JPH0992456A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力力率を高く保ち高調波を抑制しつつ装置
本体の小型化・高出力化を図ることが容易なものを提供
する。 【解決手段】 アクテイブフィルタ回路３の半導体スイ
ッチ素子３２のオン・オフ動作を固定周波数方式のＰＷ
Ｍ制御で行う制御回路６を設けるとともに、インバータ
回路４の半導体スイッチ素子４１Ａ・４１Ｂを複数にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水分を多く含む
生ゴミ等の被加熱物にマイクロ波を含む電磁波を照射し
て加熱する高周波加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波加熱装置として、図５に示
す構成のものが米国特許第４５９３１６７号明細書に提
案されている。即ち、この高周波加熱装置は、力率改善
手段１０１及び整流／フィルタ手段１０２によってイン
バータ回路１０３の入力電圧を脈動の少ない直流電圧に
整流する。また、インバータ回路１０３はこの直流電圧
を受けて動作するため、その出力電圧のエンベロープ波
形は図６（ａ）の商用電源電圧に対して図６（ｃ）のよ
うな波形を示す。また、この出力電圧を高圧整流回路１
０４によって脈動の少ない直流高電圧に整流して、この
直流高電圧をマグネトロン１０５に供給する。これによ
り、マグネトロン１０５は、電源電圧の全周期で発振す
ることができるようになり、その効率を高めることがで
きるのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の高周波加熱装置では、高圧フィルタ手段が非
常に大型化してしまう欠点がある。即ち、これは、例え
ば高圧整流回路１０４を用い、商用電源１００の周波数
である５０／６０Ｈｚに対する出力電圧を平滑化しよう
とすると、マイクロ波を発振しているときのマグネトロ
ン１０５のダイナミックインピーダンスが小さいため、
必然的に高圧整流回路１０４に用いるコンデンサの容量
が非常に大きくなり、同時に素子としても高耐圧でなけ
ばならない等の理由から、大型化が避けられぬものであ
る。

【０００４】また、このような大容量のコンデンサを使
用すると、電圧の平滑率は向上しリップル率を低くする
ことができるが、入力電流の導通角が狭くなって力率が
低下し、入力電流の最大値が高くなるから、例えば力率
改善手段１０１で入力の力率を改善することになるが、
大型のコンデンサに対して入力力率を改善しようとする
と、相当大型のインダクタを必要とする。

【０００５】そこで、例えば特開平６−２１５８６８号
公報に記載のように、入力力率を高く保ったまま、リッ
プル率の低い直流電流に整流することができるととも
に、商用電源への高周波雑音の伝達が少なく、しかも高
効率の高周波加熱装置が提案されている。しかしなが
ら、このような高周波加熱装置にあっても、インバー
タ回路の回路構成上、高出力のマグネトロンを駆動でき
ないこと、アクティブフィルタ回路の半導体スイッチ
素子によるオン，オフ動作を可変周波数方式のＰＷＭ制
御で行っているため、固定周波数方式よりも高調波が多
いこと等の欠点があり、不都合を生じている。

【０００６】そこでこの発明は、上記した事情に鑑み、
入力力率を高く保ったまま高調波を抑制しつつ装置本体
の小型化・高出力化を図ることが容易な高周波加熱装置
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、この請求項１の発
明は、商用電源を入力とするフィルタ回路と、このフィ
ルタ回路の出力を受け電圧を整流する整流器と、この整
流器の出力に接続され半導体スイッチ素子を有するアク
テイブフィルタ回路と、このアクテイブフィルタ回路に
接続され昇圧トランス及び半導体スイッチ素子を有する
インバータ回路と、前記昇圧トランスの出力段に接続さ
れ、出力電圧平滑化を行う高圧整流回路と、この高圧整
流回路の出力電圧により発振するマグネトロンとを備え
た高周波加熱装置において、前記アクテイブフィルタ回
路の半導体スイッチ素子のオン・オフ動作を固定周波数
方式のＰＷＭ制御で行う制御回路を設けるとともに、前
記インバータ回路の半導体スイッチ素子を複数にするも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この実施例の一実施例につ
いて添付図面を参照しながら説明する。図１は、この発
明にかかる高周波加熱装置を示す回路図である。この実
施例の高周波加熱装置は、フィルタ回路１と、整流器２
と、アクテイブフィルタ回路３と、インバータ回路４
と、高圧整流回路５と、制御回路６と、ゲート駆動回路
７と、マグネトロン８とから構成されている。なお、図
中符号９はこの高周波加熱装置に外部から電力を供給す
る商用電源、１０はヒータトランスを示す。

【０００９】フィルタ回路１は、電源電流の高周波成分
を除去するものであり、コンデンサ１１のみで構成され
ており、その周波数特性によって高周波成分が商用電源
９に伝達しないようになっている。

【００１０】整流器２は、フィルタ回路１の出力を受
け、交流電圧を整流するものであって、入力がフィルタ
回路１の出力と接続されているとともに、出力がアクテ
イブフィルタ回路３の入力と接続されている。

【００１１】アクテイブフィルタ回路３は、整流器２を
介してフィルタ回路１の出力を受けインバータ回路４に
リップル率の低い直流電圧を与えるものであり、インダ
クタ３１と、半導体スイッチ素子３２と、ダイオード３
３と、平滑コンデンサ３４Ａ、３４Ｂとから構成されて
おり、半導体スイッチ素子３２をオン・オフすることに
よってリップル率の低い直流電圧を発生し、インバータ
回路４にこの直流電圧を与える。また、このアクテイブ
フィルタ回路３の半導体スイッチ素子３２のオン・オフ
動作を固定周波数方式のＰＷＭ（パルス幅）制御で行う
ため、制御回路６が半導体スイッチ素子３２のベースに
接続されている。

【００１２】インバータ回路４は、アクテイブフィルタ
回路３からの直流電圧を受け高周波電力を発生するもの
であり、半導体スイッチ素子４１Ａ・４１Ｂと昇圧トラ
ンス４２とでハーフブリッジ回路を構成しており、ゲー
ト駆動回路７でこれら半導体スイッチ素子４１Ａ・４１
Ｂを交互にオン・オフすることにより、高周波電力を高
圧整流回路５に供給する。このため、インバータ回路４
の半導体スイッチ素子４１Ａ・４１Ｂを駆動するゲート
駆動回路７が、これらの半導体スイッチ素子４１Ａ・４
１Ｂの各ベースに接続されている。

【００１３】高圧整流回路５は、インバータ回路４から
の高周波電力を受けリップル率は低く抑えつつ、さらに
昇圧された直流高電圧を発生し、この直流高電圧をマグ
ネトロン８に印加してこれを駆動するようになってい
る。この実施例の高圧整流回路５では、高圧コンデンサ
５１・５２と、高圧ダイオード５３・５４とから構成さ
れている。

【００１４】次に、この実施例にかかる高周波加熱装置
の動作について説明する。図２は固定周波数方式のアク
テイブフィルタ回路３の動作を示す波形図である。な
お、商用電源９からブリッジダイオード２に至るまでの
回路（点Ｘ）を流れる電圧及び電流の時間推移を図３
（ａ）及び（ｂ）に示す。

【００１５】例えば図２（ａ）に示すように、インダク
タ３１には、図２（ａ）に示すような波形電流が流れ
る。また、同時に制御回路６からは図２（ａ）に破線Ａ
で示す基準（制御）信号を出力するから、図２（ｄ）に
示すように、半導体スイッチ素子３２がオン／オフ動作
を繰り返す。

【００１６】即ち、このインダクタ３１の出力する電流
値がある基準値（図２（ａ）に破線Ａで示す基準信号が
示す値）に達すると、半導体スイッチ素子３２はターン
オフする。この時、インダクタ３１には今まで流れてい
た電流をそのまま流そうとして逆起電力を発生し、この
結果インダクタ３１を流れる電流はダイオード３３を通
り、平滑コンデンサ３４Ａ・３４Ｂを充電しようとする
充電電流となる。このときダイオード３３を流れる電流
値の時間的推移は、図２（ｃ）に示す如くである。一
方、半導体スイッチ素子３２を流れる電流を図２（ｂ）
に示す。

【００１７】そして、このアクテイブフィルタ回路３は
固定周波数方式であるから、半導体スイッチング素子３
２は再びターンオンする。このような動作を繰り返しな
がら、アクテイブフィルタ回路３はインバータ回路４に
電力を供給する。

【００１８】ここで、半導体スイチング素子３２をター
ンオフさせるタイミングをつくる基準値を電源電圧に同
期させていくと、インダクタ３１を流れる三角波状の電
流波形は図３（ａ）に示す電源電圧の波形に対して図３
（ｃ）に示すようなＳｉｎ波を全波整流した波形（図２
（ａ）の実線がこれの拡大図）となる。この三角波状の
電流は、図３（ｂ）のようなＳｉｎ波形状で高調波を殆
ど含まないから、商用電源に雑音が伝達しないので、フ
ィルタを小型化できるのである。

【００１９】図４は、インバータ回路４の動作波形及び
高圧整流回路５の出力波形を示す。インバータ回路４
は、半導体スイッチ素子４１Ａ・４１Ｂ、昇圧トランス
４２のハーフブリッジ回路構成になっている。半導体ス
イッチ素子４１Ａ・４１Ｂをゲート駆動回路７で交互に
オン／オフすることによって発生する昇圧トランス４２
両端の電圧波形は、図４（ａ）のようになり、半導体ス
イッチ素子４１Ａ・４１Ｂに流れる電流波形は、図４
（ｂ）、（ｃ）のようになる。

【００２０】半導体スイッチ素子４１Ａ・４１Ｂが交互
にオン／オフすると、昇圧トランス４２の一次側巻線に
は、図４（ｄ）のような電流が流れ、昇圧トランス４２
は高圧整流回路５に昇圧された高周波高電圧を供給す
る。

【００２１】高周波整流回路５は、高周波高電圧を整流
して図４（ｅ）のようなリップル率が低い直流高電圧を
マグネトロン８に供給するとともに、インバータ回路４
からの高周波高電圧をさらに昇圧させる。このため、こ
のマグネトロン８は、商用電源の全周期で高出力のマイ
クロ波を発生できるようになる。また、一般の電子レン
ジに用いられているマグネトロン８は、良く知られてい
るように、電源周波数（５０／６０Ｈｚ）や、インバー
タの動作周波数（およそ２０Ｋｈｚ）に同期して、発
振、停止を繰り返して所定の電波出力を得ているが、こ
の実施例の場合、マグネトロン８は、発振、停止を繰り
返すことがなく、その発振動作が連続して行われるので
ある。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、アクテイブフィルタ回路の半導体スイッチ素子の
オン／オフ動作を固定周波数方式のＰＷＭ制御を行うこ
とにより、入力力率を高く保つことができるとともに高
調波電流を抑制することができるため、フィルタ回路を
小型化できる。また、インバータ回路にはアクテイブフ
ィルタ回路の直流出力電圧以上の電圧がかからないか
ら、高出力に対応できる。また、この発明によれば、高
圧整流回路に用いるコンデンサの容量も大型化を避ける
ことができるとともに、力率改善手段であるインダクタ
も大型化を回避できるから、高調波を抑制しつつ装置本
体の小型化・高出力化を図ることが容易な高周波加熱装
置を実現可能になる等、実用上著しい効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる高周波加熱装置を示す回路
図。

【図２】同装置の各素子に流れる電流等の信号と時間と
の関係を示すグラフ。

【図３】この発明にかかるインダクタを流れる電流波形
を示す波形図。

【図４】インバータ回路の動作波形及び高圧整流回路の
出力波形を示すグラフ。

【図５】従来型の高周波加熱装置を示す回路図。

【図６】同高周波加熱装置の動作波形を示すグラフ。

【符号の説明】

１ フィルタ回路 ２ 整流機 ３ アクテイブフィルタ回路 ３２ 半導体スイッチ素子 ４ インバータ回路 ４１Ａ，４１Ｂ 半導体スイッチ素子 ５ 高圧整流回路 ６ 制御回路 ７ ゲート駆動回路 ８ マグネトロン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源を入力とするフィルタ回路と、
   このフィルタ回路の出力を受け電圧を整流する整流器
   と、この整流器の出力に接続され半導体スイッチ素子を
   有するアクテイブフィルタ回路と、このアクテイブフィ
   ルタ回路に接続され昇圧トランス及び半導体スイッチ素
   子を有するインバータ回路と、前記昇圧トランスの出力
   段に接続され、出力電圧平滑化を行う高圧整流回路と、
   この高圧整流回路の出力電圧により発振するマグネトロ
   ンとを備えた高周波加熱装置において、 前記アクテイブフィルタ回路の半導体スイッチ素子のオ
   ン・オフ動作を固定周波数方式のＰＷＭ制御で行う制御
   回路を設けるとともに、 前記インバータ回路の半導体スイッチ素子を複数にする
   ことを特徴とする高周波加熱装置。