JPH01221882A - High-frequency heating device - Google Patents

High-frequency heating device

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JPH01221882A
JPH01221882A JP4802188A JP4802188A JPH01221882A JP H01221882 A JPH01221882 A JP H01221882A JP 4802188 A JP4802188 A JP 4802188A JP 4802188 A JP4802188 A JP 4802188A JP H01221882 A JPH01221882 A JP H01221882A
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Naoyoshi Maehara
前原 直芳
Haruo Suenaga
治雄 末永
Kazuho Sakamoto
和穂 坂本
Takashi Niwa
孝 丹羽
Takahiro Matsumoto
松本 孝広
Daisuke Betsusou
大介 別荘
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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make the power consumption of a control unit lower and to realize compact size at low cost by providing resonance circuits and a semiconductor switch with an electric field effect function at a power transducer, and connecting a parallel circuit of a resistor and a diode to the gate of the semiconductor switch in series. CONSTITUTION:This heating device is composed of a power transducer 41 having resonance circuits 5 and 6 and a semiconductor switch 42, a high-frequency heating device 15 to heat a food, a fluid, and the like, and a semiconductor switch control unit 46. The semiconductor switch 42 is composed of a voltage control type switch having an electric field effect function, and a parallel circuit consisting of a resistor 43 and a diode 44 is arranged to the gate of the switch in series. As a result, a surge voltage generated at the gate of the voltage control type switch which is generated by the resonance of a resonance circuit 45, and the turnoff loss of this switch can be suppressed. Consequently, the control electric power of the control unit 46 can be reduced, and the heating device can be made compact and at a low cost.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、誘電加熱によシ食品を加熱するところのいわ
ゆる電子レンジ等や、誘導加熱により鍋等の調理器具を
加熱して食品を加熱する誘導加熱調理器等に関し、さら
に詳しく言えば、商用電源あるいはバッテリーなどより
電力を受け、高周波電力を発生する電力変換器を備えた
電子レンジや電磁調理器等の高周波加熱装置に関するも
のである0 従来の技術 このような方式の高周波加熱装置は、例えば、電子レン
ジに関して述べると、その電源トランスの小型化、軽量
化、あるいは低コスト化の為に様々な構成のものが提案
されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention is applicable to so-called microwave ovens that heat food by dielectric heating, and induction ovens that heat food by heating cooking utensils such as pots by induction heating. Regarding heating cookers, etc., more specifically, it relates to high-frequency heating devices such as microwave ovens and electromagnetic cookers that receive power from a commercial power supply or battery and are equipped with a power converter that generates high-frequency power. Technology Regarding high-frequency heating devices of this type, for example, in the case of microwave ovens, various configurations have been proposed in order to reduce the size, weight, or cost of the power transformer.

第8図は、従来の高周波加熱装置の回路図である。図に
於て、商用電源1の電力はダイオードプリッジ2により
整流され、単方向電源が形成されている。3はインダク
タ、4はコンデンサであってインバータの高周波スイッ
チング動作に対するフィルタの役割を果すものである。
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional high frequency heating device. In the figure, power from a commercial power source 1 is rectified by a diode bridge 2 to form a unidirectional power source. 3 is an inductor, and 4 is a capacitor, which serves as a filter for the high frequency switching operation of the inverter.

インバータは共振コンデンサ5、昇圧トランス6、トラ
ンジスタ7、ダイオード8、及び駆動回路9にょシ構成
されている。
The inverter includes a resonant capacitor 5, a step-up transformer 6, a transistor 7, a diode 8, and a drive circuit 9.

トランジスタ7は駆動回路9よシ供給されるベース電流
によって所定の周期とデユーティ−(即ち、オンオフ時
間比)でスイッチング動作する。
The transistor 7 performs a switching operation at a predetermined period and duty (ie, on-off time ratio) by a base current supplied from the drive circuit 9.

この結果、第9図(IL)のような電流Xala、即ち
、トランジスタ7のコレクタ電流Xcとダイオード8の
電流Idが流れる。
As a result, the current Xala as shown in FIG. 9 (IL), that is, the collector current Xc of the transistor 7 and the current Id of the diode 8 flow.

一方、トランジスタ7のオフ時にはコンデンサ6と一次
巻線1oとの共振にょシ第9図Φ)のような電圧Wee
がトランジスタ7のコレクターエミッタ(C−IC)間
に発生する。このため−次巻線1゜には高周波電力が発
生する。従って、二次巻線11、及び三次巻線12には
各々高周波高圧電力及び高周波低圧電力が生じる。この
高周波高圧電力はコンデンサ13、及びダイオード14
により整流されマグネトロン16のアノードカソード間
に供給され、一方、高周波低圧電力はカソードヒータに
供給される。従ってマグネトロン16は発振し誘電加熱
が可能となるものである。なお、マグネトロン16はマ
グネトロン本体151Lと、フィルタを構成するコンデ
ンサ16.17.18、チョークコイル19.20とに
より成るものである。また21は駆動回路9の電源トラ
ンスである。
On the other hand, when the transistor 7 is off, the resonance between the capacitor 6 and the primary winding 1o occurs.
occurs between collector emitter (C-IC) of transistor 7. Therefore, high frequency power is generated in the negative winding 1°. Therefore, high frequency high voltage power and high frequency low voltage power are generated in the secondary winding 11 and the tertiary winding 12, respectively. This high frequency high voltage power is supplied to a capacitor 13 and a diode 14.
The high-frequency low-voltage power is rectified and supplied between the anode and cathode of the magnetron 16, while the high-frequency low-voltage power is supplied to the cathode heater. Therefore, the magnetron 16 oscillates and dielectric heating becomes possible. The magnetron 16 consists of a magnetron main body 151L, capacitors 16, 17, 18 and choke coils 19, 20 that constitute a filter. Further, 21 is a power transformer of the drive circuit 9.

このような構成に於て、昇圧トランス6のコア断面積は
一次巻線1oの両端に供給される電力の周波数が高い程
小さくなるので、例えばインバータを20KHz−10
0KHz程度の周波数で動作させると商用電源周波数の
ままで昇圧する場合に比べて昇圧トランスの重量、サイ
ズを数分の−から十数分の−にでき、電源部の低コスト
化が可能であるという特長を有するものである。
In such a configuration, the core cross-sectional area of the step-up transformer 6 becomes smaller as the frequency of the power supplied to both ends of the primary winding 1o increases.
When operated at a frequency of around 0 KHz, the weight and size of the step-up transformer can be reduced from a few minutes to a dozen times less than when boosting the voltage at the commercial power frequency, making it possible to reduce the cost of the power supply section. It has the following features.

トランジスタ7のペースに供給されるペース電流Ibは
、第9図(0)のように、正電流Ib と負電流xb−
とよ構成る。正電流Ibは、第9図(IL)に示すトラ
ンジスタ7のコレクタ電流1cの最大値Ia論に対して
その電流増幅率(hr・例えば30)分の−より大きい
ことが必要である。また、負電流Xb−はトランジスタ
Tのスイッチングスピードを速めスイッチング損失の増
大を防止するために、トランジスタのペースエピツク間
を逆バイアスすることによって流れる電流である。正電
流Ibは第9図(IL) 、 (C)より明らかなよう
にトランジスタ7の導通期間の間のコレクタ電流Icの
最大値Iam(例えば60ム)によって決まる値Ibm
+(例えば2ム)とすることが必要であった。また、負
電流Ibm−もコレクタ電流Iaの最大値Iamに応じ
て決まり(例えば16ム)、Iamが大きいほど大電力
が必要であった。さらに、コレクタ電流Iaはいわゆる
少数キャリア蓄積効果によシベース電流Ib+が遮断さ
れてから一定時間toffだけ流れつづけるものであり
、このtofTはトランジスタ7の特性バラツキや温度
などKよって変化するものであった。そして、この1o
tfの変化によって、インバータの出力が変化するとい
う結果を生じるものであった。
The pace current Ib supplied to the pace of the transistor 7 is composed of a positive current Ib and a negative current xb-, as shown in FIG. 9(0).
Composition. The positive current Ib needs to be larger than the maximum value Ia of the collector current 1c of the transistor 7 shown in FIG. 9 (IL) by its current amplification factor (hr, for example, 30). Further, the negative current Xb- is a current that flows by reverse biasing between the pace epigraphs of the transistor in order to increase the switching speed of the transistor T and prevent an increase in switching loss. As is clear from FIGS. 9(IL) and (C), the positive current Ib has a value Ibm determined by the maximum value Iam (for example, 60 μm) of the collector current Ic during the conduction period of the transistor 7.
+ (for example, 2 mm). Further, the negative current Ibm- is also determined according to the maximum value Iam of the collector current Ia (for example, 16 μm), and the larger Iam is, the more power is required. Furthermore, the collector current Ia continues to flow for a certain period of time toff after the base current Ib+ is cut off due to the so-called minority carrier accumulation effect, and this tofT changes depending on K such as the variation in characteristics of the transistor 7 and the temperature. . And this 1o
A change in tf results in a change in the output of the inverter.

このような条件下でトランジスタ7を駆動するため駆動
回路9は例えば第8図中)のような構成を必要とした。
In order to drive the transistor 7 under such conditions, the drive circuit 9 required a configuration as shown in FIG. 8, for example.

すなわち電源トランス21より得られる直流電源22,
23、発振回路24、トランジスタ25,26.27、
抵抗器28〜36、およびダイオード37よシ構成され
ている。
That is, a DC power source 22 obtained from a power transformer 21,
23, oscillation circuit 24, transistors 25, 26.27,
It is composed of resistors 28 to 36 and a diode 37.

第9図(0)のようなベース電流を供給するためには、
トランジスタ25.26としてかなり大容量のものを用
い、かつ、直流電源22.23も相当大容量であること
が必要であった。したがって、電源トランス21も大型
の電源トランスとする必要があり、例えば、20〜SO
W程度の容量のものを用いねばならず、電源トランス2
1および駆動回路9は全体としてコンパクトにすること
ができず、大型で高価なものとなり、高周波加熱装置全
体としてのコンパクトさを阻害し、大型化高価化するも
のであった。
In order to supply the base current as shown in Fig. 9 (0),
It was necessary to use transistors 25 and 26 with a considerably large capacity, and also to have a DC power supply 22 and 23 with a considerably large capacity. Therefore, the power transformer 21 also needs to be a large power transformer, for example, 20~SO
A power transformer with a capacity of about W must be used, and the power transformer 2
1 and the drive circuit 9 cannot be made compact as a whole, and are large and expensive, which hinders the compactness of the high-frequency heating device as a whole and makes it larger and more expensive.

発明が解決しようとする課題 このような従来の高周波加熱装置は前述したように次の
ような欠点があった。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, such conventional high-frequency heating devices have the following drawbacks.

従来の高周波加熱装置は昇圧トランスeをトランジスタ
7等よ構成るインバータにて付勢し、その電源装置の小
型、軽量、低コスト化を図るものであった。
In the conventional high-frequency heating device, a step-up transformer e is energized by an inverter constituted by a transistor 7, etc., in order to reduce the size, weight, and cost of the power supply device.

−しかしながら、トランジスタ7には第*回(a)オよ
び(0)のようにコレクタ電流Icのピーク値Icmに
相当するペース電流Ibm  を供給することが必要で
あり、このXbm  を供給するだめの電力はかなり大
きなものとなっていた。例えばIcm=60ムとじトラ
ンジスタ7のhfeを30とするとXb11I+=2ム
となり、駆動回路9の消費電力は極めて大きなものとな
り、駆動回路eおよび電源トランス21、したがって、
電源装置全体が大型化高価格化することを避けることが
困難であった。
- However, it is necessary to supply the pace current Ibm corresponding to the peak value Icm of the collector current Ic to the transistor 7, as shown in the *th (a) O and (0), and it is necessary to supply the pace current Ibm corresponding to the peak value Icm of the collector current Ic. The power was quite large. For example, if Icm=60 and hfe of the closing transistor 7 is 30, then Xb11I+=2mu, and the power consumption of the drive circuit 9 becomes extremely large, and the power consumption of the drive circuit e and the power transformer 21, therefore,
It has been difficult to avoid increasing the size and price of the entire power supply device.

さらに、温度変化などによるトランジスタ7のストレー
ジタイム(第9図におけるtoffの主因)の変化や、
マグネトロン15の温度変化や経時変化により生じるコ
レクタ電流1cmの変化に対応するためにはこれに十分
なベース電流を供給することが必要であシ、−層駆動回
路9、電源トランス21などの大型化高価格化を生じる
ばかりでなく、高周波加熱装置の出力変動を大きくして
不安定なものとし、かつ無駄なトランジスタ7等の損失
を生じ、電源効率や信頼性を低下させてしまうという欠
点があった。
Furthermore, changes in the storage time of the transistor 7 (the main cause of toff in FIG. 9) due to temperature changes, etc.
In order to cope with a 1 cm change in the collector current caused by temperature changes or changes over time in the magnetron 15, it is necessary to supply a sufficient base current. This not only increases the price, but also increases the output fluctuation of the high-frequency heating device, making it unstable, and causes unnecessary loss in the transistor 7, etc., which reduces power supply efficiency and reliability. Ta.

特に、周波数をより高めて一層の小型化を図ろうとする
場合、上述した傾向は極めて著しく、現状半導体技術レ
ベルでは実質上30〜40 KHz程度以上の周波数で
実用的な性能を実現することが困難であり十分な小型化
、低コスト化ができなかった0 課題を解決するための手段 本発明はこのような従来の欠点を一掃した高周波加熱装
置を提供せんとするものであり、以下に述べる構成によ
り成る。
In particular, when trying to further increase the frequency and achieve further miniaturization, the above-mentioned tendency is extremely noticeable, and with the current level of semiconductor technology, it is practically difficult to achieve practical performance at frequencies above about 30 to 40 KHz. Therefore, sufficient downsizing and cost reduction could not be achieved.Means for Solving the ProblemsThe present invention aims to provide a high-frequency heating device that eliminates such conventional drawbacks, and has the configuration described below. Consists of.

すなわち、商用電源等より得られる電源部と、直列又は
並列共振回路および半導体スイッチを有する電力変換器
と、前記電力変換器の出力を高周波電力として出力し食
品又は流体等を直接又は間接的に加熱する高周波加熱手
段と、前記半導体スイッチを制御する制御部とを有する
と共に、前記半導体スイッチを電界効果作用を有する電
圧制御型スイッチで構成し、かつ、前記電圧制御型スイ
ッチのゲートに直列に抵抗器およびダイオードより成る
並列回路を設けたものである。
That is, a power supply unit obtained from a commercial power supply, etc., a power converter having a series or parallel resonant circuit and a semiconductor switch, and the output of the power converter is output as high-frequency power to directly or indirectly heat food, fluid, etc. and a control unit that controls the semiconductor switch, the semiconductor switch being a voltage-controlled switch having a field effect, and a resistor connected in series with the gate of the voltage-controlled switch. and a parallel circuit consisting of a diode.

作用 上記構成によシ本発明は、共振回路の共振により発生す
る電圧制御型スイッチのゲートに発生するスイッチング
サージ電圧を抑制し、かつ、電圧制御型スイッチのター
ンオフ損失を抑制することを保証した上で、電力変換器
の半導体スイッチを制御するための制御部の制御電力を
著しく削減せしめ、結果として、高周波加熱装置の小型
化、低コスト化を著しく進展させるものである。
Effects According to the above configuration, the present invention suppresses the switching surge voltage generated at the gate of the voltage-controlled switch due to resonance of the resonant circuit, and suppresses the turn-off loss of the voltage-controlled switch. Therefore, the control power of the control section for controlling the semiconductor switch of the power converter can be significantly reduced, and as a result, the size and cost of the high-frequency heating device can be significantly reduced.

実施例 以下、本発明の一実施例について図面と共に説明する。Example An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回
路図であり、第8図と同符号のものけ相当する構成要素
であり詳しい説明を省略する。
FIG. 1 is a circuit diagram of a high-frequency heating device showing one embodiment of the present invention, and since the components correspond to those with the same reference numerals as those in FIG. 8, detailed explanations thereof will be omitted.

図において、電源部40は商用電源1等より成シ従来の
高周波加熱装置と同様の構成である。電力変換器41は
、共振コンデンサ6と昇圧トランス6の一次巻線10よ
構成る共振回路と、電界効果作用を有するトランジスタ
42およびフライホイールダイオード8より構成されて
いる。トランジスタ42は、伝導度変調機能を備え、バ
イポーラトランジスタに近い導通特性を有していて、い
わゆる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT
)と呼ばれるものである。
In the figure, a power source section 40 is constructed from a commercial power source 1 or the like and has a similar configuration to a conventional high-frequency heating device. The power converter 41 includes a resonant circuit including a resonant capacitor 6 and a primary winding 10 of a step-up transformer 6, a transistor 42 having a field effect, and a flywheel diode 8. The transistor 42 has a conductivity modulation function and conduction characteristics close to that of a bipolar transistor, and is a so-called insulated gate bipolar transistor (IGBT).
).

また高周波加熱手段は、マグネトロン16で構成されて
おシ、マグネトロン16の出力電波により食品や流体等
を加熱する構成となっている。
The high-frequency heating means includes a magnetron 16, and is configured to heat foods, fluids, etc. using the output radio waves of the magnetron 16.

前記トランジスタ42は、抵抗器43とダイオード44
より成る並列回路46を介して、制御部46によりその
スイッチング動作を制御される。
The transistor 42 includes a resistor 43 and a diode 44.
The switching operation is controlled by the control section 46 through a parallel circuit 46 consisting of the following.

制御部46の電力は抵抗器47を介してダイオードブリ
ッジ2の出力より供給されている。コンデンサ48、抵
抗器49はトランジスタ42のゲートを破壊や誤動作か
ら保護するためのものである。
Power for the control section 46 is supplied from the output of the diode bridge 2 via a resistor 47. A capacitor 48 and a resistor 49 are used to protect the gate of the transistor 42 from destruction or malfunction.

第2図は、第1図の制御回路46のさらに詳しい一実施
例であり、第1図と同符号のものは相当する構成要素で
ある。
FIG. 2 shows a more detailed embodiment of the control circuit 46 of FIG. 1, and the same reference numerals as in FIG. 1 represent corresponding components.

第2図の制御回路46は、共振コンデンサ6と昇圧トラ
ンス6の一次巻線10より成る共振回路の共振動作に同
期してトランジスタ42にゲートパルスを供給し、その
スイッチング動作を制御する制御回路であり、第3図に
示す各部の動作波形を参照してその構成と動作を説明す
る。
The control circuit 46 in FIG. 2 is a control circuit that supplies a gate pulse to the transistor 42 in synchronization with the resonance operation of the resonance circuit consisting of the resonance capacitor 6 and the primary winding 10 of the step-up transformer 6, and controls its switching operation. The structure and operation will be explained with reference to the operation waveforms of each part shown in FIG.

第1図における電源スィッチ60を投入すると、第2図
における抵抗器47を介して制御回路4eに電力が供給
され、ツェナダイオード61、コンデンサ62より成る
制御回路電源+Vが確立する。
When the power switch 60 in FIG. 1 is turned on, power is supplied to the control circuit 4e through the resistor 47 in FIG.

この電源投入時、コンデンサ63の電圧Vaは零であり
、一方、可変基準電源64の電圧vbは、パワー制御回
路55によシ所定の電圧となるように制御されている。
When the power is turned on, the voltage Va of the capacitor 63 is zero, while the voltage vb of the variable reference power supply 64 is controlled by the power control circuit 55 to be a predetermined voltage.

したがって、コンパレータ56の出力はHighとなり
、ロジック制御回路67によりR/Sフリップフロップ
(R/5−FF)60の出力可はHighとなる。この
結果、コンデンサ53は、R/5−FFの回出力により
抵抗器61を介して充電されはじめる。同時にバッファ
回路62の出力はHighとなり抵抗器43を介してト
ランジスタ42のゲートがHighとなってトランジス
タ42が導通し、コレクタ電流Iaが流れる。第1回目
のコレクタ電流は、共振コンデンサ6を通って流れるの
で第3図Φ)に示すようにかなり大きな短絡電流となる
。したがって、トランジスタ42に与えるゲートパルス
のパルス幅tonは同図(IL)に示すように、できる
だけ小さいパルス幅であることが、トランジスタ42の
破壊防止のために必要である。このために、同図((1
)に示すように、可変基準電源54の電圧vbは、電源
投入時(1=0)は、低い値に制御され、その後徐々に
所定の出力が得られる電圧まで上昇する。この電圧vb
の値は、前述したようにパワー制御回路66により制御
されて同図(11)に示したような変化をする。
Therefore, the output of the comparator 56 becomes High, and the output enable of the R/S flip-flop (R/5-FF) 60 becomes High by the logic control circuit 67. As a result, the capacitor 53 begins to be charged via the resistor 61 by the output of the R/5-FF. At the same time, the output of the buffer circuit 62 becomes High, the gate of the transistor 42 becomes High through the resistor 43, the transistor 42 becomes conductive, and the collector current Ia flows. Since the first collector current flows through the resonant capacitor 6, it becomes a considerably large short-circuit current as shown in FIG. 3 Φ). Therefore, the pulse width ton of the gate pulse applied to the transistor 42 needs to be as small as possible to prevent the transistor 42 from being destroyed, as shown in FIG. For this purpose, the same figure ((1
), the voltage vb of the variable reference power supply 54 is controlled to a low value when the power is turned on (1=0), and then gradually increases to a voltage at which a predetermined output is obtained. This voltage vb
As described above, the value of is controlled by the power control circuit 66 and changes as shown in (11) in the figure.

コンデンサ63の電圧v1が電圧vbに達すると、コン
パレータ66の出力は反転してR/5−FFの出力可が
Lowになるので、コンデンサ63の電荷はダイオード
63,64を介して放電され同時にコンパレータ66の
正入力電圧は、抵抗器65、ダイオード6eにより、は
ぼ零電圧に制御される。
When the voltage v1 of the capacitor 63 reaches the voltage vb, the output of the comparator 66 is inverted and the output enable of R/5-FF becomes Low, so the charge of the capacitor 63 is discharged through the diodes 63 and 64, and at the same time, the output of the comparator 66 is The positive input voltage of 66 is controlled to almost zero voltage by resistor 65 and diode 6e.

したがって、コンデンサ63の電圧vILは、電圧V1
)の電圧値に従って、同図(d)のようになる。
Therefore, the voltage vIL of the capacitor 63 is the voltage V1
) according to the voltage value as shown in (d) of the same figure.

この結果、ゲートパルスvGのパルス幅tonは、同図
(sL)に示したように、1回目のパルス幅が小さくお
さえられ、その後徐々に大きくなって所定のパルス幅と
なる。
As a result, as shown in the figure (sL), the pulse width ton of the gate pulse vG is kept small at the first time, and then gradually increases to a predetermined pulse width.

次に2回目以降のゲートパルスvGの発生タイばングに
ついて説明する。第3図において、1=1゜でゲートパ
ルスvGがLowになるとトランジスタ42がオフとな
ってコレクタ電流Xaが零になる。
Next, the timing of the second and subsequent gate pulse vG generation will be explained. In FIG. 3, when the gate pulse vG becomes Low at 1=1°, the transistor 42 is turned off and the collector current Xa becomes zero.

したがって、トランス6の一次巻線1oと共振コンデン
サ5とは共振し、コレクタ電圧VI4は同図(0)のよ
うな共振電圧波形となる。このコレクタ電圧VOXとラ
イン12の電圧vhは、第2図のクロス検知回路67に
よってモニターされており、t=t2における点Pが検
出される。このクロス検知回路の出力Vcは遅延回路6
8によ#)tdだけ遅れた信号vdをt=t4にて発生
する。このVdを受けてロジック制御回路67はR/5
−FFに制御信号を与えるので、第3図(IL)のよう
なゲート信号’lacすなわち、R/5−FFのQ出力
)が発生する。これらの信号のタイミング関係を第3図
(e)。
Therefore, the primary winding 1o of the transformer 6 and the resonant capacitor 5 resonate, and the collector voltage VI4 has a resonant voltage waveform as shown in FIG. This collector voltage VOX and the voltage vh of the line 12 are monitored by a cross detection circuit 67 in FIG. 2, and a point P at t=t2 is detected. The output Vc of this cross detection circuit is the delay circuit 6
#8) A signal vd delayed by td is generated at t=t4. In response to this Vd, the logic control circuit 67
Since a control signal is given to the -FF, a gate signal 'lac' as shown in FIG. 3 (IL), that is, the Q output of the R/5-FF is generated. Figure 3(e) shows the timing relationship of these signals.

(0および(g)に示す。(shown in 0 and (g).

すなわち、ゲート信号VGは、第3図(b)に示すよう
に、ダイオード8に電流が流れているt= t3からt
=t5の間のt=taにおいてHighとなり、コンデ
ンサ63の充電時間で決まるton時間後にLowとな
るよう制御され、共振回路の共振動作に同期したパルス
幅制御を行うことができる。
That is, as shown in FIG. 3(b), the gate signal VG changes from t=t3 to t when current is flowing through the diode 8.
It becomes High at t=ta during =t5, and is controlled to become Low after a ton time determined by the charging time of the capacitor 63, making it possible to perform pulse width control in synchronization with the resonant operation of the resonant circuit.

このような構成の電力変換器を用いて高周波加熱装置の
電源回路を構成することにより、その制御部を極めてコ
ンパクトで低消費電力かつ低コストなものとすることが
できる。すなわち、第1図および第2図に示したように
、制御回路46の出力電圧、すなわち、ゲートパルスV
、は、トランジスタ42が電界効果作用によりスイッチ
ングするので、そのゲートエミッタ間の入力容量(1o
o。
By configuring the power supply circuit of the high-frequency heating device using a power converter having such a configuration, the control section thereof can be made extremely compact, with low power consumption, and low cost. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the output voltage of the control circuit 46, that is, the gate pulse V
, since the transistor 42 switches by field effect, the input capacitance (1o
o.

〜5000pF)を充放電するだけのエネルギーでよい
。したがって、バッファ62は例えば0MO8で構成す
ることができ、低消費電力で低コストなものでよい。し
たがって、抵抗器47を介して制御回路46に供給され
る電流は、6〜10mム程度にすることが可能であり、
ツェナーダイオードの動作電圧を167とすると、制御
回路46の消費電力は高々0.2〜0.3W程度となる
。第8図に示した従来の構成では、20W〜30W程度
の制御電力を必要としたのに比べ、その1/1ω程度の
制御電力でよく、著しい省エネルギー化、コンパクト化
、低コスト化を可能とするものである。
~5000pF) is sufficient for charging and discharging. Therefore, the buffer 62 can be configured with, for example, 0MO8, and may be of low power consumption and low cost. Therefore, the current supplied to the control circuit 46 via the resistor 47 can be approximately 6 to 10 mm.
If the operating voltage of the Zener diode is 167, the power consumption of the control circuit 46 is about 0.2 to 0.3 W at most. Compared to the conventional configuration shown in Figure 8, which required a control power of about 20 to 30 W, the control power is only about 1/1ω of that, making it possible to achieve significant energy savings, compactness, and cost reduction. It is something to do.

しかしながら、第1図に示すような共振回路を有する電
力変換器41を起動する場合、次に述べるような不都合
が生じ、ゲートエミッタ間が破壊されてしまう場合があ
る。
However, when starting up the power converter 41 having a resonant circuit as shown in FIG. 1, the following problem may occur, and the gate-emitter connection may be destroyed.

第3図(b)において、起動の第1回めのコレクタ電流
は前述したように極めて大きなものになる。
In FIG. 3(b), the collector current at the first start-up becomes extremely large as described above.

このコレクタ電流ICは、共振コンデンサ6、およびト
ランジスタ42とダイオード8より成るスイッチ回路と
によりコンデンサ4を短絡したとき流れる電流である。
This collector current IC is a current that flows when the capacitor 4 is short-circuited by the resonant capacitor 6 and a switch circuit consisting of the transistor 42 and the diode 8.

そして、この電流路には配線のインダクタンスおよび抵
抗、コンデンサ4および5の内部インダクタンスおよび
抵抗、トランジスタ42の内部抵抗等が存在するので、
実際のコレクタ電流1cは、第4図に示すような極めて
ピーク電流の大きい振動波形となる。すなわち第4図(
IL)に示すように、v6がHighの間に同図(b)
のど、とき振動電流が流れるのである。V、がHigh
、すなわち、トランジスタ42が導通状態にあるとき、
逆方向に電流が流れることにより、ゲートエミッタ間に
スパイク電圧が発生する。
This current path includes the inductance and resistance of the wiring, the internal inductance and resistance of the capacitors 4 and 5, the internal resistance of the transistor 42, etc.
The actual collector current 1c has an oscillating waveform with an extremely large peak current as shown in FIG. In other words, Fig. 4 (
As shown in IL), while v6 is High, the same figure (b)
An oscillating current flows through the throat. V, is High
, that is, when the transistor 42 is in a conductive state,
The current flowing in the opposite direction generates a voltage spike between the gate and emitter.

第6図は、このスパイク電圧発生のメカニズムを示すト
ランジスタ42、ダイオード8の等価回路図である。ダ
イオード8のターンオン時間tDo)1だけ、ダイオー
ド8に電流が流れはじめるのが遅れるので、第6図(I
L)に示したコレクタ電流の逆方向電流xd′は、トラ
ンジスタ42のエミッタリード線を通って流れる電流X
aとダイオード8に流れる電流1(iとの合成電流とな
っている。すなわち、I(1は、第6図(b)に示すよ
うに、Xa’が流れはじめてから、tDOI+だけおく
れて流れはじめ、このtno*の間だけ、第6図(C)
に示したIcがトランジスタ42のエミッタリード線を
通って流れる。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the transistor 42 and diode 8 showing the mechanism of this spike voltage generation. Since the start of current flowing through the diode 8 is delayed by the turn-on time tDo)1 of the diode 8, as shown in Fig. 6 (I
The reverse current xd' of the collector current shown in L) is the current X flowing through the emitter lead of the transistor 42.
It is a composite current of the current 1(i) flowing through the diode 8 and the current 1(i) that flows through the diode 8. In other words, I(1 starts flowing with a delay of tDOI+ after Xa' starts flowing, as shown in FIG. 6(b). , only during this tno*, Fig. 6(C)
Ic flows through the emitter lead of transistor 42.

この電流XCは、トランジスタ42を構成する等価MO
8)ランジスタ42!Lと等価ダイオード42bに逆方
向に流れ石電流XX と、MOSトランジスタ421L
のゲートエミッタ間容量420などを通ってゲート側に
流れる電流X、との和である。特にこのXd′が流れる
期間は、第4図より明らかなようにVGがHighであ
るため、1.が流れやすい状態となっており、1.の流
れる経路に電流制限要素がないと極めて大きいスパイク
電圧がゲートエミッタ間に発生する。
This current XC is equal to the equivalent MO of transistor 42.
8) Langister 42! A current XX flows in the opposite direction to the equivalent diode 42b, and the MOS transistor 421L
This is the sum of the current X flowing to the gate side through the gate-emitter capacitance 420 and the like. In particular, during the period when this Xd' flows, as is clear from FIG. 4, VG is High, so 1. 1. If there is no current limiting element in the flow path, an extremely large spike voltage will occur between the gate and emitter.

このスパイク電圧VGPは、第7図(a) 、 (b)
に示すようにダイオード8のターンオン時間tDONだ
け、Id’が流れはじめた時から遅れて発生する。これ
は、ダイオード8のターンオンによりトランジスタ42
のエミッタリード線やボンディングワイヤーなどのイン
ダクタンス成分42(1と、ゲートエばツタ間容量42
0等によるスパイク電圧の共振現象により生じると考え
られる。
This spike voltage VGP is shown in Fig. 7 (a) and (b).
As shown in FIG. 3, the turn-on time tDON of the diode 8 is delayed from when Id' starts flowing. This causes transistor 42 to turn on due to diode 8 turning on.
The inductance component 42 (1) of the emitter lead wire and bonding wire, and the capacitance 42 between the gate emitter and the bonding wire
It is thought that this is caused by the resonance phenomenon of spike voltage caused by 0, etc.

そこで、第1図および第2図に示したように、トランジ
スタ42のゲートに直列に抵抗器43を設けることによ
りこのスパイク電圧vapを小さく減衰させることがで
きる。第7図(0)は、この抵抗器43の抵抗値RAS
とスパイク電圧VGFの値を実験により求めたものであ
り、RASの値を大きくする程vepを小さく押えるこ
とができる。
Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, by providing a resistor 43 in series with the gate of the transistor 42, this spike voltage vap can be attenuated to a small value. FIG. 7(0) shows the resistance value RAS of this resistor 43.
The values of the spike voltage VGF and the spike voltage VGF were obtained through experiments, and the larger the value of RAS, the smaller the vep can be suppressed.

このR45を大きくするとトランジスタ42のターンオ
フ時間が長くなり、スイッチング(ターンオフ)損失が
増大し、トランジスタ42の信頼性の低下が生じたり、
大きな放熱フィンが必要になったりする。ダイオード4
4は、これを防止するためのものであり、このダイオー
ド44の挿入により、トランジスタのスイッチング損失
を増大することなく、抵抗器43を挿入してスパイク電
圧VGPを抑制して、トランジスタ42の高い信頼性を
保証することができる。
If R45 is increased, the turn-off time of the transistor 42 becomes longer, the switching (turn-off) loss increases, and the reliability of the transistor 42 decreases.
Larger heat dissipation fins may be required. diode 4
4 is for preventing this. By inserting the diode 44, the spike voltage VGP is suppressed by inserting the resistor 43 without increasing the switching loss of the transistor, and the reliability of the transistor 42 is increased. can be guaranteed.

すなわち、この抵抗器43とダイオード44より成る並
列回路をトランジスタ42のゲートに直列に挿入するこ
とにより、電界効果作用を有するトランジスタ42を共
振回路を有する電力変換器に高い信頼性を保証したうえ
で用いることができ、その結果、電力変換器の制御回路
をコンパクトで低消費電力、かつ低コストなものとする
ことができる。
That is, by inserting the parallel circuit consisting of the resistor 43 and the diode 44 in series with the gate of the transistor 42, the transistor 42 having a field effect can be used as a power converter having a resonant circuit with high reliability. As a result, the control circuit of the power converter can be made compact, low in power consumption, and low in cost.

以上に述べた実施例においては、高周波加熱手段として
マグネトロンを用い、電波により直接食品等を加熱する
高周波加熱装置を示したが、本発明はこの実施例に限定
されるものではない。たとえば、高周波加熱手段として
、加熱コイルを用い、鍋などの調理器具を誘導加熱して
食品等を間接的に加熱する高周波加熱装置であってもよ
いし、また、高周波加熱手段を電力変換器が兼用し、電
力変換器の出力が直接アンテナから電波として取シ出さ
れ、食品などを加熱する構成としてもよい。
In the embodiments described above, a magnetron is used as the high-frequency heating means, and a high-frequency heating device is shown that directly heats food or the like using radio waves, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, the high-frequency heating means may be a high-frequency heating device that indirectly heats food, etc. by induction heating cooking utensils such as pots using a heating coil, or the high-frequency heating means may be a power converter. It may also be configured such that the output of the power converter is directly extracted as radio waves from the antenna to heat food or the like.

発明の効果 以上のように本発明によれば、共振回路と電界効果作用
を有する半導体スイッチとを備えた電力変換器と、高周
波加熱手段と、半導体スイッチを制御する制御部とを備
え、半導体スイッチのゲートに直列に、抵抗器とダイオ
ードの並列回路を接続する構成としたので、電界効果作
用を有する半導体スイッチに高いゲートスパイク電圧が
生じたシ、損失が増加したりするのを防止して、高い信
頼性を保証して電力変換器を構成することができる。し
たがって、制御部を極めてコンパクトで低消費電力かつ
低コストなものとし、高周波加熱装置全体をコンパクト
、高効率かつ低コストなものとすると共に、高い信頼性
を保証せしめるものであり、多大な工業的価値を奏する
ものである。
Effects of the Invention As described above, the present invention includes a power converter including a resonant circuit and a semiconductor switch having a field effect, a high-frequency heating means, and a control section for controlling the semiconductor switch. A parallel circuit of a resistor and a diode is connected in series with the gate of the switch, which prevents a high gate spike voltage from occurring in a semiconductor switch with field effect and increases loss. A power converter can be constructed with high reliability guaranteed. Therefore, the control section can be made extremely compact, with low power consumption, and low cost, and the entire high-frequency heating device can be made compact, highly efficient, and low cost, and high reliability can be guaranteed. It is something that has value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の高周波加熱装置の一実施例を示す回路
図、第2図は同装置の制御回路のさらに詳しい回路図、
第3図は同回路の各部の動作波形図、第4図は同回路の
トランジスタの1回目の導通動作波形図、第6図は同ト
ランジスタの1回目の導通動作時の電流流路を説明する
等価回路図、第6図は同等価回路における各都電流の相
関を示す波形図、第7図は第1回目のトランジスタ導通
時に発生するスパイク電圧の発生タイミングおよびその
大きさとゲ:ト挿入抵抗値との関係を説明する説明図、
第8図は従来の高周波加熱装置の回路図、第9図は同装
置の各部動作波形図である。 5.6・・・・・・共振回路(6・・・・・・共振コン
デンサ、6・・・・・・昇圧トランス)、16・・・・
・・高周波加熱手段(マグネトロン)、4o・・・・・
・電源部、41・・・・・・電力変換器、42・・・・
・・半導体スイッチ、46・・・・・・並列回路(43
・・・・・・抵抗器、44・・・・・・ダイオード)、
46・・・・・・制御部。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第3
図 第4図 第6図    第7図 第8図 第9図
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the high-frequency heating device of the present invention, and FIG. 2 is a more detailed circuit diagram of the control circuit of the same device.
Figure 3 is an operational waveform diagram of each part of the circuit, Figure 4 is a waveform diagram of the first conduction operation of the transistor in the circuit, and Figure 6 explains the current flow path during the first conduction operation of the transistor. Equivalent circuit diagram, Figure 6 is a waveform diagram showing the correlation of each current in the equivalent circuit, Figure 7 is the generation timing and magnitude of the spike voltage that occurs during the first transistor conduction, and the gate insertion resistance value. An explanatory diagram explaining the relationship between
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional high-frequency heating device, and FIG. 9 is a diagram of operation waveforms of each part of the device. 5.6... Resonant circuit (6... Resonant capacitor, 6... Step-up transformer), 16...
・High frequency heating means (magnetron), 4o...
・Power supply section, 41...Power converter, 42...
...Semiconductor switch, 46...Parallel circuit (43
...Resistor, 44...Diode),
46...Control unit. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 3
Figure 4 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)電源部と、直列又は並列共振回路および半導体ス
イッチを有する電力変換器と、前記電力変換器の出力を
高周波電力として出力し被加熱物を加熱する高周波加熱
手段と、前記半導体スイッチを制御する制御部とを有す
ると共に、前記半導体スイッチを電界効果作用を有する
電圧制御型スイッチで構成し、かつ、前記電圧制御型ス
イッチのゲートに直列に抵抗器およびダイオードより成
る並列回路を設けた高周波加熱装置。
(1) A power supply unit, a power converter having a series or parallel resonant circuit and a semiconductor switch, a high-frequency heating means that outputs the output of the power converter as high-frequency power to heat an object to be heated, and controls the semiconductor switch. the semiconductor switch is a voltage-controlled switch having a field effect, and a parallel circuit consisting of a resistor and a diode is provided in series with the gate of the voltage-controlled switch. Device.
(2)電圧制御型スイッチのゲートとダイオードのアノ
ードが接続されるよう並列回路を構成した請求項1記載
の高周波加熱装置。
(2) The high-frequency heating device according to claim 1, wherein a parallel circuit is configured such that the gate of the voltage-controlled switch and the anode of the diode are connected.
(3)高周波加熱手段をマグネトロンを含んで構成し、
誘電加熱により被加熱物を加熱する構成とした請求項1
又は2記載の高周波加熱装置。
(3) The high-frequency heating means includes a magnetron,
Claim 1: The object to be heated is heated by dielectric heating.
Or the high frequency heating device according to 2.
(4)高周波加熱手段を誘導加熱コイルを含んで構成し
、鍋などの調理器具を加熱して被加熱物を間接的に加熱
する構成とした請求項1または2記載の高周波加熱装置
(4) The high-frequency heating device according to claim 1 or 2, wherein the high-frequency heating means includes an induction heating coil, and is configured to indirectly heat an object to be heated by heating a cooking utensil such as a pot.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6043080A (en) * 1983-08-19 1985-03-07 Densetsu Kiki Kogyo Kk Inverter circuit
JPS62123966A (en) * 1985-11-22 1987-06-05 Fanuc Ltd Composite power module element
JPS62143390A (en) * 1985-12-17 1987-06-26 松下電器産業株式会社 Radio frequency heater

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