JP2005285601A

JP2005285601A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2005285601A
Application number: JP2004098940A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Ito; 忠明伊東; Takahiro Miyauchi; 貴宏宮内; Hirofumi Kawamoto; 裕文河本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP4114625B2

Abstract

【課題】スイッチング素子の両端電圧の急激な変化による跳ね上がりを検知しスイッチング素子の破壊を防止する。
【解決手段】加熱コイル５と共振コンデンサ６とスイッチング素子７とを含むインバータ回路４と、インバータ回路４のスイッチング素子７を駆動制御する駆動制御手段８と、スイッチング素子７の両端電圧を検知する電圧検知手段９と、電圧検知手段９により検知した高周波電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段１０と、包絡線検知手段１０にて検知した電圧の変化量を検知する電圧変化量検知手段１１とを備え、電圧変化量検知手段１１にてスイッチング素子７の両端電圧の変化量が所定値以上の場合に、駆動制御手段８によるスイッチング素子の駆動を第１の所定時間停止させるようにすることにより、スイッチング素子７の両端電圧の急激な跳ね上り時にスイッチング素子７の破壊を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明はインバータ回路により加熱コイルの磁束にて鍋等を加熱する誘導加熱調理器に関するものである。

従来この種の誘導加熱調理器は、スイッチング素子の両端電圧の包絡線電圧を検知し、その検知電圧が所定の値以上の場合にスイッチング素子の駆動動作を停止させるものであった（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の誘導加熱調理器を示すものである。以下図７を用いて従来例を説明する。ダイオードブリッジ１０２は商用電源１０１を全波整流するダイオードブリッジ、平滑用コンデンサ１０３はダイオードブリッジ１０２で整流した商用電源１０１を平滑し直流電源にしている。インバータ回路１０４は加熱コイル１０５、共振コンデンサ１０６、ＩＧＢＴ等からなるスイッチング素子１０７からなる。駆動制御手段１０８はスイッチング素子１０７を駆動制御し、加熱コイル１０５に高周波電流を流し、被加熱物である鍋等（図示せず）を加熱するようスイッチング素子１０７を高周波でオンオフさせる。電圧検知手段１０９はスイッチング素子１０７の両端電圧を検知し、包絡線検知手段１１０は電圧検知手段１０９で検知した電圧の包絡線電圧を検知する。電圧変化量検知手段１１１はスイッチング素子１０７の両端電圧の絶対電圧が所定値以上を検知すると即座に、スイッチング素子１０７の駆動を停止させる信号を駆動制御手段１０８に出力する。
特開平９−２６００４６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、スイッチング素子１０７の両端電圧の絶対電圧を検知しスイッチング素子１０７の駆動を停止させるものであり、電圧検知手段１０９が絶対電圧を検知してから駆動制御手段１０８がスイッチ素子１０７の駆動を停止させるまでに数十μｓかかり、スイッチング素子１０７の各１回オンオフのスイッチング毎にスイッチング素子１０７の両端電圧が数百ボルトづつ跳ね上がってしまうような場合には応答が遅れてスイッチング素子１０７の耐圧を超えて破戒してしまう場合がある。

本発明はスイッチング素子の両端電圧の急激な変化による跳ね上がりを検知し、スイッチング素子の破壊を防止する誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、包絡線検知手段にて検知した電圧の変化量を検知する電圧変化量検知手段を備え、スイッチング素子の両端電圧の変化量を検知するようにしたものである。

電圧の変化量を検知することで、雷サージや瞬時停電時および停電復帰時の電源電圧の急激な変動やインパルスノイズ等による駆動制御手段の誤動作によりスイッチング素子の両端電圧が急激に跳ね上がったことによる破壊を防ぐことができる。

本発明の誘導加熱調理器は、スイッチング素子の両端電圧の急激な跳ね上りが発生する異常である、雷および停電等によるスイッチング素子の破壊を防ぐことができる。

第１の発明は、加熱コイルと共振コンデンサとスイッチング素子を含むインバータ回路と、前記インバータ回路の前記スイッチング素子を駆動制御する駆動制御手段と、前記スイッチング素子の両端電圧を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段により検知した高周波電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段と、前記包絡線検知手段にて検知した電圧の変化量を検知する電圧変化量検知手段とを備え、前記電圧変化量検知手段にて前記スイッチング素子の両端電圧の変化量が所定値以上の場合に、前記駆動制御手段による前記スイッチング素子の駆動を第１の所定時間停止させるようにすることにより、雷サージや瞬時停電および復帰時の電源電圧の急激な変動やインパルスノイズ等による前記駆動制御手段の誤動作によりスイッチング素子の両端電圧が急激に跳ね上がったことを早期に検知しスイッチング素子の駆動を第１の所定時間停止させるので、スイッチング素子の破壊を防ぐことができる。

第２の発明は、加熱コイルと共振コンデンサとスイッチング素子を含むインバータ回路と、前記インバータ回路の前記スイッチング素子を駆動制御する駆動制御手段と、前記スイッチング素子の両端電圧を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段により検知した高周波電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段と、前記包絡線検知手段にて検知した電圧の変化量を検知する電圧変化量検知手段とを備え、前記電圧変化量検知手段にて前記スイッチング素子の両端電圧の変化量が所定値以上の場合に、前記駆動制御手段による前記スイッチング素子の駆動を第１の所定時間停止させるに替えて、オン時間を第２の所定時間まで短くして前記第１の所定時間継続させることにより、雷サージや瞬時停電および復帰時の電源電圧の急激な変動やインパルスノイズ等による前記駆動制御手段の誤動作により前記スイッチング素子の両端電圧が急激に跳ね上がったことを早期に検知しスイッチング素子のオン時間を第２の所定時間まで短くし第１の所定時間継続するので、スイッチング素子の破壊を防ぐことができる。また、異常を検知した場合にもスイッチング素子の駆動を停止しないので、加熱停止あるいは加熱再開時に鍋に流れている電流が急激に変化するために鍋が振動して発生する鍋音の発生を防ぐと共に加熱を継続することができる。

第３の発明は、特に、第１または２の発明の、インバータ回路を電圧共振インバータとすることにより、特に電圧共振インバータの場合には、通常でも電源電圧以上の電圧がスイッチング素子の両端に発生するので、雷サージや瞬時停電および復帰時の電源電圧の急激な変動やインパルスノイズ等による前記駆動制御手段の誤動作により高い電圧になりやすいが、スイッチング素子の両端電圧が急激に跳ね上がったことを早期に検知し、スイッチング素子の破壊を防ぐことができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の、電圧変化量検知手段を包絡線検知手段にて検知した電圧の傾きを検知することにより、雷サージや瞬時停電および復帰時の電源電圧の急激な変動やインパルスノイズ等による駆動制御手段の誤動作によりスイッチング素子の両端電圧が急激に跳ね上がった場合の跳ね上がり始めを捉えることができるので、スイッチング素子の両端電圧の絶対電圧を検知する構成より早期に異常を検知することができる。

第５の発明は、特に、第４の発明の、電圧変化量検知手段による傾き検知を微分回路とすることにより、抵抗、コンデンサ等で構成可能なので、ディジタルＩＣ等を使用することなく簡単な回路構成で実現することができる。

第６の発明は、特に、第５の発明の、微分回路の通過域周波数境界の下限をスイッチング素子の略発振周波数とすることにより、スイッチング素子動作周波数以上の速い変化に応答しスイッチング素子の両端電圧の跳ね上がりを検知するので確実に捉えることができる。

第７の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の、電圧変化検知手段をスイッチング素子の発振周期毎の電圧差を検知するようにすることにより、雷サージや瞬時停電および復帰時の電源電圧の急激な変動やインパルスノイズ等による駆動制御手段の誤動作により前記スイッチング素子の両端電圧が急激に跳ね上がった場合に、異常に跳ね上がり始めたことを捉えることができるので、スイッチング素子の両端電圧の異常を早期に検知することができる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の、電圧変化検知手段を積分回路によるノイズフィルタ構成を備えたことにより、高周波ノイズをカットできるので、簡単な回路構成でノイズによる誤動作を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の構成図である。以下図１を用いて説明する。

ダイオードブリッジ２は商用電源１を全波整流する、平滑用コンデンサ３はダイオードブリッジ２で整流した商用電源１を平滑し直流電源にしている。インバータ回路４は加熱コイル５と、共振コンデンサ６と、ＩＧＢＴ等からなるスイッチング素子７とからなる。駆動制御手段８はスイッチング素子７を駆動制御し、加熱コイル５に高周波電流を流し、被加熱物である鍋等（図示せず）を加熱するようスイッチング素子７を高周波でオンオフさせる。電圧検知手段９はスイッチング素子７の両端電圧を検知する。包絡線検知手段１０は電圧検知手段９で検知した電圧の高周波の動作周波数の１周期の最大値である包絡線電圧を検知し、トランジスタのエミッタフォロアを有すピークホールド回路で構成している。電圧変化量検知手段１１は、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３と、コンデンサＣ２とからなる微分回路１１ａで傾きを検知する構成であり、コンデンサＣ２の静電容量は、包絡線検知手段１０のトランジスタのエミッタ端子とコモン電位との間に接続されたピークホールド用のコンデンサＣ１の静電容量より一桁以上小さい値としている。

図２は図１で構成された誘導加熱調理器の主要部分の波形を示した図である。（ａ）は共振コンデンサ６の両端電圧Ｖｃ、（ｂ）はスイッチング素子７の両端電圧Ｖｃｅの包絡線、（ｃ）は包絡線検知手段１０にて検知した電圧Ｖ１および電圧変化量検知手段１１にて検知した電圧Ｖ２である。ここでコンデンサＣ２はコンデンサＣ１より十分小さい静電容量とすることでＶ１とＶ２間の電位差の高周波の変化に対し応答可能であり、商用電源１が６０Ｈｚの場合、電圧Ｖ１は全波整流した１２０Ｈｚのリップル波形に、電圧Ｖ２には抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２とを直列に接続しており、その接続点の電圧は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の分圧に電圧Ｖ１の微分した値が加わった１２０Ｈｚに高調波が重畳された波形となる。また、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の周波数特性は図３の様になる。通常駆動制御手段８は電圧Ｖ１の値を入力し所定の電圧を超えないように制御するとともに、電圧変化量検知手段１１において電圧Ｖ２と所定の電圧Ｖｒｅｆ１とを比較器１１ｂで比較し、電圧Ｖ２が電圧Ｖｒｅｆ１を上回ったら駆動制御手段８に信号を送るよう動作する。

ここで図２の３サイクル目のように商用電源１に瞬時停電開始ｔ１および電圧復帰が起こった場合、電圧Ｖｃの変化に対して電圧Ｖｃｅが時間ｔ２で急激に跳ね上がりＶｃｅ１、その結果電圧Ｖ１の傾きが変化し、電圧Ｖ１の微分した値が大きくなることでスイッチング素子７の両端電圧Ｖｃｅの異常な跳ね上がりを検知し、駆動制御手段８に信号を送る。駆動制御手段８は電圧変化量検知手段１１の信号を受け駆動を停止またはスイッチング素子７のオン時間を第２の所定時間（例えばオン時間を１０μｓ）まで短くさせ、第１の所定時間（例えば２ｓ間）継続後、元のオン時間に復帰させることでスイッチング素子７の破壊を防止することができる。ここで、駆動制御手段８がスイッチング素子７を停止させた場合、その後第１の所定時間（例えば２ｓ間）停止を継続することにより、電圧変化量検知手段１１のコンデンサＣ２に充電された電荷を放電させることができ、再度スイッチング素子７を駆動した場合に正確に電圧および電圧変化を検知できる。また、第１の所定時間の停止中または短いオン時間の継続中に原因である電源環境等は復帰すると考えられる。更にスイッチング素子７のオン時間を短くする場合は、加熱は継続されるので調理等におよぼす影響を少なくできるとともに、急な加熱停止による鍋音の発生を防ぐことも可能である。電圧変化量検知手段１１による検知は、単純にスイッチング素子７の両端電圧の絶対電圧を検知するのではないのでより早く異常を検知することができる。また、電圧検知手段１１は傾き検知としその構成をＲＣの微分回路とすることで簡単に安価で実現することができる。なお、傾き検知手段はディジタルＩＣやマイクロコンピュータ等をもちいたり、遅延時間を設けてその差で検知することも可能である。また、スイッチング素子７の駆動周波数は可聴域以上になるように２０ｋＨｚ以上で駆動しており、図３のように微分回路の通過域周波数境界の下限つまり高利得を得られる周波数境界を略スイッチング素子の発振周波数ｆ１とすることにより、スイッチング素子７の両端電圧の跳ね上がりを確実に捉えることができる。

なお、本実施の形態では、瞬時停電の際のスイッチング素子７の両端電圧の跳ね上がりについて示したが、雷サージ等による電源電圧の跳ね上がり時も同様にスイッチング素子７の両端電圧が跳ね上がることに違いはなく同様の効果が得られる。また、インパルスノイズによる駆動制御手段８の誤動作が起こったときなどでスイッチング素子７の両端電圧が急激に変化した場合にも同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態ではインバータ回路を一石電圧共振インバータとしたが、フルブリッジあるいはハーフブリッジ構成のインバータにおいても、スイッチング素子の両端電圧は電源電圧に左右されるため、電源電圧異常時においては同様の効果が得られる。

また、比較器１１ｂの入力段に図４のように積分回路１２を加え、そのカットオフ周波数をスイッチング素子７の発振周波数の一桁以上大きい周波数に設定することで、簡単で安価な回路構成でインパルスノイズ的な高周波のノイズをカットし誤検知による誤動作防止をすることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱調理器の構成図である。なお実施の形態１に示した構成については同じ番号を付与し、異なる構成についてのみ説明する。

電圧変化量検知手段１１は、ディレイ手段１１ｃと比較器１１ｄからなる。電圧変化量検知手段１１は、スイッチング素子７の発振周波数毎の両端電圧を検知しディレイ手段１１ｄにてワンスイッチング前の両端電圧を保持し、比較器１１ｄにて現在の両端電圧とワンスイッチング前の両端電圧を比較し、その差が所定の電圧差以上の場合に駆動制御手段８に信号を送信する。通常の発振時にはスイッチング素子７の両端電圧はワンスイッチング毎に数十Ｖの変化しかないが、雷サージや瞬時停電等の電源電圧異常時には数百Ｖ毎の変化となるため、その間の電圧差をしきい値としてしきい値以上の電圧変化の場合に異常として駆動制御手段８に信号を送る。駆動制御手段８は電圧変化量検知手段１１の信号を受け駆動を停止またはスイッチング素子７のオン時間を短くさせることでスイッチング素子７の破壊を防止することができる。ここで、駆動制御手段８がスイッチング素子７を停止させた場合、その後所定時間停止を継続することにより電圧変化量検知手段１１の検知回路のコンデンサ（図示してない）に充電された電荷を放電させることができ、再度スイッチング素子７を駆動した場合に正確に電圧および電圧変化を検知できる。更にスイッチング素子７のオン時間を短くする場合は、加熱は継続されるので調理等におよぼす影響を少なくできるとともに、急な加熱停止あるいは加熱再開による鍋音の発生を防ぐことも可能である。電圧変化量検知手段１１による検知は、単純にスイッチング素子７の両端電圧の絶対電圧を検知するのではないのでより早く異常を検知することができる。

また、図６のように積分回路１２を加え、そのカットオフ周波数をスイッチング素子７の発振周波数の一桁以上大きい周波数に設定することで、簡単で安価な回路構成でインパルスノイズ的な高周波のノイズをカットし誤検知による誤動作防止をすることができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器はインバータを構成するスイッチング素子の両端電圧の変化の異常を比較的早く捉えることができ、異常な両端電圧の跳ね上がりを検知し破壊を防ぐことが可能であり、調理器以外での誘導加熱分野においても適用できる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の構成図同、誘導加熱調理器の主要部波形図同、電圧変化量検知手段の周波数特性図同、ノイズフィルタ追加構成図本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の構成図同、ノイズフィルタ追加構成図従来の誘導加熱調理器の構成図

符号の説明

４インバータ回路
５加熱コイル
６共振コンデンサ
７スイッチング素子
８駆動制御手段
９電圧検知手段
１０包絡線検知手段
１１電圧変化量検知手段
１１ａ微分回路
１２積分回路

Claims

加熱コイルと共振コンデンサとスイッチング素子を含むインバータ回路と、前記インバータ回路の前記スイッチング素子を駆動制御する駆動制御手段と、前記スイッチング素子の両端電圧を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段により検知した高周波電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段と、前記包絡線検知手段にて検知した電圧の変化量を検知する電圧変化量検知手段とを備え、前記電圧変化量検知手段にて前記スイッチング素子の両端電圧の変化量が所定値以上の場合に、前記駆動制御手段による前記スイッチング素子の駆動を第１の所定時間停止させる誘導加熱調理器。
加熱コイルと共振コンデンサとスイッチング素子を含むインバータ回路と、前記インバータ回路の前記スイッチング素子を駆動制御する駆動制御手段と、前記スイッチング素子の両端電圧を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段により検知した高周波電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段と、前記包絡線検知手段にて検知した電圧の変化量を検知する電圧変化量検知手段とを備え、前記電圧変化量検知手段にて前記スイッチング素子の両端電圧の変化量が所定値以上の場合に、前記駆動制御手段による前記スイッチング素子の駆動を第１の所定時間停止させるに替えて、オン時間を第２の所定時間まで短くして前記第１の所定時間継続させる誘導加熱調理器。
インバータ回路は電圧共振インバータとする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
電圧変化量検知手段は包絡線検知手段にて検知した電圧の傾きを検知する請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
電圧変化量検知手段による電圧の傾き検知を微分回路で構成する請求項４に記載の誘導加熱調理器。
微分回路の通過域周波数境界の下限をスイッチング素子の略発振周波数とする請求項５に記載の誘導加熱調理器。
電圧変化検知手段はスイッチング素子の発振周期毎の電圧差を検知する請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
電圧変化検知手段は積分回路によるノイズフィルタ構成を備えた請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。