KR900008979B1 - 인버어터형 전원을 사용한 고주파가열장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인버어터형 전원을 사용한 고주파가열장치

제1도는 종래예의 회로도.

제2도는 동 특성도.

제3도는 동 각부 동작파형도.

제4도는 동 마그네트론의 특성도.

제5a도∼제5c도는 동 마그네트론의 특성을 도시한 파형도.

제6도는 본 발명의 일실시예를 도시한 고주파가열장치의 블록도.

제7도는 동 장치의 회로도.

제8a도∼제8g도는 동 회로의 각부 동작파형도.

제9a도∼제9f도는 동 회로의 기동시에 있어서의 각부 동작파형도.

제10a도∼제10f도는 동 회로의 각 동작 파라미터의 기동시의 변화를 도시한 파형도.

제11도는 동 회로의 인버어터제어부 및 기동제어부의 회로도.

제12도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 고주파가열장치의 부분적인 회로도.

제13a도, 제13b도, 제13c도 및 제13d도는 동 회로의 동작을 설명하는 전압전류파형도.

제14도는 기동제어부의 다른 실시예를 도시한 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 전원부 32 : 반도체스위치

33 : 인버어터 34 : 인버어터제어부

35 : 승압트랜스 39 : 마그네트론

40 : 캐소우드히이터 41 : 인덕턴스요소

42 : 기동제어부 56 : 공진콘덴서

본 발명은 전자레인지 등의 소위 유도가열에 의하여 식품이나 액체등을 가열하기 위한 고주파가열장치의 개량에 관한 것으로서, 더욱 상세히 말하면 트랜지스터등의 반도체스위치를 사용한 인버어터에 의하여 고주파전력을 발생하여, 마그네트론에 고압전력 및 히이터전력을 공급하도록 구성한 고주파가열장치의 개량에 관한 것이다.

이와 같은 방식의 고주파가열장치는 그 전원트랜스의 소형·경량·저코스트화를 위하여 여러가지 구성의 것이 제안되어 있다.

제1도는 종래의 고주파가열장치의 회로도이다. 동 도면에 있어서, 상용전원(1), 다이오우드브리지(2), 콘덴서(3)에 의하여 인버어터(4)의 전원부(5)가 구성되고, 인버어터(4)는 리세트인덕트(6), 다이리스터(7), 다이오우드(8), 공진콘덴서(9)등으로 구성되어 있다. 다이리스터(7)는 인버어터제어회로(10)에 의하여 정해진 주파수(f_o)로 트리거되고, 그 결과 승압트랜스(11)의 1차권선(12)과 공진콘덴서(9)와의 직렬공진회로와 리세트인덕터(6)로 구성된 이완발진형 인버어터가 동작주파수(f_o)로 동작하여, 승압트랜스(11)의 고압 2차권선(13)과 히이터권선(14)에는 각각 고압전력(P_o) 및 히이터전력(P_H)이 발생한다. 고압 2차권선(13)에 발생하는 고압전력(P_o)은, 고압 다이오우드(15), (16), 콘덴서(17), (18)에 의해서 정류되어서 마그네트론(19)에 공급된다. 또, 히이터권선(14)은 콘덴서(20)와 공진회로를 구성하고 있어, 마그네트론(19)의 캐소우드히이터에 이 공진회로를 개재해서 히이터전력(P_H)이 공급되도록 구성되어 있다. (21)은 기동제어회로이며, 인버어터의 기동시, 일정한 시간동안 인버어터 제어회로(10)를 제어해서 그 트리거주파수(f_o)를 저하시키도록 구성하고 있다. 그것은 기동시에 마그네트론(19)의 캐소우드가 히이터업 할때까지의 사이에 고압 2차권선(13)에 발생하는 무부하전압을 낮게 억제하기 위한 것이다.

제2도는, 이 인버어터(4)의 동작주파수(f_o)에 대한 고압전력(P_o), 히이터전력(P_H), 무부하시의 마그네트론(19)의 애노우드 전압(V_AKO)의 변화를 도시한 도면이다. (f_o)가 정해진 정상시의 주파수(f_o1)일때, (P_o) 및 (P_H)는 각각 정격치의 1KW 및 40W가 되도록 구성되어 있다. 기동시에 있어서, 이 (f_o1)로 인버어터(4)를 기동하면, 무부하시 애노우드전압(V_AKO)은 20KV이상에 도달하여, 절연내압처리가 기술적으로도, 또 제조코스트면에서도 곤란한 것이 된다. 그 때문에 기동시의 일정한 시간동안(f_o)를 (f_os)까지 저하시키도록 기동제어회로(21)로 인버어터제어회로(10)를 제어하는 구성으로 되어 있다. f_o=f_os일때, (V_AKO)는 10KV이하의 낮은 값으로 할 수 있고, 한편, 히이터회로에 착설된 콘덴서(20)의 공진작용에 의하여 (P_H)는 그다지 저하되지 않아서 약 30W가 된다. 따라서, P_H=40W의 정격시에 비하여 캐소우드 가열완료까지의 시간이 길어지기는 하나, 이상으로 높은 (V_AKO)를 발생함이 없이 고주파가열장치를 기동할 수 있는 것이다.

제3a도, 제3b도, 제3c도는, 이 고주파가열장치의 동작주파수(f_o), 마그네트론의 애노우드전압(V_AK), 애노우드전압(I_A)가, 기동시에 어떻게 변화하는지를 도시한 도면이다.

동도면 제3a도에 도시한 바와 같이 시각 t=0으로부터 t=t₁까지 사이는, f_o=f_os로 제어되고, 그후 t=t₂에서 f_o=f_o1이 되도록 기동제어회로(21)는 인버어터제어회로(10)를 제어한다. 이때문에, 동도면 제3b도와 같이 (V_AK)는 V_AKOmax＜10KV로 제어되고, 동도면 제3c도와 같이 t₁＜t＜t₂사이에 애노우드전류(I_A)가 상승하여 I_A1에 도달해서 정격고압출력 P_o=1KW를 얻을 수 있다. 즉, 영역(A)의 예열기간을 경유해서 영역(B)의 천이시간을 경과한 후, 영역(C)의 정상상태에 도달하도록 구성되어 있는 것이다.

이와같이 (f_o)를 기동시에(f_os)로 저하시키며 히이터회로에 착설된 콘덴서(20)의 공진작용을 양립시킴으로써, 처음 기동시의 이상고압발생을 방지하여, 안정한 기동을 가능하게 하는 고주파가열장치를 실현할 수 있는 것이었다.

그러나, 이와같은 종래의 고주파가열장치에는 다음과 같은 결점이 있었다.

히이터전력(P_H)은, 고압전력(P_o)을 출력하는 고압 2차권선(13)과 동일한 코어에 감긴 히이터권선(14)으로부터 공급되는 구성으로 되어 있다. 이때문에, 제2도에 도시한 바와 같이 (P_H)를 (f_o)에 대해서 일정하게 유지하는 것은 곤란하며, 공진콘덴서(20)를 착설하여도 (P_o)에 비례해서 (P_H)가 변화하는 것을 방지할 수 있는 정도이며, 동도면에 파선으로 표시한 바와 같은 특성곡선으로 할 수 있는 정도였다.

즉, f_o=f_os까지 (f_o)를 낮추었을때, P_H=30W로 할 수 있는 정도였다.

제4도는 히이터전력(P_H)과, (P_H)가 공급되므로 캐소우드가 충분히 가열되어 마그네트론이 발진개시할때 까지의 시간, 즉 발진개시시간(t_s)과의 관계의 일례를 도시한 도면이다. 이와 같이 종래의 기술에서는, 이상고압의 발생은 방지할 수 있으나, 기동시에 충분한 히이터전력(P_H)을 공급하는 일이 곤란하므로 발진개시시간(t_s)이 길어지며, 정격의 P_H(=40W)를 공급할 경우와 비교해서 수배의 시간이 된다는 결점이 있었다.

즉, 제3c도에 도시한 영역(A)이 길어지게 된다는 결과가 되어, 특히 전자레인지등의 초속조리가 특징인 고주파가열장치에 이 기술을 적용할 경우, 중대한 기능저하를 피할 수 없다는 것이었다.

또, 제5a도에 있어서, t=t₁으로부터 t=t₂까지의 사이는, 히이터전력(P_H)이 서서히 증가해가는 기간임과 동시에 마그네트론에 고압전력(P_o)[즉 애노우드전류(I_A)]도 동도면 제5c도와 같이 증가해가는 기간이다.

제5a도, 제5b도, 제5c도는, 이 (f_o)가 (f_os)로부터 (f_o1)으로 입상할때에 히이터전력(P_H), 캐소우드온도(T_C), 고압전력(P_o)이 어떠한 관계로 입상하는지를 도시한 도면이다. 동도면으로부터 명백한 바와 같이, (P_H)의 증가에 대해서 캐소우드 온도(T_C) 그 자체는 일정한 열시정수를 가지고 있으므로 Z만큼 지연되어서 입상하여 t=t₃에서 정격의 온도가 된다. 한편, (P_o)는 (P_H)와 동시에 증가하므로서, 이 사이 즉 영역(B)을 중심으로 한 t=t₁으로부터 t=t₃까지의 기간은 캐소우드의 방사부족 또는 그것에 가까운 상태에 빠지기 쉬운 기간이다. 그리고, 이와같은 영역이 길게 존재하는 것은 마그네트론의 캐소우드의 수명을 현저히 저하시키는 결과가 된다는 매우 중대한 결점이 있었다.

또, 마그네트론(19)의 히이터회로에 콘덴서(20)를 착설해서 공진회로를 구성하는 것 자체도, 캐소우드 임피이던스가 작은 것, 고전위인 것 등으로부터 매우 귀찮은 것이었다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 이하에 설명하는 구성으로 이루어진 고주파가열장치이다.

즉, 상용전원등으로 이루어진 전원부와, 1개 혹은 그 이상의 반도체 스위치와 공진콘덴서를 가진 인버어터와, 이 공진콘덴서와 공진회로를 형성하여 마그네트론에 고압 및 히이터전력을 공급하는 승압트랜스와, 상기 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 접속된 인덕턴스요소와, 상기 반도체스위치의 도통시간등을 제어하는 인버어터제어부와, 상기 인버어터의 기동시에 상기 인버어터제어부에 변조지령을 인가하는 기동제어부를 갖추고, 이 변조지령에 의하여 상기 반도체스위치의 도통시간을 정상시보다 짧게 하고, 또한 그 비도통시간을 정상시보다 길게하며, 또한 대체로 상기 공진회로의 공진주기의 정수배와 같게 제어해서 실질상 인버어터의 동작주기를 정상시와 대체로 같거나 혹은 그보다 긴 주기로 제어하도록 상기 인버어터제어부를 구성한 것이다.

본 발명은 이상에 설명한 구성에 의하여 이하에 설명하는 작용을 가진 것이다.

즉, 인버어터의 기동시에 있어서, 기동제어부의 변조지령신호가 인버어터제어부에 보내어지며, 이 인버어터제어부가 반도체스위치의 도통시간을 정상시의 도통시간보다 짧게하고, 동시에 반도체스위치의 비도통시간을 정상시의 비도통시간보다 길게, 또한 공진회로의 공진주기의 정수배에 가까워지도록 제어해서 인버어터의 동작주기를 정상시와 동등하거나 혹은 그보다 긴 주기가 되도록 제어하는 것이다.

반도체스위치의 도통시간이 짧아지므로 승압트랜스의 출력전압은 낮게 억제되어 고압출력전압 및 히이터 출력전압은 모두 낮게 억제되나, 비도통시간이 길어져서 동작주기가 짧아지는 것을 방지하여, 정상시와 동등하거나 그보다 긴 주기로 제어되므로, 실질적으로 동작주파수가 높아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 접속된 인덕턴스요소의 임피이던스가 커지는 것을 방지할 수 있으므로, 캐소우드에 흐르는 전류는 정상시의 값과 대체로 동등 혹은 그 이상의 적절한 값으로 제어되는 것이다.

또한, 비도통시간이 대체로, 공진회로의 공진주기의 정수배로 제어되므로, 반도체스위치가 도통할때의, 단자간전압이 대체로 최소치가 된다. 이때문에 반도체스위치의 스위칭손실을 대폭적으로 저감하면서 상술한 기동시의 변조제어를 실현하는 것이다. 따라서, 반도체스위치의 손실을 저감하고, 또한 기동시의 이상고압 발생을 방지함과 동시에 히이터전력을 정상시의 값과 동등 또는 그 이상의 적절한 값으로 제어할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면과 함께 설명한다.

제6도는 본 발명의 일실시예를 도시한 고주파가열장치의 블록도이다. 동도면에 있어서, 전원부(31)는 상용전원 혹은 배터리 등으로부터 얻어지는 직류 또는 맥류전압의 단방향(單方向)전원이며, 트랜지스터 등의 반도체스위치(32)를 하나 또는 복수개 갖춘 공진콘덴서를 포함하는 인버어터(33)에 전력을 공급한다. 인버어터제어부(34)는 반도체스위치(32)를 정해진 도통시간과 공진콘덴서와 승압트랜스(35)와의 공진주기와 대체로 같은 비도통시간으로 동작시켜 승압트랜스(35)의 1차권선(36)에 고주파전력을 공급한다. 따라서, 승압트랜스(35)의 고압 2차권선(37)과, 히이터권선(38)에는 고압전력(P_o)과 히이터전력(P_H)이 발생하여, 각각 마그네트론(39)의 애노우드-캐소우드사이 및 캐소우드히이터(40)에 공급되도록 구성되어 있다.

캐소우드히이터(40)(즉 캐소우드)에는 직렬로 인덕턴스요소(41)가 착설되고, 히이터권선(38)의 부하는 인덕턴스요소(41)와 캐소우드 히이터(40)의 직렬회로로 이루어져 있다.

기동제어부(42)는 인버어터(33)의 기동시에 변조지령을 인버어터 제어부(34)에 인가하는 것이며, 이 변조지령에 의하여 인버어터제어부(34)는 기동시에 반도체스위치(32)의 도통시간을 정상시보다 짧게 제어하고, 동시에 비도통시간을 정상시보다 길게 제어하며, 또한 공진주기의 정수배와 대체로 같은 시간으로 제어함으로써 반도체 스위치의 단자간전압이 최소일때에 반도체스위치를 도통시키도록 하여, 반도체스위치의 스위칭 손실을 저감하면서 인버어터(33)의 출력전압을 저하시키고, 동시에 동작주기를 정상시와 대체로 동등하거나 그 보다도 긴 주기로 제어하여, 인덕턴스요소(41)의 임피이던스가 커지는 것을 방지해서 실질적으로 캐소우드히이터(40)에 흐르는 전류를 정상시의 전류와 동등 또는 그 이상의 적절한 전류치로 제어하는 것이다.

이 구성에 의하여, 고압 2차권선(37)에 발생하는 전압은 이상 고전압이 되지 않으며, 또한 캐소우드히이터(40)에는 안정하고 양호한 동작을 보증할 수 있는 히이터전류[즉 히이터전력(P_H)]를 공급할 수 있으며, 또한, 반도체스위치의 손실을 작게 억제할 수 있다. 따라서, 히이터회로에 불필요한 공진회로를 구성하지 않고, 마그네트론(39)의 발진개시시간을 충분히 짧게해서 빠른 유전가열개시를 가능하게 함과 동시에, 캐소우드의 방출부족이 발생하기 쉬운 상태의 발생을 방지해서 수명이 길고, 매우 높은 신뢰성을 보증할 수 있고, 동시에 반도체스위치의 손실이 작기 때문에, 그 고신뢰성과 저가격화를 실현할 수 있는 고주파가열장치를 제공할 수 있다.

제7도는 제6도에 도시한 본 발명의 일실시예를 도시한 고주파 가열장치의 일실시예를 더욱 상세하게 도시한 회로도이며, 제6도와 같은 부호의 것은 같은 구성요소이며 설명을 생략한다.

제7도에 있어서, 상용전원(51)은 운전스위치(52)를 개재해서 다이오우드브리지(53)에 접속됨과 동시에 인버어터제어부(34)에 접속된다. 따라서, 운전스위치(52)가 투입되면 인덕터(54), 콘덴서(55)를 개재하여 단방향전력이 인버어터(33)에 공급되고, 동시에 인버어터제어부(34) 및 기동제어부(42)가 작동한다.

인버어터(33)는 공진콘덴서(56)와, 바이폴라형 MOS FET(이하, MBT라 한다)(58), 다이오우드(59)로 이루어진 복합반도체스위치(32)로 구성되며, 인버어터제어부(34)의 동기발진기(61)에서 그 도통시간과 비도통시간이 제어된다.

기동제어부(42)는 운전스위치(52)가 투입되었을때, 일정시간동안 인버어터제어부(34)의 동기발진기(61)의 동작에 변조지령을 인가하는 것이다.

여기에서, 제7도의 실시예에 대해서 제8도를 참조해서 설명한다.

제8a도, 제8b도, 제8c도, 제8d도 및 제8e도는 복합반도체 스위치에 흐르는 전류(I_c/d), 그에 따라 단자전압(V_CE), MBT(58)의 게이트에 인가되는 제어전압(V_G), 마그네트론(39)의 애노우드-캐소우드 사이의 전압(V_AK), 애노우드전류(I_A)의 파형도이다.

동기발진기(61)는 동도면 제8b도에 도시한 점(P), 즉 콘덴서(55)의 전압(V_CC)과 복합반도체스위치(32)의 단자전압(V_CE)이 직교한 점을 검출하고, 그후 일정시간(T_d)만큼 지연되어서 MBT(58)에 (V_G)를 인가하도록 구성되고, 공진콘덴서(56)와 승압트랜스(35)의 1차권선(36)과의 공진에 의하여 발생하는 전압(V_CE)이 0이 되는 타이밍과 동기해서 MBT(58)을 온하는(동기제어)것이며, 공진전압이 대체로 0에서 온되므로, 스위칭 손실을 대폭적으로 저감할 수 있는 것이다. 이상 설명한 MBT(58)를 제어하기 위한 제어타이밍의 구체적인 설명은 제1도를 사용해서 후에 상세히 설명하므로 여기에서는 생략한다. 인버어터(33)의 출력은, 이 MBT(58)의 도통시간(T_on)과 비도통시간(T_off)의 비를 제어함으로써 조정할 수 있다. 실제적으로는 상술한 동기제어에 의하여 (T_off)는 상기 제어회로의 회로정수에 의해서 결정되므로(즉, 공진회로의 공진주기에 가까운 시간이 된다), (T_on)을 제어함으로써 인버어터(33)의 출력을 조정할 수 있다.

또, 콘덴서(55)의 전압은 맥류전압이므로, 제8a도, 제8b도의 (I_c/d), (V_CE)는 동도면 제8f도, 제8g도에 점선으로 표시한 바와 같은 포락선을 가진 파형이 되고 있다.

이와같이 정상시는 동기제어에 의하여, 인버어터(33)는 동기발진동작을 행한다. 그러나, 동기발진기(61)는 인버어터(33)의 기동시의 일정시간(예를 들면 1∼2초), 기동제어부(42)의 변조지령에 의하여 다음과 같은 변조동작을 행한다.

제9a도, 제9b도, 제9c도는 이 변조동작시에 있어서의 (I_c/d), (V_CE), (V_G)의 파형을 도시한 것이며, 제8a도, 제8b도, 제8c도와 같이 공진회로의 공진동작의 1배의 주기에 동기한 동기제어는 행하지 않는다. 즉, 제8b도에 있어서는 (V_CE)의 파형으로서 나타나는 공진동작파형은 공진회로의 공진주기의 1배에 가까운 파형이며, 이것에 동기해서 MBT(58)의 온오프가 제어되고 있으며, 제9b도에 도시한 바와 같이 변조동작시에 있어서는 공진회로의 공진주기(Tr)의 2배의 정수배의 비도통시간(T_off')이 되어 있다[동도면에 있어서는, (T_off')는 약 (Tr)의 2배로 되어 있다].

이와같이, 완전한 1배의 동기발진제어를 행하지 않아도, 제9도에 도시한 바와 같이, (T_off')를 (Tr)의 정수배와 대체로 같아지도록 제어함으로써 (V_CE)가 작은 곳에서 MBT(58)를 온하여, MBT(58)의 스위칭시의 피이크전류(I_CS)를 비교적 작게 억제할 수 있으므로, 스위칭손실을 저감할 수 있다.

그러나, 제9d도, 제9e도, 제9f도에 도시한 바와 같이 (T_off')를 (Tr)의 정수배에 가까운 값으로부터 벗어나면, (V_CE)가 큰 값일 때에 MBT(58)가 온하게 되어, (I_CS)는 동도면 제9d도와 같이 동도면 제9a도에 비해서 매우 큰값이 된다. 따라서, MBT(58)의 스위칭손실이 현저히 커지게 되어, MBT의 신뢰성저하를 피할 수 없을 뿐만 아니라, 방열을 위하여 큰 냉각핀을 필요로 하는 등, 고가격화를 야기한다는 문제가 생긴다. 제9d도, 제9e도, 제9f도의 경우 (T_off')는 (Tr)의 약 1.5배가 되어 있으므로, (V_CE)가 최대인 시점에서 MBT가 온하고 있다.

이와같이 MBT(58)의 도통시간(T_on')을 정상시의 (T_on)보다 작게 제어함과 동시에, 비도통시간(T_off')를 정상시의 (T_off)보다 크게 제어하고, 또한 공진회로의 공진주기(Tr)의 1배 혹은 그 이상의 정수배에 대체로 같게 제어해서, 결과로서 반복주기(T_o')를 정상시의 (T_o)와 동등하거나 혹은 그보다 길게 제어하는 것이다.

이 결과, MBT(58)는 그 단자전압(V_CE)이 최소일때 온이되므로, 그 스위칭손실을 작게 억제하면서, 인버어터의 기동시에 (T_o)를 그것과 대체로 동등하거나 그 보다도 긴 (T_o')로 제어할 수 있어, 승압트랜스(35)의 2차권선(37)에 발생하는 고전압을 제어하고, 또한 마그네트론(39)의 캐소우드에 히이터권선(38)으로부터 공급되는 히이터전류를 정상시와 동등하거나 그 이상의 값으로 제어할 수 있다.

이들 (T_on'), (T_on), (T_off'), (T_off), (T_o), (T_o')는, 마그네트론(39)의 히이터회로에 접속된 인덕턴스요소(41a), (41b)의 임피이던스와 캐소우드히이터의 임피이던스와의 비, 승압트랜스(35)의 3개의 권선의 자기인덕턴스와 상호 인덕턴스 및 공진콘덴서(56)의 값을 어느정도로 선택함으로써 적절히 설계할 수 있다.

예를 들면, 일례를 도시하면 다음과 같이 된다. 지금, 제7도에 도시한 바와 같이, 히이터회로의 임피이던스요소(41a), (41b)는 마그네트론의 TV 노이즈제어용의 필터를 구성하는 쵸우크코일과 겸용하도록 구성되어 있다. 따라서, 그 임피이던스는 각각 1.8μH 정도로 선택되어 있다. 또 캐소우드히이터의 임피이던스는 0.3Ω정도로 실용적으로 구비되어 있다.

이와같은 조건의 마그네트론과 적당한 정수의 승압트랜스와 공진콘덴서를 사용한 발명자들의 실험에 의하면 동기발진기(61)를 기동제어부(42)에 의하여 다음과 같이 변조시킴으로써, 기동시의 애노우드-캐소우드 사이의 전압(V_AKO)을 10KV이하로 유지하고, 기동시의 히이터전류(I_H')를 정상시의 (I_H)보다 크게하는 것이 가능하였다.

즉, T_o=40μS, T_on=29μS, T_off=11μS에 대해서, T_o'=63μS, T_on'=8μS, T_off'=55μS로 변조시킴으로써, I_H=10.5A에서 I_H'=12A를 실현하여, 매우 안정한 기동을 실현할 수 있으며, 또한 변조시의 MBT(58)의 평균손실을 50W 정도 이하로 할 수 있다. 예를 들면, 공진주기(Tr)의 1.5배로 하였을 경우의 평균손실 약 80W에 비해서 약 60% 정도로 할 수 있다.

따라서, 기동시의 히이터전력(P_H')은 정상시의 (P_H)에 비해서, P_H'=P_H=(12A/10.5A)²≒1.3이 되어, 매우 신속하게 히이터의 가열을 실현할 수 있으며, 또한 MBT의 과대손실의 발생을 방지하여, 큰 방열핀을 사용함이 없이 고신뢰성을 보증할 수 있는 것이다.

제10도는 상술한 기동시의 상태를 도시한 도면이며, 동도면 제10a도∼제10f도는 각각 인버어터의 동작주파수(f_o), (=1/T_o), (T_on), (T_off), (I_H), (V_AK), (I_A)가 기동시로부터 정상시에 걸쳐서 어떻게 변화하는지를 도시한 것이다.

기동제어부(42)에 의하여 (T_on), (T_off)가 (T_on'), (T_off')로 제어되고 있는 시간 t_s=1.5초 사이는, 인버어터출력이 낮게 억제되어서, V_AKO=8KV로 제한됨에도 불구하고, (I_H')는 정상시의 I_H=10.5A보다 큰 12A로 제어되고 있다.

이상과 같이 제어함으로써, 고전위가 되는 피이크회로에 불필요한 공진회로를 구성함이 없이 이상 고전압의 발생을 방지하는 외에 빠르게 마그네트론의 발진개시를 실현할 수 있으며, 또한 캐소우드의 방출부족이 발생하는 것을 방지해서 매우 높은 신뢰성을 실현한 고주파 가열장치를 실현하는 것이 가능하다. 그리고, 이때 생기기 쉬운 MBT(58)의 손실증대를 작게 억제하여, 과대한 냉각장치를 사용함이 없이 높은 신뢰성을 보증할 수 있다.

제11도는 제7도의 인버어터제어부(34), 기동제어부(42)의 일실시예를 더욱 상세하게 도시한 회로도이며, 제7도와 같은 부호의 것은 같은 기능의 구성요소이며 상세한 설명을 생략한다. 동도면은, 인버어터 제어부(34)의 동기발진기(61)와, 기동제어부(42)의 구체적 구성예를 도시한 도면이며, 제8b도에 도시한 동기신호를 얻기 위하여, 콘덴서(55)의 전압(V_CC)과 MBT(58)의 콜렉터전압이, 각각 저항기 (100), (101) 및 (102), (103)에 의한 분할전압으로서 비교기(104)에서 검출된다. 비교기(104)의 입상출력은 지연회로(105), 미분회로(106)에서 펄스신호가 되어, OR회로(107)를 개재해서 RS-FF(108)를 리세트한다. RS-FF의

출력은 MBT(58)의 게이트를 구동하고, 동시에 (T_on)을 결정하는 온시간 타이머를 기동한다. 온시간 타이머는 저항기(109∼111), 콘덴서(112), 다이오우드(113), 비교기(114), 기준전압원(115)으로 구성되어 있다. (116)은 인버어터 버퍼이며 비교기(114)의 출력은 이것을 개재해서 RS-FF의 S입력에 인가된다. 따라서,

출력이 H레벨이 되므로 기준전압원(115)으로 결정되는 시간(T_on)이 경과하면

가 L레벨이 되도록 FF가 세트된다.

FF의 출력(Q)는 저항기(117∼119), 콘덴서(120), 다이오우드(121), 비교기(122)로 이루어진 오프시간 타이머를 기동하도록 구성되고, (T_off)의 최대치를 결정한다. 즉, 비교기(122)의 출력은 인버어터버퍼(123), 미분회로(124)를 개재해서 OR회로(107)에 공급되고 있고, Q가 H레벨(즉

가 L레벨에서 MOS FET가 오프)이 되므로 일정한 시간이 경과하여도 동기신호가 비교기(104)에서 검출되지 않았을 경우, RS-FF를 강제적으로 리세트하여

를 H레벨로 하는 것이다. 이 오프시간 타이머에 의하여 결정되는 (T_off)를 공진회로의 공진주기의 정수배에 가까운 값에 설정해 놓으면 제9b도에 도시한 바와 같이, (V_CK)가 비교적 작은 값일때, MBT(58)를 온으로 할 수 있는 것이다. 또한, (125)는 스타아트회로로서, 인버어터의 기동시, 1펄스만 OR회로(107)에 펄스를 인가하여 RS-FF를 리세트해서 이 회로를 기동시키는 것이다.

인버어터(33)의 정상동작시는 비교기(104)로부터 동기펄스가 RS-FF에 인가되어, 상술한 동기발진을 행하고 인버어터의 각 동작파형은 제8도와 같이 된다.

인버어터의 기동시는 저항기 (125∼128), 콘덴서(129), 비교기(130), 인버어터버퍼(131), 다이오우드(132), (133), 저항기(134)로 이루어진 기동제어부(42)에 의하여, 이 동기발진상태가 저지되어서 비동기발진상태로 제어됨과 동시에, (T_on)은 정상동작시보다 짧은 값으로 제어된다.

즉, 인버어터의 기동시는 일정한 시간(ts)(1.5초)동안, 비교기의 출력이 하이레벨이므로, 저항기(103)가 실질상 단락되어서, 비교기(104)는 동기신호를 검출할 수 없게 된다. 이 때문에 인버어터는 비동기상태가 되어, MBT(58)도 비도통시간(T_off)은 비교기(122)등으로 이루어진 오프시간 타이머로 결정된다. 이 오프 시간을 예를 들면 55μS로 해놓으면, 제10c도와 같은 상태를 실현할 수 있는 것이다.

또, 비교기(130)의 출력은 동시에 저항기(134)에 의하여 기준압전압(115)의 전압을 저항기(110)로 분할해서 비교기(114)에 인가되도록 동작한다. 따라서, t_s사이의 (T_on)은 이 온시간 타이머의 설정시간이 작아지므로, 정상시보다 작게되어, 예를 들면 온시간 타이머의 설정을 8μS로 함으로써, 제10b도의 상태를 실현할 수 있는 것이다.

이와같이 비도통시간을 제한하는 타이머를 가진 동기발진형의 인버어터제어부를 구성하여, 인버어터의 기동시에 일정시간(t_s)동안, 동기신호를 차단하고, 동시에 (T_on)을 정상시의 (T_on)보다 짧게 제어함과 동시에, 비도통시간을, 공진회로의 공진주기의 정수배와 대체로 일치시킴으로써, 반도체스위치소자의 손실을 작게 억제하여 과대한 냉각구성을 필요로함이 없이 높은 신뢰성을 보증하는 외에 종래의 불편함을 해소하고, 불필요한 공진회로를 피이크회로에 구성해 넣음이 없이 마그네트론의 빠른 입상과 그 신뢰성을 보증할 수 있는 고주파가열장치를 실현할 수 있다.

제12도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 고주파가열장치의 회로도이며, 제7도의 실시예의 고압 2차측 회로의 구성을 다르게 변경한 회로구성으로 한 것이다. 동도면에 있어서, 승압트랜스(35)의 고압 2차권선(37)에는 고압콘덴서(150)와 다이오우드(151)가 접속되어서 배전압정류회로가 구성되어 있다.

이와같은 구성으로 하여, 승압트랜스(35)의 1차권선(36), 고압 2차권선(37), 히이터권선(38)의 자기인덕턴스 및 상호 인덕턴스의 값 및 공진콘덴서(56)의 값을 적당한 값으로 설계함으로써 상술한 실시예와 대체로 같은 작용효과를 이하와 같이 얻을 수 있다.

제13도는 제12도의 회로를 사용하였을때의 정상시 및 기동시의 (I_c/d) 및 기동시의 (V_CE)파형도이다. 동도면 제13a도, 제13b도는 정상시의 (I_e/d), (V_CE)이며, 그들 (T_o), (T_on), (T_off)는 예를 들면 각각 약 45μS, 30μS, 15μS이다. 이와같은 정상시의 동작을 행하는 조건하에 있어서, 기동시 MBT(58)의 도통시간을 동도면 제13c도와 같이 (T_on')로 제어함으로써, (I_c/d) 및 (V_CE)는 제13c도, 제13d도와 같은 파형이 되어, (T_o'), (T_on'), (T_off')의 시간간격으로 반복동작을 행하게 된다. 이때의 (T_o'), (T_on'), (T_off')는 각각 약 42μS, 20μS, 22μS가 된다.

이때의 마그네트론(39)에 공급되는 피이크전류(I_H)를 측정하면 (V_AKO)를 7KW로 제어하는 외에 정상시에 있어서 10A, 기동시에 12A로 하는 일이 가능하였다. 즉, 승압트랜스(35)와 공진콘덴서(56)의 정수치를 적당하게 선택함으로써, 기동시(즉 마그네트론의 비발진시)에 있어서의 (V_CE)의 공진파형을 정상시에 비해서 저주파 공진파형으로 할 수 있으므로, 기동시에 있어서 제13d도에 도시한 바와 같이 비도통시간(T_off')을 공진회로의 공진주기(Tr)의 약 1배와 같은 값으로 제어하고, 또한 도통시간(T_on')을 정상시의 (T_on)보다 작게하고, 반복주기(T_o')를 (T_o)로 대체로 같은 주기로 할 수 있다. 이 결과 기동시에 과도하게 높은 전압(V_AKO)을 발생하는 일이 없이, 정상시보다 큰 피이크전류(I_H)를 마그네트론에 공급할 수 있다. 따라서, 불필요한 공진회로를 히이터회로에 구성해 넣음이 없이, 마그네트론의 빠른 입상과 그 신뢰성을 보증하는 고주파가열장치를 제공할 수 있다. 이 경우, 제11도에 도시한 비교기(122)를 중심으로 하는 오프시간 타이머의 타이머시간을 제13d도에 도시한 기동시의 공진주기(Tr)와 대체로 같은 시간(T_off')으로 하도록 구성해도 되며, 다이오우드(132)를 제거해서, 비교기(104)에 의한 동기발진제어를 행해도 된다.

또, 제11도에 도시한 기동제어부(42)는 간단한 타이머회로이며, 기동시의 변조시간은 일의적시간(예를 들면 1.5초)으로 결정되어 있다. 그러나, 이 기동제어부는 마그네트론(39)의 캐소우드가 충분히 가열되어 발진개시한 것을 검지하는 구성으로 할 수도 있어, 보다 더 고성능화를 도모할 수 있다. 예를 들면, 마그네트론(39)의 애노우드-캐소우드사이의 전압(V_AK)이 비발진시의 V_AKO=7∼8KW로부터 발진시의 V_AK=4KV로 변화하는 것을 검출해도 되며, 애노우드 전류(I_A)가 제10f도에 도시한 바와 같이 약간 흐르는 초기의 것을 검출해도 된다.

즉, 제14도에 도시한 바와 같은 기동제어부(42)를 구성함으로써, 상술한 마그네트론(39)의 발진개시를 (V_AK)의 저하(7KV로부터 4KV로 저하)의 검출에 의하여 검출할 수 있다.

제14도에 있어서, 승압트랜스(35)에는 (V_AK)의 크기를 검출하는 출력전압 검지권선(160)이 착설되고, 이 출력신호는 다이오우드(161), 콘덴서(162), 저항기(163), (164)에 의하여 직류전압으로 변환되어서 비교기(130)에 공급된다. 마그네트론(39)이 발진해서 (V_AK)가 저하하여, 저항기 (164)의 단자전압이, 저항기(126), (127), (128)로 정해진 기준전압보다 낮아지면 비교기(130)의 출력은 H레벨이 된다. 이 결과 제11도에 있어서의 비교기(114)의 정입력전압은 커져서 기준전압(115)과 같아지므로, MBT(58)의 도통시간에 길어지며, 통상의 도통시간이 된다.

이와 같이 기동제어부(42)에, 마그네트론(39)이나 인버어터(33) 혹은 승압트랜스(35)등의 상태변화를 무엇인가의 형태로 검출하는 검출수단을 착설하고, 이것에 의하여 MBT(58)의 도통시간을 절환하는 구성으로 함으로써 마그네트론(39)의 캐소우드온도의 온도상승 속도에 따른 기동변조제어를 행할 수 있다. 따라서, 항상 가장 짧은 시간으로 마그네트론(39)을 최대출력으로 작동시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 인버어터의 출력을 승압트랜스를 개재해서 마그네트론의 애노우드-캐소우드스사이와 캐소우드히이터에 공급하는 구성으로 하고, 캐소우드히이터에 직렬로 인덕턴스요소를 착설함으로써, 인버어터의 기동시에 변조지령을 부여하는 기동제어부를 착설하고, 이 변조지령에 의하여 인버어터제어부가 반도체스위치의 도통시간을 정상시보다 짧게하고, 또한 비도통시간을 공진회로의 공진주기의 1배 혹은 그 이상의 대체로 정수배로 함으로써 실질상 인버어터의 동작주기를 정상시와 대체로 같거나 혹은 그 보다 긴 주기가 되도록 구성하였으므로, 고전위가 되는 피이크회로에 불필요한 공진회로를 구성함이 없이 또한 반도체스위치의 손실을 작게 억제하는 외에 기동시의 이상고전압의 발생을 방지하며, 또한 빠른 마그네트론의 발진개시를 실현할 수 있다. 또한 기동시에 충분한 캐소우드의 예열을 할 수 있어 캐소우드의 방출부족현상의 발생을 방지하여, 캐소우드의 열화를 방지할 수 있으므로, 높은 신뢰성을 보증한 고주파가열장치를 실현할 수 있다.

Claims (7)

1. 전원부와, 적어도 1개의 반도체스위치와 공진콘덴서를 가진 인버어터와, 상기 공진콘덴서와 공진회로를 형성하여 마그네트론에 고압전력 및 히이터전력을 공급하는 승압트랜스와, 상기 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 접속된 인덕턴스요소와, 상기 반도체스위치의 도통시간등을 제어하는 인버어터제어부와, 상기 인버어터의 기동시에 상기 인버어터제어부에 변조지령을 인가하는 기동제어부를 갖추고, 이 변조지령에 의하여 상기 반도체스위치의 도통시간을 정상시보다 짧게하고, 그 비도통시간을 정상시보다 길게하며 또한 대체로 상기 공진회로의 공진주기의 1배 혹은 그 이상의 정수배와 같게 함으로써 상기 인버어터의 동작주기를 정상시와 대체로 같거나 혹은 그 보다 긴 주기로 제어하도록 상기 인버어터 제어부를 구성한 고주파가열장치.
2. 제1항에 있어서, 인덕턴스요소를 상기 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 착설된 노이즈필터용 쵸우크코일과 겸용하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 고주파가열장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인버어터의 정상동작시에 인덕턴스요소가 마그네트론의 캐소우드의 임피이던스와 같거나 혹은 그 이상이 되는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 고주파가열장치.
4. 전원부와, 적어도 1개의 반도체스위치와 공진콘덴서를 가진 인버어터와, 상기 공진콘덴서와 공진회로를 형성하여 마그네트론에 고압전력 및 히이터전력을 공급하는 승압트랜스와, 상기 승압트랜스와 마그네트론과의 사이에 착설된 배전압정류회로와, 상기 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 접속된 인덕턴스요소와, 상기 반도체스위치의 도통시간등을 제어하는 인버어터제어부와, 상기 인버어터의 기동시에 상기 인버어터제어부에 변조지령을 인가하는 기동제어부를 갖추고, 이 변조지령에 의해서 상기 반도체스위치의 도통시간을 정상시보다 짧게하고, 그 비도통시간을 정상시보다 길게하며 또한 대체로 상기 공진회로의 기동시에 있어서의 공진주기와 같게 함으로써 상기 인버어터의 동작주기를 정상시와 대체로 같거나 혹은 그 보다 긴 주기로 제어하도록 상기 인버어터제어부를 구성한 고주파가열장치.
5. 전원부와, 적어도 1개의 반도체스위치와 공진콘덴서를 가진 인버어터와, 상기 공진콘덴서와 공진회로를 형성하여 마그네트론에 고압전력 및 피이크전력을 공급하는 승압트랜지스와, 상기 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 접속된 인덕턴스요소와, 상기 반도체스위치의 도통시간등을 제어함과 동시에 상기 공진회로의 공진동작을 검지하여 이것에 동기해서 상기 반도체스위치의 비도통시간을 제어하는 인버어터제어부와, 상기 인버어터의 기동시에 상기 인버어터제어부에 변조지령을 부여하는 기동제어부를 갖추고, 이 변조지령에 의하여 상기 반도체스위치의 도통시간을 정상시보다 짧게하고, 그 비도통시간을 정상시보다 길게하며 또한 대체로 상기 공진회로의 공진주기의 1배 혹은 그 이상의 정수배와 같게 함으로써 상기 인버어터의 동작주기를 정상시와 대체로 같거나 혹은 그 보다도 긴 주기로 제어하도록 상기 인버어터제어부를 구성한 고주파가열장치.
6. 전원부와, 적어도 1개의 반도체스위치와 공지콘덴서를 가진 인버어터와, 상기 공진콘덴서와 공진회로를 구성하여 마그네트론에 고압전력 및 히이터전력을 공급하는 승압트랜스와, 상기 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 접속된 인덕턴스요소와, 상기 반도체스위치의 도통시간등을 제어하는 인버어터제어부와, 타이머장치를 갖추고, 상기 인버어터의 기동시에 상기 타이머장치에 의하여 결정되는 시간동안 상기 인버어터제어부에 변조지령을 인가하는 기동제어부를 갖추고, 이 변조지령에 의하여 상기 반도체스위치의 도통시간을 정상시보다 짧게하고, 그 비도통시간을 정상시보다 길게하며 또한 대체로 상기 공진회로의 공진주기의 1배 혹은 그 이상의 정수배와 같게함으로써 상기 인버어터의 동작주기를 정상시와 대체로 같거나 혹은 그 보다 긴 주기로 제어하도록 상기 인버어터제어부를 구성한 고주파가열장치.
7. 전원부와, 적어도 1개의 반도체스위치와 공진콘덴서를 가진 인버어터와, 상기 공진콘덴서와 공진회로를 구성하여 마그네트론에 고압전력 및 히이터전력을 공급하는 승압트랜스와, 상기 마그네트론의 캐소우드에 직렬로 접속된 인덕턴스요소와, 상기 반도체스위치의 도통시간등을 제어하는 인버어터제어부와, 마그네트론의 발진개시를 검지하는 수단의 검지신호에 의거해서 마그네트론이 발진개시할때까지의 시간동안 상기 인버어터의 기동시에 상기 인버어터제어부에 변조지령을 인가하는 기동제어부를 갖추고, 이 변조지령에 의하여 상기 반도체스위치의 도통시간을 정상시보다 짧게하고, 그 비도통시간을 정상시보다 길게하며 또한 대체로 상기 공진회로의 공진주기의 1배 혹은 그 이상의 정수배와 같게 함으로써 상기 인버어터의 동작주기를 정상시와 대체로 같거나 혹은 그보다 긴 주기로 제어하도록 상기 인버어터제어부를 구성한 고주파가열장치.

Images