JPH0616439B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子レンジ等のいわゆる誘電加熱を行なうた
めの高周波加熱装置に関し、さらに詳しく言えば、その
電源にインバータを用い、インバータにより高周波電力
を発生し、昇圧トランスにて昇圧してマグネトロンを駆
動するように構成した高周波加熱装置に関するものであ
る。

従来の技術 このような方式の高周波加熱装置は、その電源トランス
の小型化、軽量化、あるいは低コスト化の為に様々な構
成のものが提案されている。

第１１図は、従来の高周波加熱装置の回路図である。第
１１図において、商用電源１の電力はダイオードブリッ
ジ２により整流され、単方向電源３が形成されている。
４はインダクタ、５はコンデンサであってインバータの
高周波スイッチング動作に対するフィルタの役割を果す
ものである。

インバータは共振コンデンサ６、昇圧トランス７、トラ
ンジスタ８、ダイオード９，及び駆動回路１０により構
成されている。トランジスタ８は駆動回路１０より供給
されるベース電源によって所定の周期とデューティー
（即ち、オンオフ時間比）でスイッチング動作する。こ
の結果、第１２図(a)のような電流Ic／Id、即ち、トラ
ンジスタ８のコレクタ電流Icとダイオード９の電流Idが
流れ、一次巻線１１には第１２図(b)のような高周波電
流Ｉ_Ｌが流れる。したがって、二次巻線１２および、三
次巻線１３には各々高周波高圧電力および、高周波低圧
電力が生じる。この高周波高圧電力はコンデンサ１４、
及びダイオード１５により整流されマグネトロン１６の
アノード・カソード間に供給され、一方高周波低圧電力
はマグネトロン１６のカソードヒータに供給される。コ
ンデンサ５とマグネトロン１６には第１２図(c)，(d)の
ような電流が流れ、マグネトロン１６は発振し誘電加熱
が可能となるものである。このような構成で、トランジ
スタ７を２０KHz−１００KHz程度の周波数で動作させる
と商用電源周波数のままで昇圧する場合に比べて昇圧ト
ランスの重量、サイズを数分の一から十数分の一にで
き、電源部の小型化、低コスト化が可能であるという特
長を有するものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような従来の高周波加熱装置は次の
ような欠点があった。

マグネトロンが発振を開始するためにはカソード・ヒー
タが十分加熱して、電子を放出できる状態になる必要が
ある。しかし、マグネトロンに電圧を印加した直後はカ
ソード・ヒータが十分加熱していないのでマグネトロン
負荷は高インピーダンスとなりトランスの二次巻線には
高電圧が発生する。このためトランス、マグネトロン、
高圧整流用のダイオードおよびコンデンサの耐圧仕様を
高くせざるをえなかった。その結果、トランスが大きな
ものとなったり、高圧配線をおこなうためにリード線お
よび接続端子の絶縁にも不都合が多くならざるをえなか
った。また、高圧高周波の整流回路用のダイオードが高
価で大型となり高周波加熱装置の低価格化を制限した
り、その信頼性を低下させるなどの欠点があった。

問題点を解決するための手段 本発明はこのような従来の高周波加熱装置の欠点を解決
するためになされたものであり、以下に述べる手段によ
り構成された高周波加熱装置である。

すなわち、商用電源等により得られる電源と、少なくと
も１つの半導体スイッチとその駆動手段と前記半導体ス
イッチに直列に接続されたトランスとを有する電力変換
器と、食品または流体等を加熱するマグネトロンと、前
記マグネトロンのカソード・アノード間の少なくとも１
つの高圧コンデンサにより構成され、前記トランスの二
次巻線に並列に前記マグネトロント前記高圧コンデンサ
を接続し、前記マグネトロンの始動時の発振開始するま
での期間には前記高圧コンデンサの容量は前記マグネト
ロンの発振後の前記コンデンサの容量よりも大きくなる
ような切替手段を設けた構成を備えたものである。

作 用 本発明は上記構成により以下に述べる作用を有する。即
ち、本発明の高周波加熱装置は、半導体スイッチに直列
に接続されたトランスの二次巻線に、直接、すなわち整
流器を介さずに高圧コンデンサとマグネトロンを接続
し、マグネトロンの始動時、すなわちカソード・ヒータ
が十分発熱する以前の期間でマグネトロンが発振できな
い期間にはマグネトロンのカソード・アノード間の高圧
コンデンサの容量を大きくする構成としているので、高
圧ダイオードを不要としつつ、マグネトロンの非発振時
にマグネトロンに印加される過大なアノード・カソード
間電圧を抑えることができ、低コスト・コンパクトな高
周波加熱装置を実現できる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の高周波加熱装置の回路図で
あり、第１１図と同符号のものは相当する構成要素であ
り説明を省略する。

第１図において、適用電源１の電力は全波整流され、ト
ランジスタ８等により構成されるインバータにより、高
周波電力に変換され、トランス７により昇圧され、マグ
ネトロン１６を付勢するものである。１７、１８は高圧
コンデンサで、１９はマグネトロン１６のアノード・カ
ソード間の容量の切替えスイッチである。トランジスタ
８、トランスの一次巻線１１、共振コンデンサ５、およ
びマグネトロン１６に流れる電流は、それぞれ第２図
(a)，(b)，(c)，および(d)のようになり、マグネトロン
１６のアノード電圧Ｖ_ＡＫは同図(e)のようになる。こ
れは昇圧トランス７の一次巻線と二次巻線の極性が図の
ようになっていることおよび昇圧トランス７がリーケー
ジ型トランスとなっていること、さらに高圧コンデンサ
１７、１８がマグネトロン１６に並列接続されているこ
とによるものである。

第３図は、第１図の本発明の実施例の要部を説明する高
周波加熱装置の回路図であり、第１図と同符号のものは
相当する構成要素であり説明を省略する。第３図におい
て、高圧コンデンサＣｈはマグネトロン１６のアノード
・カソード間の等価容量コンデンサである。トランス７
の電流Ｉ_Ｌ、高圧コンデンサＣｈの電流Ｉ_ｃｈ、および
アノード電流Ｉ_Ａは、昇圧トランス７の一次巻線と二次
巻線の極性が図示のようになっているので図中の矢印の
ように流れ、トランジスタがオンのときマグネトロン１
６に電流が流れる。第４図は第３図の回路の一次側等価
回路図であり、Ｌ１は一次巻線１１の自己インダクタン
ス、Ｋは一次巻線と二次巻線の結合係数である。マグネ
トロン１６は、抵抗ＲＭ、ダイオードＤＭ、ツェナーダ
イオードＺＤＭの直列回路で置き換えることができ、こ
の直列回路に並列に高圧コンデンサＣｈが接続された構
成である。第５図のようにマグネトロンの特性は極めて
非線形であり、ダイナミックインピーダンスは非常に小
さいものである。そこでトランスのリーケージを大きく
してリーケージインダクタンス（１−Ｋ）Ｌ１を通常の
従来のトランスより大きくすることにより、トランスの
二次側から見たインピーダンスＺ_ｉを高め、定電流源的
性質をトランスに持たせることができる。このため、イ
ンバータの共振動作を安定化することができ、トランジ
スタが破壊するなどの不都合を防止し良好なマグネトロ
ンの駆動を行うことができる。また、リーケージインダ
クタンスと高圧コンデンサＣｈを設けることによりアノ
ード電流Ｉ_Ａは第２図(d)のようにシャープなピークを
持たない台形様波形とし、カソードの劣化やモーディン
グの発生を抑止し、安全で信頼性の高い高周波加熱装置
を実現することができる。高圧コンデンサＣｈは、さら
にマグネトロンが逆バイアスされる極性の時、浮遊容量
などにより二次巻線１２に発生する第６図のような異常
高電圧を防止し、逆電圧を第２図(e)のような比較的低
い値に抑制する作用を果すものである。したがって、ト
ランスやマグネトロンの耐圧が比較的低いものでよいの
で安価に製造することができる。

ところで、マグネトロンが発振するためにはカソード・
ヒータが充分に加熱し電子を放出できる状態にあること
が必要である。ところが低コスト化のために１つのトラ
ンスでマグネトロンのアノード・カソード間の高圧電力
とカソードヒータの低圧電力を供給する場合はマグネト
ロンの始動時で、ヒータが充分に加熱していない期間に
はマグネトロン負荷はほぼ無限大となり、トランス７の
２次側に第７図に示すような高電圧が生じる。この始動
時の高電圧を抑えるためには、トランスの２次側に並列
に接続された高圧コンデンサＣｈの容量が大きくし２次
のインピーダンスを下げるとよい。ところがＣｈ容量を
大きくしすぎると、電流Ｉ_ｃｈが増えトランスの銅損が
増加するとともに、トランスの１次側の電流も増えるた
めに第１図におけるトランジスタ８のあつかう電流が増
加し損失が大きくなってしまう。したがって、トランス
の２次側に高電圧の生じる始動時には高圧コンデンサＣ
ｈの容量が大きくマグネトロンの発振後は小さくすれ
ば、始動時の高電圧を抑え、損失も少なくできる。

再び第１図の説明にもどる。図の切替スイッチ１９は始
動時にはオンの状態にあり制御回路２０の信号を受け
て、メインスイッチ２１がオンした後時間Ｔ遅れてオフ
する。そのときのマグネトロンのカソード・アノード間
の容量変化、トランスの２次電流、トランスの２次電圧
の絶対値マグネトロンの発振状態を、それぞれ第８図、
(a)，(b)，(c)，(d)に示す。図の(c)に示す波線はコン
デンサ１７のみで切替手段がない場合の特性であり、始
動時に高電圧が生じている。高圧コンデンサ１７，１８
を適当に選ぶことによりとが始動時の高電圧を抑え、か
つ効率の良い高周波加熱装置を実現できる。

本発明の他の実施例を第９図に示す。第１図と同じ構成
要素は同符号を附し節滅を省略する。第１図における高
圧コンデンサ１７，１８は第９図においてはマグネトロ
ンのフィルタコンデンサと兼用されており、第１、およ
び第２の高圧コンデンサ２２および２３である。マグネ
トロンのカソード端子間にはコンデンサ２４が設けられ
ており、チョークコイル２５，２６が直列に接続されて
いる。したがって両高圧コンデンサ２２，２３の合成容
量で第３図における高圧コンデンサＣｈの作用を果す。
また高圧コンデンサ２２，２３を一体の貫通コンデンサ
２７とし、負の温度特性を持つ材料で構成している。こ
のときのマグネトロンのカソード・アノード間の容量変
化、トランスの２次電流、トランスの２次電圧の絶対
値、マグネトロンの発振状態を、それぞれ第１０図、
(a)，(b)，(c)，(d)に示す。高周波加熱装置が始動後貫
通コンデンサ２７に電流が流れ温度が上昇し、容量値が
下がることを利用して、切替手段のかわりをしている。
このようにして、高圧コンデンサのコンパクト化、低価
格化を実現できる。

発明の効果 以上のように本発明の高周波加熱装置によればつぎのよ
うな効果が得られる。

(1) トランスの２次側の高圧コンデンサの容量をマグ
ネトロンの始動時に大きくしているため、過大な電圧を
抑制し、トランス、マグネトロン等の信頼性を向上で
き、高圧ダイオードなしの低コストな高周波加熱装置を
実現できる。

(2) マグネトロンの発振時には高圧コンデンサの容量
を小さくしているので、トランスの扱う電流が少なくて
すみ、損失少ない高効率の高周波加熱装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における高周波加熱装置
の回路図、第２図は同回路各部の波形図、第３図は同要
部の回路図、第４図は同要部の等価回路図、第５図は同
マグネトロンの負荷特性図、第６図は同マグネトロンの
異常電圧波形図、第７図は一般的な高周波加熱装置の始
動時のマグネトロン電圧波形図、第８図は本発明の一実
施例における高周波加熱装置の始動時の各部特性図、第
９図は本発明の第２の実施例における高周波加熱装置の
回路図、第１０図は同始動時の各部特性図、第１１図は
従来例の高周波加熱装置の回路図、第１２図は同各部波
形図である。 １……商用電源、７……トランス、８……半導体スイッ
チ、１０……駆動手段、１６……マグネトロン、１７，
１８……高圧コンデンサ、１９……切替えスイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 孝 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 坂本 和穂 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 別荘 大介 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 下谷 毅夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−12674（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源と、少なくとも１つの半導体スイッチ
   とその駆動手段と前記半導体スイッチに直列に接続され
   たトランスと、前記トランスにより付勢される食品また
   は流体等を加熱するマグネトロンと、前記マグネトロン
   のカソード・アノード間に少なくとも１つの高圧コンデ
   ンサを接続し、前記マグネトロンの始動時の発振開始す
   るまでの期間には前記高圧コンデンサの容量は前記マグ
   ネトロンの発振後の前記コンデンサの容量よりも大きく
   なるような切替手段を備えた高周波加熱装置。
2. 【請求項２】高圧コンデンサを負の温度特性を有する材
   料で構成し、前記高圧コンデンサの切替手段を兼用した
   特許請求の範囲第１項記載の高周波加熱装置。
3. 【請求項３】マグネトロンの貫通コンデンサと高圧コン
   デンサを兼用する特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の高周波加熱装置。