JPH06215863A

JPH06215863A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JPH06215863A
Application number: JP730793A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Noma; 博文野間; Kenji Hattori; 憲二服部; Yoshihiro Yamashita; 佳洋山下; Yuji Fujii; 裕二藤井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチング素子の損失およびノイズを低減
するとともにスイッチング素子等の冷却を効率よく行う
ことを目的としている。【構成】第２のスイッチング素子１８と並列に第２の
共振コンデンサ２０を設け、かつ第２のバイパス手段２
２を設けたことで、第１および第２のスイッチング素子
１６、１８のターンオフ時の電圧変化を小さくでき、タ
ーンオフ時の損失とノイズを大幅に低減することができ
るとともに、第１のスイッチング素子１６のオン時にタ
ーンオンが発生せず、大幅な損失低減が図れる。さらに
は、第１のスイッチング素子１６が取り付けられた冷却
フィンに整流素子１２と逆電流阻止手段１７とを取り付
けたことで、スイッチング素子１６、１８等の冷却を効
率よく行うことができるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインバータ構成に特徴を
有する誘導加熱調理器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導加熱調理器は発振周波数可変
制御により出力制御を行うのが一般的であった。しかし
ながら多バーナの誘導加熱調理器で発振周波数可変制御
を行うと発振周波数の違いによって負荷の干渉音が発生
するという問題を有していた。

【０００３】そこで、この問題を解決するために発振周
波数一定で出力制御する方法を検討し、特開平１−２６
０７８５号公報に示すような構成を用いていた。以下、
その構成について図４を参照しながら説明する。

【０００４】図に示すように、直流電源１をインバータ
回路２に接続し、インバータ回路２により直流電流を高
周波電流に変換する。インバータ回路２は、逆導通形の
第１のスイッチング素子３、第２のスイッチング素子
４、加熱コイル５、共振コンデンサ６等で構成されてい
る。制御回路７はインバータ回路２を制御するもので、
第１のスイッチング素子３と第２のスイッチング素子４
を同一周波数で駆動時間比を変えて交互に駆動する駆動
部７ａ等で構成されている。

【０００５】上記構成において図５および図６を参照し
ながら動作を説明すると、制御回路７内の駆動部７ａが
一定周期Ｔ₁で第１のスイッチング素子３と第２のスイ
ッチング素子４を交互に駆動し、第１のスイッチング素
子３の駆動時間Ｔ₂と第２のスイッチング素子４の駆動
時間Ｔ₃の時間比率を変化させることで入力Ｐ_inを変化
させていた。当然のことながらＴ₁＝Ｔ₂＋Ｔ₃となる。
図５に第１のスイッチング素子３および第２のスイッチ
ング素子４の両端電圧（Ｖ_CE），電流（Ｉ_C）波形を、
図６に第１のスイッチング素子３の駆動時間Ｔ₂と周期
Ｔ₁との比Ｔ₂／Ｔ₁（以下これを駆動時間比という）と
入力Ｐ_inの関係を示す。図５（ａ）は一出力における２
周期（２×Ｔ₁）分の動作波形で、図５（ｂ）はＶ_CE＞
０でスイッチング素子をオンさせるモード（以下このモ
ードをターンオンモードという）およびＩ_C＞０でスイ
ッチング素子をオフさせるモード（以下このモードをタ
ーンオフモードという）の時の動作の拡大波形である。
以上のように従来のインバータ構成および制御方式で
は、発振周波数一定（Ｔ₁一定）のままで入力（Ｐ_in）
制御を行えるものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のインバータ構成および制御方式では、図５の動作波
形からわかるようにスイッチング動作にターンオンモー
ドおよびターンオフモードが現れるため、スイッチング
素子に高速半導体を用いたとしてもターンオンモードお
よびターンオフモードのスイッチング損失（スイッチン
グ素子の両端電圧Ｖ_CE×電流Ｉ_C）が大きくなってスイ
ッチング素子の冷却コストが高く小型化が難しいという
課題を有していた。また、スイッチング素子の両端電圧
の変化（ｄＶ_CE／ｄｔ）が非常に急峻であるためにノイ
ズが大きくテレビの画像等に悪影響を及ぼすと言う課題
を有していた。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、スイ
ッチング素子の損失およびノイズを低減するとともにス
イッチング素子等の冷却を効率よく行うことを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、商用電源を直流に整流する整流回路と、前
記直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、前記
インバータ回路等の動作を制御する制御回路と、発熱素
子を取り付けて冷却する２個以上の冷却フィンとからな
り、前記整流回路は整流素子を備え、前記インバータ回
路は、前記直流の高電位側に接続された第１のスイッチ
ング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列に接続
されるとともに前記直流の低電位側に接続された第２の
スイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直
列に接続された前記第１のスイッチング素子の逆電流阻
止手段と、前記第２のスイッチンング手段に流れ込もう
とする逆電流をバイパスする第１のバイパス手段と、前
記第１のスイッチング素子あるいは前記第２のスイッチ
ング素子のオンオフにより共振回路ループを変えて共振
する加熱コイルと第１の共振コンデンサからなる共振回
路と、前記第１の共振コンデンサの両端電圧が所定の電
圧になると前記第１の共振コンデンサに流れ込む電流を
バイパスする第２のバイパス手段と、前記第２のスイッ
チング素子のオフ時に、前記加熱コイルと共振して前記
第２のスイッチング素子に共振電圧を印加する第２の共
振コンデンサとを備え、前記第１のスイッチング素子と
前記第２のスイッチング素子を異なる冷却フィンに取り
付けるとともに、前記第１のスイッチング素子が取り付
けられた冷却フィンに前記整流素子と前記逆電流阻止手
段とを取り付ける構成としたものである。

【０００９】

【作用】本発明は上記した課題解決手段により、直流の
高電位側の第１のスイッチング素子が導通すると第２の
スイッチング素子はオフしているので、第１のスイッチ
ング素子を介して加熱コイルと第１の共振コンデンサの
共振回路に共振電流が流れる。

【００１０】次に、第１のスイッチング素子がオフする
と、加熱コイルと第２の共振コンデンサと第１の共振コ
ンデンサ（接続方法によっては加熱コイルと第２の共振
コンデンサ）の共振動作となる。そして、第２のスイッ
チング素子の両端電圧が下降していき、０Ｖ以下になろ
うとしたときに第１のバイパス手段に共振電流が流れ始
める。この共振電流が第１のバイパス手段に流れている
間に、第２のスイッチング素子が前もって駆動されてお
り共振電流の流れる方向が変わると、第２のバイパス手
段はその電流を阻止するので、共振電流はスムーズに第
２のスイッチング素子に流れ込む。

【００１１】第２のスイッチング素子に共振電流が流れ
始めてから加熱コイルと負荷との合成インピーダンスと
第１の共振コンデンサの容量（接続方法によって第１の
共振コンデンサと第２の共振コンデンサの合成容量）の
共振周期の略４分の１で第２のスイッチング素子に流れ
る電流が極大値となる。この後、第１の共振コンデンサ
の接続点の両端電圧が０Ｖ（接続方法によっては直流電
圧）になると第２のバイパス手段に電流が流れ出し、加
熱コイルに蓄積されたエネルギーによって、加熱コイル
と第２のスイッチング素子と第２のバイパス手段で構成
される閉回路に一定方向の循環電流が流れる。

【００１２】したがって、第２のスイッチング素子が所
定時間後にオフすると、循環電流の流れていた動作か
ら、加熱コイルと第２の共振コンデンサと第１の共振コ
ンデンサ（接続方法によっては加熱コイルと第２の共振
コンデンサ）の共振動作となる。

【００１３】そして、第２のスイッチング素子の印加電
圧が上昇し、直流電源電圧を越えるが、第１のスイッチ
ング素子の逆電流阻止手段が設けられているので、印加
電圧はそのまま上昇しピーク電圧に達した後、再度直流
電圧に戻る。したがって第２のスイッチング素子の印加
電圧が直流電源電圧を越えてから再度その電圧まで戻る
までに所定の時間を設けることが可能となる。この時間
の間に、第１のスイッチング素子を駆動すれば、第１の
スイッチング素子ターンオン損失（第１のスイッチング
素子に順方向の電圧が印加した状態でターンオンし第２
の共振コンデンサを充電あるいは放電するスパイク状の
電流と印加電圧との積による損失）が発生せずまた、タ
ーンオン時の高周波雑音の発生を防止することができ
る。

【００１４】また、上記のように第２のスイッチング素
子がオフする際、この素子への印加電圧は、共振電圧と
なるので電圧の上昇率ｄｖ／ｄｔは比較的小さく、オフ
時のスイッチング損失となる印加電流と印加電圧の積を
抑制することが可能で、当然のことながらｄｖ／ｄｔの
抑制効果による高周波雑音の低減も可能となる。

【００１５】さらに、第１のスイッチング素子と第２の
スイッチング素子を異なる冷却フィンに取り付けること
で、第１および第２のスイッチング素子には非絶縁型の
素子を、冷却フィンにはアルミ等の低コストな導電体材
質のものを用いることができ、樹脂モールドされた絶縁
型の素子よりも素子から冷却フィンへの熱伝導が向上
し、低コストで冷却効率の向上を図ることができる。ま
た、循環電流を流しているので第２のスイッチング素子
に流れる電流は第１のスイッチング素子に流れる電流よ
りも多くなり、第２のスイッチング素子の損失は第１の
スイッチング素子の損失よりも大きくなるが、第１のス
イッチング素子が取り付けられた冷却フィンと同一の冷
却フィンに整流素子と逆電流阻止手段とを取り付ける構
成としたことで、各冷却フィンに取り付けた素子の損失
合計のバランスを良くでき、２個の同一形状の冷却フィ
ンを用いても一方の冷却フィンが冷却され過ぎるといっ
た無駄が生じず、冷却効率の向上と冷却フィンの共用化
が図れるものである。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例を図１を参照
しながら説明する。

【００１７】図に示すように、商用電源１１をダイオー
ドブリッジ１２、チョークコイル１３、平滑コンデンサ
１４で直流に整流している。インバータ回路１５は、第
１のスイッチング素子１６と、逆電流素子手段１７と、
第２のスイッチング素子１８と、第１のバイパス手段１
９と、第２の共振コンデンサ２０と、加熱コイル２１
と、第２のバイパス手段２２と、第１の共振コンデンサ
２３とで構成している。

【００１８】制御回路２４は、第１及び第２のスイッチ
ング素子を一定周波数で交互に駆動するとともにその駆
動時間比を変化させる駆動時間比制御手段２５と、入力
設定手段２６と、入力検知手段２７とで構成している。

【００１９】上記構成において、図２〜図３を参照しな
がら動作を説明する。図２には第１のスイッチング素子
１６と逆電流素子手段１７との直列体および第２のスイ
ッチング素子１８と第１のバイパス手段１９との並列体
の両端電圧（Ｖ_CE），電流（Ｉ_C）等の動作波形を、図
３には第１の冷却フィン２８と第２の冷却フィン２９と
に各素子が取り付けられている実装図を示す。

【００２０】以上のように構成された誘導加熱調理器に
ついて、以下その動作について説明する。

【００２１】第１のスイッチング素子１６を駆動すると
（図２のＡ信号）第２のスイッチング素子１８はオフし
ている（図２のＢ信号）ので、第１のスイッチング素子
および逆電流阻止手段１７を介して、加熱コイル２１と
第１の共振コンデンサ２３の共振回路に、商用電源１１
を整流器１２とチョークコイル１３と平滑コンデンサ１
４で整流した直流の電圧Ｅが印加され共振電流（図２の
Ｉ_C1）が流れる。

【００２２】次に、第１のスイッチング素子１６がオフ
すると、加熱コイル２１と第２の共振コンデンサ２０と
第１の共振コンデンサ２３の共振動作となる（図２のＴ
₄期間）。

【００２３】そして、第２のスイッチング素子１８の両
端電圧Ｖ_CE2が下降していき、０Ｖ以下になろうとした
ときに第１のバイパス手段１９に共振電流（図２のＩ_C2
の負の電流）が流れ始める。本実施例ではこの共振電流
が第１のバイパス手段１９に流れ出すタイミングつまり
第２のスイッチング素子１８の両端電圧Ｖ_CE2が０Ｖと
なるタイミングで、第２のスイッチング素子１９を駆動
している（図２のＢ信号）。その後、共振電流の流れる
方向が変わると、第１のバイパス手段１９はその電流を
阻止するので、共振電流はスムーズに第２のスイッチン
グ素子１８に流れ込む（すなわちＩ_C2の極性がスムーズ
に負から正に変わる）。

【００２４】第２のスイッチング素子１８に共振電流が
流れ始めてから加熱コイル２１と負荷との合成インピー
ダンスと第１の共振コンデンサ２３の容量で決まる共振
周期の略４分の１で第２のスイッチング素子１８に流れ
る電流Ｉ_C2が極大値となる。この直後、加熱コイル２１
と第１の共振コンデンサ２３の接続点の電圧が０Ｖにな
ると第２のバイパス手段２２に電流が流れ出し、加熱コ
イル２１に蓄積されたエネルギーによって、加熱コイル
２１と第２のスイッチング素子１８と第２のバイパス手
段２２で構成される閉回路に一定方向の循環電流が流れ
る。このように、第２のスイッチング素子１８には循環
電流が流れるために、第１のスイッチング素子１６に流
れる電流よりも多くの電流が流れる。

【００２５】次に、第２のスイッチング素子１８が所定
時間後にオフすると、循環電流の流れていた動作から、
加熱コイル２１と第２の共振コンデンサ２０と第１の共
振コンデンサ２３の共振動作となる。そして、第２のス
イッチング素子１８への印加電圧Ｖ_CE2が上昇し（図２
のＴ₃期間）、直流電圧Ｅを越えるが、逆電流阻止手段
１７が設けられているので、印加電圧Ｖ_CE2はそのまま
上昇しピーク電圧に達した後、再度直流電圧Ｅに戻る。
本実施例では第２のスイッチング素子１８の印加電圧Ｖ
_CE2が直流電圧Ｅを越えたタイミングで、第１のスイッ
チング素子を駆動している（図２のＡ信号）。

【００２６】第２のバイパス手段２２がない場合には図
２のＩ_C2に示す破線の電流波形となって第２のスイッチ
ング素子１８にターンオフが発生せず、第２のスイッチ
ング素子１８への印加電圧Ｖ_CE2が上昇せず、第１のス
イッチング素子１６にターンオンが発生してしまうが、
本発明では第２のバイパス手段２２によって、必ず第２
のスイッチング素子１８にターンオフが発生し、第２の
スイッチング素子１８への印加電圧Ｖ_CE2を上昇させる
ことができる。従って、第１のスイッチング素子１６に
ターンオンが発生することを防止でき、第１のスイッチ
ング素子１６のターンオン損失（第１のスイッチング素
子１６に順方向の電圧が印加した状態でターンオンし第
２の共振コンデンサ２０を充電するスパイク状の電流と
印加電圧との積による損失）が発生せずまた、ターンオ
ン時の高周波雑音の発生を防止することができる。

【００２７】また、上記のように第１および第２のスイ
ッチング素子１６、１８がターンオフする時の素子への
印加電圧は、共振電圧となるので電圧の上昇率ｄＶ_CE／
ｄｔは比較的小さく、ターンオフ時のスイッチング損失
（以下ターンオフ損失と呼ぶ）となる印加電流と印加電
圧の積を抑制することが可能で、当然のことながらｄＶ
_CE／ｄｔの抑制効果による高周波雑音の低減も可能とな
る。

【００２８】さらに、制御回路２４は、第１のスイッチ
ング素子１６の駆動時間Ｔ₁と、第２のスイッチング素
子１８の駆動時間Ｔ₂と、第１のスイッチング素子１６
と第２のスイッチング素子１８を共に駆動していない時
間Ｔ₃、Ｔ₄との和Ｔ₀が一定値になるようにしながら第
１のスイッチング素子１６の駆動時間Ｔ₁と第２のスイ
ッチング素子１８の駆動時間Ｔ₂を可変する、言い替え
れば、一定の繰り返し周期で駆動時間比Ｔ₁／Ｔ₂を可変
する駆動時間比制御手段２５を設けているので、一定の
発振周期で加熱コイル電流の大きさを変えることが可能
で、負荷に対する誘導加熱出力（つまり誘導加熱調理器
への入力）を連続可変制御することができる。そして、
入力設定手段２６で設定した入力設定値と入力検知手段
２７で検知した入力値とが等しくなるように駆動時間比
制御手段２５で駆動時間比を増減し、入力の制御を行な
っている。

【００２９】また、先述したように第２のスイッチング
素子１８には循環電流が流れるために、第２のスイッチ
ング素子１８に流れる電流は第１のスイッチング素子１
６に流れる電流よりも多くなり、第２のスイッチング素
子１８の損失は第１のスイッチング素子１６の損失より
も大きくなる。本実施例では最大設定入力で動作させて
いるときに、第１のスイッチング素子１６の最大損失が
３０Ｗ、第２のスイッチング素子の最大損失が６０Ｗと
なる。そこで、図３に示すように、第１のスイッチング
素子１６が取り付けられている第１の冷却フィン２８に
整流器１２（最大損失１５Ｗ）と逆電流素子手段１７
（最大損失１５Ｗ）を取り付けて、第１の冷却フィン２
８に取り付けられている全素子の損失合計を６０Ｗとし
ている。一方、第２のスイッチング素子１８が取り付け
られている第２の冷却フィン２９には第１のバイパス手
段１９（最大損失２Ｗ）を取り付けているので、第２の
冷却フィン２９に取り付けられている全素子の損失合計
は６２Ｗとなる。従って、第１および第２の冷却フィン
２８、２９に取り付けられている素子の損失合計値がほ
ぼ同じとなるので、第１および第２の冷却フィン２８、
２９は図３に示すように同一の冷却フィンを用いても、
一方の冷却フィンを冷却しすぎるといった無駄が生じ
ず、冷却フィンの共用化が図れるとともに効率的な冷却
が行える。さらに、各素子のパッケージは、素子１個当
りの損失が大きい第１および第２のスイッチング素子１
６、１８には非絶縁型のパッケージの素子を、その他の
素子には絶縁型のパッケージの素子を用いて、第１およ
び第２のスイッチング素子１６、１８の冷却効率をさら
によくしている。

【００３０】このように本実施例によれば、第２のスイ
ッチング素子１８と並列に第２の共振コンデンサ２０を
設けたことによって、第１および第２のスイッチング素
子１６、１８のターンオフ時の電圧変化（ｄＶ_CE／ｄ
ｔ）を小さくでき、ターンオフ時の損失つまり電圧電流
積（Ｖ_CE×Ｉ_C）とノイズを大幅に低減することができ
る。

【００３１】また、第２のバイパス手段２２を第１の共
振コンデンサと並列に接続したことで循環電流を発生で
き、第２のスイッチング素子１８のオフ時に電圧を印加
でき、第１のスイッチング素子１６のオン時にターンオ
ンが発生せず、大幅な損失低減が図れている（ターンオ
ン損失＝０Ｗ）。さらには、駆動時間比制御手段２５と
入力設定手段２６と入力検知手段２７とを備えたこと
で、一定周期で駆動時間比を変えることで設定入力値に
入力制御することができる。また、第１の冷却フィン２
８に第１のスイッチング素子１６と逆電流素子手段１７
と整流器１２を取り付け、第２の冷却フィン２９に第２
のスイッチング素子１８と第１のバイパス手段１９を取
り付けたことで、第１および第２の冷却フィン２８、２
９に取り付けられた素子損失合計をほぼ同一にすること
ができ、冷却フィン２８、２９の共用化と効率的な冷却
が行える。

【００３２】尚、インバータ回路１５の各構成要素の接
続は本実施例に限らず、例えば、第１及び第２の共振コ
ンデンサ２３、２０は直流の高電位側に、あるいは第２
の共振コンデンサ２０は加熱コイル２１と並列に接続す
る等、高周波的に同等の動作を行なう接続であれば同様
の効果が得られることは言うまでもない。また、当然な
がら第１のスイッチング素子１６と逆電流素子手段１７
との直列体あるいは第１の共振コンデンサ２３と第２の
バイパス手段２２との並列体と加熱コイル２１との直列
体の構成要素を逆に接続しても、同様の動作を行なう。

【００３３】また、損失バランスが若干悪くはなるが第
２のバイパス手段２２を冷却フィン２８、２９のどちら
か一方に取り付けるかあるいは、第２のバイパス手段２
２を２個のダイオードの並列接続で構成し冷却フィン２
８、２９に１個づつ取り付ければさらに小型化が図れる
ことは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、第２の共振コンデンサを設けたことによっ
て、第１および第２のスイッチング素子のターンオフ時
の電圧変化（ｄＶ_CE／ｄｔ）を小さくでき、ターンオフ
時の損失つまり電圧電流積（Ｖ_CE×Ｉ_C）とノイズを大
幅に低減することができる。また、第２のバイパス手段
を設けたことで循環電流を発生でき、第２のスイッチン
グ素子のオフ時に電圧を印加でき、第１のスイッチング
素子のオン時にターンオンが発生せず、大幅な損失低減
を図ることができる。さらには、第１のスイッチング素
子と第２のスイッチング素子を異なる冷却フィンに取り
付けるとともに、第１のスイッチング素子が取り付けら
れた冷却フィンに整流素子と逆電流阻止手段とを取り付
けたことで、スイッチング素子等の冷却を効率よく行う
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における誘導加熱調理器
の回路ブロック図

【図２】同誘導加熱調理器の動作波形図

【図３】同誘導加熱調理器の実装図

【図４】従来例の誘導加熱調理器の回路図

【図５】（ａ）は同誘導加熱調理器の動作波形図（ｂ）は同誘導加熱調理器の動作波形拡大図

【図６】同誘導加熱調理器の特性図

【符号の説明】

１２整流素子１５インバータ回路１６第１のスイッチング素子１７逆電流阻止手段１８第２のスイッチング素子１９第１のバイパス手段２０第２の共振コンデンサ２１加熱コイル２２第２のバイパス手段２３第１の共振コンデンサ２４制御回路２８第１の冷却フィン２９第２の冷却フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井裕二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

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源を直流に整流する整流回路と、前
記直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、前記
インバータ回路等の動作を制御する制御回路と、発熱素
子を取り付けて冷却する２個以上の冷却フィンとからな
り、前記整流回路は整流素子を備え、前記インバータ回
路は、前記直流の高電位側に接続された第１のスイッチ
ング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列に接続
されるとともに前記直流の低電位側に接続された第２の
スイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直
列に接続された前記第１のスイッチング素子の逆電流阻
止手段と、前記第２のスイッチンング手段に流れ込もう
とする逆電流をバイパスする第１のバイパス手段と、前
記第１のスイッチング素子あるいは前記第２のスイッチ
ング素子のオンオフにより共振回路ループを変えて共振
する加熱コイルと第１の共振コンデンサからなる共振回
路と、前記第１の共振コンデンサの両端電圧が所定の電
圧になると前記第１の共振コンデンサに流れ込む電流を
バイパスする第２のバイパス手段と、前記第２のスイッ
チング素子のオフ時に、前記加熱コイルと共振して前記
第２のスイッチング素子に共振電圧を印加する第２の共
振コンデンサとを備え、前記第１のスイッチング素子と
前記第２のスイッチング素子を異なる冷却フィンに取り
付けるとともに、前記第１のスイッチング素子が取り付
けられた冷却フィンに前記整流素子と前記逆電流阻止手
段とを取り付ける構成とした誘導加熱調理器。