JPH11121162A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、インバータの入力電圧の変化、出
力の可変に低スイッチング損失で対応でき、また入力力
率を大きく保つことを目的とする。 【解決手段】 インバータの出力端から負荷となるイン
ダクタンス素子７に直列に第１のインピーダンス素子Ｚ
₂ を接続し、インダクタンス素子７には並列に第２のイ
ンピーダンス素子Ｚ₃ を接続し、第１のインピーダンス
素子Ｚ₂ と第２のインピーダンス素子Ｚ₃ の各値の組み
合わせによりインバータの出力電流とインダクタンス素
子７に流れる電流との比率を可変にしたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子レン
ジ、誘導加熱装置等のブリッジ構成インバータを使用し
た高周波加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波加熱装置を、ハーフブリッ
ジ構成インバータを用いた高周波加熱装置を例にとり、
図７を用いて説明する。同図において、１はハーフブリ
ッジであり、図示省略の直流電源の両出力端子間に２個
のスイッチング素子２，３が直列に接続されており、各
々のスイッチング素子２，３にダイオード４，５が逆向
きに並列接続されている。２個のスイッチング素子２，
３の中間接続点と直流電源の接地側端子との間には、キ
ャパシタンス６と負荷となるインダクタンス素子７とが
直列に接続されている。インダクタンス素子７は、高周
波加熱装置が電子レンジの場合では高周波トランスの一
次巻線に相当し、誘導加熱装置の場合では加熱コイルに
相当する。そして、このキャパシタンス６とインダクタ
ンス素子７の直列回路が、直列共振回路として使用され
ている。また入力交流電圧の変化（１００Ｖ，２００Ｖ
入力）に対応する方法として、直流電源における整流回
路を倍電圧整流と全波整流に切り換える方法が取られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の高
周波加熱装置では、インバータ入力電圧が大幅に変化し
たとき（交流入力電圧１００Ｖ，２００Ｖ共用）あるい
は出力を大幅に変化させようとした場合、動作周波数を
共振周波数から大きく外す、あるいはインバータスイッ
チング素子のオンデューティを小さくする等の操作が必
要となる。いずれにしてもスイッチング素子のオン・オ
フは電流値が大きいタイミングで起こりスイッチング損
失が増大する。また、直流電源における整流回路を倍電
圧整流と全波整流に切り換える方法で１００Ｖ，２００
Ｖ共用を行う場合、整流回路はコンデンサインプット動
作となり、入力力率の低下、入力電流高調波の増大が発
生するという問題点があった。

【０００４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
インバータの入力電圧の変化、出力の可変に低スイッチ
ング損失で対応でき、また入力力率を大きく保つことが
できる高周波加熱装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、ブリッジ型のインバータと
該インバータの負荷となるインダクタンス素子とを有す
る高周波加熱装置において、前記インバータの出力端か
ら前記インダクタンス素子に直列になるように第１のイ
ンピーダンス素子を接続し、前記インダクタンス素子に
は並列に第２のインピーダンス素子を接続し、前記第１
のインピーダンス素子と前記第２のインピーダンス素子
の各値の組み合わせにより前記インバータの出力電流と
前記インダクタンス素子に流れる電流との比率を可変に
してなることを要旨とする。この構成により、インバー
タの出力電流と負荷となるインダクタンス素子に流れる
電流との比率が、特に並列接続の第２のインピーダンス
素子の値で大きく変わる。即ち、第１のインピーダンス
素子と第２のインピーダンス素子の各値の組み合わせ
が、一種のトランスのように作用し、インバータの出力
電圧を動作周波数可変又はデューティ比制御により変え
ることなく、負荷となるインダクタンス素子への出力電
力（電流）を変えることが可能となる。

【０００６】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の高周波加熱装置において、前記第１のインピーダンス
素子及び前記第２のインピーダンス素子をともにキャパ
シタンスとしてなることを要旨とする。この構成によ
り、インバータの出力電流と負荷となるインダクタンス
素子に流れる電流との比率を小さくすることが可能とな
る。

【０００７】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の高周波加熱装置において、前記第１のインピーダンス
素子をキャパシタンスとし、前記第２のインピーダンス
素子をインダクタンスとしてなることを要旨とする。こ
の構成により、インバータの出力電流と負荷となるイン
ダクタンス素子に流れる電流との比率を大きくすること
が可能となる。

【０００８】請求項４記載の発明は、ブリッジ型のイン
バータと該インバータの負荷となるインダクタンス素子
とを有する高周波加熱装置において、前記インバータは
並列接続された複数のハーフブリッジを有し、該複数の
ハーフブリッジの各出力端にキャパシタンスを接続し、
該複数のキャパシタンスの各他端を単一の前記インダク
タンス素子に共通に接続し、前記インバータの入力電圧
に応じてスイッチング動作させる前記ハーフブリッジの
数を変化させ、非動作のハーフブリッジは当該ハーフブ
リッジにおける２個のスイッチング素子の何れかのみを
オンさせるように構成してなることを要旨とする。この
構成により、スイッチング動作するハーフブリッジに接
続されたキャパシタンスが前記請求項１記載の発明にお
ける第１のインピーダンス素子と同様に作用し、２個の
スイッチング素子の何れかのみがオンするハーフブリッ
ジに接続されたキャパシタンスが前記第２のインピーダ
ンス素子と同様に作用し、インバータの入力電圧の変化
に応じて、負荷となるインダクタンス素子への出力電力
（電流）を、より微細に制御することが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１０】図１及び図２は、本発明の第１の実施の形
態を示す図である。なお、図１、図２及び後述の各実施
の形態を示す図において前記図７における素子等と同一
ないし均等のものは前記と同一符号を以って示し、重複
した説明を省略する。まず、図１を用いて、本実施の形
態の高周波加熱装置の構成を説明する。インバータの出
力端となる２個のスイッチング素子２，３の中間接続点
から負荷となるインダクタンス素子７が直列になるよう
に第１のインピーダンス素子Ｚ₂ が接続され、インダク
タンス素子７には並列に第２のインピーダンス素子Ｚ₃
が接続されている。そして、第１のインピーダンス素子
Ｚ₂ と第２のインピーダンス素子Ｚ₃ の各値の組み合わ
せによりインバータの出力電流とインダクタンス素子７
に流れる電流との比率が可変になっている。

【００１１】次に、上述のように構成された高周波加熱
装置の作用・効果を、図２を用いて説明する。いま、図
１のハーフブリッジ１から負荷側を見た回路について考
え、その負荷側の回路を図２に示す回路と考える。ｒは
負荷の抵抗である。ハーフブリッジ１の出力電圧をＶ、
出力電流をｉ₂ 、負荷となるインダクタンス素子７に流
れる電流をｉ₁ として、次式が成り立つ。

【００１２】

【数１】 Ｖ＝Ｚ₂ ・ｉ₂ ＋（Ｚ₁ ＋ｒ）・ｉ₁ …（１） Ｖ＝Ｚ₂ ・ｉ₂ ＋Ｚ₃ （ｉ₂ −ｉ₁ ） …（２） この（１），（２）式を解いて、

【数２】 （１）−（２） （Ｚ₁ ＋ｒ）・ｉ₁ −Ｚ₃ （ｉ₂ −ｉ₁ ）＝０ …（３） （Ｚ₁ ＋Ｚ₃ ＋ｒ）・ｉ₁ −Ｚ₃ ・ｉ₂ ＝０ …（４） ｉ₂ ／ｉ₁ ＝（Ｚ₁ ＋Ｚ₃ ＋ｒ）／Ｚ₃ …（５） このように、ｉ₂ とｉ₁ の比（電流比）を変えることが
できる。つまり、第１、第２の２つのインピーダンス素
子Ｚ₂ ，Ｚ₃ を、図１のように接続することにより一種
のトランスを構成することができ、２つのインピーダン
ス素子Ｚ₂ ，Ｚ₃の値の組み合わせで電流比を変えるこ
とができる。このため、ハーフブリッジ１の出力電圧を
動作周波数可変、あるいはスイッチング素子２，３のオ
ンデューティ制御により変えることなく、負荷となるイ
ンダクタンス素子７への出力電力（電流）を変えること
が可能となる。このため、ハーフブリッジ１の動作周波
数を負荷回路の共振周波数近くにすることができて、低
スイッチング損失とすることができる。

【００１３】図３及び図４には、本発明の第２の実施の
形態を示す。図３に示すように、本実施の形態は、第１
のインピーダンス素子Ｚ₂ 及び第２のインピーダンス素
子Ｚ₃ を、ともにキャパシタンスＣ₁ ，Ｃ₂ としたもの
である。これにより、前記式（５）において、インダク
タンスに対してキャパシタンスを使うことで、Ｚ₁ とＺ
₃ の符号を変えたことになり、ｉ₂ とｉ₁ の比（電流
比）を小さくすることができる。

【００１４】図４は、上記図３の構成において、キャパ
シタンスＣ₁ とキャパシタンスＣ₂の接続を切り換える
切換えスイッチＳＷを設けたものである。図４におい
て、９は交流電源、１１は全波整流器、Ｌは平滑用チョ
ーク、Ｃは平滑用コンデンサであり、全波整流器１１、
平滑用チョークＬ及び平滑用コンデンサＣで直流電源１
０が構成されている。平滑用チョークＬと平滑用コンデ
ンサＣからなる平滑回路はチョークインプットとなって
いる。そして、切換えスイッチＳＷをａ接点側に切り換
えたときは、２個のキャパシタンスＣ₁ ，Ｃ₂ の接続が
前記図７と略同様な接続態様となるが、ｂ接点側に切り
換えることで、２個のキャパシタンスＣ₁，Ｃ₂ の接続
が上記図３と同様な接続態様となり、ｉ₂ とｉ₁ の比
（電流比）を小さくすることができる。即ち、ｉ₂ に対
しｉ₁ を大きくすることができる。したがって、交流入
力電圧１００Ｖ，２００Ｖ共用の場合に、交流入力電圧
１００Ｖのときは、切換えスイッチＳＷをｂ接点側に切
り換えることで、直流電源１０における整流回路を倍電
圧整流にすることなく、負荷となるインダクタンス素子
７への出力電力（電流）を交流入力電圧２００Ｖの場合
と同等にすることが可能となる。このことから、平滑用
コンデンサＣを小さな値とすることで交流入力力率を１
近くにすることができ、交流入力電圧の変化に対して、
常に高入力力率を維持することができる。切換えスイッ
チＳＷはリレー等で構成して交流入力電圧に応じて自動
で切り換えることもできる。

【００１５】図５には、本発明の第３の実施の形態を示
す。本実施の形態は、第１のインピーダンス素子Ｚ₂ を
キャパシタンスＣ₁ とし第２のインピーダンス素子Ｚ₃
をインダクタンス８としたものである。これにより、前
記式（５）において、インダクタンスに対してインダク
タンスを使うことで、Ｚ₁ とＺ₃ の符号を同じにしたこ
とになり、ｉ₂ とｉ₁ の比（電流比）を大きくすること
ができる。

【００１６】図６には、本発明の第４の実施の形態を示
す。本実施の形態では、インバータに複数のハーフブリ
ッジ１ａ〜１ｎが並列接続されている。複数のハーフブ
リッジ１ａ〜１ｎの各出力端にはキャパシタンスＣ₁ 〜
Ｃ_n が接続され、その複数のキャパシタンスＣ₁ 〜Ｃ_n
の他端は単一のインダクタンス素子７に共通に接続され
ている。そして、インバータの入力電圧の変化、出力の
変更に応じてスイッチング動作するハーフブリッジの数
を変化させ、非動作のハーフブリッジはそのハーフブリ
ッジにおける２個のスイッチング素子の何れか一方のみ
がオンされるようになっている。これにより、スイッチ
ング動作するハーフブリッジに接続されたキャパシタン
スが並列接続される形で前記第１の実施の形態における
第１のインピーダンス素子Ｚ₂ と同様に作用し、２個の
スイッチング素子の何れか一方のみがオンするハーフブ
リッジに接続されたキャパシタンスが並列接続される形
で前記第１の実施の形態における第２のインピーダンス
素子Ｚ₃ と同様に作用し、インバータの入力電圧の変
化、出力の変更に応じて、負荷となるインダクタンス素
子７への出力電力（電流）を、より微細に制御すること
が可能となる。そしてさらに、スイッチング動作するハ
ーフブリッジの数をダイナミックに変えることができ、
高速な応答ができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、インバータの出力端から負荷となるインダ
クタンス素子に直列になるように第１のインピーダンス
素子を接続し、前記インダクタンス素子には並列に第２
のインピーダンス素子を接続し、前記第１のインピーダ
ンス素子と前記第２のインピーダンス素子の各値の組み
合わせにより前記インバータの出力電流と前記インダク
タンス素子に流れる電流との比率を可変にしたため、イ
ンバータの出力電圧を動作周波数可変又はデューティ比
制御により変えることなく、負荷となるインダクタンス
素子への出力電力（電流）を変えることができて、ブリ
ッジの動作周波数を負荷の共振周波数近くにすることが
でき、低スイッチング損失とすることができる。また、
第１のインピーダンス素子と第２のインピーダンス素子
の各値の組み合わせが、一種のトランスのように作用す
るので、インバータの入力整流回路を１００Ｖ，２００
Ｖ共用とする場合に、倍電圧整流と全波整流に切り換え
る必要がなくなり、整流回路がコンデンサインプット動
作となるのを避けることができて、交流入力力率を１近
くに大きく保つことができる。

【００１８】請求項２記載の発明によれば、前記第１の
インピーダンス素子及び前記第２のインピーダンス素子
をともにキャパシタンスとしたため、インバータの出力
電流と負荷となるインダクタンス素子に流れる電流との
比率を小さくすることができる。

【００１９】請求項３記載の発明によれば、前記第１の
インピーダンス素子をキャパシタンスとし、前記第２の
インピーダンス素子をインダクタンスとしたため、イン
バータの出力電流と負荷となるインダクタンス素子に流
れる電流との比率を大きくすることができる。

【００２０】請求項４記載の発明によれば、インバータ
は並列接続された複数のハーフブリッジを有し、該複数
のハーフブリッジの各出力端にキャパシタンスを接続
し、該複数のキャパシタンスの各他端を負荷となる単一
のインダクタンス素子に共通に接続し、前記インバータ
の入力電圧に応じてスイッチング動作させる前記ハーフ
ブリッジの数を変化させ、非動作のハーフブリッジは当
該ハーフブリッジにおける２個のスイッチング素子の何
れかのみをオンさせるようにしたため、スイッチング動
作するハーフブリッジに接続されたキャパシタンスが前
記請求項１記載の発明における第１のインピーダンス素
子と同様に作用し、２個のスイッチング素子の何れかの
みがオンするハーフブリッジに接続されたキャパシタン
スが前記第２のインピーダンス素子と同様に作用するの
で、前記請求項１記載の発明の効果に加えてさらに、イ
ンバータの入力電圧の変化に応じて、負荷となるインダ
クタンス素子への出力電力（電流）を、より微細に制御
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高周波加熱装置の第１の実施の形
態を示す要部回路図である。

【図２】上記図１においてハーフブリッジから負荷側を
見た回路図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す要部回路図で
ある。

【図４】上記第２の実施の形態の変形例を示す回路図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す要部回路図で
ある。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す要部回路図で
ある。

【図７】従来の高周波加熱装置の回路図である。

【符号の説明】

１，１ａ〜１ｎ ハーフブリッジ ２，３ スイッチング素子 ７ 負荷となるインダクタンス素子 ８ インダクタンス １０ 直流電源 Ｃ₁ 〜Ｃ_n キャパシタンス Ｚ₂ 第１のインピーダンス素子 Ｚ₃ 第２のインピーダンス素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブリッジ型のインバータと該インバータ
   の負荷となるインダクタンス素子とを有する高周波加熱
   装置において、前記インバータの出力端から前記インダ
   クタンス素子に直列になるように第１のインピーダンス
   素子を接続し、前記インダクタンス素子には並列に第２
   のインピーダンス素子を接続し、前記第１のインピーダ
   ンス素子と前記第２のインピーダンス素子の各値の組み
   合わせにより前記インバータの出力電流と前記インダク
   タンス素子に流れる電流との比率を可変にしてなること
   を特徴とする高周波加熱装置。
2. 【請求項２】 前記第１のインピーダンス素子及び前記
   第２のインピーダンス素子をともにキャパシタンスとし
   てなることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１のインピーダンス素子をキャパ
   シタンスとし、前記第２のインピーダンス素子をインダ
   クタンスとしてなることを特徴とする請求項１記載の高
   周波加熱装置。
4. 【請求項４】 ブリッジ型のインバータと該インバータ
   の負荷となるインダクタンス素子とを有する高周波加熱
   装置において、前記インバータは並列接続された複数の
   ハーフブリッジを有し、該複数のハーフブリッジの各出
   力端にキャパシタンスを接続し、該複数のキャパシタン
   スの各他端を単一の前記インダクタンス素子に共通に接
   続し、前記インバータの入力電圧に応じてスイッチング
   動作させる前記ハーフブリッジの数を変化させ、非動作
   のハーフブリッジは当該ハーフブリッジにおける２個の
   スイッチング素子の何れかのみをオンさせるように構成
   してなることを特徴とする高周波加熱装置。