JPS61243691A

JPS61243691A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPS61243691A
Application number: JP8372985A
Authority: JP
Inventors: 前原　直芳; 松本　孝広; 楠木　慈; 和穂坂本; 誠三原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1986-10-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電子レンジ等の所謂誘電加熱を行う為の高周
波加熱装置の改良に関し、さらに詳く言えば、バイポー
ラトランジスタ等の半導体スイッチ素♀オヨいえイア　
／＜　Ｌイよ９．ッ波、カをえ生し、昇圧トランスにて
昇圧してマグネトロンを駆動するよう構成した高周波加
熱装置の改良に関する。

従来の技術このような方式の高周波加熱装置は、その電源トランス
の小型化、軽量化、あるいは低コスト化の為に様々な構
成のものが提案されている。

第６図は、従来の高周波加熱装置の回路図である。図に
於て、商用電源１の電力はダイオードブリッジ２により
整流され、単方向電源が形成されている。３はインダク
タ、４はコンデンサであってインバータの高周波スイッ
チング動作に対するフィルタの役割を果すものである。

インバータは共振コンデンサ５、昇圧トランス６、トラ
ンジスタ７、ダイオード８、及び駆動回路９により構成
されている。トランジスタ７は駆動回路９より供給され
るベース電流によって所定の周期μデニーティー（即ち
、オンオフ時間比）でスイッチング動作する。この結果
、昇圧トランス６の一次巻線１０には第７図（、）のよ
うな電流、即ち、コレクタ電流Ｉｃとダイオード電流ｊ
ｄが流れ、一次巻線１００両端には高周波電力が発生す
る。従って、二次巻線１１、及び三次巻線１２には各々
高周波高圧電力及び高周波低圧電力が生じる。この高周
波高圧電力はコンデンサ１３、及びダイオード１４によ
り整流されマグネトロン１５のアノードカソード間に供
給され、一方、高周波低圧電力はカソードヒータに供給
される。従ってマグネトロン１５は発振し誘電加熱が可
能となるものである。このような構成に於て、昇圧トラ
ンス６のコア断面積は一次巻線１０の両端に供給される
電力の周波数が高い程小さくなるので、例えばインバー
タを２０　Ｋ　ｌ（ｚ　　１００　Ｋ　Ｈｚ程度の周波
数で動作させると商用電源周波数のｉｔで昇圧する場合
に比べて昇圧トランスの重量、サイズを数分の−から十
数分の−にでき、電源部の低コスト化が可能であるとい
う特長を有するものである。

トランジスタ７のベースに供給されるベース電流Ｉｂは
第７図（ｂ）のように正電流Ｉｂ十と負電流Ｉｂ−とよ
り成る。正電流Ｉｂ＋はトランジスタ７のコレクタ電流
Ｉｃの最大値Ｉｃｍに対してその電流増幅率（ｈｆｅ）
分の−より大きいことが必要である。丑だ、負電流１ｂ
−はｌ・ランジス、り７のスイッチングスピードを速め
スイッチング損失の増大を防止するために、トランジス
タのペースエミッタ間を逆バイアスすることによって流
れる電流である。正電流Ｉｂ十は第７図（ａ）、（ｂ）
より明らかなようにトランジスタ７の導通期間の間のコ
レクタ電流１ｃの最大値Ｉｃｍによって決まる値をとす
ることが必要であった。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、このような従来の高周波加熱装置は次の
ような欠点があった。

前述したように、従来の高周波加熱装置は昇圧トランス
６をトランジスタ７等より成るインバータにて付勢し、
その電源装置の小型、軽量、低コスト化を図るものであ
った。コンデンサ４の容量６へ− を十分大きくシ、第８図（、）のようなコンデンサ４の
電圧波形で、２０　Ｋ１−１ｚ　”　Ｉ　Ｋ　Ｗ程度の
インバータ出力を得る場合、コンデンサ４の容量は、２
０００〜１００００７１Ｆの容量が必要であった。この
ようにした場合、トランジスタの電流Ｉｃは第８図（ｂ
）のように常にほぼ一定の電流となり、駆動回路からの
ベース電流はほぼ一定の電流でよく、このため駆動回路
の構成は比較的簡単であったがコンデンサ４が大型で高
価なものとならざるをえなかった０そこでコンデンサ４の小型、低コスト化を図るため容量
を小さなもの（例えば１〜１．０１１Ｆ）にするとコン
デンサ４の電圧波形は第８図（ｃ）のようになり、この
結果トランジスタの電流Ｉｃは第８図（ｄ）のように一
定の電流ではなくなる。つまり非常に大きいピーク電流
がコンデンサ４の電圧の高いところで流れ、一方、コン
デンサ４の電圧の低いところでは小さい電流しかトラン
ジスタ７に流れないのである。従ってマグ、ネトロ習５
のアノード電流ＩＡは、第８図（ｅ）のようにコンテノ
サ４の電圧の高いところでのみ流れるものとならざるを
えなかった。このようなトランジスタ７の電流状況に対
応するためには、駆動回路９は従来のコレクタ電流Ｉｃ
ｍよりかなり大きいＩｃｍｍに対応したベース電流Ｉｂ
十を供給することが必要となり、しかも、コンデンサ４
の電圧の低いところでは、マグネトロン１５のアノード
電流ＩＡが流れないのにもかかわらず無駄な電力をトラ
ンジスタのベースに供給せざるをえなかった。

また、周知のようにマグネトロン１５は、第９図のよう
な非線形な電圧電流特性であり、特に、永久磁石型のマ
グネトロンは磁石の温度特性あるいは経時変化などによ
りその動作電圧ＶＡＫが変動シ易いので、トランジスタ
７のコレクタ電流Ｉｃｍｍの許容範囲を十分太きくして
おくことが必要であった。このため駆動回路９は一層大
きいＩｃｍｍに対応したベース電流Ｉｂ＋を供給するこ
とが必要となり、電力消費が大きく高価で複雑な構成の
回路とならざるをえず、また、ベース損失によりトラン
ジスタ７の発熱を増大させその信頼性を低下させたり、
高周波加熱装置の放熱構成を面倒なものにするという不
都合があった。さらに、急激な電源電圧変動などの瞬時
的な現象でトランジスタ７のコレクタ電流がＩｃｍｍの
許容範囲を超えた場合、十分なベース電流Ｉｂ十を供給
することができずトランジスタ７の破壊をひきおこし、
高周波加熱装置の信頼性を低下させるという欠点を有し
ていた。

問題点を解決するだめの手段本発明はこのような従来の高周波加熱装置の欠点を解決
するためになされたものであり、以下に述べる手段によ
り構成された高周波加熱装置である。

即ち、商用電源を整流して得た全波整流様電圧波形の単
方向電源と、前記単方向電源により電力ヲ受ケるトラン
ジスタインバータと、前記インバータの出力を昇圧する
昇圧トランスと、前記昇圧トランスにより付勢されるマ
グネトロンと、前記トランジスタに駆動電流を供給する
駆動回路とを供えるとともに、前記トランジスタに流れ
る電流９　・、− に比例した電流を出力する変流器を供え、前記変流器と
駆動回路との合成出力を前記トランジスタのベースに供
給する構成とした高周波加熱装置である。

作　　　用本発明は上記構成により以下に述べる作用を有するもの
である。

即ち、本発明の高周波加熱装置はインバータのトランジ
スタの電流に比例した電流を出力する変流器を備え、ト
ランジスタの駆動回路の出力と変流器の出力との合成出
力をトランジスタのベースに供給し、トランジスタのコ
レクタ電流の大きさにかかわらず常に一定の比率でコレ
クタ電流の大きさに応じたベース電流を供給し、マグネ
トロンのような非線形な負荷に対して最適な電流、つま
リマグ不トロンの非線形性にもとづく電流変動により生
じるコレクタ電流の大きさの変動に応じたベース電流を
供給するという作用を有するものである。

即ち、マグネトロンの非線形性にもとづき種々１０、− の原因によって発生するコレクタ電流の変動にたいして
、トランジスタのベース電流を過度な電力損失を生じる
ことなく、かつ、コレクタ電流の大きさに応じて自動的
に供給するという作用を有するのである。特に、昇圧ト
ランスと変流器とを兼用した場合はあらたに別部品を付
加することなく、上述の作用を実現し、駆動回路の簡素
化と低価格化ならびに装置全体の高信頼性化を実現せし
めるというものである。

実施例以下本発明の高周波加熱装置の一実施例について図面と
ともに説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路
図であり、第６図と同符号のものは相当する構成要素で
あり説明を省略する。

第１図に於て、昇圧トランス６には変流器としての作用
を有するベース駆動巻線１６が設けられ、この巻線１６
の出力は図中の極性のように、少くともトランジスタ７
が導通してい間はコレクタ電流に比例した電流をそのベ
ースに与えるよう構成１１　・されている。第２図（、）はトランジスタ７およびダイ
オード８に流れる電流Ｉｃ、Ｉｄであり、同図（ｂ）は
駆動回路９からトランジスタ７０ベースに与えられる電
流Ｉｂ１＋、Ｉｂ１−である。

第１図から明らかなようにトランジスタ７のベースには
昇圧トランス６のベース巻ａ１６と駆動回＠９との合成
出力が供給される構成となっており、同図（ｃ）のよう
なベース電流Ｉｂ＋、Ｉｂ−が流れる。図より明らかな
ようにトランジスタ７の導通期間の橙とんどの期間（ト
ランジスタ７がオンまたはオフに切替わる期間を除いた
導通期間）では、ベース電流Ｉｂ十ｉｄ：コレクタ電流
Ｉｃに常に比例するようになっている。このため、マグ
ネトロン１５の特性が温度、加熱負荷、部品バラツキ、
あるいは経時変化などによって変化し、結果と１〜でコ
レクタ電流Ｉｃが変化することによって必要なベース電
流ｒｂ＋が変化しても自動的に変流器作用によって補正
される。

第３図（ａ）はこのことを示す図であり、直線１７は従
来の場合のコレクタ電流Ｉｃとベース電流１ｂ十との関
係、直線１８は第１図のような本発明の場合の関係を示
すものである。図から明らかなように通常動作でのＩｃ
の最大値であるＩｃｍａＸをかりに超えてもベース電流
Ｉｂ十は自動的に補正される。このため本発明の場合の
トランジスタ７の損失ＰＴは、同図（ｂ）に示すように
従来の場合の損失直線１９のように急激に増加してトラ
ンジスタ７を破壊することがない。このためマグネトロ
ンのようなダイナミックインピーダンスの小さい負荷を
トランジスタで駆動するようにした高周波加熱装置の信
頼性を著しく向上し、かつＩｃが小さい動作状態での電
力消費を抑え、高周波加熱装置の効率を向上させること
ができる。そして特に駆動回路９の消費電力を小さくで
きるのでその回路構成の素化を実現して大幅な低コスト
化を可能とすることができるので、工業生産」−の効果
が極めておおきいものである。

第４図は第１図の本発明の実施例に於る昇圧トランス６
の構造を示す断面図である。

第４図に於て、フェライトコア２１，２２の中１３１、
− 脚にはエアギャップ２３が設けられ、一次巻線１０と二
次巻線１１との間の結合度を０．６ないし０．８として
通常のトランスより小さくされており、共振型インバー
タの安定動作を実現する作用を果している。ヒータ巻線
１２は二次巻線１１と同一ボビン（巻枠）２４に設けら
れており、高圧絶縁を容易にしている。一方、ベース駆
動巻線１６は一次巻線１０と同一のボビン２５に設けら
れており、少くとも二次巻ａ１１より一次巻線１０との
結合度が高くなるよう構成されている。これは第３図（
ａ）の直線１８で示した関係をできるだけ理想的なもの
とするためである。このようにすることによって非線形
なマグネトロンをインバータで安定に駆動し、しかも前
述した良好なコレクタ電流とベース電流の関係を常に維
持することができる。

第５図は本発明の他の実施例であって第１図と同符号の
ものは相当する構成要素であり説明を省略する。

同図に於て、１６は変流器であってトランジスタ７のコ
レクタ電流のみをベースに供給すること１４・＼− ができるので駆動回路に流れる電流Ｉｂ−が第１図の実
施例より小さいものになシ、がっ、コレクタ電流以外は
全く流れないのでトランジスタ損失もより小さいものと
なるという特徴がある。

発明の効果以上に述べたように本発明によれば、以下のような効果
を得ることができる。

（１）全波整流様電圧波形電源より電力を得るインバー
タによジ昇圧トランスを付勢しマグネトロンを駆動する
構成としつつ、トランジスタのコレクタ電流に比例した
電流を出力する変流器と駆動回路の合成出力でトランジ
スタのベースを付勢するようにしたので、駆動回路の電
力消費を著しく軽減し、高周波加熱装置の構成を簡単化
、低価格化することができる。

（２）トランジスタの電流に比例した電流出力をトラン
ジスタのベースに供給するので、マグネトロンという電
圧や温度などによるインピーダンス変化の大きい負荷を
安定、かつ高信頼度で駆動することができる。

１５　、（３）　　また、トランジスタそのものの電力損失も従
来に比べて小さくすることができ、トランジスタの高信
頼性化を実現できる。

（４）　　さらにまた、上記の結果、トランジスタを中
心とした高周波加熱装置の放熱構成を簡素化し、全体構
成の小型化低コスト化を押し進めた高周波加熱装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路
図、第２図、（ａ）〜（ｃ）は、同装置の各部動作電流
波形説明図、第３図（ａ）　、（ｂ）は同装置と従来の
高周波加熱装置のトランジスタ電流およびトランジスタ
損失比較を示す図、第４図は同装置の昇圧トランスの構
成断面図、第５図は本発明の他の実施例を示す高周波加
熱装置の回路図、第６図は従来の高周波加熱装置の回路
図、第７図（ａ）　、（ｂ）は同装置の各部動作電流波
形説明図、第８図（ａ）〜（ｅ）は同装置の欠点を説明
するための各部動作電圧電流波形図、第９図はマグネト
ロンの電圧電流特性図である。１・・・・・商用電源、Ａ・・・・・・単方向電源（２
・・・・・・ダイオードブリッジ、３・・・・・・イン
ダクタ、４・・・・・・コンデンサ）、Ｂ・・・・・・
インノ（−タ（５・・・・・・コンデンサ、７・・・・
・トランジスタ、８・・・・・・ダイオード）、６・・
・・・・昇圧トランス、９・・・・・・駆動回路、１５
・・・・・・マグネトロン、１６・・・・・変流器（ベ
ース駆動巻線）。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名へ　
　　　　　　　５　　　　　　　　　　　へ、ｇ　　　
　　　　　　　Ａ　　　　　　　　　　　　Ｑ＋＋′−
Ｊ＋Ｊ〜　　　　　　　　　　◇す！かａつ城へ　　　　　　　へ　　　　　　　　　へω　　　　　
　　＠　　　　　　　　　　　＾　　　　　　　　　　
　　　０＋／＋Ｊ＋＋Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）商用電源を整流して得た全波整流様電圧波形の単
方向電源と、前記単方向電源により電力を受け、トラン
ジスタをスイッチ素子とするインバータと、前記インバ
ータの出力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トラン
スにより付勢されるマグネトロンと、前記トランジスタ
に駆動電流を供給する駆動回路とを備え、前記単方向電
源の電力を高周波電力に変換してから昇圧し、前記マグ
ネトロンに供給する構成とすると共に、前記トランジス
タに流れるコレクタ電流に比例した電流を出力する変流
器を設け、前記変流器と前記駆動回路との合成出力を前
記トランジスタのベースに供給する構成とした高周波加
熱装置。
（２）昇圧トランスの一次巻線を流れる電流に比例した
電流を出力するベース駆動巻線を設け、変流器を昇圧ト
ランスと兼用した特許請求の範囲第１項記載の高周波加
熱装置。
（３）昇圧トランスの一次巻線と二次巻線の結合度を通
常のトランスより小くすると共に、ベース駆動巻線と一
次巻線との結合度を少くとも一次巻線と二次巻線の結合
度より大きくした特許請求の範囲第２項記載の高周波加
熱装置。
（４）一次巻線と二次巻線を各々別々の巻枠に設けて一
次巻線と二次巻線の結合度を通常のトランスより小くす
る構成とすると共に、ベース駆動巻線を前記一次巻線と
同一の巻枠に設けることによりその結合度を少くとも一
次巻線と二次巻線の結合度より大きくする構成とした特
許請求の範囲第３項記載の高周波加熱装置。
（５）トランジスタのコレクタ回路に変流器を設け、前
記変流器と駆動回路との合成出力を前記トランジスタの
ベースに供給する構成とした特許請求の範囲第１項記載
の高周波加熱装置。