JPS6046793B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導加熱装置に関し、特に、いわゆるかみつき
現象を防止しようとするものてある。

第１図に一般的な誘導加熱装置を示す。ここで１は商用
電源で、この商用電源１からの商用電源電圧を電源スイ
ッチ２を介してダイオードブリッジから成る整流回路３
及びコイル４ａ）コンデンサ４ｂ、４ｃから成る平滑回
路を介して、ワークコイル５に供給する。この誘導加熱
装置の共振系の回路はテレビジョン受像機の水平偏向回
路と同様の構成になされており、共振用コンデンサ６、
スイッチング素子を構成するＧＣＳ７、ダンパーダイオ
ード８により共振回路を構成する。ここで９は駆動パル
ス作成回路で、この駆動パルス作成回路９からの駆動パ
ルスを駆動回路１０を介してＧＣＳ７のゲートに制御パ
ルスとして供給するものである。

以下第１図に示す誘導加熱装置の動作を第２図を参照し
ながら説明する。

第２図Ａに示すものはＧＣＳ７のゲートの電流波形であ
る。Ｔｏの時点でＧＣＳ７のゲートにＯＮ信号が供給さ
れているとαゝのアノード・カソード間は導通し、ワー
クコイル５を介して第２図Ｂに示す様なアノード電流が
流れる。Ｔｉの時点でＧＣＳ７のゲートにＯＦＦ信号が
供給されると、ＧＣＳ７のアノード・カソード間が非導
通となる。ワークコイル５を流れる電流は共振コンデン
サ６に流れ込む様になる。Ｔ。の時点でコンデンサ６が
充電され飽和し、次にワークコイル５を介して逆向きの
放電電流が流れ始める。即ち、コンデンサ６とワークコ
イル５によつて共振電流が流れる。Ｔ。の時点になると
ダンパーダイオード８が順バイアスとなり、電流はダン
パーダイオード８を流れて、コンデンサに充電された電
荷が放電する。Ｔｌの時点でＧＣＳ７・のゲートにＯＮ
信号が供給されているとＧＣＳ７は再び導通する。以上
の動作が繰返される。第２図Ａに示すパルスを制御パル
スと称する。

ＧＣＳ７が非導通となるとワークコイル５に逆起電力が
発生する。ＧＣＳ７のアノード電圧ＶＡは第、２図Ｃの
ようになる。又第２図Ｄはワークコイル５に流れる電流
１ｗを示す。この第２図に示すタイミングで各部の動作
がなされている場合は、ＧＣＳ７のアノード電流ｈが流
れている時、アノード電圧ＶＡは低いので、ＧＣＳ７の
電力消費はきわめてわずかである。

しかしながら実際は第２図Ａ−Ｄに示す誘導加熱装置各
部の電流及び電圧は第３図Ａ−Ｄに示す様に商用電源周
波数で変調されている為に、このような電圧変動により
ＧＣＳ７のストレージタイムが増大したり、負荷変動、
即ちワークコイル５によつて加熱される負荷の材質によ
り、ワークコイル５の実質的なインダクタンスが変化し
て、アノードパルスのパルス幅が増大したりして、ＧＣ
Ｓ７にアノード電流１Ａが流れている時、アノード電圧
ＶＡが低くならずにＧＣＳ７に過大な電力消費を生じる
いわゆるかみつき現象が起こる恐れがある。但し、第３
図ＡにはＧＣＳ７のゲート電流を、第３図ＢにはＧＣＳ
７のアノード電流を、第３図ＣにはＧＣＳ７のアノード
電圧を、第３図Ｄにはワークコイル５に流れる電流を示
す。

そしてこの第３図に於いて破線は商用電源周波数で実線
は夫々第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに生じる波形を時間的に圧
縮したものである。

以下、第４図及び第５図を参照しながらこのかみつき現
象を説明しよう。但し第４図Ａ，第５図ＡはＧＣＳ７の
ゲート電流を、第４図Ｂ，第５図ＢはＧＣＳ７のアノー
ド電圧を第４図Ｃ，第５図ＣはＧＣＳ７のアノード電流
を夫々示す。

第４図は負荷変動の為、第４図Ｂに示すアノードパルス
のパルス幅が大きくなり、ＧＣＳ７が夕．−ンオフして
いる区間を越えた場合である。

又第５図は電源電圧が高くなりアノード電流が増大して
ＧＣＳ７のストレージタイムが増大した場合である。本
発明は上述の恐れに鑑み、駆動パルスを．ＧＣＳ７のア
ノード電圧を基に作成し、ＧＣＳ７のかみつき現象を防
止しようとするものである。

以下第６図及び第７図を参照しながら本発明の一実施例
を説明しよう。第６図に示す本発明による誘導加熱装置
に於い・ては、ＧＣＳ７のアノードに生じる第７図Ａに
示す様なアノードパルスをパルス区間抜取回路１１に供
給し、第７図Ｂに示す様に波形整形し、この抜取りパル
スを引算パルス発生回路１２に供給する。

この引算パルス発生回路１２はその前縁は抜取りパルス
の前縁と同じタイミングで、後縁は抜取りパルスの後縁
からダンパー区間より小さい所定時間γ１遅れた第７図
Ｃに示す様な引算パルスを作成し、この引算パルスを引
算ゲート回路１３に供給する。

この引算ゲート回路１３は駆動パルス発生回路９からの
第７図Ｄに示す様な駆動パルスの後縁で〔立ち下がり、
第７図Ｃに示す引算パルスの前縁で立ち上がる第７図Ｅ
に示すパルスを発生する。

そしてこの第７図Ｅに示すパルスを駆動回路１０を介し
てＧＣＳ７のゲートに制御パルスとして供給する。この
為、ＧＣＳ７のゲートの電流は第７図Ｆに示す様になる
。

以上述べた本発明によれば、第７図Ｆに示すゲート電流
によりＧＣＳ７がターンオフしている区間はアノードパ
ルスに基づいて、作成される。

この時アノードパルスの後縁から所定時間τ１経過して
からドライブオン区間が開始し、これはダンパー区間内
であるためＧＣＳ７の導通はタンパー区間終了と同時に
開始されることになりかみつき現象が生じる恐れはない
。次に、第６図に示す誘導加熱装置の具体的な回路例を
第８図を参照しながら説明しよう。

この第８図に於いては、電源スイッチ２″を介して供給
される商用電源を整流回路３に供給すると共にトランス
１５を介して整流回路１６に供給する。そしてこの整流
出力を電源とする非安定マルチバイブレータ１７を駆動
パルス作成回路とする。そしてこの非安定マルチバイブ
レータ１７の出力をエミッタフォロア増幅器１８を介し
てトランジスタ１９のベースに供給する。一方、ＧＣＳ
７のアノードパルスは直流阻止用のコンデンサ２０及び
抵抗器２１を介してＮＰＮ形トランジスタ２２のベース
に供給し、このトランジスタ２２のベース（まクランプ
用のダイオード２３を介して接地する。そしてトランジ
スタ２２のコレクタはトランジスタ１９のベースに接続
するものである。そしてこのトランジスタ１９の出力を
駆動回路を構成するトランジスタ２４のベースに供給す
る。

ここでこのトランジスタ２４のコレクタには、トランス
１５、整流回路２５、トランス２６の１次巻線を介して
電源電圧を加えるものである。

そしてトランス２６を介したトランジスタ２４の出力を
ダイオード２７と抵抗器２２８の並列回路を介してＧＣ
Ｓ７のゲートに制御パルスとして供給する。この場合、
トランジスタ２４がオンした瞬間にＧＣＳ７のゲート電
流が負となりＧＣＳ７はオフし、またトランジスタ２４
がオフするとＧＣＳ７はオンしてゲートに負電流が流れ
るまてオンし続ける。この第８図に示す誘導加熱装置に
於いて、かみつき現象の防止はコンデンサ２０、抵抗器
２１、トランジスタ２２及びダイオード２３により行な
われる。

即ち、電源スイッチ２″が投入された時、まず非安定マ
ルチバイブレータ１７が動作し、第７図Ｄに示す様な駆
動パルスが発生する。

そして次に共振系の主回路が動作し始めコンデンサ２０
、抵抗器２１を介してアノードパルスがトランジスタ２
２のベースに供給される。このアノードパルスはダイオ
ード２３によりクランプされる。この為トランジスタ２
２のベースには第７図Ｂに示す抜取りパルスが発生する
。この為トランジスタ２２のコレクタの電圧は第７図Ｃ
に示す様になる。ここて時間遅れτ１は回路素子による
遅れによつて生じるものてある。この為トランジスタ１
９のベースの電位は、上述の第７図Ｃ，Ｄに示す電圧が
アンドをとられて第７図Ｅに示す様になる。この為ＧＣ
Ｓ７のゲートには第７図Ｆに示す様なゲート電流が得ら
れる。尚、直流阻止用のコンデンサ２０は以下に示す理
由により設けられているものである。

即ち電源投入時、非安定マルチバイブレータに比して共
振系の動作の初まりが遅れる為、ＧＣＳ７のアノードが
正の所定電位となつており、直流阻止用のコンデンサを
設けなけれは回路は動作を開始しないからである。

ところで、電源電圧が急に上昇した場合には、ＧＣＳ７
のアノードの電位も上昇する。

ここでこのアノードの電位の上昇分はコンデンサ２０の
キャパシタンス、抵抗器２１の抵抗値により定まる時定
数で下降する。この為、コンデンサ２０、抵抗器２１、
を通じてトランジスタ２２のベースに電流が流れ、所定
時間トランジスタ２２がオンし続ける。そしてこのトラ
ンジスタ２２がオフするタイミングは電源電圧の変動量
により定まる。

この為ＧＣＳ７がターンオンするタイミングは不定期と
なつてしまうという問題が生じる。この問題を解決する
為の回路を第９図及び第１０図を参照しながら説明しよ
う。

第９図は第８図に示す誘導加熱装置の一部の改良例を示
す。

第９図に於いては非安定マルチバイブレータ１７の一方
の出力をエミッタフォロア増幅器１８を介してトランジ
スタ３０のコレクタに供給すると共に、この非安定マル
チバイブレータ１７の他方の出力をエミッタフォロア増
幅器３１及びパルス遅延回路３２を介してトランジスタ
３０のベースに供給する。

そしてこのトランジスタ３０のコレクタを、第８図に示
す回路におけるトランジスタ１９に対応する駆動用のＮ
ＰＮ形トランジスタ３３のベースに接続する。このトラ
ンジスタ３３のエミッタは順接続されたダイオード３４
を介して接地する。この第９図に示す回路を使用した誘
導加熱装置の動作を第１０図を参照しながら説明しよう
。

第１０図Ａにはコンデンサ２０と抵抗器２１の接続点の
電圧を示す。ここて破線に示すタイミングは電源電圧が
ステップ状に上昇した場合を示し、この時コンデンサ２
０と抵抗器２１の接続点の電圧はコンデンサ２０のキャ
パシタンスと抵抗器２１・の抵抗値とて定まる時定数で
下降してゆく。この時のトランジスタ２２のベースの電
位を第１０図Ｂに示す。ここで、第１０図の破線で示す
様に、電源電圧がステップ状に上昇した場合には第１０
図Ｂに示すトランジスタ２２のベース電圧のパルス幅は
電源電圧が正常であつた場合に比べて長くなる。そして
このパルスの後縁の位置は電源電圧の変化の大きさによ
り定まる。ところで、非安定マルチバイブレータ１７に
よりエミッタフォロア増幅器３１の出力には第１０ノ図
Ｃに示ず様な駆動パルスが生じ、トランジスタ３０のベ
ースには遅延回路３２によりその後縁の位置が遅らせら
れた第１０図Ｄに示す様なパルスが供給される。

ここでトランジスタ３０のベースに供給される第１０図
Ｄに示すパルス電圧のパルス幅は、駆動パルスのパルス
幅や電源電圧が正常な時のアノードパルスのパルス幅よ
り充分大きく選ばれているので、電源電圧が正常な時、
第８図に於ける誘導加熱装置のかみつき防止回路の波形
Ｃと同様の動作をなす。

即ち、トランジスタ３０のコレクタに加えられる第１０
図Ｃに示す駆動パルスの前縁で立ち下がり、トランジス
タ２２のベースに加えられるＧＣＳ７の第１０図Ｂに示
すパルスの後縁で立ち上がる制御パルスがトランジスタ
３３のベースに得られる。しかし電源電圧がステップ的
に上昇し、第１０図Ｂに示す様なトランジスタ２２のベ
ースに供給されるパルス幅がトランジスタ３０のベース
に加えられるパルスのパルス幅より大となつた時には、
トランジスタ３０のコレクタに加えられる第１０図Ｃに
示すパルスと逆相の駆動パルスの後縁で立ち下がりトラ
ンジスタ３０のベースに加えられる第１０図Ｄに示すパ
ルスの後縁で立ち上がる制御パルスがトランジスタ３３
のベースに得られる。

従つてトランジスタ３３のベースに入力される制御パル
スは第１０図Ｅに示すようになる。この為、電源電圧が
ステップ的に上昇してもＧＣＳ７は正常なオンオフを続
ける。この第９図に示す回路を使用した場合のＧＣＳ７
のアノードパルスを第１０図Ｆに示す。本発明は上述の
様にアノードパルスに基づいてＧＣＳ７の制御パルスを
作成しているので、電源電圧や負荷が変動しても、ＧＣ
，Ｓ７のアノード電圧とアノード電流が同時に大となる
ことはない。

従つてＧＣＳ７は過大な電力消費を起すことはなく、い
わゆるかみつき現象を防止することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の誘導加熱装置を示す構成図、第２〜第５
図は第１図を説明する為の波形図、第６図は本発明の一
実施例を示す構成図、第７図は第６図を説明する為の線
図、第８図は第７図の具体例を示す接続図、第９図は第
８図の接続図中の一部の他の実施例、第１０図は第９図
を説明する為の波形図である。 ６は共振用コンデンサ、７はＧＣＳｌ８はダンパーダイ
オード、９は駆動パルス作成回路、１１はパルス区間抜
取回路、１２は引算パルス発生回路、１３は引算ゲート
回路てある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流電源の端子間にワークコイルとコンデンサの直
   列回路が接続されると共に、上記ワークコイルと上記コ
   ンデンサの接続点と基準電位との間にスイッチング素子
   とダンパーダイオードの並列回路が接続され、上記スイ
   ッチング素子のオフ期間にアノードに発生する電圧パル
   スの後縁を検出し、この検出出力により上記ダンパーダ
   イオードの導通する期間に、上記スイッチング素子に対
   してドライブ回路から与えられるドライブ信号の前縁が
   位置するように、該ドライブ回路を規定するようにした
   誘導加熱装置。