JP7216617B2 - 誘電加熱システム - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態1について、詳細に説明する。
図2は、本実施形態に係る出力電力の制御イメージを示す図である。本実施形態では、図2に示すように、整合点探索モードにおいて、高周波電源2の出力電力に関して、小電力から、電源インピーダンスと、負荷インピーダンスとが整合する整合点の探索を始め、その電力における整合点から少し電力を大きくして整合点の探索を再度行う。このように、高周波電源2の出力電力を段階的に少しずつ上げて、定常電力に徐々に近づけていきながら、整合点の探索を繰り返す。なお、定常電力は、負荷6に印加する電力である。
図1は、本実施形態に係る高周波誘電加熱システム(以下、誘電加熱システムという)1の構成を示す図である。誘電加熱システム1は、高周波電源(電源部)2と、検波器(検出部)3と、整合器(可変部)4と、制御器(制御部)5と、2つの電極(加熱部)61とを備えている。なお、高周波電源2、検波器3、整合器4、および、下側の電極61は、接地7に接続されている。
図3(a)は、本実施形態に係る整合器4の構成例を示す図である。図3(a)に示すように、整合器4において、並列接続されたコイルL(L1、L2、L3)と、スイッチS(S1、S2、S3)とを一つの構成要素とし、複数の当該構成要素が入出力回路内に直列または並列に接続されている。
図4は、本実施形態に係る整合点探索モードにおける制御器5の処理概要を示すフローチャートである。
制御器5は、出力パワー制御信号を最小値であるV1に設定する。
制御器5は、整合器4の状態(図3(b)参照)のうち、整合器4の各状態における進行波電力および反射波電力を取得する。なお、ステップS401で出力パワー制御信号を最小値V1に設定しているため、整合器4の各状態において探索を行っても、半導体スイッチング素子を破壊する程、反射波電力が大きくなることはない。
制御器5は、ステップS402で取得した整合器4の各状態における進行波電力および反射波電力のうち、進行波電力が最大で、かつ、反射波電力が最小である整合器4の状態を選択する。
制御器5は、出力パワー制御信号をV1よりも大きい電圧値V2に設定する。
制御器5は、ステップS403で選択した整合器4の状態と、当該整合器4の状態の近傍とにおける進行波電力および反射波電力を取得する。例えば、ステップS403で状態4が選択された場合、制御器5は、状態4の近傍である状態3および状態5を併せて選択し、それぞれの状態における進行波電力および反射波電力を取得する。
制御器5は、ステップS405で取得した、整合器4の各状態における進行波電力および反射波電力のうち、進行波電力が最大で、かつ、反射波電力が最小である整合器4の状態を新たに選択する。
制御器5は、出力パワー制御信号をV2よりも大きい電圧値V3に設定する。
制御器5は、ステップS406で選択した整合器4の状態と、当該整合器4の状態の近傍と、における進行波電力および反射波電力を取得する。
制御器5は、ステップS408で取得した整合器4の各状態における進行波電力および反射波電力のうち、進行波電力が最大で、かつ、反射波が最小である整合器4の状態を新たに選択する。
制御器5は、出力パワー制御信号をV3よりも大きい電圧値V4に設定する。
制御器5は、ステップS409で選択した整合器4の状態と、当該整合器4の状態の近傍と、における進行波電力および反射波電力を取得する。
制御器5は、ステップS411で取得した整合器4の状態における進行波電力および反射波電力のうち、進行波電力が最大で、かつ、反射波電力が最小である整合器4の状態を新たに選択する。
制御器5は、変数xに1を代入し、変数yに1を代入する。
制御器5において、出力パワー制御部52は、出力パワー制御信号をVxに設定する。これにより、制御器5は、高周波電源2の出力電力を初期値に設定することになる。
整合調整部53は、整合器4の状態をMyに設定する。
電力値モニタ部51は、検波器3から電力値を取得し、当該電力値から進行波電力と、反射波電力とを読み取り、整合器4の状態Myに対応付けて記録する。例えば、電力値モニタ部51は、進行波電力および反射波電力の値をメモリ上の、状態Myに対応するアドレスに記憶させる。
制御器5は、変数yに1を加算する。
制御器5は、変数yが8よりも大きいか否かを判定する。変数yが8よりも大きい場合(ステップS506のYES)、整合器4の各インピーダンスについて、進行波電力および反射波電力を取得したことになるので、次に、制御器5は、ステップS507の処理を実行する。変数yが8よりも大きくない(8以下である)場合(ステップS506のNO)、制御器5は、ステップS503の処理を再度実行する。
制御器5は、以上の結果により、進行波電力が最大であり、かつ、反射波電力が最小である状態My’を探して(整合器4のインピーダンスを選択して)、この状態My’のy’を、変数zに保存する。
制御器5は、変数xに2を代入し、変数yにz-1を代入する。ただし、変数zが1の場合には、制御器5は、変数yに1を代入する。変数zが8の場合には、制御器5は、変数zおよびyに7を代入する。
制御器5において、出力パワー制御部52は、出力パワー制御信号をVxに設定する。
整合調整部53は、整合器4の状態をMyに設定する。
電力値モニタ部51は、検波器3から電力値を取得し、当該電力値から進行波電力と、反射波電力とを読み取り、整合器4の状態Myに対応付けて記録する。例えば、電力値モニタ部51は、進行波電力および反射波電力の値を、状態Myに対応する、メモリ上のアドレスに記憶させる。
制御器5は、変数yに1を加算する。
制御器5は、変数yがz+1よりも大きいか否かを判定する。変数yがz+1よりも大きい場合(ステップS506のYES)、制御器5は、ステップS514の処理を実行する。変数yがz+1よりも大きくない(z+1以下である)場合(ステップS506のNO)、制御器5は、ステップS510の処理を再度実行する。
制御器5は、以上の結果により、進行波電力が最大であり、かつ、反射波電力が最小である状態My’を探して(整合器4のインピーダンスを選択して)、当該状態My’のy’を変数zに保存する。
制御器5は、変数xに1を加算し、変数yにz-1を代入する。ただし、変数zが1の場合には、制御器5は、変数yに1を代入する。変数zが8の場合には、制御器5は、変数zおよびyに7を代入する。変数xに1を加算することは、進行波電力を1段階大きくすることになる。
制御器5は、変数xが4よりも大きいか否かを判定する。変数xが4よりも大きい(進行波電力が最終値よりも小さい)場合(ステップS516のYES)、制御器5は、処理を終了する。この場合に、変数zに記録された状態が、電源インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるための整合器4の状態を表している。すなわち、制御器5は、ステップS514で選択した整合器4のインピーダンスを含む負荷インピーダンスが、高周波電源2が定常電力を出力するときの電源インピーダンスに整合すると判断する。
本発明の実施形態2について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。本実施形態では、最小電力による第1回目の整合点探索において、初期の電力を小さくした状態での探索を疎に行う。
(1)出力パワー制御信号と、出力電力との関係は、比例である必要はない。例えば、出力パワー制御信号を増加させることにより、出力電力が減少する関係でもよいし、線形比例する必要もない。
(2)出力制御信号は、アナログ信号である必要はない。例えば、パルス信号のデューティ比による制御でもよいし、何段階かのデジタル的な制御でもよい。
(3)整合器4の状態すべてについて反射率を確認する必要はなく、反射率の確認順序も重要ではない。反射率が規定値以下となった時点で探索を完了してもよいし、探索する状態の数を減らしても構わない。
誘電加熱システム1の制御器5の制御ブロック(特に、電力値モニタ部51、出力パワー制御部52、および、整合調整部53)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
本発明の態様1に係る誘電加熱システムは、高周波の電力を出力する電源部と、上記電源部から出力された電力が印加されることにより対象物を加熱する加熱部と、上記電源部と、上記加熱部との間に介設され、自らのインピーダンスを変更可能である可変部と、上記電源部と、上記可変部との間に介設され、上記電源部から上記可変部に出力される出力電力と、当該出力電力が上記可変部に反射されて上記電源部に戻る反射電力とを検出する検出部と、上記電源部が負荷に印加する電力である定常電力を出力するときに当該電源部の出力インピーダンスである電源インピーダンスに整合する負荷インピーダンスであって、上記対象物、上記加熱部、および、上記可変部を含む上記負荷の入力インピーダンスである負荷インピーダンスを調整する制御部と、を備え、上記制御部は、上記出力電力を、所定値よりも小さい値である初期値から上記定常電力の値である最終値まで段階的に大きくしながら、各出力電力における上記電源インピーダンスに整合する上記負荷インピーダンスを調整する。
2 高周波電源(電源部)
3 検波器(検出部)
4、4a 整合器(可変部)
5 制御器(制御部)
6 負荷
T ターゲット(対象物)
61 電極(加熱部)
Claims (3)
- 高周波の電力を出力する電源部と、
上記電源部から出力された電力が印加されることにより対象物を加熱する加熱部と、
上記電源部と、上記加熱部との間に介設され、自らのインピーダンスを変更可能である可変部と、
上記電源部と、上記可変部との間に介設され、上記電源部から上記可変部に出力される出力電力と、当該出力電力が上記可変部に反射されて上記電源部に戻る反射電力とを検出する検出部と、
上記電源部が負荷に印加する電力である定常電力を出力するときに当該電源部の出力インピーダンスである電源インピーダンスに整合する負荷インピーダンスであって、上記対象物、上記加熱部、および、上記可変部を含む上記負荷の入力インピーダンスである負荷インピーダンスを調整する制御部と、
を備え、
上記制御部は、
上記出力電力を、所定値よりも小さい値である初期値から上記定常電力の値である最終値まで段階的に大きくしながら、各出力電力における上記電源インピーダンスに整合する上記負荷インピーダンスを調整する
ことを特徴とする誘電加熱システム。 - 上記可変部は、離散的にインピーダンスを変更可能であり、
上記制御部は、
(1)上記出力電力を上記初期値に設定し、
(2)上記可変部の各インピーダンスについて、上記出力電力および上記反射電力を取得し、
(3)上記出力電力が最大であり、かつ、上記反射電力が最小である上記可変部のインピーダンスを選択し、
(4)上記出力電力を1段階大きくし、
(5)(3)の処理で選択した上記可変部のインピーダンス、および、当該インピーダンスの近傍のインピーダンスについて、上記出力電力および上記反射電力を取得し、
(6)上記出力電力が最大であり、かつ、上記反射電力が最小である上記可変部のインピーダンスを選択し、
(7)上記出力電力が上記最終値よりも小さい場合に、上記出力電力を1段階大きくし、(6)の処理で選択した上記可変部のインピーダンス、および、当該インピーダンスの近傍のインピーダンスについて、上記出力電力および上記反射電力を取得し、(6)の処理に戻り、
(8)上記出力電力が上記最終値である場合に、(6)の処理で選択した上記可変部のインピーダンスを含む上記負荷インピーダンスが、上記電源部が定常電力を出力するときの上記電源インピーダンスに整合すると判断する
ことを特徴とする請求項1に記載の誘電加熱システム。 - 上記可変部は、離散的にインピーダンスを変更可能であり、
上記制御部は、
(1)上記出力電力を上記初期値に設定し、
(2)上記可変部の各インピーダンスの一部について、上記出力電力および上記反射電力を取得し、
(3)上記出力電力が最大であり、かつ、上記反射電力が最小である上記可変部のインピーダンスを選択し、
(4)上記出力電力を1段階大きくし、
(5)(3)の処理で選択した上記可変部のインピーダンス、および、当該インピーダンスの近傍のインピーダンスについて、上記出力電力および上記反射電力を取得し、
(6)上記出力電力が最大であり、かつ、上記反射電力が最小である上記可変部のインピーダンスを選択し、
(7)上記出力電力が上記最終値よりも小さい場合に、上記出力電力を1段階大きくし、(6)の処理で選択した上記可変部のインピーダンス、および、当該インピーダンスの近傍のインピーダンスについて、上記出力電力および上記反射電力を取得し、(6)の処理に戻り、
(8)上記出力電力が上記最終値である場合に、(6)の処理で選択した上記可変部のインピーダンスを含む上記負荷インピーダンスが、上記電源部が定常電力を出力するときの上記電源インピーダンスに整合すると判断する
ことを特徴とする請求項1に記載の誘電加熱システム。
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