JPH01217833A - 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］ この発明は高周波加熱装置、特に高周波スイッチングパ
ワー回路によりマグネトロンに電力供給を行う高周波加
熱装置に関する。

［従来の技術］ 高周波スイッチングパワー回路によりマグネトロンに電
力を供給する高周波加熱装置として、従来、例えば特開
昭６２−５５９１号公報記載の発明が知られている。

この従来技術によれば、第５図において、（１）は商用
交流電源、（２）は整流回路、（３）はコンデンサで整
流回路（２）とコンデンサ（３）とで整流−平滑回路を
構成し、これら商用交流電源（１）、整流回路（２）、
コンデンサ（３）で直流電源（４）を形成している。

また、（５）は１次巻線（６）と２次高圧巻線を（７）
を有するトランスであり、（ユＯ）は共振コンデンサで
あって、前記１次巻線（６）及び共振コンデンサ（１０
）は直列接続されて共振回路を構成している。

さらに（８）はスイッチング素子であり、（９）は還流
ダイオードであって共振コンデンサ（１０）に並列接続
されている。前記１次巻線（６）の他端と共振コンデン
サ（１０）の他端はコンデンサ（３）に接続されている
。

以上により、高周波スイッチングパワー回路が構成され
ている。

次に、（１２）は高圧コンデンサ、（１３）及び（１４
）は高圧ダイオードで、（１２）〜（１４）は半波倍電
圧整流回路（１１）を構成し、トランス（５）の２次高
圧巻線（７）に接続されて、上記スイッチング素子（８
）の導通時に高圧直流電力をマグネトロン（１５）に供
給する。（１６）は、マグネトロン（１５）のカソード
を加熱するヒータ電力を供給する商用交流電源（１７）
に接続されたヒータトランスである。また、前記スイッ
チング素子（８）にはマグネトロン（１５）への供給電
力を制御する加熱出力制御回路（１８）が接続されてい
る。

以上の構成にかかる従来例の動作を第５〜７図に基づい
て説明する。

第６図（ａ）には、トランス（５）の１次側の電圧・電
流の関係が示されており、スイッチング素子（８）のベ
ース・エミッタ間に電圧ＶＢＥを順方向に印加するとス
イッチング素子（８）はオン作動し、トランス（５）の
１次巻線（６）にＶ、。

が加わり、第５図に示されるようにトランス１次電流■
Ｎｌが流れる。このとき、２次高圧巻線（ｎ２．ｎｌは
２次、１次の巻線数）の電圧が加わり、このｖＮ２と高
圧コンデンサ（１２）の電圧の和の高電圧がマグネトロ
ン（１５）に印加される為、スイッチング素子（８）の
オン作動時にマグネトロンは発振する。この時、 電流）であり、■Ｎ２に比例する分は２次側へ伝達され
、励磁分はそのままトランスに蓄積され、残留エネルギ
ーとなる。

次に、スイッチング素子（８）のベース・エミッタ間に
ＶＢＥを逆方向に印加すると、スイッチング素子（８）
はオフし、前記の残留エネルギーのためトランス（５）
の１次巻線（６）側からみたインダクタンスと共振コン
デンサ（１０）とで共振が始まり、ｖＮｌにオン作動時
と逆極性の高い共振電圧が現れる。

この共振電圧は、トランス（５）にて更に昇圧され、ダ
イオード（１３）で整流されて高圧コンデンサ（１２）
を充電する。この時、高圧ダイオード（１３）が導通し
ているのでマグネトロン（１５）にダイオード（１４）
を介して零に近い゛電圧が印加され、マグネトロン（１
５）はオフする。

通常の場合、スイッチング素子（８）の損失を小さく抑
える為に、ＶｃＥが零となった時点でスイッチング素子
（８）を再度オンするため、オフ時間ｔ。ＦＦは共振周
期により決まり、スイチング素子のオン時間ｔｏＮを可
変として、マグネトロンの出力を可変とする。この時、
スイッチング周波数はｔ　−１／　（ｔｏＮ＋　ｔｏｐ
ｐ　）となる。

このオン時間ｔ。Ｎを可変とした場合の電圧及び電流を
示したのが第６図（ｂ）である。

同図に示されるように、オン時間ｔ。Ｎを変えると１次
巻線（６）を流れる電流ＩＮｌが変わり、供給エネルギ
ーｌＮ１ｘｖＤｃが変化するため、マグネトロン（１５
）に供給されるエネルギーも変化する。

ここで、第７図（ａ）に示されるように、スイッチング
素子（８）のオン時間ｔＯＮとマグネトロン（１５）の
高周波出力との間には、単調増加の関係があるため、オ
ン時間ｔＯＮあるいはスイッチング周波数ｆを制御する
ことにより、マグネトロン（１５）の高周波出力を任意
に制御することができる。

このとき、マグネトロン（１５）の安定な発振を維持す
るためにマグネトロン（１５）のヒータには、ヒータト
ランス（１６）を介して商用交流電源（１７）から常に
一定のヒータ電力が供給されており、マグネトロン（１
５）のカソードを所定の温度に保っている。

以上のように、従来の装置は、高周波スイッチングパワ
ー回路を用いることにより、加熱出力制御回路（１８）
の出力設定によりスイッチング素子（８）のオン時間を
変え、マグネトロン（１５）の加熱出力を連続的に制御
可能とする、と同時に、高周波化によりトランス（５）
の小型軽量化を図っていた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の高周波加熱装置は、マグネトロンのヒータにヒー
タトランスを介して商用電源から電力を供給しているた
めに大型で重いヒータトランスが必要となり、装置の小
型軽量化や低コスト化か充分に実現できないという問題
があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたもので、
小型・軽量・低コストの高周波加熱装置を得ることを目
的とする。

［課題を解決するための手段」 前記目的を達成するために、本発明は、従来の高周波加
熱装置のヒータトランスの代わりに高周波スイッチング
パワー回路のトランスに３次低圧巻線を設け、この出力
とトランス２次高圧側のインダクタに設けたヒータ用補
助巻線の出力との和の電圧を整流・平滑してヒータ電源
としたものである。

ｒ作用］ 前記構成によりこの発明は、ヒータトランスを用いなく
ても電圧変動が一定の幅に押さえられ、ヒータトランス
が不要となって、装置の小型・軽量化及び低コスト化が
図られる。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例である高周波加熱装置の回
路図が示されている。

図において、（１）〜（１５）及び（１８）は前述した
第５図に示す従来装置と同−又は同等のものであるため
、その説明を省略する。

トランス（５）には１次巻線（６）及び２次高圧巻線（
７）の他に３次低圧巻線（１９）が設けられている。ま
た、トランス（５）の２次高圧巻線（７）と直列に電流
制限用のインダクタ（２０）が設けられ、このインダク
タ（２０）に巻いたヒータ用補助巻線（２１）と、トラ
ンス（５）の３次低圧巻線（１９）との和の電圧かダイ
オード（２２）〜（２５）及び平滑コンデンサ（２７）
からなる全波整流−平滑回路（２８）で整流平滑され、
マグネトロン（１５）のヒータに印加される。また、全
波整流回路のダイオード（２３）と（２５）との間には
電源制限抵抗（２６）が接続されている。

以上の構成にかかる本実施例の動作を第１図及び第６〜
１０図に基づき説明する。

マグネトロン（１５）の窩内波出力の制御に関しては、
トランス（５）の２次高圧側の電流制限用インダクタ（
２０）が追加されているのみで、その動作は従来の高周
波加熱装置と同様であるのでその説明は省略する。

以下、ヒータ電圧を一定に保つための動作について説明
する。

まず、インダクタ（２０）かヒータの補助巻線（２１）
が無い場合について説明する。

３次低圧巻線（１９）にあられれる電圧は、第８図に示
されるように、スイッチング素子（８）のオン作動時に
は、Ｖ　Ｎ５−Ｖ　ｏｃ　Ｘ　（ｎ　ａ　／　ｎ　１）
（ｎ　は３次巻線数）となり、オン時間Ｔ。Ｎによらず
一定であり、オフの時には第６図（ｂ）にて明らかなよ
うに、オン時間ＴＯＮによって増域する。

このため、この波形をそのまま全波整流すると、第８図
のｖｒ、のようにオン時間Ｔ。Ｎに依存した電圧となる
が、全波整流−平滑回路のスイッチング素子（８）の非
導通時の電流制限抵抗（２５）、平滑コンデンサ（２４
）の値を適当に選ぶことにより、第８図のＶｒのように
電圧の変動を一定の幅に抑えることが可能となる。

しかし、例えば、トランス（５）の１次巻線（６）と３
次低圧巻線（１９）の漏れインダクタ・ンスが大きい場
合には、平滑コンデンサ（２７）の充電が遅れるため、
第８図のＶｒのような波形とならず、スイッチング素子
（８）のオン時間ｔＯＮが可変する影響により、ヒータ
電圧の変動が所望の幅に抑えられない場合がある。また
、トランス（５）の小型化のために、３次低圧巻線（１
９）が数ターンのように少ない巻数となる場合は、３次
低圧巻線（１９）の巻線数の調整のみではヒータ電圧の
絶対値を所望の値に合わせることが困難となる。

このような場合には、この３次低圧巻線（１９）に加え
てトランス（５）の２次高圧側にあるインダクタ（２０
）に設けたヒータ用補助巻線（２１）を用いることによ
り、ヒータ電圧の絶対値の調整及び変動幅の調整が可能
となる。

第９図にはマグネトロン（１５）のヒータ関係の電圧の
波形図が示されている。

ヒータ用補助巻線（２１）の出力電圧ＶＩ＋は、スイッ
チング素子（８）の非導通時には、スイッチング素子（
８）のオン時間可変に伴なう３次低圧巻線（１９）の出
力電圧の波高値の変動を打ち消し、またスイッチング素
子（８）の導通時には３次低圧巻線（１９）が出力電圧
を減少させ、その減少分はスイッチング素子（８）のオ
ン時間の増加と共に増加するという特徴がある。

このため、第１０図のように、トランス（５）の３次低
圧巻線（１９）のみでは、スイッチング素子（８）のオ
ン時間を増加させるとヒータ電圧も上昇するような場合
には、ヒータ用補助巻線（２１）の出力電圧を、スイッ
チング素子（８）の導通時に３次低圧巻線（１９）の出
力電圧が逆極性となるように３次低圧巻線（１９）とヒ
ータ用補助巻線（２１）を接続することにより、ヒータ
電圧の変動を減少させることができる。この時、ヒータ
用補助巻線（２１）の巻線数を加減することでヒータ電
圧の変動幅と共に絶対値の調整も可能となり、ヒータ電
圧の調整の自由度が増加する。

また、ヒータ用補助巻線（２１）をスイッチング素子（
８）の導通時に、ヒータ用補助巻線（２１）の出力電圧
と同極性となるように接続した場合には、ヒータ電圧の
変動幅は広くなるがヒータ電圧の絶対値を増加させるこ
とができる。

尚、前記実施例では、共振コンデンサ（１０）をトラン
ス（５）の１次巻線（６）と直列に接続した場合につい
て説明したが、第２図に示されるように並列に接続して
もよい。

また、本実施例ではトランス（５）の３次低圧巻線（１
９）とヒータ用補助巻線（２１）の直列接続体に全波整
流−平滑回路（２８）を接続し、その出力をマグネトロ
ン（１５）のヒータに接続した場合について説明したが
、第３図に示されるように、余波整流−平滑回路の代り
にダイオード（２９）及び平滑コンデンサ（２７）から
なる半波整流−平滑回路（３０）を用いてもよい。この
とき、第４図に示されるように、共振コンデンサ（１０
）をトランス（５）の１次巻線（６）と並列に接続する
こともできる。

更に、以上の実施例のいずれの場合においても、インダ
クタ（２０）の位置は２次高圧巻線（７）と直列関係に
あればよく、コンデンサ（１２）と位置が逆であったり
、２次高圧巻線の逆極性側にあったとしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、高周波スイッチ
ングパワー回路のトランス及びインダクタに設けたヒー
タ用巻線からヒータ電源を得ることができ、これによっ
て装置の小型化・軽量化及び低コスト化が可能となる。

また、本発明によれば、マグネトロンの高周波出力が低
出力の場合にもマグネトロンのヒータ電圧が一定となる
ため、マグネトロンの異常発振や異常電圧の発生を抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回
路図、第２図〜第４図はこ９の発明の他の実施例を示す
回路図、第５図は従来例の回路図、第６図（ａ）、　　
（ｂ）は第５図の装置の要部電圧と、電流波形を示す図
、第７図（ａ）、（ｂ）は第５図の装置の出力とスイッ
チング素子のオン時間及びスイッチング周波数の相関関
係を示す図、第８図及び第９図は第１図の装置の要部電
圧と電流波形を示す図、第１０図は第１図の装置のヒー
タ電圧とスイッチング素子との相関関係を示す図である
。 図において、（４）は直流電源、（５）はトランス、（
６）はその１次巻線、（７）は２次高圧巻線、（１９）
は３次低圧巻線、（８）はスイッチング素子、（９）は
還流ダイオード、（１０）は共振コンデンサ、（１１）
は半波倍電圧整流回路、（１５）はマグネトロン、（１
８）は加熱出力ルリ御回路、（２０）はインダクタ、（
２１）はそのヒータ用補助巻線、（２８）は全波整流−
平滑回路、（３０）は半波整流−・ト滑回路である。 尚、全図を通じて同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　大　岩　増　Ｕ（ （外２名） 第１図 、７・あ １０・共振コ／−１ンサ １１：半波倍電圧整流回路 １５：マグネトロン １８：加熱出力制御回路 第２図 、・２８ 第３図 ：・父 ３０−半波整流一平清回路 第４図 、、、３０ 第５図 第７図 （ｂ） 第８図 第９図 Ｖｆｏ　　　　　　　　　□ 第１０図 手続補正書（自発） １、事件の表示　　　特願昭　６３−０４２６２３　号
２、発明の名称 高周波加熱装置 ３、補正をする者 代表者志岐守哉 ４、代理人 ５、補正の対象　　　　　　　明細書の特許請求の範囲
の欄６−補正の内容　　　　　　　特許請求の範囲を別
紙の通り訂正する。 特許請求の範囲 直流電源と、該直流電源に接続されトランスの一次巻線
と共振コンデンサの直列接続体または並列接続体からな
る共振回路と、該共振回路を励起する還流ダイオードを
備えたスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動
する加熱出力制御回路と、トランスの二次高圧巻線と直
列に接続されたインダクタと、該インダクタに設けられ
たヒータ用補助巻線と、トランスの二次高圧巻線と前記
インダクタの直列接続体に接続された半波倍電圧制御回
路と、トランスの三次低圧巻線とヒータ用補助巻線との
直列接続体に接続された整流／平滑回路と、前記半波倍
電圧制御回路の出力側にアノードとカソードが接続され
ると共に前記整流−平滑回路の出力側にヒータが接続さ
れたマグネトロンとを備え、前記スイッチング素子の導
通時にはマグネトロンに順方向電圧を印加し非導通時に
はマグネトロンのヒータに流れる電流を制御可能とした
ことを特徴とする高周波加熱装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と、該直流電源に接続されトランスの一次巻線
   と共振コンデンサの直列接続体からなる共振回路と、該
   共振回路を励起する還流ダイオードを備えたスイッチン
   グ素子と、該スイッチング素子を駆動する加熱出力制御
   回路と、トランスの二次高圧巻線と直列に接続されたイ
   ンダクタと、該インダクタに設けられたヒータ用補助巻
   線と、トランスの二次高圧巻線と前記インダクタの直列
   接続体に接続された半波倍電圧制御回路と、トランスの
   三次低圧巻線とヒータ用補助巻線との直列接続体に接続
   された全波整流／平滑回路と、前記半波倍電圧制御回路
   の出力側にアノードとカソードが接続されると共に前記
   全波整流−平滑回路の出力側にヒータが接続されたマグ
   ネトロンとを備え、前記スイッチング素子の導通時には
   マグネトロンに順方向電圧を印加し非導通時にはマグネ
   トロンのヒータに流れる電流を制御可能としたことを特
   徴とする高周波加熱装置。