JPH01251213A - 高周波電力発生装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は請求項の１の前文に記載した構成の高周波電力
発生装置に係わる。

多くの工業的、医学的又は科学的用途に対して高い高周
波電力が必要とされる。工業分野に於ける例は、高周波
フィールドに於ける誘電体損失により材料を加熱作動す
る乾燥装置又は高周波フィールドに於ける渦電流により
材料を加熱する溶解装置である。医学に於ては高周波電
力が例えば高周波外科の分野で必要とされ科学に於ては
例えばスペクトル分析に於けるブラスマの励起に必要と
される。

［従来型の説明］及び［発明により解決すべき課題］ はとんどの用途に於て共通なことは高周波電力発生装置
の負荷が一般に一定ではなくしばしば非常に大きくかつ
急激に変化することである。高周波外科の分野に於ては
例えば高周波電力発生装置に接続された外科ゾンデのイ
ンピーダンスがミリセカンド内で約５０Ωと４にΩの間
で変化する。更に負荷インピーダンスの無効成分が迅速
かつ広い範囲で変動する。この例は高周波溶解炉の中の
熔解の瞬間である。坩堝の中の熔解材料は最初はゆるく
集まっているか熔解の瞬間には１つの大きな塊にまとま
る。熔解材料の中の電流の分布従って磁場の空間的分布
がこの瞬間に根本的に変化する。高周波電力発生装置に
対してこの過程は負荷インピーダンスの無効部分の急激
な変化となる。

この用途に於て更に他の共通なことは、高周波電力によ
りて得られる効果は周波数を非常に厳密には維持する必
要がないことである。高周波外科の分野に於ては例えば
３００ｋＨｚと２　Ｍｌ（Ｚとの間の周波数が普通でし
かもこの際使用して目でわかる程の差は生じない。高周
波溶解炉に於ては２００　ｋ　Ｈｚと２７Ｍ）Ｉｚとの
間の周波数ですら用いられる。ある周波数領域の維持は
、高周波電力発生装置により生じる場がシールドされて
いない場合妨害電波を禁止する電波通信法によりたかだ
か規制されるにすぎない。充分にシールドして使用する
場合又はほとんどの高周波外科器具に於てはこの制限は
ない。

更に上記記載の総ての用途に於て高い効率が要求される
。手術室で用いられる高周波外科器具に於ては例えば冷
房用のファンは許されない。その理由は冷風流によって
バクテリアが拡散されるおそれである。例えば取り出し
得る高周波電力が４００Ｗの場合には装置が許されない
程加熱しない場合には少なくとも９０％の高周波電力発
生装置の効率が必要である。

高い効率を得るために現在では高周波電力発生装置の増
巾要素特にトランジスタをスイッチ稼動で稼動すること
が普通である。例えば実際には今日入手できる総ての高
周波外科器具はこの原理で作動する。スイッチ稼動によ
り出力電圧のスペクトルの中に多くの問題を有する高調
波が発生する。高周波外科の分野に於ては固有の稼動周
波数に対して非常に多くの周波数の高い高調波によって
容量性の高い漏洩電流が発生しこの電流は患者に火傷の
危険を与える。更に回路の不可避の漂遊要素により強い
過振動が発生しこのために過電圧により増巾要素の稼動
の安全性が危惧される。

更にスイッチ増巾器に於ては増巾要素の遮断遅延のため
に高い効率が任意に得られないことも知られている。

“エレクトロニク″（Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ）　１９８
３　、第４巻、６７頁「高い効率を有するＤ　Ｃ／Ａ　
Ｃ変換器」に単純なスイッチ増巾器の上記の難点を回避
するためにいろいろな手段を試みた高周波電力発生装置
が記載されている。

この目的のためにそのトランジスタｈ月疑補足手段とし
て接続されておりスイッチ稼動で作動する電力増巾器が
用いられる。この電力増巾器の出力に直列に接続された
直列共振回路が接続されており同回路によりアースされ
ている即ち並列に接続されている並列回路に出力電流が
導かれる。この並列回路のインダクタンスは負荷を結合
させる働き、即ちこの実施例に於ては加熱材料の中に渦
電流を発生させる（！１１きを有する。電力増巾器のト
ランジスタは固定周波数発振器によって制御され同発振
器は稼動周波数に同調している。直列共振回路並びに並
列共振回路は同様にこの稼動周波数に同調している。直
列共振回路によって電力増巾器の出力電力はほぼ純粋に
正弦波型となる。この際電力は高周波振動の各半周期ご
とに即ち正確に通過状態がそれぞれ１つのトランジスタ
から他のトランジスタに切換わる時に零を通過する。こ
の手段によりトランジスタの中に於ける遮断損失が特に
小さくなる。即ちその理由は遮断の瞬間に於けるトラン
ジスタの電流は既に零になっている。即ち遮断の遅延は
トランジスタの内部で実際上もほやや発生しない。この
手段により単純な広帯域スイッチ増巾器よりもはるかに
高い効率が得られる。

並列共振回路により負荷インピーダンスが稼動周波数に
於て実数値になり電流と電圧並びに無効電流との間の位
相のずれが回避される。

トランジスタのベース回路の中の論理回路によりそれぞ
れのトランジスタが、コレクターエミッタ電圧がほぼ飽
和電圧の値に下降、即ち出力電圧の振動が他のトランジ
スタが遮断されて閉鎖して初めに投入される。この論理
により他のトランジスタの遮断時点に対してトランジス
タの投入時点が遅延するとそれにもかかわらず直列共振
回路の電流はそのまま流れなければならない。この目的
のためにトランジスタにはフリーホイールダイオードが
並列に接続されている。

実際にはこの高周波電力発生装置には更に決定的な難点
を有する。負荷が変動、特に負荷インピーダンスの虚数
部分が変化した場合稼動周波数に対して並列共振回路の
共振周波数がはずれる。従って並列共振回路の電圧と直
列共振回路を流れる電流の位相はもはや一致しない。こ
の結果電力増巾器の出力電流の零点通過がもはやトラン
ジスタ調節の切換時点と一致しない。

その結果トランジスタに長い投入遅延が生じこの間出力
電流はフリーホイールダイオードを流れなければならな
い。この際投入が行なわれるとトランジスタから取出さ
れる電流はもはや理想状態のようにはほぼ零にはならず
既に非常に高い値になる。この結果投入損失が著しく増
大し効率が急激減少する。位相のずれによって基本的に
更に高周波電力発生装置の取り出し得る出力電力が減少
する。

直列共振回路又は並列共振回路の共振周波数が正確に一
致しないか又は構成要素が老化して共振回路のインダク
タンス及び容量が変化すると同じ作用が発生し、この際
これ等の回路の共振周波数が変化する。制御発振器の不
正確に一致した又は老化により変化した稼動周波数に対
しても同じことが云われる。とにかくトランジスタ及び
フリーホイールダイオードの中の損失が上昇し取出し得
る電力及び効率が下降する。

離調が著しい場合には損失電力が上昇して増巾要素を破
壊するに至ることがある。

［発明の目的］ 即ち本発明の目的は効率及び出力電流が負荷インピーダ
ンスが著しく変化及び発振回路の共振周波数が異なる場
合でも一様に高く、このことに依り更に構成要素の老化
及び著しい負荷の変動による高周波電力発生装置の危険
がなくなり従って安全な稼動が保証される。

［課題の解決手段］ この目的は本発明により請求項１及びそれに続く項の特
徴の部分に提案した手段により達せられる。

本発明に於ては高周波電力発生装置の始動の瞬間に電力
増巾器の入力に接続されていて高周波電力発生装置に発
振開始支援をなす補助発振器が設けられる。始動の最初
の瞬間は従って高周波電力発生装置は外部から制御され
る。しかしながら高周波電力発生装置が発振を開始する
とただちに、即ち電力増巾器の出力回路に零と明らかに
異なる電流が流れるか又は零と明らかに異なる電圧が出
ると電力増巾器の制御が自助に即ち電力増巾器の出力回
路からのフィードバックに切換えられる。この際フィー
ドバック電圧は２つの方法で電力増巾器の出力回路から
取出される。即ち変換素子又はインパルス形成段を介し
て直列共振回路を通過する電流から取出されてこれによ
り電流フィードバックが行なわれるか又は変換素子又は
インパルス形成手段を介して並列共振回路の電圧から取
出されてこれにより電圧フィードバックが行なわれる。

電流フィードバックと電圧フィードバックとの間を切換
えるために電子スイッチが設けられており同スイッチは
高周波電力発生装置に接続されている負荷インピーダン
スの量が前以って調節された特性値以下になると電流フ
ィードバックに接続し、高周波電力発生装置に接続さて
いる負荷インピーダンスの量が前以って調節された特性
値以上になると電圧フィードバックに接続する。電子ス
イッチは、負荷インピーダンスが変動し負荷インピーダ
ンスの量が前以って調節された特性値以上又は以下にな
るとその後稼動中に於ても電流フィードバックと電圧フ
ィードバックとの間を継続して切換える。

［作　　　用コ 本発明による高周波電力発生装置は発振開始の瞬間にし
か補助発振器による他動で作動しない。しかしながら本
来の稼動は自助で行われる。この際直列共振回路と並列
共振回路との周波数一致のずれは自動的にフィードバッ
ク条件が必要に応じて満たされることにより相殺される
。負荷インピーダンスの実数部分特に虚数部分の変化も
フィードバックにより自動的に考慮される。周波数は常
にフィードバック条件が満たされるように調節される。

これは一般的に負荷インピーダンスを含む出力フィルタ
の合成中間周波数である。この際外部制御の周波数の間
違いは本来的に生じ得ない。

本発明による高周波電力発生装置に於てはしかしながら
フィードバックの方法は固定されていない。むしろ接続
された負荷インピーダンスの大きさによって電流フィー
ドバックか又は電圧フィードバックに選択される。純抵
抗が低い負荷インピーダンスに於ては電流フィードバッ
クが用いられる。純抵抗の低い負荷インピーダンスによ
り並列共振回路が非常に強く減衰し直列共振回路が固有
の周波数を決定する素子となる。非常に高い電流が直列
共振回路を流れ同回路中の無効電力が高くなる。これに
反して並列共振回路の電圧は低く同回路の中で変換され
る無効電力は小さい。この場合電流フィードバックによ
り電力増巾器の電圧と電流との間の位相のずれができる
限り小さい安定した稼動が提供される。

これに反して純抵抗の高い負荷インピーダンスの場合に
は電圧フィードバックが選択される。負荷インピーダン
スの純抵抗が高いために並列共振回路は弱くしか減衰せ
ず今度はそれが固有の周波数を決定する素子となる。直
列共振回路にはより小さな電流しか流れず同回路の中の
無効電力は小さい。これに反して並列共振回路の電圧は
高く同回路の中で変換される無効電力は同様に大である
。この場合には電圧フィードバックによりもっとも安定
した稼動が提供される。電力増巾器の出力の電流と電圧
との間のごくわずかな位相のずれはそれ程問題とはなら
ない。即ち負荷の純抵抗が高いために電流全体が小であ
る。

しかしながら純抵抗の高い負荷に於ける電圧フィードバ
ックは更に他の利点を有する。即ち純抵抗の高い負荷イ
ンピーダンスに於ける出力フィルタの入力インピーダン
スの共振の不確定さにある。これに関して以下詳細に説
明する。

現在の技術水準に対する電流フィードバックと電圧フィ
ードバックとの間の切換えに関連するフィードバックの
利点は、高周波電力発生装置が負荷インピーダンスが著
しく変動した場合にも常に負荷インピーダンスを含む出
力フィルタの実際の中間周波数で作動することである。

このことは特に安定した稼動に於て電力増巾器の増巾要
素の中の損失電力が小さく一定して効率が高く取り出し
得る電力が一定して高いことを意味する。安定した稼動
は負荷が短絡しても無負荷でも得られる。

電流フィードバラ゛りと電圧フィードバックとの間の切
換えの基準として本発明に於ては接続された負荷インピ
ーダンスの量が用いられる。

切換えがもっとも目的に合致する負荷インピーダンスの
特性値ＵＣは本発明により構成された高周波電力発生装
置のそれぞれに対して例えば実験的に決定される。この
際刈にそれぞれ電流フィードバック電圧フィードバック
が安定した稼動を提供する負荷インピーダンスの範囲が
決定される。特性インピーダンスとしてこの場合安定限
界の間にある値が採用される。

本発明により直列共振回路の中の無効電力が並列共振回
路の中の無効電力よりも実質的に大である場合には電流
フィードバックを選択しなければならないことが見出さ
れた。逆に並列共振回路の中の無効電力が直列共振回路
の中の無効電力よりも実質的に大である場合には電圧フ
ィードバックを選択しなければならいない。

しかしながら両共振回路に於ける無効電流の配分は負荷
インピーダンスの実際の値に従属する。目的に合致した
切換限界としてこの際両振動回路に於ける無効電流がま
さに等しくなる負荷インピーダンスが判明した。

従って本発明の有利な実施形態に於てそれ以上になるか
以下になるかによって電流フィードバック又は電圧フィ
ードバックに切換える負荷インピーダンスの特性値が以
下の等式 １式％ を満足するように選択される。ただしＬ５は直列共振回
路のインダクタンスでＣＰは並列共振回路の容量である
。この特性インピーダンスに於ては両共振回路の中の無
効電流が丁度等しくなる。

多くの用途に於て負荷のインピーダンスの中間レベルは
高周波電力発生装置の電力増巾器の中の増巾要素の仕様
と一致しない。これ等の場合には並列共振回路のソレノ
イドは伝達器として構成される。例えば中間で純抵抗が
非常に高い負荷が許容尖頭電流を有するが電圧強度が小
さい増巾要素に適合される。従って本発明の更に他の実
施形態に於ては並列共振回路のインダクタンスが伝達器
として構成されており並列回路の容量がこの伝達器の一
次側即ち電力増巾器の方を向いた側に並列に接続されて
いる。

フィードバックを本発明により再び無効電流の大きなブ
ランチを介して行うためにこの際電圧フィードバックと
電流フィードバックとの間の切換えをほぼ ｌｃ＝　　ｉｉ　　２中ｐ の負荷インピーダンスの特性値に於て行わなければなら
ない。ただしｉは伝達器の電圧変換比である。

多くの場合には更に並列共振回路の容量が伝達器の二次
捲線に対して並列であることが所望される。これは例え
ば高周波電力発生装置の出力インピーダンスが周波数が
高い場合に零になる場合で、このことは上記の装置に於
ては伝達器の漂遊誘導が避けられないためにおこらなか
った。従って本発明の更に他の実施形態に於ては並列共
振回路のインダクタンスは伝達器として構成され並列回
路の容量がこの伝達器の二次側に接続されている。この
場合フィードバックの電圧フィードバック又は電流フィ
ードバックへの切換えはほぼ以下の等式 ％式％ の特性値以上又は以下に負荷インピーダンスが　　−な
った場合に行われる。ただしｉは伝達器の変換比で、あ
る。

ただしフィードバック方法を調節するためには瞬間有効
負荷インピーダンスが少なくとも近似的にわかっていて
切換えを行う特性値と比較されねばならない。本発明の
ある実施形態に於てはこの目的のために高周波電力発生
装置の出力電圧又は同電圧に比例した量を検知するため
の測定装置及び高周波電力発生装置の出力電流又は同電
流に比例した量を検知するための測定装置が設けられて
いる。この際両測定装置の測定ファクタは、高周波電力
発生装置に接続されたインピーダンスが特性値を有して
いる時に出力信号がほぼ等しくなるように前厄って調節
されている。更に上記の両測定装置の出力信号を相互に
比較するコンパレータ回路が設けられている。このコン
パレータ回路の出力信号は、負荷インピーダンスが上記
の特性値よりも大又は小になった時に跳躍し従って高周
波電力発生装置のフィードバックブランチの中で電圧フ
ィードバックと電流フィードバックとを切換えるために
用いられる。

多くの場合高周波電力発生装置はほぼ一定の出力電圧で
稼動される。このような場合には瞬間負荷インピーダン
スを決定する際に出力電圧の測定は省略される。従って
本発明の更に他の実施形態に於ては負荷インピーダンス
を決定するために高周波電力発生装置の出力電力又は同
電流に比例した量を検知するための測定装置しか設けら
れていない。更にこの測定装置の出力信号を基準値と比
較するためのコンパレータ回路が設けられており同基準
値は特性負荷インピーダンスの場合測定装置の出力信号
と等しくなるように遭定しである。コンパレータ回路の
出力信号は、負荷インピーダンスが特性値以上又は以下
になった場合に再び跳躍し従って高周波電力発生装置の
フィードバックブランチの中で電圧フィードバックと電
力フィードバックとを切換えるために用いられる。

［効　　　果］ 本発明により構成したいくつかの高周波電力発生装置を
測定した結果、インピーダンス特性値を正確に維持する
ことは電力フィードバックと電圧フィードバックとを切
換えるためには必要ではなく、ある程度のずれが許され
ることを確認した。値が−思いがけなく特性値の周りで
変動するある負荷インピーダンスに於て余りにもしばし
ば切換ることをさけるために本発明の更に他の実施形態
に於てはフィードバックの切換え過程を制御するために
ヒステリシスを備えたコンパレータ回路が用いられる。

本発明の高周波電力発生装置は非常にしばしば間欠的に
稼動される。

この例は高周波外科である。外科用高周波発生装置は器
具としては手術の全期間中は投入されているが高周波出
力は通常切断又は凝固のために短時間しか与えられない
。これは器具の総ての補助電圧は長時間に互って必要で
あるが本来の高周波発生装置は常にスイッチを操作する
ことによってしか投入されない。従って以下の説明には
２つの種類の投入を区別する。先ず器具全体が全補助電
圧及びある場合には周辺機能で始動されねばならない。

器具の中に含まれている本来の高周波電力発生装置は一
般的にその後はじめて投入され必ずしも継続的には投入
されない。発振開始支援に関するその他の説明は常に例
えばある作業休止後の高周波電力発生装置の投入に関す
るもので作業休止中は全器具は投入されているが高周波
電力は出されていない。

高周波電力発生装置が投入されるごとに発振開始過程が
解除されねばならない。発振開始支援の働きをする補助
発振器は電力増巾器を、フィードバック回路が出力回路
から稼動周波数の充分に大きな電流又は電圧を取り入れ
て自励を維持するように調節しなければならない。

もっとも簡単な場合には本発明による補助発振器は従っ
て、高周波電力発生装置が投入されるごとに１つの単独
なインパルスを電力増巾器の入力に与えるように構成さ
れている。このような単独インパルスは直列共振回路と
並列共振回路とよりなる出力フィルタを既に稼動周波数
の電流と電圧を含む平衡過程に励起し多くの場合フィー
ドバック回路を継続発振させるために充分である。

発振開始を更に確実にするために本発明の更に他の実施
形態による補助発振器は高周波電力発振装置を投入する
ごとに電力増巾器の入力に、高周波電力発生装置が発掘
してしまう迄即ち電力増巾器の制御がフィードバックに
切換わってしまう迄単一インパルスを与え続ける。

この場合単一インパルスの時間間隔は、出力回路に位相
位置の具合の悪いいくつかの平衡過程が加わらないため
に所望の中間稼動周波数の周期よりも大でなければなら
ない。

特に確実な発振開始は補助発振器が周波数が高周波電力
発生装置の中間稼動周波数に一致する連続交流電圧を出
す本発明の更に他の実施形態によりこの補助発振器が電
圧が制御された発振器（ＶＣＯ）であっても有利で同発
振器の静止周波数は高周波電力発生装置の中間稼動周波
数に一致する。高周波電力発生装置が始動するごとにこ
のＶＣＯは先ず中間稼動周波数で発振する。本来の高周
波電力発生装置が発振即ち電圧フィードバック又は電流
フィードバックで作動すると常に補助発振器の周波数が
高周波電力発生装置の瞬間作動周波数と同期する位相調
節回路を設けることが提案される。更に補助発振器を高
周波電力発生装置の作動休止中最後に調節された周波数
で継続発振させることが提案される。このことは例えば
位相調節回路とＶＣＯとの間のサンプルホールド回路に
よって実現される。高周波電流発生装置を再び活性化す
る場合に補助発掘器が高周波電力発生装置の最後の実際
の周波数を発振開始支援として電力増巾器に与える。こ
の周波数が、高周波電子発生装置が自励に切換わったの
ちに継続発振する周波数に対してもっとも確からしい値
を有する。

［実　施　例］ 以下本発明を添付の実施例に関する図面に就き詳細に説
明する。

第１図には負荷インピーダンスを定めるために電流及び
電圧を測定する測定回路を宥する高周波電力発生装置の
ブロック回路図が示されている。高周波電力発生装置は
補足及び擬補足回路の中に構成された電力増巾器１を含
み同増巾器の出力に直列共振回路（ｔ、ｓ及びＯｓ）と
並列共振回路（ｃｐ及びＬＰ）とにより形成された出力
フィルタが接続されている。フィルタの出力には負荷イ
ンピーダンスＺＬｉｓｔが接続されている。直列共振回
路に直列に電流フィードバックに適した電圧を発生する
ための変換素子が接続されており同素子はこの実施例に
於て電流変換器２と増巾器３とより成フている。しかし
゛ながらこのブランチの中に例えば電力増巾器の出力電
流回路の中の電流変換器の代りに小さな直列抵抗の様な
更に他の回路の変形も可能である。

並列共振回路に並列に電圧フィードバックに適した電圧
を発生するための変換素子が接続されており同素子はこ
の実施例に於て増巾器４より成っている。増巾器３及び
４はブロック回路図に示した増巾装置ＶＩ、及びＶＬＩ
２を備えており同装置はのち程電力増巾器に適当な制御
電圧を与える様に調節されている。電力増巾器１の出力
電圧が高いために電圧フィードバックブランチの中の増
巾器４の増巾装置は一般にＶｕ＋＜Ｉとなる。

両増巾器３及び４の出力電圧が電子切換スイッチ５に供
給され同スイッチによりその瞬間の負荷インピーダンス
に応じて選択される。

この実施例に於て高周波電力装置は、電力増巾器１にス
イッチ６を介して稼動電圧Ｕｎが供給されることにより
投入される。これは高周波装置全体が場合によっては存
在する周辺装置及び補助電圧と共にこの時点に於て既に
投入されているからである。続いてスイッチ６を操作す
ることにより高周波電力の供給が開始される。即ちこの
瞬間に高周波電力発生装置の発振が開始しなければなら
ない。このために補助発振器７が電子スイッチ８とイン
パルス形成ないしは予備増巾段９を介して電力増巾器１
の入力に接続されている。この実施例に於て補助発振器
７は中間稼動周波数即ち直列共振回路の基準共振周波数
ｆＳ及び並列共振回路の基準共振周波数ｆ、に同調して
おりこれらの周波数喧一般に等しいとみなすことができ
る。この周波数で高周波電力発生装置が振動を開始する
。しかしながら増巾器３及び４により出力電流又は出力
電圧から導出された電圧のいずれかが明かに零と異なる
とただちに電子スイッチ８が自己励起即ちフィードバッ
クに期変わる。これは本実施例に於ては整流器１０と１
１及び電子オア回路１２によフて行なわれる。

この際“明かに零と異なる”と云う表現は、増巾器３と
４により電力増巾器１の出力電流又は出力電圧から導出
された電圧が電力増巾器１を制御するために充分でなけ
ればならないと理解されたい。可能なループ増巾率が高
いためにしかしながらこのためには比較的小さな電圧値
が充分である。

オア回路１２の閾値は従って、それぞれの入力電圧が電
力増巾器１を制御するために充分な振幅を有した場合そ
の出力信号が反転するように調節されている。

本発明に於て電子選択スイッチ５はフィードバックブラ
ンチを、負荷インピーダンスが特性値以下になフた場合
には電流フィードバックに、フィードバックインピーダ
ンスが特性値以上になった場合には電圧フィードバック
に切換える。この目的のために第１図の実施例に於ては
電流変換器１３、増巾器１４、整流器１５及びコンパレ
ータ１６が設けられてい−る。電流変換器１３によって
負荷電流Ｉ２に比例した信号が取込まれ同信号は増巾器
１４の振幅に適合し整流器１５の中で整流される。その
うちコンパレータ１６によって整流器１１の出力信号と
比較される。増巾器４の増巾率Ｖｕ２及び増巾器１４の
増巾率ＶＩ２はこの際、負荷インピーダンスが特性値を
通るとコンパレータ１６の出力信号が跳躍する様に調節
されている。負荷インピーダンスが比較的長い間正確に
特性インピーダンスの価にある場合にコンパレータ１６
が常時跳躍するのを防ぐためにここに於てはコンパレー
タ１６にヒステリシスが設けられている。

本発明の高周波電力発生装置に於ては電力増巾器１がス
イッ゛チ稼動する。この稼動の場合電力増巾器１の増巾
要素の純抵抗が交互に著しく高くなったり低くなフたり
するので出力電圧ＵＩは電力増巾器１の制御電圧に対し
て位相のずれが無視できる程小さい。電流フィードバッ
クの場合には制御電圧は電力増巾器１の出力電流■１か
ら得られる。

電流フィードバックブランチの中の位相のずれが非常に
小さいことに留意すれば電流フィードバックの場合には
出力電？ｉＩ＋と出力電圧Ｕｌとの間の位相のずれは著
しく小さい。この際周波数はこの条件が満たされるよう
に自動的に調節される。即ちこの際特に直列共振回路の
実際の共振周波数である。構成要素Ｌｐ′ＥＬびＣ７の
変化並びに負荷インピーダンスの無効要素による離調及
び並列共振回路の離調はこの際自動釣に考慮される。即
ち電流フィードバックは電力増巾器１の増巾要素の中の
損失が可能な限り小さくなり従って効率が可能な限り高
くなり過振動が最小となり従ってもつとも確実な稼動が
行なわれる。高周波電力の所望作業に対してはこの際発
生するわずかな周波数のずれは前に記載したように問題
とはならない。

それにもかかわらず負荷インピーダンスが特性インピー
ダンスＲｅを超えた場合には電圧フィードバックに切換
えると有利である。この事を第２図によりより詳細に説
明する。第２図には負荷インピーダンスの４つの異なる
値に対する出力フィルタの、電力増巾器１から見た入力
インピーダンスの位置曲線である。説明を簡単にするた
めにここでは負荷インピーダンスに対して実数値Ｒいｔ
ｔ　シか用いない。

その例は ｆｖ７６−＝　１　ｋ　Ｑ が成立する場合である。直列共振回路の共振周波数ｔｓ
と並列共振回路の共振周波数ｆ、が名目上等しいので Ｌｓ　＊　Ｃｓ　＝Ｌｐ　＊　Ｃｐ が成立し従って １石、／Ｃ，＝　１　ｋΩ も成立する。

特性インピーダンスＲＣがこの場合１にΩであるとする
。第２図の４つの位置曲線は負荷インピーダンス０．２
にΩ、ｌｋΩ、　　１．２にΩ及び３にΩに対するもの
である。それぞれの位置曲線は直列共振回路の共振周波
数と並列共振回路の共振周波数とにおいて実数軸と１つ
の交点を有する。周波数は第２図に於てそれぞれ所望の
８動周波数ｆＢとして示されている。負荷インピーダン
スが特性インピーダンスの値を超えると入力インピーダ
ンスの位置曲線が実数軸との更に他の２つの交点と共に
１つのループを形成する。電流フィードバックの場合に
は高周波電力発生装置はもはや所望の稼動周波数ｆ１１
を調節せず他の画周波数のいずれかを実数入力インピー
ダンスによって調節する。この周波数に於ては高い無効
電流が電力増巾器の増巾要素を通って流れ、得られるべ
き電力及び効率が急激に下降する。このために電力増巾
器の増巾要素の中で損失電力が増加し稼動の安全性が危
くなる。特性インピーダンスの超過がごく僅かな場合に
はこの効果はＲい、ｔ＝１．２　ｋΩに対する位置曲線
が示すようにまだそれ程著しくはない。

従って成る程度の許容は切換閾値に対して許される。

特性曲線に比較して純抵抗が高い負荷インピーダンスの
場合には電圧フィードバックの本発明によるフィードバ
ックの切換が高周波電力発生装置を再び所望の稼動周波
数ｆＢに復帰させる。このことにより損失出力、効率、
得られるべき電力及び稼動安全性に関して著しい利点が
もたらされる。

純抵抗が低い電力増巾器に於ては電圧フィ−ドバックは
根本的に問題がある。この理由より本発明はフィードバ
ック電圧を並列共振回路即ち直列共振回路の後の電圧か
ら取り出すことを提案する。総ての実際の場合には更に
直列共振回路が周波数の供給を行なう即ち電流フィード
バックと電圧フィードバックとの間の切換え後も高周波
電力発生装置は実際上等しい周波数で継続発振する。

更に老化による共振回路の不具合並びに構成要素の値の
変化はフィードバックにより相殺されることは明らかで
ある。

第３図には、並列共振回路のインダクタンスＬＰが電圧
変換率１；ｉｊを有する伝達器により置換された高周波
電力発生装置が示されている。

この実施例に於ては伝達器の一次側に発振回路容量Ｃｐ
が並列に接続されている。この場合には特性インピーダ
ンスＲＣを決定する際伝達器のインピーダンス変換率ｉ
が考慮されねばならない。容量ＣＰは伝達器の二次側に
並列に接続することもできる。この際考慮しなければな
らないことはＣＰも一次回路で１　／　ｉｉで変換され
ると見なされるために特性インピーダンスＲｅは前記の
公式により算出すべきである。第４図には電流フィード
バックと電圧フィードバックとの間の切換基準を決定す
るために負荷インピーダンスが評価されるにすぎない高
周波電力発生装置が示されている。この回路は、高周波
電力発生装置の出力電圧に著しい変動がない場合に適し
ている。この場合には単に負荷電流■２を測定して基準
値と比較すれば充分である。第４図に於てこのことは、
負荷インピーダンスが特性インピーダンスの値を有して
いる場合電圧が代表的な稼動状態にある整流器１５の出
力値とほぼ同じ大きさを有する様に調節された基準値発
生装置１８によってなされる。

第５図には補助発振器７が電圧が調節された発振器（Ｖ
ＣＯ）として構成されている高周波電力発生装置が示さ
れている。この補助発振器の静止周波数は所望の稼動周
波数に一致する。

この周波数で補助発振器７が電力増巾器１に最初の励起
の際に発掘開始支援を与える。補助発振器７の出力電圧
は位相測定器１９によって高周波電力発生装置の発振周
波数と比較される。

高周波発生装置がフィードバックモードで発振している
間しか意味を有しないこの位相測定の結果はサンプルホ
ールド増巾器２０の入力に与えられる。高周波電力発生
装置が発振を開始すると即ちフィードバックモードで作
動するとただちにサンプルホールド増巾器２０が補助発
振器７に接続される。この目的のために他動をフィード
バックに切換えるオア回路１２の出力信号がアンド回路
２１のスイッチ６の励起信号と結合してサンプルホール
ド増巾器２０の制御入力に与えられる。

サンプルホールド増巾器２０の接続により位相調節ルー
プが閉鎖し補助発振器７が高周波電力発生装置の瞬間の
自励周波数に同期する。高周波電力発生装置が不活性化
されるとただちにサンプルホールド増巾器２０がアンド
回路２１から遮断され補助発振器７は高周波電力発生装
置の最後の実際の周波数で継続発振する。次に活性化す
る際にこの周波数で発振開始支援が与えられる。一般に
周波数は高周波電力発生装置が振動を開始する周波数の
もっともたしかな値を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は負荷インピーダンスを決定するために電流及び
電圧測定用の測定回路を有する高周波電力発生装置のブ
ロック回路図である。 第２図は負荷抵抗Ｒｔ、ａｓｔの異なる値に対する出力
フィルターの、電力増巾器から見た入力インピーダンス
の位置曲線である。 ￥Ｓ３図は負荷インピーダンスを評価するための電力測
定用測定回路を有する高周波電力発生装置のブロック回
路図である。 第４図は負荷インピーダンスを適合させるための伝達器
として構成された並列容量ＬＰを有する高周波電力発生
装置のブロック回路図である。 第５図はＰＬＬ回路により同期化された補助発振器を有
する高周波電力発生装置のブロック回路図である。 １・・・電力増巾器　　　２・・・電流交換器３．４・
・・増巾器　　　５・・・電子切換スイッチ７・・・補
助発振器　　　８・・・電子スイッチ１２・・・電子オ
ア回路　１３・・・伝達器１４、１５・・・測定装置　
　１６・・・コンパレータ回路１８・・・基準値発生装
置 ２０・・・サンプルホールド増巾器 他３名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　補足又は擬補足段として構成されスイッチ稼動で作
   動する電力増巾器と、ほぼ中間稼動周波数に同調されて
   直列に接続された直列共振回路及びほぼ中間稼動周波数
   に同調されて並列に接続された並列共振回路を含む出力
   フィルタとを有しこの際直列共振回路が電力増巾器から
   見て第１のフィルタ要素である高周波電力発生装置に於
   て、 −電力増巾器（１）の制御電圧が電力増巾器（１）の出
   力回路からのフィードバックによってなされること −電力増巾器（１）の制御が、発振開始後即ち電力増巾
   器（１）の出力回路の中に零と明らかに異なる電流が流
   れるか又は零と明らかに異なる電圧が生じた場合自励即
   ちフィードバックに電力増巾器（１）の出力回路から切
   換えられ、この際続いて電力増巾器の制御電圧が； 変換素子（２及び３）及びインパルス形成段（９）を介
   して、直列共振回路（Ｌ＿ｓ、及びＣ＿ｓ）を流れる電
   流から取出され、このことにより高周波電力発生装置に
   接続された負荷インピーダンス（￥Ｚ￥＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿
   ｔ）の量が前以って調節された特性値（Ｒ＿ｃ）以下に
   なった場合に電流フィールドバックが発生し、 変換素子（４）及びインパルス形成段（９）を介して、
   並列共振回路（Ｌ＿ｐ及びＣ＿ｐ）の電圧から取出され
   このことにより高周波電力発生装置に接続された負荷イ
   ンピーダンス（￥Ｚ￥＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）の量が前以っ
   て調節された特性値（Ｒ＿ｃ）以上になった場合に電圧
   フィードバックを生じ、 この際電子スイッチ（５）がフィードバックのこれ等の
   両可能性の間を切換えるために設けられておりこのスイ
   ッチにより、負荷インピーダンスの量が前以って調節さ
   れた特性値（Ｒ＿ｃ）以上又は以下になった場合に負荷
   インピーダンスが変動した際に稼動中でも電流フィード
   バックと電圧フィードバックとの間の上記の切換が行な
   われることを特徴とする高周波電力発生装置。 ２　所定特性値以上又は以下になった場合に電流フィー
   ドバック又は電圧フィードバックに切換わる負荷インピ
   ーダンス（￥Ｚ￥＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）の量が等式 Ｒ＿ｃ＝√（Ｌ＿ｓ／Ｃ＿ｐ） に一致し、ここに於てＬ＿ｓは直列共振回路のインダク
   タンスでＣ＿ｐは並列共振回路の容量であることを特徴
   とする請求項１に記載の高周波電力発生装置。 ３　並列共振回路のインダクタンス（Ｌ＿ｐ）が高周波
   電力発生装置に接続された負荷インピーダンス（￥Ｚ￥
   ＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）を変換するための伝達器（１３）と
   してそれ自体既知の方法で構成されており、並列回路の
   容量（Ｃ＿ｐ）がこの伝達器（１３）の一次側即ち電力
   増巾器（１）の方に向いた側に並列に接続されており負
   荷インピーダンス （￥Ｚ￥＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）が特性値（Ｒ＿ｃ）以上又
   は以下になった場合フィードバックが電圧フィードバッ
   ク又は電流フィードバックに切換わり上記の特性値がほ
   ぼ等式 ▲数式、化学式、表等があります▼ に一致し、ここに於て■が伝達器（１３）の変換比であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の高周波電力発生装
   置。 ４　並列共振回路のインダクタンス（Ｌ＿ｐ）が高周波
   電力発生装置に接続された負荷インピーダンス（￥Ｚ￥
   ＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）を変換するための伝達器（１３）と
   してそれ自体既知の方法で構成されており、並列回路の
   容量がこの伝達器（１３）の二次側即ち電力増巾器と逆
   の方に向いた側に並列に接続されており負荷インピーダ
   ンス（￥Ｚ￥＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）が特性値（Ｒ＿ｃ）以
   上又は以下になった場合にフィードバックが電圧フィー
   ドバック又は電流フィードバックに切換わり上記の特性
   値がほぼ等式 ▲数式、化学式、表等があります▼ に一致し、ここに於て■が伝達器（１３）の変換比であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の高周波電力発生装
   置。 ５　高周波電力発生装置の出力電圧（Ｕ＿２）又はこれ
   に比例した量を検知するための測定装置 （４及び１１）が設けられており、； 高周波発生装置の出力電流（１２）又はこれに比例した
   量を検知するための測定装置（１４及び１５）が設けら
   れており、 両測定装置（４、１１、１４及び１５）の測定比が、そ
   れ等の出力信号が高周波電力発生装置に接続されたイン
   ピーダンス（￥Ｚ￥＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）が特性値（Ｒ＿
   ｃ）を有する場合ほぼ等しくなる様に前以つて調節され
   ており、； 上記の両測定装置（４、１１、１４及び１５）の出力信
   号を相互に比較するためのコンパレータ回路（１６）が
   設けられておりコンパレータ回路（１６）の出力信号に
   より高周波電力発生装置のフィードバックブランチに於
   ける電圧フィードバックと電流フィードバックとの間の
   切換えが制御される； ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記
   載の高周波電力発生装置。 ６　高周波電力発生装置の出力電流（Ｉ＿２）又はこれ
   に比例する量を検知するための測定装置（１４及び１５
   ）が設けられており、この測定装置（１４及び１５）の
   出力信号を基準値（１８）と比較するコンパレータ回路
   （１６）が設けられておりコンパレータ回路（１６）の
   出力信号が高周波電力発生装置のフィードバックブラン
   チに於ける電圧フィードバックと電流フィードバックと
   の間の切換えを制御しこの際基準値（１８）が、電圧フ
   ィードバックと電流フィードバックとの間の切換えがほ
   ぼ負荷インピーダンス（￥Ｚ￥＿Ｌ＿ａ＿ｓ＿ｔ）の特
   性値（Ｒ＿ｃ）に於て行なわれることを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれか１つに記載の高周波電力発生装
   置。 ７　コンパレータ回路（１６）がヒステリシスを備えて
   いることを特徴とする請求項５ないし６のいずれか１つ
   に記載の高周波電力発生装置。 ８　電力増巾器（１）の制御電圧が補助発振器（７）の
   発振開始の瞬間に与えられることを特徴とする請求項１
   ないし７のいずれか１つに記載の高周波電力発生装置。 ９　補助発振器（７）が高周波電力発生装置が投入され
   るごとに、高周波電力発生装置が発振開始してしまう迄
   即ち電力増巾器の制御がフィードバックに切換わってし
   まう迄単一のインパルスを電力増巾器（１）の入力に与
   え続けこの際単一のインパルスの時間間隔が所望の中間
   周波数の周期よりも大であることを特徴とする請求項１
   ないし７のいずれか１つに記載の高周波電力発生装置。 １０　補助発振器（７）が連続的な交流電圧を発生し同
   電圧の周波数が高周波電力発生装置の中間稼動周波数に
   一致することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか
   １つに記載の高周波電力発生装置。 １１　補助発振器（７）が、静止周波数が高周波電力発
   生装置の中間稼動周波数に一致する電圧が制御された発
   振器であり高周波電力発生装置が振動即ち電圧フィード
   バック又は電流フィードバックで作動すると常に補助発
   振器（７）の周波数を高周波電力発生装置の瞬間作動周
   波数に同期させる位相調節回路（１６、２０及び２１）
   が設けられており、補助発振器（７）が高周波電力発生
   装置の作動休止中最後に調節された周波数で継続発振し
   この周波数が高周波電力発生装置が再び活性化される際
   に発振開始支援として電力増巾器（１）に与えられるこ
   とを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載
   の高周波電力発生装置。