JPH01146282A - 高周波加熱装置 - 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） この発明は電子レンジ等のいわゆる誘電加熱全行う為の
高同波加熱装置の改良に関し、更に詳しく述べれば、そ
の電源装置にインバータ回路を用い、該インバータ回路
により高周波電力を発生しマグネトロン駆動用変圧器で
昇圧してマグネトロンを駆動するよう構成した高周波加
熱装置の改良に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の高周波加熱装置においては、マグネトロ
ン出力全安定制御し同時に半導体スイッチング素子を保
護する為に、マグネトロン駆動用変圧器巻線を利用した
電圧帰還手段・電流帰還手段・過電圧検出回路が設けら
れており、それらのフィードバックによってインバータ
回路のオンパルス幅が制御されている。しかしその過電
圧検出回路のしきい値は一定値であった。

（発明が解決しようとする問題点） 加熱開始時、マグネトロンにマグネトロン駆動用変圧器
から高周波電力が印加されると、まずフィラメント電流
が流れてフィラメントの温度が上昇スる。そしてフィラ
メントの温度がマグネトロン安定動作領域に到達すると
アノード電流が流れ始め、フィラメントが十分に温まる
とマグネトロンは安定発振するようになる。フィラメン
ト力？Ｌまるまではアノード電流が流れないから、電流
帰還手段からの入力によるブレーキがゼロで、インバー
タ回路は広いオンパルス幅で動作する。するとマグネト
ロン駆動用変圧器の出力に大きな電圧が発生して前記の
過電圧検出回路が作動してしまい、インバータ回路のオ
ン時間幅が狭く制御され′る。或いは、インバータ回路
を一旦停止させ再スタートを繰り返す。結果としてフィ
ラメントに与えられる高周波電力は小さくて、フィラメ
ントの温度上昇がゆっくりで、その分だけマグネトロン
の不安定動作状態が長く続く。従って、マグネトロンの
モーディングや不連続発振を起こしやすいという欠点が
あった。これは、過電圧検出回路のしきい値を、定常状
態（アノード電流が流れている時）におけるスイッチン
グ素子の許容電力定格１と定格電流に基づいて決めてい
ることに起因するものである。この発明はこのような事
情に鑑みてなされたもので、加熱開始から所定時間は過
電圧検出回路のしきい値を定常時より高くして、速やか
にマグネトロンを安定動作状態にするように構成した高
周波加熱装置を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の構成を第１図に基づき説明する。

１０１は商用電源を整流・平滑して直流電源を作る整流
・平滑回路、１０２はインバータ回路で、マグネトロン
駆動用変圧器１０４と、それに並列もしくは直列（図で
は並列）：妾脱された共振コンデンサ１０８と、該変圧
器１０４に直列に接続された半導体スイッチング素子１
０５より構成される。１０６は半導体スイッチング素子
１０５を駆動する駆動回路、１０８は制御回路で、出力
設定部１０７からの設定入力により駆動回路１０６に与
えるパルス幅を制御する。１１０は変圧器１０４のフラ
イバック電圧がしきい値より高いとき制御回路１０８へ
過電圧信号を出力する過電圧検出回路であり、しきい値
が可能である。１１２はマグネトロン駆動回路、１１８
はマグネトロンである。

そして上記制御回路１０８内には加熱開始から所定時間
上記過電圧検出回路１１０のしきい値と定常時よりも高
く設定するための計時回路１８が内蔵されている。

（作用） 制御回路１０８が出力するオン・オフパルス信号は駆動
回路１０６で増幅されて半導体スイッチング素子１０５
に与えられる。半導体スイッチング素子１０５の動作状
態を第２図に示す。制御回路１０８がオン信号を出力す
ると、半導体スイッチング素子１０５は導通して、第２
図中の破線のコレクタ電流１ｃｆマグネトロン駆動用変
圧器１０４に供給する。そして制御回路１０８がオフ信
号を出力すると半導体スイッチング素子１０５は非導通
になり、共振コンデンサ１０８とマグネトロン駆動用変
圧器１０４とが共振回路全構成し共振電圧が半導体スイ
ッチング素子１０５のコレクタ電圧Ｖｃｅに現れる。イ
ンバータ回路１０２は２０　ｋＨ２〜１００　ｋ　ＨＺ
程度の周波数で動作しており、電＃、同期での半導体ス
イッチング素子１０５のコレクタ電圧波形は第３図のよ
うになる。

インバータ回路１０２で作られた高周波電力はマグネト
ロン駆動用変圧器１０４の２次側昇圧巻線によりマグネ
トロン駆動回路１１２に供給され、マグネトロン１１３
の加熱出力は、制御回路１０８が出力するオン・オフパ
ルス信号のオン時１ｍ１幅に比例する。即ち、制御回路
１０８は、出力設定手段１０７の設定出力に応じたオン
時間幅で、かつマグネトロン駆動用変圧器１０４の発振
同波数と同期したオン・オフパルス信号を駆動回路１０
６に出力する。マグネトロン１１３に高周波電力が印加
されると、まずフィラメント電流が流れてフィラメント
温度が上昇し、その後アノード電流が流れ始め、電子レ
ンジ庫内にマイクロ波が放射される。アノード電流が未
だ流れていない間は電流帰還手段１１１からの入力に基
づくブレーキはゼロテアリ、制御回路１０８は広いオン
パルス幅のオン信号が駆動回路１０６に出力する。する
とマグネトロン駆動用変圧器１０４の出力には大きな電
圧が発生し、電圧帰還手段１０９の出力レベルが高くな
る。そしてオフ信号期間には大きなフライバック電圧が
発生し、スイッチング素子１０５のＶｃｅに現れる。

第４図は、スタート時点Ｔ１からのスイッチング素子１
０５のＶｃｅ　（ｐｅａｋ）の変化を示すタイムチャー
トで、第５図はコレクタを流１ｃ（ｐｅａｋ）の変化を
示すタイムチセードである。スタート直後、Ｖｃｅ　（
ｐｅａｋ）を急激に増大しアノード電流が流れる直前Ｔ
２で最大値Ｖｃｅ＝Ｃとなる。

この間コレクタには無負荷電流Ｉｃ＝Ｅが流れる。

そしてアノード電流が流れ始めるとＩ　ｃ　（ｐｅａｋ
）が増大すると共にＶｃｅ　（ｐｅａｋ）が低下し、１
３時点以後Ｉｃ　（ｐｅａｋ）−Ｆ　、Ｖｃｅ（ｐｅａ
ｋ）＊Ｄで安定し、定電力制御期間に入る。第４図にお
いて、Ｂは定常時の過電圧検出回路１１０のしきい値レ
ベルであり、Ｖｃｅ　（ｐｅａｋ）の最大値Ｃはこのレ
ベルを越えている。ところがスイッチング素子１０５の
動作時の破壊が電力熱破壊であることから、Ｔｃ　（ｐ
ｅａｋ）がＦ以下の期間では最大安全許容Ｖｃｅのレベ
ルは当然Ｂレベルよりも高い。

そこで、ｖｃｅ定格の大きなスイッチング素子１０５全
使うと、そのレベルＡはＣよりも高く設定することがで
きる。アノード電流が流れ始めてから定常状態に安定す
るまでの時間Ｔ　３−Ｔ　２は、制御系の応答性に依存
するから、それと併せてスイッチング素子１０５の安全
定格を考慮して、過電圧検出回路のしきい値をレベルＡ
からレベルＢ、に変化させる所定時間ｆｔ）’を決める
ことができる。即ち第６図のカーブＸのように、スター
ト時点Ｔ１より所定時間（１１はレベルＡ、それ以後の
定常期間はレベルＢを過電圧検出回路１１０のしきい値
とすることにより、スイッチング素子１０５全熱破壊か
ら守シながら、速やかにマグネトロンの発振を立ち上ら
せることができる。

（実施例） 以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述す名
。尚、これによってこの発明が限定されるものではない
。

第７図は加熱スタートから所定時間経過すると過電圧検
出回路のしきい値を低くし、また、過電圧全検出した場
合は一旦インバータ回路を停止させるように構成した実
施例の回路図である。

商用電源１にスイッチ２を介して整流平滑回路１０１が
接続されている。整流平滑回路１０１は整流ブリッジ３
と、その出力端子にチョークコイル４と平滑コンデンサ
５を接続して構成されている。整流平滑回路１０１の直
流出力端子には、マグネトロン駆動用変圧器１０４の１
次巻線６と共振コンデンサ１０８の並列共振回路が接続
され、またマグネトロン駆動用変圧器１０４とスイッチ
ング素子１０５の直列回路が接続され、ダンパーダイオ
ード１１４がスイッチング素子１０５のコレクターエミ
ッタ間に逆接続されている。マグネトロン１１３を発振
させるマグネトロン駆動回路１１２はマグネトロン駆動
用変圧器１０４を介して、マグネトロンヒータ巻線７と
マグネトロン入力巻線８全半波整流する高圧ダイオード
１１と高圧コンデンサ１０が接続されている。制御回路
１０８は電源トランス１２と電源回路１３により直流電
源（Ｖｄ＝−１２Ｖ）を作り、スイッチング素子１０５
を高同波スイッチングさせるためのオン・オフパルス信
号をパルス発生回路１４で発生させている。マグネトロ
ン駆動用変圧器１０４のマグネトロン入力巻線８と相似
な電圧を出力する補巻１ａ９から、マグネトロン１１３
の発振同期信号をタイミング回路１７に入力して、三角
波発生回路１６のタイミングを制御する。出力設定部１
０７・電圧帰還手段１０９・電流帰還手段１１１の出力
電圧の合成電圧と、三角波発生回路１６の出力電圧とを
比較回路１５で比較して、パルス発生信号のオン・オフ
時同幅が決まる。制御回路１０８の各部の電圧波形を第
８図に示す。補巻線９の出力電圧は、１次巻線６・マグ
ネトロン入力巻線８の両出力電圧と相似であるから、フ
ライバック電圧（スイッチング素子１０５がオフの位相
の電圧）はダイオード２３で過電圧検出回路１１０に入
力できる。その人力直圧（コンパレータＩ３６の反伝入
力）が、抵抗２６，２７．２９で決まる過電圧しきい値
レベル（非反転入力）を越えると抵抗３０とコンデンサ
３１で決まる一定時間コンバレータＩ３６の出力はＬＯ
Ｗになり、トランジスタ３４．３５がオンする。すると
比較回路１５の出力設定部側の入力電圧ｋＶＤレベルま
で引き下げるので、パルス信号のオン時間幅がゼロにな
りスイッチング素子１０５のスイッチング動作が一旦停
止して、自動再スタートする。

加熱スタート時には計時回路１８が一定時間ｆｔｌをカ
ウントし、その間トランジスタ２５をオンにする。つま
り抵抗２６と抵抗２７が並列接続になり、過電圧しきい
値レベルを高く（第６図のＡレベル）する。そして所定
時ｒｓ＋ｔ＋経過後はトランジスタ２５がオフになるか
ら、過電圧しきい値レベルは低く（第６図のＢレベル）
ナル。

電圧帰還手段１０９はスイッチング素子１０５のオン位
相タイミングで補巻線９の出力電圧をダイオード１９で
フィードバックする。ツェナーダイオードのオフセット
機能により、検知電圧が一定以上になると、前記比較回
路１５の出力設定部側の入力電圧を下げてオンパルス幅
Ｔｈ狭＜Ｌ−’ｌ’、マグネトロンの出力を抑制する。

電流帰還手段１１１は、マグネトロン電流を抵抗３７で
電圧に変換してダイオード３８でコンパレータ１１４６
の反転入力に入力する。その入力電圧が、抵抗４１．４
２の分圧（非反転入力）を越えると、コンパレータ１１
４６の出力はＬＯＷになり、前記比較回路１５の出力設
定部側の入力電圧を下げてオンパルス幅を狭くして、マ
グネトロンの出力を抑制する。即ち電圧帰還手段１０９
は電圧を一定にすべく、電流帰還手段は電流を一定にす
べくブレーキ機能を持ち、合わせてマグネトロンの出力
電力を一定にするように制御している。加熱スタート時
で末だアノード電流が流れ始めていない間は（第６図の
Ｔｌ−７２間）、電流帰還手段１１１の入力がゼロで、
コンパレータ１１４６の出力はＨＩＧＨである。従って
前記比較回路１５の出力設定部側の入力電圧は高く、パ
ルス信号のオン時間幅は広いので、−発生するフライバ
ック電圧が大きい。ところが前記計時回路１８がトラン
ジスタ２５をオンして、過電圧しきい値レベルを引き上
げているから（第６図のレベルＡ）、過電圧検出回路１
１０がはたらいてインバータ回路を一旦停止させるよう
なことはない。そしてアノード電流が流れて電流帰還手
段１１１のフィードバックが始まると、マグネトロンの
出力電圧が一定になるようにオン　。

パルス幅が制御され定常状態に入る。前記所定時間（ｔ
ｌをカウント終了した計時回路１８はトランジスタ２５
をオフにするから、過電圧しきい値レベルはさがり（第
６図のレベルＢ）、以後過電圧異常を監視する。前記所
定時間ｆｔｌは第６図の１２時点と１３時点の間に終了
するように設定されるがアノード電流の立ち上がシ値と
フライバック電圧の立ち下がり値との電力積と、スイッ
チング素子１０５の定格値とから、設計的に決めること
ができる。

（発明の効果） この発明によれば、加熱スタート時のアノード電流が流
れ始める直前に発生する比較的大きなフライバンク電圧
に過電圧検出回路が誤動作してしまうこと無く、かつ、
アノード電流が流れてからも、スイッチング素子を熱破
壊から守るべく適正な検出しきい値レベルの過電圧検出
回路を構成することができ、信頼性の高い高周波加熱装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック図、第２図は制
御回路の出力信号と、スイッチング素子のコレクタ電流
・コレクタ電圧波形図、第３図は電源周期のスイッチン
グ素子のコレクタ電圧波形図、 第４図はスイッチング素子のＶｃｅの時間的変化を示す
タイムチャート、 第５図はスイッチング素子のＩｃの時間的変化を示すタ
イムチャート、 第６図はスイッチング素子のＶｃｅと本発明の過電圧検
出回路のしきい値レベルとの関係を示す１０１：整流・
平滑回路、１０２：インバータ回路、１０６二駆動回路
、１０８：制御回路、１１０：過電圧検出回路、１１２
：マグネトロン駆動回路、１１３：マグネトロン、１８
：計時回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、商用電源を整流・平滑して直流電源を作る整流・平
   滑回路と、マグネトロン駆動用変圧器、該変圧器と並列
   もしくは直列接続された共振コンデンサ前記変圧器と直
   列接続された半導体スイッチング素子にて構成されたイ
   ンバータ回路と、前記半導体スイッチング素子を駆動す
   る駆動回路と、該駆動回路を制御する制御回路と、前記
   変圧器の電圧を検出する電圧帰還手段と、前記変圧器の
   過電圧を検出する過電圧検出回路と、マグネトロン駆動
   回路及びマグネトロンを備えて成る高周波加熱装置にお
   いて、加熱開始より所定時間は過電圧検出回路のしきい
   値を定常時よりも高く設定するしきい値設定手段を備え
   たことを特徴とする高周波加熱装置。