JPH0589956A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周波数変換回路を構成するコイルに高い電圧
が加わっても、スイッチング素子に破壊に至るような高
い電圧が印加されないようにすることができる高周波加
熱装置を提供する。 【構成】 マグネトロン１５が例えば管内放電を起こす
と、昇圧トランス１７の一次コイル１７ａに高電圧が誘
起される。すると、一次コイル１７ａと直列接続したス
イッチングトランジスタ２２の印加電圧が上昇するも、
この印加電圧の上昇によりバリスタ５１を通じて比較的
大きな電流が流れることにより、スイッチングトランジ
スタ２２の印加電圧が減少する。また、バリスタ５１を
通じて電流が流れると、該バリスタ５１と抵抗５２との
共通接続点の電圧が上昇する。これにより保護回路３５
のコンパレータ４５の出力がハイレベルとなり、スイッ
チングトランジスタ２２のベース電圧はロウレベルに落
ちる。このため、スイッチングトランジスタ２２がオフ
し、長時間にわたりバリスタ５１に繰り返し大きな電流
が流れることによるバリスタ５１の破壊が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング素子のオ
ン，オフ周期の制御により商用電源を高周波電源に変換
する周波数変換回路を備え、この周波数変換回路の交流
出力を昇圧トランスにより昇圧してマグネトロンに与え
るようにした高周波加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の高周波加熱装置にあって、その
周波数変換回路は、一般に、昇圧トランスの一次コイル
とコンデンサとで振動回路を構成し、一次コイルと直列
に接続されたスイッチング素子のオン，オフ周期を制御
することにより、一次コイルに高周波電流を発生させる
ように構成している。そして、昇圧トランスの二次コイ
ルの出力を直流に変換してマグネトロンに与えるように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マグネトロ
ンは、発振開始初期に、ヒータが暖まっていても何等か
の理由で発振できない現象、いわゆるモーディングを起
こすことがある。マグネトロンがモーディングを起こす
と、昇圧トランスの二次コイルに大きな電流が流れ、こ
の結果、一次コイルに高電圧が誘起される。また、マグ
ネトロンが管内放電を起こすと、同様に昇圧トランスの
一次コイルに高電圧が誘起される。更に、商用電源側の
サージ電圧によっても、昇圧トランスの一次コイルに高
電圧が加わることがある。

【０００４】一方、上記構成の高周波加熱装置にあっ
て、そのスイッチング素子としては、通常、半導体素子
例えばスイッチングトランジスタが用いられている。こ
のようなスイッチングトランジスタを用いて構成された
周波数変換回路にあって、上述のようにして昇圧トラン
スの一次コイルに高電圧が加わると、スイッチングトラ
ンジスタに定格電圧を越える高い電圧が印加されること
があり、このようになると、スイッチングトランジスタ
が破壊するおそれがある。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、周波数変換回路を構成するコイルに高
い電圧が加わっても、スイッチング素子に破壊に至るよ
うな高い電圧が印加されないようにすることができる高
周波加熱装置を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明の高周波加熱装置は、スイッチング素子のオ
ン，オフ周期の制御により商用電源を高周波電源に変換
する周波数変換回路と、この周波数変換回路からの交流
出力を一次側に受けて昇圧する昇圧トランスと、この昇
圧トランスの二次側の出力が与えられるマグネトロンと
を備えたものにおいて、前記スイッチング素子と並列に
設けられ該スイッチング素子の印加電圧が所定値を越え
たことを検出するバリスタを含む検出手段を設け、この
検出手段からの検出信号に基づいて前記スイッチング素
子をオフ状態にする保護手段を設けたことを特徴とする
ものである。

【０００７】

【作用】スイッチング素子に所定値を越えた高い電圧が
印加されると、バリスタが動作して電流を流す。このバ
リスタを通じて電流が流れることにより、スイッチング
素子の印加電圧が低下する。

【０００８】また、バリスタを通じて電流が流れると、
保護手段が動作してスイッチング素子をオフ状態にする
ため、周波数変換回路はその周波数変換動作を停止し、
この結果、長い時間高電圧が繰り返えし印加されること
によるバリスタの破壊が防止される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を電子レンジに適用
して図面に基づき説明する。

【００１０】電子レンジの電気的な概略構成を示す図４
において、商用交流電源のコンセントに接続されるプラ
グ１の一方の端子にはヒューズ２、サーマルスイッチ３
及び図示しない本体の扉の閉鎖に応動してオンするドア
スイッチ４を介して母線５が接続されており、他方の端
子には上記扉の閉鎖に応動してオンするドアスイッチ６
及びリレースイッチ７を介して母線８が接続されてい
る。そして、ドアスイッチ６及びリレースイッチ７の共
通接続点と母線５との間には、上記扉の閉鎖に応動して
オフするドアスイッチ９が接続されていると共に、両母
線５及び８間には、庫内灯１０、ターンテーブルの駆動
モータ１１及びマグネトロン用冷却ファンの駆動モータ
１２が並列に接続されている。

【００１１】また、サーマルスイッチ３及びドアスイッ
チ４の共通接続点とプラグ１の前記他方の端子との間に
降圧トランス１３の一次コイル１３ａが接続されてい
る。この降圧トランス１３の二次コイル１３ｂの出力は
マイクロコンピュータを含んで構成された制御回路１４
に入力され、この制御回路１４が有する整流回路及び平
滑回路により整流・平滑されて電子回路用の直流電源と
して供給されるようになっている。上記制御回路１４は
電子レンジの運転を制御するもので、使用者により設定
された調理時間に応じて前記リレースイッチ７をオンオ
フ制御する。

【００１２】さて、マグネトロン１５は高電圧の直流電
源により駆動される。この高電圧直流電源は、まず商用
電源を周波数変換回路（インバータ回路）１６により高
周波電源に変換し、この高周波電源を昇圧トランス１７
により昇圧し整流することによって得られる。

【００１３】すなわち、上記周波数変換回路１６におけ
る整流回路１８の交流入力端子は前記両母線５及び８に
接続されている。この整流回路１８はダイオードをブリ
ッジ接続して構成され、その直流出力端子間にはチョー
ク１９及びコンデンサ２０からなる平滑回路２１が接続
されている。また、この周波数変換回路１６の主要素た
る振動回路は、コンデンサ２０と並列に昇圧トランス１
７の一次コイル１７ａとスイッチング素子たる半導体素
子例えばスイッチングトランジスタ２２との直列回路を
接続し、一次コイル１７ａと並列に共振コンデンサ２３
を接続し、スイッチングトランジスタ２２と並列にダン
パダイオード２４を接続して構成されている。

【００１４】一方、昇圧トランス１７には二次コイル１
７ｂ，１７ｃが設けられており、そのうち一方の二次コ
イル１７ｂの両端子は、ダイオード２５，２６及びコン
デンサ２７からなる倍電圧整流回路２８を介してマグネ
トロン１５の陽極及び陰極に接続されている。また、他
方の二次コイル１７ｃの両端子は、マグネトロン１５の
ヒータに接続されている。

【００１５】上記スイッチングトランジスタ２２は、イ
ンバータ制御回路２９によってオン，オフ周期が制御さ
れることにより、昇圧トランス１７の一次コイル１７ａ
に高周波電圧及び高周波電流を発生させる。そして、一
次コイル１７ａで発生した高周波電圧は昇圧トランス１
７により昇圧され倍電圧整流回路２８に与えられること
により、高電圧直流電源がマグネトロン１５に入力さ
れ、該マグネトロン１５が駆動される。この場合、マグ
ネトロン１５の陽極電流の大きさは、スイッチングトラ
ンジスタ２２のオン時間幅によって決定され、そのオン
時間幅が大きいほど陽極電流は大きくなり、マグネトロ
ン１５の出力は大となる。

【００１６】ここで、インバータ制御回路２９は示す図
３に示すようにドライブ回路３０、スイッチング制御回
路３１、インターフェース回路３２、タイミング回路３
３、電流検知回路３４及び保護回路３５から構成されて
いる。

【００１７】上記インターフェース回路３２の一方の入
出力端子は制御回路１４に接続され、他方の入出力端子
はスイッチング制御回路３１に接続されている。そし
て、このインターフェース回路３２は、制御回路１４か
ら使用者が設定した調理内容に応じた出力設定信号を受
けてこれをスイッチング制御回路３１に出力する。

【００１８】タイミング回路３３の一方の入力端子は平
滑回路２１のチョーク１９及びコンデンサ２０の共通接
続点に接続されていると共に、他方の入力端子は一次コ
イル１７ａ及びスイッチングトランジスタ２２の共通接
続点に接続され、出力端子はスイッチング制御回路３１
に接続されている。そして、このタイミング回路３３
は、一方の入力端子からの電圧信号により平滑回路２０
の出力電圧が使用可能範囲となっているか否かを判定
し、範囲内のときにはスイッチング制御回路３１に許可
信号を出力し、範囲外のときにはスイッチング制御回路
３１に停止信号を出力する。また、タイミング回路３３
は、他方の入力端子からの電圧信号により一次コイル１
７ａの印加電圧を検出し、スイッチングトランジスタ２
２のオン開始タイミングとなった時点（一次コイル１７
ａの電流が零になった時点）を判定してオン開始信号を
スイッチング制御回路３１に出力する。

【００１９】また、電流検知回路３４の入力端子はマグ
ネトロン１５の陽極側の通電路に設けられた変流器３６
に接続され、出力端子はスイッチング制御回路３１に接
続されている。そして、この電流検知回路３３は変流器
３６が検出するマグネトロン１５の陽極電流に応じた電
流信号をスイッチング制御回路３１に出力する。

【００２０】しかして、スイッチング制御回路３１は、
平滑回路２１の出力電圧が使用範囲内にあるとき、タイ
ミング回路３２からのタイミング信号に基づいたタイミ
ングでドライブ回路３５にハイレベルのオン信号を出力
する。この場合、そのオン信号の出力時間は、インター
フェース回路３２からの出力設定信号に基づいて決定さ
れる基準時間幅を、電流検知回路３４からの電流信号の
大小により補正した時間に設定するように構成されてお
り、これによりマグネトロン１５の出力が調理内容に応
じた一定出力に制御される。

【００２１】さて、ドライブ回路３５の具体的回路構成
は図１に示されている。この図１において、電源ライン
（＋Ｖｃｃ）とグランドとの間には、抵抗３７、ダイオ
ード３８及びトランジスタ３９の直列回路が接続されて
いる。また、電源ライン（＋Ｖｃｃ）とグランドとの間
には、トランジスタ４０、抵抗４１及びトランジスタ４
２の直列回路が接続されており、トランジスタ４０のベ
ースは抵抗３７及びダイオード３８の共通接続点に接続
され、トランジスタ４２のベースはダイオード３８及び
トランジスタ３９の共通接続点に接続されている。そし
て、トランジスタ３９のベースがスイッチング制御回路
３１の出力端子に接続されていると共に、抵抗４１及び
トランジスタ４２の共通接続点が前記スイッチングトラ
ンジスタ２２のベースに抵抗４３を介して接続されてい
る。

【００２２】上記のドライブ回路３０において、トラン
ジスタ３９のベースにスイッチング制御回路３１からハ
イレベルのオン信号が入力されると、トランジスタ３９
がオンし、これによりトランジスタ４０がオンすると共
に、トランジスタ４２がオフする。このため、抵抗４１
及びトランジスタ４２の共通接続点の電位がハイレベル
となり、スイッチングトランジスタ２２がオンする。ま
た、スイッチング制御回路３１から信号がロウレベルの
オフ信号に変化すると、トランジスタ３９がオフし、こ
れによりトランジスタ４０がオフすると共に、トランジ
スタ４２がオンする。このため、抵抗４１及びトランジ
スタ４２の共通接続点の電位がロウレベルとなり、スイ
ッチングトランジスタ２２がオフする。このようにして
スイッチングトランジスタ２２がオンオフ制御されるも
のである。

【００２３】しかして、保護回路３５はスイッチングト
ランジスタ２２の印加電圧が所定値、例えばスイッチン
グトランジスタ２２の定格電圧より若干低い電圧を越え
たとき、スイッチングトランジスタ２２をオフする保護
手段として機能する。この保護回路３５は図１に示すよ
うにトランジスタ４４及びコンパレータ４５を備えてお
り、トランジスタ４４のコレクタはドライブ回路３０の
抵抗４３及びスイッチングトランジスタ２２の共通接続
点に接続され、エミッタはグランドに接続されている。

【００２４】一方、コンパレータ４４の反転入力端子は
電源ライン（＋Ｖｃｃ）とグランドとの間に直列接続さ
れた２個の抵抗４６及び４７からなる基準電圧発生回路
４８に接続され、非反転入力端子はスイッチングトラン
ジスタ２２の印加電圧が所定値を越えたことを検出する
ための検出手段たる検出回路４９に抵抗５０を介して接
続されている。そして、コンパレータ４５の出力端子は
トランジスタ５０のベース及びスイッチング制御回路３
１に接続されており、スイッチング制御回路３１はコン
パレータ４５からハイレベル信号が入力されると、ドラ
イブ回路３０への出力をロウレベルに落としたままに維
持するように構成されている。

【００２５】上記検出回路４９はスイッチングトランジ
スタ２２と並列に接続されたバリスタ５１及び抵抗５２
の直列回路から構成されている。このバリスタ５１はス
イッチングトランジスタ２２のコレクタ−エミッタ間に
印加される電圧が該スイッチングトランジスタ２２の定
格電圧より若干低い電圧を越えると、あたかもその時点
でオン動作したような状態になって比較的大きな電流を
流すように構成されている。そして、バリスタ４３及び
抵抗４４の接続点がコンパレータ４４の非反転入力端子
に接続されている。

【００２６】上記構成において、リレースイッチ７がオ
ンし、調理が開始されると、スイッチング制御回路３１
によりドライブ回路３０のトランジスタ３９がオンオフ
制御されることにより、スイッチングトランジスタ２２
がオンオフ制御される。これによって昇圧トランス１７
の一次コイル１７ａと共振コンデンサ２３からなる振動
回路に振動電流が流れ、それに応じて一次コイル１７ａ
に高周波電圧及び高周波電流が誘起される。そして、一
次コイル１７ａに誘起された高周波電圧は昇圧トランス
１７により昇圧されて倍電圧整流回路２８に与えられる
ことにより、高圧直流電圧がマグネトロン１５に出力さ
れ、マグネトロン１５が駆動される。

【００２７】このマグネトロン１５の駆動中において、
スイッチングトランジスタ２２のコレクタ電流及びコレ
クタ−エミッタ間に印加される電圧をそれぞれ図２
（ａ）及び（ｂ）にＩC 及びＶCEで示す。そして、正常
状態にある期間Ａにあっては、スイッチングトランジス
タ２２のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧ＶCEは
スイッチングトランジスタ２２の定格電圧ＶCE・MAX を
越えることはない。

【００２８】マグネトロン１５が例えば管内放電を起こ
すと、二次コイル１７ｂに大きな電流が流れ、その結
果、一次コイル１７ａに大きな電流が流れ高電圧が誘起
される。すると、図２の期間Ｂに示すように、スイッチ
ングトランジスタ２２のコレクタ電流ＩC 及びコレクタ
−エミッタ間の電圧ＶCEが大きくなる。

【００２９】そして、仮にバリスタ５１を備えた検出回
路４９が設けられていないとすると、電圧ＶCEは図２
（ｄ）に破線で示すように定格電圧ＶCE・MAX を越えて
しまう。しかしながら、本実施例ではバリスタ５１を備
えた検出回路４９が設けられているため、電圧ＶCEが定
格電圧ＶCE・MAX よりも若干低い或る電圧Ｖ0 を越える
と、図２（ｃ）にＩで示すようにバリスタ５１を通じて
電流が流れ、これにより図２（ｂ）に実線で示すように
電圧ＶCEは電圧ＶCE以上になることが防止されるもので
ある。

【００３０】さて、バリスタ５１を通じて電流が流れる
と、図２（ｄ）にＶで示すようにバリスタ５１及び抵抗
５２の共通接続点の電圧が上昇するため、コンパレータ
４５の非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧を上
回るようになり、コンパレータ４５からハイレベル信号
が出力される。すると、トランジスタ４４がオンし、こ
れによりドライブ回路３０のトランジスタ３９がオンオ
フいずれの状態にあっても、スイッチングトランジスタ
２２のベース電圧はロウレベルに落ちた状態にされ、従
って該スイッチングトランジスタ２２はオフ状態にされ
る。

【００３１】一方、スイッチング制御回路３１はコンパ
レータ４５からハイレベル信号が入力されると、ドライ
ブ回路３０のトランジスタ３９のベースへの出力をロウ
レベル状態のままにし、これによりスイッチングトラン
ジスタ２２はオフ状態に維持されたままとなる。

【００３２】このようにスイッチングトランジスタ２２
の印加電圧ＶCEが或る電圧Ｖ0 を越えると、スイッチン
グトランジスタ２２は保護回路３５及びスイッチング制
御回路３１の双方によりオフ状態に維持されるようにな
り、これにより周波数変換回路１６はその周波数変換動
作を停止する。そして、周波数変換回路１６が周波数変
換動作を停止すると、スイッチングトランジスタ２２の
コレクタ−エミッタ間の電圧ＶCEは零に落ち、バリスタ
５１の印加電圧も零となるので、バリスタ５１に大きな
電圧が長時間にわたり繰り返し印加されることによるバ
リスタ５１の破壊が防止される。

【００３３】なお、上記実施例では検出回路４９の検出
電圧がスイッチングトランジスタ２２の定格電圧を越え
たとき、スイッチングトランジスタ２２のベース電圧を
ロウレベルに落とすことにより、該スイッチングトラン
ジスタ２２をオフ状態にする構成としたが、これは例え
ばリレースイッチ７をオフすることにより、スイッチン
グトランジスタ２２をオフ状態にする構成としても良
い。

【００３４】その他、本発明は上記し且つ図面に示す実
施例に限定されるものではなく、例えば電子レンジに限
らず周波数変換回路を備えた高周波加熱装置一般に広く
適用できるものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
イッチング素子のオン，オフ周期の制御により商用電源
を高周波電源に変換する周波数変換回路を備えた高周波
加熱装置において、スイッチング素子と並列に設けられ
該スイッチング素子の印加電圧が所定値を越えたことを
検出するバリスタを含む検出手段を設け、この検出手段
からの検出信号に基づいて前記スイッチング素子をオフ
状態にする保護手段を設けたことにより、スイッチング
素子に所定値を越えた高い電圧が印加されると、バリス
タを通じて電流が流れ、これによりスイッチング素子の
印加電圧が低下するため、スイッチング素子に破壊に至
るような高い電圧が印加されないようにすることができ
る。

【００３６】しかも、バリスタを通じて電流が流れる
と、保護手段が動作してスイッチング素子をオフ状態に
するため、周波数変換回路はその周波数変換動作を停止
し、この結果、バリスタに長い時間高い電圧が繰り返え
し印加されることを防止でき、バリスタの破壊を併せて
防止できる、という優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】要部の電気回路構成図

【図２】各部の電流及び電圧波形図

【図３】周波数変換回路と共に示すインバータ制御回路
のブロック図

【図４】電子レンジ全体の電気回路構成図

【符号の説明】

１４は制御回路、１５はマグネトロン、１６は周波数変
換回路、１７は昇圧トランス、１７ａは一次コイル、１
８は整流回路、２１は平滑回路、２２はスイッチングト
ランジスタ、２３は共振コンデンサ、３０はドライブ回
路、３１はスイッチング制御回路、３３はタイミング回
路、３４は電流検知回路、３５は保護回路（保護手
段）、４９は検出回路（検出手段）、５１はバリスタで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング素子のオン，オフ周期の制
   御により商用電源を高周波電源に変換する周波数変換回
   路と、この周波数変換回路からの交流出力を一次側に受
   けて昇圧する昇圧トランスと、この昇圧トランスの二次
   側の出力が与えられるマグネトロンとを備えたものにお
   いて、前記スイッチング素子と並列に設けられ該スイッ
   チング素子の印加電圧が所定値を越えたことを検出する
   バリスタを含む検出手段と、この検出手段からの検出信
   号に基づいて前記スイッチング素子をオフ状態にする保
   護手段とを設けたことを特徴とする高周波加熱装置。