JPH0582253A - 高周波加熱装置の電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二次側高圧回路において絶縁低下が生じた
時、速やかに動作を停止する高周波加熱装置の電力変換
装置を提供する。 【構成】 昇圧トランス７の二次巻線電流検出手段１８
と、入力電流を検出する入力電流検出手段１４と、二次
巻線電流検出手段１８の出力を一定にすべく電力変換手
段１３を制御し、かつ各々の電流検出手段の出力が所定
の大小関係になった時動作を停止する電力制御手段１３
とを設ける。 【効果】 二次側高圧回路の絶縁が低下レリーク電流が
増加すると各々の電流検出手段の大小関係が変化し電力
制御手段はそれを検知し発火・燃焼の前に回路を速やか
に停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単方向電源をスイッチ
ングして高周波電力を変換する高周波加熱装置の電力変
換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子レンジの電源をインバータ回路を用
いて高周波に変換し、昇圧トランスやコンデンサ等の電
子部品を軽量・コンパクト化する技術は従来より数多く
の検討がなされている。

【０００３】図６は従来の代表的なインバータ回路を備
えた高周波加熱装置の回路図であり、電圧共振型のシン
グルエンディドフォワード方式を採用したインバータ回
路で商用電源を２０〜３０ＫＨｚという高周波電力に変
換している。

【０００４】図６を用い従来のインバータ回路及びそれ
を用いた電子レンジの動作を説明する。商用電源１、ダ
イオードブリッジ２、インダクタ３、平滑コンデンサ４
は単方向電源５を形成し、交流の商用電源１を単方向電
源へと変換している。共振コンデンサ６、昇圧トランス
７、スイッチング手段であるトランジスタ８、ダイオー
ド９および電力制御部１０からなるインバータ回路（電
力変換部）１３は、単方向電源５の直流電力を高周波電
力へと変換している。電力制御部１０は電源部出力信号
ライン１１及び共振コンデンサ６と昇圧トランス７の一
次コイル７−ａよりなる並列共振回路の一端の電位を検
出するトランジスタ電圧信号ライン１２との電位を比較
しながらトランジスタ８のコレクターエミッタ間電圧が
ほぼ零になる状態、即ち並列共振回路の共振サイクルで
ダイオード９が導通している期間でトランジスタ８を導
通させスイッチングロスが極力少なくなるように制御し
ている。

【０００５】また電力制御部１０は電子レンジの高周波
出力を安定に制御するために単方向電源５に流れる入力
電流を入力電流検出手段１４を用いて検出し、その出力
を一定にするようにトランジスタ８の導通時限を制御し
ている。

【０００６】このようにインバータ回路１３によって変
換された高周波電力は昇圧トランス７によって昇圧され
二次巻線７−ａには高周波高圧電圧が発生する。さらに
この電圧はコンデンサ１５及びダイオード１６によって
半波倍電圧整流されてマグネトロン１７に印加される。
一方、ヒーター巻線７−ｂによって発生した電圧はマグ
ネトロン１７のカソードを加熱して電子が励起する。そ
の結果マグネトロン１７はマイクロ波を発生し、食品等
を誘電加熱する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、万一高圧回路
において、水滴の落下、ゴキブリ等の昆虫の進入、じん
あいの堆積等の不測の事態が発生すると高圧異極端子間
でスパークやリーク電流が発生することも考えられる。
またトランス二次側の高圧回路については紙フェノール
やガラスエポキシ樹脂などで形成されたプリント配線板
を用いることが多く、スパークやリーク電流で炭化した
基板上に短絡電流が流れ続け発火・発煙、また最悪の場
合は周辺部品への累焼という危険な状態へと陥る可能性
があった。

【０００８】例えば、従来の回路においては入力電流検
出手段１４の出力を一定にするように制御しているた
め、前途した危険モードに陥った場合にも現象とは無関
係に制御メカニズムにしたがって入力電流を一定に投入
し続けるため発火・燃焼は継続しかつ助長される。

【０００９】本発明は二次側高圧回路が絶縁低下レスパ
ークが発生したり、リーク電流が増大すると、回路部品
が発火・燃焼する前に速やかにそれを検知し回路の動作
を停止させる安全な高周波加熱装置の電力変換装置を提
供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、単方向電源と、少なくとも一個の半導体素
子よりなるスイッチング手段と、前記単方向電源からの
電力をスイッチング手段によってスイッチングして高周
波電力へと変換する電力変換部と、この電力変換部の出
力を昇圧する昇圧トランスと、この昇圧トランスの二次
巻線電流を検出する二次巻線電流検出手段と、単方向電
源への入力電流を検出する入力電流検出手段と、二次巻
線電流検出手段の出力をほぼ一定値になるようにスイッ
チング手段の導通時限を制御し、かつ二次巻線電流検出
手段と入力電流検出手段との出力を比較して所定の大小
関係になった時、スイッチング手段の動作を停止する電
力制御部とを備えるものである。

【００１１】

【作用】本発明の高周波加熱装置の電力変換装置は、昇
圧トランスの二次側の高圧回路で絶縁抵抗が劣化しスパ
ークが発生したり、あるいはリーク電流が増大して二次
巻線を含む閉回路内の電流が増加したりすると二次巻線
電流検出手段の出力は増加する。

【００１２】一方電力制御手段の制御機能にしたがって
二次巻線電流検出手段の出力値を一定にするためにスイ
ッチング手段の導通時限を短くして入力電力を減少させ
る方向へと推移するため入力電流検出手段の出力は減少
する。その結果、高周波加熱装置が正常に動作している
時の入力電流検出手段と二次巻線電流検出手段の出力値
とは異なった相対関係へと変化する。そのため、電力制
御手段は両出力値を比較し正常時の大小関係から離脱し
た時スイッチング手段のスイッチング動作を停止させ、
高周波加熱装置の動作を停止させることができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例における高周波加熱装
置について図１に基づいて説明する。図６と同一符号の
ものは相当の機能を有する構成要素であり説明は省略す
る。

【００１４】二次巻線電流検出手段１８は昇圧トランス
７の二次巻線７−ｃに流れる電流を検出して電力制御部
１０へとその出力を帰還している。この電流はトランジ
スタ８の導通サイクルの流れるマグネトロン１７のアノ
ード電流と、非導通サイクルで流れるコンデンサ１５へ
の充電電流の総和である。マグネトロン１７のアノード
ーカソード間電圧はアノード電流導通時一定値になるよ
うな、電気的特性を持っていることから、アノード電流
あるいは、二次巻線７−ｃの電流は、マグネトロン１７
の高周波出力に比例し、本回路においては二次巻線７−
ｃをほぼ一定値に制御することにより、高周波出力の安
定化を図るような構成となっている。

【００１５】一方、単方向電源への入力電流も入力電流
検出手段１４によって電力制御部１０へと帰還されてい
る。

【００１６】図２は電力制御部１０の詳細を示す回路図
である。二次巻線電流検出手段１８によって検出された
電流の交流成分はダイオードブリッジ１９と平滑コンデ
ンサ２０からなる整流平滑回路２１によって直流電圧に
変換されオペアンプ２２と抵抗２３、抵抗２４からなる
非反転増幅回路２５によって所定値に増幅されコンパレ
ータ２６の非反転端子に入力される。

【００１７】一方整流平滑回路２１の出力信号は、抵抗
２７、抵抗２８とオペアンプ２９からなる反転増幅回路
及び基準電圧３０からなる誤差増幅回路３１によって、
基準電圧３０との偏差を反転増幅した高周波出力制御電
圧Ｖｒｅｆに変換されＰＷＭ回路（パルス幅変調回路）
３２に入力される。

【００１８】ＰＷＭ回路３２はＶｒｅｆに応じたパルス
幅の信号ＶｇをＡＮＤゲート３３を通じてトランジスタ
８へ送信してトランジスタを導通させマグネトロン１７
へ電力を供給する。

【００１９】今仮に、何らかの外乱により高圧回路の電
流が増加して二次巻線電流検出手段１８の出が増加する
と誤差増幅回路３１への入力電圧が高くなる。すると誤
差増幅回路３１の働きによりＶｒｅｆは低くなり、ＰＷ
Ｍ回路３２の働きによりトランジスタ８の導通時間は短
くなるため、マグネトロン１７への電力供給は減少す
る。その結果高圧回路の電流は減少し外乱前の値へと復
帰する。

【００２０】このような閉ループの負帰環構成となって
おり、二次巻線電流検出手段１８が配された箇所の電流
即ち二次巻線電流が一定になるように制御される。

【００２１】ＰＷＭ回路３２は、電源部出力信号ライン
１１及び、共振コンデンサ６と一次コイル７−ａよりな
る並列共振回路とトランジスタ８のコレクタとの接点か
ら引き出したトランジスタ電圧信号ライン１２との信号
を比較しながら、トランジスタ８のコレクターエミッタ
間電圧がほぼ零になるタイミングでトランジスタ８を導
通させるアクティブ信号をＡＮＤゲート３３に出力し、
高周波出力制御電圧Ｖｒｅｆに比例した時間その状態を
保持する単安定マルチバイブレーターの構成となってい
る。

【００２２】トランジスタ８が遮断されると共振コンデ
ンサ６と一次巻線７−ａ更には昇圧トランス７の二次側
も含めた回路で共振し、トランジスタ８のコレクタに共
振電圧が発生する。

【００２３】以上が主な回路動作であり主要部の信号波
形は図３のようになる。図３（ａ）は電源部出力信号ラ
イン１１Ｖｃ及びトランジスタ電圧信号ライン１２の電
圧Ｖｃｅ、図３（ｂ）はトランジスタ８のゲート信号Ｖ
ｇ、図３（ｃ）はトランジスタ８のコレクタ電流Ｉｃと
ダイオード９のダイオード電流Ｉｄの総和となってい
る。

【００２４】図２に戻り入力電流検出手段１４の出力は
ダイオードブリッジ３４及び平滑コンデンサ３５からな
る整流平滑回路３６によって直流電圧に変換された後、
抵抗３７、３８、オペアンプ３９からなる非反転増幅回
路４０によって所定値に増幅され、コンパレータ２６に
入力される。

【００２５】コンパレータ２６の出力がＬＯＷの時ＲＳ
フリップフロップの出力ＱはＨｉｇｈでＡＮＤゲート３
３はＯＮになりＰＷＭ回路３２の出力信号Ｖｇがトラン
ジスタ８のゲートへ伝達されトランジスタを駆動する。

【００２６】一方Ｈｉｇｈの時、ＲＳフリップフロップ
３２の出力ＱはＬＯＷで、ＡＮＤゲート３３は、ＯＦＦ
になりトランジスタ８は停止する。

【００２７】さて万一高圧回路において、水滴の落下ま
たは、ゴキブリの進入等の不測の事態により絶縁が低下
しスパークが発生したり、プリント配線板の炭化等によ
り異極端子部間でリーク電流が流れたりした場合につい
て以下に示す。

【００２８】例えば高圧ダイオード１６の両端でリーク
電流が流れた場合を考えると、高圧回路の等価回路は概
略図４（ａ）のようになる。非線形抵抗素子であるマグ
ネトロン１７は炭化抵抗４１（Ｒｃ）の影響で印加電圧
が低下して高インピーダンス状態の抵抗４２（ＲＭ≒
∞）になりＲｃを通じて二次巻線電流検出手段１８に過
大短絡電流Ｉｓが流れる。

【００２９】その他にも高圧コンデンサ１５の両端また
は、二次巻線７−ｃの両端（二次巻線電流検出手段を含
む）の場合を各々図４（ｂ）（ｃ）に示すように過大短
絡電流Ｉｓが流れる。Ｉｓはいずれの場合も二次巻線７
−ｃに流れるため、ここで示した様な高圧回路の異常時
には必ず二次巻線電流検出手段１８には出力の増加が生
じることになる。

【００３０】またアノード電流はＲｃの影響で印加電圧
が低下し流れなくなることから、入力電流はその影響で
低下する。

【００３１】一方、電力制御部１０の働きによって二次
巻線電流検出手段１８の出力が増加するとこれを制御し
て所定の一定電流値に抑制すべくトランジスタ８の導通
時間を短くして入力電力の投入を減少させるように作用
し、その結果さらに入力電流は減少し、入力電流検出手
段１４の出力は減少方向へと推移していく。

【００３２】図５（ｃ）に入力電流検出手段１４の出力
を整流・平滑・増幅したコンパレータ２６の反転端子の
電圧Ａと、二次巻線電流検出手段１８の出力を整流・平
滑・増幅したコンパレータ２６の非反転端子の電圧Ｂと
を比較して示す。図５（ｂ）にＲＳフリップフロップ３
２の出力信号を示し、図５（ａ）にＡＮＤゲート３３の
出力信号を示す。

【００３３】ｔ₁ 時点で高圧回路の絶縁が低下して短絡
電流Ｉｓが流れ始めると、この影響で二次巻線電流検出
手段１４の出力に比例した電圧Ａは電力制御部１０の働
きで減少し始め、ある時点ｔ₂ で大小関係が反転する。
するとそれまで反転端子の出力が非反転端子の出力より
高く出力がＬＯＷであったコンパレータ２６は出力がＨ
ｉｇｈに転じＲＳフリップフロップをセットし、出力Ｑ
はＬＯＷに反転する。するとＡＮＤゲート３３はＯＦＦ
になりトランジスタ８のゲート信号も図５（ａ）に示す
ようにｔ₂ 時点以降供給がなくなり、スイッチング動作
は停止する。なお信号ＡとＢとの相対関係については抵
抗２３，２４または抵抗３７，３８を適当に選ぶことに
よって任意に決定できる。

【００３４】従って、万一高圧回路において水滴の落
下、ゴキブリ等の昆虫の進入、じんあいの堆積等で高圧
異極端子間でスパークが発生したり、あるいはスパーク
によって生じた炭化部分によって絶縁劣化が生じても速
やかにトランジスタ８へのゲート信号の供給を停止する
ため、高圧回路に短絡電流が流れ続け、電子部品が発火
・燃焼・発煙したり、周囲部品が累焼するような危険な
モードは一切排除することができる。

【００３５】なお、ＲＳフリップフロップ３２のＳ端子
をセットすることによって、発振停止状態はラッチされ
ているが、必要に応じてＲ端子にリセット信号を送り、
再発振させることも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明の高周波加熱装置の
電力変換装置は以下の効果がある。

【００３７】即ち高周波加熱装置の高圧回路で万一水滴
の落下、ゴキブリ等の昆虫の進入およびじんあいの堆積
等の不測の事態が発生し、高圧異極端子間で絶縁抵抗が
劣化してスパークが発生したり、リーク電流が流れた
時、速やかにこの状態を検知して回路動作を停止させる
ため、高圧回路が炭化してリーク電流が流れ続けて電子
部品やプリント配線板を発火・燃焼させるという危険な
モードを回避することができ極めて安全性の高い高周波
加熱装置の電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における高周波加熱装置の回
路図

【図２】本発明の一実施例における電力制御部の回路図

【図３】本発明の一実施例における高周波加熱装置の電
力変換装置の各部の信号波形を示す図

【図４】高圧回路において絶縁抵抗が低下した時の等価
回路図

【図５】異常時において電力制御部の各部の出力波形の
変化を示す図

【図６】従来の高周波加熱装置の電力変換装置の回路図

【符号の説明】

５ 単方向電源 ７ 昇圧トランス ７−ｃ 二次巻線 ８ トランジスタ（スイッチング手段） １０ 電力制御部 １３ インバータ回路（電力変換部） １４ 入力電流検出手段 １８ 二次巻線電流検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 義明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 森川 久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単方向電源と、少なくとも一個の半導体素
   子よりなるスイッチング手段と、前記単方向電源からの
   電力を前記スイッチング手段によりスイッチングして高
   周波電力へと変換する電力変換部と、前記電力変換部の
   出力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの二
   次巻線電流を検出する二次巻線電流検出手段と、前記二
   次巻線電流検出手段の出力をほぼ一定値になるように前
   記スイッチング手段の導通時限を制御する電力制御部
   と、前記単方向電源への入力電流を検出する入力電流検
   出手段とを備え、前記電力制御部は前記二次巻線電流検
   出手段の出力と入力電流検出手段とを比較して所定の大
   小関係になった時前記スイッチング手段の動作を停止す
   る構成とした高周波加熱装置の電力変換装置。