JPS6332832A - 改良された電力供給回路 - Google Patents

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、たとえばマグネトロンを駆動するなどの目的
に適する電力供給回路に関するものである。

［従来技術］ 電子レンジに用いられているマグネトロン用の従来の電
力供給回路は低周波回路であって、電圧増幅回路が備え
られた二次回路に昇圧主変圧器を利用している。この電
圧増幅回路（ダブラ回路）の出力電圧はマグネトロンの
陽極に印加される。

マグネトロンの陰極フィラメントは上記変圧器の別の二
次巻線から加熱される。マグネトロンは、陽極の電流が
予め決められていた値に達すると導通し、この導通は、
マグネトロン電圧サイクルの周期の約２５％に亘って発
生する。電流比を意味するピーク（ここでは、「フオー
ムファクタ」という）は従って充分でない、マグネトロ
ンの高周波発生電力のピークは、マグネトロンのピーク
電流の関数であり、一方、加熱効果は平均電力に依存す
るものであるから、上記のフオームファクタは重要であ
る。従って、マグネトロンを最高に作動させるためには
、相対的に低いフオームファクタの電力が必要であり、
これにより、一定の電力出力状態を発生させるだめの操
作の安全性が改良される。

上記の従来の電力供給回路は単純であるという利点をも
っているが、フオームファクタが高いことに加えて、低
周波の作動のために、昇圧主変圧器が大きく、かつ６〜
７ｋｇと重く、効率が悪いという欠点をもっている。

［発明の目的］ 本発明の目的は、たとえば、マグネトロンを駆動する目
的に適した電力供給回路を提供することにある。

［発明の構成］ 本発明は、インダクタ、インダクタに直列に接続してい
る高周波スイッチ（このインダクタと高周波スイッチと
の直列配列は、整流された交流供給源から平滑化手段を
付与することなく誘導された脈動直流供給源への接続に
適合するようにされている）、及び負荷が配置された経
路（作動中において、インダクタと直流供給源との接続
が外れている間は、インダクタにエネルギを供与するた
めの一方向にのみエネルギを導通させる誘導路として作
用し、インダクタ中の電流が零に降下したために、交流
供給源の波形の対応する部分と同調し、かつ同一の調波
部を有する電流波形を変換させるために規定されている
一定の周波数の交流供給源から電力を取り出すように、
高周波スイッチが、インダクタを該直流供給源に接続す
るようにされている）からなる電力供給回路にある。

インダクタとスイッチの直列配列は、全波整流した交流
供給源から平滑化手段を加えることなく誘導した脈動直
流供給源に接続するようにされ、これにより、交流供給
源の波形と同調し、かつ同一である調波部を有する電流
波形を変換させるために規定されている一定の周波数の
交流供給源から電力が供給されるようにされていること
が好ましい。

インダクタは、スイッチに直列の一次巻き線および負荷
の経路が接続されている二次巻き線からなる高周波変圧
器であることが有利である。

高周波で作動する回路であるため、用いられる変圧器は
、従来の低周波回路の変圧器よりもはるかに小型化する
ことができる。

本発明に従う回路の一つの態様においては、スイッチ手
段は、直列に接続した阻止二極管（プロキングダイオー
ド）を有する。

スイッチは、サイリスタ、および整流コンデンサとイン
ダクタとからなり、該サイリスタに平行に接続した共振
直列経路から構成されていることが有利である。このサ
イリスタは、直列に接続したブロッキングダイオードを
有する高速ゲート・ターンオフ装置であってもよい。

負荷としてのマグネトロンと組合せて使われる場合にお
いては、実際に該装置に平行して置かれているＲＦＩキ
ャパシタンスの存在を考慮しなければならない、従って
、正しいスイッチ切り換え順序を選ぶことにより、従来
の回路により達成されたレベルに比較して相当改良され
たフオームファクタを得ることができ、これにより安全
かつ効率の良い操作ができる。

あるいは、本発明の回路を充電器として使うこともでき
る。その場合には、インダクタの自由環状路中のマグネ
トロンを、あるいは好ましい態様として変圧器が用いら
れている場合には、その変圧器の二次巻線を、充電対照
のバッテリに直列のダイオード（二極管）に置き換える
。あるいは、マグネトロンを、ダイオードとダイオード
に直列のキャパシタ（コンデンサ）とに置き換えてもよ
い、このコンデンサは、他の回路を加えるために用いる
こともできる。

本発明の回路は、電力供給回路が必要とされ、回路の電
圧と電流波形とが交流供給源と同調されて、その負荷が
付与電圧に抵抗するように現われ、そしてその付与電圧
が、そこから引き出される電流により実質的にゆがめら
れることのないような場合に一般的に利用される。

次に本発明について、図面を参考にして例をあげながら
詳しく説明する。

第１図は、電子レンジのマグネトロンの従来の低周波電
力供給回路の回路図である。

第２図は、第１図の回路の運転中における供与電圧に相
関するマグネトロンの電圧と電流を示している。

第３図は、本発明の原理を示す回路である。

第４図は１本発明の回路の一態様を示す図である。

第５図は、第４図の回路を修正した回路である。

第１図および第２図では、変圧器１が一次巻き線３と二
次巻き線５及び７を有している。−次巻き線３は正弦波
交流供給源に接続しており、二次巻き線５は、コンデン
サ９とダイオード１１に直列に接続して公知の形態の電
圧増幅回路を形成している。マグネトロン１３は、大地
電位に接続するダイオードの陰極に接続する陽極１５を
備えており、一方において陰極１７には変圧器の二次巻
き線７から電力を供給され、ダイオードの陽極に接続さ
れている。

この回路の挙動は第２図から明らかである０曲線Ａは二
次巻き線５の電圧であり、曲線Ｂはマグネトロンの陽極
の電圧である。ダイオード１１の陰極、そしてこれによ
り巻き線５が接続する点が大地電位と等しくなるため、
コンデンサ９の左プレートに接続する巻き線５の端にお
ける電圧は正弦波として振動する。遅転開始時には、コ
ンデンサの上記プレートの電圧はＯであり、そして電圧
のサイクルが最初の四分の−の期間内にＶｐ　　（二次
巻き線５の両端間の最大電圧）に上昇する。

この電圧サイクルの部分では、コンデンサが充電してい
る一方、ダイオード５が通電状態にあるため、コンデン
サの右プレート及びマグネトロンの陽極における電圧は
Ｏに留まる。それ故、サイクルの四分の−の最後の時点
においては、コンデンサ９は、その両端間が電圧Ｖｐに
充電され、モしてマグネトロンの陽極電圧はＯとなる。

電圧サイクルの次の四分の−の期間では、コンデンサ９
の左プレートにおける電圧はＯに下降し、右プレートの
電圧は０以下となり、これによりコンデンサの電圧差は
ＶＰに維持され、マグネトロンはこの電圧サイクルの部
分では非導通状態となる。サイクルのこの部分において
は陽極電圧は−ＶＰまで下降する０次の電圧サイクルの
部分では、左およ右のプレートの電圧は歩調をそろえて
下降し続け、左プレートの電圧は−ＶＦまで下降し続け
、右プレートの電圧はマグネトロンの陽極と伴に−２Ｖ
　ｐまで下降し続ける。これが電圧増幅効果である。し
かし、マグネトロンの陽極が一２Ｖｐの電圧に達する前
に、マグネトロン陽極電圧は、マグネトロンが導通し始
める一ＶＭに到達しくカーブＣがマグネトロンの電流カ
ーブである）、それによりダイオード１１は迂回される
。このようにして、コンデンサ９は放電を始め、これに
よりその両端間のネット（正味）電圧は、マグネトロン
陽極電圧が−ＶＮに維持されているので、降下する。放
電は右プレートの電圧が−ＶＰに到達するまで統＜　＊
　　Ｖ　Ｐに到達したときのコンデンサの両プレート間
の電圧差はＶＭ−ｖｐである。これは電圧サイクルの四
分の三の時点で現われる。

コンデンサの左プレートの電圧はその時点で上昇し始め
、コンデンサは再度充電するので、マグネトロン電流は
０まで下降し、その時点で、マグネトロン陽極電圧が降
下して−ＶＭ以下の値に到達する。コンデンサの充電は
、サイクルの最後の時点において、その左プレートが０
ポルトで、その右プレートとマグネトロン陽極とが−Ｖ
ｐに充電されるまで再び充電されるまで継続する０巻き
線５における次の四分の−の電圧サイクルでは、コンデ
ンサの左プレートはｃｐにまで上昇し、マグネトロン電
圧は０ポルトにまで上昇する。これ以降のサイクルは同
様に継続する。

マグネトロンは電圧サイクルの約２５％のみ通電し、こ
のため電流比もしくはフオームファクタを意味する高い
ピーク（これは、放射される高周波エネルギが相当高い
比率で漏出することを意味するから、効率や安全性の観
点からは好ましくない）を有することがわかるであろう
、この回路は反復サイクルにおいて以外は、出力電力を
いかなる形にも調節することはない、この調節において
は、システムの電力は普通１２秒または３０秒という固
定された単位期間にて妨害される。このため、電力の半
分を確保するためには、１２秒間の作動時点の場合には
、電力供給を、６秒間の付与と６秒間の間合いとを組合
せて期間中連続して繰り返し行なわなければならない、
このような状況における電力出力は実際には、作動温度
までフィラメントを加熱するのに一秒かかるため、５０
％以下となる。この調速の主な問題点は、何らかの形の
サージ限界が、スイッチがはいっている時点で必要なこ
とである。このように、機械的にタイミングがきめられ
た回路を用いることにより、サージ限界装置がｒスイッ
チオン１において導入され、マグネトロンが電力を得た
時点で、他のスイッチにより迂回させられる。

前述のように、この既知の回路配置の他の短所は１回路
が低周波において作動するため、大きく重い変圧器が必
要なことである。ここで第３図にもどると、インダクタ
Ｌは一つの供給源を横切る形でスイッチＳに直列に接続
し、レジスタＲに直列に接続するダイオードＤにより、
インダクタを横切る自由環状路が形成される。スイッチ
は、例えば半導体スイー７千や機械スイッチなどのよう
ないかなる形態のスイッチでもよい、インダクタ電流工
は、スイッチを入れる直前ではＯであると推定される。

スイッチＳが入れられると、ダイオードは逆方向にバイ
アスがかけられ、レジスタＲには電流は流れない。

′￥ｔｔｉＬに関する既知の方程式、印加された電圧、
インダクタンス、および時間から、スイッチＳのｒオン
Ｊ期間の後のインダクタの電流を意味するＩ［は、次の
ように示される。

■ ＩＬ＝　　−・　ｔｏｎ ここで、■は電圧供給を、ｔｏｎはスイッチＳが接続し
ている時間時間を、モしてＬはインダクタのインダクタ
ンスを意味する。

インダクタに保持されているエネルギーＥ［は次のよう
に示される。

ＥＬ＝１／２・ＬＩＬ２ ；（Ｖ２ｔ　２ｏｎ）　／　２Ｌ 仮にスイッチＳをこの瞬間に非接続にするならば、イン
ダクタのエネルギーは、インダクタＬ、ダイオードＤ及
びレジスタＨにより形成された自由環状路で循回する。

仮に、ＬＬが再び０となった時に、スイッチＳが再びｔ
。。の期間接続された場合には、レジスタにおいて消失
する電力はＰＲ＝　（Ｖ２ｔ２゜ｎ、ｆ、）／２Ｌとな
る。ここで、Ｐ、は消失する電力であり、ｆはスイッチ
開閉の周波数。

なお、ｔｏｎ、ｆ及びＬが一定であればＰＲ＝Ｖ２／Ｋ （但し、１／に＝　（ｔｚｏｎ、ｆ　、）／２Ｌは定数
である。）であることが理解されるであろう。

上記のＰＲ＝Ｖ２／Ｋ　　は、規定された印加電圧のた
めの理論上のレジスタ内で消失する電力を規定する式と
同一の形をとる。従って、第３図の配置では、供給源Ｖ
における負荷が、ｔｏｎ、ｆおよびＬが一定であると仮
定した場合の理論上の抵抗と同じであると見ることがで
きる。

同様にして、■が完全に整流された正統波であれば、負
荷における電流は ＰＲ＝　（Ｖ２　ｓ　ｉ　ｎ２　ｗｔ）　／にとの形に
なり、電流の供給は正弦波の形になるであろう。

第４図に示された実際の回路の概念における組合せでは
、インダクタは、高周波昇圧変圧器２５によって置き換
えられており、その変圧器の一次巻き線２７は高周波ス
イッチ２９に直列に接続しており、二次巻き線３０はマ
グネトロン３１に直列に配置されている。この配置によ
り、−次巻き線が電力源（この例では、ブリッジ整流器
３５により余波整流され、平滑化されていない交流電源
３３である）から接続が切られている期間に、変圧器の
一次巻き線から二次巻き線へと変圧器の磁気回路を介し
て転送されるエネルギのための自由環状路が形成される
。

スイッチ２９はサイリスクスイッチであり、ブロッキン
グダイオード３９に直列の高速ゲートターンオフ装２ｔ
　（ＧＴＯ）３７を備えていることが好ましい、このブ
ロッキングダイオード３９は、ＧＴＯが、逆のバイアス
をかけられ場合に導電性になることから必要となる。イ
ンダクタ４３に直列に接続されている整流コンデンサ４
１はＧＴＯ３７とブロッキングダイオード３９の直列の
経路の分路を形成する。

コンデンサ４５は主接点を越えてフィルタ無線調波に接
続されている。

作動時、整流コンデンサ４１は先ず供給電圧ピークにま
で充電し、次にＧＴＯ３７はゲートに印加される電圧パ
ルスにより導通へときりかわる。

コンデンサ４１はダイオード３９とＧＴＯ３７を介して
放電し、インダクタ４３とコンデンサ４１によって供与
される共振回路のために、後者は逆に充電される、次い
で再びＧＴＯの整流を行なうための逆充電、およびＧＴ
Ｏとブロッキングダイオード３９との逆バイアスをもた
らすようにすすむ、ＧＴＯの通電時間は一定であり、コ
ンデンサ４１の反位（リバース）時間により決定される
。

つまり ｔｏＮ＝　　Ｌ４３Ｃ４１ ここで、Ｌ４３は、インンダクタ４３のインダクタンス
であり、モしてＣ４１はコンデンサ４１のキャパシタン
スである。

ＧＴＯ３７の通電の間に、変圧器の作動による一次巻き
線のエネルギーは、巻き線３０とマグネトロン３１との
自由環状路で消失し、変圧器の昇圧部はマグネトロンの
通電を起させるのために必要な電圧を供給する。

切りかえ周波数が一定であれば、マグネトロン負荷に供
給される電力は供給電力の二乗に比例するため、主供給
源に対して理論的には抵抗性を示す、電力変化は、好ま
しくは２５ヘルツ程度のレベルになるように、切り換え
（スイッチ）周波数を変えることにより達成される。こ
れは、累進的に、あるいはオーディオノイズを回避する
ためには、主出力電圧サイクルの部分の間のＧＴＯの点
弧を抑制（例、ある種の位相点弧）することによりなさ
れる。

回路は、供給電圧と同位相のマグネトロン電流を供給す
る。そして主供給源から供給されるエネルギは全てマグ
ネトロンに行くため、連続的に供給されることになる。

マグネトロン電流と供給電力は同位相であるため、供給
電圧の下降はマグネトロン電流の下降により達成される
。

高電圧ダイオードまたはコンデンサは必要でなく、また
材料費は前記の従来の回路の材料費よりも安価であるこ
とに気付くことであろう、また、アースされている二次
巻き線をもつ変圧器は単純で安価な構成である。

第５図は、第４図における回路の代しの回路を示してお
り、用いられるスイッチはＩＧＢＴ（絶縁ゲート二極ト
ラジスタ）のような、第４図に示されている整流回路を
必要としない他の形の半導体装置であってもよい。

第５図において、マグネトロン３１の反射キャパシタン
スは３８に示されている。このキャパシタンスの存在に
より、有効な変圧器インダクタンスを有する共振回路が
形成され、これによって変圧器２５の接点２５Ａの電圧
を、エネルギー移動絆了時において陰電気路へ方向をか
えることができ、スイッチ５１の電圧を、ｒスイッチオ
ン」の前に、Ｏに低減する。実際、スイッチ５１とダイ
オード３９の組合せにおける電圧は、回路定数および反
射したマグネトロン電圧と瞬間的な供給電位の間の関係
値によって逆になりうる。２５Ａにおける共振電圧変位
とスイッチ５１のｒスイッチオン１状態を連動させるこ
とにより、ｒロスフリー」切り換えは、適当な入力特性
と一緒に達成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電子レンジのマグネトロンの従来の低周波電
力供給回路の回路図である。 第２図は、第１図の回路の運転中における供与電圧に相
関するマグネトロンの電圧と電流を示している。 第３図は、本発明の原理を示す回路である。 第４図は、本発明の回路の一態様を示す図である。 第５図は、第４図の回路を修正した回路である。 ■＝変圧器、３ニー次巻き線、５，７：二次巻き線、９
：コンデンサ、１１：ダイオード、１３：マグネトロン
１３．１５：マグネトロンの陽極、１７：マグネトロン
の陰極、２５：高周波昇圧変圧器、２７：変圧器の一次
巻き線、２９：高周波スイッチ、３０：二次巻き線、３
１：マグネトロン、３５ニブリツジ整流器、３７：高速
ゲートターンオフ装Ｍ　（ＧＴＯ）、３９　ニブロッキ
ングダイオード、４１：コンデンサ、４３：インダクタ
、４５：コンデンサ 特許出願人　　アクチエポラゲット・ エレクトロラクス 代　理　人　　弁理士　柳川泰男 Ｆｉｇ、７゜ Ｆｔ’ｇ、２゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、インダクタ、インダクタに直列に接続している高周
   波スイッチ（このインダクタと高周波スイッチとの直列
   配列は、整流された交流供給源から平滑化手段を付与す
   ることなく誘導された脈動直流供給源への接続に適合す
   るようにされている）、及び負荷が配置された経路（作
   動中において、インダクタと直流供給源との接続が外れ
   ている間は、インダクタにエネルギを供与するための一
   方向にのみエネルギを導通させる誘導路として作用し、
   インダクタ中の電流が零に降下したために、交流供給源
   の波形の対応する部分と同調し、かつ同一の調波部を有
   する電流波形を変換させるために規定されている一定の
   周波数の交流供給源から電力を取り出すように、高周波
   スイッチが、インダクタを該直流供給源に接続するよう
   にされている）からなる電力供給回路。 ２、インダクタとスイッチの直列配列が、全波整流した
   交流供給源から平滑化手段を加えることなく誘導した脈
   動直流供給源に接続するようにされ、これにより、交流
   供給源の波形と同調し、かつ同一である調波部を有する
   電流波形を変換させるために規定されている一定の周波
   数の交流供給源から電力が供給されるようにされている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電力供給
   回路。 ３、インダクタが、スイッチに直列の一次巻き線および
   負荷の経路が接続されている二次巻き線からなる高周波
   変圧器であることを特徴とする特許請求の範囲第１項も
   しくは第２項記載の電力供給回路。 ４、スイッチが、それに直列に結合したブロッキングダ
   イオードを有し、かつ切り換えの間隔が負荷の反射キャ
   パシタンスにより決定されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第３項のいずれかの項記載の電力供給
   回路。 ５、スイッチが、サイリスタ、および整流コンデンサと
   インダクタとからなり、該サイリスタに平行に接続した
   共振直列路から構成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項記載の電力供
   給回路。 ６、サイリスタが、直列に接続されたブロッキングダイ
   オードを有する高速ゲートターンオフ装置であることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の電力供給回路。 ７、負荷が、マグネトロンからなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかの項記載の電
   力供給回路。 ８、負荷が、バッテリと、それに直列に結合したダイオ
   ードからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第６項のいずれかの項記載の電力供給回路。 ９、負荷が、直列に結合した自由環状ダイオードを有す
   るコンダクタからなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項から第６項のいずれかの項記載の電力供給回路。 １０、インダクタ、インダクタに直列に接続している高
   周波スイッチ（このインダクタと高周波スイッチとの直
   列配列は、整流された交流供給源から平滑化手段を付与
   することなく誘導された脈動直流供給源への接続に適合
   するようにされている）、及び負荷が配置された経路（
   作動中において、インダクタと直流供給源との接続が外
   れている間は、インダクタにエネルギを供与するための
   一方向にのみエネルギを導通させる誘導路として作用し
   、インダクタ中の電流が零に降下したために、交流供給
   源の波形の対応する部分と同調し、かつ同一の調波部を
   有する電流波形を変換させるために規定されている一定
   の周波数の交流供給源から電力を取り出すように、高周
   波スイッチが、インダクタを該直流供給源に接続するよ
   うにされている）からなる電力供給回路を備えてなる電
   子レンジ。 １１、インダクタ、インダクタに直列に接続している高
   周波スイッチ（このインダクタと高周波スイッチとの直
   列配列は、整流された交流供給源から平滑化手段を付与
   することなく誘導された脈動直流供給源への接続に適合
   するようにされている）、及び負荷が配置された経路（
   作動中において、インダクタと直流供給源との接続が外
   れている間は、インダクタにエネルギを供与するための
   一方向にのみエネルギを導通させる誘導路として作用し
   、インダクタ中の電流が零に降下したために、交流供給
   源の波形の対応する部分と同調し、かつ同一の調波部を
   有する電流波形を変換させるために規定されている一定
   の周波数の交流供給源から電力を取り出すように、高周
   波スイッチが、インダクタを該直流供給源に接続するよ
   うにされている）からなる電力供給回路を備えてなる充
   電器。