JPH07142163A

JPH07142163A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH07142163A
Application number: JP29157493A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Ishio; 嘉朗石尾; Daisuke Betsusou; 大介別莊; Haruo Suenaga; 治雄末永; Yuji Nakabayashi; 裕治中林; Kazuho Sakamoto; 和穂坂本; Shiro Takeshita; 志郎竹下; Toyotsugu Matsukura; 豊継松倉; Makoto Shibuya; 誠渋谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体スイッチング素子を有するインバータ
電源を用いた高周波加熱装置において、マグネトロンに
流れる電流と入力電流を比較することで半導体スイッチ
ング素子を制御し、マイクロ波出力を制御することによ
り信頼性、安全性の向上を図る。【構成】マグネトロンの温度特性を把握することが可
能な高圧整流回路６のダイオード電流を検出するダイオ
ード電流検出部９と、出力設定信号を出力する操作部１
０を有するとともに、ダイオード電流検出部９からの信
号で操作部１０からの出力設定信号を制御する出力設定
信号制御部１１とで構成され、制御部８に入力される入
力電流検出部１２からの信号と、出力設定信号制御部１
１からの信号を比較し、制御部８において半導体スイッ
チング素子３を制御し、マイクロ波出力の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導加熱を利用して、
食品、液体、あるいは触媒などを加熱する高周波加熱装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高周波加熱装置の電源装置は、い
わゆる鉄共振型トランスを用いたものが長い間用いられ
ていた。しかし近年では、半導体スイッチング素子の進
歩により大電力を扱うインバータ電源が比較的低価格で
実用に供され得るようになり、２０ＫＨｚ程度の共振型
高周波インバータを用いたものが実用化されている。

【０００３】以下に、従来の高周波加熱装置の構成を図
７を用いて説明する。図７は、従来の高周波加熱装置の
回路構成を示す図である。図において、商用電源１は整
流器２で直流に整流され、コンデンサや半導体スイッチ
ング素子３を有するインバータ回路４により高周波の交
流電力に変換される。インバータ回路４により得られる
高周波の交流電力は、トランス５に印加される。トラン
ス５はインバータ回路４で発生した高周波交流出力を印
加する１次巻線と、昇圧して高電圧を発生する２次巻線
と、マグネトロン７のフィラメントに電流を供給する３
次巻線からなる。

【０００４】２次巻線で発生した交流高電圧は高圧整流
回路６で直流高電圧に変換され、直流高電圧はマグネト
ロン７のカソードとアノード間に印加されマグネトロン
７を付勢する。

【０００５】制御部８は半導体スイッチング素子３を制
御する部分であり、マグネトロン７の冷却性能低下のた
めに温度が上昇した場合や、モーディング等の異常が発
生し温度が上昇した場合、特開平５−４７４６７号公報
に示すようにマグネトロン７を保護するために絶縁物を
介して取り付けられたサーミスタ１６が異常を検出し、
その検出信号と比較部１７の基準設定信号とを比較しそ
の出力信号を制御部８が受け、制御部８が半導体スイッ
チング素子３を制御し、マイクロ波出力を制御するもの
である。

【０００６】また、半導体スイッチング素子３がある設
定された温度基準値よりも温度が上昇した場合、特開平
３−７１５８９号公報に示すように半導体スイッチング
素子３を保護するためにケース表面に絶縁物を介して取
り付けられたサーミスタ１８が異常を検出し、その検出
信号と比較部１９の基準設定信号と比較し、その出力信
号を制御部８が受け、制御部８が半導体スイッチング素
子３を制御しマイクロ波出力を制御するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の構成では、マグネトロン７の温度をサーミスタ１
６で検出する方法のため、サーミスタ１６をマグネトロ
ン７に取り付ける際、絶縁物を介して取り付ける必要が
あり、また、マグネトロン７を冷却する冷却条件およ
び、サーミスタ１６をマグネトロン７に取り付ける箇所
によってサーミスタ１６の温度検出値が変化してしま
い、制御部の基準設定信号を変更しなければならないと
いう課題があった。

【０００８】また、高圧整流回路６の構成について、従
来のものは半波倍電圧整流回路であり、半波倍電圧整流
回路では、マグネトロン７に流れるアノード電流のピー
ク値が高くなり、マグネトロン７の寿命が短くなるとい
う課題があった。

【０００９】さらに、半導体スイッチング素子３の熱破
壊防止のためには、半導体スイッチング素子３の温度を
把握する必要があったので、半導体スイッチング素子３
のケース表面に絶縁物を介してサーミスタ１８を取り付
ける必要があった。しかし、コスト的にも高くなり、冷
却条件によってサーミスタ１８の検出値が変化し、正確
な半導体スイッチング素子３のケース表面温度を把握す
ることができないという課題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、半導
体スイッチング素子を制御し、マイクロ波を制御するこ
とで信頼性、安全性の向上を図ることを目的とする。

【００１１】

【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、蓄電池または商用電源を整流器で直流に整
流され、コンデンサと半導体スイッチング素子を有し、
直流電源の電力を高周波の交流電力に変換するインバー
タ回路と、インバータ回路の出力を昇圧するトランス
と、トランスで昇圧された交流高電圧を直流高電圧に変
換する高圧整流回路と、高圧整流回路により発生する直
流高電圧で付勢され、被加熱物を加熱するマグネトロン
と、半導体スイッチング素子を制御する制御部と、入力
電流を検出する入力電流検出部と、マグネトロンの温度
特性を把握することが可能な高圧整流回路のダイオード
電流を検出するダイオード電流検出部と、出力設定信号
を出力する操作部を有するとともに、ダイオード電流検
出部からの信号で操作部からの出力設定信号を制御する
出力設定信号制御部とで構成され、制御部に入力される
入力電流検出部からの信号と、出力設定信号制御部から
の信号を比較し、制御部において半導体スイッチング素
子を制御し、マイクロ波出力を制御する構成としたもの
である。

【００１２】また、高圧整流回路が２つのダイオードお
よび２つの容量の異なるコンデンサで構成された両波倍
電圧整流回路と、半導体スイッチング素子が導通したと
きに、トランスによって誘導されて、両波倍電圧整流回
路の２つのダイオードの内、電流が流れる方のダイオー
ド電流を検出し、かつ、そのダイオード電流を検出する
ことでマグネトロンの温度特性を把握することが可能な
ダイオード電流検出部と、出力設定信号を出力する操作
部を有するとともに、ダイオード電流検出部からの信号
で操作部からの出力設定信号を制御する出力設定信号制
御部とで構成され、制御部に入力される入力電流検出部
からの信号と、出力設定信号制御部からの信号を比較
し、制御部において半導体スイッチング素子を制御し、
マイクロ波出力を制御する構成としたものである。

【００１３】さらに、半導体スイッチング素子の端子と
接続される、インバータプリント基板のパターン上に感
温抵抗を設けることで、半導体スイッチング素子の温度
を把握することが可能な構成とし、制御部の基準設定信
号と感温抵抗の出力値とを大小比較し、制御部において
半導体スイッチング素子を制御し、マイクロ波出力を制
御する構成としたものである。

【００１４】

【作用】本発明は上記した構成において、入力電流を検
出する入力電流検出部と、高圧整流回路のダイオード電
流を検出するダイオード電流検出部と、出力設定信号を
出力する操作部とを有し、ダイオード電流検出部からの
信号で操作部からの出力設定信号を制御する出力設定信
号制御部とを設け、制御部に入力される入力電流検出部
からの信号と、出力設定信号制御部からの信号を制御部
において比較し、半導体スイッチング素子を制御し、マ
イクロ波出力を制御する構成により、マグネトロンの温
度特性をダイオード電流で容易にかつ確実に検出するこ
とができ、マグネトロンのモーディングや信頼性低下お
よび破壊が生じる前に、半導体スイッチング素子を制御
しマイクロ波出力を制御せしめるものである。

【００１５】また、高圧整流回路が２つのダイオードお
よび２つの容量の異なるコンデンサで構成された両波倍
電圧整流回路と、半導体スイッチング素子が導通したと
きに、トランスによって誘導され、両波倍電圧整流回路
の２つのダイオードの内、電流が流れる方のダイオード
電流を検出するダイオード電流検出部と、入力電流を検
出する入力電流検出部と、出力設定信号を出力する操作
部とを有し、ダイオード電流検出部からの出力設定信号
で操作部からの出力設定信号を制御する出力設定信号制
御部とを設け、制御部に入力される入力電流検出部から
の信号と、出力設定信号制御部からの信号とを制御部に
おいて比較し、半導体スイッチング素子を制御する構成
により、マグネトロンの温度特性をダイオード電流で容
易にかつ確実に検出することができ、マグネトロンのモ
ーディングや信頼性低下および破壊が生じる前に半導体
スイッチング素子を制御し、マイクロ波出力を制御する
ものであり、かつ、両波倍電圧整流回路構成とすること
で、マグネトロンに流れる電流のピーク値を下げること
が可能となり、マグネトロンの寿命を大幅に向上せしめ
るものである。

【００１６】さらに、半導体スイッチング素子の端子と
接続されるインバータプリント基板のパターン上に感温
抵抗を設け、制御部の基準設定信号と感温抵抗の出力値
とを比較することで半導体スイッチング素子の温度を容
易に検出することが可能となり、半導体スイッチング素
子の熱破壊や、信頼性低下が生じる前に、半導体スイッ
チング素子を制御し、マイクロ波出力を制御せしめるも
のである。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図１
〜図３を参照して説明する。なお、従来例で説明したも
のと同一構成部材には同一番号を用いる。図１は本発明
の第１の実施例を示す高周波加熱装置の回路図である。

【００１８】図１において、商用電源１は整流器２で直
流に整流され、コンデンサや半導体スイッチング素子３
を有するインバータ回路４により、高周波の交流電力に
変換される。インバータ回路４は、一石式の電圧共振型
回路構成を用いている。インバータ回路４で得られた高
周波交流電力はトランス５に印加される。トランス５
は、インバータ回路４で発生した高周波交流出力を印加
する１次巻線と、昇圧して高電圧を発生する２次巻線
と、低電圧を発生する３次巻線とからなる。２次巻線で
発生した交流高電圧は高圧整流回路６で直流高電圧に変
換され、直流高電圧はマグネトロン７のアノードとカソ
ード間に印加されマグネトロン７を付勢する。

【００１９】インバータ回路４は、一石式の電圧共振回
路構成を用いており、半導体スイッチング素子３のオン
時間を制御部８で制御することにより、マグネトロン７
が発生するマイクロ波出力を可変することができる。マ
イクロ波出力を増加させたいときにはオン時間を長くす
ることにより、制御部８から半導体スイッチング素子３
に与える駆動信号の周波数が低くなり、インバータ回路
４の動作周波数は低くなる。反対に、マイクロ波出力を
低下させたいときには、オン時間を短くすることによ
り、制御部８から半導体スイッチング素子３に与える駆
動信号の周波数が高くなり、インバータ回路４の動作周
波数は高くなる。

【００２０】図２は、マグネトロン７の温度Ｔｍａｇと
マグネトロン発振電圧Ｅｂｍおよび、マグネトロン７の
アノード電流Ｉａの時間的関係グラフである。マグネト
ロン７はこのグラフで示すような温度特性を持ったもの
であり、マグネトロン温度Ｔｍａｇが上昇すると、アノ
ード電流Ｉａが増加し、発振電圧Ｅｂｍが減少するとい
う関係を有している。よって、マグネトロン７のアノー
ド電流Ｉａを検出することで、マグネトロン７の温度を
把握することが可能である。

【００２１】図３において、（ａ）はアノード電流を検
出するために、高圧整流回路６のアース側に配置された
ダイオードに流れる電流Ｉｄをダイオード電流検出部９
において検出した信号を表したものである。時刻ｔ１に
おいて、ダイオード電流Ｉｄがマグネトロン７の信頼性
およびモーディング等を考慮した基準の設定値を越えた
場合、（ｂ）に示すように、出力設定信号制御部１１に
おいて操作部１０からの出力設定信号Ｖｐを減少させＶ
ｐ１となり、半導体スイッチング素子３のオン時間を短
くする。そして、制御部８において入力電流検出部１２
から信号と出力設定信号制御部１１からの信号Ｖｐ１と
を比較し、出力設定信号制御部１１の信号Ｖｐ１が入力
電流で決まるある設定値を越えた場合、制御部８におい
てＶｐ１で半導体スイッチング素子３を制御し、マイク
ロ波出力を低下させる。その様子を（ｃ）に示す。

【００２２】（実施例２）本発明の第２の実施例につい
て図４を参照して説明する。なお、第１の実施例で説明
したものと同一構成部材には同一番号を用い、その説明
を省略する。図４はトランス５の構成をフォワード型と
し、高圧整流回路を両波倍電圧整流回路構成とした高周
波加熱装置の回路図である。

【００２３】図４において、両波倍電圧整流回路１３は
２つのダイオードと２つの容量の異なるコンデンサから
構成されており、トランス５の構成をフォワード型とす
ることで、半導体スイッチング素子３が導通したときに
図４の矢印の方向に電流が流れ、閉回路を構成する。そ
して、マグネトロン７のアノード電流の最大値のバラン
スをとるために、２つの容量の異なるコンデンサの内、
容量の小さいものをアース側に配置する。

【００２４】上記構成において、その動作は第１の実施
例で説明したものと同様である。（実施例３）本発明の第３の実施例について図５および
図６を参照して説明する。

【００２５】図５は本発明の第３の実施例の高周波加熱
装置の回路図、図６は同、プリント基板上の感温抵抗を
示す斜視図である。図６に示すような、半導体スイッチ
ング素子３の端子と接続され得るインバータ回路４のプ
リント基板１４のパターン上に感温抵抗１５を設ける構
成とすることで、半導体スイッチング素子３の温度をダ
イレクトに検出することが可能となり、冷却性能低下お
よび、誤動作等で半導体スイッチング素子３の温度が上
昇した場合、その出力信号と制御部８の基準設定信号と
を比較し、マイクロ波出力を低下せしめるものである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の高周波加熱
装置は、以下に述べる効果を有する。

【００２７】すなわち、マグネトロンの温度特性を高圧
整流回路のダイオード電流で把握することが可能なダイ
オード電流検出部と、入力電流検出部と半導体スイッチ
ング素子を制御する制御部とを設け、マグネトロン温度
が上昇した場合に、制御部が半導体スイッチング素子を
制御し、マイクロ波出力を低下させる構成とすることに
より、マグネトロンのモーディングや信頼性低下および
破壊が生じる前にマイクロ波出力を低下せしめることが
可能となり、極めて高い信頼性と安全性を有する高周波
加熱装置を実現できる。

【００２８】また、トランス構成をフォワード型とし、
高圧整流回路を２つのダイオードと２つの容量の異なる
コンデンサとからなる両波倍電圧整流回路構成とするこ
とで、マグネトロンに流れる電流のピーク値を下げるこ
とが可能となり、マグネトロンの寿命を大幅に向上せし
めることが可能になる。そして、ダイオード電流検出部
と入力電流検出部および制御部とを設けることにより、
マグネトロンのモーディングや信頼性低下および破壊が
生じる前にマイクロ波出力を低下せしめることが可能と
なり、極めて高い信頼性と安全性を有する高周波加熱装
置を実現できる。

【００２９】さらに、インバータ回路の半導体スイッチ
ング素子と接続される箇所に感温抵抗を設けることで、
半導体スイッチング素子の温度をダイレクトに検出する
ことが可能となり、半導体スイッチング素子の破壊や信
頼性低下が生じる前にマイクロ波出力を低下せしめるこ
とが可能となり、極めて高い信頼性と安全性を有する高
周波加熱装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の高周波加熱装置の回路
図

【図２】同、マグネトロン温度とＩａおよびＥｂｍ特性
図

【図３】（ａ）は同、ダイオード電流の変化を示す特性
図（ｂ）は同、出力設定信号の変化を示す特性図（ｃ）は同、マイクロ波出力の変化を示す特性図

【図４】本発明の第２の実施例の高周波加熱装置の回路
図

【図５】本発明の第３の実施例の高周波加熱装置の回路
図

【図６】同、インバータ回路のプリント基板上の感温抵
抗を示す斜視図

【図７】従来の高周波加熱装置の回路図

【符号の説明】

１商用電源２整流器３半導体スイッチング素子４インバータ回路５トランス６高圧整流回路７マグネトロン８制御部９ダイオード電流検出部１０操作部１１出力設定信号制御部１２入力電流検出部１３両波倍電圧整流回路１４プリント基板１５感温抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中林裕治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)発明者竹下志郎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)発明者松倉豊継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)発明者渋谷誠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】蓄電池または商用電源を整流器で直流に
整流され、コンデンサや半導体スイッチング素子を有
し、前記直流電源の電力を高周波の交流電力に変換する
インバータ回路と、前記インバータ回路の出力を昇圧す
るトランスと、前記トランスで昇圧された交流高電圧を
直流高電圧に変換する高圧整流回路と、前記高圧整流回
路により発生する直流高電圧で付勢され、被加熱物を加
熱するマグネトロンと、前記半導体スイッチング素子を
制御する制御部と、入力電流を検出する入力電流検出部
と、前記マグネトロンの温度特性を把握することが可能
な前記高圧整流回路のダイオード電流を検出するダイオ
ード電流検出部と、出力設定信号を出力する操作部を有
するとともに、前記ダイオード電流検出部からの信号で
前記操作部からの出力設定信号を制御する出力設定信号
制御部とで構成され、前記制御部に入力される前記入力
電流検出部からの信号と、前記出力設定信号制御部から
の信号を比較し、前記制御部において前記半導体スイッ
チング素子を制御し、マイクロ波出力を制御する構成と
した高周波加熱装置。
【請求項２】蓄電池または商用電源を整流器で直流に
整流され、コンデンサや半導体スイッチング素子を有
し、前記直流電源の電力を高周波の交流電力に変換する
インバータ回路と、前記インバータ回路の出力を昇圧す
るトランスと、前記トランスで昇圧された交流高電圧を
直流高電圧に変換する２つのダイオードおよび２つの容
量の異なるコンデンサで構成された両波倍電圧整流回路
と、前記両波倍電圧整流回路により発生する直流高電圧
で付勢され、被加熱物を加熱するマグネトロンと、前記
半導体スイッチング素子を制御する制御部と、入力電流
を検出する入力電流検出部と、前記半導体スイッチング
素子が導通したときに、前記トランスによって誘導され
て、前記両波倍電圧整流回路で構成された２つのダイオ
ードの内の電流が流れる方のダイオード電流を検出し、
かつ、そのダイオード電流を検出することで前記マグネ
トロンの温度特性を把握することが可能なダイオード電
流検出部と、出力設定信号を出力する操作部を有すると
ともに、前記ダイオード電流検出部からの信号で前記操
作部からの出力設定信号を制御する出力設定信号制御部
とで構成され、前記制御部に入力される前記入力電流検
出部からの信号と、前記出力設定信号制御部からの信号
を比較し、前記制御部において前記半導体スイッチング
素子を制御し、マイクロ波出力を制御する構成とした高
周波加熱装置。
【請求項３】蓄電池または商用電源を整流器で直流に
整流され、コンデンサや半導体スイッチング素子を有
し、前記直流電源の電力を高周波の交流電力に変換する
インバータ回路と、前記インバータ回路の出力を昇圧す
るトランスと、前記トランスで昇圧された交流高電圧を
直流高電圧に変換する高圧整流回路と、前記高圧整流回
路により発生する直流高電圧で付勢され、被加熱物を加
熱するマグネトロンと、前記半導体スイッチング素子を
制御する制御部とを設け、前記半導体スイッチング素子
の端子と接続される前記インバータ回路のプリント基板
のパターン上に感温抵抗を設けることで、前記半導体ス
イッチング素子の温度を把握することが可能である構成
とし、前記制御部の基準設定信号と前記感温抵抗の出力
値とを大小比較し、前記制御部において前記半導体スイ
ッチング素子を制御し、マイクロ波出力を制御する構成
とした高周波加熱装置。