JPH01159992A - 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を行う為の
高周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
ン出力を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きれてめる。しかしその過電
圧検出回路のしきい値は一定値であり、専らアノード電
流が定常的に流れている時の電力損失から決められた値
である。

（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σ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−に昇する。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
ントが温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比較的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をれる、或いは、インバータ
回路を一旦停止は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をくて、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つ欠
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σれたもので、加熱開始から所定のアノ
ード電流を検知するまで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、］０２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）接続はれた共振コンデンサ１０３と、該変圧器
］、　０４に直列に接続された半導体スイッチング素子
１０５より構成σ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。１０９は十記変圧器の電圧
を検出して制御回路１０８に帰還シせる電圧帰還手段、
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、しきい値が可変である。１１１はマ
グネトロンのアノード電流を検出して制御回路に帰還さ
せる電流帰還手段、１１２はマグネトロン駆動回路、１
１３はマグネトロンである。そして上記制御回路１０８
と電流帰還手段１１１とで、加熱開始からマグネトロン
電流が所定値に達するまで上記過電圧検出回路１１０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
が構成されている。

（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］０５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Ｉｃを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ｉｏｓは非導通
になり、共振コンデンサ１０３とマグネトロン駆動用変
圧器１０４とが共振回路を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２０ｋＨ２〜１００　ｋＨ２程度
の周波数で動作してオリ、電源周期での半導体スイッチ
ング素子１０５の一ルクタ電圧波形は第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１
１３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間幅に比例する。即ち、制御回路
１０８は、出方設定手段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
周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σ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であり、制御回路１０８は広いオン
パルス幅のオン信号を駆動回路１０６に出力する。する
とマグネトロン駆動用変圧器１．０４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図はコレクタ電流Ｉ　Ｃ（ｐｅａｋ）の変化を
示すタイムチャートである。スタート直後、ｖＣｅ（ｐ
ｅａｋ）は急激に増大しアノード電流が流れる直前Ｔ２
で最大値ｖＣｅ−＝ｃとなる。この間コレクタには無負
荷電流１ｃ＝Ｅが流れる。そしてアノード電流が流れ始
めるとｒｃ（ｐｅａｋ）が増すると共にｖｃｅ（ｐｅａ
ｋ）が低下し、１３時点以後１ｃ（ｐｅａｋ）＝Ｆ、Ｖ
ｃｅ（ｐｅａｋ　）＝Ｄで安定し、定常状態流電力制御
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（ｐｅａ
ｋ）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損失によ
るものであるどとから、１ｃ（ｐｅａｋ）がＦ以下の期
間での最大安全許容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を使うと、そのレベルＡｉｄＣよりも高く設定す
ることができる。

そしてスイッチング素子の電力定格とＶＣｅの過渡値と
から、過電圧検出回路のしきい値をＢレベルに変化させ
るための所定アノード電流値を決めることができる。（
第５図の、スイッチング素子のＩ　（＝Ｇ、　Ｔ　４時
点がそれに相当する。）即ち、第６図のカーブＸのよう
に、スタート時点Ｔ１より前記所定７ノード電流値を検
出するまではレベルＡ１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を熱破壊から守りながら、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る
。尚、これによってこの発明が限定きれるものではなり
０ 第７図は加熱スタートから所定のアノード導電流匝を検
出するまでは過電圧検出回路のしきい値を高くし、また
、過電圧を検出した場合は−Ｈインバータ回路を停止き
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１．０１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を接続して構成はれている。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１０３の並列共振回路が接
続はれ、寸たマグネトロン駆動用変圧器１０４とスイッ
チング素子１０５の直列回路が接続きれ、ダンパーダイ
オード１１４がスイッチング素子１０５のコレクタ電流
ミ、り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】１２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を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
高周波スイッチングσ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線９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１０７
・電圧帰還手段１０９・電流帰還手段】１１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・オフ時間幅
が決捷る。

制御回路１０８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
の入力電圧（コンパレータ１３６の反転入力）が、抵抗
２６＋２７．２：９で決す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
まる一定時間コンパレータ１３６の出力はＬＯＷ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をＶｄレベまで引き下げ
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。加熱スタート時からマグネトロンの
アノード電流が所定値に立ち上がる寸では、トランジス
タ２５はオフである。つ寸り分圧は抵抗２６と抵抗２７
とで決捷り、過電圧しきい値レベルは高１．Ａ（第６図
のＡレベル）。そしてアノード電流が流れると、抵抗３
７で電圧に変換σれ、ダイオード１８・抵抗４７でコン
デンサ４８が充電はれる。抵抗４７と４９の分圧が、ト
ランジスタ５１のオン電圧を越えるとトランジスタ５】
がオンし、トランジスタ２５がオンする。前記のアノー
ド電流の所定値は、この抵抗４７と４９によって設定す
ることができる。トランジスタ２５がオンになると、抵
抗２６と抵抗２つとが並列接続となり、過電圧しきい値
レベルは低く（第６図のＢレベル）なる。

電圧帰還手段１０９はスイッチング素子１０５０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
を狭くして、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ｌｌ　４６の反転
入力に入力する。その入力電圧が、抵抗４１゜４２の分
圧（非反転入力）を越えると、コンパレータ［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ヲ持チ、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
ているっ 加熱スタート時で未だアノード電流が流れ始めてｒない
間は（第６図のＴｌ−１２間）、電流帰還手段】１１の
入力がゼロで、コンパレータｌ１４６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が広いので、発生
するフライバック電圧は比較的大きい。ところが前記ト
ランジスタ２５がオフで、過電圧しきい値レベルを引き
上げてｒるから（第６図のレベルＡ）、過電圧検出回路
１１０が動作してインバータ回路を一旦停止づせるよう
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１１】のフィードバックが如才ると、マグネトロンの
出力が一定になるようにオンパルス幅が制御されて定常
状態に入る。前記所定のアノード電流を検出してトラン
ジスタ５１がオンスルト、トランジスタ２５がオンにな
るから、過電圧しきい値レベルは下がり（第６図のレベ
ルＢ）、以後過電圧異常を監視する。

前記、第６図で１４時点は１２時点と１３時点の間に終
了するように示してめるが、アノード電流の所定検出値
を適当に選べば、Ｔ４＝７３にすることもできる。また
、前記の抵抗２９と並列にコンデンサを挿入して抵抗２
６と時定数を持たせることにより、第６図のＸカーブの
立ち下がりを緩やかにすることもできる。

（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ック電圧
に過電圧検出回路が誤動作してし寸うこと無く、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っ

【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図は電源同期のスイッチング
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タイムチャート 第７図は実施例の電気回路図、 第８図は第７図の゛心気回路の各部電圧波形図である。 １０１：整流・平滑回路、１０２：（７バ一タ回路、１
．０４．：マグネトロン駆動用変圧器、１ｏ５：半導体
スイッチング素子、１．０６：駆動回路。 １０８二制御回路、１０９：電圧帰還手段、１１゜：過
電圧検出回路、１１１：電流帰還手段、１１２：マクネ
トロン、ｌＸ［回路、　　１．１３　：マグネトロン。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）ｒｉＡｒｆ
ｌｉ ド）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　寸
！ＩＧ　　　　　　　　　　　　　　　　　味關　　　
　　　　　　　　　Ｈ Ｌｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　（、Ｄ昧　　
　　　　　　　　　　昧

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して制御回路に帰還させる電圧帰
   還手段と、マグネトロンのアノード電流を検出して制御
   回路に帰還させる電流帰還手段と、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、
   加熱開始から上記電流帰還手段が所定のアノード電流を
   検出するまで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。