WO2007148527A1 - インバータ制御回路及び高周波誘電加熱装置 - Google Patents

インバータ制御回路及び高周波誘電加熱装置 Download PDF

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WO2007148527A1
WO2007148527A1 PCT/JP2007/061388 JP2007061388W WO2007148527A1 WO 2007148527 A1 WO2007148527 A1 WO 2007148527A1 JP 2007061388 W JP2007061388 W JP 2007061388W WO 2007148527 A1 WO2007148527 A1 WO 2007148527A1
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output
inverter
control circuit
voltage
inverter control
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PCT/JP2007/061388
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French (fr)
Inventor
Manabu Kinoshita
Haruo Suenaga
Kenji Yasui
Shinichi Sakai
Nobuo Shirokawa
Hideaki Moriya
Original Assignee
Panasonic Corporation
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
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    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
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    • H05B6/66Circuits
    • H05B6/68Circuits for monitoring or control
    • H05B6/681Circuits comprising an inverter, a boost transformer and a magnetron
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    • H05B6/683Circuits comprising an inverter, a boost transformer and a magnetron wherein the switching control is based on measurements of electrical values of the circuit the measurements being made at the high voltage side of the circuit
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the present invention relates to high-frequency dielectric heating using a magnetron such as a microwave oven, and more particularly to overheating protection of a semiconductor switching element used in an inverter and prevention of overvoltage to the magnetron.
  • the power supplied to the magnetron is adjusted by the output pulse width of the inverter control circuit.
  • the power supplied to the magnetron is increased by increasing the output pulse width of the inverter control circuit.
  • FIG. 6 shows a drive control circuit diagram including a magnetron used in a conventional high-frequency dielectric heating apparatus.
  • the alternating current from the commercial power supply 11 is rectified to direct current by the rectifier circuit 13, smoothed by the choke coil 14 on the output side of the rectifier circuit 13 and the smoothing capacitor 15, and given to the input side of the inverter 16.
  • the direct current is converted to a desired high frequency (20 to 40 kHz) by turning on and off the semiconductor switching element IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in the inverter 16.
  • the inverter 16 includes an IGBT 16a that switches DC at high speed and a capacitor 16b.
  • the inverter 16 is driven by an inverter control circuit 161 that controls the inverter 16, and the current flowing through the primary side of the step-up transformer 18 is turned on at high speed. Switched to
  • a high frequency voltage that is the output of the inverter 16 is applied to the primary winding 181, and a high voltage corresponding to the winding ratio is obtained from the secondary winding 182. Further, a winding wire 183 having a small number of windings is provided on the secondary side of the step-up transformer 18 and is used for heating the filament (heater; cathode) 121 of the magnetron 12.
  • the secondary winding 182 of the step-up transformer 18 includes a voltage doubler full-wave rectifier circuit 20 that rectifies the output.
  • the voltage doubler full-wave rectifier circuit 20 is a high voltage
  • the capacitors 201 and 202 and two high-voltage diodes 203 and 204 are included.
  • the thermistor 9 for detecting the temperature of the IGBT 16a is attached directly to or near the leg of the IGBT 16a. Also, this leg is an emitter leg, and the chip (chip thermistor) that constitutes the thermistor is soldered to the solder surface on the back of the printed circuit board 6 (Fig. 7) instead of the heat sink fin side. Yes.
  • the temperature information from this thermistor is input to the inverter control circuit 161 and used to control the inverter 16! /.
  • FIG. 7 shows a state in which the heat radiation fin 7, the IGBT 8 (16 a), and the thermistor 9 are mounted on the printed circuit board 6.
  • the heat dissipating part of the IGBT 8 that generates high heat is fixed to the heat dissipating fin 7, and its three legs are inserted into the through hole of the printed circuit board and soldered on the opposite side (back side, solder side).
  • a chip thermistor is used as the thermistor 9 and is soldered directly to the leg of the IGBT 16a on the solder surface on the back of the printed circuit board 6, not on the heat dissipation fin side.
  • a constant control width signal is always given from the microcomputer side, and thermistor detects the IGBT temperature on the inverter side, sends the detected value to the inverter control circuit, and controls the inverter so as to lower the IGBT temperature. Is done.
  • the target value is controlled to greatly decrease until a certain point in time, and this control is repeated.
  • One cycle of this repetitive control is as short as 1 to 2 seconds. As described above, such control can be achieved by reducing the thermal time constant by providing a chip thermistor on the back side of the IGBT terminal.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the above-described power-down control method, where (a) is a circuit diagram and (b) an operation diagram of the comparator.
  • the potential at point P3 obtained by dividing the IGBT collector voltage by voltage dividing resistors R3 and R4 is input to one (A) terminal of the two input terminals of comparator COl.
  • the other (C) terminal has switching switch S1 on the a terminal side and 3V is applied.
  • the switch is switched to the S1 power 3 ⁇ 4 terminal side, and the Vcc voltage is switched between the voltage dividing resistor R1 and the thermistor T1 (reference number 9 in FIGS. 6 and 7).
  • the divided Pc point potential is input.
  • the collector voltage gradually decreases when the detected temperature of the thermistor detects a predetermined value as shown in (C) of Fig. 8 (b).
  • the inverter control circuit 161 controls the ONZOFF duty of the IGBT so that the P3 potential is approximately the same as 3V based on the ONZOFF information of the comparator COl.
  • a sufficiently high Pc potential is input to the (C) terminal of the comparator COl compared to 3V at startup.
  • the inverter control circuit 161 increases the ON duty of the IGBT ONZOFF control so that the P3 potential (A) substantially matches the Pc potential (C), and the collector voltage of the IGBT also increases.
  • the inverter control circuit 161 has a power control function that is controlled based on other input signals, which limits the increase in the ON duty, and as shown in FIG. C) is always higher than P3 potential (A) and the comparator The output of CO1 is always kept on.
  • the output power of the inverter unit is made to depend on the resistance value of the thermistor. If the inverter stops operating, the inverter will continue to operate without shutting down the power, and as the temperature of the IGBT rises, the resistance of the thermistor decreases and the output of the inverter decreases. The person can continue cooking to the extent that he feels that the heating temperature is a little low.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-327123
  • the power-down control described above makes it possible to continue cooking under a certain condition without stopping suddenly, improving the usability of the high-voltage dielectric heating device for the user.
  • the inverter control circuit increases the output of the magnetron again when the temperature drops and the normal operation state becomes possible after that, a moderating phenomenon or overshoot occurs and the inverter control stops. There was a case.
  • the output of the magnetron is increased from a low output under power-down control to a normal output, the filament becomes open or similar, and a so-called modal phenomenon occurs and an overvoltage is applied. There is also power that there is.
  • the present invention provides a technique for further improving the reliability and usability of a high voltage dielectric heating device.
  • An inverter control circuit is an inverter control circuit that converts a direct current into an alternating current of a predetermined frequency and controls an inverter having a resonance circuit for changing an output of a predetermined control target. Detecting the temperature of switching elements Output fluctuation means for changing the output of the inverter according to the output value of the temperature detection section; and output increase suppression means for suppressing the output increase of the inverter for a predetermined time after the output reduction control of the inverter by the output fluctuation means. And comprising.
  • the output increase suppressing means prevents a rapid increase in output after the power-down control. Therefore, the reliability and usability of the apparatus to which the inverter control circuit such as a high frequency dielectric heating apparatus is applied. Can be improved.
  • the output increase suppressing means may also perform steady transition control when transitioning from the activation of the controlled object to a steady state. With such a configuration, output increase suppression control can be easily performed.
  • the output increase suppression means includes a capacitive element that accumulates charges for a predetermined time in order to suppress an increase in the output of the inverter by the output fluctuation means. Further, during the output reduction control of the inverter, the output reduction control is promptly activated without depending on the time constant of the capacitive element. With such a configuration, power-down control and output increase suppression control can be easily performed.
  • the output variation means increases the output of the inverter corresponding to the potential of the capacitive element after suppressing the increase in the output of the inverter for a predetermined time by the output increase suppression means. With such a configuration, it is possible to easily perform power-down control and output increase suppression control.
  • the inverter control circuit of the present invention converts an inverter having a resonance circuit for changing an output of a predetermined control object while converting a direct current into an alternating current of a predetermined frequency, and a temperature of a switching element of the inverter.
  • An inverter control circuit that controls the output according to the output value of the temperature detection unit that detects the temperature, the temperature state output unit that outputs a first state signal according to the output value of the temperature detection unit, and the resonance circuit
  • a voltage fluctuation unit that fluctuates a generated resonance voltage, and when the first state signal increases the resonance voltage, a predetermined time elapses after the input of the first state signal.
  • An output increase delay unit that outputs a rising signal for increasing the resonance voltage.
  • the output increase delay unit prevents the output from rapidly increasing after the power-down control, it can be applied to a device to which an inverter control circuit such as a high-frequency dielectric heating device is applied. Reliability and usability can be improved.
  • the output increase delay unit is connected to the voltage fluctuation unit and controls the resonance voltage when the control target shifts from startup to a steady state. With such a configuration, output increase delay control can be easily performed.
  • the output increase delay unit includes a capacitive element that accumulates charges for a predetermined time in order to output the rising signal to the voltage fluctuation unit. Furthermore, when the output reduction control of the inverter is performed, the output reduction control is promptly activated without depending on the time constant of the capacitive element. With such a configuration, power-down control and output increase delay control can be easily performed.
  • the output increase delay unit suppresses an increase in the output of the inverter for a predetermined time, and then increases the output of the inverter in accordance with the potential of the capacitive element. With such a configuration, power-down control and output increase delay control can be easily performed.
  • the temperature state output unit outputs a second state signal to the voltage fluctuation unit according to an output value of the temperature detection unit, and the first state signal and the second state signal are , Which reflect different temperature states of the temperature detection unit.
  • the inverter can be appropriately controlled even when the temperature of the switching element further rises.
  • the inverter control circuit controls the resonance voltage of the resonance circuit, and there is a circuit in which the resonance voltage is equal to the voltage between the collector and the emitter of the switching element of the inverter.
  • the inverter control circuit can be used in a high-frequency dielectric heating apparatus having a magnetron as the control target.
  • the present invention provides a high-frequency dielectric heating device that heats an object to be heated by microwave irradiation, and the device performs switching control using a switching element and converts the direct current into alternating current of a predetermined frequency.
  • the switching element power, the heat radiation fin for radiating the released heat, the thermistor for detecting the temperature of the switching element, the printed circuit board on which the switching element and the thermistor are attached, and the output voltage of the inverter A step-up transformer for boosting the voltage, and voltage doubler rectifying the output voltage of the step-up transformer
  • the switching element is subjected to power down control for making the output power of the inverter dependent on the resistance value of the thermistor, and the switching element is controlled to increase power after a predetermined time has elapsed after the power down control is completed.
  • an inverter control circuit applied to.
  • the output is returned to a predetermined value while performing the output control for a predetermined time. It is possible to improve the reliability and usability of the high-frequency dielectric heating device.
  • FIG. 1 Configuration block diagram of a magnetron drive control circuit for a high-frequency dielectric heating device according to the present invention.
  • FIG. 2 is an inverter control circuit diagram used for magnetron drive control for a high-frequency dielectric heating device according to the present invention.
  • FIG. 3 is an operation diagram showing the operation of the inverter control circuit according to the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration block diagram of another embodiment of a magnetron drive control circuit for a high-frequency dielectric heating device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration block diagram of still another embodiment of a magnetron drive control circuit for a high-frequency dielectric heating device according to the present invention.
  • FIG. 6 Configuration block diagram of a conventional magnetron drive control circuit for a high-frequency dielectric heating device
  • FIG. 8 A diagram explaining a conventional power-down control system, where (a) is a circuit diagram and (b) an operational diagram of the comparator.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of magnetron drive control used in the high frequency dielectric heating apparatus of the present invention.
  • the magnetron 12 that generates microwaves generates microwaves and heats an object to be heated such as food stored in a casing of a high-frequency dielectric heating device such as a microwave oven.
  • the magnetron drive control circuit 100 includes an inverter main circuit 10 that receives supply of AC power from the AC power supply 11, a thermistor 9, and an inverter control circuit 161 that controls the inverter main circuit 10, and drives the magnetron 12. Control, generate, stop, and change output of microwaves.
  • the inverter main circuit 10 supplies AC power from the AC power source 11 to the magnetron 12.
  • the diode bridge type rectifier circuit 13 the smoothing circuit 30, the inverter 16, the boost transformer 18, and the resonance Circuit 36 and voltage doubler full wave rectifier circuit 20 are included.
  • the alternating current from the commercial power source 11 is rectified to a direct current by the rectifier circuit 13, smoothed by the choke coil 14 on the output side of the rectifier circuit 13 and the smoothing capacitor 15 (smoothing circuit 30), and applied to the input side of the inverter 16 It is done.
  • Inverter 16 is connected to IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 16a that switches DC at high speed. It is converted to the desired high frequency (20 to 40 kHz) by turning on and off the IGBT 16a.
  • the inverter 16 is driven by an inverter control circuit 161 described later, and the current flowing through the primary side of the boosting transformer 18 is switched on and off at high speed.
  • a high frequency voltage that is the output of the inverter 16 is applied to the primary winding 181, and a high voltage corresponding to the winding ratio is obtained from the secondary winding 182. Further, a winding wire 183 having a small number of windings is provided on the secondary side of the step-up transformer 18 and is used for heating the filament (heater; cathode) 121 of the magnetron 12.
  • the secondary winding 182 of the step-up transformer 18 is connected to a voltage doubler full-wave rectifier circuit 20 that rectifies its output, and a high voltage is applied between the force sword 121 and the anode 122 of the magnetron 12 to generate microwaves.
  • the voltage doubler full-wave rectifier circuit 20 includes high-voltage capacitors 201 and 202 and two high-voltage diodes 203 and 204.
  • the resonant circuit 36 is composed of a parallel circuit of the capacitor 16b and the primary winding 181 of the step-up transformer 18, and the primary winding 181 is regarded as a part of the inverter 16, thereby forming the configuration of the inverter 16. It can be grasped as a circuit. Further, a rectifying diode 16d is connected in parallel to the IGBT 16a, and in this embodiment, a switching element is constituted by the IGBT 16a and the diode 16d.
  • the thermistor 9 functions as a temperature detector for detecting the temperature of the IGBT 16a, and is attached to the leg of the IGBT 16a or in the vicinity of the leg in the same manner as in FIG.
  • the thermistor 9 includes an NTC (negative temperature coefficient) thermistor whose resistance decreases as the temperature rises, a PTC (positive temperature coefficient) thermistor whose resistance increases as the temperature rises.
  • NTC negative temperature coefficient
  • PTC positive temperature coefficient
  • thermistor whose resistance increases as the temperature rises.
  • CTR critical temperature coefficient
  • an NTC thermistor is used in which the relationship between temperature and resistance value changes proportionally.
  • the temperature detection unit for detecting the temperature of the IGBT 16a is not limited to the thermistor, and various types can be used.
  • the inverter control circuit 161 switches the IGBT 16a of the inverter 16 for PWM (Pulse Width Modulation) control!
  • PWM Pulse Width Modulation
  • this is a method for preventing the thermal destruction of the IGBT 16a, and stops before the thermal destruction of the IGBT.
  • the inverter control circuit 161 performs power-down and V, so-called power-down control, which prevents temperature rise.
  • the outline is as follows.
  • a constant control width signal is always given from the microcomputer side, and thermistor detects the IGBT temperature on the inverter side, sends the detected value to the inverter control circuit, and controls the inverter so as to lower the IGBT temperature. Is done.
  • the target value is controlled to greatly decrease until a certain point in time, and this control is repeated.
  • One cycle of this repetitive control is as short as 1 to 2 seconds. As described above, such control can be achieved by reducing the thermal time constant by providing a chip thermistor on the back side of the IGBT terminal.
  • the power-down control described above makes it possible to continue cooking under a certain condition without stopping suddenly, and improves the usability of the high-voltage dielectric heating device for the user.
  • the temperature falls and normal operation is possible,
  • the inverter control circuit increased the output of the magnetron again, a moderating phenomenon occurred, and the inverter control sometimes stopped.
  • the filament opens or becomes equivalent to this, and an overvoltage may be applied to the filament and its peripheral circuits.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the inverter control circuit according to the present invention.
  • Inverter control circuit 161 includes sub control circuit 1, sub control circuit 2, sub control circuit 3, sub control circuit 4, and sub control circuit 5. The sub control circuits 1 to 3 are directly connected, the sub control circuit 2 is connected to the sub control circuit 4, and the sub control circuit 4 and the sub control circuit 5 are connected.
  • the sub control circuit 1 includes comparators (comparators) C2, C3 and voltage dividing resistors R8, R9, R10.
  • the positive terminals (+ terminals) of comparators C2 and C3 are supplied with potentials Vc2 and Vc3 at points PI and P2 (Vc2> Vc3), which are obtained by dividing the Vcc voltage by voltage dividing resistors R8, R9, and R10, and the negative terminal (One terminal) is supplied with the potential Vpc at the PC point obtained by dividing the Vcc voltage by the voltage dividing resistor R1 and the thermistor T1 (reference number 9 in FIG. 1).
  • the sub-control circuit 1 includes the first state signal indicating the relative relationship between the comparators C2 to Vpc and Vc2, and the comparators C3 to Vpc according to the output value Vpc of the thermistor T1. And a temperature state output unit that outputs a second state signal indicating a relative relationship between Vc3 and Vc3. Since Vc2 and Vc3 are different, the first state signal and the second state signal reflect different temperature states of the thermistor T1.
  • the sub-control circuit 2 includes (switching) switches S1, S2, S3, voltage dividing resistors R3, R4, R5, R6, a grounding resistor R7, and a comparator C1.
  • the positive terminal A of the comparator C1 receives the potential Vp3 at the point P3 between the voltage dividing resistors R3 and R4, and the negative terminal B receives the voltage signal from the switch S1.
  • the switching switch S1 includes a movable contact K1 and can be switched to either the first fixed terminal a or the second fixed terminal b in accordance with a signal of the NAND gate circuit power of the sub control circuit 3 described later.
  • the potential Vp3 reflects the collector voltage of the IGBT 16a
  • the sub-control circuit 2 is coupled with the sub-control circuit 4 and the sub-control circuit 5 described later to vary the collector-emitter voltage of the IGBT 16a.
  • Force The collector-emitter voltage is equal to the resonance voltage generated in the resonance circuit 36. Therefore, the sub-control circuit 2 cooperates with the action of the movable contact K1 and the like, the sub-control circuit 4 and the sub-control circuit 5 described later, and a voltage fluctuation unit (output fluctuation) that fluctuates the resonance voltage generated in the resonance circuit 36. Function).
  • the potential Vp5 at the point P5 obtained by dividing the Vcc voltage by the voltage dividing resistors R5 and R6, 3V in this case is input. Furthermore, when switch S2 is turned on (closed), grounded resistor R7 is connected in parallel to P5 and a divided voltage signal is input. On / off (open / close) of the switch S 2 is controlled by a current signal when the switch S 3 connected to the comparator C 3 of the sub-control circuit 1 is turned on. Switch S3 is on (closed) in the steady state of the magnetron.
  • the sub control circuit 3 includes a NAND gate circuit, a comparator C4, an electric field capacitor C01, a resistor Rll, switches S4, S5, S6, an OR gate circuit, a NOT gate circuit, and a current source P.
  • the output of the NAND gate circuit is input to the movable contact K1 of the switching switch S1 of the sub-control circuit 2.
  • the output of the comparator C4 is input to the first input terminal a of the NAND gate circuit, and the output of the NOT gate circuit that inverts the output of the comparator C2 is input to the second input terminal b.
  • the reference potential of 3V is input to the negative terminal of comparator C4.
  • the voltage signal at the SS point between the current source P and switch S6 connected to the Vcc voltage and the electric field capacitor COl is input to the positive terminal of the comparator C4.
  • a signal from the switch S5 that is opened and closed by the output of the OR gate circuit power is input to the SS point via the resistor R11. Further, the SS point is connected to the current source P via the switch S6.
  • the OR gate circuit has three input terminals a, b and c, and a signal from the switch S4 to which the signal of the comparator C2 of the sub control circuit 1 is input is input to the first input terminal a. “Start” and “Stop” signals are input to the second input terminal b and the third input terminal c, respectively.
  • the switches S4 and S6 are in the on state in the steady state of the magnetron.
  • the "start-up" and “steady state (steady operation)" of the magnetron detect the input current to the magnetron, that is, mainly the current of the inverter main circuit 10, and the current exceeds a predetermined threshold value. Differentiated by the strength of power. That is, it converts the current of the inverter main circuit 10
  • Inverter control circuit 161 determines that the operating state of the magnetron has shifted from the “startup” state to the “steady state”, and switches S3, S4, and S6. Switch on.
  • the method of distinguishing between “start-up” and “steady state” of a magnetron is not limited to the input current. For example, there is a method of detecting the anode current on the secondary side.
  • the sub control circuit 4 includes a driver circuit 162, a comparator C6, a sawtooth wave generation circuit 163, resistors R12, R13, R14, a switch S7, and an electric field capacitor C02.
  • the potential Ton at the point P6 between the resistor R12 connected to the Vcc voltage and the grounded capacitor C02 is a voltage that determines the ON width (ON duty) of the IGBT 16a.
  • the resistors R13 and R14 and the positive terminal of the comparator C6 are connected in parallel to the point P6.
  • the force switch S7 in which the switch S7 is connected in series to the resistor R13 is turned on and off (open / close control) by the output of the comparator C1 of the sub-control circuit 2.
  • the output of the sawtooth wave generation circuit 163 is input to the negative terminal of the comparator C6.
  • the output of the comparator C6 is input to the driver circuit 162.
  • the driver circuit 162 is connected to the base of the IGBT 16a and drives the IGBT 16a according to the input signal from the comparator C6.
  • the collector of IGBT16a is connected to point P3 between resistors R3 and R4 of sub-control circuit 2.
  • the sub control circuit 5 includes a switch S8, a comparator C5, and a reference potential generation circuit REF.
  • the switch S8 is connected to the resistor R14 of the sub control circuit 4.
  • IinDC which is a voltage obtained by converting the input current to the inverter main circuit 10 into voltage
  • REF potential which is the reference potential of IinDC
  • the switch S8 is turned on / off (open / closed) according to the output of the comparator C5.
  • FIG. 3 is an operation diagram for explaining the operation of the inverter control circuit 161.
  • the horizontal axis represents time, and is divided into nine stages, steps S1 to S9. Of these, step S1 corresponds to a step when the magnetron 12 is activated, and steps S2 to S9 correspond to steps when the magnetron 12 is in a steady state.
  • the vertical axis represents the operating state of each part of the inverter control circuit.
  • the upper force is also in order: (a) the potential at the SS point, (b) the input voltage to the positive terminal A and the negative terminal B of the comparator C1, ( c) Power-down control based on voltage drop action by resistor R6 PD (Power Down) 1 ON / OFF, (d) Power-down control based on voltage drop action by resistor R7 One-down control PD2 on / off, (e) Comparator C1 output, (f) Comparator C2 inverted output (C2 output negated; C2 overline means C2 inverted, ie NOT gate circuit output) , (G) the output of the comparator C3, (h) the output of the comparator C4, (i) the output of the NAND gate circuit, and (j) the voltage of IinDC.
  • the operation of the inverter control circuit 161 will be described with reference to FIG. 2 and FIG.
  • Step S1 when magnetron is activated
  • the temperature of the thermistor T1 is low because the temperature of the IGBT 16a is low, so that the resistance is relatively high (the thermistor T1 is composed of NTC whose resistance decreases with increasing temperature) ), Therefore the potential Vpc is high. Therefore, the output of the comparator C3 that compares the potential Vpc and the potential Vc3 is "0 (Low)", and the output power of the comparator C2 obtained through the NOT gate circuit is "1 (Hi)". (Sl in Fig. 3 (f) and (g)). At this time, the switches S3 and S4 are off.
  • the switch S3 is in an OFF state, and the potential Vp5 (3V) at the point P5 divided by the voltage dividing resistors R5 and R6 is input to the negative terminal of the comparator C1.
  • the potential Vp3 at point P3 obtained by dividing the collector voltage of IGBT16a by voltage dividing resistors R3 and R4 is input to the other positive terminal.
  • This Vp3 is a voltage division of the collector voltage, and repeats to exceed or fall below 3 V of Vp5 by the action of the resonance voltage of the resonance circuit 36 of the inverter 16. Therefore, the output of comparator C1 is off when the potential at point P3 is less than 3V, and on when it is higher than 3V.
  • This information is input to the IGBT 16a through the sub-control circuit 4 (SI in Fig. 3 (e)). Since the on-off duty of the IGBT 16a is controlled so that the P3 potential is approximately equal to 3V, the collector voltage of the IGBT 16a at the time of start-up is lower than in the steady state.
  • comparator C5 When IinDC exceeds REF potential, comparator C5 generates a signal that turns on switch S8.
  • the power control function is achieved by controlling the on-duty (S4 in Fig. 3 (j)). In this way, when the SS potential becomes higher than the P3 potential, only the sub-control circuit 5 controls the on-duty, so it is possible to limit the increase in on-duty and ensure safety. Can do.
  • the IGBT 16a is heated with time, and the temperature of the thermistor T1 rises as the temperature rises, and the resistance value decreases. If the cooling performance is poor or the foreign object gets stuck in the fan for some reason and the fan does not turn suddenly, the resistance value further decreases, and the potential Vpc at the point PC starts to drop.
  • the potential Vpc becomes lower than the other input potential Vc2 (eg, 3.8V) (Vpc ⁇ Vc2), the output power of the comparator C2 is obtained.
  • Step S6 continuation of power-down control
  • Step S7 Release power-down control
  • Step S9 Output increase after starting normal operation
  • the sub-control circuit 3 including the NAND gate circuit, the comparator C4, and the electric field capacitor CO1 is provided before the negative terminal B of the comparator C1. Then, when the potential at the SS point on the negative terminal side of the comparator C4 exceeds 3V (the output of the NAND gate circuit becomes "0"), the movable contact K1 of the switching switch S1 is connected to the second fixed terminal b The input voltage to the positive terminal A and negative terminal B of the comparator C1 starts to rise. The time delay (S8 in Fig. 3) from when the potential at the SS point starts to rise until it reaches 3V is realized by the storage action of the electric field capacitor COl.
  • the sub-control circuit 3 starts to increase at the potential at the SS point, triggered by the signal from the comparator C2 (first state signal), and until it exceeds 3V (S8) After the elapse of time, it functions as an output increase delay unit (output increase suppression means) that outputs a rising signal that increases the input voltage to the IGBT 16a to the comparator C1.
  • This output increase delay unit is also used for steady transition control when transitioning from startup to steady state, and since this control method is reset and used again, output increase suppression control is easily performed. It can be carried out .
  • the sub-control circuit 3 as the output increase delay unit has not only steady transition control when shifting from startup to steady state, but also output increase suppression control. Bear.
  • the steady transition control is reset and used again.
  • the steady transition control and the output increase suppression control may be performed using separate control circuits.
  • the comparator C1 is connected to the positive terminal A and the negative terminal B. It is possible to delay the rise of the input voltage for a predetermined time. That is, in the present invention, when returning the output of the magnetron to a predetermined value, the output is controlled to a predetermined value while performing output control for a predetermined time. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of problems such as the modal phenomenon and overshoot, and to improve the reliability and usability of the high-frequency dielectric heating device.
  • the length of the time delay (S8 in Fig. 3) described above is realized by the storage action of the electric field capacitor COl, it can be adjusted by changing the time constant of the electric field capacitor COl. it can.
  • the slope of the SS change is small, which means that the time constant of the electric field capacitor COl is larger, and as shown in Fig. 3 (b), the original delay Time T1 increases to T2.
  • an electric field capacitor COl having an appropriate time delay is used according to the application of the inverter control circuit and the high frequency dielectric heating device. be able to.
  • the time delay can be changed according to the scene.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the magnetron drive control circuit.
  • the inverter control circuit is applied to a system for controlling the voltage between the collector and emitter of the IGBT 16a, which is a switching element (here, equal to the resonance voltage of the resonance circuit).
  • the inverter control circuit of the present invention can also be applied to a magnetron drive control circuit that controls the resonance voltage of the series resonance circuit as shown in FIG.
  • a snubber capacitor 16b that suppresses the resonance voltage of the resonance circuit 36 is newly provided in parallel with the capacitor 16c and the primary winding 181 (resonance circuit 36) connected in series.
  • the inverter 16 has a switching element that can combine IGBT16al, IGBT16a2, and diode 16 dl (16d2), and each gate has a driver circuit (that is, there are two driver circuits). It has become.
  • the resonance voltage of the resonance circuit 36 composed of the capacitor 16c and the primary winding 181 of the step-up transformer 18 is controlled. That is, the resonance voltage is similarly controlled by connecting the resonance voltage generated in the resonance circuit 36 to Vp3 in FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of still another embodiment of the magnetron drive control circuit.
  • the inverter control circuit according to the present invention uses an input current to the inverter instead of the voltage between the collector and emitter of the IGBT 16a as a shunt resistor provided before the inverter 16 and the smoothing circuit 30. It can also be applied to a magnetron drive control circuit that uses 40 to detect and control the duty of IGBT16a. Further, the input current may be detected by using a current detecting means such as a CT (current transformer) instead of the shunt resistor. When detecting this input current, it is necessary to provide an amplifier circuit (op-amp) 164 before the inverter control circuit 161. Then, the input current is controlled by inputting the output of the amplifier circuit instead of V p3 in FIG.
  • CT current transformer
  • the present invention not only the usability of the high-voltage dielectric heating device is improved by the power-down control, but also the occurrence of a malfunction such as a modeling phenomenon accompanying the subsequent increase in the output of the magnetron is prevented, and the high voltage It becomes possible to further improve the reliability of the dielectric heating device.

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Description

明 細 書
インバータ制御回路及び高周波誘電加熱装置
技術分野
[0001] 本発明は、電子レンジなどのようにマグネトロンを用いた高周波誘電加熱に関する もので、特にインバータに用いられている半導体スイッチング素子の過熱保護及びマ グネトロンへの過電圧防止に関するものである。 背景技術
[0002] 従来より、電子レンジなどのようにマグネトロンを用いた高周波誘電加熱装置にお いては、マグネトロンに供給する電力の調節をインバータ制御回路の出力パルス幅 によって行っている。出力電圧を高くする場合、インバータ制御回路の出力パルス幅 を広くすることにより、マグネトロンに供給する電力は大きくなる構成となっていた。こ の構成によってマグネトロンの加熱出力を連続的に変化させることが可能となってい る。
[0003] 図 6は従来の高周波誘電加熱装置において使用されている、マグネトロンを含むそ の駆動制御回路図を示す。図 6において、商用電源 11からの交流は整流回路 13に よって直流に整流され、整流回路 13の出力側のチョークコイル 14と平滑コンデンサ 1 5で平滑され、インバータ 16の入力側に与えられる。直流はインバータ 16の中の半 導体スイッチング素子 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲートバイポー ラトランジスタ)のオン'オフにより所望の高周波(20〜40kHz)に変換される。インバ ータ 16は、直流を高速でスイッチングする IGBT16aとコンデンサ 16bを含み、インバ ータ 16を制御するインバータ制御回路 161によって駆動され、昇圧トランス 18の 1次 側を流れる電流が高速でオン Zオフにスイッチングされる。
[0004] 昇圧トランス 18では 1次卷線 181にインバータ 16の出力である高周波電圧が加えら れ、 2次卷線 182に卷線比に応じた高圧電圧が得られる。また、昇圧トランス 18の 2 次側に卷回数の少ない卷線 183が設けられマグネトロン 12のフィラメント(ヒータ;カソ ード) 121の加熱用に用いられている。昇圧トランス 18の 2次卷線 182はその出力を 整流する倍電圧全波整流回路 20を備えて ヽる。倍電圧全波整流回路 20は高圧コ ンデンサ 201、 202及び 2個の高圧ダイオード 203, 204により構成される。
[0005] IGBT16aの温度を検出するサーミスタ 9は、直接 IGBT16aの脚部又は脚部近傍 に取り付けられている。また、この脚部はェミッタ脚であり、放熱フィン側ではなくてプ リント基板 6 (図 7)の裏の半田面にぉ 、てサ一ミスタを構成するチップ (チップサーミ スタ)を半田付けしている。このサーミスタによる温度情報はインバータ制御回路 161 に入力され、インバータ 16の制御に用いられて!/、る。
[0006] 図 7は、プリント基板 6上に放熱フィン 7、 IGBT8 (16a)、サーミスタ 9が取り付けられ た状態を示す。高熱を発する IGBT8の放熱部は放熱フィン 7に固定されて、その 3本 の脚がプリント基板のスルーホールに挿入され、反対側 (裏側、半田側)において半 田づけされている。サーミスタ 9にはチップサーミスタを使用し、放熱フィン側ではなく 、プリント基板 6の裏の半田面の IGBT16aの脚に直接半田付けされている。
[0007] このような構成下、インバータ電源のスイッチングをつ力さどる IGBTの熱破壊を防 ぐ方法であり、 IGBTの熱破壊前に停止ある 、はパワーダウンを行 、温度上昇を防ぐ 、いわゆるパワーダウン制御が行なわれている。その概略は以下のようである。
[0008] (l) IGBT温度が検知温度になると、突然パワーを切るのではなぐパワーをまず第 1 の所定値 (例えば半分程度)に下げる。その後、 IGBT温度が下がって検知温度以 下になると再度所定のパワーに戻し、 IGBT温度が上昇して再び検知温度になるとま たパワーダウンを行うといった動作を繰り返して検知温度をキープする。
(2)マイコン側からは常に一定の制御幅信号を与えてぉ 、て、インバータ側で IGBT の温度をサーミスタが検知して検出値をインバータ制御回路に送り、 IGBTの温度を 下げるようにインバータ制御が行なわれる。
(3)抵抗分割回路の一方にサーミスタを挿入しておいて、サーミスタが過熱温度を検 知したときの分圧比を基に漸減制御する。
(4)漸減制御において、ある時点までいったら目標値を大きく下げる制御をし、これを 繰り返していく制御をする。この繰り返し制御の 1サイクルは短くて 1〜2秒程度である 。このような制御は前述のように、チップサーミスタを IGBTの端子裏側に設けたこと により、熱時定数を小さくすることにより可能となる。
[0009] したがって、何らかの原因で異物がファンにはさまりファンが急に回らなくなったとき であっても、いきなり調理を中止させていた力 この構成ではファンが故障しても IGB Tは簡単に熱破壊するものでない点に着目してそのまま調理を続行させる。そして、 I GBTの温度が上昇してゆき IGBTの熱破壊に至る温度の前に至って始めてパワーを 半分程度ダウンしてさらに加熱を継続させる。このような制御において、普通に調理 をしている場合に、調理者は少し温まりが遅いと感ずる程度で、故障といった不安を 与えないで調理を続けさせることができ、心理的に不安を与えることを避けることがで きる。
[0010] これはファンロック時においても同じであり、電源を切断せずに、 IGBTが熱破壊し な 、程度の最低出力にて加熱動作を継続させるようにすることができる。
[0011] 図 8は上述したパワーダウン制御方式を説明する図であり、(a)は回路図、(b)コン パレータの動作線図である。
[0012] 図 8 (a)において、コンパレータ COlの 2入力端子の 1方の(A)端子には IGBTのコ レクタ電圧を分圧抵抗 R3と R4で分圧した点 P3の電位が入力され、他方の(C)端子 には起動中には切り替えスィッチ S1が a端子側にあって 3Vが印加される。そしてマ グネトロンが加熱して起動から定常状態(定常運転)になったら、切り替えスィッチ S1 力 ¾端子側に切り替わって Vcc電圧を分圧抵抗 R1とサーミスタ T1 (図 6、 7では参照 番号 9)で分圧した Pc点の電位が入力される。
[0013] サーミスタ T1は温度上昇と共に抵抗値が減少していく特性を有するため、図 8 (b) の(C)のようにサーミスタの検出温度が所定値を検出したらその点力もコレクタ電圧 が漸減するようになる。起動中はコンパレータ COlの ONZOFF情報を基にインバ ータ制御回路 161は P3電位が 3Vと略一致するように IGBTの ONZOFFデューティ 一を制御するので、 IGBTのコレクタ電圧は定常時よりも低くなり、定常状態になると、 コンパレータ COlの(C)端子には、起動時の 3Vに比べて十分高い Pc電位が入力さ れる。従って、インバータ制御回路 161は前記 P3電位 (A)が Pc電位 (C)に略一致 するように IGBTの ONZOFF制御の ONデューティーを高め、 IGBTのコレクタ電圧 も高くなる。ただし、図示していないがインバータ制御回路 161が併せ持つ、他の入 力信号を基に制御する電力制御機能により前記 ONデューティーの上昇に制限が加 わるので、図 8に示されるように Pc電位 (C)が常に P3電位 (A)より高くなりコンパレー タ COlの出力は常時オン状態が維持される。ところが冷却不足などにより、 IGBTが 加熱されるに伴ってサーミスタ T1の抵抗が減っていくので、やがて P3電位 (A)と同 じ電位になると、再び ONZOFFを始め、インバータ制御回路 161は Pc電位(C)の 低下に追随して P3電位 (A)が低下するように IGBTの ONZOFF制御の ONデュー ティーを下げるので、インバータの出力は減少して!/、く。
[0014] このように、パワーダウン制御では、インバータ部がマグネトロンが起動し、定常状 態になった後サーミスタの抵抗値にインバータ部の出力電力を依存させるようにして いるので、何らかの原因でファンが回らなくなっても電源遮断することをせずに、イン バータ部を動作させ続け、 IGBTの温度が上昇するに伴ってサーミスタの抵抗値が 減少し、インバータの出力が減少していくので、使用者は加熱温度が少々低いと感 ずる程度で調理を続行することができる。
特許文献 1 :特開 2004— 327123号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0015] 上述のパワーダウン制御により、いきなり調理を停止することなく一定条件下で続行 することが可能となり、使用者にとっては高電圧誘電加熱装置の使用性が向上するこ ととなる。し力しながら、その後温度が下降し、通常の運転状態が可能となった際、ィ ンバータ制御回路が再びマグネトロンの出力をあげると、モーデイング現象やオーバ 一シュートが発生し、インバータ制御が停止してしまうことがあった。パワーダウン制 御下の低出力から、通常出力までマグネトロンの出力を上げると、フィラメントがォー プン又はそれに準ずるような状態となり、いわゆるモーディング現象が発生し、過電 圧が印加されてしまう場合がある力もである。
[0016] 本発明は、上記に鑑み、高電圧誘電加熱装置の信頼性、使用性をより向上させる 技術を提供する。
課題を解決するための手段
[0017] 本発明のインバータ制御回路は、直流を所定周波数の交流に変換するとともに、 所定の制御対象の出力を変動させるための共振回路を有するインバータを制御する インバータ制御回路であって、前記インバータのスイッチング素子の温度を検出する 温度検出部の出力値に応じて、前記インバータの出力を変動させる出力変動手段と 、前記出力変動手段による前記インバータの出力減少制御の後、所定時間前記イン バータの出力増加を抑える出力増加抑制手段と、を備える。
[0018] 本発明によれば、出力増加抑制手段がパワーダウン制御後の出力の急上昇を防 止するので、高周波誘電加熱装置のようなインバータ制御回路が適用される装置へ の信頼性、使用性を向上させることが可能となる。
[0019] 前記出力増加抑制手段は、前記制御対象の起動から定常状態に移行する際の定 常移行制御も行なうものであってよい。このような構成により、簡易に出力増加抑制制 御を行うことができる。
[0020] 前記出力増加抑制手段は、前記出力変動手段による前記インバータの出力増加 を抑えるために、所定時間電荷を蓄積する容量素子を含む。さらには前記インバー タの出力減少制御時において、前記容量素子の時定数に依存せず、速やかに出力 減少制御を発動させるものである。このような構成により、簡易にパワーダウン制御、 出力増加抑制制御を行うことができる。
[0021] また、前記出力変動手段は、前記出力増加抑制手段により所定時間前記インバー タの出力増加を抑えた後、前記容量素子の電位に対応して前記インバータの出力を 増加させる。このような構成により、簡易にパワーダウン制御、出力増加抑制制御を 行うことができる。
[0022] さらに本発明のインバータ制御回路は、直流を所定周波数の交流に変換するととも に、所定の制御対象の出力を変動させるための共振回路を有するインバータを、当 該インバータのスイッチング素子の温度を検出する温度検出部の出力値に応じて制 御するインバータ制御回路であって、前記温度検出部の出力値に応じて第 1の状態 信号を出力する温度状態出力部と、前記共振回路に発生する共振電圧を変動させ る電圧変動部と、前記第 1の状態信号が前記共振電圧を上昇させるものである場合 、前記第 1の状態信号の入力から所定時間経過後に、前記電圧変動部に前記共振 電圧を上昇させる上昇信号を出力する出力増加遅延部と、を備える。
[0023] 本発明によれば、出力増加遅延部がパワーダウン制御後の出力の急上昇を防止 するので、高周波誘電加熱装置のようなインバータ制御回路が適用される装置への 信頼性、使用性を向上させることが可能となる。
[0024] 前記出力増加遅延部は、前記制御対象の起動から定常状態に移行する際、前記電 圧変動部と接続され、前記共振電圧を制御する。このような構成により、簡易に出力 増加遅延制御を行なうことができる。
[0025] 前記出力増加遅延部は、前記電圧変動部に前記上昇信号を出力するため、所定 時間電荷を蓄積する容量素子を含む。さら〖こは、前記インバータの出力減少制御時 において、前記容量素子の時定数に依存せず、速やかに出力減少制御を発動させ る。このような構成により、簡易にパワーダウン制御、出力増加遅延制御を行うことが できる。
[0026] 前記出力増加遅延部は、所定時間前記インバータの出力増加を抑えた後、前記 容量素子の電位に対応して前記インバータの出力を増力 tlさせる。このような構成によ り、簡易にパワーダウン制御、出力増加遅延制御を行うことができる。
[0027] また、前記温度状態出力部は、前記温度検出部の出力値に応じて第 2の状態信号 を前記電圧変動部に出力し、前記第 1の状態信号と前記第 2の状態信号は、互いに 前記温度検出部の異なる温度状態を反映したものである。このような制御により、スィ ツチング素子の温度が更に上昇した場合であっても、インバータを適切に制御するこ とがでさる。
[0028] 前記インバータ制御回路は、前記共振回路の共振電圧を制御するが、当該共振電 圧が、インバータのスイッチング素子のコレクタ及びェミッタ間の電圧に等しいものも ある。
[0029] 上記インバータ制御回路は、前記制御対象としてマグネトロンを有する高周波誘電 加熱装置に使用することができる。
[0030] 更に本発明は、被加熱物をマイクロ波の照射によって加熱する高周波誘電加熱装 置を提供し、当該装置は、直流をスイッチング素子を用いてスイッチング制御し、所 定周波数の交流に変換するインバータと、前記スイッチング素子力 放出される熱を 放熱する放熱フィンと、前記スイッチング素子の温度を検出するサーミスタと、前記ス イッチング素子及び前記サーミスタが取り付けられたプリント基板と、前記インバータ の出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流す る高圧整流部と、前記高圧整流部の出力をマイクロ波として放射するマグネトロンと、 前記マグネトロン力 放射されるマイクロ波が供給され、前記被加熱物を収納する加 熱調理室と、前記マグネトロンが起動した後、前記インバータの出力電力を前記サー ミスタの抵抗値に依存させるパワーダウン制御を前記スイッチング素子に施すと共に 、パワーダウン制御の終了後、所定時間経過後にパワーを増加させる制御を前記ス イッチング素子に施すインバータ制御回路と、を備える。
発明の効果
[0031] 本発明によれば、高周波誘電加熱装置におけるパワーダウン制御の解除後、所定 の時間出力制御を行いながら、出力を所定の値に戻すため、モーディング現象やォ 一バーシュート等のような問題発生を防止し、高周波誘電加熱装置への信頼性、使 用性を向上させることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]本発明に係る高周波誘電加熱装置用のマグネトロン駆動制御回路の構成プロ ック図
[図 2]本発明に係る高周波誘電加熱装置用のマグネトロン駆動制御に用いられるイン バータ制御回路図
[図 3]本発明に係るインバータ制御回路の動作を示す動作線図
[図 4]本発明に係る高周波誘電加熱装置用のマグネトロン駆動制御回路の他の実施 形態の構成ブロック図
[図 5]本発明に係る高周波誘電加熱装置用のマグネトロン駆動制御回路の更に他の 実施形態の構成ブロック図
[図 6]従来の高周波誘電加熱装置用のマグネトロン駆動制御回路の構成ブロック図 [図 7]マグネトロン駆動制御回路の放熱フィン周辺の図
[図 8]従来のパワーダウン制御方式を説明する図で、(a)は回路図、(b)コンパレータ の動作線図
符号の説明
[0033] 7 放熱フィン 9 サーミスタ
10 インバータ主回路
11 商用電源
12 マグネトロン
13 整流回路
16 インバータ
18 昇圧トランス
20 倍電圧全波整流回路
30 平滑回路
36 共振回路
100 マグネトロン駆動制御回路
161 インバータ制御回路
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
[0035] 図 1は本発明の高周波誘電加熱装置に使用されるマグネトロン駆動制御の回路図 を示す。マイクロ波を発生するマグネトロン 12は、マイクロ波を発生し、電子レンジの 如き高周波誘電加熱装置の筐体内に収納された食品の如き被加熱物を加熱するも のである。そして、マグネトロン駆動制御回路 100は、交流電源 11から交流電力の供 給を受けるインバータ主回路 10と、サーミスタ 9と、インバータ主回路 10を制御するィ ンバータ制御回路 161とを備え、マグネトロン 12を駆動制御し、マイクロ波の発生、 停止、出力変化をさせる。
[0036] インバータ主回路 10は、交流電源 11からの交流電力をマグネトロン 12に供給する もので、ダイオードブリッジ型の整流回路 13と、平滑回路 30と、インバータ 16と、昇 圧トランス 18と、共振回路 36と、倍電圧全波整流回路 20とを含む。
[0037] 商用電源 11からの交流は整流回路 13によって直流に整流され、整流回路 13の出 力側のチョークコイル 14と平滑コンデンサ 15 (平滑回路 30)で平滑され、インバータ 16の入力側に与えられる。インバータ 16は、直流を高速でスイッチングする IGBT (I nsulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲートバイポーラトランジスタ) 16aとコンデン サ 16bを含み、 IGBT16aのオン 'オフにより所望の高周波(20〜40kHz)に変換さ れる。インバータ 16は、後述するインバータ制御回路 161によって駆動され、昇圧ト ランス 18の 1次側を流れる電流が高速でオン Zオフにスイッチングされる。
[0038] 昇圧トランス 18では 1次卷線 181にインバータ 16の出力である高周波電圧が加え られ、 2次卷線 182に卷線比に応じた高圧電圧が得られる。また、昇圧トランス 18の 2 次側に卷回数の少ない卷線 183が設けられマグネトロン 12のフィラメント(ヒータ;カソ ード) 121の加熱用に用いられている。昇圧トランス 18の 2次卷線 182はその出力を 整流する倍電圧全波整流回路 20に接続され、高電圧がマグネトロン 12の力ソード 1 21とアノード 122間に印加され、マイクロ波を発生させる。倍電圧全波整流回路 20 は高圧コンデンサ 201、 202及び 2個の高圧ダイオード 203, 204により構成される。
[0039] 尚、共振回路 36は、コンデンサ 16bと昇圧トランス 18の 1次卷線 181との並列回路 より構成され、 1次卷線 181をインバータ 16の一部とみなすことにより、インバータ 16 の構成回路として把握できる。また、 IGBT16aには整流用のダイオード 16dが並列 接続され、本実施形態では IGBT16aとダイオード 16dよりスイッチング素子が構成さ れる。
[0040] サーミスタ 9は IGBT16aの温度を検出する温度検出部として機能するものであり、 図 8と同様の方法で、 IGBT16aの脚部又は脚部近傍に取り付けられている。サーミ スタ 9には、温度の上昇に対して抵抗が減少する NTC (negative temperature coeffici ent)サーミスタ、温度の上昇に対して抵抗が増加する PTC (positive temperature coe fficient)サーミスタ、所定の温度をこえると急激に抵抗が減少する CTR (critical temp erature coefficient)サーミスタ等、種々のものが任意に利用可能である。本実施形態 では、温度と抵抗値の関係が比例的に変化する NTCサーミスタを使用している。ま た、 IGBT16aの温度を検出する温度検出部は、サーミスタには限られず種々のもの を使用することができる。
[0041] インバータ制御回路 161は、インバータ 16の IGBT16aを、 PWM (Pulse Width Mo dulation)制御にお!、て設定されたデューティ比の下、高速でオン'オフスイッチング し、昇圧トランス 18の 1次側を流れる電流を高速でオン ·オフするものである。
[0042] このような構成下、 IGBT16aの熱破壊を防ぐ方法であり、 IGBTの熱破壊前に停止 あるいはパワーダウンを行 、温度上昇を防ぐ、 V、わゆるパワーダウン制御がインバー タ制御回路 161によって行なわれている。その概略は以下のようである。
[0043] (l) IGBT温度が検知温度になると、突然パワーを切るのではなぐパワーをまず第 1 の所定値 (例えば半分程度)に下げる。その後、 IGBT温度が下がって検知温度以 下になると再度所定のパワーに戻し、 IGBT温度が上昇して再び検知温度になるとま たパワーダウンを行うといった動作を繰り返して検知温度をキープする。
(2)マイコン側からは常に一定の制御幅信号を与えてぉ 、て、インバータ側で IGBT の温度をサーミスタが検知して検出値をインバータ制御回路に送り、 IGBTの温度を 下げるようにインバータ制御が行なわれる。
(3)抵抗分割回路の一方にサーミスタを挿入しておいて、サーミスタが過熱温度を検 知したときの分圧比を基に漸減制御する。
(4)漸減制御において、ある時点までいったら目標値を大きく下げる制御をし、これを 繰り返していく制御をする。この繰り返し制御の 1サイクルは短くて 1〜2秒程度である 。このような制御は前述のように、チップサーミスタを IGBTの端子裏側に設けたこと により、熱時定数を小さくすることにより可能となる。
[0044] したがって、何らかの原因で異物がファンにはさまりファンが急に回らなくなったとき であっても、いきなり調理を中止させていた力 この構成ではファンが故障しても IGB Tは簡単に熱破壊するものでない点に着目してそのまま調理を続行させる。そして、 I GBTの温度が上昇してゆき IGBTの熱破壊に至る温度の前に至って始めてパワーを 半分程度ダウンしてさらに加熱を継続させる。このような制御において、普通に調理 をしている場合に、調理者は少し温まりが遅いと感ずる程度で、故障といった不安を 与えないで調理を続けさせることができ、心理的に不安を与えることを避けることがで きる。
[0045] これはファンロック時においても同じであり、電源を切断せずに、 IGBTが熱破壊し な 、程度の最低出力にて加熱動作を継続させるようにすることができる。
[0046] 上述のパワーダウン制御により、いきなり調理を停止することなく一定条件下で続行 することが可能となり、使用者にとっては高電圧誘電加熱装置の使用性が向上するこ ととなる。し力しながら、その後温度が下降し、通常の運転状態が可能となった際、ィ ンバータ制御回路が再びマグネトロンの出力をあげると、モーデイング現象が生じ、ィ ンバータ制御が停止してしまうことがあった。パワーダウン制御下の低出力から、通常 出力までマグネトロンの出力を上げると、フィラメントがオープン又はそれに準ずるよう な状態となり、過電圧がフィラメント及びその周辺回路に印加されてしまう場合がある 力 である。
[0047] 図 2は、本発明に係るインバータ制御回路の一実施形態の構成を示す図である。ィ ンバータ制御回路 161は、サブ制御回路 1と、サブ制御回路 2と、サブ制御回路 3と、 サブ制御回路 4と、サブ制御回路 5とを含む。サブ制御回路 1〜3は直接接続され、 サブ制御回路 2は、サブ制御回路 4と接続され、サブ制御回路 4とサブ制御回路 5が 接続されている。
[0048] サブ制御回路 1は、コンパレータ(比較器) C2, C3、分圧抵抗 R8, R9, R10を含 む。コンパレータ C2, C3各々の正端子(+端子)には、 Vcc電圧を分圧抵抗 R8, R9 , R10で分圧した PI, P2点の電位 Vc2, Vc3が入力され (Vc2>Vc3)、負端子(一 端子)には、 Vcc電圧を分圧抵抗 R1とサーミスタ T1 (図 1では参照番号 9)で分圧し た PC点の電位 Vpcが入力される。
[0049] すなわち、サブ制御回路 1は、サーミスタ T1の出力値である Vpcに応じて、コンパレ ータ C2から Vpcと Vc2との相対的な関係を示す第 1の状態信号と、コンパレータ C3 から Vpcと Vc3との相対的な関係を示す第 2の状態信号とを出力する温度状態出力 部を構成する。そして、 Vc2と Vc3は異なるため、第 1の状態信号と第 2の状態信号 は、互いにサーミスタ T1の異なる温度状態を反映したものとなる。
[0050] サブ制御回路 2は、(切り替え)スィッチ S1,スィッチ S2, S3、分圧抵抗 R3, R4, R 5, R6、接地抵抗 R7、コンパレータ C1を含む。コンパレータ C1の正端子 Aには、分 圧抵抗 R3, R4間の P3点の電位 Vp3が入力され、負端子 Bには、スィッチ S1からの 電圧信号が入力される。切り替えスィッチ S1は可動接点 K1を含み、後述するサブ制 御回路 3の NANDゲート回路力もの信号に応じて、第 1の固定端子 aと第 2の固定端 子 bのいずれかに切り替えられる。この場合における電位 Vp3は IGBT16aのコレクタ 電圧を反映したものであり、サブ制御回路 2は、後述するサブ制御回路 4、サブ制御 回路 5と相まって、 IGBT16aのコレクタ'ェミッタ間電圧を変動させるものである力 こ のコレクタ'ェミッタ間電圧は、共振回路 36に発生する共振電圧に等しい。従って、 サブ制御回路 2は、可動接点 K1等の作用や、後述するサブ制御回路 4、サブ制御 回路 5と協働して、共振回路 36に発生する共振電圧を変動させる電圧変動部(出力 変動手段)として機能する。
[0051] 第 1の固定端子 aには、 Vcc電圧を分圧抵抗 R5と R6で分圧した P5点の電位 Vp5、 ここでは 3Vが入力される。さらには、 P5には、スィッチ S2がオン状態(閉状態)となつ たとき、接地抵抗 R7が並列に接続され、分圧された電圧信号が入力される。スィッチ S 2のオン'オフ(開閉)は、サブ制御回路 1のコンパレータ C3に接続されたスィッチ S 3のオン時の電流信号によって制御される。スィッチ S3は、マグネトロンの定常状態 においては、オン状態(閉状態)となる。
[0052] サブ制御回路 3は、 NANDゲート回路、コンパレータ C4、電界コンデンサ C01、抵 抗 Rl l、スィッチ S4, S5, S6、 ORゲート回路、 NOTゲート回路、電流源 Pを含む。 上述したように NANDゲート回路の出力は、サブ制御回路 2の切り替えスィッチ S1 の可動接点 K1に入力される。一方 NANDゲート回路の第 1の入力端子 aにはコンパ レータ C4の出力が入力され、第 2の入力端子 bには、コンパレータ C2の出力を反転 する NOTゲート回路の出力が入力される。コンパレータ C4の負端子には 3Vの基準 電位が入力される。一方、コンパレータ C4の正端子には、 Vcc電圧に接続された電 流源 P及びスィッチ S6と、電界コンデンサ COlの間の SS点の電圧信号が入力され る。また SS点には、 ORゲート回路力もの出力によって開閉されるスィッチ S5からの 信号が抵抗 R11を介して入力され、さらに SS点はスィッチ S6を介して電流源 Pに接 続されている。 ORゲート回路には三つの入力端子 a, b, cを有し、第 1の入力端子 a には、サブ制御回路 1のコンパレータ C2の信号が入力するスィッチ S4からの信号が 入力される。第 2の入力端子 b、第 3の入力端子 c各々には「起動」、「停止」の信号が 入力される。尚、スィッチ S4, S6は、マグネトロンの定常状態においては、オン状態 である。
[0053] 尚、本例ではマグネトロンの「起動」と「定常状態(定常運転)」は、マグネトロンへの 入力電流、すなわち主としてインバータ主回路 10の電流を検知し、当該電流が所定 の閾値を越えた力否かで区別される。すなわち、インバータ主回路 10の電流を変換 した電圧値である IinDCが所定の閾値を越えた場合、インバータ制御回路 161は、 マグネトロンの運転状態が「起動」カゝら「定常状態」へ移行したと判断し、スィッチ S3, S4, S6をオン状態に切り替える。マグネトロンの「起動」と「定常状態」を区別する方 法としては、入力電流に限られたものではない。例えば、二次側のアノード電流を検 出したりする方法もある。
[0054] サブ制御回路 4は、ドライバ回路 162、コンパレータ C6、ノコギリ波発生回路 163、 抵抗 R12, R13, R14、スィッチ S7、電界コンデンサ C02を含む。 Vcc電圧に接続さ れた抵抗 R12と接地された電界コンデンサ C02の間の点 P6の電位 Tonは IGBT16 aのオン幅 (オンデューティ)を決める電圧である。また、点 P6には、抵抗 R13, R14、 コンパレータ C6の正端子が並列接続されている。抵抗 R13にはスィッチ S7が直列 接続されている力 スィッチ S7は、サブ制御回路 2のコンパレータ C1の出力によりォ ン 'オフ制御(開閉制御)がなされる。また、ノコギリ波発生回路 163の出力がコンパレ ータ C6の負端子に入力される。コンパレータ C6の出力は、ドライバ回路 162に入力 される。ドライバ回路 162は IGBT16aのベースに接続されており、コンパレータ C6か らの入力信号に従い、 IGBT16aを駆動する。 IGBT16aのコレクタはサブ制御回路 2 の抵抗 R3, R4間の P3点に接続されている。
[0055] サブ制御回路 5は、スィッチ S8、コンパレータ C5、基準電位発生回路 REFを含む 。スィッチ S8は、サブ制御回路 4の抵抗 R14に接続されている。コンパレータ C5の正 端子には、インバータ主回路 10への入力電流を電圧に変換した電圧である IinDC が入力され、負端子には、 IinDCの基準電位である REF電位が入力される。スィッチ S8は、コンパレータ C5の出力に従いオン'オフ制御(開閉制御)がなされる。
[0056] 図 3は、インバータ制御回路 161の動作を説明する動作線図である。横軸は時間を 表わしており、ステップ S1〜S9の 9つの段階に分けられている。この中でステップ S1 がマグネトロン 12の起動時のステップに相当し、ステップ S2〜S9がマグネトロン 12 の定常状態時のステップに相当する。縦軸は、インバータ制御回路の各部分の動作 状態を表しており、上力も順に (a) SS点の電位、(b)コンパレータ C1の正端子 A及 び負端子 Bのへの入力電圧、(c)抵抗 R6による電圧低下作用に基づくパワーダウン 制御 PD (Power Down) 1のオン'オフ、(d)抵抗 R7による電圧低下作用に基づくパヮ 一ダウン制御 PD2のオン'オフ、(e)コンパレータ C1の出力、(f)コンパレータ C2の 反転出力(C2出力の否定; C2の上線は C2の反転、すなわち NOTゲート回路の出 力を意味する)、(g)コンパレータ C3の出力、(h)コンパレータ C4の出力、(i) NAN Dゲート回路の出力、(j) IinDCの電圧各々を示す。以下、図 2及び図 3を用いて、ィ ンバータ制御回路 161の動作を説明する。
[0057] (1)ステップ S1 (マグネトロン起動時)
まず、マグネトロン 12が作動開始する起動時においては、 IGBT16aの温度が低い 故にサーミスタ T1の温度も低いため、その抵抗は比較的高く(サーミスタ T1は温度 の上昇に対して抵抗が減少する NTCより構成)、従って電位 Vpcは高い。そのため、 電位 Vpcと電位 Vc3の比較を行なうコンパレータ C3の出力は" 0 (Low) "となり、コン パレータ C2の出力力も NOTゲート回路を介して得られる C2の反転出力は" 1 (Hi) " となる(図 3 (f)及び (g)の Sl)。このとき、スィッチ S3, S4はオフの状態である。
[0058] そして、スィッチ S6、 S5もオフの状態であるため、 SS点の電位は低いままであり( 図 3 (a)の S1)、負端子側の基準電位 3Vとの比較により、コンパレータ C4の出力は" 0"となる(図 3 (h)の Sl)。
[0059] NANDゲート回路において、第 1の入力端子 aには" 0"が入力され、第 2の入力端 子 bには" 1 "が入力されるため、 NANDゲート回路の出力は" 1 "となる(図 3 (i)の S 1 ) oここで、サブ制御回路 2の切り替えスィッチ S1の可動接点 K1は、 NANDゲート回 路の出力が" 1 (Hi) "の場合、第 1の固定端子 a側に切り替えられ、 NANDゲート回 路の出力が" 0 (Low) "の場合、第 2の固定端子 b側に切り替えられるように構成され ている。従って、切り替えスィッチ S1の可動接点 K1は、第 1の固定端子 a側に設定さ れる。
[0060] スィッチ S3はオフの状態であり、コンパレータ C1の負端子には分圧抵抗 R5と R6で 分圧した点 P5の電位 Vp5 (3V)が入力されることとなる。一方、他方の正端子には I GBT16aのコレクタ電圧を分圧抵抗 R3と R4で分圧した点 P3の電位 Vp3が入力され る。この Vp3は、コレクタ電圧の分圧であり、インバータ 16の共振回路 36の共振電圧 の作用により Vp5の 3Vを越えたり、下回ったりすることを繰り返す。それ故、コンパレ ータ C1の出力は、点 P3の電位が 3Vより小さいときはオフ、 3Vより高くなればオンと なるオン'オフが繰り返されこととなり(図 3 (e)の SI)、この情報がサブ制御回路 4を介 して IGBT16aに入力される。 P3電位が 3Vと略一致するように IGBT16aのオン 'ォ フデューティが制御されるので、起動時の IGBT16aのコレクタ電圧は定常時よりも低 くなる。
[0061] (2)ステップ S2〜S4 (マグネトロンの起動から定常状態への移行)
マグネトロンの運転状態が定常状態になると、スィッチ S3, S4, S6がオン状態にな る。すると、電流源 Pからスィッチ S6を介して電界コンデンサ COlへの電荷蓄積が開 始し、かつ SS点の電位が上昇し始め(図 3 (a)の S2)、 SS点の電位が 3Vを越えると 、負端子側の基準電位 3Vとの比較により、コンパレータ C4の出力、 NANDゲート回 路の第 1の入力端子 aへの入力は" 1"となる(図 3 (h)の S3)。一方、第 2の入力端子 b への入力は" 1"のままである。従って、 NANDゲート回路の出力が" 0"となり(図 3 (i) の S3)、切り替えスィッチ SIの可動接点 K1は、第 2の固定端子 b側に設定される。こ のとき、抵抗 R6による PD1はオフとなる(図 3 (c)の S3)。つまり、 SS点の電位が 3V になるまでは、マグネトロンが定常状態になっても PD1が働いており、モーデイングの 発生を抑制する働きをして 、る。
[0062] 電流源 Pの作用により SS点の電位は上昇しつづけ(図 3 (a)の S3)、コンパレー タ C1の負端子 B側への入力電圧は起動時の 3Vに比べて高い電位が入力されること となる。従って、 P3電位が SS電位に略一致するように IGBT16aのオン'オフ制御の オンデューティを高め、 IGBT16aのコレクタ電圧も高くなり、その分圧である P3、正 端子 Aへの入力電圧も上昇する(図 3 (b)の S3)。つまり、 SS電位が上昇する傾きに 依存して、オン'オフ制御のオンデューティを高めていく。すなわち、サブ制御回路 3 は、 SS電位を上昇させ、マグネトロンの起動力 定常状態に移行する際の定常移行 制御を担う。
[0063] そして、正端子 A、負端子 Bへの入力電圧が所定値以上、すなわち IGBT16aのォ ン 'オフ制御のオンデューティが所定値以上となると、サブ制御回路 5の電力制御機 能が発動され、オンデューティの上昇に制限が加わる。すなわち、この制限が加わる ことにより、 SS電位が常に P3電位より高くなるため、コンパレータ C1の出力はオフに され、サブ制御回路 5によりオンデューティが制御される。この電力制御機能は、以下 の様に行なわれる。入力電流を電圧に変換した電圧である IinDCと、 IinDCの基準 電圧である REF電位をコンパレータ C5が比較し、 IinDCが REF電位を越えるとコン パレータ C5がスィッチ S8をオンとする信号を発生し、オンデューティを制御すること により、電力制御機能は達成される(図 3 (j)の S4)。このように、 SS電位が P3電位よ り高くなつた場合、サブ制御回路 5のみがオンデューティを制御することで、オンデュ 一ティの上昇に制限を加えることが可能となり、安全性を確保することができる。
[0064] (3)ステップ S5 (マグネトロンのパワーダウン制御)
上述した安定運転の下、時間経過と共に IGBT16aは加熱され、その温度上昇と共 にサーミスタ T1の温度も上昇し、抵抗値は減少していく。そして、冷却性能が悪かつ たり、何らかの原因で異物がファンにはさまりファンが急に回らなくなったときなどは、 その抵抗値はさらに減少し、点 PCの電位 Vpcが下降し始める。そして、電位 Vpcが、 コンパレータ C2の他の入力電位である Vc2 (例えば 3. 8V)よりも低くなると(Vpcく Vc2)、コンパレータ C2の出力力 となる。
[0065] コンパレータ C2の出力力 ' 1"となると、コンパレータ C2の出力力 NOTゲート回路 を介して得られる C2の反転出力は" 0"となる(図 3 (f)の S5)。従って、 NANDゲート 回路の二つの入力端子 a, bへの入力は各々" 1"、 "0"となり、 NANDゲート回路の 出力は" 1"となり(図 3 (i)の S5)、切り替えスィッチ S1の可動接点は、第 2の固定端子 bから第 1の固定端子 a側へ移動する。
[0066] このときコンパレータ C1の正端子 A、負端子 Bへの入力電圧は、 SS点の電位とは 関係なく急激に 3Vまで下げられ、 3Vに維持される(図 3 (b)の S5)。そのため、パヮ 一ダウン制御(PD1)が働く。つまり、コンパレータ C1の出力は、電位 Vpcが、コンパ レータ C2の他の入力電位である Vc2よりも低くなる(Vpcく Vc2)と同時にオン'オフ の繰り返しとなる(図 3 (e)の S5)。
[0067] また、コンパレータ C2の出力カ '1"となると、スィッチ S4、 ORゲート回路の出力" 1" を介してスィッチ S5がオン状態となり、電界コンデンサ COlの電荷が抵抗 R11を介 してグラウンドに流され、点 SSの電位が下がり始める(図 3 (a)の S5)。そして、点 SS の電位が 3Vを下回ると(図 3 (a)の S5の中間)、コンパレータ C4の出力力 ' 0"になる( 図 3 (h)の S5)。ただこの時点でコンパレータ C4の出力が" 1"から" 0"に変わっても、 NANDゲート回路の出力は影響されない。この SS電位を下げることは、起動から定 常状態に移行する際に使用していた、サブ制御回路 3が担う定常移行制御をリセット することである。
[0068] (4)ステップ S6 (パワーダウン制御の続き)
さらにサーミスタ T1の温度が上昇すると、その抵抗値は減少し、点 PCの電位 Vpc も低下し、コンパレータ C3の他の入力電位である Vc3 (例えば 2. 9V)よりも低くなる と(Vpcく Vc3)、コンパレータ C3の出力が" 1"となる(図 3 (g)の S6)。そして、定常 状態下、既にオンとなっているスィッチ S3を介して S2がオン状態となり、さらに抵抗 R 7による PD2がオンとなり(図 3 (d)の S6)、コンパレータ C1の正端子 A、負端子 Bへ の入力電圧は、 3Vから更に低下することとなり、さらにパワーダウン制御(PD2)が働 く(図 3 (b)の S6)。
[0069] (5)ステップ S7 (パワーダウン制御解除)
ノ ヮ一ダウン制御 PD2により、再びサーミスタ T1の温度が下降するとその抵抗値は 増加し、点 PCの電位 Vpcも上昇し、コンパレータ C3の他の入力電位である Vc3より も高くなると (Vpc>Vc3)、コンパレータ C3の出力が" 0"となる(図 3 (g)の S7)。これ に連動してスィッチ S2がオフ状態となり、抵抗 R7による PD2がオフとなるので(図 3 ( d)の S7)、コンパレータ C1の正端子 A、負端子 Bへの入力電圧は、再び 3Vに戻る( 図 3 (b)の S7)。
[0070] (6)ステップ S8 (通常運転開始)
さらにサーミスタ T1の温度が下降すると、その抵抗値は増加し、点 PCの電位 Vpc も上昇し始める。そして、電位 Vpcが、コンパレータ C2の他の入力電位である Vc2 ( 例えば 3. 8V)よりも高くなると (Vpc>Vc2)、コンパレータ C2の出力が" 0"となる(図 3 (f)の S8のように C2の反転出力は" 1"となる)。すると、スィッチ S4、 ORゲート回路 を介して、パワーダウン制御でオン状態であったスィッチ S5がオフ状態となり、抵抗 R 11の分圧作用が働かなくなる。そして、電界コンデンサ COlへの電荷蓄積と共に、 点 SSの電位が上昇を開始する(図 3 (a)の S8)。点 SSの電位が 3Vまで達していない ため、切り替えスィッチ S1の可動接点 K1は固定接点 a側にあり、スィッチ S2もオフ状 態のため、まだ PD1制御が働 ヽて 、る(図 3 (c)の S8)。 [0071] (7)ステップ S9 (通常運転開始後の出力上昇)
点 SSの電位が上昇し続け、 3Vを越えると(図 3 (a)の S9)、コンパレータ C4の出力 は" 1"となり(後述する上昇信号)、 NANDゲート回路の出力は" 0"となって、可動接 点 K1が、第 2の固定端子 b側に切り替えられる(図 3 (i)の S9)。そして、コンパレータ C1の正端子 A、負端子 Bへの入力電圧は SS電位が上昇する傾きに依存しながら上 昇を開始する(図 3 (b)の S9)。
[0072] 以上述べたように本発明では、コンパレータ C1の負端子 Bの前段に、 NANDゲー ト回路、コンパレータ C4、電界コンデンサ CO 1を含むサブ制御回路 3を設けている。 そして、コンパレータ C4の負端子側の SS点での電位が 3Vを越えた時点で、初めて (NANDゲート回路の出力が" 0"となり)切り替えスィッチ S1の可動接点 K1が、第 2 の固定端子 b側に移動し、コンパレータ C1の正端子 A、負端子 Bへの入力電圧が上 昇し始める。 SS点の電位が上昇を開始してから 3Vに達するまでの時間遅れ(図 3の S8)は、電界コンデンサ COlの蓄電作用により実現される。すなわち、定常状態時 サブ制御回路 3は、コンパレータ C2からの信号 (第 1の状態信号)を契機として、 SS 点での電位は上昇を開始し、それが 3Vを越えるまでの所定時間(S8)経過後、コン パレータ C1に IGBT16aへの入力電圧を上昇させる上昇信号を出力する出力増加 遅延部(出力増加抑制手段)として機能する。また、この出力増加遅延部は起動から 定常状態に移行する際の定常移行制御にも使用されており、この制御方式をリセット し、再度使用する構成にしているため、簡易に出力増加抑制制御を行うことができる 。すなわち、 SS電位をサーミスタによるパワーダウン時にー且下げることにより、出力 増加遅延部としてのサブ制御回路 3は、起動から定常状態に移行する際の定常移行 制御のみならず、出力増加抑制制御をも担う。上述の構成においては定常移行制御 をリセットし、再度使用している構成としているが、もちろん定常移行制御と出力増加 抑制制御を別々の制御回路を使用して行ってもょ 、。
[0073] 上述の構成により、図 3 (a) , (b)のステップ S8, S9に示したように、ステップ S7のパ ヮーダウン制御の解除後、コンパレータ C1の正端子 A、負端子 Bへの入力電圧の上 昇を所定時間遅らせることが可能となる。すなわち、本発明においては、マグネトロン の出力を所定の値に戻す際、所定の時間出力制御を行いながら、出力を所定の値 に戻すため、モーディング現象やオーバーシュート等のような問題発生を防止し、高 周波誘電加熱装置への信頼性、使用性を向上させることが可能となる。
[0074] また、上述した時間遅れ(図 3の S8)の長さは、電界コンデンサ COlの蓄電作用に より実現されるため、電界コンデンサ COlの時定数を変更することにより、調整するこ とができる。例えば図 3の点線 Lでは、 SS変化の傾きが小さいが、これは電界コンデ ンサ COlの時定数がより大きいものであることを意味し、図 3 (b)で示したように、元の 遅れ時間 T1が T2に増大している。
[0075] 時定数は、例えば電界コンデンサ COlの静電容量に応じて変化するため、インバ ータ制御回路、高周波誘電加熱装置の用途に応じて適切な時間遅れを持つ電界コ ンデンサ COlを採用することができる。また、電界コンデンサの部分に静電容量が可 変な可変コンデンサを採用することにより、時間遅れを場面に応じて変化させることが 可能となる。
[0076] 図 4は、マグネトロン駆動制御回路の他の実施形態の構成ブロック図を示す。図 1 の実施形態においては、スイッチング素子である IGBT16aのコレクタ'ェミッタ間の 電圧 (ここでは共振回路の共振電圧に等しい)を制御する方式にインバータ制御回 路が適用されている。しかしながら、本発明のインバータ制御回路は、図 4に示したよ うな直列共振回路の共振電圧を制御するマグネトロン駆動制御回路にも適用可能で ある。
[0077] 本実施形態では、インバータ 16内において、共振回路 36の共振電圧を抑制する スナバコンデンサ 16bが、直列接続されたコンデンサ 16cと一次卷線 181 (共振回路 36)に並列に新たに設けられている。また、 IGBT16alと IGBT16a2とダイオード 16 dl (16d2)の組み合せ力もなるスイッチング素子がインバータ 16に設けられており、 それぞれのゲートにドライバ回路 (つまりドライバ回路が 2つある)が入力される電源ク ランプ回路になっている。そして、本実施形態では、コンデンサ 16cと昇圧トランス 18 の一次卷線 181とで構成される共振回路 36の共振電圧を制御することにしている。 つまり、この共振回路 36で発生する共振電圧の分圧を図 2の Vp3とし接続することに より、同様に共振電圧を制御する構成となる。
[0078] 図 5は、マグネトロン駆動制御回路の更に他の実施形態の構成ブロック図を示す。 本発明のインバータ制御回路は、図 5に示したように、 IGBT16aのコレクタ'ェミッタ 間の電圧の代わりに、インバータへの入力電流を、インバータ 16、平滑回路 30の前 段に設けられたシャント抵抗 40を用いて検出し、 IGBT16aのデューティを制御する マグネトロン駆動制御回路にも適用可能である。また、シャント抵抗の代わりに CT(C urrent Transformer;変流器)などの電流検知手段を用いて、入力電流を検知しても よい。この入力電流を検知する場合は、インバータ制御回路 161の前段に増幅回路 (オペアンプ) 164を設けることが必要となる。そして、この増幅回路の出力を図 2の V p3の代わりに入力することにより、入力電流を制御する構成となる。
[0079] 本出願は、 2006年 6月 19日出願の日本特許出願、特願 2006— 169052〖こ基づ くものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
[0080] 以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示さ れた事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が その変更 ·応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれ る。
産業上の利用可能性
[0081] 本発明によれば、パワーダウン制御により高電圧誘電加熱装置の使用性が向上す るのみならず、その後のマグネトロンの出力上昇に伴うモーデイング現象等の不具合 の発生を防止し、高電圧誘電加熱装置の信頼性を更に向上させることが可能となる

Claims

請求の範囲
[1] 直流を所定周波数の交流に変換するとともに、所定の制御対象の出力を変動させ るための共振回路を有するインバータを制御するインバータ制御回路であって、 前記インバータのスイッチング素子の温度を検出する温度検出部の出力値に応じ て、前記インバータの出力を変動させる出力変動手段と、
前記出力変動手段による前記インバータの出力減少制御の後、所定時間前記イン バータの出力増加を抑える出力増加抑制手段と、
を備えるインバータ制御回路。
[2] 請求項 1記載のインバータ制御回路であって、
前記出力増加抑制手段が、前記制御対象の起動力 定常状態に移行する際の定 常移行制御も行なうインバータ制御回路。
[3] 請求項 1又は 2記載のインバータ制御回路であって、
前記出力増加抑制手段が、前記出力変動手段による前記インバータの出力増加 を抑えるために、所定時間電荷を蓄積する容量素子を含むインバータ制御回路。
[4] 請求項 3記載のインバータ制御回路であって、
前記出力増加抑制手段は、前記インバータの出力減少制御時において、前記容 量素子の時定数に依存せず、速やかに出力減少制御を発動させるインバータ制御 回路。
[5] 請求項 3又は 4記載のインバータ制御回路であって、
前記出力変動手段は、前記出力増加抑制手段により所定時間前記インバータの 出力増加を抑えた後、前記容量素子の電位に対応して前記インバータの出力を増 カロさせるインバータ制御回路。
[6] 請求項 1ないし 5のいずれ力 1項記載のインバータ制御回路であって、
前記インバータ制御回路は、前記共振回路の共振電圧を制御するインバータ制御 回路。
[7] マイクロ波を発生する前記制御対象としてのマグネトロンと、
前記インバータと、
請求項 1な!、し 6の 、ずれか 1項記載のインバータ制御回路と、 を備える高周波誘電加熱装置。
[8] 直流を所定周波数の交流に変換するとともに、所定の制御対象の出力を変動させ るための共振回路を有するインバータを、当該インバータのスイッチング素子の温度 を検出する温度検出部の出力値に応じて制御するインバータ制御回路であって、 前記温度検出部の出力値に応じて第 1の状態信号を出力する温度状態出力部と、 前記共振回路に発生する共振電圧を変動させる電圧変動部と、
前記第 1の状態信号が前記共振電圧を上昇させるものである場合、前記第 1の状 態信号の入力から所定時間経過後に、前記電圧変動部に前記共振電圧を上昇させ る上昇信号を出力する出力増加遅延部と、
を備えるインバータ制御回路。
[9] 請求項 8記載のインバータ制御回路であって、
前記出力増加遅延部が、前記制御対象の起動から定常状態に移行する際、前記 電圧変動部と接続され、前記共振電圧を制御するインバータ制御回路。
[10] 請求項 8又は 9記載のインバータ制御回路であって、
前記出力増加遅延部が、前記電圧変動部に前記上昇信号を出力するため、所定 時間電荷を蓄積する容量素子を含むインバータ制御回路。
[11] 請求項 10記載のインバータ制御回路であって、
前記出力増加遅延部は、前記インバータの出力減少制御時において、前記容量 素子の時定数に依存せず、速やかに出力減少制御を発動させるインバータ制御回 路。
[12] 請求項 10又は 11記載のインバータ制御回路であって、
前記出力増加遅延部は、所定時間前記インバータの出力増加を抑えた後、前記 容量素子の電位に対応して前記インバータの出力を増力 tlさせるインバータ制御回路
[13] 請求項 8ないし 12のいずれ力 1項記載のインバータ制御回路であって、
前記温度状態出力部は、前記温度検出部の出力値に応じて第 2の状態信号を前 記電圧変動部に出力し、前記第 1の状態信号と前記第 2の状態信号は、互いに前記 温度検出部の異なる温度状態を反映したものであるインバータ制御回路。
[14] マイクロ波を発生する前記制御対象としてのマグネトロンと、
前記インバータと、
請求項 8な 、し 13の 、ずれか 1項記載のインバータ制御回路と、
を備える高周波誘電加熱装置。
[15] 被加熱物をマイクロ波の照射によって加熱する高周波誘電加熱装置であって、 直流をスイッチング素子を用いてスイッチング制御し、所定周波数の交流に変換す るインバータと、
前記スイッチング素子カゝら放出される熱を放熱する放熱フィンと、
前記スイッチング素子の温度を検出するサーミスタと、
前記スイッチング素子及び前記サーミスタが取り付けられたプリント基板と、 前記インバータの出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、
前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部と、
前記高圧整流部の出力をマイクロ波として放射するマグネトロンと、
前記マグネトロン力 放射されるマイクロ波が供給され、前記被加熱物を収納する 加熱調理室と、
前記マグネトロンが起動した後、前記インバータの出力電力を前記サーミスタの抵 抗値に依存させるパワーダウン制御を前記スイッチング素子に施すと共に、パワーダ ゥン制御の終了後、所定時間経過後にパワーを増力!]させる制御を前記スイッチング 素子に施すインバータ制御回路と、
を備える高周波誘電加熱装置。
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