JPS62193086A - Radio frequency heater - Google Patents

Radio frequency heater

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JPS62193086A
JPS62193086A JP3462986A JP3462986A JPS62193086A JP S62193086 A JPS62193086 A JP S62193086A JP 3462986 A JP3462986 A JP 3462986A JP 3462986 A JP3462986 A JP 3462986A JP S62193086 A JPS62193086 A JP S62193086A
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JP
Japan
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transistor
power
voltage
semiconductor
current
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JP3462986A
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Japanese (ja)
Inventor
楠木 慈
前原 直芳
松本 孝広
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 2べ−7 本発明は、誘導加熱器の電源や、誘電加熱用マグネトロ
ン駆動用電源として大電力の周波数変換器を用いる高周
波加熱装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application 2B-7 The present invention relates to a high-frequency heating device that uses a high-power frequency converter as a power source for an induction heater or a power source for driving a magnetron for dielectric heating. .

特にこの種回路に多用される共振型の回路を開閉するた
めのスイッチ素子の改良に関するものである。
In particular, the present invention relates to improvements in switching elements for opening and closing resonant circuits, which are often used in this type of circuit.

従来の技術 電子レンジ用マグネトロン駆動電源を例に従来技術を説
明する。
Prior Art The prior art will be explained using a magnetron drive power source for a microwave oven as an example.

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。
Various configurations of high-frequency heating devices of this type have been proposed in order to reduce the size, weight, or cost of the power transformer.

第5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。
FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional high frequency heating device. In the figure, power from a commercial power source 1 is rectified by a diode bridge 2 to form a unidirectional power source. 3 is an inductor, and 4 is a capacitor, which serves as a filter for the high frequency switching operation of the inverter.

イー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、逆方向ダイオード8、及び3 べ− 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
とチューティー(即ち、オンオフ時間比)でスイッチン
グ動作する。この結果、第6図(a)のような電流Ic
/d、即ち、トランジスタ7のコレクタ電流Ic とダ
イオード8の電流Idが流れる一方、トランジスタ7の
オフ時にはコンデンサ5と一次巻線10との共振により
第6図(b)のような電圧Vce  がトランジスタ7
のC−E間に発生する。このため−次巻線10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。なお、マグネトロ
ン15はマグネトロン本体15aと、フィルタを構成す
るコンデンサ16.17,18、チョークコイル19.
20とにより成るものである。また21は駆動回路9の
電源トランスである。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20KHz100KHz 程度の周波数で動作させ
ると商用電源周波数のまま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−から士数分の−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。
The inverter is composed of a resonant capacitor 5, a step-up transformer 6, a transistor 7, a reverse diode 8, and a drive circuit 9. The transistor 7 performs a switching operation with a predetermined cycle and tutee (ie, on-off time ratio) by a base current supplied from the drive circuit 9. As a result, the current Ic as shown in FIG. 6(a)
/d, that is, the collector current Ic of the transistor 7 and the current Id of the diode 8 flow, while when the transistor 7 is off, the voltage Vce as shown in FIG. 6(b) flows through the transistor due to resonance between the capacitor 5 and the primary winding 10. 7
occurs between C and E. Therefore, high frequency power is generated in the negative winding 10. Therefore, high frequency high voltage power and high frequency low voltage power are generated in the secondary winding 11 and the tertiary winding 12, respectively. This high frequency high voltage power is rectified by a capacitor 13 and a diode 14 and is supplied between the anode and cathode of the magnetron 15, while the high frequency low voltage power is supplied to the cathode heater. Therefore, the magnetron 15 oscillates and can perform dielectric heating. The magnetron 15 includes a magnetron main body 15a, capacitors 16, 17, 18, and choke coils 19.
20. Further, 21 is a power transformer of the drive circuit 9. In such a configuration, the core cross-sectional area of the step-up transformer 6 becomes smaller as the frequency of the power supplied to both ends of the primary winding 10 increases. Compared to the case of boosting the voltage as is, the weight and size of the step-up transformer can be reduced from a few minutes to a few times as much, and the cost of the power supply section can be reduced.

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6図(c)のように正電流Ib+ と負電流Ib−と
より成る。正電流Ib−1−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  例えば30)分の−より大きいことが必要
である。また、負電流Ib−はトランジスタ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+は
第6図5ベーレ′ (、)、(C)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Icの最大値Icm(例えば
60A)によって決まる値Ibm+(例えば2人)とす
ることが必要であった。また、負電流Ibm−もコレク
タ電流Icの最大値工Cmに応じて決まり(例えば15
A)、ICm が大きいほど大電力が必要であった。
The base current Ib supplied to the base of the transistor 7 consists of a positive current Ib+ and a negative current Ib- as shown in FIG. 6(c). It is necessary that the positive current Ib-1- is larger than the maximum value Icm of the collector current Ic of the transistor 7 by its current amplification factor (hfe, for example, 30). Further, the negative current Ib- is a current that flows by reverse biasing between the pace emitters of the transistor in order to increase the switching speed of the transistor 7 and prevent an increase in switching loss. As is clear from FIG. 6, the positive current Ib+ is a value Ibm+ (for example, 2) determined by the maximum value Icm (for example, 60 A) of the collector current Ic during the conduction period of the transistor 7. It was necessary to do so. Further, the negative current Ibm- is also determined according to the maximum value Cm of the collector current Ic (for example, 15
A) The larger the ICm, the more power was required.

さらに、コレクタ電流Icはいわゆる少数キャリア蓄積
効果によりベース電流Ib+か遮断されてから一定時間
toffだけ流れつづけるものであり、このtoffは
トランジスタ7の特性ノ〈ラツキや温度などによって変
化するものであった。そして、このtoi fの変化に
よって、インノ〈−夕の出力が変化するという結果を生
じるものであった。
Furthermore, the collector current Ic continues to flow for a certain period of time toff after the base current Ib+ is cut off due to the so-called minority carrier accumulation effect, and this toff changes depending on the characteristics of the transistor 7, such as irregularities and temperature. . This change in toif results in a change in the output of the input.

このような条件下でトランジスタ7を駆動するため駆動
回路9は例えば第5図(b)のような構成となるもので
ある。すなわち電源トランス21より得られる直流電源
22.23、発振回路24、トランジスタ25,26,
27、抵抗器25−36、およびダイオード37より構
成されている。
In order to drive the transistor 7 under such conditions, the drive circuit 9 has a configuration as shown in FIG. 5(b), for example. That is, a DC power source 22, 23 obtained from the power transformer 21, an oscillation circuit 24, transistors 25, 26,
27, resistors 25-36, and a diode 37.

6 ページ 発振回路24は所定の周期の導通期間でトランジスタ2
5.26を交互にオンオフし、第6図(C)のようなベ
ース電流をトランジスタ7に供給する。
6 The page oscillation circuit 24 turns on the transistor 2 during a conduction period of a predetermined period.
5.26 is turned on and off alternately, and a base current as shown in FIG. 6(C) is supplied to the transistor 7.

しかしながらこのトランジスタ25.26はかなりの大
電流を扱い得るものであることが必要であり、かつ直流
電源22.23もこの大電流を供給することが必要であ
った。したがって、駆動回路9および電源トランス21
は大型で高価なものとならざるを得なかった。
However, the transistors 25 and 26 were required to be able to handle a considerably large current, and the DC power supplies 22 and 23 were also required to supply this large current. Therefore, the drive circuit 9 and the power transformer 21
had to be large and expensive.

特に高周波大電流でトランジスタ7を動作させる場合は
駆動回路9および電源トランス21は極めて大型で高価
なものとなり、例えば201M−50W程度の電力が必
要となるものであった。
In particular, when the transistor 7 is operated with high frequency and large current, the drive circuit 9 and the power transformer 21 become extremely large and expensive, and require a power of about 201M-50W, for example.

発明が解決しようとする問題点 このような従来の高周波加熱装置は前述したように次の
ような欠点があった。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, such conventional high frequency heating devices have the following drawbacks.

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。
In the conventional high-frequency heating device, a step-up transformer 6 is energized by an inverter including a transistor 7, etc., in order to make the power supply device smaller, lighter, and lower in cost.

7 ペー/ しかしながら、トランジスタ7には第6図(、)および
(c)のようにコレクタ電流Icのピーク値Icmに相
当するベース電流Ibm十を供給することが必要であり
、このIbm+を供給するための電力はかなり大きなも
のとなっていた。例えばIcm−60Aとしトランジス
タ7のhfeを30とするとIbm+−2Aとなり、駆
動回路9の消費電力は極めて大きなものとなり、駆動回
路9および電源トランス21の大型化高価格化を避ける
ことが困難であった。
However, it is necessary to supply the base current Ibm+ corresponding to the peak value Icm of the collector current Ic to the transistor 7 as shown in FIGS. 6(,) and (c), and this Ibm+ is supplied. The amount of electricity required was quite large. For example, if Icm-60A and the hfe of the transistor 7 is 30, the result will be Ibm+-2A, and the power consumption of the drive circuit 9 will be extremely large, making it difficult to avoid increasing the size and price of the drive circuit 9 and the power transformer 21. Ta.

さらに、温度変化などによるトランジスタ7のストレー
ジタイム(第6図におけるtoffの主因)の変化や、
マグネトロン15の温度変化や経時変化により生じるコ
レクタ電流Icm の変化に対応するためにはこれに十
分なベース電流を供給することが必要であり、−周駆動
回路9、電源トランス21などの大型化高価格化を生じ
るばかりでなく、高周波加熱装置の出力変動を大きくし
て不安定なものとし、かつ無駄なトランジスタ7等の損
失を生じさせ、信頼性、安全性を低下させてしまうとい
う欠点があった。
Furthermore, changes in the storage time of the transistor 7 (the main cause of toff in FIG. 6) due to temperature changes, etc.
In order to cope with changes in the collector current Icm caused by temperature changes and changes over time in the magnetron 15, it is necessary to supply a sufficient base current. Not only does this increase the price, but it also increases the fluctuation in the output of the high-frequency heating device, making it unstable, and causes unnecessary loss in the transistor 7, etc., which reduces reliability and safety. Ta.

問題点を解決するための手段 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。
Means for Solving the Problems The present invention has been made to solve the drawbacks of such conventional high frequency heating devices, and is a high frequency heating device constructed by the means described below.

即ち、商用電源などより得られる単方向電源と、前記単
方向電源により電力を受は半導体スイッチ素子を有する
インバータと、共振コンデンサと共振回路を形成し前記
インバータの出力を負荷に伝える電力伝達用インダクタ
ンスと前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動回路とを
備え、前記半導体スイッチ素子は、半導体高圧バイポー
ラスイッチと半導体高速バイポーラスイッチで構成し前
記半導体高速バイポーラスイッチを前記駆動回路で駆動
し、前記駆動手段は共振回路と同期してパルス発生電圧
を発生ずる発振回路から構成される。
That is, a unidirectional power source obtained from a commercial power source, an inverter that receives power from the unidirectional power source and has a semiconductor switching element, and a power transmission inductance that forms a resonant circuit with a resonant capacitor and transmits the output of the inverter to a load. and a drive circuit for driving the semiconductor switch element, wherein the semiconductor switch element is composed of a semiconductor high-voltage bipolar switch and a semiconductor high-speed bipolar switch, the semiconductor high-speed bipolar switch is driven by the drive circuit, and the drive means is configured to resonate. It consists of an oscillation circuit that generates a pulse generation voltage in synchronization with the circuit.

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。
Effects The present invention has the following effects due to the above configuration.

9 べ−7 即ち、本発明の高周波加熱装置は、電力伝達用インダク
タンスを設け、共振型インバータで上記インダクタンス
を駆動するよう構成するとともに、共振型インバータの
半導体スイッチ素子を半導体高速バイポーラスイッチと
半導体高圧バイポーラスイッチで構成し半導体高速バイ
ポーラスイッチを上記共振回路と同期して動作する構成
としたので大電力を扱うトランジスタのスイッチング動
作を安定化し、かつ、駆動回路や電源トランスの消費電
力の低減とその構成の簡素化を実現して大型化高価格化
せざるを得なかった駆動回路や電源トランスをコンパク
トで低価格なものとすることができる。また、特性変化
によって生じる半導体スイッチ素子電流の変動を防止し
、電力伝達用インダクタンスの出力を安定化しかつ半導
体スイッチ素子等の無駄な電力消費を抑制し信頼性を向
上させるという作用を有するものである。
9.B.7 That is, the high frequency heating device of the present invention is configured to include a power transmission inductance, drive the inductance with a resonant inverter, and replace the semiconductor switching elements of the resonant inverter with a semiconductor high speed bipolar switch and a semiconductor high voltage switch. The semiconductor high-speed bipolar switch is configured to operate in synchronization with the above-mentioned resonant circuit, which stabilizes the switching operation of transistors that handle large amounts of power, and reduces the power consumption of the drive circuit and power transformer. This simplifies the drive circuit and power transformer, which had previously been forced to be larger and more expensive, to be made more compact and less expensive. It also has the function of preventing fluctuations in the semiconductor switch element current caused by changes in characteristics, stabilizing the output of the power transfer inductance, and suppressing wasteful power consumption of the semiconductor switch elements, improving reliability. .

本発明で言う半導体高速バイポーラスイッチとは、ター
ンオフ時間が1μSEC以下(耐圧が100v以下)、
半導体高圧バイポーラスイッチ10 ペー/゛ とは耐圧300V以上(ターンオフ時間は数μ5EC)
の素子をさしている。バイポーラトランジスタの特性は
、耐圧仕様を大きくすると低速になり、低圧仕様にする
と高速で、電流増巾率も高いという特性を有するもので
ある。
The semiconductor high-speed bipolar switch referred to in the present invention has a turn-off time of 1 μSEC or less (withstand voltage of 100 V or less),
Semiconductor high voltage bipolar switch 10 P/゛ means a withstand voltage of 300V or more (turn-off time is several μ5EC)
It refers to the element of The characteristics of bipolar transistors are that the higher the withstand voltage specifications, the lower the speed, and the lower voltage specifications, the higher the speed, and the higher the current amplification rate.

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。
EXAMPLE Hereinafter, an example of the high frequency heating device of the present invention will be described with reference to the drawings.

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5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。
FIG. 1 is a circuit diagram of a high-frequency heating device showing an embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 5 are corresponding components, and the explanation thereof will be omitted.

第1図に於て、昇圧トランス6は、発生した高周波出力
をマグネトロンに電力伝達し、またコンデンサ5と共振
するインダクタンスとして機能する電力伝達用インダク
タンスである。昇圧トランス6の二次巻線11にはマグ
ネトロン15が接続されるとともに、そのフィルタコン
デンサ16゜17が図のように並列接続されている。一
方、昇圧トランス6は通常のトランスよりも一次二次巻
線間結合係数が小さく(例えば、0.8程度)構成11
 ペー。
In FIG. 1, the step-up transformer 6 is a power transmission inductance that transmits the generated high-frequency output to the magnetron and functions as an inductance that resonates with the capacitor 5. A magnetron 15 is connected to the secondary winding 11 of the step-up transformer 6, and its filter capacitors 16 and 17 are connected in parallel as shown. On the other hand, the step-up transformer 6 has a smaller coupling coefficient between the primary and secondary windings (for example, about 0.8) than a normal transformer.
P.

されており、かなり大きい漏洩インダクタンスを有して
いる。この漏洩インダクタンスとフィルタコンデンサ1
6.17とが一種のローパスフィルタの作用をするため
、従来用いられていた高圧ダイオードを用いなくてもマ
グネトロンのアノードピーク電流を小さく抑えつつ、所
定の電波出力を得ることができ、高圧タイオードを省略
してもマグネトロンを安定に動作させることができる。
and has a fairly large leakage inductance. This leakage inductance and filter capacitor 1
6.17 acts as a kind of low-pass filter, it is possible to obtain the desired radio wave output while suppressing the magnetron's anode peak current without using the conventionally used high-voltage diode. Even if it is omitted, the magnetron can operate stably.

すなわち、漏洩インタフタンスとフィルタコンデンサ1
6.17とにより、アノード電流のピーク値を抑制する
ことができる。このような回路構成にした場合、スイッ
チングトランジスタにはどうしても大電流負荷条件とな
るので、単純なバイポーラトランジスタではどうしても
スイッチング損失が増加してしまう。そこで図のように
第一および第二のトランジスタ40.41を直列接続し
、第一のトランジスタ40のベースには直流電源42を
、第二のトランジスタ41のゲートには発振回路43を
それぞれ接続するようにしたものである。
That is, the leakage interface and filter capacitor 1
6.17, the peak value of the anode current can be suppressed. In such a circuit configuration, the switching transistor is inevitably subjected to a large current load condition, so that switching loss inevitably increases with a simple bipolar transistor. Therefore, as shown in the figure, first and second transistors 40 and 41 are connected in series, and a DC power supply 42 is connected to the base of the first transistor 40, and an oscillation circuit 43 is connected to the gate of the second transistor 41. This is how it was done.

この構成によりスイッチ素子44の耐圧を第一のトラン
ジスタ40で分担し、スイッチ動作を第二のトランジス
タ41で分担するようにすることかでき、スィッチ素子
44全体としてのスイッチ損失を低く抑え、高圧ダイオ
ードを省略した回路構成でありながら安定で効率のよい
マグネトロン駆動用インバータを実現することができる
。また、第一のトランジスタ40はスイッチ速度が遅い
ものでよく、第二のトランジスタ41は低耐圧のバイポ
ーラトランジスタを用いることができるので、駆動回路
9の消費電力は従来に比べて著しく小さくすることがで
きる。第二のトランジスタは、低圧トランジスタでよい
ので高速で電流増lコ率が高く、従来例の如く、高耐圧
だが低速のトランジスタをベース電流だけでスイッチ動
作をさせる場合に必要たった大きいベース電流や逆電圧
が不要になり駆動回路の簡素化がはかれるのである。第
一のトランジスタは第二のトランジスタのoff  時
に瞬間的に第一のトランジスタコレクタ電流力ベースに
流れるが、この電流はコンデンサ70に充電するために
第一のトランジスタとして低速のト13ぺ一/ ランジスタを用いても、高速の第二トランジスタと直列
接続することで、高速、高耐圧スイツチ素子として用い
ることができる。したがって電源トランス21もコンパ
クトで低価格のものでよく、駆動回路9全体をコンパク
トで低価格のものとすることが可能である。また、発振
回路43は図のヨウにコンデンサ4の電圧および第一の
トランジスタ40のコレクタ電圧を検知し共振コンデン
サ5と昇圧トランス6との共振に同期して動作する構成
である。
With this configuration, the withstand voltage of the switch element 44 can be shared by the first transistor 40, and the switching operation can be shared by the second transistor 41, and the switching loss of the switch element 44 as a whole can be kept low, and the high-voltage diode It is possible to realize a stable and efficient magnetron drive inverter with a circuit configuration that omits the above. Further, the first transistor 40 may have a slow switching speed, and the second transistor 41 may be a bipolar transistor with low breakdown voltage, so the power consumption of the drive circuit 9 can be significantly reduced compared to the conventional one. can. The second transistor can be a low-voltage transistor, so it is fast and has a high current increase rate. This eliminates the need for voltage and simplifies the drive circuit. When the second transistor is off, the first transistor momentarily flows into the collector current of the first transistor, but this current is transferred to the first transistor as a slow transistor to charge the capacitor 70. However, by connecting it in series with a high-speed second transistor, it can be used as a high-speed, high-voltage switch element. Therefore, the power transformer 21 may also be compact and inexpensive, and the entire drive circuit 9 can be made compact and inexpensive. Further, the oscillation circuit 43 is configured to detect the voltage of the capacitor 4 and the collector voltage of the first transistor 40 as shown in the figure, and operate in synchronization with the resonance of the resonant capacitor 5 and the step-up transformer 6.

第2図は駆動回路9のさらに詳しい実施回路例であり第
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。
FIG. 2 shows a more detailed circuit example of the drive circuit 9, and the same reference numerals as in FIG. 1 represent corresponding components, and the explanation thereof will be omitted.

第2図において、発振回路43は、抵抗器45−48、
比較器30、遅延手段50、微分器51よりなるゼロク
ロス検知部と、抵抗器52−54、コンデンサ55、比
較器56、微分器57より成る最長周期タイマーと、抵
抗器57−60、ダイオード61、コンデンサ62、比
較器63、可変基準電圧源64より成るオン時間タイマ
ーと、こ14ベーン のオン時間タイマーの出力をS入力とし、最長周期タイ
マーとゼロクロス検知部との和出力をR入力とする1(
−8/FF65により構成されている。
In FIG. 2, the oscillation circuit 43 includes resistors 45-48,
a zero-cross detection section consisting of a comparator 30, a delay means 50, and a differentiator 51; a longest period timer consisting of resistors 52-54, a capacitor 55, a comparator 56, and a differentiator 57; resistors 57-60, a diode 61, An on-time timer consisting of a capacitor 62, a comparator 63, a variable reference voltage source 64, and the output of the on-time timer of 14 vanes are used as the S input, and the sum output of the longest period timer and the zero-cross detection section is used as the R input. (
-8/FF65.

66はアンドゲート、67.68はインバータゲート、
69はダイオードである。また、第一のトランジスタ4
0を付勢する直流電源42にはコンデンサ70.抵抗器
71、ダイオード72が図のように接続されており、第
一のトランジスタ40がベース接地動作を良好にかつ効
率良く行えるようになっている。従って、従来のtof
fによる特性変動を防止することができる。
66 is an AND gate, 67.68 is an inverter gate,
69 is a diode. In addition, the first transistor 4
The DC power supply 42 that energizes the capacitor 70. A resistor 71 and a diode 72 are connected as shown in the figure, so that the first transistor 40 can perform base-grounding operation well and efficiently. Therefore, the conventional tof
Characteristic fluctuations due to f can be prevented.

第3図は第2図の駆動回路の動作を説明する波形図であ
り、同図(、)および(b)はスイッチ素子44に流れ
る電流I c / d および第一のトランジスタ40
のコレクタと第二トランジスタ41のエミッタとの間の
電圧Vcd  である。また、同図(c)ないしくg)
は発振回路43の各部動作波形である。
FIG. 3 is a waveform diagram illustrating the operation of the drive circuit of FIG.
The voltage Vcd between the collector of the transistor 41 and the emitter of the second transistor 41 is Vcd. Also, the same figure (c) or g)
are operation waveforms of each part of the oscillation circuit 43.

ゼロクロス検知部出力Aは同図(C)のようにコンデン
サ4の電圧Vs とVcd  とのクロスポイントから
一定時間tdだけ遅延してゼロクロス近傍でゼ15 へ
−。
The output A of the zero cross detection section is delayed by a certain time td from the cross point of the voltages Vs and Vcd of the capacitor 4, and reaches zero cross point 15 in the vicinity of the zero cross, as shown in FIG.

ロクロスパルスAを発生する。もし何らかの原因でこの
クロスポイントが検知されない場合は同図(c)および
(d)に破線で示すようにコンデンサ55の゛重圧Bが
所定値Cになった時点で強制ゼロクロスパルスが最長周
期タイマーより発生される。
Generates Rocross Pulse A. If this cross point is not detected for some reason, the forced zero cross pulse is activated by the longest cycle timer when the pressure B of the capacitor 55 reaches a predetermined value C, as shown by the broken line in (c) and (d) of the same figure. generated.

R,−S / F F 65のS入力にパルスAが入力
されるとQ出力は同図(e)のようにHとなり第二のト
ランジスタ41、したがってスイッチ素子44がオンと
なり、Icが流れる。同時にオン時間タイマーのコンデ
ンサ62が同図(f)のように充電され、可変基準電圧
源64よりきめられる電圧Eに達するとオン時間タイマ
ーはR−8/FF65のS入力に同図(g)のパルスF
を入力する。したがって出力QはLとなり、第二のトラ
ンジスタ41、したがってスイッチ素子44がオフとな
り最初の状態に戻り、これをくりかえす。
When the pulse A is input to the S input of the R, -S/FF 65, the Q output becomes H as shown in FIG. At the same time, the capacitor 62 of the on-time timer is charged as shown in the figure (f), and when the voltage E determined by the variable reference voltage source 64 is reached, the on-time timer is connected to the S input of the R-8/FF 65 as shown in the figure (g). pulse F
Enter. Therefore, the output Q becomes L, and the second transistor 41 and therefore the switch element 44 are turned off, returning to the initial state, and this process is repeated.

このような回路動作において、第二のトランジスタ41
はCMO8−ICなどで直接駆動できるので極めて簡単
で低パワーの回路となりコンパクトで低価格なものとす
ることができる。
In such a circuit operation, the second transistor 41
Since it can be directly driven by a CMO8-IC or the like, it becomes an extremely simple and low-power circuit, making it compact and inexpensive.

第4図は電磁調理器による実施例である。加熱用ワーク
コイルとして機能する巻線1oにはバイファイラ巻きの
巻線73を巻き、これと直列にダイオードを接続してい
る。この巻線73とダイオード8によって、共振電圧極
性の変化や、スイッチング時に発生するトランジスタに
対する逆方向電圧を最少限に抑止している。調理負荷と
して73は鍋を示している。ここで巻線1oは発生した
磁力線を鍋に鎖交させて発熱させる電力伝達用インダク
タンスとして機能する。
FIG. 4 shows an example using an electromagnetic cooker. A bifilar winding 73 is wound around the winding 1o functioning as a heating work coil, and a diode is connected in series with this. The winding 73 and the diode 8 minimize changes in resonance voltage polarity and reverse voltage across the transistor that occurs during switching. 73 indicates a pot as a cooking load. Here, the winding 1o functions as an inductance for transmitting power by interlinking the generated lines of magnetic force with the pot to generate heat.

第1と第2のトランジスタを実施例のように、直列接続
する方法以外に、電界効果トランジスタを初段とするダ
ーリントン接続する方法でも本発明は実現できる。
In addition to the method in which the first and second transistors are connected in series as in the embodiment, the present invention can also be realized by a Darlington connection method in which a field effect transistor is used as the first stage.

以上に述べたように本発明によれば、大電力高周波加熱
装置の電源として、小型、コンパクト化の他にインバー
タの制御電力を従来例の数分の1に少なくできるという
効果が出せる。さらに以下の特徴がある。
As described above, according to the present invention, in addition to being smaller and more compact as a power source for a high-power high-frequency heating device, the control power of the inverter can be reduced to a fraction of that of the conventional example. Furthermore, it has the following characteristics.

単独のスイッチ素子についていえば、小型化の17 べ
−7 ための高周波化と大電力を得るための高耐圧化はトレー
ドオフの関係にあった。バイポーラ型は耐圧の高いもの
は作りやすいが高速の素子が作りにくい。toffにつ
いていえば特にダーリントン接続するとi ooov耐
圧で20μSEC位になる。
As for a single switch element, there is a trade-off between increasing the frequency for miniaturization and increasing the breakdown voltage for obtaining high power. Bipolar types are easy to make with high voltage resistance, but difficult to make high-speed devices. Regarding toff, especially when connected with Darlington, the iooov withstand voltage is about 20μSEC.

ところが、耐圧を100V以下位に低圧仕様にすると、
高速で、電流増巾率も大きいトランジスタが容易に製造
できるのである。したがって、本発明の複合構成をとる
ことによりはじめて高周波加熱器のように[IKWレベ
ル]の大きい電力を、高周波化による小型化をはかった
装置として提供することが可能になった。
However, when the withstand voltage is set to a low voltage specification of 100V or less,
Transistors with high speed and a large current amplification factor can be easily manufactured. Therefore, by employing the composite structure of the present invention, it has become possible to provide a high-frequency electric power such as a high-frequency heater (IKW level) as a miniaturized device by increasing the frequency.

従来のように1つの素子を用いて実現するものにくらべ
て本発明は2つの素子を用いる点で不利である。しかし
高周波加熱装置ということで半導体の歩留りも含めて考
えると大きい電力でかつコンパクトにするには必らずし
も不利な点たけではない。従来のものは例えばバイポー
ラ型で実現する場合に耐圧1000V、  ピーク電流
60Aの仕様の素子は、耐圧特性か、スイッチングスピ
ード18 ページ かどちらかの特性が規格にあわす、動作周波数を25K
Hz位と小さくしても、素子の歩留りをあげることが困
難であった。1方本発明によれば、高耐圧型スイッチは
耐圧仕様だけよくすればよく低速型でよい。また高速型
スイッチは耐圧はS。
The present invention is disadvantageous in that it uses two elements compared to the conventional implementation using one element. However, since it is a high-frequency heating device, considering the semiconductor yield, it is not necessarily a disadvantage to use a large amount of power and make it compact. For example, if a conventional device is implemented as a bipolar type device with specifications for a withstand voltage of 1000 V and a peak current of 60 A, either the withstand voltage characteristics or the switching speed of 18 pages meet the standard, and the operating frequency is 25 K.
Even if the frequency is reduced to about Hz, it is difficult to increase the yield of devices. On the other hand, according to the present invention, the high-voltage type switch only needs to have a high withstand voltage specification and may be a low-speed type. Also, the high-speed switch has a withstand voltage of S.

7位もあれば充分で得意のスピード(toff #0.
5 μS E C)の性能は25KHz位ではチェック
の必要もないくらい速い。
7th place would be enough and his good speed (toff #0.
The performance of the 5 μS E C) is so fast that there is no need to check it at around 25KHz.

したがって、動作周波数を50 K Hz位にしてより
コンパクト化できることにくわえて、個々のスイッチは
、単に耐圧か、スピードか得意な1方の性能を確保すれ
ばよいので結果として、素子作成の過程で特性測定工程
が省略できることや、歩留りが高くなるので安価に素子
がつくれる。さらに従来の如く1方の特性が悪いという
ことで、捨てられるといった資源の無駄づかいを防ぐこ
とも同時に可能にするといった効果も出せる。
Therefore, in addition to being more compact by lowering the operating frequency to around 50 KHz, each switch only needs to have its own performance, whether it is voltage resistance or speed, which results in a reduction in the device manufacturing process. Since the characteristic measurement process can be omitted and the yield is high, devices can be manufactured at low cost. Furthermore, it also has the effect of preventing wasteful use of resources, such as being thrown away because one of the characteristics is bad, as in the past.

第2のトランジスタを電界効果トランジスタで構成する
場合には2つのトランジスタを1つのチップに構成する
ことが困難である。本発明の場合19ぺ−2 両方をバイポーラプロセスで製作可能なので1つのチッ
プ化が容易になる。
When the second transistor is formed of a field effect transistor, it is difficult to form two transistors on one chip. In the case of the present invention, both can be manufactured using a bipolar process, making it easy to form one chip.

発明の効果 以上、本発明によれば、小型で省電力型の高周波電源を
もつ高周波加熱装置を提供できる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-frequency heating device having a compact and power-saving high-frequency power source.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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図は同装置の駆動回路の詳細な回路図、第3図
は同装置の各部動作電流波形図、第4図は本発明の別の
実施例の回路図、第5図は従来の高周波加熱装置の回路
図、第6図は同装置の各部動作電流波形図である。 1・・商用電源、2,3.4・・・・単方向電源(2・
・ ダイオードブリッジ、3・・ インタフタ、4・・
 コンデンサ)、5・・・・共振コンデンサ、6・・・
・電力伝達用インダクタンス、8・・・・逆方向ダイオ
ード、9・・・駆動回路、10・・・・−次巻線、11
・・・二次巻線、15・・マグネトロン、40・・・・
第一のトランジスタ(半導体高圧バイポーラスイッチ)
、41・・ ・第二のトランジスタ(半導体高速バイポ
ーラスイッチ)、42・ ・・直流電源、43・・ −
発振回路、44・・・半導体スイッチ素子。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第5
図 第6図 ’ 76.l’ ←寸   1 j Ic       ’        1懺    笥 %゛。 (OJ)1 J〆        11 刺f−Ll− ゝ「菖 ′ハ □
Fig. 1 is a circuit diagram of a high-frequency heating device showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a detailed circuit diagram of the drive circuit of the same device, Fig. 3 is a diagram of operating current waveforms of each part of the device, and Fig. 4 5 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional high frequency heating device, and FIG. 6 is a diagram of operating current waveforms of various parts of the same device. 1...Commercial power supply, 2,3.4...Unidirectional power supply (2.
・Diode bridge, 3... Interfter, 4...
Capacitor), 5... Resonance capacitor, 6...
・Power transfer inductance, 8... Reverse diode, 9... Drive circuit, 10...-Next winding, 11
...Secondary winding, 15...Magnetron, 40...
First transistor (semiconductor high voltage bipolar switch)
, 41... - Second transistor (semiconductor high-speed bipolar switch), 42... DC power supply, 43... -
Oscillation circuit, 44... semiconductor switch element. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao Haga 1 person No. 5
Figure 6' 76. l' ← 1 j Ic ' 1 欥%゛. (OJ) 1 J〆 11 Sting f-Ll- ゝ"Iris 'ha□

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)商用電源などにより得られる単方向電源と、大電
流を制御し高周波電力を発生する半導体高圧バイポーラ
型スイッチと、このスイッチの開閉を制御する半導体高
速バイポーラ型スイッチとからなる半導体スイッチ素子
と、この半導体スイッチ素子に制御信号を供給する駆動
手段と、前記高周波電力を変換し、共振回路を構成する
変換手段と、前記駆動手段に設けられ前記共振回路と同
期して発振する発振回路と前記変換手段の出力が供給さ
れる加熱手段とを有する高周波加熱装置。
(1) A semiconductor switch element consisting of a unidirectional power source obtained from a commercial power source, a semiconductor high-voltage bipolar switch that controls large current and generates high-frequency power, and a semiconductor high-speed bipolar switch that controls the opening and closing of this switch. , a driving means for supplying a control signal to the semiconductor switch element; a converting means for converting the high frequency power to form a resonant circuit; an oscillation circuit provided in the driving means and oscillating in synchronization with the resonant circuit; and heating means to which the output of the converting means is supplied.
(2)半導体高圧バイポーラ型スイッチと半導体高速バ
イポーラ型スイッチとを少なくとも1チップで構成し、
単一のパッケージに収納した特許請求の範囲第1項記載
の高周波加熱装置。
(2) A semiconductor high-voltage bipolar switch and a semiconductor high-speed bipolar switch are configured in at least one chip,
The high frequency heating device according to claim 1, which is housed in a single package.
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