JPS6256755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマグネトロン駆動用電源装置に係り、
特に電子レンジ等におけるように、高い電圧で固
定負荷を駆動するのに好適なチヨツパ方式のマグ
ネトロン駆動用電源に関する。

従来の電子レンジに用いられているマグネトロ
ン駆動用電源の主回路構成を第１図に示す。商用
の交流電源１を受電し、昇圧変圧器５で昇圧した
後、高圧ダイオード１０及びフイルタコンデンサ
７，８によつて倍電圧整流し、マグネトロン９の
陽極に印加するという簡単な回路構成である。な
お、図中の符号２はドアスイツチ、３は制御回
路、４はパワースイツチであらわす。

マグネトロン９は約3.5kv乃至4kv程度で発振
を起こし、アンテナ（図示せず）より熱エネルギ
を放射する。その場合の出力電力は普通600ワツ
トないし1kワツト程度である。そして、ゆつく
り加熱する時等の場合はコンデンサ７，８の中の
１個のみを使用して出力を低減し、反対にスピー
ド加熱時にはコンデンサ７とコンデンサ８とを並
列接続して定格出力となるように、電磁リレー６
で調整する。

変圧器５としては、定電圧特性を持たせるた
め、リーケージリアクタンスの大きいものが用い
られている。該変圧器５は電子レンジ装置の中で
容積、重量に関してかなりの部分を占めている。
また、高圧コンデンサ７及び８も商用周波数で使
用するため大きいものとなる。変圧器５、コンデ
ンサ７及び８を含めて電源の小形化、軽量化が要
望されており、このため、高周波スイツチング電
源によつて小形化することが考えられてきた。

しかしながら、これまでは非可聴（10数ＫHz以
上）の高周波で容量の大きい、適当なスイツチン
グ素子がなく（トランジスタでは耐圧および容量
不足であり、またサイリスタではスイツチング時
間が長すぎる）、実現できなかつた。その解決策
として、サイリスタインバータを何箇か用意し
て、時分割で利用することにより、十数ＫHzで運
転することが提案された。しかしながら、この方
法は、実験的には可能であるが、サイリスタ素子
の数が多くなつて高価となるので、実用には適し
ない。

また、第１図のような従来回路では、出力の切
替制御のためには変圧器５にタツプを設けてスイ
ツチで切替えるか、コンデンサ７及び８あるいは
更に付加したコンデンサを、電磁リレー６のよう
な機械的スイツチにより切替えるかしなければな
らない。このため、出力制御は段階切替えとな
り、切替え段数も限定されるばかりでなく、接点
摩もう等の欠点もある。

本発明者らは、高周波スイツチングの可能なゲ
ートターンオフ・サイリスタ等が開発されたこと
に鑑み、これを電子レンジ用等のマグネトロン駆
動用電源装置に適用することを試み、無段階出力
調整が可能な、高周波スイツチング方式による小
型のマグネトロン駆動用電源装置を開発したもの
である。

したがつて、本発明の目的は、小形軽量で出力
電力も可変でき、しかも高効率なマグネトロン駆
動用電源装置を提供するにある。

本発明を電子レンジ用電源に適用した一実施例
の基本的な回路を第２図に示す。商用電源１を受
電し、整流回路１３によつて全波整流した脈流電
圧（ただし、直後成分は実質上含まれない）を高
圧変圧器５の１次巻線を経て、半導体スイツチン
グ素子（ゲートターンオフ・サイリスタ：以下
GTOと称する）１２により十数ＫHz〜数十ＫHz
でチヨツピングする。

先ずGTO１２をオンにすると、高圧変圧器５
の励磁電流が増加する。この時、高圧ダイオード
１０には逆電圧が印加されるので、高圧変圧器５
の２次側は開路状態となる。次にスイツチング素
子１２をオフにすると、高圧変圧器５の１次回路
は開路状態となる。この時、高圧変圧器５の２次
回路が閉路状態となつて、変圧器５のエネルギー
がマグネトロン９に移行し、マグネトロンは発振
する。

しかして、マグネトロン管に伝達されるエネル
ギの調整は数十ＫHzでオン・オフされるGTOの
デユーテイレベルを変えることにより無段階で行
なう。勿論段階的に出力を調整することは一層容
易である。

なお、変圧器５の１次側コンデンサ１１は、数
十ＫHzでオン・オフするGTOによつて変圧器２
次側へ電力を送り込む為の、数μフアラツド程度
の小容量のものであり、高周波で動作するスイツ
チング回路の電源のインピーダンスを下げるため
に用いられるものである。したがつて、整流器１
３の出力平滑用として用いられる場合に比べて、
その容量、寸法、重量を格段に小さくすることが
できる。また、１４はヒータ用商用電源、１５は
ヒータ用変圧器、２１はゲート信号回路である。
このようにして、GTO１２を高周波でオン・オ
フすることにより高圧変圧器５を高周波で励磁で
きるので、変圧器５およびコンデンサ８を小型、
軽量化することができる。

しかしながら、第２図の例では、全波整流器１
３の出力はほとんど平滑化されず、第３図に示す
ように、実質上直流成分を含まない―換言すれ
ば、交流成分のみからなる脈動電圧となつてい
る。このために、GTO１２を、前述のような十
数ＫHzないし数十ＫHzの高周波でチヨツピングす
る際のデユーテイ比を、脈流波形の全周期にわた
つて一定とした場合には、同図に斜線をつけて示
したように、高圧変圧器５を介してマグネトロン
９に供給されるエネルギ（すなわち、その出力）
が一次側電圧の大きさに応じて変化することにな
る。

したがつて、高圧変圧器５、コンデンサ８、ダ
イオード１０等も最大エネルギに見合つた定格の
ものとする必要があり、小型化、軽量化が十分に
できないばかりでなく、コスト高になるという問
題がある。

前述の問題を解決して出力を安定化し、装置の
小型軽量化をはかるため、本発明においては、
GTO１２の高周波チヨツピング時に、そのデユ
ーテイ比を、その印加瞬時電圧が低いときは大き
く、印加瞬時電圧が高くなるにつれて小さくする
ことによつて、脈流波形の全周期にわたつて変圧
器５、マグネトロン９に供給されるエネルギを平
均化し、しかも全体的にデユーテイ比を制御して
出力調整ができるようにしている。

第２図の下半の部分がこのための回路で、１７
は電圧検出器、１８は過電流検出回路、１９はデ
ユーテイ制御回路、２０はデユーテイレベル制御
回路、２１はゲート信号回路、２２はソフトスタ
ート回路である。１６はマグネトロン９の陽極電
流に対応する変圧器５の１次側電流、すなわち
GTO１２の電流を検出する回路である。

良く知られているように、マグネトロン９の陽
極電流とGTO１２の電流とは一定の関係を持つ
ているので、GTO１２を高周波制御する場合の
デユーテイ比を変えて、GTO電流をコントロー
ルすることにより、マグネトロン９の出力の制御
を行なうことができる。

電圧検出器１７は、図示しない降圧変圧器と整
流器とよりなる。電圧検出器１７は整流器１３の
出力波形と相似で、かつ降圧された電圧ｅ_cを出
力し、これをデユーテイ制御回路１９に供給す
る。

デユーテイ制御回路１９においては、前記入力
電圧ｅ_cの瞬時値に応じて、例えば第４図の曲線
ａで示すように、瞬時電圧ｅ_cが小さい時はGTO
のオン期間（すなわち、デユーテイ比）が大、瞬
時電圧ｅ_cが大きい時はGTOのオン期間（すなわ
ち、デユーテイ比）が小となるように、GTOの
デユーテイ比を制御する信号を発生し、この制御
信号をゲート信号回路２１に加える。そして、ゲ
ート信号回路２１の出力によつてGTO１２のデ
ユーテイ比を制御する。

このように制御すれば第５図および第６図に示
すように数十ＫHzでオン・オフされるGTO１２
を流れる電流波形の１導通期間毎の面積はほヾ等
しくなる。したがつて、整流器１３の出力電圧
を、大形のフイルタ回路で平滑化しなくても、第
３図に示した脈流状のまゝでリツプルの少ないエ
ネルギすなわち電力をマグネトロン９に伝達する
ことができる。

２０はデユーテイ・レベル制御回路で、デユー
テイ比制御曲線を、例えば第４図のａからｂ，ｃ
へと変えるものである。このように制御すること
により、同一入力電圧に対するGTO１２のデユ
ーテイ比が小さくなり、マグネトロン９に供給さ
れるエネルギーは小となつて、マグネトロンの出
力が減少する。

それ故に、後述するように、デユーテイ比制御
曲線のレベルを無段階に制御できるように構成し
ておけば、ゆつくり加熱したり、スピード加熱し
たりあるいは加熱物の種類、加熱方法等に合せ
て、指令を与え、デユーテイ比制御曲線のレベル
を適当に設定することにより、高圧変圧器のタツ
プを接点で切替えたり、高圧コンデンサを同様に
して切替えたりすることなしに、容易に、しかも
無段階、無接点で、マグネトロン９の出力を調整
することができる。

以上の説明においては、スイツチング素子とし
てGTO１２を用いた場合について述べたが、マ
グネトロン管を負荷とするマグネトロン駆動用電
源にあつては、マグネトロンの動作温度が低すぎ
る場合、モーデングと呼ばれる異常現象を起こ
し、過電流・過電圧が生じてGTO、変圧器、ダ
イオード、マグネトロン、あるいはその他の回路
部品の破壊をまねくことがある。

前記の原因により、あるいはその他の回路に異
常があつて電流検出器１６で一定値以上の電流を
検出した場合は、過電流検出回路１８によりゲー
ト信号回路２１に信号を送つてGTO１２を遮断
する（あるいは完全に導通させる）と共に、即時
に電源スイツチを遮断して装置を保護する。

さらに第２図のスイツチング回路において、変
圧器５のコアに一方向に偏磁したコアを用いるこ
とにより、変圧器を小型にすることができる。即
ち、鉄心と保磁力の大きい永久磁石を合成した有
極性コアを用いると必要なコアの大きさは半分に
なる。第７図は有極コアの特性の１例である。横
軸が励磁電流、縦軸がトランスの励磁リアクトル
である。このようにして電源を高周波化すること
と合せて小型化が企れる。

第８図は本発明の具体的実施例の１つである。
構成としては第２図と同様であるが、GTOのオ
ン・オフの周波数は数十ＫHzの固定周波数で発振
する発振器２３により定まる。なお、第２図と同
等な部分は第２図と同じ符号で示す。パワー指令
回路２５は加熱の種類により出力指令を変え１次
電流レベルを調整する。過電流保護、デユーテイ
レベル制御の方法は第２図における実施例と同じ
である。

デユーテイ比制御回路としては単安定マルチバ
イブレータが、デユーテイレベル制御回路２０と
しては抵抗器による分圧回路が使用でき、ゲート
信号回路としては周知のパルストランスを用いた
回路が使用できる。また、２２はソフトスタート
回路、２３は発振器、２４は電流比較器１９の出
力と過電流検出回路１８の出力とのAND値をと
る回路、２５はパワー指定回路、２６は電流比較
回路、２７はスナバ回路、２８はダイオード、２
９はフイルタ回路である。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、電子レンジなどに用いられるマグネトロン用
電源装置を小形、軽量、高効率化することがで
き、且、スイツチングのデユーテイレベルを変え
ることにより、無段階、無接点で容易に出力を調
整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイツチング源の回路構成例
図、第２図は本発明の一実施例のブロツク図、第
３図は一定のデユーテイ比でチヨツピングした場
合の高圧変圧器一次側電流を示す図、第４図は本
発明におけるデユーテイ比制御の一例を示す図、
第５，６図は本発明における高圧変圧器一次側電
流を示す図、第７図は有極性コアの特性例図、第
８図は本発明の他の実施例のブロツク図である。 ５……高圧変圧器、９……マグネトロン、１２
……GTO、１６……電流検出回路、１７……電
圧検出器、１８……過電流検出回路、１９……デ
ユーテイ比制御回路、２０……デユーテイレベル
制御回路、２１……ゲート信号回路、２２……ソ
フトスタート回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電圧を脈動電圧に変換する整流回路と、
   上記整流回路の出力端に互いに直列接続された高
   圧変圧器一次巻線および半導体スイツチング装置
   と、上記高圧変圧器の二次巻線に互いに直列接続
   された半波整流装置および負荷と、上記半導体ス
   イツチング装置を交流圧周波数よりも十分に高い
   周波数でオン・オフする手段とを具備し、上記ス
   イツチング装置の導通時に上記高圧変圧器にエネ
   ルギを蓄え、上記スイツチング装置の遮断時に上
   記半波整流装置を介して前記エネルギを負荷に供
   給するようにしたスイツチング電源装置であつ
   て、上記スイツチング装置のデユーテイ比を、上
   記高圧変圧器一次巻線への印加瞬時電圧が高いほ
   ど小となるように制御することによつて、上記ス
   イツチング装置のオン・オフ周期毎に負荷に供給
   されるエネルギをほぼ均等化するデユーテイ比制
   御手段と、前記均等化されたエネルギレベルを変
   化させるためのデユーテイレベル制御手段とをさ
   らに具備したことを特徴とするマグネトロン駆動
   用電源装置。