JPH02234386A - マグネトロン用インバータ電源の制御方式 - 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 本発明はマグネトロン用インバータ電源の制御方式に関
するものである。

従来の技術 従来、商用周波電源を高圧トランスにて昇圧し、高圧コ
ンデンサと高圧ダイオードからなる倍電圧整流回路にて
得られる高電圧において、マグネトロンより得られる高
周波出力を可変するには、フルパワーの発振と停止を繰
り返してこのデューティを変えることにより平均値とし
て任意の高周波出力を得ていた．しかしこの方法では、
マグネトロンの発振停止を繰り返すため、発振時におこ
るマグネトロンのモーディングの回数が使用回数に対し
て急増し、マグネトロンの寿命に悪影響を及ぼしていた
。また、高周波出力を連続的に可変することは不可能で
あった。更に高圧トランスは商用周波数で使用するため
、形状と重量が大きくなり、小形軽量化が不可能であっ
た。

このため近年様々な電子機器において、電源の小形軽量
化を目的としてスイッチング方式が導入されており、マ
グネトロン用電源もスイッチング化つまりインバータ化
することで小形軽量化する方向にある。

マグネトロン用インバータ電源の基本回路例を第１図に
示す。

高圧トランス７の１次巻線７ａには並列に共振用コンデ
ンサ４が、また直列にスイッチング素子であるパワート
ランジスタ５が接続され，パワートランジスタ５には並
列にフライホイールダイオード６が接続されている。こ
の１次巻線７ａとパワートランジスタ５を直列に接続し
た回路の両端に商用電源１を整流ブリッジ２と平滑用コ
ンデンサ３で整流平滑した脈流電圧が印加され、２次回
路を構成している。また、２次回路は高圧トランス７の
２次巻線７ｂに従来と同じ高圧コンデンサ８と高圧ダイ
オード９による倍電圧整流回路と、それにマグネトロン
１０が接続されている。また高圧トランス７の３次巻線
７ｃはマグネトロン１０のヒータに接続されている。

次にこのインバータ電源の動作原理を第２図により説明
する． パワートランジスタ５をオンさせると，直流電源Ｅによ
りエネルギーを蓄えられた平滑用コンデンサ３によって
高圧トランス７の１次巻線７ａに電圧Ｅが加わり、図示
の向きの電流Ｉ１が流れ、１次巻線７ａにエネルギーが
蓄えられる。次にパワートランジスタ５をオフすると，
１次巻線７ａに蓄えられたエネルギーにより１次巻線７
ａのインダクタンスと共振用コンデンサ４が並列共振し
て１次巻線７ａの両端に図示と逆向きの共振電圧が発生
する。

一方２次側では、高圧トランス７の２次巻線７ｂに１次
巻線７ａの電圧が昇圧されて高電圧が発生し、これがマ
グネトロン１０に印加されてこれを動作させる．ここで
１次巻線７ａのインダクタンスをＬとし、パワートラン
ジスタ５のオン時間をｔｏＮとすＥ ると、電流ＩＬＰはほぼ−ｒｔＯＮ、１次巻線７８に蓄
えられるエネルギーはほぼＬＩｉｐとなり、ｔｏＮ？変
えると電流ＩＩＰは変わり、１次巻線７ａに蓄えられる
エネルギーが変わることによりマグネトロン１０に供給
されるエネルギニも変わることになる。パワートランジ
スタ５のオフ時間をｔｏＦＦとすると，スイッチング周
波数ｆは−一」一一でｔｏＨ＋七〇ＦＦ 示されるが，．ｔｏＦＦは第２図（ｂ）に示したように
パワートランジスタ５をオフしてから電流Ｉ■が負値か
ら零になる迄の期間であり、これはオン時間ｔｏＨにか
かわらずほぼ一定であるため、ｔｏＮを変えるにはスイ
ッチング周波数ｆを変えればよく、これによって高周波
出力を連続的に可変することができる． 発明が解決しようとする課題 ところで、マグネトロン１０のヒータ電力は高圧トラン
ス７の３次巻線７Ｃにより供給されており、インバータ
が作動して初めてヒータが加熱されるため、ヒータがあ
たたまってマグネトロン１０が発振するのに必要なエミ
ッション量を得るまでにある程度の時間が必要である。

このため、インバータの動作開始時には過渡現象により
ある時間バワ一トランジスタ５にサージ電流が流れるこ
とになる．これによるパワートランジスタ５の破壊を防
ぐため、一般的には第３図（ａ）に示したように動作開
始時は最高のスイッチング周波数ｆ　ｍａｘで動作させ
、その後徐々に周波数を下げて設定した高周波出力に相
当する周波数に移行させるいわゆるソフトスタートの方
法が用いられている。

ところが、設定高周波出力．が低い場合には、定常動作
時においてもスイッチング周波数が高く、パワートラン
ジスタ５のオン時間ｔｏｅが短いため、１次電流Ｉ、Ｐ
および１次巻線７ａに蓄えられるエネルギーは小さく，
このため３次巻線７ｃを経てマグネトロン１０のヒータ
に供給される電力も低くなっており、ソフトスタート動
作も合わせて動作開始時にヒータが発振に必要なエミッ
ション量を得るためには設定高周波出力が高い場合に比
べ長い時間を必要とすることになる。

このため、マグネトロン１０が動作を開始するまでモー
ディングが長時間継続してマグネトロン１０に悪影響を
及ぼしたり、更には設定高周波出力が極めて低い場合に
は十分なエミッション量が得られずにマグネトロン１０
を動作させることができないなどといった問題点があり
、これが高周波出力の設定範囲を低くとれない一因とな
っていた．課題を解決するための手段 この問題点を解決するために、第３図（ｂ）に示したよ
うにインバータの動作開始後最大の高周波出力を設定し
た場合と同一にスイッチング周波数ｆを変化させてマグ
ネトロン１０のヒータを急速にあたため、発振に必要な
エミッション量を短時間で確保する。これによってマグ
ネトロン１０が発振を開始した後、設定高周波出力に応
じたスイッチング周波数ｆ。に移行させる方法をとる。

マグネトロン１０が発振を開始したかどうかはこれに流
れる陽極電流がある規定値まで増加したかどうかで判断
することとする。この方法により低パワー時にも高パワ
ー設定時と同等の時間でマグネトロン１０の動作を安定
して開始させることができる。

作用 第１図の構成において、マイクロコンピュータ１２は顧
客の設定したマグネトロン１０の高周波出力に対応した
出力値データを有する制御信号を基準出力回絡１１ｃに
出力する。この基準出力回路ｌｉｅは周波数制御回路１
ｌｂに制御信号に応じた基準電圧を出力し、周波数制御
回路１ｌｂはこの基準電圧とマグネトロン１０の陽極電
流を検出する陽極電流検出回路ｌｉｄからフィードバッ
クされる検出電圧によりインバータのスイッチング周波
数を決定する。

更にパルス発生回路１１ａは、このスイッチング周波数
を有したパルス信号によりパワートランジスタ５を駆動
する。また前記陽極電流検出回路ｌｉｄの検出電圧はＡ
／Ｄ変換機能を内蔵したマイクロコンピュータ１２にも
入力されている。前述の周波数制御回路１ｌｂは動作開
始後のソフトスタート機能を有している。

この構成において、動作開始後マイクロコンピュータｌ
２は制御信号としてまず最大の高周波出力設定に対応し
た出力値データを基準出力回路１１ｃに出力し、周波数
制御回路１ｌｂはこれによる基準電圧に基づいてソフト
スタートによりスイッチング周波数を徐々に下げ、マグ
ネトロン１ｏの動作を開始させる。マイクロコンピュー
タ１２は陽極電流検出回路ｌｉｄの検出電圧を監視し、
これがマグネトロン１０の発振が開始したと推定される
規定電圧を越えた場合に制御信号の出力値データを顧客
の設定した値に変更して基準出力回路１１ｃに送り，ス
イッチング周波数を変化させて定常動作に至らしめるも
のである。

実施例 以下具体的な実施例について説明する。

第４図は本発明の実施例を示したものである。

マイクロコンピュータ１２からは設定高周波出力値を示
す制御信号として３ビットの信号工。〜工２が基準出力
回路ｔｉｃ内のデコーダ１３の入方端子に入力されてい
る。

第６図に設定高周波出力値と制御信号１０〜工２及びこ
の信号を受けて出力端子より出力される出力Ｑ．〜Ｑ，
の関係を示す。基準出力回路ｌｉｅから周波数制御回路
１ｌｂに送られる基準電圧Ｖｓはデコ？ダｌ３の出力Ｑ
。−Ｑ，の状態と抵抗ＲＡ，　ＲＢ及びＲａ”Ｒｆの値
により決定される。パルス発生回路１１ａはパワートラ
ンジスタ５を味動するためのパルス信号を作成しており
、パワートランジスタ５をオンさせる時間ｔｏＮは周波
数制御回路１ｌｂがらの電圧ＶＯＮ，により決定され，
第５図に示した関係がある。この電圧ＶＯＮ■は周波数
制御回路１ｌｂ内で電圧ＶＯＮ２と抵抗Ｒ２、Ｒ，で決
定される。一方、陽極電流検出回路ｌｉｄはマグネトロ
ン１０の陽極電流ｉｂを検出しており，カレントトラン
スＣＴ、ダイオード、コンデンサなどで構成された回路
によって図示の方向に流れる陽極電流ｉｂの値に対応し
て検出電圧ｖｂが発生する．周波数制御回路１ｌｂ内の
コンバレータの一端子にはこの検出電圧ｖｂがまた十端
子には前述の基準出力回路１１ｃからの基準電圧Ｖｓが
印加されている。コンバレータは基準電圧Ｖｓに対し、
つまり換言すれば、設定された高周波出力に対して適正
なオン時間ｔｏＮが得られるように電圧ＶＯＮ１を調整
する。この調整は陽極電流ｉｂによって発生する検出電
圧Ｖｓと等しくなるようにコンパレータがこの両電圧を
比較し、その出力をオンオフすることによって電圧ｖｏ
Ｎ２を調整することによって行なわれる。また検出電圧
ｖｂはマイクロコンピュータ１２のアナログ入力端子に
も入力され、内蔵されたＡ／Ｄ変換機能によってその値
を監視している。なお、コンデンサｃ１を抵抗Ｒ，、Ｒ
３とまたコンデンサｃ２を抵抗Ｒ，と並列に接続するこ
とにより，スタート時にマイクロコンピュータ１２から
起動信号Ｓｔを出力してトランジスタＱ１をオンした場
合に電圧ＶＯＮ１を零から徐々に上昇させてオン時間ｔ
ｏＮを大きくしてゆくソフトスタートを行なっている。

第６図に示したように高周波出力は最大５００Ｗから最
小１００Ｗまで計７段階の設定範囲をもっている。

以上の構成を有したものについて、顧客が高周波出力と
して１００Ｗを設定した場合を例にとって動作を説明す
る．まず、スタート後マイクロコンピュータ１２は起動
信号Ｓｔを出力して電圧ＶＯＮ１を発生させ、これを徐
々に増加させる。これと同時にマイクロコンピュータ１
２は最大高周波出力５００？に対応した制御信号として
第６図に示したように工。〜Ｉ，に全てＯ（Ｌｏｗ）を
出力する。この場合、デコーダ１３の出力Ｑ．〜Ｑ．も
全てＯ　（Ｌｏｗ）のため、基準電圧Ｖｓはーｂ一，Ｅ
で示される電圧となり、７　＋　Ｒａ これに応じて電圧ＶＯＮエを調整し、オン時間ｔｏＮを
決定してこれによってトランジスタ５を翻動し，マグネ
トロン１０の動作を開始する。その後マグネトロン１０
のヒータが十分なエミッション量を獲得して発振が開始
されると、陽極電流ｉｂが零から急激に増加する。この
ため検出電圧ｖｂが徐々に上昇し、マイクロコンピュー
タ１２はこの電圧が規定電圧Ｖｂ（ｏＮ）を越えた時点
でマグネトロン１０が発振を開始したと判断し、設定高
周波出力１００Ｗに対応して制御信号を変更し、第６図
の通リエ。＝１、＝ｌ（Ｈｉｇｈ）．　　Ｉ，＝Ｏ（Ｌ
ｏｗ）とする。これによりデコーダ１３の出力Ｑ。が１
　（｝Ｉｉｇｈ）となるため、これに接続されたトラン
ジスタがオンし、抵抗Ｒｆを抵抗Ｒｓに並列に接続する
。このため基準電圧ＶｓはＩ■と設定高周波出力ｔｏｏ
ｗに応じて低くなり、これに対応して電圧ＶＯＮエを下
げてオン時間ｔｏＮを小さくし、ＩＯＯＷの定常動作に
至るものである。

発明の効果 以上の説明のように、本発明によって、設定高周波出力
が低い場合でも短時間でマグネトロンの発振を開始する
ことができ、モーディングの継続によるマグネトロンへ
の悪影響を排除できる。また，動作開始後の極めて短い
時間でマグネトロンのヒータのエミッション量が十分に
得られるため、マグネトロンから規制されるヒータ電流
が下限値ぎりぎりになる迄設定高周波出力を低くとるこ
とができ，低高周波出力を生かした調理ソフトの拡大が
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインバータ電源の基本回路、第２図（ａ）、（
ｂ）はインバータ電源の動作原理を説明するためのそれ
ぞれ回路図と特性図、第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
本発明による発振周波数の変化と従来方式による発振周
波数の変化を示したものである。また，第４図〜第６図
はそれぞれ本発明の実施例を示したものである。 １・・・商用電源、２・・・電流ブリッジ、３・・・平
滑用コンデンサ，４・・・共振用コンデンサ、５・・・
パワートランジスタ、６・・・フライホイールダイオー
ド、７・・・高圧トランス、８・・・高圧コンデンサ、
９・・・高圧ダイオード、ｌＯ・・・マグネトロン、１
ｌ・・・制御回路、１１ａ・・・パルス発生回路、ｌｌ
ｂ・・・周波数制御回路、１１ｃ・・・基準出力回路，
１１ｄ・・・陽極電流検出回路、１２・・・マイクロコ
ンピュータ、１３・・・デコーダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インバータにより得られる高周波電圧によりマグネトロ
   ンを駆動するマグネトロンのインバータ電源と、前記マ
   グネトロンの高周波出力を任意に設定するための制御信
   号を出力するマイクロコンピュータと、前記制御信号に
   応じて基準出力を作成する手段と、前記基準出力に応じ
   て前記インバータのスイッチング周波数を可変する手段
   と、前記マグネトロンに流れる陽極電流値を検出しこれ
   を前記マイクロコンピュータに伝達する手段を具備する
   ものにおいて、前記インバータの動作開始時に前記マイ
   クロコンピュータが最大の高周波出力に相当する制御信
   号を出力して前記インバータを最大出力で起動させ、そ
   の後前記マイクロコンピュータに伝達される前記電流値
   が規定値以上になった場合に設定された高周波出力に相
   当する制御信号を出力して前記インバータを定常動作に
   移行させることを特徴とするマグネトロン用インバータ
   電源の制御方式。