JPH05242962A - 電子レンジ用高周波電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動制御回路を用いることなく起動時のマグ
ネトロンへの印加電圧を抑制できる、電流共振型ハーフ
ブリッジ回路を用いた電子レンジ用高周波電源装置を提
供する。 【構成】 第１及び第２のスイッチング素子６ａ，６ｂ
の直列回路，第１及び第２の共振用コンデンサ８ａ，８
ｂの直列回路，２次巻線９ｂがマグネトロン１０に接続
された高周波トランス９により電流共振型ハーフブリッ
ジ回路５を構成し、トランス９の１次巻線９ａを流れる
電流による電圧と基準電圧との差に相当する誤差電圧を
誤差増幅器２１より出力すると共に、この誤差電圧に比
例する周波数のスイッチング信号を共振コントローラ２
９及びドライバ３０より出力するように構成し、かつ、
誤差増幅器２１をトランス９の１次電流がほぼ零の時に
最大周波数のスイッチング信号を発生させる誤差電圧を
出力するように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジ用高周波電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子レンジ用電源装置において
は、トランスの小型化等を目的として、商用電源より得
られた直流電源をインバータにより商用周波数より高い
高周波電力に変換し、この高周波出力をトランスにて昇
圧してマグネトロンに供給するようにしたものがある。

【０００３】例えば図４は電圧共振型インバータ回路を
用いた電子レンジ用高周波電源装置を示したものであ
る。

【０００４】これは、商用電源（ＡＣ１００Ｖ）ａより
ダイオードブリッジ整流回路ｂ及び平滑用コンデンサｃ
を通して直流電源を形成し、高周波トランスｄの１次巻
線ｄ₁ に直列に設けられたスイッチング素子ｅをオンオ
フすることにより前記直流電源を高周波化してトランス
ｄの１次巻線ｄ₁ に供給し、トランスｄの２次巻線ｄ₂
より出力された高周波高電圧をコンデンサｆ及びダイオ
ードｇよりなる半波倍電圧整流回路にて直流高電圧に変
換してこれをマグネトロンｈに供給する構成であり、ス
イッチング素子ｅのオフ期間にコイルｉ，１次巻線ｄ₁
及び共振用コンデンサｊの回路で共振させ、スイッチン
グ素子ｅにかかる電圧を低減するようにしている。な
お、ｋは帰還用ダイオード、ｄ₃ はトランスｄの２次側
に設けられマグネトロンｈのフィラメントに電流を供給
するヒータ巻線である。

【０００５】この高周波電源装置における出力制御は、
スイッチング素子ｅのオフ時間をほぼ一定としてオン時
間を変化させることによるスイッチング周波数の変化で
なされ、周波数が高いほどオン時間が短かくなり、出力
が低くなる。

【０００６】ところで、通常、マグネトロンは、起動時
にトランスの２次巻線よりアノード，カソード間に高電
圧が印加され、同時にヒータ巻線よりフィラメントに電
流が流れる。そして、フィラメントよりマグネトロンが
発振するに十分な熱電子が放出されて初めて発振を開始
する。

【０００７】このため、電子レンジの起動開始からマグ
ネトロンの発振開始までの間は、マグネトロンの耐圧を
考慮し、マグネトロンへの印加電圧を抑制する必要があ
る。

【０００８】前述した電圧共振型の高周波電源装置の場
合、起動時のマグネトロンｈへの印加電圧抑制は、起動
制御回路により起動時のスイッチング周波数を高くつま
り低出力に設定することにより行われ、マグネトロンｈ
の発振検知後あるいはマグネトロンｈが発振を開始する
に十分な一定時間後に起動制御回路による制御を解除
し、その後、出力制御回路により設定出力に従った周波
数制御に移行するようにしている。

【０００９】一方、最近では、電子レンジのような調理
器の大量化や高速化のために２００Ｖの商用電源を用い
ることが提案されている。しかしながら、前述した電圧
共振型インバータ回路の入力電圧が２００Ｖになると、
非常に大きな耐圧を有するスイッチング素子が必要とな
る。

【００１０】すなわち、図４で示した電源装置の場合、
商用電源の電圧変動がそのまま共振電圧の変動として表
われるため、スイッチング素子としてこのような共振電
圧の変動を見越した大きな耐圧のスイッチング素子を用
いる必要がある。例えば入力電圧１００Ｖに対しスイッ
チング素子には定格入力時に約６００Ｖの共振電圧が印
加されるため、共振電圧の変動を見込んで９００Ｖの定
格を有するスイッチング素子が用いられる。

【００１１】したがって、入力電圧が２００Ｖになる
と、１８００Ｖ程度の定格を有するスイッチング素子が
必要になり、このような耐圧を有するスイッチング素子
は未だ実用化されていない。

【００１２】そこで、２つのスイッチング素子の直列回
路を用い、この回路と２つの共振用コンデンサの直列回
路とを直流電源に接続し、両スイッチング素子の接続点
と両共振用コンデンサの接続点との間にトランスの１次
巻線を接続していわゆる電流共振型ハーフブリッジ回路
を構成し、これを電子レンジ用高周波電源装置として用
いることが考えられ、入力電圧として２００Ｖを用いた
場合でも既存のスイッチング素子を採用することができ
る。

【００１３】このハーフブリッジ回路は、２つのスイッ
チング素子を交互にオンして駆動され、その出力制御
は、それぞれのスイッチング素子のオン時間を一定とし
オフ時間を変化させることによるスイッチング周波数の
変化でなされ、スイッチング周波数が高いほど出力は大
きくなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した電
流共振型ハーフブリッジ回路を用いた電源装置において
も、起動時にマグネトロンへの印加電圧を抑制する必要
がある。

【００１５】この際、前記電圧共振型インバータ回路の
場合と同様に、起動時のスイッチング周波数の設定及び
マグネトロン発振後の起動解除といった起動制御を行う
ことも考えられるが、出力制御回路とは別に起動制御回
路が必要になり、回路構成が複雑になるといった問題が
ある。

【００１６】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に留意してなされたものであり、その目的とする
ところは、電流共振型ハーフブリッジ回路を用いた場合
に、起動時のマグネトロンへの印加電圧抑制を起動制御
回路を用いることなく実施できる電子レンジ用高周波電
源装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の電子レンジ用高周波電源装置においては、
商用電源によって駆動され、第１及び第２のスイッチン
グ素子の直列回路と，この直列回路に並列接続された第
１及び第２の共振用コンデンサの直列回路と，両スイッ
チング素子の接続点と両共振用コンデンサの接続点との
間に接続された１次巻線及びマグネトロンに電圧を供給
する２次巻線を有する高結合度の高周波トランスとを含
む電流共振型ハーフブリッジ回路と、トランスの１次巻
線に流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検
出手段の検出電流によって得た電圧とマグネトロンの出
力設定によって決定された基準電圧との差に相当する誤
差電圧を出力する誤差電圧出力手段と、この誤差電圧に
比例する周波数で両スイッチング素子を交互にオンする
スイッチング信号を発生するスイッチング信号発生手段
とを備え、誤差電圧出力手段を電流検出手段の検出電流
がほぼ零の時にスイッチング信号発生手段より両スイッ
チング素子のスイッチング周波数範囲における最大周波
数のスイッチング信号を発生させる誤差電圧を出力する
よう設定したものである。

【００１８】

【作用】電流共振型ハーフブリッジ回路は、２つのスイ
ッチング素子を交互にオンさせ、どちらかのスイッチン
グ素子がオンしている期間に共振用コンデンサと高周波
トランスのインダクタンスとによる共振ループが構成さ
れる。

【００１９】起動時においては、マグネトロンが導通し
ていないため、共振用インダクタンスとして高周波トラ
ンスの１次巻線によるインダクタンスが支配的となり、
１次巻線に流れる電流は非常に小さくほとんど零とな
り、したがって、電流検出手段の検出電流が電圧に変換
されて入力される誤差電圧出力手段からは大きな誤差電
圧が出力され、スイッチング信号発生手段よりスイッチ
ング周波数範囲における最大周波数のスイッチング信号
が出力される。

【００２０】この起動時にあっては、通常の出力制御時
とは異なり、スイッチング周波数が大きくなる程マグネ
トロンのアノード，カソード間の印加電圧が小さくなる
特性を有するため、両スイッチング素子が最大周波数で
スイッチングすることによりマグネトロンへの印加電圧
が抑制される。

【００２１】その後、マグネトロンが導通すると、共振
インダクタンスとしてトランスの洩れインダクタンスが
支配的となり、共振電流が大きくなり、これが電流検出
手段により検出されてこれに相当する電圧が誤差電圧出
力手段に送られ、基準電圧に応じた値まで誤差電圧が下
がり、設定出力に応じた周波数で両スイッチング素子の
スイッチングが行われ、通常の出力制御に自動的に移
る。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例につき、図１ないし図３を用
いて説明する。図１は回路構成を示し、１はＡＣ２００
Ｖ出力の商用電源であり、この交流出力がダイオードブ
リッジ整流回路２により全波整流されると共に、チョー
クコイル３と平滑コンデンサ４とで構成するフィルタを
通して平滑化され、このようにして形成された直流電源
が電流共振型ハーフブリッジ回路５に供給される。

【００２３】このハーフブリッジ回路５は、直列接続さ
れた２つのスイッチング素子６ａ，６ｂと、両スイッチ
ング素子６ａ，６ｂにそれぞれ並列接続された帰還用ダ
イオード７ａ，７ｂと、直列接続された２つの共振用コ
ンデンサ８ａ，８ｂと、高結合度を持つ高周波トランス
９とを用いて構成され、スイッチング素子６ａ，６ｂの
直列回路と共振用コンデンサ８ａ，８ｂの直列回路とが
並列接続され、これに前記直流電源が供給されると共
に、両スイッチング素子６ａ，６ｂの接続点と両共振用
コンデンサ８ａ，８ｂの接続点との間にトランス９の１
次巻線９ａが接続されている。

【００２４】また、トランス９の１次巻線９ｂには、マ
グネトロン１０に直流高電圧を供給するためのダイオー
ド１１，１２及びコンデンサ１４，１５からなる倍電圧
整流平滑回路が接続され、トランス９の２次側にマグネ
トロン１０のフィラメントに電流を供給するヒータ巻線
９ｃが設けられている。

【００２５】１５はトランス９の１次巻線９ａに流れる
電流（共振電流）を検出する電流検出手段としての電流
センサであり、この検出電流は出力制御回路１６に入力
され、抵抗１７により検出電流に応じた電圧に変換され
ると共に、ダイオードブリッジ整流回路１８で全波整流
され、さらに、コンデンサ１９と抵抗２０とによる平均
化回路で平均化され、共振電流フィードバック回路の出
力となる。

【００２６】２１は前記平均化回路より得られた電圧と
マグネトロン１０の出力設定により変化する直流電源２
２からの基準電圧との差に相当する誤差電圧を出力する
誤差増幅器であり、オペアンプ２３，入力抵抗２４及び
帰還抵抗２５により構成され、誤差増幅器２１からの誤
差電圧が出力抵抗２６を通り、コンデンサ２７，抵抗２
８により安定化されて出力される。

【００２７】２９は入力された誤差電圧に比例した周波
数，すなわちそれぞれのスイッチング素子６ａ，６ｂの
オン時間を一定としオフ時間を変化させることによって
変化するスイッチング周波数の信号を出力するＶ−ｆ変
換共振コントローラであり、入力電圧と出力周波数とが
図３のＶ−ｆ変換特性のように設定され、最小周波数及
び最大周波数が規定されている。

【００２８】３０は共振コントローラ２９からの周波数
信号に従って両スイッチング素子６ａ，６ｂを交互にオ
ンオフさせるスイッチング信号を抵抗３１ａ，３１ｂを
介して両スイッチング素子６ａ，６ｂのゲートに出力す
るドライバである。

【００２９】ここで、前記スイッチング信号のオン時間
（一定）は、高周波トランス９の漏洩インダスタンスと
共振コンデンサ８ａ，８ｂ及び平滑用コンデンサ４の合
成共振コンデンサ容量とからなるＬＣ共振周波数に合わ
せたパルス幅に設定されている。

【００３０】また、高周波電源の起動時におけるスイッ
チング素子６ａ，６ｂのスイッチング周波数とマグネト
ロン１０のアノード，カソード間への印加電圧との関係
は、図２のような特性になることが実験により確められ
ている。したがって、起動時のスイッチング周波数を共
振コントローラ２９で設定されている最大値とすればマ
グネトロン１０への印加電圧が抑制されることがわか
る。

【００３１】そして、前記誤差増幅器２１では、電流セ
ンサ１５の検出電流がほぼ零の場合、すなわち共振電流
フィードバック回路からの入力電圧がほぼ零の場合、コ
ントローラ２９に出力する誤差電圧が図３に示す最大周
波数の時の入力電圧Ｖ_max より大きくなるよう、基準電
圧の下限値及び両抵抗２４，２５による増幅率が設定さ
れているものである。

【００３２】このような構成の高周波電源装置にあって
は、両スイッチング素子６ａ，６ｂを交互にオンオフさ
せることにより、どちらかのスイッチング素子６ａ，６
ｂがオンしている期間に共振用コンデンサ８ａ，８ｂと
高周波トランス９のインダクタンスとによる共振ループ
が構成される。起動時では、マグネトロン１０は非導通
状態であり、共振用インダクタンスとして高周波トラン
ス９の１次インダクタンスが支配的となる。

【００３３】ここで、高周波トランス９は前述したよう
に高結合度を有しており、漏洩インダクタンスは１次イ
ンダクタンスに比べはるかに小さくなっている。したが
って、この漏洩インダクタンスと合成共振コンデンサ容
量とでオンパルス幅が設定されたスイッチング信号によ
り１次インダクタンスと共振コンデンサ８ａ，８ｂとで
共振する起動時においては、１次巻線９ａに流れる共振
電流は非常に小さくなり、共振電流フィードバック回路
からの出力はほとんど零になる。

【００３４】このため、誤差増幅器２１からの誤差電圧
は、図３の入力電圧Ｖ_max より高い電圧となり、共振コ
ントローラ２９及びドライバ３０により両スイッチング
素子６ａ，６ｂが最大周波数でスイッチング動作を行う
ことになり、マグネトロン１０への印加電圧が抑制され
る。

【００３５】次に、マグネトロン１０が導通（発振）す
ると、共振に寄与するインダクタンスとしてトランス９
の漏洩インダクタンスが支配的となり、大きな共振電流
が１次巻線９ａに流れるようになる。

【００３６】したがって、この共振電流に相当する電圧
が整流，平均化して入力された誤差増幅器２１では、出
力設定によって決まる基準電圧に応じた値にまで誤差電
圧が下がり、共振コントローラ２９及びドライバ３０を
介して両スイッチング素子６ａ，６ｂが設定出力に応じ
た周波数でスイッチングされ、通常の出力制御動作に自
動的に移る。

【００３７】このように、出力制御回路１６における誤
差増幅器２１の回路定数が、高周波トランス９の１次電
流がほぼ零の時に共振コントローラ２９の出力周波数を
最大値にさせるような誤差電圧を出力するように設定さ
れるため、電流共振型ハーフブリッジ回路５を用いた場
合でも起動時のマグネトロン１０への印加電圧を確実に
抑制することができ、しかも、この起動制御機能を通常
の出力制御回路１６に合わせ持たせることができ、従来
のような起動制御回路が不要になるものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、つぎに記載する効果を奏する。高周波トラ
ンスの１次電流による電圧と基準電圧との差に相当する
誤差電圧を出力してこの誤差電圧に比例する周波数で電
流共振型ハーフブリッジ回路の両スイッチング素子を交
互にスイッチングさせるように構成した上で、前記誤差
電圧を出力する誤差電圧出力手段を、トランスの１次電
流がほぼ零の時に両スイッチング素子をそのスイッチン
グ周波数範囲における最大周波数でスイッチングさせる
ための誤差電圧を出力するように設定し、起動時におけ
るマグネトロンへの印加電圧を抑制できるようにしたた
め、通常の出力制御回路に起動制御機能を合わせ持たせ
ることができ、従来のような起動制御回路が不要にな
り、回路の簡略化が実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子レンジ用高周波電源装置の実
施例を示す回路図である。

【図２】図１の回路における起動時のスイッチング素子
のスイッチング周波数とマグネトロン印加電圧との関係
図である。

【図３】Ｖ−ｆ変換共振コントローラの入力電圧と出力
周波数との関係図である。

【図４】従来の電圧共振型インバータ回路を用いた電子
レンジ用高周波電源装置の回路図である。

【符号の説明】

１ 商用電源 ５ 電流共振型ハーフブリッジ回路 ６ａ，６ｂ スイッチング素子 ８ａ，８ｂ 共振用コンデンサ ９ 高周波トランス １０ マグネトロン １５ 電流センサ ２１ 誤差増幅器 ２９ Ｖ−ｆ変換共振コントローラ ３０ ドライバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源によって駆動され、第１及び第
   ２のスイッチング素子の直列回路と，該直列回路に並列
   接続された第１及び第２の共振用コンデンサの直列回路
   と，前記両スイッチング素子の接続点と前記両共振用コ
   ンデンサの接続点との間に接続された１次巻線及びマグ
   ネトロンに電圧を供給する２次巻線を有する高結合度の
   高周波トランスとを含む電流共振型ハーフブリッジ回路
   と、 前記１次巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、 前記電流検出手段の検出電流によって得た電圧と前記マ
   グネトロンの出力設定によって決定された基準電圧との
   差に相当する誤差電圧を出力する誤差電圧出力手段と、 前記誤差電圧に比例する周波数で前記両スイッチング素
   子を交互にオンするスイッチング信号を発生するスイッ
   チング信号発生手段とを備え、 前記誤差電圧出力手段は、前記電流検出手段の検出電流
   がほぼ零の時に前記スイッチング信号発生手段より前記
   両スイッチング素子のスイッチング周波数範囲における
   最大周波数のスイッチング信号を発生させる誤差電圧を
   出力することを特徴とする電子レンジ用高周波電源装
   置。