KR920001829B1 - 초우크코일구성을 개량한 마그네트론의 고주파 가열장치 - Google Patents

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Description

초우크코일구성을 개량한 마그네트론의 고주파 가열장치

제1a도는 종래의 마그네트론의 고주파가열장치의 회로구성도.

제1b도는 제1a도의 회로에 있어서, 트랜지스터의 콜렉터에 흐르는 전류의 다이오우드에 흐르는 전류를 도시한 그래프.

제1c도는 제1a도의 회로에 있어서 트랜지스터의 음극과 이미터사이에 발생된 전압을 도시한 그래프.

제2도는 종래 및 본 발명의 마그네트론의 필터박스의 정면도 및 단면도.

제3도는 마그네트론의 초우크코일의 직렬동가회로를 표시한 설명도.

제4도는 초우크코일의 저항 및 온도상승의 비율을 표시한 특성도.

제5도는 초우크코일저항의 특성도.

제6도는 초우크코일의 저항 및 온도와 주파수의 관계를 표시한 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상용전원 2 : 다이오우드브리지

3 : 인덕터 4 : 콘덴서

5 : 공진콘덴서 6 : 승압트랜스

7 : 트랜지스터 8, 38 : 다이오우드

9 : 구동회로 10 : 1차코일

11 : 2차코일 12 : 3차코일

15 : 마그네트론 15a : 마그네트론본체

16, 17, 18 : 관통형 콘덴서 19, 20 : 초오크코일

30, 31 : 초우크코일의 전선 32, 33 : 막대형상 자성체코어

34 : 히이터전극 35 : 관통형 콘덴서의 전극

36 : 필터박스 37 : 절연 유리체

본 발명은, 주파수가 20KHz에서부터 약 50KHz 정도의 고주파로 마그네트론을 구동하는 고주파 가열장치에 관한 것으로서, 특히 초우크코일구성을 개량한 마그네트론의 고주파 가열장치에 관한 것이다.

최근의 마그네트론의 고주파 가열장치는, 그 전원 트랜스의 소형화, 경량화 혹은 저코스트화를 위하여 여러가지의 구성의 것이 제안되고 있다.

제1a도는, 종래의 마그네트론의 고주파 가열장치의 회로도이다. 동도면에 있어서, 상용(商用) 전원(1)의 전력은 다이오우드브리지(2)에 의해 정류되어, 단방향전원을 형성하고 있다. (3)은 인턱터, (4)는 콘덴서로서 인버어터의 고주파스위칭 동작에 대한 펄스의 역할을 수행하는 것이다. 인버어터는 공진콘덴서(5), 승압트랜스(6), 트랜지스터(7), 다이오우드(8) 및 구동회로(9)에 의해 구성되어 있다.

트랜지스터(7)은 구동회로(9)로부터 공급되는 베이스전류에 의해서 소정의 주기와 듀티(즉, 도통시간의 반복주기에 대한 비로 정의되는 도통시간비)에 의해서 스위칭 동작한다. 그 결과, 제1b도와 같은 전류Ic/d, 즉, 트랜지스터(7)의 콜렉터전류(Ic)와 다이오우드(8)의 전류(Id)가 흐른다. 한편, 트랜지스터(7)의 오프시에는 콘덴서(5)와 1차코일(10)과의 공진에 의해 트랜지스터(7)의 콜렉터와 이미터사이에 제1c도와 같은 전압(Vcc)이 발생한다. 이 때문에 1차코일(10)에는 고주파 전력이 발생한다. 또, 마그네트론(15)에 히이터전력을 공급하기 위하여, 트랜스(6)에 3차코일(12)이 형성되어 있다. 따라서, 2차코일(11) 및 3차코일(12)에는 각각 고주파 고압전력 및 고주파저압전력이 발생한다. 이 고주파 고압전력은 콘덴서(37) 및 다이오우드(38)에 의해 정류되어 마그네트론(5)의 양극, 음극사이에 공급되며, 한편, 고주파저압전력은 음극히이터에 공급된다. 따라서 마그네트론(15)은 발진하여 유전(誘電)가열이 가능하게 되는 것이다. 또한, 마그네트론(15)은 마그네트론본체(15a)와, 마그네트론본체(15a)의 히이터전극을 통해서 외부공간으로 나가는 불필요한 복사를 방지하기 위한 필터를 구성하는 관통형 콘덴서(16),(17),(18) 및 초우크코일(19),(20)로 이루어진다. 또한, 관통형 콘덴서(16),(17),(18)는 일체적으로 구성되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 승압트랜스(6)의 코어면적은 1차코일(10)의 양단부에 공급되는 전력의 주파수가 높을수록 작아지므로, 예를들면 인버어터를 20KHz ∼50KHz 정도의 주파수로 동작시키면, 상용전원 주파수를 그대로 사용하여 승압하는 경우에 비해서 승압트랜스의 중량 및 크기를 수분의 1에서부터 십수분의 1로 할 수 있어, 전원부의 저코스트화가 가능하다고 하는 특징을 가지는 것이다.

20KHz 이하의 주파수 즉 가청주파수를 사용한 마그네트론 고주파가열장치는 주로 승압트랜스(6)로부터 소리가 발생하게 되어 실용적이 아니다.

제2a,b도에 마그네트론(15)의 관통형 콘덴서(16),(17),(18) 및 초오크코일 (19),(20)로 이루어진 필터구성을 표시한다.

제2도에 표시한 바와 같이, 초우크코일(19),(20)은 마그네트론(15)의 필터박스(36)내에 수용되어 있고, 관통형 콘덴서(16),(17),(18)는 필터박스(36)속으로 연장되어 있다.

종래의 마그네트론에서는 초우크코일(19),(20)을 형성하는 전선(30),(31)은 직경이 1.4mm∼1.6mm이고, 막대형상 자성체 코어(32),(33)는 직경이 5mm, 길이가 21mm인 페라이트를 사용하고 있다. 전선(30),(31)은 막대형상 자성체코어(32),(33)의 대략 중앙에 조밀하게 감겨져 있다. 초우크코일(19),(20)의 전선(30),(31)은 각각, 일단부가 마그네트론본체(15a)의 히이터전극(34)에 접속되고, 타단부가 관통형 콘덴서(16),(17),(18)의 전극(35)에 접속되어 있다.

이와 같은 초우크코일(19),(20)의 구성을 가지며, 상용주파수를 사용해서 구동하는 마그네트론(15)을, 상용주파수보다 훨씬 높은 20KHz∼50KHz의 주파수를 사용해서 구동하는 경우, 초우크코일(19),(20)의 전선(30),(31) 및 막대형상 자성체코어 (32),(33)가 표피효과에 의한 구리손실의 증가나, 예를들면 와류손실, 히스테리시스손실등의 코어손실의 증가에 의해 발열하게 된다.

페라이트를 사용한 막대형상 자성체코어(32),(33)의 온도가 퀴리점을 넘으면, 페라이트의 투자율이 급격히 감소하고, 그 결과, 초우크코일(19),(20)의 인덕턴스가 감소하여, 필터의 역할을 다하지 못하게 된다. 또, 초우크코일(19),(20)에 의해서 억제되어 있던 마그네트론(15)의 히이터에 흐르는 전류가 초우크코일(19),(20)의 인덕턴스의 감소에 의해 억제되지 않게되어, 과대한 전류가 마그네트론(15)의 히이터에 흘러, 마그네트론(15)의 히이터의 수명을 현저하게 악화시킨다. 또, 초우크코일(19),(20)의 발열이, 관통형 콘덴서(16),(17),(18)의 전극(35)을 거쳐서 관통형 콘덴서(16), (17),(18)의 온도를 상승시킨다. 일반적으로, 관통형 콘덴서의 수명이 약 10℃의 온도상승으로 약절반분이 되는 것으로 되어 있다. 초우크코일(19),(20)에 사용되고 있는 전선(30),(31)의 절연종류는 H종으로서 최고허용온도는 180℃이므로, 이 최고허용온도이하에서 사용할 필요가 있다.

본 발명은, 마그네트론의 고주파가열장치는, 이러한 점에 비추어서 이루어진 것으로서, 마그네트론의 초우크코일의 발열은 간이한 구성으로 가능한한 억제하고, 또한 필터로서 필요한 인덕턴스를 지니게 하는 구체적인 구성을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 마그네트론의 초우크코일의 페라이트의 막대형상 자성체코어의 단면적을 40mm²에서부터 70mm², 그 전선의 직경을 1.2mm에서부터 1.6mm로 이루어진 구성으로 하므로서, 20KHz∼50KHz 의 고주파로 마그네트론을 구동하는 경우의 초우크코일의 발열을 저감시킬 수 있고, 구성의 최적화를 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예를 제2a,b도를 사용해서 설명한다.

본 발명과 종래예의 다른점은, 페라이트의 막대형상 자성체코어의 직경이 다르다는 것이다. 직경이 7∼10mm인 막대형상 페라이트자성체코어(32),(33)의 둘레에 선직경이 1.2∼1.6mm인 전선(30),(31)을 각각 감아서 초우크코일을 구성하고, 코일의 양단부중 한쪽은 관통형 콘덴서(16),(17),(18)의 전극(35)에 , 다른쪽은 히이터전극 (34)에 접속되어 있다. 절연유리체(37)과 필터박스(36)도 마그네트론의 일부를 구성하고 있다.

임피이던스는 동가적으로 제3와 같이 표시된다. 이후, 제3도의 직렬등가 저항(R)을 초우크코일의 저항이라고 부른다.

제4도에 초우크코일의 코어의 단면적, 즉 직경을 변경하였을 때의 초우크코일의 저항의 변화를 표시하고 있다.

제4도에 있어서, 초우크코일의 코어는 마그네트론필터에 많이 사용되고 있는 페라이트재료, 예를들면, 일본국, 토미타덴끼주식회사제품의 재질 6H3으로 이루어진, 길이 21mm의 막대형상 코어를 사용한 경우이다. 또한, 6H3 재는 초기 투자율 80, 퀴리점 250℃ 이하이다. 초우크코일의 저항 및 초우크코일의 온도 상승치는, 주파수 30KHz에서 측정한 경우의 특성이다. 초우크코일의 인덕턴스의 값은, 주파수 30KHz에서의 측정에 있어서, 1.7μH가 되도록 선직경 1.4mm인 전선의 감는수를 조정하고 있다. 어느 것이나 모두 밀착감기로서, 막대형상 코어의 대략 중앙부에 코일을 형성해서 실현하였다.

제4도에 있어서, 코어단면적이 46.7mm²인 초우크코일의 저항치는 24mΩ으로서, 이것은, 코어단면적이 23.3 mm²인 초우크코일의 저항치 37mΩ에 비해서 약 35% 작다. 초우크코일에 주파수 30KHz에서 10A의 전류를 흐르게 하였을 경우, 코어단면적 46.7mm²인 초우크코일의 온도상승의 경우는 100℃로서, 이것은 코어단면적이 23.3 mm²인 초우크코일의 온도상승의 비율인 150℃에 비해서 약 33.3% 작다. 즉, 온도상승의 비율의 감소율은, 초우크코일의 저항의 감소율과 일치하고, 따라서 초우크코일의 저항치와 온도상승의 비율은 밀접한 관계가 있다고 말할 수 있다.

제5도에, 단면적이 46.7mm², 길이가 21mm인 코어를 사용하고, 전선의 선직경을 변경한 경우의 초우크코일의 저항의 변화를 표시하고 있다. 즉, 전선의 선직경이 1.2mm에서부터 1.6mm사이에서는, 초우크코일의 저항은 거의 일정하며, 온도상승의 비율도 거의 일정하다. 따라서 단면적이 46.7mm², 길이가 21mm인 코어를 사용하고 선직경이 1.2mm에서부터 1.6mm인 전선을 사용해서 초우크코일을 구성하므로서, 초우크코일의 온도상승의 비율은 일정한 인덕턴스를 얻는 조건에서 가장 작게할 수 있다. 선직경이 1.2mm에서부터 1.6mm인 전선을 사용하면, 초우크코일의 저항은 거의 동일하다. 따라서, 온도상승의 비율도 거의 동일하다.

제6도에 본 발명에 의한 초우크코일과 종래의 초우크코일의 주파수와 저항 및 온도의 관계를 표시한다.

동도면에 의하면 본 발명의 초우크코일의 온도는 주파수 50KHz에서 약 150℃이다. 마그네트론의 전원장치를 사용하는 경우, 마그네트론을 포함한 전원부분의 온도는 트랜스, 트랜지스터 또는 마그네트론의 발열때문에, 실온보다도 10∼20℃ 상승한다. 따라서, 본 발명의 초우크코일을 사용하면, H종의 전선(최고허용온도 180℃)을 안전한 온도범위에서 사용할 수 있다.

상기 언덕턴스치 1.4∼2.0μH는, 텔레비젼 대역에 대한 필터로서 100PF∼ 500PF의 관통형 콘덴서와 더불어 사용되는 대표적인 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면, 초우크코일의 온도상승을 억제할 수 있어, 20KHz∼약 50KHz의 높은 동작주파수에서도 충분히 사용할 수 있고, 또한, 필터의 특성은 종래의 구성에 의한 필터와 똑같은 정도의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 상용전원을 정류해서 얻어지는 단방향전원과, 상기 단방향전원으로부터의 전력을 20KHz∼50KHz 범위내의 고주파 전력으로 변환하는 인버어터 회로와, 상기 인버어터회로의 고주파전력을 고주파 고압전력으로 승압하기 위한 승압트랜스(6)와, 상기 승압트랜스(6)의 출력으로 부세되고, 관통형 콘덴서(16,17,18)와 초우크코일(19,20)로 이루어진 필터를 구비한 마그네트론(15)과, 상기 마그네트론(15)의 히이터에 고주파전류를 공급하는 수단을 구비하고, 상기 초우크코일(19,20)을, 막대형상자성체코어 (32,33)와, 일단 부가 히이터전극(34)에 접속되고 타단부가 상기 관통형 콘덴서 (16,17,18)의 전극(35)에 접속되어 상기 막대형상 자성체코어(32,33)에 감겨진 전선(30,31)으로 구성하는 동시에, 상기 전선의 선직경을 1.2mm에서부터 1.6mm, 자성체코어의 단면적을 40mm²에서부터 70mm²의 범위에서 구성한 초우크코일구성을 개량한 마그네트론의 고주파 가열장치.
2. 제1항에 있어서, 히이터에 고주파전류를 공급하는 수단을 승압트랜스(6)에 형성한 3차코일(12)에 의해 구성한 초우크코일구성을 개량한 마그네트론의 고주파 가열장치.

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