JPH084035B2 - 電力供給装置 - Google Patents

電力供給装置

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JPH084035B2
JPH084035B2 JP62117340A JP11734087A JPH084035B2 JP H084035 B2 JPH084035 B2 JP H084035B2 JP 62117340 A JP62117340 A JP 62117340A JP 11734087 A JP11734087 A JP 11734087A JP H084035 B2 JPH084035 B2 JP H084035B2
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magnetron
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semiconductor switch
filament
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和穂 坂本
直芳 前原
孝 丹羽
治雄 未永
孝広 松本
大介 別荘
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

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む電力
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、マグネトロン負荷にその変換電力を供
給する電力供給装置に関するものである。
従来の技術 従来の電子レンジに用いられているマグネトロン用電
源装置は50〜60Hzの低周波リーケージトランスであり、
大型で重いため、電子レンジの小形化,軽量化を防げて
いた。これに対して、前記問題を解決すべく高周波駆動
による電源装置が開発されつつある。
従来の例えば第7図に示す特開昭61−263091号公報で
述られている高周波駆動されたマグネトロン用電源装置
では高周波トランス1の2次側1aにマグネトロン9が接
続され、マグネトロン9のフィラメント9dに高圧トラン
ス1のフィラメント用巻線1cを接続した構成となってい
る。そしてフィラメント用巻線1cの電圧はマグネトロン
チョークコイル9bでの電圧降下分を加えた電圧を供給す
る構成となっている。これは高圧トランス1を高周波で
駆動するため、マグネトロンチョークコイル9bのインピ
ーダンスが影響し、フィラメントにかかる電圧が降下す
るためである。さらに前述の特開昭61−263091号公報の
発明の詳細な説明の項中でフィラメント電力として従来
の低周波用トランスを用いた場合に比べ約1.5倍の電力
を供給する構成が開示されている。
さらにマグネトロン9を起動する場合には、マグネト
ロン9のフィラメント9dが冷えてマグネトロン9は発振
せず、フィラメント9dが熱せられるまでは両端の電圧V
AKは大きなものとなり10KVを超えるものが発生する。こ
のことにより絶縁破壊やアーク放電が生じ正常起動がで
きなくなるという問題があった。従って低周波トランス
を用いた場合の1.5倍の電力をフィラメントに入力する
ことにより、起動時におけるフィラメント9dの加熱時間
を短くして、早く、スムーズに起動させようとするもの
である。
以上の様に従来の電力供給装置は、起動時に短期間で
起動するためにも大きな電力をフィラメント9dに入力せ
ざるを得なかった。
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、フィラ
メントに大きな電力を投入するため、無駄な電力を消費
することとなり効率の低いものとなってしまう。又、マ
グネトロン9のフィラメント9dにも大きな電力が供給さ
れてフィラメント9dの温度が高くなりすぎて、フィラメ
ント9dの寿命が短くなってしまうという問題があった。
さらに起動時には短期間ではあるが大きな電圧が発生
し、絶縁破壊やアーク放電が発生する。
本発明はこのような従来の問題点を解消するものであ
り、マグネトロン9のフィラメント9dには従来の低周波
トランスを用いた場合と同程度(0.9〜1.2倍)の電力を
供給して、フィラメント9dの寿命を確保するとともに、
消費電力の省力を目的とする。さらに起動時において
は、発振周波数を低くして高電圧を発生せずしてフィラ
メント9dへの入力を増加し、すみやかな起動を実現す
る。
問題点を解決するための手段 上記目的を達するため、本発明の電力供給装置は、半
導体スイッチの電圧を検出する手段を設け、この電圧に
同期して発振を制御する構成とし、共振回路を構成する
高周波トランスおよび共振コンデンサ等の回路特性を半
導体スイッチのON時間の長さにより共振周波数が変化す
る定数にする。すなわち半導体スイッチがONからOFFに
変化した時点から検出手段が所定の電圧を検出して半導
体スイッチをONするタイミングを検出するまでの時間
(以後OFF時間という)が半導体スイッチのON時間によ
って変化する。具体的には半導体スイッチのON時間があ
る値よりも短い時の方が長い時よりもOFF時間が長くな
る回路定数に設定する構成である。すなわちOFF時間が
長くなると周波数は低くなる。
以上の構成により、半導体スイッチのON時間が短い時
はマグネトロンの電圧は小さく、かつこの時の周波数は
低くなる。従って起動時はON時間を短くすることにより
マグネトロンの電圧は低くて放電等の恐れがない。さら
にこのときの発振周波数が低いため、マグネトロンチョ
ークのインピーダンスも小さくなってフィラメントへの
入力も大きくできる。この様に起動時には周波数が下が
り、かつマグネトロンの電圧も小さいため、スムーズな
起動が実現できる。又、起動後も、半導体スイッチのON
時間を長くすることによってマグネトロンへの入力は大
きくできかつフィライントには周波数が高くなるためマ
グネトロンチョークコイルによって電流が抑制され適度
な値となる。
作用 本発明の電力供給装置は、起動時はマグネトロンの電
圧が低くかつ周波数が下がるためフィラメント電流も大
きく、起動がスムーズとなる。さらに起動時ならびに起
動後の通常発振中の両方において半導体スイッチの電圧
に同期して共振動作するため、半導体のスイッチング損
失も少なくて発熱も少ない。
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図に示す様に本発明の電力供給装置の特徴は半導
体スイッチ3の電圧VCEを電圧検出回路5により検出
し、VCEに同期して半導体スイッチ3を制御回路7によ
ってON,OFF制御するものである。起動時はON時間を短く
してマグネトロン9の電圧VAKを低くするとともに共振
周波数を下げてフィラメント9dへの電流を大きくして早
く起動させる。その後タイマー8により所定時間後にON
時間を長くして共振周波数を上げてフィラメント9dへの
電流をおさえ、かつマグネトロン発振管9aへの入力を大
きくして高周波出力を得ようとするものである。第2図
は、第1図のタイマー8のかわりにマグネトロンの発振
を検知し、マグネトロンが発振するとVAKが下がるのを
検知してON時間を短い状態から長い状態に切換えるもの
である。
この第1図に示す回路の動作を説明する。商用電源を
ダイオードブリッジ12により整流しチョーク13および平
滑コンデンサ14により直流電源を形成している。共振回
路は共振用コンデンサ2および高周波トランス1より成
り半導体スイッチ3やダイオード4により発振させてい
る。そして高周波トランスの2次側に高圧コンデンサ10
および高圧ダイオード11により半波倍圧回路を構成しそ
の電圧をマグネトロン9に印加している。マグネトロン
発振管9aおよび熱陰極としてのフィラメント9dより発振
係を形成している。又、高周波ノイズの外部への漏洩を
抑えるためチョークコイル9bおよびコンデンサ9cにより
フィルターを形成している。入力比較回路6はカレント
トランス15により入力を検知し、その入力が所定値と比
較した結果を制御回路7に出力する。電圧検出回路5は
半導体スイッチ3の電圧を検出し、所定電圧になった時
点を検出して制御回路7に結果を出力する。タイマー8
は起動時に一定時間経過した時に結果を制御回路7に出
力する。制御回路7は、電圧検出回路5の出力に同期し
て半導体スイッチ5ONする。そしてタイマー8からの出
力がくるまではこのONタイムを短くし、フィラメント9d
が熱せられるのを待ち、タイマー8からの出力がきてか
らはONタイムを長くする。この時のONタイムの長さは入
力比較回路6の出力によって決定する。ONタイムが長け
ればそれだけ共振回路の振幅が大きくなりマグネトロン
9への電圧供給量も大きくなる。第2図は第1図の電力
供給装置におけるタイマー8のかわりにマグネトロン発
振状態を検知する発振検知回路16を用いたものである。
これは起動時においてマグネトロンのフィラメント9dが
冷えているために発振せず大きな電圧が発生するが、フ
ィラメント9dが熱せられ熱電子放出が始まると電圧が下
がる。これを発振検知回路16により検知して制御回路7
に出力する。制御回路7はこの出力により半導体スイッ
チ3のON時間を長くしてマグネトロン9への供給電力を
大きくする。
第3図(a)は制御回路7の動作を示すもので半導体
スイッチ3のON時間TONの時間経過による変化とそれに
ともなうマグネトロン9の電圧VAKおよびフィラメント
電流IHの変化を示すものである。TSはタイマー8が出力
するまでの経過時間である。第3図(b)は経過時間TS
以前の半導体スイッチ3の電圧VCEの波形を示し、第3
図(c)はTS以後のVCEの波形を示す。
第3図(a)においてTS以前は、半導体スイッチ3の
ON時間TONが短く5〜10μsecでTS以後は20μsec程度と
なる。この時のVCEの波形はTS以前においては同図
(b)となりTS以後は同図(c)となる。TS以前のVAK
はTONが短いためマグネトロンが非発振状態にもかかわ
らず6KV程度と低い電圧におさまっており、TS以後はマ
グネトロン9が発振することによりマグネトロン9の動
作電圧4KVとなる。又、TS以前のVCEの波形からもわかる
様にTONが短いにもかかわらずTOFFが長くなって周波数
が上がらず、同じかかえって下がる結果となる。従って
周波数が下がるためマグネトロンのチョークコイル9bの
インピーダンスの影響が小さくなり、フィラメント9dへ
の電流IHはかえって大きくなり15A程度まで流れる。そ
してTS以後は周波数が上がることや、マグネトロンの発
振管9aへエネルギーがいくためIHは10A程度まで下が
る。この10Aは従来の低周波トランス(50〜60Hz)の時
と同じであり、フィラメント9dの寿命にも良い。この様
にマグネトロン9aを起動するには以上の様にTONが短い
にもかかわらず周波数が上がらずに共振する回路定数が
適している。
第4図にTONが短くなっているにもかかわらず周波数
が上がらない理由を示す。一般に共振状態はAa−αt
Be−βt・sinωtで表わされる。第4図(a)はTON
短い時の共振状態を示し、振幅は小さい。同図(b)は
TONが大きく振幅が大きい場合の共振状態を示す。そこ
で半導体スイッチ3の電圧VCEの電圧検出回路5の検出
電圧VDに設定すると同図(a)の場合は振幅が小さいた
めVDと交差するには2周期目になる。従ってTOFFが大き
くなる。又同図(b)の場合は振幅が大きいためVDと交
差するのは1周期目になりTOFFは短い。以上の様に共振
回路の定数をある値にする事により実現できる。それは
高周波トランスの1次巻線1bと2次巻線1aの結合係数を
0.6〜0.8程度とし、1次巻線1bのインダクタンスを30〜
180μH、2次巻線1aのインダクタンスを30〜200mHと
し、共振用コンデンサ2の容量を0.1〜1.0μFとする事
により実現できる。
第5図にはTS以前の各部の波形を示す。同図(a)は
半導体スイッチ3の電圧VCE,同図(b)はその電流IC
よびダイオード4の電流Idを示す。この様にTONが5〜1
0μsecと短いにもかかわらずTOFFが長くなるため周波数
は上がらない。同図(c)はマグネトロン9の電圧VAK
を示し、フィラメント9dが起動直後で冷えているため発
振せず−6KVが発生する。同図(d)はマグネトロン9
のアノード電流IAKで発振してないため流れない。
第6図はTS以後の各部の波形を示す。同図(a)はV
CE,(b)はIc,Idを示す。TONが長いためVCEは700Vと大
きくなりTOFF時間も短くなっている。同図(c)はVAK
でマグネトロン9が発振しているため−4KVの電圧とな
る。同図(d)はアノード電流IAKで発振しているため
流れる。
発明の効果 以上のように本発明の電力供給装置によれば次の効果
を得ることが出来る。
(1) 起動時の発振周波数が下がるため、マグネトロ
ンチョークコイルの影響なくフィラメントへの電力供給
ができ、発振が早い。
(2) 起動時に大きな電圧が発生しない。
(3) 同期発振であるため半導体スイッチのスイッチ
ング損失が少ない。
(4) フィラメントへの電力供給を最適にでき、フィ
ラメント寿命にとって良い。
(5) フィラメントへの電力供給が少ないため効率が
良い。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例である電力供給装置の回路
図、第2図は他の実施例の回路図、第3図(a)〜
(c)は同回路図の動作を示す動作特性図および要部波
形図、第4図(a),(b)は要部波形を説明するため
の波形図、第5図および第6図は同要部波形図、第7図
は従来の電力供給装置の回路図である。 1……高周波トランス、1a……1次側巻線、1b……2次
側巻線、1c……フィラメント用巻線、2……共振用コン
デンサ、3……半導体スイッチ、4……ダイオード、5
……電圧検出回路、6……入力比較回路、7……制御回
路、8……タイマー、9……マグネトロン、9a……マグ
ネトロン発振管、9b……マグネトロンチョーキュコイ
ル、9c……マグネトロンコンデンサ、9d……フィラメン
ト、10……高圧コンデンサ、11……高圧ダイオード、12
……ダイオードブリッジ、13……チョーク、14……平滑
コンデンサ、15……カレントトランス、16……発振検知
回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 未永 治雄 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63−66892(JP,A) 特開 平1−264193(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電池または商用電源より得られる電源と、
    高圧トランスおよび共振コンデンサから成る共振回路
    と、前記共振回路を発振させるための半導体スイッチ
    と、前記半導体スイッチのOFF時の電圧が所定電圧にな
    ることを検出する検出手段と、前記検出手段の信号に基
    づいて前記半導体スイッチをON,OFFすることにより発振
    を制御する制御手段と、前記高圧トランスの2次側に接
    続され高周波エネルギーを発生するマグネトロンとを備
    え、前記共振回路は、前記半導体スイッチのON時間の長
    さによって前記半導体スイッチの電圧が前記半導体スイ
    ッチがOFFしてから前記検出手段の検出する所定電圧に
    達するまでの時間が前記共振回路の共振周期の2周期目
    と1周期目に分かれ、かつ2周期目に検出する時の前記
    半導体スイッチのON時間の長さの方が1周期目に検出す
    る時のON時間の長さより短いことを特徴とする電力供給
    装置。
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