JPH01112697A - マイクロ波放電光源装置用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マグネトロンが発生するマイクロ波エネル
ギーによって無電極放電ランプを点灯させるマイクロ波
放電光源装置の電源装置に関ずろ。

〔従来の技術〕

マイクロ波放電光源装置は、従来、たとえば特開昭５７
−５５０９３号公報に示されるように、マグネトロンに
よって発生したマイクロ波エネルギーを導波管を介して
マイクロ波空胴共振器内に導き、このマイクロ波空胴共
振器内に配設された無電極放電ランプを点灯させ、その
光を外に取出して利用する光源装置である。このマイク
【Ｊ彼放電光源装置のマグネトロンを駆動させる電源装
置は、同公報に示されているように商用周波数電源に昇
圧トラシスの１次側を接続し、２次側をコンデンサ、整
流器などを用いて整流し、その整流電圧をマグネトロン
に印加して、動作させるようにしたものが用いられてい
た。

この従来の電源装置は、電源電圧の変動に対するマグネ
トロンの電力変動を抑制するために、昇圧トランスをリ
ーケージトランスとし、２次側に接続されたコンデンサ
との組合せで定電力特性を得ている。しかし、この従来
の電源装置は重量が重く、寸法も大型であり、しかもマ
グネトロン電力を段階的に変九ろことはできるが連続的
に変化させ、光出力を連続的に変えることはできないも
のであった。

一方、電子レンジなどの高周波加熱装置の分野において
、商用周波数電源を整流平滑して直流とし、この直流電
源を半導体スイッチング素子や高周波）・ランスなどよ
りなる高周波インバーターを用いて軽量・小型化したマ
グネトロンの駆動電源の開発が試みられている。その一
つの例として、特公昭６０−１８９８８９号公報に示さ
れているものがある。第２図は同公報に示されたマグネ
トロン駆動用電源装置であり、図において、（１）はマ
グネトロン、（２）はマグネトロン（１）に高電圧を印
、加するための昇圧トランス、（３）は昇圧トランス（
２）の２次側に接続したダイオードで、ダイオード（３
）は高圧コンデンサ（４）とともに倍電圧整流回路を構
成し、マグネトロン（１）に昇圧トランス（２）の高圧
電力を単一方向化して供給している。（５）は商用電源
ライン間に設けられた整流器で、コンデンサ（６１、（
７１とともに単一方向電源を構成している。コンデンサ
（６）、（７）は整流器（５）の出力側に直列に接続さ
れ、それぞれの両端で単一方向電源を形成している。（
８）、（９）ｔよ制御素子としてのパワートランジスタ
で、それぞれコンデンサｆ６Ｌ（７１の両端に形成され
ている単一方向′Ｆｉ源に、昇圧トランス（２）の１次
側の負荷回路と直列に接続されている。（１０）、（１
１１はパワートランジスタ＋８Ｌ（９１の制御用トラン
ジスタである。パワー）・ランジスタ（８１、（９１は
交互に動作する。また、（１２）はパワートランジスタ
（８）、（９）を交互に動作させるための制御回路、（
１３）は商用周波数より高い周波数の矩形波を光振する
矩形波発振回路である。

つぎに、動作について説明する。矩形波発振間ｉ　（１
３）は回路内の抵抗とコンデンサにより定められた周波
数の矩形波を発振し、この矩形波信号は制御回路（１２
）に与えられ、制御回路（１２）はパワートランジスタ
（８１、（９１に交互に制御電流を流し、パワートラン
ジスタ（８１、（９１は交互に開閉を繰り返し、負荷に
対し、矩形波交流電圧を印加する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記した従来の高周波インバークーによ
るマグネトロン駆動電源装置は、マグネトロン負荷が非
線形であることから生じる電源電圧変動時のマグネ）・
ロン電力の変動が大きく、インバーター電流の変動も大
きいなど不安定であり、したがって電源電圧の変動によ
る無電極放電ランプの光出力の変動を大きくし、また、
商用周波数電源を整流平滑して得られる単一方向電源の
商用周波数による直流電圧リップルによる１００１ｒｚ
　（あるいは１２０Ｈｚ）の光出力の変動も生じるとい
う問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、電源電圧の変動に対するマグネトロン電力
およびインバーター電流の安定化が瞬時的にも平均的に
も図れ、電源電圧の変動および商用周波数の直流電圧リ
ップルによる無電極放電ランプの光出力の変動を抑制し
たマイクロ波放電光源装置用電源装置を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかわるマイクロ波放電光源装置の電源装置
は、昇圧トランスに直列に可変リアクトルを設けるとと
もに、インバーターから出力される矩形波電圧のパルス
幅をマグネトロン電力に対応したフィードバック制御電
圧によりスイッチング制御するスイッチング制御回路を
設け、かつ直流平滑電圧に対応する制御信号により可変
リアクトルのインダクタンスの値を可変制御する可変リ
アクトル制御回路を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、昇圧トランスに直列に設けられた
可変リアクトルのインダクタンスの値が、スイッチング
ＯＮからの時刻に対するインバーター電流の立ち上がり
曲線を決め、スイッチングＯＦＦ時での間の最大値が決
まり、直流平滑電圧に応じてインダクタンスの値を変化
させることになるため、インバーター電流の瞬時値の最
大値をほぼ一定化でき、スイッチング制御回路によるマ
グネトロン電力を設定値になるようパルス幅を制御して
おり、この両者の制御が瞬時的かつ平均的にマグネトロ
ン電力を一定になるよう作用する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに、説明する。第
１図において、（１５）は昇圧トランス（２）の１次側
に接続され、かつその昇圧トランス（２）に流れろ電流
を制御する可変リアクトルで、可変リアクトル部（１５
ａ）、制御コイル部（１５ｅ）、偏磁コイル部（１５ｂ
）で構成されている。（１６ａ）〜（１６ｄ）はインバ
ーター（１６）を構成するＭＯＳ　ＦＥＴ群、（１７ａ
）　〜（＋７ｄ）は回生ダイオード群、（２０）は昇圧
）・ランス（２）の２次電流を検出する電流検出器、（
２１）は制御コイル部（１５ｅ）直流平滑電圧Ｅ。

に相当する制御信号の電流ｉ　ｃを与える抵抗、（２２
）は偏磁コイル部（＋５ｂ）に電流を流す偏磁用直流電
源である。（１８）は商用周波数電源、（５）は整７Ａ
　ｕ　、（６１はコンデンサである。（１９）はインバ
ーター（１６）のスイッチング動作を制御する制御回路
である。（１９）はＰＷＭの制御回路で、（２３）がＰ
ＷＭ目標値すなわちマグネトロン電力の設定値を設定す
るための設定電圧ｖｒを決める可変抵抗器、（３０）は
マグネトロン電力に相当する昇圧トランス（２）の２次
電流に対応したフィードバンク制御信号電圧ｖｔ８整流
する整流回路、（２９）は平滑フィルタ、（２４）は電
圧Ｖｔを整流平滑しｔ：電圧ｖｆ′とｖｌとの差Ｖ、を
検出する誤差検出型、（２５）は■８を増幅する増幅回
路、（２７）は増幅器（２５）の出力電圧Ｖ、によって
ＰＷＭ変調するＰＷＭ変調器、（２８）はＰＷＭ変調器
（２８）の出力■ユによって動作するインバーター（１
６）のＭＯＳ　ＦＥＴ　Ｈｆをスイッチング動作させる
ドライバー回路である。なお、ｖｌはインバーター出力
電圧、１１はインバーター電流、■２はマグネトロン電
圧、■□はマグネトロン電流である。

つぎに、動作について説明する。商用交流電源（１８）
が投入され、定常状態における動作は、ＰＷＭ制御回路
（１９）から与えられろ信号により、ＭＯＳ　ＦＥＴ（
１６ａｌ〜（１６ｄｌからなるインバーター（１６）は
ＭＯＳ　ＦＥＴ（１６ａｌと（１６ｄ）および（１６ｃ
）と（１６ｄｌが交互に０Ｎ−ＯＦＦをして、矩形波交
流電圧Ｖ−を出力する。この矩形波交流電源Ｖ１が昇圧
トランス（２）の１次側に印加され、２次側に昇圧され
た電圧を誘起し、この２次側電圧ば昇圧１−ランスの２
次側に接続されたコンデンサ（４）とダイオード（３）
で構成された半波倍電圧整流回路に与えられ、ＭＯＳ　
ＦＥＴ（１６ｅ）と（１６ｂ　）がＯＮｌ、ｌＩＳ態時
の半サイクルで（よ、コンデンサ（４）への充電をし、
（１６ａ）と（１６ｄｌのＯＮ時のっぎの半サイクルで
は、マグネトロン印加電圧Ｖ２をマグネトロン（１１の
動作電圧まで高めて、マグネトロン電流■□を流し、マ
イクロ波を発振する。このマイクロ波エネルギーを受け
て、従来と同様に構成された共振空胴内の無電極放電ラ
ンプが点灯する。マグネトロン（１１のマグネトロン印
加電圧ｖ２とマグネトロン電流の関係は定電圧特性を示
し、動作点近傍において、印加電圧に対する電流の変化
が非常に大きい。したがって、電源電圧の変動によるマ
グネトロン印加電圧ｖ１の変動がマグネトロン電力の変
動が大きいので、マグネトロン電力を一定に保つための
制御をする。ずなわら、マグネトロン電力（マグネＩ・
ロン電流■１の平均値にほぼ比例する）に相当する昇圧
トランス（２）の２次電流を検出し、この検出量を整流
し平滑（平均化する）したフィードバック信号電圧ｖ４
″を設定するマグネトロン電力に相当する設定電圧Ｖ、
との差ｖｅにもとづいてＰＷｍ変調器（２７）により、
スイッチング動作のパルス幅を変えて、マグネトロン電
力が一定となるようフィードバック制御系を施している
。これば、設定電圧ｖｒよりもマグネトロン電力（Ｖｆ
’）が小さいときはスイッチングＯＮ幅が広く、またＶ
ｔ’がｖ、、よりも大きいときはスイッチングＯＮ幅を
狭めるように動作し、マグネトロン電力が設定値に一定
となるように制御される。一方、昇圧トランス（２）の
１次側に接続した可変リアクトル（１５）は偏磁コイル
部に電流を流して、適当な動作点にし、制御コイル部（
１５ｃｌに直流平滑電圧Ｅ。に対応する制御電流Ｉ０を
流れるようにし、直流平滑電圧Ｅ０が上昇したときイン
ダクタンスが大きくなり、直流平滑電圧Ｅ０が低いとき
はインダクタンスが小さくなるように設定してあり、こ
の可変リアクトル（１５）はＥ。が高いときはインバー
ター電流■１を減少させるよう、またＥｏが低いときは
インバーター電流１１を増大させろように動作する。し
たがって、この可変リアクトル（１５）は電源電圧の変
動に対しインバーター電流■１を一定に保つように動作
し、このインバーター電流に応じて流れるマグネトロン
電流を一定に保持するように動作する。

この２つの制御は互いに独立して動作し、可変リアクト
ルによる電流の制御は電源電圧の変動に対して一定電力
化とインバーター電流■、およびマグネトロン電流■□
の瞬時値の最大値を一定に保持するよう働き、マグネ）
・ロン電力のフィードバック制御（ｐｗＭ制御）は可変
リアクトルの制御のみでは制御しきれない分の一定電力
化の制御する働きをし、両者の制御系が干渉しないので
、乱調が生じない。また、ＰＷＭ制御のみの場合、電源
電圧が高くなるとパルス幅が狭くなり、またインバータ
ー電流の瞬時値およびマグネトロン電圧の瞬時値の最大
値が増大するが、この発明の場合はこれらの電流の瞬時
値の最大値が一定され、したがってＰＷＭ制御のパルス
幅も大幅な変動がなくなり、マグネトロン電力は瞬時値
および平均値においても定電力に制御できるようになる
。

〔発明の効果〕

以上の説明のように、この発明によれば、昇圧トランス
に直列に電源電圧に対応する制御電流で可変する可変リ
アクトルを接続すること、およびマグネトロン電力に相
当する制御信号によるフィードバック制御とを施すこと
により、電源電圧の変動に対し、瞬時値的にも平均値的
にもマグネトロン電流、マグネトロン電力およびインバ
ーター電流を一定化でき、安定なインバーター動作、安
定なマグネトロン動作ができ、信頼性の高いマグネトロ
ン駆動電源が得られる。

したがって、電源電圧の変動や商用周波数のリリプルに
よろマグネトロン電力の電力の変動を小さくてき、無電
極放電ランプの光のチラッキを抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わるマイクロ波放電光源装置用電
源装置の一実施例を示す回路図、第２図は従来のマグネ
トロン駆動用電源装置の回路図である。 図において、（１）はマグネトロン、（２）は昇圧トラ
ンス、（３）はダイオード、（４）はコンデンサ、（５
）ば整流器、（１５）は可変リアクトル、（１６）はイ
ンバーター、（１８）は商用周波数電源、（１９）はイ
ンバーター制御回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用周波数電源の交流を直流に変換する直流電源
   と、上記直流を高周波交流に変換するインバーターと、
   上記高周波交流を昇圧する昇圧トランスと、この昇圧ト
   ランスの出力を整流してマグネトロンに印加する整流回
   路と、上記昇圧トランスと直列に接続された可変リアク
   トルと、上記インバーターをスイッチング制御するイン
   バーター制御回路と、上記直流電源より上記インバータ
   ーに印加する電圧に対応して上記可変リアクトルのイン
   ダクタンスを可変制御する可変リアクトル制御回路とを
   備えたことを特徴とするマイクロ波放電光源装置用電源
   装置。
2. （２）インバーター制御回路は、マグネトロン電力に対
   応する制御信号電圧と設定されたマグネトロン電力に相
   当する設定基準電圧との誤差電圧により上記インバータ
   ーのスイッチング動作をＰＷＭ制御したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波放電光源装置
   用電源装置。