JPH02306574A - High frequency heating device - Google Patents

High frequency heating device

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JPH02306574A
JPH02306574A JP12692889A JP12692889A JPH02306574A JP H02306574 A JPH02306574 A JP H02306574A JP 12692889 A JP12692889 A JP 12692889A JP 12692889 A JP12692889 A JP 12692889A JP H02306574 A JPH02306574 A JP H02306574A
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resonant
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Naoyoshi Maehara
前原 直芳
Daisuke Betsusou
大介 別荘
Takahiro Matsumoto
松本 孝広
Shigeru Kusuki
楠木 慈
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To miniaturize and lighten a high frequency heating device by making the 'on' time of a semiconductor switching element longer than half the cycle and shorter than one cycle of the resonance current of a series resonance circuit, and turning off a current converting circuit while the current flow through a semiconductor switching element is substantially zero. CONSTITUTION:In a control portion 29, an oscillating circuit 25 is oscillated by a frequency lower than the resonance frequency of the series resonance circuit of both a condensor 18 and a transformer coil 22, and the signal of the circuit 25 is received and then a timer circuit 36 measures the 'on' period of a semiconductor switching element 7, and an output circuit 37 drives the element 7 in response to signals of the circuit 36. The 'on' period here is longer than half the cycle and shorter than one cycle of the resonance current of the series resonance circuit. Thereby such a current converting circuit is realized that can be turned off while the current flow through the element 7 is substantially zero. Then switching loss of the semiconductor switch is remarkably reduced and the device is miniaturized and its weight is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子レンジ等の高周波加熱装置の改良に関し、
さらに詳しく言えば、そのマグネトロンの電源回路に半
導体スイッチ素子を用いたところのいわゆるマグネトロ
ン用インバータ電源装置の改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to improvements in high frequency heating devices such as microwave ovens.
More specifically, the present invention relates to an improvement of a so-called inverter power supply device for a magnetron in which a semiconductor switching element is used in the power supply circuit of the magnetron.

従来の技術 従来、この種の電源回路を用いた高周波加熱装置は、種
々のものが提案されているが、中でも代表的なものは、
第5図に示すような並列共振回路を有する電圧共振型イ
ンバータ回路である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, various high-frequency heating devices using this type of power supply circuit have been proposed, but the most representative ones are:
This is a voltage resonant inverter circuit having a parallel resonant circuit as shown in FIG.

この回路は、商用電源1のブリッジダイオード2、イン
ダクタ3、コンデンサ4で整流し、脈流の直流電圧源(
電源回路)を形成すると共に、共振コンデンサ5、共振
インダクタを兼用した昇圧トランス6より成る並列共振
回路と、トランジスター7、ダイオード8により電圧共
振型インバータ回路を構成し、昇圧トランス6の高圧出
力をコンデンサ9、ダイオード10.11にて整流して
マグネトロン12に供給するものである。なお、13.
14゜15は、それぞれ昇圧トランス6の一次、二次お
よびヒータ巻き線であり、16はトランジスタ7を駆動
する制御回路である。
This circuit rectifies a commercial power supply 1 with a bridge diode 2, an inductor 3, and a capacitor 4, and a pulsating DC voltage source (
A parallel resonant circuit consisting of a resonant capacitor 5 and a step-up transformer 6 that also serves as a resonant inductor, a transistor 7, and a diode 8 constitute a voltage resonant inverter circuit, and the high-voltage output of the step-up transformer 6 is connected to a capacitor. 9. It is rectified by diodes 10 and 11 and supplied to the magnetron 12. In addition, 13.
14 and 15 are the primary, secondary and heater windings of the step-up transformer 6, respectively, and 16 is a control circuit for driving the transistor 7.

この電源回路において、トランジスタ7は制御回路16
により、いわゆるパルス幅制御によりその導通時間To
nを制御される(Ton’の制御により、実質的にTo
nを制御される)。すなわち、第6図(alのようなゲ
ート信号VGEにより、同図(C)のような電圧波形V
CEでトランジスタ7、ダイオード8によるスイッチン
グ動作が行われる。 TOFFは並列共振回路の回路定
数で決定され、一方、インバータ回路によって変換され
る電力の大きさはTONによって決定されるので、マグ
ネトロン12への供給電力の大きさは、TONによって
決まり、インバータ回路の動作周波数が低くなるほどマ
グネトロン12への供給電力が大きくなる。制御回路1
6は、このTONを制御することでマグネトロン12の
出力の大きさの調節や電源電圧変動等に対する出力の安
定化を行うものである。
In this power supply circuit, the transistor 7 is connected to the control circuit 16
Therefore, the conduction time To is controlled by so-called pulse width control.
n is controlled (by controlling Ton', To
n controlled). That is, by the gate signal VGE as shown in FIG. 6(al), the voltage waveform V as shown in FIG. 6(C) is generated.
A switching operation is performed by a transistor 7 and a diode 8 in CE. TOFF is determined by the circuit constant of the parallel resonant circuit, and on the other hand, the magnitude of the power converted by the inverter circuit is determined by TON, so the magnitude of the power supplied to the magnetron 12 is determined by TON, and the magnitude of the power converted by the inverter circuit is determined by TON. The lower the operating frequency, the greater the power supplied to the magnetron 12. Control circuit 1
Reference numeral 6 controls this TON to adjust the magnitude of the output of the magnetron 12 and stabilize the output against fluctuations in power supply voltage.

発明が解決しようとする課題 このトランジスタ7のスイッチング状態は、理想的には
第6図(b)のような波形であるけれども、実際には第
7図のようなスイッチング波形をしている。すなわち、
同図(a)のように、時刻1−1゜において、ゲート電
圧VGEが0■になると、トランジスタ7のコレクタ電
流ICは急激に減少する。
Problems to be Solved by the Invention Although the switching state of the transistor 7 ideally has a waveform as shown in FIG. 6(b), it actually has a switching waveform as shown in FIG. 7. That is,
As shown in FIG. 5A, when the gate voltage VGE becomes 0.times. at time 1-1.degree., the collector current IC of the transistor 7 rapidly decreases.

そしてコレクターエミッタ間の電圧VCEが共振波形を
描いて同図(b)のように上昇する。ところが、大きな
電力(例えばIKW程度以上)を扱うスイッチング回路
においては、トランジスタなどの半導体スイッチング素
子が理想的スイッチング動作を実現することは不可能で
あり、実際にコレクタ電流が零になるのは、t =t 
2の時刻になってしまう。特に、半導体スイッチ素子と
して絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのようなテー
ル電流(Ita)が比較的大きいスイッチング素子を用
いた場合などは、とりわけテール電流によるターンオフ
時のスイッチングロスがかなり目立ったものとなる。
Then, the collector-emitter voltage VCE draws a resonant waveform and rises as shown in FIG. 2(b). However, in switching circuits that handle large amounts of power (for example, IKW or higher), it is impossible for semiconductor switching elements such as transistors to achieve ideal switching operation, and the actual collector current becomes zero at t. =t
It's time for 2. In particular, when a switching element with a relatively large tail current (Ita) such as an insulated gate bipolar transistor is used as the semiconductor switching element, the switching loss caused by the tail current at turn-off becomes quite noticeable.

特に、スイッチング周波数を高くすることにより、電源
装置のさらなる小型化を進める場合、このスイッチング
ロスのためにトランジスタ7の損失が課題なものとなり
実用的な最高スイッチング周波数が制限されるを得なか
った。発明者等の実験によれば、インバータ回路による
変換電力をIK−とし、十分な放熱条件く実買上、無限
大放熱板とみなせる放熱器に絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタを取りつけ、強制冷却する条件)下において
、インバータの動作周波数fOを上昇させていくと、第
8図に示すように、約70kHz〜80kHzにおいて
熱暴走を起こし、破壊に至る事がわかった。これは、い
わゆるテール電流Itaの流れている時間(Δを−む3
−t2)が、常温でも1〜2μsであり、しかもこの時
間Δtが正の温度係数を持っているため、過大な損失が
生じるとその結果として生じる温度上昇で暴走に至るの
である。
In particular, when the power supply device is further miniaturized by increasing the switching frequency, the loss of the transistor 7 becomes a problem due to this switching loss, which inevitably limits the practical maximum switching frequency. According to experiments conducted by the inventors, the power converted by the inverter circuit is IK-, the insulated gate bipolar transistor is attached to a heatsink that can be regarded as an infinite heatsink, and the insulated gate bipolar transistor is installed under sufficient heat dissipation conditions. It was found that as the operating frequency fO of the inverter was increased, thermal runaway occurred at approximately 70 kHz to 80 kHz, leading to destruction, as shown in FIG. This is the time during which the so-called tail current Ita flows (Δ - 3
-t2) is 1 to 2 μs even at room temperature, and since this time Δt has a positive temperature coefficient, if an excessive loss occurs, the resulting temperature rise will lead to runaway.

従って、トランジスタ7のパッケージやチップの大きさ
によっても、この動作周波数限界は変化するけれども、
経済的設計条件を重視すれば、約70kHz〜80kH
zに動作周波数限界が存在すると考えられ、これ以上の
他界周波数で動作するインバータ電源装置を実現するこ
とは困難であった。
Therefore, although this operating frequency limit changes depending on the size of the package and chip of the transistor 7,
Approximately 70kHz to 80kHz if economical design conditions are considered
It is believed that there is an operating frequency limit for z, and it has been difficult to realize an inverter power supply device that operates at a higher frequency than this limit.

このため、100kHz以上の高い周波数で動作するイ
ンバータ回路を実現して、電源装置をより小型・軽量・
低コストにすることができず、従来より大幅にコンパク
トで低コストな電源装置を提供することが困難であった
For this reason, we have created an inverter circuit that operates at a high frequency of 100kHz or higher, making power supplies smaller, lighter, and more compact.
However, it has been difficult to provide a power supply device that is significantly more compact and lower cost than conventional power supplies.

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、低
コストの電源装置を有する高周波加熱装置を提供するも
のである。
The present invention solves these conventional problems and provides a high-frequency heating device having a low-cost power supply device.

課題を解決するための手段 このような従来の技術の課題を解決するために、本発明
は以下に述べる構成より成るものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the problems of the prior art, the present invention has the configuration described below.

すなわち、商用電源やバッテリー等より得られる電源部
と、自己転流機能を有する半導体スイッチ素子と、共振
コンデンサおよび共振インダクタより成る直列共振回路
と、前記直列共振回路の共振電圧を昇圧しマグネトロン
に供給する昇圧トランスと、前記半導体スイッチを制御
する制御部とを備え、前記制御部を、前記直列共振回路
の共振周波数より低い周波数で発振する発振器と、前記
発振器の信号を受け前記半導体スイッチの導通時間を計
数するタイマー回路と、前記タイマー回路の信号で前記
半導体スイッチ素子を駆動する出力回路とで構成すると
共に、前記導通時間が、前記直列共振回路の共振電流の
半周期より長く、かつ、一周期より短くなるよう構成し
たものである。
That is, a power source obtained from a commercial power source, a battery, etc., a semiconductor switching element with a self-commuting function, a series resonant circuit consisting of a resonant capacitor and a resonant inductor, and a resonant voltage of the series resonant circuit boosted and supplied to the magnetron. a step-up transformer that controls the semiconductor switch; and a controller that controls the semiconductor switch; and an output circuit that drives the semiconductor switching element with a signal from the timer circuit, and the conduction time is longer than a half cycle of the resonant current of the series resonant circuit, and the conduction time is longer than one cycle of the resonant current of the series resonant circuit. It is designed to be shorter.

また、半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検出する
逆バイアス検知回路を設け、この逆バイアス検知回路の
出力で出力回路の出力パルスを遮断する構成としたもの
である。
Further, a reverse bias detection circuit for detecting the reverse bias state of the semiconductor switching element is provided, and the output pulse of the output circuit is cut off by the output of this reverse bias detection circuit.

さらにまた、昇圧トランスの出力を整流するダイオード
を設け、このダイオードの整流出力をマグネトロンに供
給する構成とするとと共に、前記ダイオードに流れる電
流を検知するダイオード電流検知手段と、このダイオー
ド電流検知手段の出力を設定値と比較し、その誤差信号
により発振器の発振器周波数を制御する誤差増幅制御回
路とを設け、前記ダイオード電流があらかじめ定められ
た所定値となるよう前記発振器を制御する構成としたも
のである。
Furthermore, a diode for rectifying the output of the step-up transformer is provided, and the rectified output of this diode is supplied to the magnetron, and a diode current detection means for detecting the current flowing through the diode, and an output of this diode current detection means are provided. and an error amplification control circuit that compares the current with a set value and controls the oscillator frequency of the oscillator using the error signal, and controls the oscillator so that the diode current reaches a predetermined value. .

作用 上記構成により、本発明は以下に述べる作用を有するも
のである。
Effects With the above configuration, the present invention has the following effects.

すなわち、直列共振回路と半導体スイッチ素子とで電力
変換回路を構成し、制御部に設けたタイマー回路で共振
周期の半周期と一周期の間の時間幅の駆動パルスを自己
転流機能を有する前記半導体スイッチ素子に供給する構
成により、半導体スイッチ素子に流れる電流が実質上零
の状態でこれをターンオフすることが可能な電力変換回
路を実現でき、半導体スイッチ素子のスイッチング損失
を著しく軽減し、従来の技術によるよりも一桁高い周波
数で動作せしめ、かつ、自己転流機能を有する前記半導
体スイッチ素子を確実にオン、オフ制御することが可能
である。
That is, a power conversion circuit is configured with a series resonant circuit and a semiconductor switching element, and a timer circuit provided in the control section generates a drive pulse having a time width between a half cycle and one cycle of the resonance cycle. By using a configuration that supplies power to the semiconductor switch element, it is possible to realize a power conversion circuit that can turn off the current flowing through the semiconductor switch element in a state where the current is virtually zero. This significantly reduces the switching loss of the semiconductor switch element, making it possible to It is possible to operate the semiconductor switch element at a frequency one order of magnitude higher than that achieved by conventional techniques, and to reliably control on/off the semiconductor switch element having a self-commuting function.

また、半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検出して
出力回路の出力パルスを遮断する構成により、マグネト
ロンやコンデンサ、インタ゛クタの温度特性等により直
列共振回路の定数が大きく変化した場合であっても、確
実に、共振周期の半周期と一周期の間の時間幅の駆動パ
ルスを自己転流機能を有する前記半導体スイッチ素子に
供給することができ、いかなる場合でも半導体スイッチ
素子に流れる電流が実質上零の状態でこれをターンオフ
することが可能な電力変換回路を実現でき、上述した作
用を実現できる。
In addition, the configuration detects the reverse bias state of the semiconductor switching element and cuts off the output pulse of the output circuit, so even if the constant of the series resonant circuit changes significantly due to the temperature characteristics of the magnetron, capacitor, inductor, etc., it can be reliably operated. In addition, a driving pulse having a time width between a half period and one period of the resonance period can be supplied to the semiconductor switching element having a self-commuting function, so that the current flowing through the semiconductor switching element is substantially zero in any case. It is possible to realize a power converter circuit that can turn off the power converter in a state where the power converter is turned off, and the above-mentioned effect can be realized.

さらにまた、昇圧トランスの出力整流ダイオードに流れ
る電流を検知し、この検知信号と設定値との誤差信号に
より発振器の発振周波数をフィードバック制御する構成
により、上記電力変換回路の出力を安定化し、結果とし
てマグネトロンの高周波出力を電源電圧変動などに対し
て安定化することができる。
Furthermore, the output of the power conversion circuit is stabilized by detecting the current flowing through the output rectifying diode of the step-up transformer, and controlling the oscillation frequency of the oscillator by feedback control using the error signal between this detection signal and the set value. The high-frequency output of the magnetron can be stabilized against fluctuations in power supply voltage.

実施例 以下、本発明の実施例について図面と共に説明する。第
1図は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5図と同符号のものは相当する構成要素である
EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a high-frequency heating device showing an embodiment of the invention, and the same reference numerals as in FIG. 5 indicate corresponding components.

商用電源1の出力はダイオードブリッジ2により整流さ
れて、全波整流様の電圧波形出力となる。
The output of the commercial power supply 1 is rectified by the diode bridge 2, resulting in a full-wave rectified voltage waveform output.

この出力は、定電流電源の作用を果たすインダクタ17
、コンデンサ18、昇圧トランス19より成る直列共振
回路、および絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(I
GBT)7とダイオード8とより成るスイッチング回路
、抵抗器20とコンデンサ21より成るスナバ−回路に
より構成される電力変換回路(インバータ)に供給され
、100〜300 k Hzの高周波電力に変換される
。この高周波電力は昇圧トランス19の一次巻き線22
に高周波電圧として発生するので、二次巻き線23およ
びヒータ巻き線24には、それぞれ高周波高電圧および
高周波低電圧電力が誘起され、高周波高電圧はダイオー
ド25゜26、コンデンサ27.28により整流されて
マグネトロン12に直流電圧電力が供給され、一方、高
周波低圧電力電力はそのままマグネトロン12のカソー
ドに供給され、カソードを加熱する。このIGBT7と
ダイオード8に流れる電流波形および電圧波形は、それ
ぞれ第2図(a)、 (b)のようになる。後述する制
御部29によりIGBT7は、同図(C)のゲート電圧
波形VGEにより駆動される。
This output is connected to the inductor 17 which acts as a constant current power supply.
, a series resonant circuit consisting of a capacitor 18, a step-up transformer 19, and an insulated gate bipolar transistor (I
The power is supplied to a power conversion circuit (inverter) comprised of a switching circuit including a GBT (GBT) 7 and a diode 8, and a snubber circuit including a resistor 20 and a capacitor 21, and is converted into high frequency power of 100 to 300 kHz. This high frequency power is transferred to the primary winding 22 of the step-up transformer 19.
Since a high frequency voltage is generated in the secondary winding 23 and the heater winding 24, high frequency high voltage and high frequency low voltage power are respectively induced, and the high frequency high voltage is rectified by the diode 25, 26 and the capacitor 27, 28. DC voltage power is supplied to the magnetron 12, while high frequency low voltage power is supplied as is to the cathode of the magnetron 12 to heat the cathode. The current and voltage waveforms flowing through the IGBT 7 and diode 8 are as shown in FIGS. 2(a) and 2(b), respectively. The IGBT 7 is driven by a control section 29, which will be described later, using a gate voltage waveform VGE shown in FIG.

制御部29はリレー等のスイッチ30が閉成されると、
抵抗器31、ダイオード32、コンデンサ33、ゼナダ
イオード34より成る制御電源の形成により作動開始す
る。電圧制御発振器35が起動し、その出力はタイマー
回路36を付勢する。タイマー回路36は、例えばリセ
ット端子付きの単安定マルチバイブレータで容易に構成
でき、電圧制御発振器35は、電圧制御端子付きの無安
定マルチバイブレークで簡単に実現できる。タイマー回
路36の出力は出力回路37に送られてインピーダンス
変換されてからIGBT7に抵抗器3日を介して供給さ
れる。第2図を参照すれば明らかなように、ゲートパル
スVGE力<IGBT7に供給されるとそのコレクター
電流1cが図のように共振的に流れ始める。t1時間が
経過するとIcは零となり、次にはダイオード電流1d
が流れ、このIdも1.時間後には零になる。IGBT
7を駆動するゲートパルス電圧VGEはこのも、よりも
長く、かつ、t2よりも短いパルス幅tonであること
が、IGET7の安全動作上極めて重要である。もし、
tonがtlよりも短ければ、Icが流れている期間に
I G B T 7をオフすることになり、従来の技術
と同様に大・きなターンオフ損失を生じてしまう。逆に
、t2よりも長ければ、いわゆる転流失敗現象を引き起
こし、IGBT7には短絡電流が流れ破壊してしまう結
果となる。すなわち、I GBTのような自己転流機能
を有するスイッチング素子を用いる場合、その導通時間
tonが共振回路の共振周期L2よりも短く、かつ、共
振半周期1.よりも長いという条件は、安全で確実な動
作を保証し、しかも、高効率で高周波動作するためには
、極めて重要でかつ不可欠なものである。
When a switch 30 such as a relay is closed, the control unit 29
The operation starts by forming a control power source consisting of a resistor 31, a diode 32, a capacitor 33, and a zener diode 34. Voltage controlled oscillator 35 is started and its output energizes timer circuit 36. The timer circuit 36 can be easily configured with, for example, a monostable multivibrator with a reset terminal, and the voltage controlled oscillator 35 can be easily realized with an astable multivibrator with a voltage control terminal. The output of the timer circuit 36 is sent to an output circuit 37, subjected to impedance conversion, and then supplied to the IGBT 7 via a resistor. As is clear from FIG. 2, when the gate pulse VGE force is supplied to the IGBT 7, the collector current 1c begins to flow resonantly as shown in the figure. After time t1 passes, Ic becomes zero, and then the diode current 1d
flows, and this Id is also 1. It becomes zero after some time. IGBT
It is extremely important for the safe operation of IGET 7 that the gate pulse voltage VGE for driving IGET 7 has a pulse width ton which is longer than t2 and shorter than t2. if,
If ton is shorter than tl, the IGBT 7 will be turned off during the period when Ic is flowing, resulting in a large turn-off loss as in the conventional technology. On the other hand, if it is longer than t2, a so-called commutation failure phenomenon occurs, and a short circuit current flows through the IGBT 7, resulting in destruction. That is, when using a switching element having a self-commuting function such as an IGBT, the conduction time ton is shorter than the resonant period L2 of the resonant circuit, and the resonant half period 1. The condition that the length is longer than that is extremely important and indispensable in order to guarantee safe and reliable operation, as well as to operate with high efficiency and high frequency.

第1図における逆バイアス検知回路3は、第2図におい
て、Idが流れ始める時点D+時間経過後)を検出し、
Δを時間の遅延後出力パルス■GEを遮断するべく、タ
イマー回路36をリセットするものである。この逆バイ
アス検知回路39により、マグネトロン12、コンデン
サ18、トランス19などの特性が大きく変化し、直列
共振回路の回路定数が変わっても、ゲートパルスVG[
!のパルス幅(すなわち、導通時間)tonは、常にt
l よりも長く、かつ、t2よりも短いという条件を満
たすことができ、安定で低損失なスイッチング動作を実
現することができる。もちろん、逆バイアス検知回路3
9は必ずしも必要であるとは限らない。例えば、前述し
たマグネトロン12、コンデンサ18、トランス19な
どの特性の変化による直列共振回路の回路定数の変動範
囲が比較的小さいときは、あらかじめタイマー回路36
のカウント時間を第2図の導通時間tonとなるように
設定しておけば、多少の直列共振回路の回路定数の変動
があっても、Idが流れている期間(すなわち、1.c
が零になり、がっ、VCEが零の期間)にゲートパルス
VGEをオフすることができる。従って、この場合は単
なる単安定マルチバイブレータのようなタイマー回路3
6のみでよいことになり、簡単で安価な構成とすること
ができる。
The reverse bias detection circuit 3 in FIG. 1 detects the point in time (D+time after the elapse of time) in FIG. 2 when Id starts flowing,
After a time delay of Δ, the timer circuit 36 is reset to cut off the output pulse GE. This reverse bias detection circuit 39 allows the gate pulse VG[
! The pulse width (i.e. conduction time) ton is always t
The conditions of being longer than l and shorter than t2 can be satisfied, and stable and low-loss switching operation can be realized. Of course, the reverse bias detection circuit 3
9 is not necessarily necessary. For example, if the variation range of the circuit constants of the series resonant circuit due to changes in the characteristics of the magnetron 12, capacitor 18, transformer 19, etc. described above is relatively small, the timer circuit 3
If the count time of is set to be the conduction time ton in Fig. 2, even if there is some variation in the circuit constant of the series resonant circuit, the period during which Id is flowing (i.e., 1.c
becomes zero, and the gate pulse VGE can be turned off during the period in which VCE is zero. Therefore, in this case, the timer circuit 3 is a simple monostable multivibrator.
This means that only 6 is required, resulting in a simple and inexpensive configuration.

40は、カレントトランスであり、ダイオード26に流
れる電流を検知するためのものである。このダイオード
電流は、マグネトロン12に流れるアノード電流(電波
出力に比例)の約半分であるので、少ない電流検出でア
ノード電流に相当する信号を得られる。従って、小型の
カレントトランスを利用できる。このカレントトランス
40の出力は誤差増幅器41に送られ、誤差増幅器41
は電圧制御発振器35の発振周波数をカレントトランス
40の出力が設定値になるよう制御する。すなわち、カ
レント1ランス40の出力が設定値より小さいと誤差増
幅器41は電圧制御発振器35め発振周波数を高くする
よう制御し、逆に、出力が設定値より大きいと発振周波
数を低くするようにいわゆる負帰還制御する。誤差増幅
器41は、よく知られている演算増幅器を用いれば極め
て簡単に実現できる。このようにダイオード電流を検出
して負帰還制御することにより、商用電源の電圧変動な
どに対する電波出力の安定化を容易に実現することが可
能である。
A current transformer 40 is used to detect the current flowing through the diode 26. Since this diode current is about half of the anode current (proportional to radio wave output) flowing through the magnetron 12, a signal corresponding to the anode current can be obtained by detecting a small amount of current. Therefore, a small current transformer can be used. The output of this current transformer 40 is sent to an error amplifier 41.
controls the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 35 so that the output of the current transformer 40 becomes the set value. That is, when the output of the current lance 40 is smaller than the set value, the error amplifier 41 controls the voltage controlled oscillator 35 to increase the oscillation frequency, and conversely, when the output is larger than the set value, the error amplifier 41 controls the oscillation frequency to be lowered. Negative feedback control. The error amplifier 41 can be realized very easily using a well-known operational amplifier. By detecting the diode current and performing negative feedback control in this manner, it is possible to easily stabilize the radio wave output against voltage fluctuations of the commercial power supply.

以上のような構成により、従来困難であった約□−桁高
い周波数での動作が可能なインバータ回路を実現するこ
とができる。例えば、従来のインバータi路(第5図)
を用いてIKiの電力を変換する場合比は、1〜2μs
のテール電流を生じる■GBT7を用いても、本発明の
構成により、約100kHz〜300 k Hzの高周
波動作を実現し、著しい電源装置の小型化、軽量化を可
能とし、その結果、大幅な低コスト化を達成することが
できる。
With the above configuration, it is possible to realize an inverter circuit that can operate at a frequency approximately □-digits higher, which has been difficult in the past. For example, the conventional inverter i-path (Fig. 5)
When converting IKi power using
Even if GBT7 is used, which generates a tail current of Cost reduction can be achieved.

第3図は第1図における逆バイアス検知回路39のさら
に詳しい一実施例である。
FIG. 3 shows a more detailed embodiment of the reverse bias detection circuit 39 shown in FIG.

第3図は第1図における逆バイアス検知回路39のさら
に詳しい一実施例である。
FIG. 3 shows a more detailed embodiment of the reverse bias detection circuit 39 shown in FIG.

第3図において、第1図と同符号は相当する構成要素で
あり、I’ G B T’ 7のコレクタ端子43と、
エミッタ端子44の両端子間電圧(すなわち、ダイオー
ド8の両端子間電圧)は、抵抗器44を介してコンパレ
ータ45に供給されている。
In FIG. 3, the same symbols as in FIG. 1 indicate corresponding components, and the collector terminal 43 of I' G B T' 7,
The voltage across the emitter terminal 44 (that is, the voltage across the diode 8) is supplied to the comparator 45 via the resistor 44.

コンパレータ45の出力は抵抗器46およびコンデンサ
41より成る遅延回路を介してタイマー回路36のりセ
ット端子Rに接続されているので、IGBT7が逆バイ
アスされると所定の遅延時間Δtだけ遅れてタイマー回
路36゛がリセットされる。従って、第2図に示したよ
うに、Idが流れている期間、すなわちI G B”T
 7が逆バイアスを受けている期間にゲートパルスVG
Eは終了し、IGBT7はそのターンオフ損失を極めそ
小さなものとする      ゛ことができる。なお、
48はコンパレータ45への入力電圧を制限するための
保護用ゼナーダイオードである。
Since the output of the comparator 45 is connected to the set terminal R of the timer circuit 36 via a delay circuit consisting of a resistor 46 and a capacitor 41, when the IGBT 7 is reverse biased, the timer circuit 36 is delayed by a predetermined delay time Δt.゛ is reset. Therefore, as shown in FIG. 2, during the period when Id is flowing, that is, I
Gate pulse VG is applied during the period when 7 is receiving reverse bias.
E is terminated, and the IGBT 7 can minimize its turn-off loss. In addition,
48 is a protective Zener diode for limiting the input voltage to the comparator 45.

第4図は制御回路29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. 4 shows a more detailed embodiment of the control circuit 29,
Components with the same symbols as in FIG. 1 are corresponding components.

図において、カレントトランス40の出力はダイオード
49、コンデンサ50、抵抗器51により電圧に変換さ
れ、オペレーショナルアンブリファイア−52、基準電
圧5’3.54、抵抗器57〜58よりなる誤差増幅器
により誤差増幅されて発振器59 (+1E555タイ
マー用IC)の発振周波数制御端□子6に送られる。6
0.61は抵抗器、62はコンデンサである。周知の如
く、これらの定数と端子6への入力電圧により発振周波
数が決まるものである。この発振器59の出力は、抵抗
器63およびコンデンサ64の時定数により定まる時間
のパルスを発生する単安定マルチバイブレータ65 (
NE555タイマー用IC)に送られるよう構成されて
いる。従って、発振器59の発振周波数に応じた周波数
であって、かつ、単安定マルチバイブレーク65により
定まるパルス幅の出力パルスが単安定マルチバイブレー
タ65からCMOSバッファ66に出力される。CMO
Sバッバ ッフ66の出力は、I’GBT7のゲートに供給される
よう構成されているので、IGBT7はカレントトラン
ス40により検出されたダイオード26に流れる電流が
基準電圧53により設定された値になるよう、そのスイ
ッチング周波数を制御される。67はコンデンサである
In the figure, the output of a current transformer 40 is converted into a voltage by a diode 49, a capacitor 50, and a resistor 51, and the error is amplified by an error amplifier consisting of an operational amblifier 52, a reference voltage 5'3.54, and resistors 57 to 58. The signal is then sent to the oscillation frequency control terminal 6 of the oscillator 59 (+1E555 timer IC). 6
0.61 is a resistor, and 62 is a capacitor. As is well known, the oscillation frequency is determined by these constants and the input voltage to the terminal 6. The output of this oscillator 59 is a monostable multivibrator 65 (
It is configured to be sent to the NE555 timer IC). Therefore, an output pulse having a frequency corresponding to the oscillation frequency of the oscillator 59 and a pulse width determined by the monostable multivibrator 65 is outputted from the monostable multivibrator 65 to the CMOS buffer 66 . CMO
Since the output of the S buffer 66 is configured to be supplied to the gate of the I'GBT 7, the IGBT 7 operates so that the current flowing through the diode 26 detected by the current transformer 40 becomes the value set by the reference voltage 53. Its switching frequency is controlled. 67 is a capacitor.

以上のように、極めて簡単な構成の制御回路により、ダ
イオード26に流れる電流を一定に保つことができ、従
って、マグネトロン12に流れる電流も一定に制御され
るのでその電波出力もほぼ一定に制御することかで′き
る。
As described above, by using a control circuit with an extremely simple configuration, the current flowing through the diode 26 can be kept constant, and therefore the current flowing through the magnetron 12 is also controlled to be constant, so that its radio wave output can also be controlled to be almost constant. I can't stop thinking about it.

発明の効果 以上のように本発明によれば、商用電源やバッテリ゛−
等より得られる電源部と、自己転流機能を有する゛半導
体スイッチ素子と、共振コンデンサおよび共振インダク
タより成る直列共振回路と、前記直列共振回路の共振電
圧を昇圧しマグネトロンに供給する昇圧トランスと、前
記半導体゛スイッチを制御する制御部とを備えミ前記制
御部を、前記直列共振回路の□共″振周波数より低い周
波数で発振する発振器と、前記発振器の信号を受け前記
半導体スイッチの導通時間を旧敵するタイマー回路と、
前記タイマー回路の信号で前記半導体スイッチ素子を駆
動する出力回路とで構成すると共に、前記導通時間が、
前記直列共振回路の共振電流の半周期より長く、かつ、
一周期より短くなるよう構成したので、半導体スイッチ
素子に流れる電流が実質上零の状態でこれをターンオフ
することが可能な電流変換回路を実現でき、半導体スイ
ッチを素子のスイッチング損失を著しく軽減し、従来の
技術によるよりも一桁高い周波数で動作せしめ、かつ、
自己転流機能を有する前記半導体スイッチ素子を確実に
オン、オフ制御することを可能ならしめるものである。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, commercial power supply and battery
a power supply unit obtained from the above, a semiconductor switching element having a self-commuting function, a series resonant circuit consisting of a resonant capacitor and a resonant inductor, and a step-up transformer that boosts the resonant voltage of the series resonant circuit and supplies it to the magnetron; a controller for controlling the semiconductor switch; and an oscillator that oscillates at a frequency lower than the resonance frequency of the series resonant circuit; The old enemy timer circuit and
and an output circuit that drives the semiconductor switch element with a signal from the timer circuit, and the conduction time is
longer than a half cycle of the resonant current of the series resonant circuit, and
Since it is configured so that the period is shorter than one cycle, it is possible to realize a current conversion circuit that can turn off the semiconductor switch element when the current flowing through the element is substantially zero. operate at an order of magnitude higher frequency than conventional technology, and
This makes it possible to reliably control on/off the semiconductor switching element having a self-commuting function.

従って、経済的設計条件を満たしつつ、100 k H
z以上の高い周波数で動作するインバータ回路を実現し
て、電源装置をより小型・軽量・低コストにすることが
でき、従来より大幅にコンパクトで低コストな電源装置
を提供することができる。
Therefore, 100 kH while meeting economic design conditions.
By realizing an inverter circuit that operates at a high frequency of z or more, it is possible to make the power supply device smaller, lighter, and lower in cost, and it is possible to provide a power supply device that is significantly more compact and lower cost than conventional ones.

また、半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検出して
出力回路の出力パルスを遮断する構成により、マグネト
ロンやコンデンサ、インダクタの温度特性等により直列
共振回路の定数が大きく変化した場合であっても、確実
に共振周期の半周期と一周期の間の時間幅の駆動パルス
を自己転流機能を有する前記半導体スイッチ素子に供給
することができ、いかなる場合でも半導体スイッチ素子
に流れる電流が実質上零の状態でこれをターンオフする
ことが可能な電力変換回路を実現でき、環境条件や製造
条件の変動に対しても十分に高い性能安定性を保証する
ことができ、かつ、上述した電源装置のより小型・軽量
・低コスト化、およびコンパクト化を実現することがで
きる。
In addition, the configuration detects the reverse bias state of the semiconductor switch element and cuts off the output pulse of the output circuit, so even if the constant of the series resonant circuit changes greatly due to the temperature characteristics of the magnetron, capacitor, inductor, etc., it can be used reliably. A driving pulse having a time width between a half period and one period of the resonance period can be supplied to the semiconductor switching element having a self-commuting function, and in any case, the current flowing through the semiconductor switching element is substantially zero. It is possible to realize a power conversion circuit that can turn off the power supply in a single step, guarantee sufficiently high performance stability even against fluctuations in environmental conditions and manufacturing conditions, and make the power supply device smaller and more compact. Light weight, low cost, and compactness can be achieved.

さらにまた、昇圧トランスの出力整流ダイオードに流れ
る電流を検知し、この検知信号と設定値との誤差信号に
より発振器の発振周波数をフィードハック制御する構成
により、上記電力変換回路の出力を安定化し、結果とし
てマグネトロンの高周波出力を電源電圧変動などに対し
て安定化することができ、しかも上述した小型・軽量・
低コスト化、およびコンパクト化を大幅に推進した電源
装置を提供することができる。
Furthermore, by detecting the current flowing through the output rectifier diode of the step-up transformer, and controlling the oscillation frequency of the oscillator using the error signal between this detection signal and the set value, the output of the power conversion circuit is stabilized. It is possible to stabilize the magnetron's high-frequency output against power supply voltage fluctuations, etc., and it is also compact, lightweight, and
It is possible to provide a power supply device that has been significantly reduced in cost and size.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of 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、第2図(al、 (b)、 (C)は、それぞれ
同装置の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレク
タ電流Icの波形図、コレクタ電圧VCEの波形図、お
よびゲート電圧VGHの波形図、第3図は同装置の逆バ
イアス検知回路39のさらに詳しい一実施例の回路図、
第4図は同装置の制御部(制御回路)29のさらに詳し
い一実施例の回路図1.第5図は従来の高周波加熱装置
の回路図、第賂図(a)。 (b)、 (C)は、それぞれ同装置の絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタのゲート電圧波形図、コレクタ電
流波形図、およびコレクタ電圧波形図、第7図(a)お
よび(b)は、それぞれ同装置の絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタのコレクタ電流とダイオード電流の詳細
な合成波形図、およびコレクタ電圧波形図、第8図は同
装置におけるトランジスタのコレクタ温度の上昇値と動
作周波数の関係を示す特性図である。 1.2・・・・・・電源部(1・・・・・・商用電源、
2・・・・・・ダイオードブリッジ)、7・・・・・・
半導体スイッチ素子、18、22・・・・・・直列共振
回路(18・・・・・・共振コンデンサ、22・・・・
・・昇圧トランス)、22・・・・・・昇圧トランス、
25゜26・・・・・・ダイオード、29・・・・・・
制御部、35・・・・・・発振器、36・・・・・・タ
イマー回路、37・・・・・・出力回路、39・・・・
・・逆バイアス検知回路、40・・・・・・ダイオード
電流検知手段、41・・・・・・誤差増幅制御回路。
Figure 1 is a circuit diagram of a high-frequency heating device showing an embodiment of the present invention, and Figures 2 (al, (b), and (C) are waveforms of collector current Ic of an insulated gate bipolar transistor of the same device, respectively. , a waveform diagram of collector voltage VCE, a waveform diagram of gate voltage VGH, and FIG. 3 is a circuit diagram of a more detailed embodiment of the reverse bias detection circuit 39 of the same device.
FIG. 4 is a circuit diagram 1 of a more detailed embodiment of the control section (control circuit) 29 of the device. FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional high-frequency heating device, diagram (a). (b) and (C) are the gate voltage waveform diagram, collector current waveform diagram, and collector voltage waveform diagram of the insulated gate bipolar transistor of the same device, respectively. 8 is a detailed composite waveform diagram of the collector current and diode current of the insulated gate bipolar transistor, and a collector voltage waveform diagram. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the rise in the collector temperature of the transistor and the operating frequency in the same device. . 1.2...Power supply section (1...Commercial power supply,
2...Diode bridge), 7...
Semiconductor switch element, 18, 22...Series resonant circuit (18...Resonant capacitor, 22...
... step-up transformer), 22 ... step-up transformer,
25゜26...Diode, 29...
Control unit, 35... Oscillator, 36... Timer circuit, 37... Output circuit, 39...
. . . Reverse bias detection circuit, 40 . . . Diode current detection means, 41 . . . Error amplification control circuit.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)商用電源やバッテリー等より得られる電源部と、
自己転流機能を有する半導体スイッチ素子と、共振コン
デンサおよび共振インダクタより成る直列共振回路と、
前記直列共振回路の共振電圧を昇圧しマグネトロンに供
給する昇圧トランスと、前記半導体スイッチを制御する
制御部とを備え、前記制御部を、前記直列共振回路の共
振周波数より低い周波数で発振する発振器と、前記発振
器の信号を受け前記半導体スイッチの導通時間を計数す
るタイマー回路と、前記タイマー回路の信号で前記半導
体スイッチ素子を駆動する出力回路とで構成すると共に
、前記導通時間が、前記直列共振回路の共振電流の半周
期より長く、かつ、一周期より短くなるよう構成した高
周波加熱装置。
(1) A power source obtained from a commercial power source, battery, etc.
A series resonant circuit consisting of a semiconductor switch element having a self-commuting function, a resonant capacitor, and a resonant inductor,
a step-up transformer that boosts the resonant voltage of the series resonant circuit and supplies it to the magnetron; and a control section that controls the semiconductor switch, the control section being an oscillator that oscillates at a frequency lower than the resonant frequency of the series resonant circuit. , a timer circuit that receives a signal from the oscillator and counts the conduction time of the semiconductor switch, and an output circuit that drives the semiconductor switch element with the signal from the timer circuit, and the conduction time is determined by the series resonant circuit. A high-frequency heating device configured to be longer than half a period and shorter than one period of a resonant current.
(2)半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検出する
逆バイアス検知回路を設け、この逆バイアス検知回路の
出力で出力回路の出力パルスを遮断する構成とした請求
項(1)記載の高周波加熱装置。
(2) The high-frequency heating device according to claim 1, further comprising a reverse bias detection circuit for detecting a reverse bias state of the semiconductor switching element, and an output pulse of the output circuit is cut off by the output of the reverse bias detection circuit.
(3)昇圧トランス出力を整流するダイオードを設け、
このダイオードの整流出力をマグネトロンに供給する構
成とすると共に、前記ダイオードに流れる電流を検知す
るダイオード電流検知手段と、このダイオード電流検知
手段の出力を設定値と比較し、その誤差信号により発振
器の発振周波数を制御する誤差増幅制御回路とを設け、
前記ダイオード電流があらかじめ定められた所定値とな
るよう前記発振器を制御する構成とした請求項(1)記
載の高周波加熱装置。
(3) Provide a diode to rectify the step-up transformer output,
The rectified output of this diode is supplied to the magnetron, and the diode current detection means detects the current flowing through the diode, and the output of this diode current detection means is compared with a set value, and the error signal is used to oscillate the oscillator. and an error amplification control circuit that controls the frequency.
The high frequency heating device according to claim 1, wherein the oscillator is controlled so that the diode current reaches a predetermined value.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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