JPH0644513B2 - 高周波発生装置 - Google Patents

高周波発生装置

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JPH0644513B2
JPH0644513B2 JP61298145A JP29814586A JPH0644513B2 JP H0644513 B2 JPH0644513 B2 JP H0644513B2 JP 61298145 A JP61298145 A JP 61298145A JP 29814586 A JP29814586 A JP 29814586A JP H0644513 B2 JPH0644513 B2 JP H0644513B2
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慈 楠木
直芳 前原
孝 丹羽
孝広 松本
大介 別荘
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波加熱器などに利用され、商用電源などの
電源により得られた電力を半導体スイッチを含み電力変
換器により高周波電力に変換した後トランスによりさら
に電力変換し、マグネトロンにその変換電力を供給し高
周波を発生する高周波発生装置に関するものである。
従来の技術 一般にこのような電力供給装置は、主として装置のトラ
ンスを小型・軽量・低コスト化することなどを目的とし
て様々な構成のものが提案されている。
第9図は、このような従来の高周波発生装置の1例であ
る。
このような構成で、トランジスタ6を20KHz〜100
KHz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、高周波発生装置の小
型化・低コスト化が可能であるというものである。
商用電源9の電力はダイオードブリッジ10により整流
され、単方向電源が形成されている。商用電源9と直流
電源回路13はインバータ14の電源を形成している。
なお11はチョークコイル、12は平滑コンデンサであ
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
ルタの役割をも果たしている。
インバータ14は共振コンデンサ5、トランス2、トラ
ンジスタ6、ダイオード7および駆動回路8より構成さ
れている。トランジスタ6は駆動回路8より供給される
ベース電流によって所定の周期とデューティ(オンオフ
時間比)でスイッチング動作する。この結果トランス2
の一次巻線には第3図(a)のようなコレクタ電流ICE)
とダイオード電流Idを中心とした電流が流れ、第3図
(b)のようなILが流れる。
トランス2の2次側には逆阻止特性を有し高周波を発生
するマグネトロン3が接続されこれにインバータ14に
より変換された電力を供給するものである。マグネトロ
ン3は等価的にダイオードDM、抵抗RM、ツェナーダイオ
ードZDMの直列接続体で表わされる負荷である。
マグネトロン3には第10図(b)のような電流IAが流れ
る。マグネトロン3の電圧VAKは同図(a)のようにな
る。これはトランス2がリーケージ型トランスとなって
いること、さらに逆バイアス電流バイパス手段であるコ
ンデンサCH4が負荷に並列に接続されていることによ
るものである。すなわちマグネトロン3は抵抗RM、ダ
イオードDM、ツェナーダイオードDDMの直列回路で置き
換えることができ、これに並列にコンデンサCHが接続
された構成である。
マグネトロン3は非線形であり、逆電圧(正方向電圧)
に対してはダイオードDMにより非常に大きなインピー
ダンス(ほぼ開放)となり、一方順電圧(負方向電圧)
に対してはある一定電圧(ZDMのツェナー電圧)をこえ
るまでは大きなインピーダンスとなり、この電圧をこえ
ると小さなインピーダンスとなる。マグネトロンの特性
を第8図に示す。
従って第10図(a)においてマグネトロン3の電圧VAK
が−4KVの時に負荷が導通し、低インピーダンスであ
るため一次側の電圧が上がってもほぼ−4KV程度を維
持する。又、この時負荷電流IAが流れる。
一方逆電流が印加されると負荷は非常に高いインピーダ
ンスとなるため、逆バイアスのバイパス用コンデンサC
H4を接続することにより同図(a)の様な電圧が発生す
る。この大きさは約10KV程度のものであり、コンデ
ンサCH4を大きくすることによりいく分小さくするこ
とはできるが、その分コンデンサCH4への充電電流が
増加し、トランスの巻線に生じる銅損が大きくなり発熱
による温度上昇が発生する。従ってほぼ最適なコンデン
サ容量では逆電圧が10KV程度となる。
発明が解決しようとする問題点 ところがこのような電力供給装置においては、この電圧
VAKが10KV程度のものが印加されることによりマグ
ネトロン3の両端子間からコロナ放電やアーク放電など
の絶縁破壊が発生し、装置を破損するに到る。又、この
電圧を小さくするため逆バイアスのバイパス用コンデン
サCH4の大きさを大きくすることによりいく分下げる
ことができるが、逆にコンデンサの充電電流が大きくな
り、トランス2の銅損が増加し発熱してトランスが絶縁
破壊により破損してしまう。この様にVAKを下げ、コロ
ナ放電やアーク放電を防止するのは非常に困難であると
いう問題があった。
本発明はこの様な従来の問題を解消するものであり、ト
ランスの銅損の増加をおさえてかつ逆方向の印加電圧を
小さくすることで、コロナ放電やアーク放電による装置
の破損をなくすることを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記目的を達するため、本発明の高周波発生装置は、商
用電源などの電源と、半導体スイッチとその駆動手段を
有し高周波電力を発生する電力変換器と、逆阻止特性を
有し高周波を発生すマグネトロンと、このマグネトロン
に先に電力変換された電力を供給するトランスと、前記
マグネトロンに並列に接続された逆バイアス電流バイア
ス手段であるコンデンサと、電力変換器の動作周波数の
約3倍の共振周波数を有し、かつ電力変換器に同調動作
する同調回路要素を設ける構成である。又同調回路要素
は動作周波数の高調波とほぼ同一にする構成である。
そしてこの同調回路要素はトランスに巻線を追加して結
合し、この巻線の負荷としてコンデンサを接続する。こ
の時の負荷に接続された巻線と同調回路要素の巻線の各
一端子どうしを接続し、各巻線の他方の端子に発生する
電圧の極性を同じにする構成である。
作用 本発明の高周波発生装置は、電力変換器の基本動作に同
調回路要素を結合することにより、電力変換器の基本波
に同調回路要素の波形をのせることにより、基本波形を
歪ませてピーク値の低い波形に変えることにより逆側の
発生電圧を下げるというものであり、コロナ放電やアー
ク放電の発生を防止するとともに、トランスの銅損によ
る発熱も増すことがないという効果を有するものであ
る。
又同調回路要素の構成はトランスに巻線を追加してかつ
前述のような極性に接続することにより各巻線間の発生
電圧の極性が同じとなるため、巻線間の耐圧を大きくす
る必要がない。又、巻線間どうしでのコロナ放電やアー
ク放電等の恐れもない。
実施例 以下、本発明の一実施例について図面に基づき説明す
る。
第1図に示すように、商用電源9は直流電源回路13に
送られ電力変換器であるインバータ14に供給される。
商用電源9と直流電流13はインバータ14の電源を形
成している。インバータ14は半導体スイッチ(トラン
ジスタ)6やダイオード7等より成り、トランス2を付
勢して逆阻止特性を有するマグネトロン3に変換された
電力を供給するものである。マグネトロン3は等価的に
ダイオードDM、抵抗RM、ツェナーダイオードZDMの
直列接続体で表わされる負荷である。
トランジスタ6、ダイオード7、トランスの一次巻線、
共振コンデンサ5に流れる電流は、それぞれ第3図
(a)、(b)、(c)のようになる。すなわちトランジスタ6
の電流ICE、ダイオード7の電流Idは第1図(a)の様
に流れる。そしてトランス2の一次巻線には同図(b)の
ような高周波電流ILが流れる。共振コンデンサ5には同
図(c)のような電流IC1が流れる。これらの波形はトラ
ンジスタ6のON−OFFによって流れるものである。
すなわち、トランジスタ6がONの時(第3図(a)に示
す)にはトランス2の一次側にほぼICEと同じ電流が流
れ、このON時間が所定時間経過した時、トランジスタ
6をOFFする。その時トランス2の一次側に流れてい
た電流は、トランス2のインダクンス成分と共振用コン
デンサとの間で発振し、トランジスタ6がOFF時では
同図(b)、(c)に示す様な発振電流が流れる。そしてこの
発振周期のほぼ半サンクル〜1サイクル程度のOFF時
間経過後に再びトランジスタ6をONする。そして再び
トランス2の一次巻線のインダクタンス成分に電流が流
れ同図(a)、(b)に示す様な電流が流れる。以上の様な動
作を繰り返して発振が継続し、高周波電力に電力変換さ
れる。
一方トランス2の2次側の各動作電圧電流波形を第4図
に示す。マグネトロン3の電圧VAKは同図(a)、電流IA
は同図(b)に示す。すなわちトランス2がマグネトロン
が導通する方向に電圧が発生した時、マグネトロン3の
ツェナー電圧に相当する電圧を超えるとマグネトロン3
が導通して電流IAが流れる。そしてこの時の電圧VAKは
ほぼツェナー電圧程度に維持される。一般にマグネトロ
ンの場合は−4KV程度となる。
さてトランス2がマグネトロン3の非導通方向に電圧が
発生した時は、マグネトロン3の電流IAは流れず、逆バ
イアスのバイパス用コンデンサCH4を流れる。そしてそ
の時の電圧VAKは−6KV程度発生する。さてここで、
従来の高周波発生装置ではこれが−10KV以上発生し
ていた。ところが本発明の高周波発生装置では−6KV
程度である。これは第1図に示す同調回路要素1を設け
ることにより実現できる。すなわちこの同調回路要素1
を、インバータ14の動作周波数の約3倍の周波数に共
振時を有する定数とする。この共振周波数はインバータ
14の動作周波数の第3高周波にすることが最も効果的
である。第1図の実施例では、トランス2に巻線T3を追
加し、その追加巻線T3にコンデンサC3を接線し、このT3
とC3の動作状態での共振周波数をインバータ14の動作
周波数の第3高調波にする。そして、この同調回路要素
1とトランス2の2次側とは鉄心を通じて磁気結合した
構成である。
以上の様な構成でVAKが6KVに下がる理由を第5図に
説明する。同図の点線は従来の同調回路要素1がない場
合の電圧波形であり10KV程度発生する。これに本発
明の同調回路要素1が付加された場合の電圧波形を実線
で示す。この場合の同調回路要素1の共振周波数はイン
バータ14の動作周波数の第3高調波に設定する。従っ
て、従来の10KVも発生していた電圧波形(点線で示
す)に同調回路要素1の第3高調波の周波数(一点鎖線
で示す)が重複することにより、実線で示す低い電圧の
波形となる。
さて、同調回路要素1による効果は以上の通りである
が、第1図に示す同調回路要素以外にもその実現方法は
ある。第1図に示す同調回路要素1とトランス2を含む
点線で囲んだ部分の他の実施例を第2図(a)、(b)に示
す。これはトランス2に間線を追加し、これにコンデン
サを接線したものである。
第1図に示す同調回路要素1には第4図(c)に示す電圧
VC3が発生し、同図(d)に示す様な電流IC3が流れる。
この波形はインバータ14の動作周波数の3倍周波数に
負荷電圧が重複したものである。この電圧VC3と電圧V
AKの極性が同じになる様に第1図に示すトランス2の巻
線を構成している。すなわち、負荷に接続された巻線T2
と同調回路要素1の巻線T3の各々の一端子どうしを接続
する。そして、各巻線のもう一方の端子の発生電圧の極
性を同じ極性にする。こうすることによりT2とT3の電圧
差が小さくなり、T2とT3の巻線間の耐圧を小さくするこ
とができる。この理由をトランスの巻線の構成を基にし
て第6図で説明する。
第6図において、201はコアであり、T2は一次側、T2
は負荷用巻線、T3は同調回路用巻線を示す。T2とT3のそ
れぞれの中心に近い方すなわちT2S部とT3Sを接続する。
そして外側の端子T2EとT3Eの発生電圧の極性を同じにな
る様に巻方向を構成する。こうすることにより巻線T2と
T3の間の電圧差が小さくなり、巻線間でのコロナ放電や
アーク放電がなく又、巻線T2とT3の耐圧も小さくてよ
く、空間距離も小さくすることができ、その結果トラン
スも小さくできる。もし逆極性であればT2EとT3E間には
大きな電圧が生じコロナ放電やアーク放電が生じ破損す
る。
第7図は負荷用間線T2および同調回路巻線T3を分割巻き
にした場合の構造図を示す。この場合もT2SとT3Sを接続
する。そしてT2EおよびT3Eには同極性の電圧が発生する
ため、T2E−T3E間の電圧差は小さくコロナ放電やアーク
放電の恐れもない。又、T2E−T3E間の距離も小さくでき
その結果小型のトランスができる。もし逆極性であれば
T2E−T3E間には大きな電圧が生じコロナ放電やアーク放
電によってトランスが破損する。
発明の効果 以上の様に本発明の高周波発生装置によれば次の効果を
得ることができる。
(1)トランスの巻線間の電圧を下げることができ、コロ
ナ放電やアーク放電のないトランスが実現できる。
(2)トランスの巻線間の距離を小さくでき小型のトラン
スができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である高周波発生装置の回路
図、第2図は同回路図中の同調回路要素の他の実施例を
示す回路図、第3図および第4図はそれぞれ同回路図の
動作波形図、第5図は同回路の要部説明のための波形
図、第6図および第7図は同トランスの構造を示す断面
図、第8図は同マグネトロンの動作特性図、第9図は従
来の高周波発生装置の回路図、第10図は同回路の波形
図である。 1……同調回路要素、2……トランス、3……マグネト
ロン、4……逆バイアスのバイパス用コンデンサ、5…
…共振コンデンサ、6……半導体スイッチ(トランジス
タ)、7……ダイオード、8……駆動回路、9……商用
電源、10……ダイオードブリッジ、11……チョーク
コイル、12……平滑コンデンサ、13……直流電源回
路、14……インバータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前原 直芳 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 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 松本 孝広 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 (56)参考文献 特開 昭61−259488(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】商用電源、電池等の電源と、少なくとも1
    つの半導体スイッチとその駆動手段を有し高周波電力を
    発生する電力変換器と、逆阻止特性を有し高周波を発生
    するマグネトロンと、このマグネトロンに前記電力変換
    器の発生電力を昇圧して供給するトランスと、前記マグ
    ネトロンに並列に接続された逆バイアス電流のバイパス
    用コンデンサと、前記電力変換器の動作周波数の約3倍
    の共振周波数を有する同調回路要素を備え、前記同調回
    路要素は前記トランスに巻線を設けて結合し、前記同調
    回路要素の巻線の片方の端子と前記マグネトロンに接続
    された巻線の片方の端子とを接続するとともに前記同調
    回路要素の巻線のもう一方の端子および前記マグネトロ
    ンに接続された巻線のもう一方の端子の各発生電圧を同
    極性にする構成とした高周波発生装置。
  2. 【請求項2】同調回路要素の巻線に負荷として容量性負
    荷を接続する構成とした特許請求の範囲第1項記載の高
    周波発生装置。
JP61298145A 1986-12-15 1986-12-15 高周波発生装置 Expired - Fee Related JPH0644513B2 (ja)

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