流の断続のストレスによる偶発的に断線をなくすことができるとともに、スイッチング素子の短絡故障時のタイミングパルス発生手段および他の周辺回路の破壊を防止することができるので、加熱対象に誘導電流を誘起し誘導加熱するように構成した誘導加熱装置として有用である。

本発明の一実施の形態における誘導加熱装置の一部ブロック化した回路図 従来の誘導加熱装置の一部ブロック化した回路図 本発明および従来の誘導加熱装置を構成するスイッチング素子の一部切欠した斜視図

符号の説明

２ ヒューズ
３ インバータ
４ コイル
５ スイッチング素子
５０２ トリガ端子
７ トリガ手段
８ 第１の逆流阻止ダイオード
９ タイミングパルス発生手段

Claims (2)

1. 加熱対象に誘導電流を誘起するコイルと、このコイルに交流電流を供給するインバータと、このインバータの電源入力端子に直列に挿入したヒューズと、前記インバータ内に存在し共振により交流電流を発生させるスイッチング素子と、このスイッチング素子のトリガ端子に駆動信号を出力するトリガ手段と、前記インバータの共振波形を監視しつつ前記スイッチング素子のトリガ端子への駆動信号を前記トリガ手段に適時出力するタイミングパルス発生手段と、このタイミングパルス発生手段の前記トリガ手段への駆動信号を順方向に通過させ、かつ前記トリガ手段から前記タイミングパルス発生手段へ逆電圧の印加には逆方向となるように接続され、商用電源電圧のピーク値以上の耐圧を有する第１の逆流阻止ダイオードとを備えた誘導加熱装置。
2. 加熱対象に誘導電流を誘起するコイルと、このコイルに交流電流を供給するインバータと、このインバータの電源入力端子に直列に挿入したヒューズと、前記インバータ内に存在し共振により交流電流を発生させるスイッチング素子と、このスイッチング素子のトリガ端子に駆動信号を出力するトリガ手段と、このトリガ手段に電源電流を供給する直流電源回路と、この直流電源回路と前記トリガ手段の電源入力の間に接続され商用電源電圧のピーク値以上の耐圧を有する第２の逆流阻止ダイオードと、前記インバータの共振波形を監視しつつ前記スイッチング素子のトリガ端子への駆動信号を前記トリガ手段に適時出力するタイミングパルス発生手段とを備えた誘導加熱装置。
   

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