JP2006331964A - 誘導加熱装置 - Google Patents
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Abstract
異なる材質の被加熱物に対し所望の電力を効率良く供給できるインバータ方式の電磁誘導加熱装置を提供すること。
【解決手段】
本発明の誘導加熱装置は、被加熱物を含む共振負荷回路と、直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に電力を供給するインバータとを備え、該インバータは直列に接続される少なくとも2個のスイッチング素子で構成される上下アームを有し、直流電源に接続されるインダクタと、このインダクタの他方の接続点を切り替えるスイッチを備え、被加熱物の材質に合わせて前記スイッチを切り替える。
【選択図】図1
Description
IGBT103がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると共振電流ILの極性が負から正に変わり、平滑コンデンサ115からIGBT103、加熱コイル111、共振コンデンサ112の経路で共振電流IL111 が流れる。
次にIGBT103がターンオフすると、共振電流IL111 は正の極性を有しており、この電流は上アームのスナバコンデンサ109を充電、下アームのスナバコンデンサ110を放電し、d点の電圧Vdは徐々に低下する。その後、ダイオード106に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、ダイオード106の経路で流れ続ける。
次にIGBT104がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流IL111 の極性が正から負に変わり、共振コンデンサ112、加熱コイル111、IGBT104の経路で共振電流IL111 が流れる。このとき、IGBT104はダイオード106に電流が流れている期間中にゲート電圧をオンにしておくため、スイッチング損失の発生しないZCS(ゼロ電流スイッチング)、ZVS(ゼロボルトスイッチング)ターンオンが実現する。
次にIGBT104がターンオフすると、共振電流IL111 は負の極性を有しており、この電流は下アームのスナバコンデンサ110を充電、上アームのスナバコンデンサ109を放電し、d点の電圧Vdは徐々に上昇する。その後、ダイオード105に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、ダイオード105、平滑コンデンサ115の経路で流れ続ける。
IGBT103がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると共振電流IL111の極性が負から正に変わり、平滑コンデンサ115からIGBT103、加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114の経路で共振電流IL111が流れる。
次にIGBT103がターンオフすると、共振電流IL111 は正の極性を有しており、この電流は上アームのスナバコンデンサ109を充電、下アームのスナバコンデンサ110を放電し、d点の電圧Vdは徐々に低下する。その後、ダイオード106に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114、ダイオード106の経路で流れ続ける。
次にIGBT104がターンオンし加熱コイル111の蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流IL111 の極性が正から負に変わり、共振コンデンサ112、113、リレー114、加熱コイル111、IGBT104の経路で共振電流IL111 が流れる。さらに電源回路101からチョークコイル102、リレー108を介してIGBT104に電流IL102 が流れ、チョークコイル102にエネルギーを蓄積する。このため、IGBT104には共振電流ILと入力電流が足し合わされた電流が流れることになる。このとき、IGBT104はダイオード106に電流が流れている期間中にゲート電圧をオンにしておくため、スイッチング損失の発生しないZCS、ZVSターンオンが実現する。
次にIGBT104がターンオフすると、共振電流IL111 は負の極性を有しており、この電流は下アームのスナバコンデンサ110を充電、上アームのスナバコンデンサ109を放電し、d点の電圧Vdは徐々に上昇する。その後、ダイオード105に順方向の電圧が印加されると共振電流IL111 は環流電流として加熱コイル111、共振コンデンサ112、113、リレー114、平滑コンデンサ115の経路で流れ続ける。さらにチョークコイル102の蓄積エネルギーがダイオード105、平滑コンデンサ115、電源回路101の経路に電流が流れ平滑コンデンサ115の電圧が電源回路101の電圧より上昇する。このときの昇圧電圧はIGBT104のdutyにより決定され、(数1)式のように表される。
Claims (9)
- 被加熱物を含む共振負荷回路と、直流電源の直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に電力を供給するインバータとを備え、該インバータが直列に接続される少なくとも2個の半導体スイッチング素子で構成される上下アームを有する誘導加熱装置において、
前記直流電源に直列に接続する第1のインダクタを備え、該第1のインダクタが一端を前記直流電源側に接続し、他端を接続点を切替えるスイッチを介して前記インバータに接続し、被加熱物の材質に応じて前記スイッチを切り替えることを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1に記載の誘導加熱装置において、
前記第1のインダクタの他端に接続された前記スイッチを少なくとも2つ以上備え、前記スイッチの一方は前記上下アームの上アームに接続され、前記スイッチの他方は前記上下アームの下アームに接続され、
前記上下アームのスイッチング素子が、逆並列にダイオードを接続したパワー半導体スイッチング素子であって、
前記上下アームの出力端子に、加熱コイルと第1の共振コンデンサにより構成される第1の共振負荷回路を接続し、
前記第1の共振コンデンサと並列に、第2の共振コンデンサとスイッチとの直列回路を接続したことを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項2に記載の誘導加熱装置において、
前記上アームに接続された一方のスイッチが第1のダイオードであることを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1から請求項3の何れかに記載の電磁誘導加熱装置において、
前記誘導加熱装置が、商用交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路からの出力に基づいて任意の直流電圧を生成する第1の電源回路とを備え、
該第1の電源回路は、半導体スイッチング素子と、第2のインダクタと、コンデンサ及び第2のダイオードとを備え、前記半導体スイッチング素子のオン時間デューティを変化させて任意の直流電圧を生成することを特徴とする電磁誘導加熱装置。 - 請求項1から請求項4の何れかに記載の電磁誘導加熱装置において、
前記第1の電源回路からの出力に基づいて任意の直流電圧を生成する第2の電源回路を備え、該第2の電源回路は、半導体スイッチング素子とコンデンサとインダクタとダイオードとを備え、前記第2の電源回路の半導体スイッチング素子のオン時間デューティを変化させて任意の直流電圧を生成することを特徴とする電磁誘導加熱装置。 - 請求項2から請求項5の何れかに記載の誘導加熱装置において、
前記ダイオードと前記半導体スイッチング素子とがワイドバンドギャップ半導体デバイスであることを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項1から請求項6の何れかに記載の誘導加熱装置において、
前記上下アームの半導体スイッチング素子は、並列に接続したスナバコンデンサを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。 - 請求項7に記載の誘導加熱装置において、
前記上下アームから前記スナバコンデンサを切り離すスイッチ手段を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱装置。 - 請求項6に記載の誘導加熱装置において、
前記誘導加熱装置のトッププレート下部に、ロースターを配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
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