JPS6227623B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスイツチング電源に係わるもので、特
に電子レンジ等のように高い電圧で負荷を駆動す
るものに好的なオン・オフ型のスイツチング回路
に関する。

ゲート・ターン・オフ・サイリスタ（以下、
GTOと称する）を用いたチヨツパ制御をする従
来の電子レンジ用のスイツチング回路は第１図に
示す如き回路構成を有している。すなわち、図に
おいて、商用電源１には、整流器２が接続されて
おり、この整流器２の出力端には高圧変圧器３の
一次側コイルに接続されており、高圧変圧器３の
他端には、ダイオード１０のカソード、GTO9の
アノード、スナバー１１が接続されており、この
ダイオード１０のアノード、GTO9のカソード、
スナバー１１は、それぞれ整流器２の他の端子に
接続されている。この整流器２の端子とGTO9の
カソードとの接続ラインには、分流器１４が設け
られており、この分流器１４には、電流検出器１
７が接続されている。この電流検出器１７には電
流比較器１９の一方の入力端子が接続されてお
り、この電流比較器１９の他方の入力端子には、
電流リミツタ１８が接続されている。この電流リ
ミツタ１８には、パワー制御器１６を介して指令
回路１５からの指令電圧が入力されるように構成
されている。また、パワー制御器１６には、フイ
ルタ２２を介し電圧比較器２６の一方の入力端子
が接続されている。この電圧比較器２６の他方の
入力端子には、商用電源２０より変圧器２１を介
して電圧検出器２３によつて検出された電圧が入
力されるように構成されている。この電圧比較器
２６の出力端子にはAND回路２７が接続されて
いる。また、電流比較器１９の出力端子には、時
比率制御器２５が接続されており、この時比率制
御器２５の入力端子には、発振器２４が接続され
ている。また、この時比率制御器２５の出力端子
にはAND回路２７が接続されており、このAND
回路２７の出力端子には、ゲートアンプ２８が接
続されている。このゲートアンプ２８の出力が
GTO9のゲートに接続されている。

一方、高圧変圧器３の二次側コイルの一端には
逆方向に接続されるダイオード４を介してマグネ
トロン６に接続されている。また前記高圧変圧器
３の二次側コイルの他端は接地されており、この
二次側コイルの他端と前記ダイオード４のアノー
ドとはコンデンサ５を介して接続されている。ま
た、マグネトロン６には、商用電源７から変圧器
８によつて変圧された電源が、マグネトロン６に
印加されている。

このように従来のスイツチング回路は、商用電
源１を受電し、整流回路２によつて全波整流した
直流電圧を高圧変圧器３の１次巻線を経て、半導
体スイツチング素子、こゝではゲート・ターン・
オフ・サイリスタ９により十数ＫHz〜数十ＫHzで
チヨツピングする。先ずGTO9をオンすると、高
圧変圧器３の励磁電流が増加する。この時、高圧
ダイオード７は逆電圧が印加され、高圧変圧器３
の２次側は開路状態となり、エネルギ蓄積され
る。次にGTO9をオフすると、高圧変圧器３の１
次回路は開路状態となる。この時、変圧器３のエ
ネルギがマグネトロン６に移行し、マグネトロン
は発振する。このようなスイツチング回路におい
ては電子レンジ装置に使用するに十分な耐圧と、
電流容量を持つた自己消弧型サイリスタGTOを
スイツチング素子とする。しかし、オン・オフ型
スイツチング回路にあつては、オン・オフ時に定
常時に比し遥かに大きな電流が流れるので、
GTO9の通電電流が、高圧変圧器３の１次巻線の
励磁特性またはGTO9の遮断特性のいずれか一方
の小さい方で決まる限界値を越えないように十数
ＫHz〜数十ＫHzでオン・オフする発振期間を制御
するようゲート信号が印加される。２３は前記制
御の為の電圧検出回路、２６は電流リミツタ２２
で設定された値と検出電圧値を比較し、発振期間
を制御する。また、GTO9の十数ＫHz〜数十ＫHz
でオン・オフする該、オン期間を制御することに
より、GTOの平均電流をGTO固有のオン特性つ
り決まる限界値以下となるように制御する。分流
器１４は上記制御を実現するためのものであり、
電流検出器１７は分流器１４からの出力によつて
電流を検出するものである。電流比較器１９の出
力に基づきデユーテイ（時比率）制御回路２５に
よりGTO9のオン期間の制御を行なう。発振器２
４はGTO9をオン・オフする基準発振器であり一
定周波数の高周波発振を行なうものである。

このような従来のスイツチング回路の制御波形
の１例を第２図及び第３図に示す。電流制御の
為、第２図においては全波整流した脈流電圧ｅ_c
に応じて、制限レベルＥ_c1，Ｅ_c2等を設け半サイ
クル中の通電期間をθ_１あるいはθ_２等と制御す
る。前述のごとく、Ｅ_cは電流リミツタ２６によ
り設定される。第３図は脈流電源電圧ｅ_cに応じ
てオン期間を変え電流を制限する場合である。第
３図ａは直流電圧ｅ_cに応じてGTOの特性から決
まる許容電流値を越えないようにdutyを設定す
る１例、第３図ｂは20KHzでオン・オフされる
GTO9のアノード・カソード間電圧の１例で第３
図ａの半波のある時点t₁から発振を開始してｅ_c
に従つてオン期間ＴがT₁＞T₂＞T₃……と変化す
る様子を示した拡大図である。このように制御す
ることで、第１図図示従来回路は電子レンジ用の
スイツチング回路として使用可能となる。

しかしながら従来のオン・オフ高周波スイツチ
ング回路を用いた電子レンジにおいて、マグネト
ロン管は同軸放射状の電界に直角に加えられた磁
界により、電子を制御するよう工夫された電子管
であるが、動作温度が低すぎる場合には放射電流
の不足により、正常な動作の継続ができなくなり
モーデングと呼ばれる異状現象を起し、管電圧が
跳ね上り異常に高い該電圧が変圧器３の二次側コ
イルを介して一次側コイルに現れてGTOその他
を破壊するという欠点を有していた。

本発明の目的は、高圧変圧器の二次側より一次
側に異常な高電圧が逆に供給された場合であつて
もGTOその他の素子の破壊を防止することので
きるスイツチング回路を提供することにある。

本発明は、高圧変圧器の一次側電圧を検出し該
検出電圧とあらかじめ設定された電圧とを比較し
て、設定電圧よりも一次側電圧が高くなつた場合
には、高圧変圧器の一次側への電源供給を遮断す
ることによりGTOその他の素子が破壊されるこ
とを防止しようというものである。

以下、本発明の実施例について説明する。

第４図には、本発明の一実施例が示されてい
る。

図において、第１図と同じ附号が付されている
素子は、第１図における素子と同じ素子であり同
一の機能を有するものであるからここでは説明し
ない。

本実施例が、第１図図示従来回路と異る点は、
高圧変圧器３の一次側電圧を検出するための回路
すなわち、異常検出回路を設けている点である。
すなわち、整流器２の端子間に同一の抵抗値の抵
抗１００，１０１の直列回路である分圧器１２が
接続されており、この抵抗１００と抵抗１０１の
接続点は、抵抗１０２を介して比較器１０３に接
続されている。また、ダイオード１０のアノー
ド・カソード間には、同一値の抵抗１０４と抵抗
１０５との直列回路で構成される分圧器１３が接
続されており、この抵抗１０４と抵抗１０５の接
続点は、抵抗１０６を介して比較器１０３に入力
されている。この比較器１０３の出力端子からは
コンデンサ１０７、抵抗１０８の並列回路を介し
て負帰還されており、この比較器１０３の出力端
子は時比率制御器２５に接続されている。この抵
抗１０３，１０６，１０８、比較器１０３、コン
デンサ１０７によつて異常検出回路２９が構成さ
れている。

一般に、高圧変圧器３の二次側に発生する異常
に高い電圧の検知、検出については、変圧器３に
巻数の少ない第３次巻線を設けることにより実現
することも不可能ではないが、巻数を小とするた
め、検出電圧の変化量も小さく、接地の関係もあ
り、実際に３次巻線を設けることは製造上問題が
多い。そこで、本実施例は、一次側で二次側に発
生した異常に高い電圧を検出する手段として、第
５図および第６図に示す如く二次電圧ｅ_Oに相当
する電圧として、高圧変圧器一次側電圧ｅ_TRを得
る方法である。すなわち、全波整流電圧ｅ_Cを分
圧器１２により検出し、一方GTOのAK間電圧ｅ
_GTを分圧器１３で検出し、１次遅れフイルタを経
て、差を取り出すとｅ_C−ｅ_GT≒ｅ_TRとなりｅ_TR
はほぼｅ_Oに比例する。従つて、ｅ_Cとｅ_GTを比較
器１０３に導き高圧リミツタ１８で設定された値
を越えたら、GTO9のオン・オフ信号遮断し、回
路の保護を行う。

このようにすれば、マグネトロンのモーデング
現象等が発生した場合、GTO、マグネトロン等
の破壊を防止することができる。

第４図の電子レンジ用スイツチング回路とし
て、全波整流波形の半波ごとの通電期間を制御す
る手段と、前記半波の中で数十ＫHzでオン・オフ
されるオン期間を制御する手段を併用する制御を
行なう装置で、マグネトロンがモーデングを行し
た場合、あるいは負荷が軽るくなり、負荷電圧ｅ
_MGが上昇し、制限値を越えた時点において、全波
整流波形の以降のGTOのゲート信号をオフし、
次の半波においては再び正常なゲート信号が印加
されるよう第７図ａのように制御することもでき
る。t₁は異状電圧検出時点である。この場合負荷
電圧ｅ_GTは制限値以下で運転が継続されるが
GTOの通電期間は本来の制御における通電期間
θより小さいt₀→t₁となる。異常検出時点t₁以降
完全にGTOを停止させても良い。

また、次の半波においてもｅ_GTが再び制限値を
越え、第７図ａのごとき制御が一定サイクル繰返
えされた場合、第７図ｂのように以降はGTOの
通電を完全に停止させても良い。

チヨツパ回路の電源が平滑な直流の場合には、
負荷電圧ｅ_MGが制限値を越えたら、第７図ｃに示
すごとく、異常上界電圧検出時点t₁において、以
後の通電を停止し、設定された一定期間TSの
後、再びオン・オフ動作を開始するようにGTO
のゲート信号を印加し、同様の動作を一定の回数
繰返えした後もｅ_MGが制限値を越える場合には、
脈流電源の場合と同じく例えばt₃以後はGTOのゲ
ート信号を完全に遮断し、電子レンジ装置を完全
に停止させることもできる。

第７図ｄは脈流電源の半波のt₁からGTOが発振
を開始したとして、発振と同時あるいは発振開始
より数Hzあるいは数μｓ等極めて短かい期間の中
にｅ_MGの異常上昇電圧を検出した場合は、直ちに
GTOのゲート信号を完全停止させる方法も有効
である。

第７図ｅは定常時の動作期間を示す図でθは通
電期間で、θが可変制御される。

また、第４図における異常検出回路２９の出力
によつてスイツチング回路の電源を遮断すること
も可能である。

第８図には、本発明の他の実施例が示されてい
る。

図において、３０は一次遅れフイルタ、３１は
反転回路、３２は遅延回路、３３，３４はトラン
ジスタ、３５は比較器、３６は高圧リミツタであ
り、これらの素子によつて異常検出回路２９構成
されている。本実施例は、第５図に示す如きｅ
_C，ｅ_GT，ｅ_O波形及び比較器３０の出力波形ｅ_TR
を第６図に示すように、実験的に観測し、ｅ_TRと
ｅ_Oが相似な波形となるようにしたものである。

いま、GTO9が数十ＫHzでオン・オフすると、
高圧変圧器３の漂遊容量と回路及び変圧器のリア
クタンスとの共振によりオン時に跳躍電圧が現わ
れるが、遅延回路３２はこの部分を除去するた
め、すなわち検出電圧の跳ね上り部分をトランジ
スタ３３及び３４により短絡して除去する為のも
のであり、トランジスタ３３及び３４はGTO9の
不導通期間に電源電圧まで上昇する検出のGTO
電圧及び電源電圧を短絡させて、零とし、ｅ_O，
ｅ_MG波形をｅ_TR波形に近似させる為のものであ
る。３５は比較器でｅ_Cとｅ_GTの差を１次遅れフ
イルタ３０により取り出し、高圧リミツタ３６で
設定した値と比較し、これを越えた場合、第１図
の回路説明で述べたと同様の保護動作を行わせる
ものである。

したがつて、本実施例によれば、前記実施例と
同様の効果を得ることができる。また、本実施例
によれば、より正確に高圧変圧器の二次側の電圧
を検出することができる。

以上説明したように、本発明によれば、高圧変
圧器の二次側より一次側に異常な高電圧が逆に供
給された場合であつてもGTOその他の素子の破
壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイツチリング回路の回路図、
第２図は第１図図示回路の基本動作を示すタイム
チヤート、第３図は第１図図示回路の基本動作を
示すタイムチヤート、第４図は本発明の実施例を
示す回路図、第５図は第４図図示実施例の基本的
考え方を示す図、第６図は第４図図示実施例の原
理の波形図、第７図は第４図図示実施例の保護動
作を示すタイムチヤート、第８図は本発明の他の
実施例を示す回路図である。 ３…高圧変圧器、６…マグネトロン、９…
GTO、１２，１３…分圧器、１４…分流器、２
５…時比率制御器、２８…ゲートアンプ、２９…
異常検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前
   記整流器より供給される電圧をチヨツパ制御して
   高圧変圧器の一次側コイルに供給するスイツチン
   グ素子とを備え、前記高圧変圧器の二次側コイル
   に接続される負荷回路に前記一次側コイルに接続
   される前記スイツチング素子のオン時に蓄えたエ
   ネルギーをオフ時に供給するように構成されるス
   イツチング回路において、上記負荷回路の異常上
   昇電圧を上記高圧変圧器の一次側コイルの両端の
   電圧によつて検出する第１の手段と、前記第１の
   手段によつて検出した値をあらかじめ設定された
   値とを比較して異常電圧の有無を判定し、異常電
   圧と判定した場合には前記スイツチング素子をオ
   ンさせないようにする第２の手段とを備えたこと
   を特徴とするスイツチング回路。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の発明において、
   上記第１の手段は、上記整流器より出力される直
   流電圧と上記スイツチング素子に印加される電圧
   との差によつて検出するようにしたことを特徴と
   するスイツチング回路。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の発明
   において、上記第２の手段は、上記負荷回路の異
   常電圧を検出した時点で整流電圧の半サイクルの
   以降の通電を停止し次の半サイクルを正常に通電
   することとしたことを特徴とするスイツチング回
   路。 ４ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の発明
   において、上記第２の手段は、負荷回路の異常電
   圧の検出時点より所定間隔おきに通電を停止する
   ようにしたことを特徴とするスイツチング回路。