JPH0632292B2 - 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） この発明は電子レンジ等のいわゆる誘導加熱を行う為の
高周波加熱装置の改良に関し、更に詳しく述べれば、そ
の電源装置にインバータ回路を用い、該インバータ回路
により高周波電力を発生しマグネトロン駆動用変圧器で
昇圧してマグネトロンを駆動するよう構成した高周波加
熱装置の改良に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の高周波加熱装置においては、マグネトロ
ン出力を安定制御し同時に半導体スイッチング素子を保
護する為に、マグネトロン駆動用変圧器巻線を利用した
電圧帰還手段・電流帰還手段・過電圧検出回路が設けら
れており、それらのフィードバックによってインバータ
回路のオンパルス幅が制御されている。しかしその過電
圧検出回路のしきい値は一定値であり、専らアナード電
流が定常的に流れている時の電力損失から決められた値
である。

（発明が解決しようとする問題点） 加熱開始時、マグネトロンにマグネトロン駆動用変圧器
から高周波電力が印加されると、まずフィラメント電流
が流れてフィラメントの温度が上昇する。そしてフィラ
メントの温度がマグネトロン安定動作領域に到達すると
アノード電流が流れ始め、フィラメントが十分に温まる
とマグネトロンは安定発振するようになる。フィラメン
トが温まるまではアノード電流が流れないから、電流帰
還手段からの入力によるブレーキがゼロで、インバータ
回路は広いオンパルス幅で動作する。するとマグネトロ
ン駆動用変圧器の出力に比較的大きな電圧が発生して前
記の過電圧検出回路が作動してしまい、インバータ回路
のオン時間幅が狭く制御される。或いは、インバータ回
路を一旦停止させ再スタートを繰り返す。結果としてフ
ィラメントに与えられる高周波電力は小さくて、フィラ
メントの温度上昇がゆっくりで、その分だけマグネトロ
ン不安定動作状態が長く続く。従って、マグネトロンの
モーディングや不連続発振を起こしやすいという欠点が
あった。これは、過電圧検出回路のしきい値を、定常状
態（アノード電流が流れている時）におけるスイッチン
グ素子の許容電力定格と定格電流に基づいて決めている
ことに起因するものである。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、加
熱開始から所定のアノード電流を検知するまでは過電圧
検出回路のしきい値を定常時より高くして、速やかにマ
グネトロンを安定動作状態にするように構成した高周波
加熱装置を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の構成を第１図に基づき説明する。

１０１は商用電源を整流・平滑して直流電源を作る整流
・平滑回路、１０２はインバータ回路で、マグネトロン
駆動用変圧器１０４と、それに並列もしくは直列（図で
は並列）接続された共振コンデンサ１０３と、該変圧器
１０４に直列に接続された半導体スイッチング素子１０
５より構成される。１０６は半導体スイッチング素子１
０５を駆動する駆動回路、１０８は制御回路で、出力設
定部１０７からの設定入力により駆動回路１０６に与え
るパルス幅を制御する。１０９は上記変圧器の電圧を検
出して制御回路１０８に帰還させる電圧帰還手段、１１
０は変圧器１０４のフライバック電圧がしきい値より高
いとき制御回路１０８へ過電圧信号を出力する過電圧検
出回路であり、しきい値が可変である。１１１はマグネ
トロンのアノード電流を検出して制御回路に帰還させる
電流帰還手段、１１２はマグネトロン駆動回路、１１３
はマグネトロンである。そして上記制御回路１０８と電
流帰還手段１１１とで、加熱開始からマグネトロン電流
が所定値に達するまで上記過電圧検出回路１１０のしき
い値を定常時よりも高く設定するしきい値設定手段が構
成されている。

（作用） 制御回路１０８が出力するオン・オフパルス信号は駆動
回路１０６で増幅されて半導体スイッチング素子１０５
に与えられる。半導体スイッチング素子１０５の動作状
態を第２図に示す。制御回路１０８がオン信号を出力す
ると、半導体スイッチング素子１０５は導通して、第２
図中の破線のコレクタ電流Ｉｃをマグネトロン駆動用変
圧器１０４に供給する。そして制御回路１０８がオフ信
号を出力すると半導体スイッチング素子１０５は非導通
になり、共振コンデンサ１０３とマグネトロン駆動用変
圧器１０４とが共振回路を構成し共振電圧が半導体スイ
ッチング素子１０５のコレクタ電圧Ｖｃｅに現れる。イ
ンバータ回路１０２は２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の
周波数で動作しており、電源周期での半導体スイッチン
グ素子１０５のコレクタ電圧波形は第３図のようにな
る。インバータ回路１０２で作られた高周波電力はマグ
ネトロン駆動用変圧器１０４の２次側昇圧巻線によりマ
グネトロン駆動回路１１２に供給され、マグネトロン１
１３の加熱出力は、制御回路１０８が出力するオン・オ
フパルス信号のオン時間幅に比例する。即ち、制御回路
１０８は、出力設定手段１０７の設定出力に応じたオン
時間幅で、かつマグネトロン駆動用変圧器１０４の発振
周波数と同期したオン・オフパルス信号を駆動回路１０
６に出力する。マグネトロン１１３に高周波電力が印加
されると、まずフィラメント電流が流れてフィラメント
温度が上昇し、その後アノード電流が流れ始め、電子レ
ンジ庫内にマイクロ波が放射される。アノード電流が未
だ流れていない間は電流帰還手段１１１からの入力に基
づくブレーキはゼロであり、制御回路１０８は広いオン
パルス幅のオン信号を駆動回路１０６に出力する。する
とマグネトロン駆動用変圧器１０４の出力には大きな電
圧が発生し、電圧帰還手段１０９の出力レベルが高くな
る。そしてオフ信号期間には大きなフライバック電圧が
発生し、スイッチング素子１０５のＶｃｅに現れる。

第４図は、スタート時点Ｔ１からのスイッチング素子１
０５のＶｃｅ（ｐｅａｋ）の変化を示すタイムチャート
で、第５図はコレクタ電流Ｉｃ（ｐｅａｋ）の変化を示
すタイムチャートである。スタート直後、Ｖｃｅ（ｐｅ
ａｋ）は急激に増大しアノード電流が流れる直前Ｔ２で
最大値Ｖｃｅ＝Ｃとなる。この間コレクタには無負荷電
流Ｉｃ＝Ｅが流れる。そしてアノード電流が流れ始める
とＩｃ（ｐｅａｋ）が増大すると共にＶｃｅ（ｐｅａ
ｋ）が低下し、Ｔ３時点以後Ｉｃ（ｐｅａｋ）＝Ｆ，Ｖ
ｃｅ（ｐｅａｋ）＝Ｄで安定し、定常状態（定電力制御
期間）に入る。第４図において、Ｂは定常時の過電圧検
出回路１１０のしきい値レベルであり、Ｖｃｅ（ｐｅａ
ｋ）の最大値Ｃはこのレベルを越えている。ところがス
イッチング素子１０５の動作時の破壊が電力熱損失によ
るものであることから、Ｉｃ（ｐｅａｋ）がＦ以下の期
間での最大安全許容Ｖｃｅのレベルは当然Ｂレベルより
も高い。そこで、Ｖｃｅ定格の大きなスイッチング素子
１０５を使うと、そのレベルＡはＣよりも高く設定する
ことができる。

そしてスイッチング素子の電力定格とＶｃｅの過渡値と
から、過電圧検出回路のしきい値をＢレベルに変化させ
るための所定アノード電流値を決めることができる。
（第５図の、スイッチング素子のＩｃ＝Ｇ，Ｔ４時点が
それに相当する。）即ち、第６図のカーブＸのように、
スタート時点Ｔ１より前記所定アノード電流値を検出す
るまではレベルＡ、それ以後の定常期間はレベルＢを過
電圧検出回路１１０のしきい値とすることにより、スイ
ッチング素子１０５を熱破壊から守りながら、速やかに
マグネトロンの発振を立ち上らせることができる。

（実施例） 以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述す
る。尚、これによってこの発明が限定されるものではな
い。

第７図は加熱スタートから所定のアノード電流値を検出
するまでは過電圧検出回路のしきい値を高くし、また、
過電圧を検出した場合は一旦インバータ回路を停止させ
るように構成した実施例の回路図である。

商用電源１にスイッチ２を介して整流平滑回路１０１が
接続されている。整流平滑回路１０１は整流ブリッジ３
と、その出力端子にチョークコイル４と平滑コンデンサ
５を接続して構成されている。整流平滑回路１０１の直
流出力端子には、マグネトロン駆動用変圧器１０４の１
次巻線６と共振コンデンサ１０３の並列共振回路が接続
され、またマグネトロン駆動用変圧器１０４とスイッチ
ング素子１０５の直列回路が接続され、ダンパーダイオ
ード１１４がスイッチング素子１０５のコレクターエミ
ッタ間に逆接続されている。マグネトロン１１３を発振
させるマグネトロン駆動回路１１２はマグネトロン駆動
用変圧器１０４を介して、マグネトロンヒータ巻線７と
マグネトロン入力巻線８を半波整流する高圧ダイオード
１１と高圧コンデンサ１０が接続されている。制御回路
１０８は電源トランス１２と電源回路１３により直流電
源Ｖｄ＝−１２Ｖを作り、スイッチング素子１０５を高
周波スイッチングさせるためのオン・オフパルス信号を
パルス発生回路１４で発生させている。マグネトロン駆
動用変圧器１０４のマグネトロン入力巻線８と相似な電
圧を出力する補巻線９から、マグネトロン１１３の発振
同期信号をタイミング回路１７に入力して、三角波発生
回路１６のタイミングを制御する。出力設定部１０７・
電圧帰還手段１０９・電流帰還手段１１１の出力電圧の
合成電圧と三角波発生回路１６の出力電圧とを比較回路
１５で比較して、パルス発生信号のオン・オフ時間幅が
決まる。

制御回路１０８各部の電圧波形を第８図に示す。補巻線
９の出力電圧は、１次巻線６・マグネトロン入力巻線８
の両出力電圧と相似であるから、フライバック電圧（ス
イッチング素子１０５がオフの位相の電圧）はダイオー
ド２３で過電圧検出回路１１０に入力できる。その入力
電圧（コンパレータＩ３６の反転入力）が、抵抗２６，
２７，２９で決まる過電圧しきい値レベル（非反転入
力）を越えると、抵抗３０とコンデンサ３１で決まる一
定時間コンパレータＩ３６の出力はＬＯＷになり、トラ
ンジスタ３４，３５がオンする。すると比較回路１５の
出力設定部側の入力電圧をＶｄレベまで引き下げるの
で、パルス信号のオン時間幅がゼロになりスイッチング
素子１０５のスイッチング動作が一旦停止して、自動再
スタートする。加熱スタート時からマグネトロンのアノ
ード電流が所定値に立ち上がるまでは、トランジスタ２
５はオフである。つまり分圧は抵抗２６と抵抗２７とで
決まり、過電圧しきい値レベルは高い（第６図のＡレベ
ル）。そしてアノード電流が流れると、抵抗３７で電圧
に変換され、ダイオード１８・抵抗４７でコンデンサ４
８が充電される。抵抗４７と４９の分圧が、トランジス
タ５１のオン電圧を越えるとトランジスタ５１がオン
し、トランジスタ２５がオンする。前記のアノード電流
の所定値は、この抵抗４７と４９によって設定すること
ができる。トランジスタ２５がオンになると、抵抗２６
と抵抗２９とが並列接続となり、過電圧しきい値レベル
は低く（第６図のＢレベル）なる。

電圧帰還手段１０９はスイッチング素子１０５のオン位
相タイミングで補巻線９の出力電圧をダイオード１９で
フィードバックする。ツェナーダイオードのオフセット
機能により、検知電圧が一定以上になると、前記比較回
路１５の出力設定部側の入力電圧を下げてオンパルス幅
を狭くして、マグネトロンの出力を抑制する。電流帰還
手段１１１は、マグネトロン電流を抵抗３７で電圧に変
換してダイオード３８でコンパレータII４６の反転入力
に入力する。その入力電圧が、抵抗４１，４２の分圧
（非反転入力）を越えると、コンパレータII４６の出力
はＬＯＷになり、前記比較回路１５の出力設定部側の入
力電圧を下げてオンパルス幅を狭くして、マグネトロン
の出力を抑制する。即ち電圧帰還手段１０９は電圧を一
定にすべく、電流帰還手段は電流を一定にすべくブレー
キ機能を持ち、合わせてマグネトロンの出力電力を一定
にするように制御している。

加熱スタート時で未だアノード電流が流れ始めていない
間は（第６図のＴ１−Ｔ２間）、電流帰還手段１１１の
入力がゼロで、コンパレータII４６の出力はＨＩＧＨで
ある。従って前記比較回路１５の出力設定部側の入力電
圧は高く、パルス信号のオン時間幅が広いので、発生す
るフライバック電圧は比較的大きい。ところが前記トラ
ンジスタ25がオフで、過電圧しきい値レベルを引き上げ
ているから（第６図のレベルＡ）、過電圧検出回路１１
０が動作してインバータ回路を一旦停止させるようなこ
とはない。そしてアノード電流が流れて電流帰還手段１
１１のフィードバックが始まると、マグネトロンの出力
が一定になるようにオンパルス幅が制御されて定常状態
に入る。前記所定のアノード電流を検出してトランジス
タ５１がオンすると、トランジスタ２５がオンになるか
ら、過電圧しきい値レベルは下がり（第６図のレベル
Ｂ）、以後過電圧異常を監視する。

前記、第６図でＴ４時点はＴ２時点とＴ３時点の間に終
了するように示しているが、アノード電流の所定検出値
を適当に選べば、Ｔ４＝Ｔ３にすることもできる。ま
た、前記の抵抗２９と並列にコンデンサを挿入して抵抗
２６と時定数を持たせることにより、第６図のＸカーブ
の立ち下がりを緩やかにすることもできる。

（発明の効果） この発明によれば、加熱スタート時のアノード電流が流
れ始める直前に発生する比較的大きなフライバック電圧
に過電圧検出回路が誤動作してしまうこと無く、かつ、
アノード電流が流れてからも、スイッチング素子を熱破
壊から守るべく適正な検出しきい値レベルの過電圧検出
回路を構成することができ、信頼性の高い周波数加熱装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック図 第２図は制御回路の出力信号と、スイッチング素子のコ
レクタ電流・コレクタ電圧波形図、 第３図は電源同期のスイッチング素子のコレクタ電圧波
形図、 第４図はスイッチング素子のＶｃｅの時間的変化を示す
タイムチャート 第５図はスイッチング素子のＩｃの時間的変化を示すタ
イムチャート 第６図はスイッチング素子のＶｃｅと本発明の過電圧検
出回路のしきい値レベルとの関係を示すタイムチャート 第７図は実施例の電気回路図、 第８図は第７図の電気回路の各部電圧波形図である。 １０１：整流・平滑回路，１０２：インバータ回路，１
０４：マグネトロン駆動用変圧器，１０５：半導体スイ
ッチング素子，１０６：駆動回路，１０８：制御回路，
１０９：電圧帰還手段，１１０：過電圧検出回路，１１
１：電流帰還手段，１１２：マグネトロン駆動回路，１
１３：マグネトロン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源を整流・平滑して直流電源を作る
   整流・平滑回路と、マグネトロン駆動用変圧器，該変圧
   器と並列もしくは直列接続された共振コンデンサ，前記
   変圧器と直列接続された半導体スイッチング素子にて構
   成されたインバータ回路と、前記半導体スイッチング素
   子を駆動する駆動回路と、該駆動回路を制御する制御回
   路と、前記変圧器の電圧を検出して制御回路に帰還させ
   る電圧帰還手段と、マグネトロンのアノード電流を検出
   して制御回路に帰還させる電流帰還手段と、前記変圧器
   の過電圧を検出する過電圧検出回路と、マグネトロン駆
   動回路及びマグネトロンを備えて成る高周波加熱装置に
   おいて、 加熱開始から上記電流帰還手段が所定のアノード電流を
   検出するまでは過電圧検出回路のしきい値を定常時より
   も高く設定するしきい値設定手段を備えたことを特徴と
   する高周波加熱装置。