JPH05258853A

JPH05258853A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JPH05258853A
Application number: JP5334892A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hattori; 憲二服部; Hirobumi Noma; 博文野間
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】インバータの電源整流器と共振回路を励起す
る半導体スイッチング素子の温度を応答性よく正確にモ
ニターし、前記素子を高熱による破壊もしくは劣化から
防止するための保護回路が動作して、インバータが停止
し調理できなくなるという機会を減ずることを目的とす
る。【構成】商用電源１３を整流する全波整流器１８と、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ２２と、サーミス
タ２７とを近接してアルミニウム製のベース２８上に載
置して接着し、エポキシ樹脂４２によって一体成形し、
全波整流器１８または絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ２２の温度を精度よくモニターするとともに、イン
バータの動作停止などの保護動作を開始する温度検知回
路２５ａの基準レベルを高温度側にシフトし、調理が不
可能となる機会の少ない誘導加熱調理器を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波磁界により負荷
鍋底に渦電流を誘起して加熱する誘導加熱調理器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、高周波磁界により負荷鍋底に渦電
流を誘起して加熱する誘導加熱調理器は、清潔で安全
で、高熱効率の調理手段として注目されている。高周波
磁界発生のために、インバータ回路を内蔵するタイプの
誘導加熱調理器が一般的で、そのインバータを励起する
半導体スイッチング素子は高耐圧、高許容電流のものが
使用され、しかもそのスイッチング損失を低減するため
にスイッチング速度が年々高速化されてきている。その
半導体スイッチング素子は低損失化が図られているが、
まだまだ損失が大きく冷却を必要とし、冷却システムが
故障した場合には半導体接合の温度上昇が激しく破壊し
てしまうので、温度センサを半導体スイッチング素子の
冷却フィン上に設けてモニターし、異常時にはインバー
タの動作を停止するような保護装置を設けている。

【０００３】従来、この種の誘導加熱調理器は図２に示
すように構成していた。以下、その構成について説明す
る。

【０００４】図に示すように、電源プラグ１から商用電
源１００Ｖを入力し全波整流器２により整流し、全波整
流器２の出力の正極電位はチョークコイル３を介してフ
ィルタコンデンサ４に接続され、全波整流器２の負極電
位はフィルタコンデンサ４の他端に直接接続されてい
る。フィルタコンデンサ４の正電位側端子は共振コンデ
ンサ５と加熱コイル６の並列回路を介してスイッチング
トランジスタ７のコレクタに接続されている。スイッチ
ングトランジスタ７の内部にはそのコレクタ、エミッタ
間に逆並列に接続されたフライホイールダイオードが内
蔵されている。スイッチングトランジスタ７のエミッタ
端子はフィルタコンデンサ４の負電位側端子に接続され
ている。スイチッングトランジスタ７のベース端子とエ
ミッタ端子は制御回路８に接続されている。制御回路８
には加熱スイッチ９が接続されている。全波整流器２と
スイッチングトランジスタ７はヒートシンク１０に取り
付けられ、冷却ファン１１がヒートシンク９の近傍に配
設されている。そして、サーミスタ１２はヒートシンク
１０の側面に固定され、制御回路８に接続されていた。

【０００５】上記構成において、電源プラグ１を商用電
源１００Ｖに接続すると全波整流器２により整流された
直流電圧がフィルタコンデンサ４の両端に印加される。
加熱スイッチ９を投入すると、制御回路８がスイッチン
グトランジスタ７のベースを駆動し、スイッチングトラ
ンジスタ７が導通と遮断を繰り返して、共振コンデンサ
５と加熱コイル６の共振回路を励起し、加熱コイル６に
約２５キロヘルツの高周波電流を供給する。フィルタコ
ンデンサ４は高周波電流をバイパスし低周波側への高周
波電圧の漏洩を防止する。チョークコイル３も同様に高
周波成分の濾波作用を行う。スイッチングトランジスタ
７と全波整流器２は電力損失による発熱で温度が上がる
が、ヒートシンク１０と冷却ファン１１の空冷作用によ
り温度上昇が所定のレベルに抑制される。サーミスタ１
２はヒートシンク１０の側面温度をモニターし、所定の
温度以上にその温度が上昇すると制御回路８がこれを検
知してスイッチングトランジスタ７の導通を禁止して、
加熱コイルへ６への高周波電流の供給を停止して全波整
流器２とスイッチングトランジスタ７が高温によって破
壊もしくは劣化するのを防止する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の誘導
加熱調理器では、全波整流器２とスイッチングトランジ
スタ７とサーミスタ１２が個々にモールドされてパッケ
ージングされ、離れた場所に固定されており、全波整流
器２内部の半導体素子（チップ）の接合温度とそのチッ
プがパッケージされた部品のケース温度との温度差、ス
イッチングトランジスタ７内部のトランジスタ素子（チ
ップ）やフライホイールダイオードチップの接合温度と
それらをパッケージしている部品ケース表面との温度
差、また前記の部品ケース表面とサーミスタ１２の温度
差、などが大きくなり、ばらつき易くなるのでサーミス
タ１２によって全波整流器２やスイッチングトランジス
タ７のチップの接合温度を精度よく、また応答性よくモ
ニターすることができなかった。

【０００７】また、前述の温度差は半導体素子の電力損
失、冷却ファン１１の風速などの冷却条件、組立時の取
り付け方などによりばらつくこと、またサーミスタ１２
の温度と抵抗値変化の相関特性、制御回路８の検知特性
などのばらつき要因、半導体素子の接合温度が一般的に
約１５０℃の上限値をもち、前述のばらつきの最悪条件
においてこの上限値を越えてはならないことなどを考慮
すると、サーミスタ１２の温度が上昇して制御回路８が
加熱コイル６への高周波電流の供給を停止するときのサ
ーミスタ１２の温度（以下、制御回路８の検知温度とい
う）を約９０℃といったきわめて低温度に設定しなけれ
ばならない。したがって、周囲温度が高く電力損失が多
いというような半導体素子の温度が高くなる条件下で、
サーミスタ１２と制御回路８の検知特性が低温度で検知
する方向にばらついたとき、調理中に異常でないのに制
御回路８の温度検知回路が動作してインバータが停止す
るという問題を有していた。さらに、全波整流器２とス
イッチングトランジスタ７とサーミスタ１２が個別にヒ
ートシンク９に取り付けられているので、組立に手間が
かかるという課題もあった。

【０００８】本発明は上記課題を解決するもので、全波
整流器と半導体スイッチング素子やフライホイールダイ
オードの接合部の温度を精度よくモニターし、接合部の
異常高温時に破壊や劣化するのを防止する機能を保持す
るとともに、温度センサの動作温度を高く設定できるよ
うにして、前述の異常温度上昇防止機能により加熱動作
が停止して調理できなくなる機会を減少させ、使い勝手
をよくすると同時に、組立性を良くすることを第１の目
的としている。

【０００９】また、上記第１の目的に加えて、全波整流
器と半導体スイッチング素子の接合温度が異常に上昇し
たとき、単に加熱動作を停止するだけではなく、接合温
度に応じて段階的に加熱出力を低下させることにより半
導体スイッチング素子の温度の上昇を抑制できる場合に
は、継続して使用できるようにして全く調理ができない
という不便さを解消し、さらに使い勝手をよくすること
を第２の目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記第１の目的
を達成するために、商用電源を整流する整流器と、加熱
コイルと、共振コンデンサと、前記加熱コイルと前記共
振コンデンサの共振回路を励起する半導体スイッチング
素子と、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制
御する制御回路とを含むインバータと、温度センサと、
前記温度センサの出力を入力し基準レベルと比較して前
記温度センサ部の温度を検知し前記制御回路に信号を出
力する温度検出手段とを備え、少なくとも前記整流器と
前記半導体スイッチング素子と前記温度センサを同一金
属ベースに載置し電気絶縁樹脂により一体成形する構成
としたことを第１の課題解決手段としている。

【００１１】また、上記第２の目的を達成するために、
上記第１の課題解決手段の温度検出手段は、温度センサ
温度に対応する複数の基準レベルを有し、前記温度セン
サの出力が前記複数の基準レベルの中の最高温度に対応
する基準レベルに達したときインバータの加熱を停止
し、前記温度センサの出力が前記複数の基準レベルのい
ずれかに到達しかつ前記最高温度に対応する基準レベル
に到達しない場合には前記半導体スイッチング素子の導
通時間を変更し、前記基準レベルに応じて前記インバー
タの出力を抑制する構成としたことを第２の課題解決手
段としている。

【００１２】

【作用】本発明は上記した第１の課題解決手段により、
少なくとも商用電源を整流する整流器、または共振コン
デンサと加熱コイルからなる共振回路を励起する半導体
スイッチング素子と、温度センサを同一金属ベース上に
電気絶縁樹脂にて一体成形する構成であるので、整流器
または半導体スイッチング素子と温度センサをきわめて
近接して配設することが可能で、また、金属ベースは熱
伝導率が大きいので、温度センサを整流器と半導体スイ
ッチング素子と温度センサ間の温度差を小さくすること
ができ、またその温度差のばらつきも小とすることがで
きる。

【００１３】また、第２の課題解決手段により、温度セ
ンサの出力信号を入力し温度センサの温度を検知する温
度検出手段が複数の基準レベルを有し、温度センサの出
力レベルが前記複数の基準レベルのいずれかに到達しか
つ前記複数の基準レベルの中の最高温度に対応する基準
レベルに達しない場合には、基準レベルに応じてインバ
ータの出力レベルを抑制するので、整流器または半導体
スイッチング素子が異常に高温になって破壊するのを防
止することができる。また、その場合に、加熱コイルへ
の高周波電流の供給を停止するものではなく、出力をあ
る程度抑制した状態で調理可能なので、調理が全くでき
ないといった機会を低減できる。また、基準レベルの最
高温度に対応する設定値に温度センサの出力が到達した
場合には加熱動作を停止するので、整流器や半導体スイ
ッチング素子の異常温度上昇による破壊、または信頼性
の低下に対する最終的な保護も可能とすることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照しなが
ら説明する。

【００１５】図に示すように、商用電源１３にフィルタ
コンデンサ１４を接続し、フィルタコイル１５とフィル
タコイル１６、そしてその後段にフィルタコンデンサ１
７を接続している。ダイオード１８ａ、１８ｂ、１８
ｃ、１８ｄは全波整流器１８を構成し、その交流入力端
子はフィルタコンデンサ１７の後段に接続され、直流出
力端子間にはフィルタコンデンサ１９が接続され、さら
に並列に加熱コイル２０と共振コンデンサ２１の並列回
路とダイオード２３（フライホイールダイオード）が逆
並列接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
（半導体スイッチング素子、以下、ＩＧＢＴという）２
２の直列接続体が接続されている。

【００１６】ＩＧＢＴ２２のゲートエミッタ間には駆動
回路２４の出力信号が入力され、駆動回路２４には制御
回路２５の出力端子が接続されている。加熱スイッチ２
６は制御回路２５に接続されている。制御回路２５には
マイクロコンピュータ、デジタルアナログ変換器などの
電子回路が組み込まれている。また、サーミスタ（温度
センサ）２７はＩＧＢＴ２２、駆動回路２４、整流器１
８の近傍に配置され、その端子を温度検知回路２５ａに
接続している。

【００１７】制御回路２５にはサーミスタ２７の抵抗値
Ｒを検知する温度検知回路２５ａが含まれており、サー
ミスタ２７の抵抗値Ｒ１（サーミスタ２７の温度９０゜C
のときの抵抗値）、Ｒ２（サーミスタ２７の温度１２０
゜Cのときの抵抗値）、Ｒ３（サーミスタ２７の温度１５
０゜Cのときの抵抗値）に対応して３段階の基準レベルを
設けており、抵抗値Ｒがその基準レベルに達するとその
レベルに応じてＩＧＢＴ２２のオン時間を可変したりオ
ンパルスの出力を禁止するようにしている。

【００１８】図１(a)において点線で囲った部品、すな
わちダイオード１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、駆動
回路２４、ダイオード２３、サーミスタ２７は、エポキ
シ樹脂などの電気絶縁樹脂にて一体に成形され、図１
(b)に示すように構成されている。なお、図１(b)におい
て、図１(a)に対応する部品には同符号を付与してい
る。図１(b)において、２８は約２ｍｍの厚さのアル
ミニウム製のベースで、上面が酸化膜で覆われている。
ダイオード１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとＩＧＢＴ
２２とダイオード２３は半導体チップで構成され、樹脂
製の薄い絶縁膜を介してベース２８の上部に接着されて
いる。ただし、ＩＧＢＴ２２とダイオード２３のチップ
は銅板２９を介してベース２８に接着されている。駆動
回路２４はまた樹脂製の薄膜上にチップ部品とパターン
化された配電線により構成されている。サーミスタ２７
はチップ化されて駆動回路２４に設けている。端子３０
〜４１は内部のチップまたは回路部とアルミ線のボンデ
ィングにより接続されている。端子３０、３１は全波整
流器１８の交流入力端子、端子３２はＩＧＢＴ２２のエ
ミッタ端子、端子３３はＩＧＢＴ２２のコレクタ端子、
端子３４は制御回路２５から駆動回路２４への入力端
子、端子３５、３６、３７、３８、３９は制御回路２５
にトリガタイミングなどの制御信号を与えるための出力
端子、端子４０、４１はサーミスタ２７の信号を温度検
知回路２５ａに送るための出力端子である。これらはす
べてエポキシ系の絶縁樹脂４２により一体成形されてい
る。

【００１９】以上のように構成された誘導加熱調理器に
ついてその動作を説明すると、加熱スイッチ２６を投入
すると、制御回路２５のマイクロコンピュータがこれを
検知し、駆動回路２４にＩＧＢＴ２４の駆動パルスを出
力し駆動回路２４はこの駆動パルスを増幅してＩＧＢＴ
２４を駆動し、約２００Ｗから約２０００Ｗの可変出力
を得ることができる。図のインバータは準Ｅ級電圧共振
型であり、加熱コイル２０と共振コンデンサ２１の共振
回路を約２０ないし４０キロヘルツの繰り返し周期でＩ
ＧＢＴ２２をオンオフすることにより励起し、インバー
タの出力はＩＧＢＴ２２の導通期間を可変することによ
り行なう。

【００２０】温度検知回路２５ａはサーミスタ２７の抵
抗値が前述のＲ１に達すると、制御回路２５から出力す
るＩＧＢＴ２２の駆動パルスの導通期間を短縮してイン
バータの出力を約１５００Ｗに低下させ、サーミスタ２
７の抵抗値がＲ２に達すると同様に１０００Ｗに抑制す
る。そして、抵抗値がＲ３に達するとインバータの動作
を停止する。なお、温度検知回路２５ａは温度検知回路
２５ａ内部の定電圧をサーミスタ２７と抵抗により分圧
し、その電圧を基準電圧と比較することによりサーミス
タ２８の抵抗値を判別する。

【００２１】以上のように本実施例によれば、ＩＧＢＴ
２２と駆動回路２４と全波整流器１８のチップとサーミ
スタ２７がエポキシ樹脂４２により一体成形される構成
であり、両者を近接して配置することが容易で、また熱
伝導性のよいアルミ製のベース２８上にサーミスタ２７
と前述の各素子を接着剤や半田付けなどにより固定し、
エポキシ樹脂４２で各素子を覆うので、サーミスタ２７
の温度とＩＧＢＴ２２、駆動回路２４、全波整流器１８
などの素子の温度差を小さくでき、その温度差がばらつ
くのを防止することができるので、サーミスタ２７によ
り前述の半導体素子の温度をきわめて感度よく正確にモ
ニターして保護することができる。

【００２２】また、上記のようにサーミスタ２７が、Ｉ
ＧＢＴ２２や全波整流器１８などの半導体素子温度を正
確にまた熱的に応答性良く検知するので、保護のためイ
ンバータの動作を停止するサーミスタ２７の温度を半導
体素子の熱的限界温度に近くつまり高くすることができ
る（実施例の場合には約１５０℃）。したがって、調理
中に、サーミスタ２７の温度を検知して制御回路２５の
保護回路が動作してインバータが停止したり、または、
出力を低下させたりする機会を少なくすることができ
る。

【００２３】また、制御回路２５をプリント配線板で構
成し、端子３０〜端子４１に対応する穴と接続用のパタ
ーンとランドをこのプリント配線板に配設しておけば、
図２に示す構成の部品をこのプリント配線板に挿入して
半田ディップすることにより容易に接続固定することが
可能となる。

【００２４】また、周囲温度が著しく上昇したとき、ま
たは何等かの原因でＩＧＢＴ２２が異常に高温になった
場合に、サーミスタ２７の温度に対応して出力を低下さ
せ、それらの温度を低下させる構成であるので、サーミ
スタ２７近傍にマウントされたＩＧＢＴ２２、全波整流
器１８、駆動回路２４などの信頼性を損なうことなく、
出力がある程度低下した状態で調理可能とすることがで
きるので、調理が全くできなくなるという不都合を解消
することができる。

【００２５】なお、上記実施例では、ベース２８はアル
ミ製としたが、熱伝導性の良い金属材料であればよい。
また、ＩＧＢＴ２２やダイオード２３などの半導体チッ
プは酸化膜により絶縁されたベース２８上に薄い樹脂製
の絶縁膜を介して接着したが、各素子とベース２８とを
回路的に絶縁する必要がなければ、各素子をベース２８
上に接着剤、半田付けなどにより直接固着しても構わな
い。逆に、サーミスタ２７と他の半導体素子との温度差
のばらつきを大幅に大きくするものでなければ他の導電
材料、絶縁材料をＩＧＢＴ２２や全波整流器１８の素
子、またはサーミスタ２７と、ベース２８の間に介在さ
せてもよい。また、エポキシ樹脂４２は、周囲を他の材
料で囲った枠の中に充填するようにしてもよい。また、
インバータは実施例のものに限らず、たとえば、ハーフ
ブリッジ構成であって、出力の制御は周波数制御、また
は周波数一定で導通比制御のものであってもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、少なくとも商用電源を整流する整流器と半導
体スイッチング素子と温度センサを同一金属ベース上に
電気絶縁樹脂により一体成形したから、整流器または半
導体スイッチング素子と温度センサとの温度差をきわめ
て小さくすることができ、より精度よく温度モニターを
することができ、前述の整流器または半導体スイッチン
グ素子の高温度による破壊や劣化を確実に防止すること
ができるとともに、温度センサが動作するレベルを高く
設定することが可能となり、加熱動作停止やその他の保
護動作により誘導加熱調理器の調理機能を制限する機会
を減ずることができる。また、複数の部品を一体化する
ので、本体組立時の部品点数が減少し、組立性を向上さ
せることができる。

【００２７】また、少なくとも商用電源を整流する整流
器と半導体スイッチング素子と同一金属ベース上に電気
絶縁樹脂により一体成形された温度センサを具備してい
るので精度よく整流器と半導体スイッチング素子の温度
をモニターできるとともに、この温度センサの信号を入
力する温度検出手段が、温度センサに対応する最低温度
から最高温度にわたる複数の基準レベルを有し、温度セ
ンサの出力レベルが最高温度に対応する基準レベルに達
したときインバータの加熱を停止し、温度センサの出力
レベルが前数の基準レベルの何れかに到達し、かつ最高
値温度に対応する基準レベルに到達しない場合には、半
導体スイッチング素子の導通時間を変更し、基準レベル
に応じてインバータの出力レベルを抑制することができ
るので、整流器または半導体スイッチング素子の温度が
上昇しても所定の最終限度値まで達しない限り段階的に
インバータの出力を低下でき、火力がある程度低下した
状態で調理が可能で、全く調理できないという不都合を
解消でき、また出力の調節により、整流器または半導体
スイッチング素子の温度上昇を抑制することができない
場合には、最終的にインバータの加熱動作を停止するの
で、整流器や半導体スイッチング素子の最終破壊を防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 本発明の一実施例の誘導加熱調理器の回路
ブロック図 (b) 同誘導加熱調理器の一体成形部品の斜視図

【図２】従来の誘導加熱調理器のインバータ部の斜視図

【符号の説明】

１３商用電源１８全波整流器（整流器）２０加熱コイル２１共振コンデンサ２２絶縁ゲート型バイポートランジスタ（半導体スイ
ッチング素子）２５制御回路２５ａ温度検知回路（温度検出手段）２７サーミスタ（温度センサ）２８ベース（金属ベース）４２エポキシ樹脂（電気絶縁樹脂）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源を整流する整流器と、加熱コイ
ルと、共振コンデンサと、前記加熱コイルと前記共振コ
ンデンサの共振回路を励起する半導体スイッチング素子
と、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制御す
る制御回路とを含むインバータと、温度センサと、前記
温度センサの出力を入力し基準レベルと比較して前記温
度センサの温度を検知し前記制御回路に信号を出力する
温度検出手段とを備え、少なくとも前記整流器と前記半
導体スイッチング素子と前記温度センサを同一金属ベー
スに載置し電気絶縁樹脂により一体成形する構成とした
誘導加熱調理器。
【請求項２】温度検出手段は、温度センサの温度に対
応する複数の基準レベルを有し、前記温度センサの出力
が前記複数の基準レベルの中の最高温度に対応する基準
レベルに達したときインバータの加熱を停止し、前記温
度センサの出力が前記複数の基準レベルのいずれかに到
達しかつ前記最高温度に対応する基準レベルに到達しな
い場合には半導体スイッチング素子の導通時間を変更
し、前記基準レベルに応じて前記インバータの出力を抑
制する構成とした請求項１記載の誘導加熱調理器。