KR100989329B1

KR100989329B1 - 고주파 가열장치

Info

Publication number: KR100989329B1
Application number: KR1020057019341A
Authority: KR
Inventors: 하루오 수에나가; 히데아키 모리야; 히사시 모리카와; 신이치 사카이; 마코토 미하라; 노부오 시로카와; 토요츠구 마츠쿠라; 마사토 마츠다
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2010-10-25
Also published as: US7414228B2; EP1614326A1; US20060226141A1; DE602004022271D1; WO2004093498A1; EP1614326B1; KR20060002976A

Abstract

고주파 가열장치의 단방향 전원부의 출력 전류를 측정할 수 있는 부분과 직렬로 션트 저항이 배치되고 션트저항에서 발생된 전압이 버퍼에 의해 출력되도록 구성된다. 또한, 고 입력 임피던스를 갖는 오피앰프가 버퍼에 사용된다. 또한, 다이오드 브리지와 반도체 스위칭 소자는 공통 방열판에 고정되고, 이 방열판은 다이오드 브리지와 반도체 스위칭 소자에 절연거리를 확보하기 위하여 절결부로 형성되고, 션트저항은 다이오드 브리지와 반도체 스위칭 소자 사이와 동일한 직선상에 배치된다.

고주파 가열장치, 션트저항, 마그네트론

Description

고주파 가열장치{HIGH FREQUENCY HEATING APPARATUS}

본 발명은 전자렌지 등의 마그네트론을 구비한 기기에 이용하기 적합한 고주파 가열장치에 관한 것이다.

종래, 상술한 고주파 가열장치에는 사용 전원이 공급되는 입력전류를 변류기로 검출하고 입력 전류가 소정치가 되도록 펄스 제어함으로써 마그네트론의 전자파 출력을 일정하게 제어하는 구성을 채용한 것(예를 들면, 특허문헌 1 참조)이나, 고압회로의 승압 트랜스의 이차측 전류를 검출하고 입력 전류를 일정하게 제어하는 구성을 채용한 것(예를 들면, 특허문헌 2 참조)이 제안되고 있다.

또한, 고압 회로의 승압 트랜스의 이차측 전류를 변류기로 검출하고 고압회로에 이상이 발생하였을 때에 인버터 전원의 동작을 정지시키는 구성을 채용한 것을 제안하고 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

[특허문헌 1] 특개평 8-96947호 공보

[특허문헌 2] 특개평 8-227791호 공보

[특허문헌 3] 특개평 5-121162호 공보

이들 고주파 가열장치에서는 모든 검출대상인 전류를 변류기로 검출하도록 하고 있다.

여기서, 특허문헌 2에서 제안되고 있는 고주파 가열장치에 대하여 설명한다.

도 9는 특허문헌 2에서 제안되고 있는 고주파 가열장치의 구성을 나타낸 회로도이다. 이 도면에 도시한 고주파 가열장치는 단방향 전원부(1)와, 인버터부(2)와, 고압 정류회로(3)와, 마그네트론(4)과, 스위칭 레이트 검출부(5)와, 이차측 전류 검출부(6)와, 제어부(7)와, 변류기(8 및 9)로 구성되어 있다.

단방향 전원부(1)는 상용 전원(20)으로부터의 교류전원을 전파 정류하는 다이오드 브리지(101)와, 쵸크 코일(102) 및 콘덴서(103)로 구성된 로우패스 필터 회로로 구성된다. 또한, 단방향 전원부(1)에는 상술한 변류기(8)가 다이오드 브리지(101)의 교류 입력측에 배치되어 있고 입력 전류의 검출에 이용된다. 인버터부(2)는 공진 콘덴서(201)와, 승압 트랜스(202)와, 트랜지스터(203)와, 전류 다이오드(commutating diode:204)로 구성된다. 트랜지스터(203)는 제어부(7)로부터 제공되는 20 ~ 50 kHz의 스위칭 제어신호에 의해 스위칭 동작한다. 이것에 의해, 승압 트랜스(202)의 일차 권선에서는 고주파 전압이 발생한다. 또한, 트랜지스터(203)는 주로 전류 다이오드(204)로 복합 형성되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistro)로 참조된다.

고압 정류회로(3)는 콘덴서(301 및 302)와, 다이오드(303 및 304)로 구성되어 있으며, 승압 트랜스(202)의 이차 권선에서 발생한 전압을 반파배 전압 정류함으로써 고압 전류전압을 발생하여 마그네트론(4)에 인가한다. 마그네트론(4)에는 승압 트랜스(202)의 히터 권선에서 히터용 교류전압도 인가된다. 마그네트론(4)은 히터용 교류전압이 인가됨으로써 음극이 가열되어 에미션 가능한 상태가 되고, 이 상태에서 고압 직류전압이 인가되면 전자파 에너지를 발생한다. 고압 정류회로(3)에는 변류기(9)가 다이오드(303)의 캐소드와 접지 사이에 배치되어 이차전류의 검출에 이용된다.

스위칭 레이트 검출부(5)는 인버터부(3)의 트랜지스터(203)의 온/오프 듀티비를 검출하고, 그 결과를 제어부(7)에 입력한다. 이차측 전류 검출부(6)는 이차 전류를 전파정류하여 그 평균치를 검출하고, 그 결과를 제어부(7)에 입력한다. 제어부(7)는 스위칭 레이트 검출부(5)의 출력신호와 이차측 전류검출부(6)의 출력신호를 승산처리하여 승산치가 소망하는 값이 되도록 인버터부(3)의 트랜지스터의 온/오프 제어를 행한다. 이렇게, 단방향 전원부(1)에서 상용전원(20)을 단방향 전압으로 변환하고, 그것을 인버터(21)에서 고주파 전압으로 변환하여 승압 트랜스(202)에서 승압한 후, 다시 한번 고압 정류회로(3)에서 배전압 정류함으로써 고압의 직류전압으로 변환하여 마그네트론(4)을 구동한다.

하지만, 종래의 고주파 가열장치에서는 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 입력전류의 검출에 변류기를 이용하고, 이 변류기 자체가 비교적 대형이기 때문에 공간 절약에 장애가 되고, 또한 비용도 비교적 고가이기 때문에 장치의 비용 저감에 장애가 된다.

또한, 변류기는 그 구조상 주파수 특성을 갖는 직류 전류는 검출할 수 없기 때문에, 도 9에 도시한 것과 같이 그 삽입 위치를 다이오드 브리지(101)의 교류입력으로 한 경우에, 사용 전원 주파수의 차이(50/60 Hz)에서 검출 감도가 다르기 때문에, 제어부(7)에서 변류기의 출력을 받아 입력 전류제어를 행하는 경우에 기준 신호를 각각의 적용 전원 주파수에 대응하여 제공하지 않으면 안된다.

또한, 변류기는 구조상 다른 자기회로와 자기적으로 결합하기 때문에, 승압 트랜스(202)의 노이즈를 받기 쉬워 이 노이즈를 포함한 신호를 제어부(7)에 입력하여 오동작시킬 염려가 있다.

또한, 변류기는 그것이 있는 정도의 크기이기 때문에, 변류기와 다이오드 브리지(101)와 트랜지스터(203)의 배치간격인 정도로 길어지기 때문에, 이것을 결합하는 프린트 기판상의 배선패턴도 길어져 노이즈의 발생이 일어난다. 이 경우에도, 상기와 마찬가지로 노이즈에 의한 제어부(7)의 오동작 또는 인접기기로의 영향을 초래한다.

또한, 프린트 기판상의 다이오드 브리지(101) 외에 트랜지스터(203)와 전류 다이오드(204)를 통합 형성하여 구성된 IGBT와 냉각팬을 이용한 승압 트랜스(202)와 관련하여 열 발생에 대한 대책을 수행할 수 있지만, 냉각풍과 시멘트 저항의 흐름에 방해가 되는 큰 형상의 변류기(8 및 9)가 발열원을 이루기 때문에 충분한 냉각 효율을 얻을 수 없다. 특히, 모든 부품들은 고주파 가열장치의 몸체의 소형화에 따라 프린트 기판상의 한정된 공간에 배치될 필요가 있기 때문에, 냉각 효율의 증대가 요구된다.

본 발명은 상기한 점을 감안한 것으로, 입력 전류를 저비용으로 검출할 수 있으며 큰 공간을 필요로 하지 않고 노이즈의 발생을 최소한으로 억제할 수 있는 고주파 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 개선된 냉각효율을 갖는 전원부를 포함하는 고주파 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 분위기 온도가 요리시간 경과에 따라 변하더라도 입력 전류를 일정하게 유지하고 반도체 소자, 마그네트론 등이 비정상적인 온도 상승으로 파손되는 것을 방지함으로써 마그네트론에 대하여 정밀한 고주파 공진 제어를 행할 수 있는 고주파 가열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 고주파 가열장치는 상용전원을 단방향으로 변환하는 단방향 전원부, 적어도 1개의 반도체 스위칭 소자를 포함하고 상기 반도체 스위칭 소자를 온/오프함으로써 상기 단방향 전원부로부터의 전력을 고주파 전력으로 변환하는 인버터부, 상기 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스, 상기 승압 트랜스의 출력전압을 배전압 정류하는 고주파 정류부, 상기 고압 정류부의 출력을 전자파로서 방사하는 마그네트론, 상기 단방향 전원부의 출력전류를 측정할 수 있는 개소에 대하여 직렬로 배치되는 션트 저항, 상기 션트저항에 전류가 흐름으로써 발생하는 전압을 취출하는 버퍼, 및 상기 버퍼의 출력을 소정치로 일정 제어하기 위하여 상기 반도체 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 션트 저항에서 발생한 전압은 단방향 전원부의 출력 전류를 측정할 수 있는 부분과 직렬로 상기 션트저항을 배치함으로써 출력되기 때문에, 종래기술와 같은 변류기를 사용하는 경우와 비교하여 비용이 저감되고 장치가 소형화될 수 있으므로 공간절약이 도모된다. 또한, 변류기를 사용하는 경우에 발생되는 노이즈를 최소화함으로써 제어부의 오동작과 인접 기기로의 영향을 없앨 수 있다.

바람직하게는, 상기 버퍼는 고 입력 임피던스의 연산증폭기를 구비하고, 상기 연산증폭기의 입력단 사이에 저항소자를 통하여 상기 션트저항을 배치한다.

상기 구성에 따르면, 고 입력 임피던스를 갖는 오피 앰프를 이용함으로써 션트저항 사용폭이 넓어지고 최적치의 션트저항이 고주파 가열장치의 설계에 따라 선택될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 단방향 전원부는 교류전원을 전파 정류하는 정류소자를 포함하고, 상기 정류소자와 상기 반도체 스위칭 소자가 동일한 방열판에 취부되고, 상기 방열판에는 상기 정류소자 및 상기 반도체 스위칭 소자의 각각의 단자와 상기 방열판과의 사이에 일정한 거리를 확보하기 위한 절결부가 형성되어 있고, 상기 션트저항은 상기 방열판 근방에 상기 정류소자와 상기 반도체 스위칭 소자와의 사이에 동일 직선상에 배치된다.

상기 구성에 따르면, 상기 방열판은 절결부를 형성함으로써 정류소자 및 반도체 스위칭 소자와 션트저항과의 절연거리를 확보하기 때문에, 단락에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 션트저항, 정류소자, 및 반도체 스위칭 소자가 상기 프린트 기판상의 동일 직선상에 배치되기 때문에, 프린트 기판상의 배선 최적화가 가능하고, 패턴으로부터의 노이즈 발생을 낮게 억제할 수 있고 제어부의 오동작과 인접기기로의 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 션트 저항은 상기 방열판의 상기 절결부내에 배치된다.

상기 구성에 따르면, 션트 저항을 방열판의 절결부 내측에 배치함으로써 공간절약을 도모할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 션트저항은 나저항선이다. 상기 구성에 따르면, 나저항선을 션트저항으로서 이용함으로서 공간을 절약할 수 있고 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 션트 저항은 기판상의 도전성 관통공에 배치된다. 상기 구성에 따르면, 션트저항에서 발생된 전압은 단방향 전원부의 출력전류를 측정할 수 있는 부분과 직렬로 션트저항을 삽입함으로써 버퍼에 의해 출력되기 때문에, 종래기술에서와 같이 변류기를 이용하는 경우과 비교하여, 장치를 소형화할 수 있기 때문에 비용을 저감할 수 있고 공간을 절약할 수 있다. 또한, 변류기가 사용되는 경우에 발생하는 노이즈를 최소화함으로써 제어부의 오동작과 인접기기로의 영향을 없앨 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 션트 저항은 상기 프린트 기판상을 흐르는 냉각풍의 풍로를 따라 배치된다. 상기 구성에 따르면, 단방향 전원부의 출력전류를 측정하는데 사용되는 션트저항을 대형의 변류기 대신에 프린트 기판상을 흐르는 냉각풍의 풍로를 따라 프린트 기판상에 배치하기 때문에, 변류기와 비교하여 션트저항에 의한 냉각풍의 흐름을 방해하는 비율을 최소화할 수 있고 냉각효율의 증대를 도모할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 션트 저항은 상기 냉각풍이 부는 면적이 최소가 되는 풍로를 따라 배치된다. 상기 구성에 따르면, 상기 션트저항은 냉각풍이 부는 면적을 최소화하는 방향에 배치되기 때문에, 션트저항에 의한 냉각풍의 흐름을 방향하는 비율을 최소화할 수 있어 냉각효율의 증대를 도모할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상용 전원을 소정 전압으로 전압강하시키기 위한 시멘트 저항이 상기 냉각풍의 풍로에 대하여 실질적으로 교차하는 방향에 배치된다. 이 구성에 따르면, 발열을 수반하는 시멘트 저항이 냉각풍의 풍로와 실질적으로 교차하는 방향에 배치되기 때문에, 시멘트 저항이 효율적으로 냉각될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 시멘트 저항은 상기 션트 저항의 풍하측에 배치된다. 상기 구성에 따르면, 상기 션트 저항은 프린트 기판상의 냉각풍의 풍로를 따라 프린트 기판상에 배치되기 때문에, 션트저항에 의한 냉각풍의 흐름을 방해하는 비율을 최소화할 수 있어 션트저항의 풍하측에 배치된 시멘트 저항이 효율적으로 냉각될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 시멘트 저항은 발열하는 전자부품이 취부된 냉각 핀과 상기 승압 트랜스와의 사이에 형성되는 공간 및 상기 승압 트랜스와 상기 프린트 기판과의 사이에 형성되는 틈새를 흐르는 냉각풍으로 냉각되는 위치에 배치된다. 상기 구성에 따르면, 상기 션트저항은 프린트 기판상에 흐르는 냉각풍의 풍로를 따라 프린트 기판상에 배치되고, 션트 저항에 의한 냉각풍의 흐름을 방해하는 비율을 최소화할 수 있기 때문에, 션트저항의 풍하측에 배치된 시멘트 저항을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

본 발명에 따른 션트저항 실장방법은 상용전원을 단방향으로 변환하는 단방향 전원부와, 적어도 1개의 반도체 스위칭 소자를 가지고 상기 반도체 스위칭 소자를 온/오프함으로써 상기 단방향 전원부로부터의 전력을 고주파 전력으로 변환하는 인버터부와, 상기 단방향 전원부의 출력전류를 측정하기 위한 션트저항을 포함하는 고주파 가열장치에서의 션트 저항 실장방법으로서, 상기 단방향 전원부의 교류전원을 전파 정류하는 정류소자와 상기 반도체 스위칭 소자를 프린트 기판상의 동일 직선상에 이간 배치하는 단계, 및 상기 션트 저항을 상기 정류소자와 상기 반도체 스위칭 소자의 사이에 동일 직선상에 배치하는 단계를 포함한다.

상기 방법에 따르면, 션트저항과 정류소자와 반도체 스위칭 소자는 프린트 기판의 동일 직선상에 배치되기 때문에, 프린트 기판상의 배선패턴의 최적화를 도모할 수 있어 공간을 절약할 수 있다. 또한, 배선패턴으로부터의 노이즈 발생을 낙제 억제할 수 있기 때문에, 노이즈에 의한 제어부의 오동작과 인접기기로의 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 고주파 가열장치는 상용전원에서 인버터 전원전압을 생성하는 정류 평활부, 반도체 스위칭 소자를 포함하고 상기 반도체 스위칭 소자를 온/오프함으로써 상기 정류 평활부로부터의 전력을 고주파 전력으로 변환하는 인버터부, 상기 정류 평활부에서 상기 인버터부로 유입되는 입력전류를 검출하기 위한 션트저항, 제너 다이오드를 포함하여 직류 전원을 생성하는 직류전원부, 상기 직류전원부에서 생성된 직류전원으로부터 상기 입력전류를 일정하게 제어하기 위한 기준치를 생성하는 기준치 생성부, 및 상기 기준치 생성부에서 생성된 기준치를 기초로 상기 기준치와 상기 입력 전류치와의 차를 구하고 상기 기준치와 적어도 상기 프린트 기판상의 상기 입력 전류치와의 차를 가미하여 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 션트저항은 상기 제너 다이오드의 온도특성과 같거나 근사한 온도특성을 가진다.

상기 구성에 따르면, 분위기 온도의 상승에 의한 제너 전압의 증가에 의해 기준치가 증가하더라도, 기준치의 증가량을 상쇄하기 위해 증가에 이어 션트 저항치가 증가되기 때문에, 입력 전류가 일정하게 제어될 수 있다. 따라서, 분위기 온도가 승승하더라도 입력전류를 일정하게 유지하기 위한 마그네트론에 대하여 정밀한 고주파 공진제어를 행할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 션트저항은 프린트 기판상에 상기 제너 다이오드의 근방에 배치된다. 상기 구성에 따르면, 션트저항과 제너 다이오드는 동일한 온도 분위기에 배치되기 때문에, 입력전류와 기준치간의 상관오차를 최소화할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 션트저항은 프린트 기판상에 상기 제너 다이오드의 배치장소의 온도 분위기에 가까운 온도 분위기의 장소에 배치된다. 상기 구성에 따르면, 션트저항은 제너 다이오드의 위치와 동일한 온도 분위기의 위치에 실장되기 때문에, 션트저항이 회로설계상 제너 다이오드의 근방에 배치될 수 없더라도, 입력전류와 기준치와의 상관오차를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고주파 가열장치의 구성을 나타낸 회로도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고주파 가열장치의 버퍼의 구성을 나타낸 회로도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고주파 가열장치에서의 션트 저항의 실장상태를 나타낸 사시도.

도 4는 도 3의 실장상태를 화살표 Ya 방향에서 본 도면.

도 5는 도 3의 션트 저항이 실장된 프린트 기판의 패턴면을 나타낸 도면.

도 6은 도 3의 션트 저항이 실장된 프린트 기판의 아일릿 구성을 나타낸 단면도.

도 7은 도 3의 션트 저항이 실장된 프린트 기판의 화면 도통부를 땜납한 구성을 나타낸 단면도.

도 8은 도 3의 션트 저항이 실장된 프린트 기판의 도전성 관통공을 갖지 않는 구성을 나타낸 단면도.

도 9는 종래의 고주파 가열장치의 구성을 나타낸 회로도.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 가열장치의 구성을 나타낸 회로도.

도 11은 도 10의 고주파 가열장치의 각 부품이 실장된 프린트 기판의 일부를 나타낸 사시도.

도 12는 도 11의 프린트 기판을 화살표 Ya 방향의 경사 상방에서 본 사시도.

도 13은 도 11의 프린트 기판을 화살표 Ya 방향에서 본 정면도.

도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 가열장치의 변경예를 나타낸 회로도.

도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 고주파 가열장치의 구성을 나타낸 회 로도.

도 16은 도 15의 고주파 가열장치에서의 기준치 REF와 션트 저항값과의 관계를 나타낸 도면.

도 17은 도 15의 고주파 가열장치에서의 분위기 온도 Ta와 입력전류 Iin과의 관계를 나타낸 도면.

도 18은 도 15의 고주파 가열장치의 각 부품이 실장된 프린트 기판의 일부분을 나타낸 도면.

도 19는 제너 다이오드의 온도 특성의 일예를 나타낸 도면.

도 20은 고주파 가열장치에서의 기준치 REF와 션트 저항값과의 관계를 나타낸 도면.

도 21은 고주파 가열장치에서의 분위기 온도 Ta와 입력전류 Iin과의 관계를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 가열장치의 구성을 나타낸 도면이다. 또한, 이 도면에서 전술한 도 9와 공통 부분에는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.

본 실시예의 고주파 가열장치는 입력전류를 검출하기 위한 션트 저항(30)과, 이 션트 저항(30)에 발생하는 전압을 취출하기 위한 버퍼(31)를 포함하고 있는 점 에서 종래의 고주파 가열장치와 다르다.

또한, 션트 저항(30)으로서 종래와 같은 방열판에 취부되는 타입이나 시멘트 몰드형과 다른 나저항선(bare resistor wire)을 이용하고 있다. 나저항선을 이용함으로써, 종래의 것과 비교하여 공간 절약이 도모되고 또한 비용 저감이 도모된다.

션트 저항(30)은 단방향 전원부(1)의 다이오드 브리지(101)의 부 출력측 단자에 대하여 직렬로 삽입된다. 또한, 션트 저항(30)의 실장에 대해서는 후술한다.

버퍼(31)는 도 2에 도시한 것과 같이 고입력 임피던스 오피앰프(연산 증폭기)(3101)와, 오피앰프(3101)의 한 쪽의 입력단(반전 입력단)과 션트 저항(30)과의 사이에 배치되는 저항(3102)과, 오피앰프(3101)의 다른 쪽의 입력단(비반전 입력단)과 션트 저항(30)의 사이에 배치되는 저항(3103)과, 오피앰프(3101)의 출력단과 한쪽의 입력단과의 사이에 배치되는 저항(3104)과, 오피앰프(3101)의 다른 쪽 입력단과 접지와의 사이에 배치되는 저항(3105)을 구비하여 구성된다. 이 경우, 저항(3102)과 저항(3103)의 저항치를 동일하게 하고, 또한 저항(3104)과 저항(3105)의 저항치를 동일, 또는 저항비를 동일((3104)/(3102) = (3105)/(3103))하도록 하여 차동 증폭 회로를 실현하고 있다.

또한, 저항(3105)을 생략하여 반전 증폭회로의 구성으로 하여도 관계없다. 또한, 저항(3102,3104)은 서지 입력 보호저항으로서 동작한다.

버퍼(31)는 션트 저항(30)을 포함하거나 제외하더라도 패키지화하는 것이 가능하다. 션트 저항(30)을 포함하지 않는 외부 타입에서는 고주파 가열장치의 설계사양에 따라 최적의 저항치의 션트 저항을 선택할 수 있는 이점을 가지고 있다. 이 것에 의해, 션트 저항(30)을 포함하는 내장 타입에서는 다양한 값의 션트 저항을 갖는 것을 적용함으로써 고주파 가열장치의 설계사양에 따라 최적의 것을 선택할 수 있다. 또한, FPLA(Field Programmable Logic Array)와 같이 다양한 값을 설정할 수 있는 구조를 갖는 것도 가능하다. 어떻게 하여도 종래와 같은 변류기를 이용하지 않고 입력 전류를 검출할 수 있다. 그리고, 오피앰프와 복수의 저항소자로 구성된 간단한 구성으로 버퍼를 실현할 수 있기 때문에, 변류기를 사용하는 경우와 비교하여 저비용화하고 소형화가 도모된다. 또한, 변류기에서 발생하는 것과 같은 노이즈의 발생은 없다.

다음, 션트 저항 R30의 실장에 대하여 설명한다.

도 3은 본 실시예에 따른 고주파 가열장치에서의 프린트 기판의 일부분의 실장상태를 나타낸 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3을 화살표 Ya 방항에서 본 도면이다.

도 3에 도시한 것과 같이, 션트 저항(30)이 프린트 기판(32)상에 다이오드 브리지(정류소자)(101) 및 반도체 스위칭 소자(205)(도면에서는 트랜지스터(203)와 전류 다이오드(204)가 일체로 구성되어 있지만, 이 구성에 한정되는 것은 아님)가 동일 직선상에 배치되어 있다. 방열판(33)에는 도 4에 도시한 것과 같이 다이오드 브리지(101)와 반도체 스위칭 소자(205)의 각각의 단자 사이에 일정한 거리를 확보하기 위한 절결부(33a)가 형성되어 있고, 방열판(33)은 다이오드 브리지(101)와, 반도체 스위칭 소자(205) 및 션트저항(30)에 대한 절연 거리를 확보하고 있다. 이 절결부(33a)는 방열판(33)의 폭 방향을 따라 형성되어 있다.

이러한 절결부(33a)의 형성에 의해, 다이오드 브리지(101), 반도체 스위칭 소자(205) 및 션트 저항(30) 각각의 단자의 방열판(33)에 대한 단락을 방지할 수 있고, 또한 션트저항(30)을 다이오드 브리지(101)와 반도체 스위칭 소자(205) 각각의 단자와 동일 직선상에 배치할 수 있다. 절결부(33a)의 치수로서는 예를 들어 높이가 6~7 mm, 거리가 6~7mm 이다.

도 5는 프린트 기판(32)의 다이오드 브리지(101), 반도체 스위칭 소자(205) 및 션트저항(30)의 실장부분의 패턴면을 나타낸 도면이다.

이 도면에서, "A"로 나타낸 부분에는 다이오드 브리지(101)가 배치되고, "B"로 나타낸 부분에는 션트저항(30)이 배치되고, "C"로 나타낸 부분에는 반도체 스위칭 소자(205)가 배치된다. 다이오드 브리지(101)와 반도체 스위칭 소자(205)와 션트저항(30)을 프린트 기판(32)상의 동일 직선상에 배치함으로써, 프린트 기판(32)상의 배선 패턴의 최적화가 도모된다. 그리고, 배선 패턴의 최적화에 의해, 다이오드 브리지(101)와 반도체 스위칭 소자(205)와 션트저항(30)과의 사이의 거리가 짧아지고 그 때 배선 패턴으로부터의 노이즈의 발생을 낮게 억제할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 고주파 가열장치에 따르면, 단방향 전원부(1)의 출력 전류를 측정할 수 있는 개소에 대하여 직렬로 션트저항(30)을 배치하고, 이 션트저항(30)에서 발생하는 전압을 버퍼(31)에서 취출하도록 하기 때문에, 종래와 같은 변류기를 이용하는 경우와 비교하여 비용의 삭감이 도모되고, 또한 소형으로 할 수 있기 때문에 공간 절약이 도모된다.

또한, 버퍼(31)는 고입력 임피던스의 오피앰프(3101)를 이용하기 때문에, 션 트저항(30)의 사용범위가 넓고, 고주파 가열장치의 설계사양에 따라 최적값의 션트저항을 선택할 수 있다.

또한, 방열판(33)에 절결부(33a)를 형성하여 브리지 다이오드(101)와 반도체 스위칭 소자(205)와 션트저항(30)에 대한 절연 거리를 확보하도록 하였기 때문에, 단락에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 션트저항(30)과 다이오드 브리지(101)와 반도체 스위칭 소자(205)를 프린트 기판(32)상의 동일 직선상에 배치하도록 하였기 때문에, 프린트 기판(32)상의 배선 패턴의 최적화가 도모되고, 배선패턴으로부터의 노이즈 발생을 낮게 억제할 수 있고, 제어부(7)의 오동작이나 인접기기로의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 션트저항(30)에 나저항선을 이용하기 때문에, 공간 절약과 및 비용 저감이 도모된다.

또한, 상기 실시예에서는 션트저항(30)을 다이오드 브리지(101) 및 반도체 스위칭 소자(205)의 각가의 단자와 동일 직선상에 배치하도록 하였지만, 절결부(33a)내에 배치하도록 하여도 무방하다. 이렇게 함으로써, 한층 공간 절연이 도모된다.

또한, 상기 실시예에서는 션트저항(30)을 와이어 형상의 나저항선으로 하였지만, 판형의 나저항선으로 할 수도 있다.

또한, 션트 저항(30)과 버퍼(31)에 의한 전류 검출 수단은 고주파 가열장치뿐만 아니라, 부하전류를 검출하여 그 결과를 기초로 제어를 행하는 구성의 장치이면 어떠한 것도 적용가능한다.

본 발명의 고주파 가열장치에 따르면, 단방향 전원부의 출력 전류를 측정할 수 있는 개소에 대하여 직렬로 션트 저항을 배치함으로써 션트 저항에 발생하는 전압을 버퍼에 의해 취출하도록 하였기 때문에, 종래와 같은 변류기를 이용하는 경우와 비교하여 비용의 삭감이 도모되고, 또한 소형으로 할 수 있기 때문에 공간 절약이 도모된다. 그리고, 변류기를 이용한 경우에 발생하는 노이즈를 최소한으로 억제함으로써 제어부의 오동작이나 접촉 기기로의 영향을 배제할 수 있다.

또한, 버퍼에 고입력 임피던스의 연산 증폭기를 이용하기 때문에, 션트저항의 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 즉, 고주파 가열장치의 설계사양이 변경되어 저항치가 다른 션트저항으로 변경하도록 하여도, 선택폭의 범위내에서는 변경이 가능하다. 이 것은 고객의 요구에 저비용으로 대응할 수 있다.

또한, 방열판에 절결부를 형성하여 정류소자와 반도체 스위칭 소자와 션트 저항에 대한 절연거리를 확보하도록 하였기 때문에, 단락에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 션트저항과 정류소자와 반도체 스위칭 소자를 프린트 기판상의 동일 직선상에 배치하도록 하였기 때문에, 프린트 기판상의 배선패턴의 최적화가 도모되고, 패턴으로부터의 노이즈의 발생을 감소시킬 수 있고, 제어부의 오동작이나 기기로의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 션트 저항을 방열판의 절결부내에 배치하도록 하였기 때문에, 한층 공간 절약을 할 수 있고 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 션트 저항으로서 나저항선을 사용하도록 하였기 때문에, 한층 공간절약을 할 수 있다.

또한, 본 발명의 션트 저항 실장방법에 따르면, 션트저항과 정류소자와 반도 체 스위칭 소자를 프린트 기판상의 동일 직선상에 배치하기 때문에, 프린트 기판상의 패턴의 최적화가 도모되어 공간절약을 실현할 수 있다. 또한, 배선패턴으로부터의 노이즈의 발생을 낮게 억제할 수 있기 때문에, 노이즈에 의한 제어부의 오동작이나 인접기기로의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

(제 2 실시예)

도 10의 고주파 가열장치에는 단방향 전원부(1)의 직류 출력단과 제어부(7)의 전원단자의 사이에 단방향 전원부(1)의 직류출력을 소정 전압으로 전압 강하시키기 위한 시멘트 저항(50)이 설치되어 있다. 이 경우에, 시멘트 저항(50)을 프린트 기판에 실장할 때, 발생된 열을 효율적으로 냉각시키기 위하여, 시멘트 저항(50)은 냉각풍의 풍로와 실질적으로 교차하는 방향에 설치되어 있다.

도 11은 본 실시예의 고주파 가열장치에서의 프린트 기판의 일부분의 실장상태를 나타낸 도면이다. 또한, 도 12는 도 11을 화살표 Ya 방향으로 경사 상방에서 본 도면이고, 도 13은 도 11을 화살표 Ya 방향에서 본 도면이다.

도 11에 도시한 것과 같이, 션트 저항(30)은 프린트기판(32)상에서 방열판(33)에 취부된 다이오드 브리지(101) 및 1GBT(205)(트랜지스터(203)와 전류 다이오드(204)로 구성됨)과 실질적으로 동일 직선상에 배치되어 있다. 이 경우, 냉각풍은 도 12에 도시한 것과 같이 승압 트랜스(202)의 실장측에서 시멘트 저항(50)의 실장측으로 향하여 흐르도록 되어 있다.

또한, 도 12에서, 주요 부품의 배치 레이아웃을 개략 설명하면, 승압 트랜스 (202)의 풍상측(저면의 내측)에는 주로 고전압 부품이, 승압 트랜스(202)의 풍하측(저면의 앞측)에는 주로 제어회로 부품이나 약전 회로부품이 실장된 형태로 되어 있다.

그리고, 냉각풍의 일부는 방열판(33)과 승압 트랜스(202)와의 사이의 공간을 흐르지만, 이 공간의 풍로상을 따라 션트저항(30)이 프린트 기판(32)상에 실장되어 있기 때문에, 모든 냉각풍이 션트저항(30)에 의해 흐르지 않고 통과하여야 한다. 즉, 션트 저항(30)에 의한 냉각풍의 방해요인이 최소한으로 억제된다.

또한, 션트 저항(30)은 풍로상을 따라 배치하여도 그 형상에 의해 냉각풍이 부는 면적이 커질 가능성도 있기 때문에, 이러한 경우에는 냉각풍이 부는 면적이 최소가 되는 방향으로 션트저항(30)을 배치하도록 하면 좋다.

또한, 도 13에 도시한 것과 같이, 승압 트랜스(202)의 하방에 승압 트랜스(202)를 통과하는 냉각풍이 풍하측의 시멘트 저항(50)에 도달하지만, 시멘트 저항(50)이 냉각풍의 풍로에 대하여 실질적으로 교차하는 방향에 실장되어 있기 때문에, 해당 냉각풍은 시멘트 저항(50)의 측면 전역으로 불린다. 이 결과, 시멘트 저항(50)은 효율적으로 냉각된다.

또한, 냉각풍에는 승압 트랜스(202)의 상방을 통과하는 것으로, 이 냉각풍은 시멘트 저항(50)의 측면 상방에서 상면 전역에 해당한다. 따라서, 시멘트 저항(50)을 냉각풍의 풍로에 대하여 실질적으로 교차하는 방향에 배치함으로써, 상면 전역을 균등하고 확실히 냉각하는 것이 가능해진다.

또한, 시멘트 저항(50)은 풍로에 대하여 실질적으로 교차하는 방향에 배치하 여도 그 형상에 의해 냉각풍이 부는 면적이 작아질 가능성도 있기 때문에, 이러한 경우에는 냉각풍이 부는 면적이 최대가 되는 방향으로 시멘트 저항(50)을 배치하도록 하면 좋다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 고주파 가열장치에 따르면, 단방향 전원부(1)의 출력전류를 측정하기 위하여 이용하는 션트저항(30)을 프린트 기판(32)상을 흐르는 냉각풍의 풍로에 따라 프린트 기판(32)상에 배치하였기 때문에, 냉각풍의 흐름을 방해하는 비율을 최소한으로 억제할 수 있어 냉각효율의 향상이 도모된다.

또한, 시멘트 저항(50)을 냉각풍의 풍로에 대하여 실질적으로 교차하는 방향에 배치하였기 때문에, 발열하는 시멘트 저항(50)을 효율적으로 냉각하는 것이 가능해진다.

그리고, 이러한 션트 저항(30) 및 시멘트 저항(50)의 배치구성에 의해, 고주파 가열장치 본체의 소형화에 따라 공간을 절약더라도 효율적인 냉각이 가능해진다.

또한, 션트저항(30)을 프린트 기판(32)상을 흐르는 냉각풍의 풍로를 따라 배치하는 것은 시멘트 저항(50)을 션트 저항(30)의 풍하측에 배치하지 않으면 안되는 경우에 시멘트 저항(50)을 냉각하는 점도 포함하여 냉각 효율면에서 효율적이다.

또한, 시멘트 저항(50) 이외에도 통전함으로써 발열하는 부품이 있으면, 동일하게 배치하여도 좋다.

또한, 상기한 실시예에서는 시멘트 저항(50)은 도 10에 도시한 것과 같이 단방향 전원부(1)의 직류 출력단과 제어부(7)의 전원 단자부와의 사이에 배치하였지 만, 이 구성 대신에 상용전원(20)의 양단에 각각 다이오드(207,209)를 삽입하여 교류전원을 정류한 후, 각각의 다이오드(207,209)의 접속점과 제어부(7)의 전원단자부의 사이에 시멘트 저항(50)을 배치하여도 동일한 효과가 얻어진다.

상기와 같이, 본 발명의 고주파 가열장치에 따르면, 단방향 전원부의 출력 전력을 측정하기 위한 션트저항이 프린트 기판상의 냉각풍의 풍로를 따라 프린트 기판상에 배치되었기 때문에, 냉각풍의 흐름을 방해하는 비율을 최소화함으로써 냉각효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 발열을 수반하는 시멘트 저항은 냉각풍의 풍로와 실질적으로 교차하는 방향에 배치되기 때문에, 시멘트 저항이 효율적으로 냉각된다.

따라서, 고주파 가열장치의 몸체의 소형화에 따른 공간 절약에 의해 프린트 기판상에 배치된 전자부품의 실장밀도가 증가되더라도, 발열 부품이 효율적으로 냉각될 수 있다. 즉, 공간절약이 도모되어 고주파 가열장치의 몸체의 소형화가 가능해진다.

(제 3 실시예)

도전성 관통공이 설치되지 않은 구성과, 아일릿 구성, 및 온도에 의존하는 션트저항의 저항치의 변화를 낮추고 동시에 그 저하에 의한 저항치의 변화를 낮춤으로써 전류-전압 변환 정밀도의 향상과 전류제어 정밀도의 증대와 관련하여 양면 도통부 땜납하는 구성의 비교에 대하여 설명한다.

도 8은 션트 저항이 실장된 프린트 기판의 도전성 관통공을 갖지 않는 구성 을 나타낸 단면도, 도 6은 션트 저항이 실장된 프린트 기판의 아일릿 구성을 나타낸 단면도, 도 7은 션트 저항이 실장된 프린트 기판의 양면 도통부를 땜납한 구성을 나타낸 단면도이다.

도 8에 도시되는 아일릿을 사용하지 않는 구성에서는 션트저항(30)에 부가되는 열용량은 프린트 기판(32)의 편면에 설치된 패턴(40)과 그것에 부착하는 땜납(42)만이며, 방열성이 나쁘다. 따라서, 션트 저항(30)의 자기 발열에 의해 생기는 저항치 변화는 커지기 때문에, 기대하는 전류검출 정밀도가 얻어지지 않는다.

도 8에 비교하여, 도 6 및 도 7의 구성에서는 패턴(40) 면적의 증가를 포함하여 땜납(42) 부착량이 커져 증가하기 때문에, 션트 저항(30)의 방열성이 높아지고 전류검출 정밀도가 향상된다. 특히, 도 6의 아일릿(41)을 사용하는 경우에는 그 효과가 현저해진다.

또한, 션트저항(30) 유효길이와 전류검출 정밀도라는 관점에서 비교하면, 도 8의 구성에서는 실장 용이성을 위하여 프린트 기판(32)의 구멍은 션트저항(30)의 직경보다 크게 설정되어 있다. 도면과 같이 클린치함으로써 프린트 기판(32)으로의 션트 저항(30)의 고착도가 증가하고 땜납시의 가더가 억제되기 때문에, 그 유효 길이 정밀도는 어느 정도 확보할 수 있다.

도 6의 구성은 프린트 기판(32)으로의 션트저항(30)의 실장 정밀도가 확보되는 아일릿(41)을 이용하고 있기 때문에, 도면의 상면에 형성되는 아일릿(41)의 플랜지간 거리가 션트저항(30)의 유효 길이가 되고, 도 8에 비하여 전류검출 정밀도가 매우 좋다.

도 7의 구성은 도 6의 구성과 같이 프린트 기판(32)으로의 아일릿(41)을 이용하여 대신에 양면 패턴 기판을 이용하고, 션트 저항(30)의 삽입면측의 관통공 주위에도 패턴(40)을 형성하고, 션트저항(30)과 관통공 주위 패턴(40)을 전기적으로 도통시킨다. 그 양면 도통부분을 땜납함으로써, 션트저항의 열용량에 상기 도전성 관통공, 도통부분, 및 땜납의 열량이 부가되어 션트 저항의 방열성이 높아진다.

도 6과 마찬가지로, 도 7의 구성에서는 도면의 상면의 정밀도가 좋게 형성되는 패턴(40)의 단면간 거리가 유효 길이게 되어 도 8과 비교하여 정밀도 좋게 전류검출이 된다.

또한, 기판상의 도전성 관통공을 아일릿으로 형성하는 이외에, 기판의 관통공에 도전성 부재를 이용하는 스루홀 기판(도시하지 않음)이 있다. 예를 들면, 동 스루홀 기판의 제조에서는, 동이 도금된 스루홀을 가지는 기판의 표면에 포토레지스트를 형성하고, 이어서 포토마스크를 통하여 노광, 현상, 에칭, 레지스트 박리공정을 경유한다.

이 스루홀을 이용하여도 션트 저항의 유효 길이 정밀도 향상에 기여하고, 전류검출 정밀도를 높이는 것은 말할필요도 없다.

션트저항(30)의 실장은, 도 6 및 도 7에 도시한 것과 같이, 프린트 기판(32)의 도전성 관통공에 나저항선인 상기 션트저항(30)을 삽입한 후, 클린치하여 기판에 고착하도록 구성하고 있기 때문에, 땜납시의 프린트 기판으로부터의 부유물이 생기지 않는다.

즉, 클린치도 상기 션트저항(30)의 유효길이 정밀도 향상에 기여하고, 전류 검출 정밀도를 높인다.

도 6 및 도 7에 도시한 션트저항(30)의 클린치 방향은 내방향이며, 이 방향에 클린치하여 프린트 기판(32)의 구멍 사이를 포입하는 것이 일반적으로 션트 저항(30)의 유효 길이 정밀도가 얻어지지만, 이 방향에 한정되는 것은 아니다.

또한, 프린트 기판(32) 구멍의 기계적 강도는 도 6에 도시한 아일릿(41) 또는 도 7에 도시한 양면의 패턴(40)에서 증가하고, 상기한 션트저항(30)의 클린치 작업에 의한 방해를 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 고주파 가열장치는 온도 의존성을 가지는 션트 저항의 저항치 변화가 적어질 뿐만 아니라 열화에 의한 저항치 변화도 적어져 전류-전압 변환 정밀도의 개선과, 전류 제어 정밀도 향상이 가능해지기 때문에, 고주파 발생기기 등의 용도에도 적용될 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 고주파 가열장치에 따르면, 아일릿의 열 용량이 도전성 관통공의 열 용량에 부가되기 때문에, 션트 저항의 방열 성능이 개선되고 전력 손실에 의한 온도 상승을 경감시킨다. 따라서, 온도 의존성을 가지는 션트 저항의 저항치 변화가 적어질 뿐만 아니라 열화에 의한 저항치 변화도 적어진다.

또한, 도전성 관통공의 상대 위치 정밀도가 개선되고, 션트 저항의 유효길이의 분산이 도전성 관통공이 사용되지 않는 경우보다 작이지기 때문에, 전류-전압 변환 정밀도가 이전보다 개선되어 제어 정밀도가 개선될 수 있다.

또한, 본 발명의 션트저항 실장 방법에 따르면, 션트 저항과 도전성 관통공이 땜납 등에 의해 접속되는 경우에 션트 저항과 도전성 관통공간의 위치관계는 정 확하게 유지되기 때문에, 션트 저항의 유효길이는 션트저항이 클린치되지 않은 실장방법에서 보다 정밀해지다. 따라서, 전류-전압 변환 정밀도가 현저히 개선되어 전류 제어 정밀도가 개선된다.

또한, 기판 구멍의 기계적인 강도가 도전성 관통공에 의해 개선되어 클린치 동작중의 기판의 파손을 방지할 수 있다.

(제 4 실시예)

상기한 고주파 가열장치에 따르면, 션트 저항은 입력전류를 검출하는데 사용되고 입력 전류 정수를 제어하기 위한 기준치를 발생시키는 정전압 다이오드(제너 다이오드)를 이용하는 고주파 가열장치에 따르면 제너 다이오드에 온도 특성이 제공되기 때문에, 상기한 기준치(및 입력전류)는 요리 시간의 경과에 따라 분위기 온도(회로 주변의 온도)의 상승에 의해 증가한다. 기준 전압의 증가와 관련하여, 안정된 온도 특성을 가지는 션트 저항이 일반적으로 사용되기 때문에, 입력전류는 일정하게 제어되지 않지만 기준전압에 이어 증가하는 문제를 내포하고 있다.

또한, 온도 특성이 설계단계에서 결정되기 때문에 변류기와 관련하여 유사한 문제를 내포하고 있다.

여기서, 도 19는 제너 전압 온도 계수의 예를 나타낸 도면이다. 도면에서, 가로좌표는 제너 전압(Vz)를 나타내고 종좌표는 제너 전압 온도 계수

z(%/℃)를 나타낸다. 이 예에서, 제너 전압 온도 계수

z는 약 5V에서 ±방향 중심으로 변한다. 또한, 공지된 바와 같이, 제너 전압 Vz는 칩 결합부의 온도 변화와 그 변화율 에 의해 변하며, 즉 제너 전압 온도 계수

z는 다음의 등식으로 나타낼 수 있다.

z = ΔVz/ΔTj

여기서, ΔVz는 제너 전압의 변화량이고, ΔTj는 결합부 온도(자기 발열 온도+주위 온도)의 변화량이다.

실제 제너 전압 온도 계수

z (주위 온도 T1 내지 T2)는 일반적으로 다음의 등식에 의해 계산될 수 있다.

z = [(Vz(T2)-Vz(T1))/(Vz(25℃)|T2-T1|)]×100

또한, 도 20은 온도 변화에 따른 기준치 REF와 션트 저항치간의 관계를 나타낸 도면이다. 이 도면에서, 가로좌표는 대기 온도 Ta(℃)이고 종축은 전압 및 저항치를 나타낸다. 대기 온도 Ta가 높을수록 상기와 같이 제너 전압의 증가에 따란 기준치 REF가 증가하더라도, 션트저항값은 안정된 온도특성을 갖는 션트저항을 이용함으로써 실질적으로 일정하다.

따라서, 대기온도 Ta의 상승에 따라 기준치 REF가 증가하는 경우에, 상기와 같이 션트저항값은 실질적으로 일정하기 때문에, 입력전류 Iin는 기준치의 증가에 이어 증가하여 입력 전류를 일정하게 제어하기 어렵다.

도 21은 대기온도 Ta와 입력전류 Iin의 상관관계를 나타낸 도면이다. 도면에서, 가로좌표는 경과시간 t(sec)을 나타내고 종축은 온도(℃)와 전류(A)를 나타낸다.

대기 온도 Ta가 변하더라도 입력전류 Iin가 일정하는 것이 이상적이지만, 기준치 REF는 상기와 같이 대기온드의 상승에 따라 증가하기 때문에, 입력 전류 Iin 는 굵은선으로 나타낸 것과 같이 대기온도 Ta에 이어 증가한다. 또한, 반도체 소자, 마그네트론 등은 그 손실을 증가시켜 온도의 비정상적인 상승에 의해 파손될 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 가열장치의 구성을 나타낸 회로도이다.

도 15에서, 본 실시예에 따른 고주파 가열장치는 전원부(1)와, 정류 평활부(2)와, 인버터부(3)와, 고압 정류회로(4)와, 마그네트론(8)과, 전원부(1)에 접속된 션트저항(102)에서 입력전류(Iin)을 검출하기 위한 입력전류 검출부(5)와, 입력전류(Iin)의 오차를 검출하기 위한 기준치를 생성하는 기준치 생성부(6)와, 기준치에 대한 입력전류(Iin)의 오차를 기초로 인버터부(3)를 제어하는 제어부(7)가 도시하지 않은 프린트 기판상에 구비되어 있다.

정류 평활부(2)는 상용전원(20)으로부터의 교류전원을 전파 정류하는 다이오드 브리지(101)와, 다이오드 브리지(101)의 부 출력측 단자와 직렬로 배치되고, 입력전류(Iin)를 검출하기 위한 션트저항(102)과, 필터용의 쵸크 코일(110)과 평활 콘덴서(109)를 구비하고 있고, 인버터부(3)를 동작시키는 직류전원을 생성한다.

전원부(1)는 정류용 다이오드(111,112)와, 시멘트 저항(103) 및 제너 다이오드(104)와, 알루미늄 전해 콘덴서(105)와, 기준치 생성부(6)에 제공되는 직류전압을 생성하기 위한 저항(106), 제너 다이오드(107), 및 콘덴서(108)를 구비하고 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 전원부(1)중 제너 다이오드(104,107)를 포함한 직류 전원(20V,12V)을 생성하는 회로부를 직류 전원부로 칭한다. 또한, 직류 전원부는 인버터부를 포함하는 주 기판과는 별도의 기판으로 하여 형성되어 주 기판상의 기준치 생성부로 직류 전원을 공급하도록 하여도 무방하다.

시멘트 저항(103), 제너 다이오드(104), 및 알루미늄 전해 콘덴서(105)는 직렬로 접속되어 있다. 저항(106)은 그 일단이 제너 다이오드(104)의 캐소드측에 접속되고, 타단이 제너 다이오드(107)의 캐소드측에 접속되어 있다. 제너 다이오드(107)는 그 캐소드가 상술한 저항(106)의 타단에 접속되고 그 애노드는 제너 다이오드(104)의 애노드와 함께 접지되어 있다. 콘덴서(108)는 제너 다이오드(107)에 병렬 접속되어 있다.

인버터부(3)는 공진 콘덴서(201)와, 트랜지스터(203)와, 전류 다이오드(204)로 구성된다. 트랜지스터(203)는 제어부(7)로부터 제공된 20 ~ 50 kHz의 스위칭 제어신호에 의해 스위칭 동작한다. 이것에 의해, 승압 트랜스(202)의 일차 권선에는 고주파 전압이 발생한다. 또한, 트랜지스터(203)는 주로 전류 다이오드(204)와 일체로 형성되어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(205)로 불리고, 본원에서는 이 IGBT(205)를 사용하고 있지만, 다른 반도체 스위칭 소자를 이용하여도 동일한 효과가 얻어진다.

고압 정류회로(4)는 콘덴서(301 및 302)와, 다이오드(303 및 304)로 구성되어 있고, 승압 트랜스(202)의 이차 권선에서 발생한 전압을 양파 전압 정류함으로써 고압 직류전압을 발생하여 마그네트론(8)에 인가한다. 마그네트론(8)에는 승압 트랜스(202)의 히터 권선에서 히터용 교류전압도 인가된다. 마그네트론(8)은 히터 용 교류전압이 인가됨으로써 음극이 가열되어 방출가능한 상태가 되고, 이 상태에서 고압 직류전압이 인가되면 전자파 에너지를 발생한다.

기준치 생성부(6)는 전원부(1)에서 입력되는 전압을 분압하여 오피앰프(601)의 비반전 입력단에 인가하는 전압을 생성하는 저항(602 및 603)과, 전원부(1)의 직류출력을 취출하기 위한 저항(604,605) 및 알루미늄 전해 콘덴서(606)와, 오피앰프(601)의 동작 정수를 결정하는 저항(607,608)과, 오피앰프(601)의 출력을 취출하기 위한 스위치(609)와, 스위치(609)에서 취출된 오피앰프(601)의 출력을 파형 정형하는 저항(610)과 콘덴서(611)로 이루어진 적분회로를 구비한다. 스위치(609)의 절환 시간은 고주파 출력설정에 의한 듀티비에 의해 변한다.

제어부(7)는 기준치 생성부(6)로부터의 기준치 REF와 입력 전류검출부(5)에 의해 검출된 입력전류 Iin를 비교하여 기준치 REF = Iin ×R이 되도록 제어한다. 그리고, 제어부(7)로부터의 신호에 의해 인버터부(3)의 트랜지스터(203)가 온/오프 제어된다. 이렇게 정류평활부(2)에서 상용전원(20)을 단방향 전압으로 변환하고, 그 단방향 전압을 인버터부(3)에서 고주파 전압으로 변환하여 승압 트랜스(202)에서 승압한 후, 다시 한번 고압 정류회로(4)에서 배전압 정류하여 고압의 직류전압으로 변환하여 마그네트론(8)을 구동한다.

여기서, 본 발명의 특징적인 구성은 정류평활부(2)의 션트 저항(102)이 제너 다이오드(107)의 온도특성에 근접한 온도특성을 가지는 것으로, 분위기 온도의 상승에 의해 제너 다이오드(107)의 제너 전압에 증가가 생겨 기준치 REF가 증가하면, 션트 저항(102)의 저항치 R도 그것에 근사하여 증가한다. 따라서, 분위기 온도가 상승하여도 마그네트론(8)에 대하여 정밀도가 좋은 고주파 발진제어가 행해진다.

여기서, 도 16은 본 실시예에 따른 션트저항(102)의 저항치 R와 기준치 REF와의 관계를 나타낸 도면이다. 분위기 온도 Ta(℃)의 상승과 함께 제너 다이오드(107)의 제너 전압이 높아져 기준치 REF가 증가하더라도, 션트저항(102)의 저항치도 마찬가지로 증가하여 검출되는 입력 전류정보(Iin ×R)도 증가하기 때문에, 제어부(7)에 의해 이 입력 전류정보를 기준치 REF와 비교하여 추종 제어하기 때문에, 분위기 온도 Ta와 입력전류 Iin의 관계도에 도시한 것과 같이 분위기 온도 Ta가 상승하더라도 입력전류 Iin가 일정해진다. 즉, 기준치 REF의 증가분을 션트저항(102)의 저항치 R에서와 마찬가지로 Iin은 일정해질 수 있다.

또한, 션트저항(102)은 제너 다이오드(107)가 실장되는 프린트 기판상의 근방에 배치된다. 즉, 제너 다이오드(107)와 동일한 온도 분위기가 되는 위치에 배치된다. 도 18은 실장의 일예를 나타낸 도면으로, 프린트 기판(8)상의 시멘트 저항(103) 및 방열판(206)에 탑재되는 IGBT(205)가 실장되는 영역에 션트저항(102)과 제너 다이오드(107)가 실장되어 있다. 이 도면에 나타낸 예에서는 션트저항(102)이 제너 다이오드(107)의 근방에 배치되지는 않았지만, 션트저항(102)은 IGBT(205)의 발열에 의한 열분위기중에 있고, 제너 다이오드(107)는 시멘트 저항(103)의 발열에 의한 열분위기중에 있어 동일한 열환경에 있는 것으로 간주될 수 있다. 당연하지만, 회로설계상 허용되면, 션트저항(102)을 제너 다이오드(107)의 직근에 배치함으로써, 모든 동일한 온도환경에 배치될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 고주파 가열장치에 따르면, 입력전류 Iin를 검 출하기 위한 션트저항(102)으로서 기준치 REF를 생성하는데 이용되는 제너 다이오드(107)의 온도 특성과 같거나 근사한 온도특성을 갖는 것을 이용하였기 때문에, 분위기 온도의 상승에 수반하여 제너 전압 증가에 의한 기준치 REF의 증가가 생겨도 션트저항(102)의 온도특성이 제너 다이오드(107)의 온도 특성에 근사하여 저항치가 증가하기 때문에, 입력전류와 기준치와의 상관 오차를 최소한으로 억제할 수 있다. 즉, 입력전류를 일정하게 제어할 수 있고, 마그네트론(40)에 대하여 정밀도가 좋은 고주파 발진제어가 가능해진다.

또한, 션트저항(102)을 제너 다이오드(107)의 근방에 배치함으로써, 입력 전류 오차정보의 오차를 최소한으로 억제할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 고주파 가열장치에 따르면, 입력전류를 검출하기 위한 션트저항으로서 제너 다이오드의 온도 특성과 같거나 근사한 온도특성을 갖는 것을 이용하였기 때문에, 분위기 온도의 상승에 의해 제너 전압이 변하고 기준치가 변하더라도, 션트저항치가 변화에 이어 변하기 때문에, 입력전류와 기준치와의 상관 오차를 최소한으로 억제할 수 있고, 이것에 의해 마그네트론에 대하여 정밀도가 좋은 고주파 발진제어가 가능해진다.

또한, 션트 저항이 제너 다이오드와 같은 온도 환경하에 있는 경우에, 입력전류와 기준치와의 상관오차를 보다 최소화할 수 있다.

Claims

상용전원을 단방향으로 변환하는 단방향 전원부와, 적어도 1개의 반도체 스위칭 소자를 가지며, 상기 반도체 스위칭 소자를 온/오프함으로써 상기 단방향 전원부로부터의 전력을 고주파 전력으로 변환하는 인버터부와, 상기 인버터부의 출력 전압을 승압하는 승압 트랜스와, 상기 승압 트랜스의 출력전압을 배전압 정류하는 고압 정류부와, 상기 고압 정류부의 출력을 전자파로서 방사하는 마그네트론을 구비하는 고주파 가열장치에 있어서,

상기 단방향 전원부의 출력전류를 측정할 수 있는 개소에 대하여 직렬로 배치되는 션트 저항과, 상기 션트저항에 전류가 흐름으로써 발생하는 전압을 취출하는 버퍼와, 상기 버퍼의 출력을 소정치로 일정 제어하는 상기 반도체 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 버퍼는 고입력 임피던스의 연산증폭기를 구비하고, 상기 연산증폭기의 입력단 간에 저항소자를 통하여 상기 션트 저항을 배치하고,

상기 단방향 전원부는 교류전원을 전파 정류하는 정류소자를 포함하고, 상기 정류소자와 상기 반도체 스위칭 소자가 동일한 방열판에 취부되고,

상기 방열판에는 상기 정류소자 및 상기 반도체 스위칭 소자의 각각의 단자와 상기 방열판과의 사이에서 일정한 거리를 확보하는 동시에 상기 방열판과 상기 션트저항의 사이에서 절연거리를 확보하기 위한 절결부가 형성되어 있고,

상기 절결부는 상기 방열판의 폭 방향을 따라 형성되고,

상기 션트 저항은 나저항선으로서, 상기 방열판 근방에서 상기 방열판에 취부된 상기 정류소자와 상기 반도체 스위칭 소자의 사이에서 이들과 동일 선상으로 상기 절결부를 따르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
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제1항에 있어서, 상기 션트 저항은 기판상을 흐르는 냉각풍의 풍로를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제 6항에 있어서, 상기 션트 저항은 상기 냉각풍이 부는 면적이 최소가 되는 풍로를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제6항에 있어서, 상용 전원을 소정 전압으로 전압강하시키기 위한 시멘트 저항이 상기 냉각풍의 풍로에 대하여 교차하는 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제6항에 있어서, 상기 션트 저항의 바람의 하류측에 시멘트 저항이 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제1항에 있어서, 상용 전원을 소정 전압으로 전압강하시키기 위한 시멘트 저항을 더 포함하고,

상기 션트저항을 기판상을 흐르는 냉각풍의 풍로를 따라 상기 기판상에 배치하고, 상기 시멘트 저항을 발열하는 전자부품이 취부된 냉각 핀과 상기 승압 트랜스와의 사이에 형성되는 공간 및 상기 승압 트랜스와 상기 기판과의 사이에 형성되는 틈새를 흐르는 냉각풍으로 냉각되는 위치에 배치한 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제10항에 있어서, 상기 시멘트 저항이 상기 냉각풍의 풍로에 대하여 교차하는 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제 1항에 있어서, 상기 션트 저항은 기판상에 도전성 관통공에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제12항에 있어서, 상기 도전성 관통공을 아일릿으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
제 12항에 있어서, 상기 션트 저항은 주변과 상기 기판상의 관통공의 두면에 도전부가 설치되어 있고 상기 두 면의 도전부는 땜납되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
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프린트 기판상에, 상용전원에서 인버터 전원전압을 생성하는 정류 평활부와,

반도체 스위칭 소자를 포함하고 상기 반도체 스위칭 소자를 온/오프함으로써 상기 정류 평활부로부터의 전력을 고주파 전력으로 변환하는 인버터부와,

상기 정류 평활부에서 상기 인버터부로 유입되는 입력전류를 검출하기 위한 션트저항과,

상기 상용전원에 정류용 다이오드를 통하여 접속된 저항과 전압이 온도에 의존하는 전압온도특성을 가지는 제너 다이오드로 분압 생성되는 제너 전압을 직류 전원으로 하는 직류전원부와,

상기 직류전원부에서 생성된 직류전원의 전압치와 상기 직류전원부의 정류용 다이오드를 통하여 취출한 직류출력을 비교하여 상기 입력전류를 일정하게 제어하기 위한 기준치를 생성하는 기준치 생성부와,

상기 기준치 생성부에서 생성된 기준치와 상기 션트 저항에 의해 검출된 입력 전류 정보가 같아지도록 상기 인버터부의 반도체 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어부를 구비한 고주파 가열장치로서,

상기 션트 저항은 그 저항치가 온도에 의존하는 저항온도 특성을 가지며, 또한, 프린트 기판상에서 상기 제너 다이오드의 배치 장소의 온도 분위기에 가까운 온도 분위기의 장소에 배치되고,

상기 고주파 가열장치내의 분위기 온도가 변화할 때, 상기 션트 저항의 저항치가 상기 제너 다이오드의 제너 전압과 같아지도록 변화하여, 상기 기준치 및 상기 입력 전류정보가 함께 같아지기까지 변화하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
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