JPH01186585A - 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】 （イ）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
にて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。

（ロ）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
ン出力を安定側例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・過電圧判定回路が設けら
れており、それらか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。しかし通常
、電圧帰還手段の出力を、パルス幅を制御する制劃回路
に入力すると同時に、そのまま過電圧判定回路にも入力
している。しかも、その過電圧判定回路の判定しきい値
レベルは、加熱スタート時も定常時も同じである。− （ハ）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
トが温れないから、電流帰還手段からの入力による制御
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、電圧帰還手段による制御
ブレーキばかりでなく、前記の過電圧判定回路が作動し
てしまい、インバータ回路のオン時間幅が極端に狭く制
御される。或は、インバーター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
る高周波電力が小さくて、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る。これは、過電
圧判定回路の判定しきい値レベ）Ｖｆｒ、定常状態（安
定にアノード電流が流れている時）における半導体スイ
ッチング素子の許容電力定格と定格電流から決めている
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、ｉ電圧判定回路に前記マグネ
トロン駆動用変圧器の電圧を伝える電圧調節手段を設け
て、加熱スタートから一定時間は該電圧調節手段のフィ
ードバック量を定常時よりも抑制して、前記過電圧判定
回路の判定しきい値レベルを相対的に引き上げることに
より、前記過電圧判定回路の誤動作を防ぎ、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
加熱装置を提供するものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明の構成を第１図に示す。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
インバータ回路であり、マグネトロン駆動用変圧器１０
４と、それに並列もしくは直列（図では並列）接続され
た共振コンデンサ１０３と、該マグネトロン駆動用変圧
器１０４に直列に接続された半導体スイッチング素子１
０５とから構成されている。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
あり、出力設定部１０７からの設定入力と、マグネトロ
ン駆動用変圧器１０４に接続された電圧帰還手段１０９
からの入力と、電流帰還手段１１１からの入力とにより
、駆動回路１０６に与えるＯＮパルス幅を制御する。１
１０は過電圧判定回路であり、電圧検出手段１１４から
入力されるマグネトロン駆動用変圧器１０４のフライバ
ック電圧に相当する半位相の出力電圧を判定して、制御
回１０８へ過電圧判定信号を出力する。１１２はマグネ
トロン駆動回路、１１３はマグネトロンである。１１４
は本発明における最主要構成要素の電圧調節手段であり
、上記過電圧判定回路４１０に入力する半導体スイッチ
ング素子ＯＦＦ時の検知電圧を、加熱開始より一定時間
、過電圧と判定されにくいように調節する。

（ホ）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１０５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ｆ、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２０ｋＨｚ〜１００ｋＨ２程
度の周波数で動作しており、電源周期での半導体スイッ
チング素子１０５のコレクタ雷圧波形は第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次側昇圧巻線によリ
マグネトロン駆動回路１１２に供給される。そしてマグ
ネトロン１１３の出力加熱電力は、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の発振周波数と同期したオン・オフパルス信号
を駆動回路１０６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制御ブレ
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１０４の出力には比較的太きな電圧
が発生し、電圧帰還手段１０９の入力電圧レベルが高く
なる。そしてオフ信号期間には比較的大きなフライバッ
ク電圧が発生し、電圧調節手段１１４の入力電圧レベル
と半導体スイッチング素子１０５のＶｃｅが高くなる。

第４図は、スタート時点（Ｔ１）からの半導体スイッチ
ング素子１０５のＶ（ｅ（ｐｅａｋ）の変化を、第５図
はコレクタ電流Ｉｃ（ｐｅａｋ）の変化を示している。

スタート直後、Ｖｃｅ　（ｐｅａｋ）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（ｐ
ｅａｋ）二Ｃ）となる。この間コレクタには無負荷電流
（Ｉ　ｃ（ｐｅａｋ）　＝　Ｅ　）が流れる。そしてア
ノード電流が流れ始めると”　Ｃ（ｐｅａｋ）は増大し
Ｖｃｅ（ｐｅａｋ）は低下し、１３時点以後Ｉｃ（ｐｅ
ａｋ）＝Ｆ、Ｖｃｅ（ｐｅａｋ）＝Ｄでほぼ安定し、定
電力制御期間に入る。

第４図において、レベルＢは定常時における過電圧判定
回路１１０の判定しきい値レベルに相当するコレクタ電
圧であり、Ｖｃｅ（ｐｅａｋ）の最大値Ｃはこのレベル
を越えている。ところが半導体スイッチング素子１０５
の動作時の破壊が電力熱破壊であることから、Ｉｃ（ｐ
ｅａｋ）がＦ以下の期間では最大安全許容Ｖｃｅ（ｐｅ
ａｋ）のレベ／Ｉ／（レベル（レベ／ｌ／Ａ）は当然レ
ベＪｖＢよりも高い。即ち、比較的Ｖｃｅ定格の大きな
半導体スイッチング素子１０５を使うと、そのレベルＡ
はＣよシも高く設定することができる。

そこで、本発明では過電圧判定回路１１０の判定しきい
値レベルをＣからＡに変更する代Ｖに、電圧調節手段１
１４によって過電圧判定回路１１０への入力電圧を電圧
レベ／Ｌ’４がＣになるように電圧調節している。

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（Ｔ２−Ｔ２）は制−系の応答性に依存するから
、それと併せて半導体スイッチング素子１０５の安全最
大定格を考慮して、過電圧判定回路１１００判定しきい
値レベルに相当するコレクタ電圧を、レペＡ／Ａからレ
ベＡ／Ｂに変化させる時間（１）を適当に決めることが
できる。第６図に過電圧判定回路１１０のコンパレータ
ＩＣ３６の入力電圧のタイムチャートを示す。

第６図のＸはフィードバック量を抑制しない場合の、第
４図のＶｃｅ（ｐｅａｋ）の最大、値Ｃに相当する入力
電圧であり、レベＡ／ＧはレベＡ／Ｂに相当するところ
の過電圧判定回路１１０の判定しきい値レベルである。

Ｈは定常時のＶｃｅ（ｐｅａｋ）＝Ｄに相当する入力電
圧である。時間ｔの間、電圧又、調節手段１１４によっ
て過電圧判定回路１１０への入力電圧を抑制することに
より、カーブＸをカーブＹに変えている。即ち、Ｖｃｅ
（ｐｅａｋ）の最大値をＪまで抑制し、時間を以後はそ
の抑制を解除することにより、過電圧判定回路１１０の
判定しきい値レベルは一定でありながら、時間ｔで判定
シキい値レベルを第４図のレペＩｖＡからレベルＢへ変
化させたのと同じ効果を持たせることができる。そして
、半導体スイッチング素子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がらせるイン
バータ制御系を構成できている。

（へ）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されるものではない
。

第７図は、加熱スタートから一定時間内は電圧検出手段
１１４の出力を抑制して、過電圧判定回路１１０の判定
しきい値レベルに相当する半導体スイッチング素子１０
５のコレクタ電圧を高くし、また、過電圧と判定した場
合は一旦インパ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。なお第１図と同じ機能部品につい
ては、同じ番号を付して説明する。

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／Ｌ／４と平滑コン
デンサ５と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１０３との並列共
振回路に半導体スイッチング素子１０５を直列接続する
と共にダンパーダイオード１１５が半導体スイッチング
素子１０５のコレクターエミッタ間に逆接続されてなる
インバータ回路１０２が接続されている。

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、２
次側昇圧巻線８を半波整流するダイオード１１とコンデ
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、半導体スイッチ
ング素子１０５を高周波スイッチングさせる念めのオン
・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、１次巻線６・
２次側昇圧巻線８と相似な電圧を出力する検知補巻線９
から、上記インバータ回路１０２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１
０９・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・オフ時間幅が決まる。

制御回路１０８各部の電圧波形を第８図に示す。

検知補巻線９の出力電圧は、１次巻線６・２次側昇圧巻
線８の両出力電圧と相似であるから、フライバック電圧
（半導体スイッチング素子１０５がオフの位相の電圧）
はダイオード２３で電圧調節回路１１４ａに入力できる
。そして抵抗２４・抵抗２６・抵抗２８の分圧にして過
電圧判定回路１１０に出力する。その電圧（コンパレー
タＩＣ３６の反転入力電圧）が、抵抗２７・抵抗２９で
決まるｊ電圧判定しきい値レベル（非反転入力電圧）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ＩＣ３６の出力はＬＯＷになり、トランジ
スタ３４・トランジスタ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／ｌ／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
半導体スイッチング素子１０５のスイッチング動作が一
旦停止して、一定時間後に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（１）をカ
ウントシ、その間トランジスタ２５をオンにする。つま
り電圧検出手段１１４の抵抗２８が短絡になり、過電圧
判定回路１１０への入力電圧（コンパレータＩＣ３６の
反転入力電圧）を低く抑制する（第６図のカーブＹ）。

その結果、過電圧判定回路１１０が過電圧判定する、マ
グネトロン駆動用変圧器１０４の出力電圧レベ／ｌ／　
（半導体スイッチング素子１０５のＶｃｅ（ｐｅａｋ）
値）は高くなる（第４図のレベ／Ｌ／Ａに相当する）。

そして一定時間（【）経過後はトランジスタ２５がオフ
になるから、電圧検出検出手段１１４の出力電圧の抑制
は無くなり、過電圧判定回路１１０が過電圧判定するマ
グネトロン駆動用変圧器１０４の出力電圧レベルは低く
なる（第４図のレベルＢに相当する）。電圧帰還手段１
０９ｆｉ、半導体スイッチング素子１０５のオン位相タ
イミングで検知補巻線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２０のオフセ
ット機能によシ、検知電圧（マイナヌ電位）が一定値以
上低くなると、前記比較回路１５の出力設定部側の入力
電圧を引き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１１１ｉｊ、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ＩＣ４６の反転入力に入力する。その入
力電圧が、抵抗４１抵抗４２の分圧（非反転入力電圧）
を越えると、コンパレータＩＣ４６の出力はＬＯＷＫ＆
す、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はマグネトロン駆動用変
圧器１０４の出力電圧を一定にすべく、電流帰還手段１
１１はマグネトロンのアノード電流を一定にすべくブレ
ーキ制御機能を持ち、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。

加熱スタート時で未だアノード電流が流れ始めていない
間は（第６図のＴ　１−Ｔ　２間）、電流帰還手段１１
１０入力がゼロで、コンパレータＩＣ４６の出力はＨＩ
　ＧＨである。従って前記比較回路１５の出力設定部１
０７側からの入力電圧は高く、パル７２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比較的大きい。

ところが前記計時回路１８がトランジスタ２５をオンし
て、電圧検出手段１１４の出力を抑制して、過電圧判定
回路の入力レベルを下げて（第６図のカーブＹ）、過電
圧判定しきい値レベルを相対的に引き上げてるから（第
４図のレベＩｖＡ）、過電圧判定回路１１０が誤動作し
てインバータ回路１０２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、オンパルス幅は電カ一定
制御されるべく定常状態に入る。前記一定時間（１）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、過電圧判定しきい値レベルは相対的に下
がり（第４図のレベ／ｌ／Ｂ）、以後過電圧異常を監視
する。

計時回路１８による一定時間（１）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
ド電流の立ち上がり勾配とフライバック電圧の立ち下が
り勾配との電力積と、半導体スイッチング素子１０５の
許容定格値とから、設計的に決めることができる。

尚、上記実施例では電圧調節手段１１４を電圧調節回路
１１４ａと制御回路内蔵の計時回路１８とで構成してい
るが電圧調節回路１１４ａに計時回路１８を内蔵させて
構成してもよい。

（ト）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
に対して、過電圧判定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、半導体スイッチ
ング素子を熱破壊から守るべく適正な判定しきい値レベ
ルの過電圧判定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、半導体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図は電源同期の半導
体スイッチング素子のコレクタ電圧波形図、第４図は半
導体スイッチング素子のＶＣｅ（ｐｅａｋ）の時間的変
化を示すタイムチャート、第５図は半導体スイッチング
素子のＩｃ（ｐｅａｋ）の時間的変化を示すタイムチャ
ート、第６図は電圧検出手段の出力電圧の抑制状態を示
すタイムチャート、第７図は本発明の実施例を示す回路
図、第８図は制御回路の各部の電圧波形図である。 符号 １０１：整流・平滑回路、　１０２：インバータ回路、
　１０７：出力設定部、　１０８二制御回路、　１０９
：電圧帰還手段、　１１０：過電圧判定回路、　１１１
：電流帰還手段、１１２：マグネトロン駆動回路、　１
１３：マグネトロン、　　１１４：電圧調節手段。 代理人　弁理士　　杉　山　毅　至（他１名）第２図 ＠３囚 手続補正書 昭和６３年８　月２３日 １、事件の表示 特願昭６３−５２７５ ２、発明の名称 高周波加熱装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　弓５４５大阪市阿倍野区長池町２２番２２＞、
；−名　称　（５０４）シャープ株式会社 代表者　辻　　　晴　雄 ４、代理人 自　　　発 ６、補正の対象 ７、補正の内容 （１）明細書の第３頁第１２行目を、 「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」と補正いたします。 （２）明細書の第９頁第１４行目の「（Ｔ２−Ｔ２）Ｊ
をｒ’ｒ３　Ｔ２Ｊと補正いたします。 （３）明ＮＪＪ書の第１０頁第２行目のｒｘＪをｒＫＪ
と補正いたします。 （４）明細書の第１０頁第７行目の「電圧又、」を「電
圧」と補正いたします。 （５）明細書の第１１頁第５行目の「検出手段」を。 「調節手段」と補正いたします。 （６）明細書の第１４頁第１行目の「電圧検出手段」を
「電圧調節手段」と補正いたします。 （７）明細書の第１４頁第１０行目の「電圧検出検出手
段」全「電圧調節手段」と補正いたします。 （８）明細書の第１６頁第３行目の「圧検出手段」を「
圧調節手段」と補正いたします。 （９）明細書の第１７頁第４行目の「電圧調節手段」以
　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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検出手段と、該電圧検出
   手段で検出した上記半導体スイッチング素子ＯＦＦ時の
   電圧が過電圧であることを判定すると共に上記制御回路
   に駆動停止信号を出力する過電圧判定回路とを備えて成
   る高周波加熱装置において、 上記過電圧判定回路に入力する半導体スイッチング素子
   ＯＦＦ時の電圧を、加熱開始より一定時間、過電圧と判
   定されにくいように調節する電圧調節手段を設けたこと
   を特徴とする高周波加熱装置。