JP5034426B2

JP5034426B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP5034426B2
Application number: JP2006278728A
Authority: JP
Inventors: 嘉朗石尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: JP2008099450A

Description

本発明は、誘導加熱調理器や、誘導加熱式の湯沸かし器、加湿器あるいはアイロン、エアコンなどのインバータ装置に関するものである。

従来使用されている誘導加熱調理器のインバータ装置は、そのスイッチング素子を冷却するためにヒートシンクと接続している（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１３５７７２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、スイッチング素子の制御方法として、力率改善回路のスイッチング素子はハードスイッチング制御され、インバータ回路のスイッチング素子はソフトスイッチング制御されている。このようにハードスイッチング制御とソフトスイッチング制御が混在している中で、スイッチング素子それぞれにヒートシンクが熱的に接続され、さらに冷却能力を向上させるため、電気的に絶縁することなく接続すると、ヒートシンク自体がスイッチング素子の高電位電圧（コレクタまたはドレイン電圧）と同じ電位となっている。それぞれのスイッチング素子が異なったスイッチング電圧値また周波数で動作することでヒートシンク自体がそれぞれノイズの発振源となってしまい、またスイッチング素子に接続される基板のパターンからのノイズの放射も大きくなってしまうため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、機器から放射される輻射ノイズが増大するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、ノイズの放射を抑制することができる信頼性の高いインバータ装置を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、商用電源整流後に接続され、少なくとも１つ以上のスイッチング素子によって力率を改善すると同時に商用電源電圧以上の電圧に昇圧する力率改善回路と、前記力率改善回路の出力に接続され、負荷に高周波電力を供給するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を有し、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子は、ソフトスイッチング制御され
それぞれ第１、第２のヒートシンクに熱的に結合し、前記力率改善回路の前記スイッチング素子は、ハードスイッチング制御され前記スイッチング素子に接続される基板のパターンとともにとともに第３のヒートシンクに熱的に結合して前記第３のヒートシンクの下に設置したものである。

これによって、特に、ハードスイッチング制御で動作するスイッチング素子とその基板に接続されるパターンをヒートシンク下に設置したため、ヒートシンクによるシールド効果によってノイズの放射が抑制され、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる信頼性の高いインバータ装置とすることができる。

本発明のインバータ装置は、ハードスイッチング制御で動作するスイッチング素子とその基板に接続されるパターンをヒートシンク下に設置したため、ヒートシンクによるシールド効果によってノイズの放射を抑制することができる信頼性の高いインバータ装置が提供できる。

第１の発明は、商用電源整流後に接続され、少なくとも１つ以上のスイッチング素子によって力率を改善すると同時に商用電源電圧以上の電圧に昇圧する力率改善回路と、前記力率改善回路の出力に接続され、負荷に高周波電力を供給するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を有し、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子は、ソフトスイッチング制御されそれぞれ第１、第２のヒートシンクに熱的に結合し、前記力率改善回路の前記スイッチング素子は、ハードスイッチング制御され前記スイッチング素子に接続される基板のパターンとともに第３のヒートシンクに熱的に結合して前記第３のヒートシンクの下に設置したことにより、ヒートシンクによるシールド効果によってノイズの放射が抑制されるため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる効果を有している。

第２の発明は、商用電源整流後に接続され、少なくとも１つ以上のスイッチング素子によって力率を改善すると同時に商用電源電圧以上の電圧に昇圧する力率改善回路と、前記力率改善回路の出力に接続され、負荷に高周波電力を供給するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を有し、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子は、ソフトスイッチング制御されそれぞれ第１、第２のヒートシンクに熱的に結合し、前記力率改善回路の前記スイッチング素子は、ハードスイッチング制御され前記スイッチング素子に接続される基板のパターンとともに電気的に絶縁された第３のヒートシンクの下に熱的に結合して設置したことにより、より一層、ノイズの放射を抑制することができる信頼性の高いインバータ装置が提供できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記第１のヒートシンクと前記第３のヒートシンクを一体化して同一のヒートシンクとし、このヒートシンクに前記インバータ回路の前記高電位側スイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子を熱的に結合させ、電気的には前記力率改善回路の前記スイッチング素子だけ絶縁するように接続することにより、ハードスイッチング制御によるノイズの放射が抑制されるため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記第２のヒートシンクと前記第３のヒートシンクを一体化して同一のヒートシンクとし、このヒートシンクに前記インバータ回路の前記低電位側スイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子
を熱的に結合させ、電気的には前記力率改善回路の前記スイッチング素子だけ絶縁するように接続することにより、ハードスイッチング制御によるノイズの放射が抑制されるため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記第１〜前記第３のヒートシンクを一体化して同一のヒートシンクとし、このヒートシンクに前記インバータ回路の前記高電位側、前記低電位側スイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子を熱的に結合させ、電気的には前記インバータ回路のどちらか一方のスイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子を絶縁するように接続することにより、ハードスイッチング制御によるノイズの放射が抑制されるため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

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ことはない。

（実施の形態）
図１、図２は、本発明の実施の形態におけるインバータ装置を備えた誘導加熱装置の回路構成を示すものである。

図１において、電源１は２００Ｖ商用電源であり、ダイオードブリッジからなる整流手段２と、第１の平滑コンデンサ３とチョークコイル４とダイオード５とＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子６と力率改善制御手段７からなる力率改善回路８によって商用電源を昇圧した直流に変換し、第２の平滑コンデンサ９に蓄電しつつ商用電源の力率を１に近くなるように制御を行う。

鍋などの負荷に高周波電力を供給するインバータ回路１０は、ハーフブリッジ回路を有し、高電位側スイッチング素子１１と低電位側スイッチング素子１２とを有している。高電位側スイッチング素子１１、低電位側スイッチング素子１２は冷却する目的でそれぞれ第１、第２のヒートシンク１３、１４に熱的に結合されている。また、高電位側スイッチング素子１１と低電位側スイッチング素子１２は制御手段１５で制御され、このインバータ回路１０により高周波に変換され、高周波磁界を加熱コイル１６に発生させる。

共振コンデンサ１７は、加熱コイル１６とともに直列の共振回路を構成している。さらにまた力率改善回路８のダイオード５とスイッチング素子６も冷却する目的で第３のヒートシンク１８に熱的に結合されている。冷却能力を向上させる目的と、スイッチング素子はそれぞれ異なった電位を有しているので、絶縁する目的のため、それぞれ独立してヒートシンクと接続されている。

スイッチング素子の制御方法としては、インバータ回路１０のスイッチング素子１１、１２についてはソフトスイッチング制御であり、力率改善回路８のスイッチング素子６についてはハードスイッチング制御となっている。図２（ａ）に示すように、ソフトスイッチング制御で動作しているスイッチング素子１１、１２については、スイッチング素子１１、１２を立てる構成でヒートシンク１３、１４と接続して基板面積を有効活用し、ハードスイッチング制御で動作しているスイッチング素子６は寝かせて第３のヒートシンク１８と接続している。つまり、図２（ｂ）に示すように、第３のヒートシンク１８の側面形状は逆Ｕ字状であり、その天井内面の下面に、スイッチング素子６とこれに接続されるパターンも設置する構成としている。また、第３のヒートシンク１８は、電気的に絶縁されたものである。

以上のように、本実施の形態においては、ハードスイッチング制御で動作しているスイ
ッチング素子６は寝かせてヒートシンク１８と接続させる、つまりヒートシンク１８の下面に設置することで、スイッチング素子６に接続される基板のパターンも第３のヒートシンク１８の下に潜り込む構成となることで、スイッチング素子６に接続されるパターンからのノイズの放射を抑制することができ、同基板の制御回路部に与えるノイズや、機器から放射される輻射ノイズを抑制することができる。

また、本実施の形態のハードスイッチング制御で動作するスイッチング素子６を電気的に絶縁させたヒートシンク１８に接続する構成をとることで、スイッチング素子６に接続されるパターンからのノイズの放射を抑制することに加え、ヒートシンク１８から放射されるノイズを抑制することができ、同基板の制御回路部に与えるノイズや、機器から放射される輻射ノイズを抑制することができる。

また、スイッチング素子６をヒートシンク１８の下面に設置することに加え、スイッチング素子６を電気的に絶縁させたヒートシンク１８に接続する構成をとることで、より一層、ノイズの放射を抑制することができる信頼性の高いインバータ装置が提供できる。

また、インバータ回路１０の高電位側スイッチング素子１１と力率改善回路８のスイッチング素子６を同一ヒートシンクに熱的に結合させ、電気的には力率改善回路８のスイッチング素子６だけ絶縁するように接続することにより、ハードスイッチング制御によるノイズの放射が抑制されるため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

また、インバータ回路１０の低電位側スイッチング素子１２と力率改善回路８のスイッチング素子６を同一ヒートシンクに熱的に結合させ、電気的には力率改善回路８のスイッチング素子６だけ絶縁するように接続することにより、ハードスイッチング制御によるノイズの放射が抑制されるため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

また、インバータ回路１０の高電位側、低電位側スイッチング素子１１、１２と力率改善回路８のスイッチング素子６を同一ヒートシンクに熱的に結合させ、電気的にはインバータ回路１０のどちらか一方のスイッチング素子と力率改善回路のスイッチング素子６を絶縁するように接続することにより、ハードスイッチング制御によるノイズの放射が抑制されるため、同基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

また、第３のヒートシンク１８を第１、２のヒートシンク１３、１４より投影面積で見て小さくすることにより、第３のヒートシンク１８の投影面積が小さくノイズの放射が抑制されるため、基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

また、第３のヒートシンク１８を第１、２のヒートシンク１３、１４より投影面積で見て大きくすることにより、第３のヒートシンク１８の放熱効果が大きく基板の制御回路部に与えるノイズや、放射される輻射ノイズの増大を防止できる。

上記した実施の形態の各構成は、必要に応じて適宜組み合わせて使用することができるものであり、実施の形態そのものの構成に限定されるものではない。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、ノイズの放射を抑制することができる信頼性の高いインバータ装置が提供できるので、誘導加熱調理器や、誘導加熱式の湯沸
かし器、加湿器あるいはアイロン、エアコンなどのインバータ装置に適用できる。

本発明の実施の形態におけるインバータ装置の回路構成図（ａ）同インバータ装置のインバータ回路における高電位側、低電位側のスイッチング素子をヒートシンクに取り付けた状態を示す側面図（ｂ）同インバータ装置の力率改善回路におけるスイッチング素子をヒートシンクに取り付けた状態を一部きり欠いて示す平面図

１商用電源
５ダイオード
６スイッチング素子
８力率改善回路
１０インバータ回路
１１高電位側スイッチング素子
１２低電位側スイッチング素子
１３第１のヒートシンク
１４第２のヒートシンク
１８第３のヒートシンク

Claims

商用電源整流後に接続され、少なくとも１つ以上のスイッチング素子によって力率を改善すると同時に商用電源電圧以上の電圧に昇圧する力率改善回路と、前記力率改善回路の出力に接続され、負荷に高周波電力を供給するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を有し、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子は、ソフトスイッチング制御されそれぞれ第１、第２のヒートシンクに熱的に結合し、前記力率改善回路の前記スイッチング素子は、ハードスイッチング制御され前記スイッチング素子に接続される基板のパターンとともに第３のヒートシンクに熱的に結合して前記第３のヒートシンクの下に設置したインバータ装置。
商用電源整流後に接続され、少なくとも１つ以上のスイッチング素子によって力率を改善すると同時に商用電源電圧以上の電圧に昇圧する力率改善回路と、前記力率改善回路の出力に接続され、負荷に高周波電力を供給するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を有し、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子は、ソフトスイッチング制御されそれぞれ第１、第２のヒートシンクに熱的に結合し、前記力率改善回路の前記スイッチング素子は、ハードスイッチング制御され前記スイッチング素子に接続される基板のパターンとともに電気的に絶縁された第３のヒートシンクの下に熱的に結合して設置したインバータ装置。
前記第１のヒートシンクと前記第３のヒートシンクを一体化して同一のヒートシンクとし、このヒートシンクに前記インバータ回路の前記高電位側スイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子を熱的に結合させ、電気的には前記力率改善回路の前記スイッチング素子のみを絶縁するように接続した請求項１または２に記載のインバータ装置。
前記第２のヒートシンクと前記第３のヒートシンクを一体化して同一のヒートシンクとし、このヒートシンクに前記インバータ回路の前記低電位側スイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子を熱的に結合させ、電気的には前記力率改善回路の前記ス
イッチング素子のみを絶縁するように接続した請求項１または２に記載のインバータ装置。
前記第１〜前記第３のヒートシンクを一体化して同一のヒートシンクとし、このヒートシンクに前記インバータ回路の前記高電位側、前記低電位側スイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子を熱的に結合させ、電気的には前記インバータ回路のどちらか一方のスイッチング素子と前記力率改善回路の前記スイッチング素子を絶縁するように接続した請求項１または２に記載のインバータ装置。