JPH027385A - 高周波加熱装置の過電流保護回路 - 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、電子レンジ等のようにマイクロ波を用いて誘
電加熱を行う高周波加熱装置において、過電流の発生を
検出してマグネトロンや半導体素子等の破損を防止する
過電流保護回路に関するものである。

〔従来の技術〕

高周波加熱装置は、直流電源からインバータ回路を用い
て高周波電力を発生させ、これを昇圧トランスで昇圧す
ることによりマグネトロンを駆動するように構成されて
いる。そして、このマグネトロンのアノード電圧がほぼ
一定であることから、アノード電流を制御することによ
りその出力電力の制御を行っている。

また、この高周波加熱装置は、マグネトロンのアノード
−カソード間の放電短絡や雷サージの侵人等により一時
的に過電流が発生し、マグネトロンや半導体スイッチン
グ素子等を破壊するおそれがある。従って、上記のよう
に構成された高周波加熱装置には、この過電流の発生を
検出して、瞬時にインバータ回路の発振を停止させる過
電流保護回路が設けられて−いる。

そして、従来の過電流保護回路は、マグネトロン駆動用
変圧器の１次電流、即ち半導体スイッチング素子のコレ
クタ電流と共振電流の和、又はこのマグネトロン駆動用
変圧器の２次電流、即ちマグネトロンのアノード電流と
倍電圧整流ダイオード電流の和のいずれかより過電流を
検出して、インバータ回路を制御するものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、マグネトロン駆動用変圧器は、１次−２次間
の漏洩インダクタンスが大きいために、一方で過電流が
発生しても、瞬時にこれが他方側に伝わらない。つまり
、マグネトロン駆動用変圧器の１次側電流のみを検出し
ていたのでは、２次側のマグネトロンのアノード−カソ
ード間で放電短絡が発生しても、これを直ちに検知する
ことができない。また、マグネトロン駆動用変圧器の２
次側電流のみを検出していたのでは、１次側への雷サー
ジの侵入があっても、これを直ちに検知することができ
ない。

従って、従来の過電流保護回路は、マグネトロン駆動用
変圧器を介した反対側で発生する過電流に対して検出が
遅れるために、十分な保護機能を得ることができないと
いう問題点を有していた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る高周波加熱装置の過電流保護回路は、上記
課題を解決するために、２次側にマグネトロンを接続し
たマグネトロン駆動用変圧器の１次側にインバータ回路
を形成して高周波電力を供給し、このインバータ回路に
おける半導体スイッチング素子のスイッチングを制御す
ることによりマグネトロンを駆動制御する高周波加熱装
置において、マグネトロン駆動用変圧器の１次側の過電
流を検出する１次側過電流検出手段と、このマグネトロ
ン駆動用変圧器の２次側の過電流を検出する２次側過電
流検出手段と、これら１次側及び２次側過電流検出手段
の少なくともいずれか一方が過電流を検出した場合に、
過電流の発生と判定する論理和判定手段と、この論理和
判定手段が過電流の発生を判定した場合に、前記インバ
ータにおける半導体スイッチング素子のスイッチングを
少なくとも一時的に停止させるスイッチング停止手段と
を有することを特徴としている。

〔作　用〕

上記高周波加熱装置の過電流保護回路の動作を第１図の
回路例に基づいて説明する。なお、第１図は本発明の基
本的な回路構成を示すものであるが、具体的に例示した
部分については、これによって上記本発明の構成を限定
するものではない。

高周波加熱装置におけるマグネトロン駆動用変圧器１は
、１次巻線１ａに並列に接続された共振コンデンサＣと
この共振回路に直列に接続された半導体スイッチング素
子２とでインバータ回路３を形成している。また、この
インバータ回路３には、交流電源４からの交流を整流・
平滑する整流平滑回路５によって直流電源が供給される
ようになっている。そして、制御回路６が駆動回路７を
介して半導体スイッチング素子２をスイッチングさせる
ことにより、インバータ回路３が働きマグネトロン駆動
用変圧器１の２次側に高周波電力を供給する。

マグネトロン８は、アノードとカソードが倍電圧回路９
を介してこのマグネトロン駆動用変圧器ｌの高圧２次巻
線ｌｂに接続されている。そして、インバータ回路３か
らの高周波電力がマグネトロン駆動用変圧器１及び倍電
圧回路９で昇圧されて供給され、これによって駆動され
る。

また、この際、マグネトロン８の出力電力は、インバー
タ回路３の半導体スイッチング素子２にスイッチングの
タイミング信号を送る制御回路６によって制御される。

制御回路６は、出力設定部１０の設定に基づいてこの出
力電力を制御する。

つまり、平均電流検知手段１１によって検知されたマグ
ネトロン駆動用変圧器１の１次側の平均電流と、電圧帰
還手段１２によって検知されたこのマグネトロン駆動用
変圧器１の２次側の電圧とをフィードバックすることに
より、マグネトロン８が設定された出力電力で駆動され
るように制御を行う。平均電流検知手段１１は、マグネ
トロン駆動用変圧器１の１次側に設けられたカレントト
ランス１３の出力からピーク電流検知手段１４を介して
、１次側の平均電流を検出する回路である。

電圧帰還手段１２は、マグネトロン駆動用変圧器１の２
次側に設けられた補巻線１ｃの出力から２次側の電圧を
検出する回路である。

上記動作によって高周波加熱装置は、マグネトロン８を
駆動しその出力電力を制御する。

本発明の過電流保護回路における１次側過電流検出手段
は、前記ピーク電流検知手段１４によって構成される。

このピーク電流検知手段１４は、カレントトランス１３
の出力により、１次側の電流が所定値を超えたことを検
知することにより過電流を検出する。ただし、この１次
側過電流検出手段は、マグネトロン駆動用変圧器１の１
次側の過電流を検出するものであれば、このようにカレ
ントトランス１３の出力をよるものに限定されない。

また、２次側過電流検出手段は、２次電流帰還手段１５
によって構成される。この２次電流帰還手段１５は、マ
グネトロン駆動用変圧器１の高圧２次巻線ｌｂに直列に
接続され、これを流れる電流が所定値を超えたことを検
知することにより過電流を検出する。ただし、この２次
側過電流検出手段も、マグネトロン駆動用変圧器１の２
次側の８Ｎ流を検出するものであれば、このように高圧
２次巻線ｌｂに直列接続したものに限定されない。

さらに、論理和判定手段は、論理和回路１６によって構
成される。論理和回路１６は、こ杵らピーク電流検知手
段１４又は２次電流帰還手段１５が過電流を検出した場
合に、過電流の発生と判定する。なお、ピーク電流検知
手段１４及び２次電流帰還手段１５が共に過電流を検出
した場合にも、過電流の発生と判定するのは勿論である
。

また、スイッチング停止手段は、前記制御回路６によっ
て構成される。制御回路６は、前記出力電力の制御と共
に、この論理和回路１６からの過電流の発生の判定出力
を受けて、半導体スイッチング素子２のスイッチングを
停止させる。半導体スイッチング素子２がスイッチング
を停止するとインバータ回路３が高周波出力を停止する
ので、マグネトロン８や半導体スイッチング素子２自身
が過電流により破損するのを防止することができる。な
お、このような過電流は一時的なものがほとんどなので
、通常は、半導体スイッチング素子２のスイッチングを
一時的に停止して、直りに復帰させるようにしている。

〔実施例〕 本発明の一実施例を第２図乃至第４図に基づいて説明す
れば、以下の通りである。

本実施例の高周波加熱装置は、第２図に示すように、商
用電源２４によって駆動される。この商用電源２４は、
電源スィッチ４１を介して整流平滑回路２５に接続して
いる。整流平滑回路２５は、整流ブリッジ回路２５ａと
チョークコイルＬ及びコンデンサＣＩ　”Ｃｔよりなる
平滑回路とで構成されている。

整流平滑回路２５の出力は、インバータ回路２３に接続
されている。インパーク回路２３は、マグネトロン駆動
用変圧器２１、共振コンデンサＣ３及び半導体スイッチ
ング回路２２からなる。マグネトロン駆動用変圧器２１
は、１次巻線２１　ａが共振コンデンサＣ３と並列に接
続され、共振回路を構成している。そして、半導体スイ
ッチング回路２２は、この共振回路に直列に接続されて
いる。半導体スイッチング回路２２は、半導体スイッチ
ング素子Ｔｒとこの半導体スイッチング素子Ｔｒのコレ
クターエミッタ間に逆接続されたダンパーダイオードＤ
Ｉとからなる。また、このインバータ回路２３には、１
次巻線２１ａに流れる電流を検出するためのカレントト
ランス３３が設けられている。

マグネトロン２８は、アノードとカソードが倍電圧回路
２９を介して上記マグネトロン駆動用変圧器２１の高圧
２次巻線２１ｂに接続されている。倍電圧回路２９は、
コンデンサＣ４及び高圧ダイオードＤ２からなり、高圧
２次巻線２１ｂの出力を半波倍電圧にする回路である。

マグネトロン２８のフィラメント端子には、マグネトロ
ン駆動用変圧器２１のヒータ巻線２１ｄが接続されてい
る。また、このマグネトロン２８のアノードと各フィラ
メント端子間には、電波漏洩ノイズ防止用のコンデンサ
Ｃ５・Ｃ６が接続されている。マグネトロン駆動用変圧
器２１の２次側には、これら高圧２次巻線２１ｂ及びヒ
ータ巻線２１ｄの他に２次側電圧検出用の補巻線２１ｃ
が設けられている。

前記半導体スイッチング回路２２における半導体スイッ
チング素子Ｔｒのベースには、駆動回路２７を介して制
御回路２６が接続されている。この制御回路２６は、前
記商用電源２４から電源スィッチ４１を介して交流電源
が供給され、直流電源回路２６ａによって直流電圧Ｖ、
（＋５ｖ）を生成するようになっている。また、この制
御回路２６には、出力設定部３ｏが接続されている。さ
らに、この制御回路２６には、平均電流検知回路３１、
電圧帰還回路３２、ピーク電流検知回路３４及び２次電
流帰還回路３５がそれぞれ接続されている。電圧帰還回
路３２には、前記マグネトロン駆動用変圧器２１の補巻
線２１ｃが接続されている。２次電流帰還回路３５には
、このマグネトロン駆動用変圧器２１における高圧２次
巻線２１ｂの一端に直列に接続されている。ピーク電流
検知回路３４には、前記カレントトランス３３が接続さ
れている。平均電流検知回路３１には、こめピーク電流
検知回路３４を介して同じくカレントトランス３３が接
続されている。

上記構成の高周波加熱装置の動作を説明する。

商用電源２４は、整流平滑回路２５で整流・平滑されて
、直流電源としてインバータ回路２３に供給される。イ
ンバータ回路２３では、制御回路２６から駆動回路２７
を介して第３図に示す矩形波状のパルス信号を半導体ス
イッチング回路２２に入力する。半導体スイッチング回
路２２では、このパルス信号を半導体スイッチング素子
Ｔｒのベースに入力して、スイッチングを行わせる。こ
のため、第３図に示すように、パルス信号のオフ期間に
は半導体スイッチング素子Ｔｒのコレクタに共振電圧が
印加され、パルス信号のオン期間には半導体スイッチン
グ素子Ｔｒのコレクタ電流が流れることになる。従って
、マグネトロン駆動用変圧器２１は、この１次側のイン
バータ回路２３の動作により、２次側に高周波電力を供
給することができる。

このマグネトロン駆動用変圧器２１の高圧２次巻線２１
ｂに誘起された高周波電力は、倍電圧回路２９によって
半波倍電圧され、マグネトロン２８のアノード−カソー
ド間に印加される。また、このマグネトロン２８のフィ
ラメントは、ヒータ巻線２１ｄからの電流により熱せら
れる。従って、マグネトロン２８は、これによって駆動
され、高周波加熱を行うことができる。

この際、制御回路２６は、前記半導体スイッチング回路
２２に出力するパルス信号のオン時間幅の長さによって
、マグネトロン２８の出力電力を制御する。

まず、出力設定部３０と平均電流検知回路３１の出力が
この制御回路２６の第１比較回路２６ｂに送られる。出
力設定部３０は、出力ミノｊの基準値が設定されている
。平均電流検知回路３１は、カレントトランス３３の出
力がピーク電流検知回路３４を介して送り込まれる。そ
して、整流ダイオードＤ、を介して、負荷抵抗Ｒ４、抵
抗Ｒ３及びコンデンサＣ６で平滑後、１次側電流の平均
値を示すものとして第１比較回路２６ｂに送られる。第
１比較回路２６ｂは、これらの入力を比較して、出力電
力が基準値となるように第１オン時間幅制御回路２６ｃ
でインバータ回路２３に送るパルス信号のオン時間幅を
定める。

また、電圧帰還回路３２の出力がこの制御回路２６の第
２比較回路２６ｄに送られる。この第２比較回路２６ｄ
には、直流電源回路２６ａの直流電圧を抵抗Ｒ＆’Ｒ？
で分圧した所定電圧が入力されている。電圧帰還回路３
２は、マグネトロン駆動用変圧器２１における１次巻線
２１ａと相似な電圧出力であるマグネトロン２８のオフ
位相（フライバック）の検知電圧を送り込まれる。そし
て、この検知電圧は、抵抗Ｒ１を通じて、ダイオードＤ
６、抵抗Ｒ６・ＲＱ、コンデンサＣ１及びツェナーダイ
オードＺＤからなる微分回路・オフセット回路を介し、
この第２比較回路２６ｄに送られることになる。従って
、第２比較回路２６ｄでは、この電圧帰還回路３２の出
力電圧ｖｃ、が前記所定電圧より裔くなると、減算信号
を第２オン時間幅制御回路２６ｅに送る。第２オン時間
幅制御回路２６ｅは、第２比較回路２６ｄから減算信号
が発せられない限り、第１オン時間幅制御回路２６ｃの
出力をそのままオン時間カウンタ２６ｆに送る。しかし
、第２比較回路２６ｄが減算信号を発した場合には、第
１オン時間幅制御回路２６Ｃの定めた時間幅をさらに短
縮して出力する。オン時間カウンタ２６ｆは、第２オン
時間幅制御回、路２６ｅの出力に基づいてオン時間の計
時を行い、パルス発生回路２６ｇに信号を発する。パル
ス発生回路２６ｇは、同期回路２６ｈからの同期信号に
より、パルス信号を立ち上げてオンとし、オン時間カウ
ンタ２６ｆの信号に基づいてこれをオフにする。同期回
路２６ｈは、前記電圧帰還回路３２の出力に基づいて同
期信号を生成する。即ち、補巻線２１ｃの検知電圧に基
づき、抵抗Ｒ３Ｒ２・Ｒ５及びクランプダイオードＤ、
・Ｄ、を介して、ＧＮＤ電位を基準にした＋■、以下の
パルス信号を同期回路２６ｈに出力することになる。

上記動作の結果、制御回路２６は、出力設定部３０の設
定値と平均電流検知回路３１が検知したマグネトロン駆
動用変圧器２１０１次側電流の平均値とを比較すること
により、第１オン時間幅制御回路２６ｃでオン時間幅を
定める。

このオン時間幅は、第２オン時間幅制御回路２６ｅを介
してオン時間カウンタ２６ｆに送られる。また、パルス
発生回路２６ｇは、同期回路２６ｈからの同期信号に基
づいてパルス信号を立ち上げオンとする。そして、オン
時間カウンタ２６ｆが計時を終了した時点でこのパルス
信号をオフに戻し、この間がオン時間幅となる。このパ
ルス信号は、アイソレートトランス２６ｉを介して前記
駆動回路２７に送られ半導体スイッチング回路２２の半
導体スイッチング素子Ｔｒをオン時間幅の間のみオンさ
せる。

従って、インバータ回路２３は、このパルス信号により
発振駆動される。この発振周波数は、２０ｋＨｚ〜１０
０ｋＨｚ程度の周波数となる。そして、このパルス信号
のオン時間幅が長いほど、共振電圧の立ち上がりが速く
なって高電圧となることにより、２次側に高出力を供給
することができる。

ただし、この共振電圧は、半導体スイッチング素子Ｔｒ
の定格によって制限される。このため、出力設定部３０
による設定電力が高い場合には、電源電圧の山部分で、
電圧帰還回路３２から出力される２次側電圧を示す電圧
■ｃ３が所定電圧を超えてさらに上昇するので、第２比
較回路２６ｄが減算信号を発する。すると、第２オン時
間幅制御回路２６ｅが先に定めたオン時間幅を徐々に減
少させる。従って、半導体スイッチング素子Ｔｒのコレ
クタ電圧は、第４図（ａ）に示すように、電源電圧の山
部分で制限されて、平坦になるように制御される。しか
し、出力設定部３０による設定電圧が低い場合には、電
圧ｖｃ、が所定電圧を超えず減算信号も出力されないの
で、第４図（ｂ）に示すように、第１オン時間幅制御回
路２６ｃの定めたオン時間幅がそのままオン時間カウン
タ２６ｆに送られ、このオン時間幅は常に一定となる。

なお、この場合のオン時間幅は、高出力時のものより短
くなる。

上記のようにして駆動制御を行う制御回路２６の過電流
検知回路２６ｊには、前記ピーク電流検知回路３４の出
力が送り込まれる。ピーク電流検知回路３４では、カレ
ントトランス３３の出力を、抵抗Ｒ９を通じて抵抗Ｒ１
゜・Ｒ１，で分圧し電流制限抵抗Ｒ１ｇを介してこの過
電流検知回路２６ｊに送り込む。また、２次電流帰還回
路３５は、マグネトロン駆動用変圧器２１の高圧２次巻
線２１ｂの電流を抵抗Ｒ１ｆｆで電圧に変え、ダイオー
ドＤ？を介して、前記ピーク電流検知回路３４の分圧抵
抗Ｒ１゜・Ｒ１１間に印加する。すると、このダイオー
ドＤ、は、ピーク電流検知回路３４の信号のマイナス分
をクランプするように働くことになる。

従って、マグネトロン２８のアノード−カソード間で放
電短絡が発生して、マグネトロン駆動用変圧器２１の高
圧２次巻線２１ｂに過電流が流れると、２次電流帰還回
路３５の出力電圧が増大して、過電流検知回路２６ｊの
スレッシュレベルを超えることになる。また、雷サージ
の侵入等により、マグネトロン駆動用変圧器２１の１次
巻線２１ａに過電流が流れると、ピーク電流検知回路３
４を介したカレントトランス３３の出力電圧が増大して
、過電流検知回路２６ｊのスレッシュレベルを超えるこ
とになる。この過電流検知回路２６ｊは、これらいずれ
かの原因により入力電圧がスレッシュレベルを超えると
、直ちに異常信号を発しパルス発生回路２６ｇのパルス
信号を停止させる。このため、インバータ回路２３が直
ちに発振を停止して、マグネトロン２８や半導体スイッ
チング素子Ｔｒの破損を防止することができる。なお、
このような異常は一時的なものなので、このインバータ
回路２３は、一定時間（例えば１ｍ５）後に自動再スタ
ートして、再びマグネトロン２８を駆動する。

また、本実施例では、電圧帰還回路３２が補巻線２１ｃ
によってマグネトロン駆動用変圧器２１の２次側電圧を
検出し、抵抗Ｒ１４・ＲＩＳによってこれを分圧して制
御回路２６の過電圧検知回路２６ｋに送るようになって
いる。そして、この過電圧検知回路２６ｋがインバータ
回路２３の異常発振等により過電圧を検出した場合にも
、パルス発生回路２６ｇに信号が発せられ、このインバ
ータ回路２３を一時的に停止させるようになっている。

〔発明の効果〕

本発明に係る高周波加熱装置の過電流保護回路は、以上
のように、２次側にマグネトロンを接続したマグネトロ
ン駆動用変圧器の１次側にインバータ回路を形成して高
周波電力を供給し、このインバータ回路における半導体
スイッチング素子のスイッチングを制御することにより
マグネトロンを駆動制御する高周波加熱装置において、
マグネトロン駆動用変圧器の１次側の過電流を検出する
１次側過電流検出手段と、このマグネトロン駆動用変圧
器の２次側の過電流を検出する２次側過電流検出手段と
、これら１次側及び２次側過電流検出手段の少なくとも
いずれか一方が過電流を検出した場合に、過電流の発生
と判定する論理和判定手段と、この論理和判定手段が過
電流の発生を判定した場合に、前記インバータにおける
半導体スイッチング素子のスイッチングを少なくとも一
時的に停止させるスイッチング停止手段とを有する構成
をなしている。

これにより、マグネトロン駆動用変圧器ｌの１次側又は
２次側のいずれで過電流が発生しても、それぞれの側の
過電流検出手段が直ちにこれを検出し、論理和手段を介
してスイッチング停止手段によりインバータ回路の発振
を停止させることができる。

従って、本発明の過電流保護回路は、過電流によるマグ
ネトロンや半導体スイッチング素子等の破損・劣化を確
実に防止し、高周波加熱装置の信軌性を向上させること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高周波加熱装置の基本回路を示す回路
ブロック図である。第２図乃至第４図は本発明の一実施
例を示すものであって、第２図は高周波加熱装置の回路
ブロック図、第３図はインバータ回路の動作を示すタイ
ムチャート、第４図（ａ）は高出力の場合の半導体スイ
ッチング素子のコレクタ電圧波形を示すタイムチャート
、第４図（ｂ）は低出力の場合の半導体スイッチング素
子のコレクタ電圧波形を示すタイムチャートである。 １はマグネトロン駆動用変圧器、２は半導体スイッチン
グ素子、３はインバータ回路、６は制御回路（スイッチ
ング停止手段）、８はマグネトロン、１４はピーク電流
検知手段（１次側過電流検出手段）、１５は２次電流帰
還手段（２次側過電流検出手段）、１６は論理和回路（
論理和判定手段）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２次側にマグネトロンを接続したマグネトロン駆動
   用変圧器の１次側にインバータ回路を形成して高周波電
   力を供給し、このインバータ回路における半導体スイッ
   チング素子のスイッチングを制御することによりマグネ
   トロンを駆動制御する高周波加熱装置において、 マグネトロン駆動用変圧器の１次側の過電流を検出する
   １次側過電流検出手段と、このマグネトロン駆動用変圧
   器の２次側の過電流を検出する２次側過電流検出手段と
   、これら１次側及び２次側過電流検出手段の少なくとも
   いずれか一方が過電流を検出した場合に、過電流の発生
   と判定する論理和判定手段と、この論理和判定手段が過
   電流の発生を判定した場合に、前記インバータにおける
   半導体スイッチング素子のスイッチングを少なくとも一
   時的に停止させるスイッチング停止手段とを有すること
   を特徴とする高周波加熱装置の過電流保護回路。