(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱装置の制御装置において、複雑な集積回路を用いることなく安価な論理回路等を用いて２つのスイッチング素子を交互に駆動させるようにする。【解決手段】電磁誘導加熱装置の制御装置は、制御回路４０のマイコンから電位Ｈを前記時間ｔ０から前記時間ｔ１まで印可されて電位Ｌを時間ｔ１から時間ｔ４まで印可される第１信号と、電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ２まで印可されて電位Ｌを時間ｔ２〜時間ｔ４まで印可される第２信号と、電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ３まで印可されて電位Ｌを時間ｔ３から時間ｔ４まで印可される第３信号とを出力し、制御回路４０のマイコンから出力される第１信号が時間ｔ０から時間ｔ１まで電位Ｈであることに基づいて時間ｔ０から時間ｔ１までスイッチング素子１７をオンさせる第１制御信号とし、論理和回路５５ａから出力される論理和信号が時間ｔ２から時間ｔ３まで電位Ｌであることに基づいて時間ｔ２から時間ｔ３までスイッチング素子１８をオンさせる第２制御信号とした。【選択図】図２
2010153134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振コンデンサと、前記共振コンデンサとともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、２つのスイッチング素子を備えてこの２つのスイッチング素子を交互にオンさせることで前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するハーフブリッジ形のインバータ回路とを備えた電磁誘導加熱装置を制御する制御装置であって、
前記２つスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子をオンさせるための第１制御信号と、前記一方のスイッチング素子がオンし終えた後に他方のスイッチング素子をオンさせるための第２制御信号とが時間ｔ０〜時間ｔ４よりなる周期時間Ｔ毎に入力されることで前記２つスイッチング素子に交互にオンさせる駆動信号を各々に出力する駆動回路と、
第１電位と第２電位とをとる２値信号よりなり前記第１電位を前記時間ｔ０から前記時間ｔ１まで印可されて前記第２電位を前記時間ｔ１から前記時間ｔ４まで印可される第１信号と、前記２値信号よりなり前記第１電位を前記時間ｔ０から前記時間ｔ２まで印可されて前記第２電位を前記時間ｔ２〜前記時間ｔ４まで印可される第２信号と、前記２値信号よりなり前記第１電位を前記時間ｔ０から前記時間ｔ３まで印可されて前記第２電位を前記時間ｔ３から前記時間ｔ４まで印可される第３信号とを出力するマイコンを備えた制御回路と、
前記制御回路から出力される第３信号を反転して出力する反転器と、
前記制御回路から出力される第２信号と前記反転器から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路とを備え、
前記制御回路から出力される前記第１信号が前記時間ｔ０から前記時間ｔ１まで前記第１電位であることに基づいて前記時間ｔ０から前記時間ｔ１までオンさせる前記第１制御信号とし、
前記論理和回路から出力される論理和信号が前記時間ｔ２から前記時間ｔ３まで前記第２電位であることに基づいて前記時間ｔ２から時間ｔ３までオンさせる前記第２制御信号としたことを特徴とする電磁誘導加熱装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁誘導加熱装置の制御装置において、前記制御回路と前記反転器との間には前記第３信号を遅延させて出力する遅延回路とこの遅延回路から出力された信号を整形して前記反転器に出力する整形回路とを備えたことを特徴とする電磁誘導加熱装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電磁誘導加熱装置の制御装置において、前記第１〜第３信号は前記制御回路のマイコンのクロックからつくられた信号であることを特徴とする電磁誘導加熱装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、共振コンデンサと、共振コンデンサとともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、２つのスイッチング素子を備えてこの２つのスイッチング素子を交互にオンさせることで誘導加熱コイルに高周波電流を供給するハーフブリッジ形のインバータ回路とを備えた電磁誘導加熱装置を制御する制御装置が開示されている。この制御装置は、２つスイッチング素子を各々駆動させる駆動信号を出力するインバータ駆動回路を備え、インバータ駆動回路には、制御演算回路から２つスイッチング素子を交互にオンさせる制御信号が所定の周期時間毎に入力されることで２つスイッチング素子に交互にオンさせる駆動信号を各々出力している。
【特許文献１】特開２００４−２５３２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の電磁誘導加熱装置の制御装置においては、インバータ駆動回路から各スイッチング素子に出力される各駆動信号は２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚと高速であり、誘導加熱コイルの出力を変えるためにはインバータ駆動回路から各スイッチング素子に出力される各駆動信号の周波数を細かく変化させて出力する必要があった。このような駆動信号をインバータ駆動回路から出力させるためには、インバータ駆動回路に入力される制御信号も高速の信号で周波数を細かく変化するものである必要があり、このような制御信号にするには制御演算回路はマイコンから出力される信号を高速の信号に変えるための複雑な集積回路を備えるようにしなければならなくコストが高くなる問題があった。また、制御演算回路に内蔵するマイコンのソフトにより制御信号を作成することも可能であるが、高速な処理が必要となるために高性能なマイコンを必要としてコストが高くなるとともに、マイコンが実行している他のシリアル通信処理や表示処理により、制御信号の出力されるタイミングが僅かにでもずれるとインバータ回路の２つのスイッチング素子が同時に通電してこのインバータ回路のスイッチング素子が破壊するおそれがあった。本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記課題を解決するため、共振コンデンサと、共振コンデンサとともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、２つのスイッチング素子を備えてこの２つのスイッチング素子を交互にオンさせることで誘導加熱コイルに高周波電流を供給するハーフブリッジ形のインバータ回路とを備えた電磁誘導加熱装置を制御する制御装置であって、２つスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子をオンさせるための第１制御信号と、一方のスイッチング素子がオンし終えた後に他方のスイッチング素子をオンさせるための第２制御信号とが時間ｔ０〜時間ｔ４よりなる周期時間Ｔ毎に入力されることで２つスイッチング素子に交互にオンさせる駆動信号を各々に出力する駆動回路と、第１電位と第２電位とをとる２値信号よりなり第１電位を時間ｔ０から時間ｔ１まで印可されて第２電位を時間ｔ１から時間ｔ４まで印可される第１信号と、２値信号よりなり第１電位を時間ｔ０から時間ｔ２まで印可されて第２電位を時間ｔ２から時間ｔ４まで印可される第２信号と、２値信号よりなり第１電位を時間ｔ０から時間ｔ３まで印可されて第２電位を時間ｔ３から時間ｔ４まで印可される第３信号とを出力するマイコンを備えた制御回路と、制御回路から出力される第３信号を反転して出力する反転器と、制御回路から出力される第２信号と反転器から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路とを備え、制御回路から出力される第１信号が時間ｔ０から時間ｔ１まで第１電位であることに基づいて時間ｔ０から時間ｔ１までオンさせる第１制御信号とし、論理和回路から出力される論理和信号が時間ｔ２から時間ｔ３まで第２電位であることに基づいて時間ｔ２から時間ｔ３までオンさせる第２制御信号としたことを特徴とする電磁誘導加熱装置の制御装置を提供するものである。
【０００５】
このような電磁誘導加熱装置の制御装置においては、第１電位と第２電位とをとる２値信号よりなり第１電位を時間ｔ０から時間ｔ１まで印可されて第２電位を時間ｔ１から時間ｔ４まで印可される第１信号と、２値信号よりなり第１電位を時間ｔ０から時間ｔ２まで印可されて第２電位を時間ｔ２〜時間ｔ４まで印可される第２信号と、２値信号よりなり第１電位を時間ｔ０から時間ｔ３まで印可されて第２電位を時間ｔ３から時間ｔ４まで印可される第３信号とを出力するマイコンを備えた制御回路と、制御回路から出力される第３信号を反転して出力する反転器と、制御回路から出力される第２信号と反転器から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路とを備え、制御回路から出力される第１信号が時間ｔ０から時間ｔ１まで第１電位であることに基づいて時間ｔ０から時間ｔ１までオンさせる第１制御信号とし、論理和回路から出力される論理和信号が時間ｔ２から時間ｔ３まで第２電位であることに基づいて時間ｔ２から時間ｔ３までオンさせる第２制御信号としているので、複雑な集積回路を用いることなくマイコンを備えた制御回路と、反転器と論理和回路とのような安価な論理回路等により第１及び第２制御信号を生成することができるようになる。
【０００６】
上記のように構成した電磁誘導加熱装置の制御装置においては、制御回路と反転器との間には第３信号を遅延させて出力する遅延回路とこの遅延回路から出力された信号を整形して反転器に出力する整形回路とを備えるようにするのが好ましく、このようにしたときには、制御回路から第２信号がわずかでも遅れて出力されたとしても、反転器から論理和回路に入力される信号は、時間ｔ０から遅延回路により遅延された時間だけ第１電位となっているため、論理和回路から出力される信号は時間ｔ０から遅れることなく第１電位をとることとなり、駆動回路に第１及び第２スイッチング素子が同時にオンする制御信号が入力されることがなく、第１及び第２スイッチング素子が同時にオンして破壊されるようなことがない。
【０００７】
上記のように構成した電磁誘導加熱装置の制御装置においては、第１〜第３信号は制御回路のマイコンのクロックからつくられた信号であるのが好ましく、このようにしたときには、制御回路のマイコンは第１〜第３信号を出力するのに負荷がかかることがなく、マイコンは高性能のものでなくても他の制御の処理を実行可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の電磁誘導加熱装置の制御装置の一実施形態を図面を用いて説明する。この電磁誘導加熱装置の制御装置２０は、共振コンデンサ１３，１４と、共振コンデンサ１３，１４とともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイル１５と、２つのＩＧＢＴ（スイッチング素子）１７，１８を備えてこれら２つのＩＧＢＴ１７，１８を交互にオンさせることで誘導加熱コイル１５に高周波電流を供給するハーフブリッジ形のインバータ回路１６とを備えた電磁誘導加熱装置を制御するものであって、この制御装置２０は、２つＩＧＢＴ１７，１８のうち一方のＩＧＢＴ１７をオンさせるための第１制御信号と、ＩＧＢＴ１７がオンし終えた後に他方のＩＧＢＴ１８をオンさせるための第２制御信号とが時間ｔ０〜時間ｔ４で終わる周期時間Ｔ毎に入力されることで２つＩＧＢＴ１７，１８に交互にオンさせる駆動信号を各々に出力する駆動回路３１，３２と、第１電位と第２電位とをとる２値信号よりなり電位Ｈ（第１電位）を時間ｔ０から時間ｔ１まで印可されて電位Ｌ（第２電位）を時間ｔ１から時間ｔ４まで印可される第１信号と、２値信号よりなり電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ２まで印可されて電位Ｌを時間ｔ２〜時間ｔ４まで印可される第２信号と、２値信号よりなり電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ３まで印可されて電位Ｌを時間ｔ３から時間ｔ４まで印可される第３信号とを出力するマイコンを備えた制御回路４０と、制御回路４０から出力される第３信号を反転して出力する反転器５４と、制御回路４０から出力される第２信号と反転器５４から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路５５ａとを備え、制御回路４０から出力される第１信号が時間ｔ０から時間ｔ１まで第１電位であることに基づいて時間ｔ０から時間ｔ１までオンさせる第１制御信号とし、論理和回路５５ａから出力される論理和信号が時間ｔ２から時間ｔ３（本実施形態では遅延回路５２によりｔ３’に遅延されている）まで第２電位であることに基づいて時間ｔ２から時間ｔ３（本実施形態では遅延回路５２によりｔ３’に遅延されている）までオンさせる第２制御信号としている。
【０００９】
制御装置２０の制御回路４０と反転器５４との間には第３信号を遅延させて出力する遅延回路５２とこの遅延回路５２から出力された信号を整形して反転器５４に出力する整形回路５３とが設けられている。以下に電磁誘導加熱装置の制御装置２０について詳述する。
【００１０】
図１は本実施形態の電磁誘導加熱装置の回路図である。図１において、整流回路１１は、商用交流電源の出力を整流して直流電圧に変換するものである。平滑コンデンサ１２は、直流に変換した電圧を平滑するものである。共振コンデンサ１３，１４は、誘導加熱コイル１５と直列共振回路を形成するものである。インバータ回路１６は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１７，１８が直列に接続されたハーフブリッジ形をして、これら２つのＩＧＢＴ１７，１８を交互にオンさせることで誘導加熱コイル１５に高周波電流を供給するものである。保護コンデンサ１９，１９は、各ＩＧＢＴ１７，１８を保護するためのものである。
【００１１】
電磁誘導加熱装置の制御装置２０は、駆動回路３０と、第１〜第３信号を出力する制御回路４０とを備えている。駆動回路３０は、第１及び第２駆動回路３１，３２とからなり、各駆動回路３１，３２は各ＩＧＢＴ１７，１８に時間ｔ０から始まり時間ｔ４で終わる周期時間Ｔ毎に交互に各ＩＧＢＴ１７，１８をオンさせる第１及び第２駆動信号を出力する。第１及び第２駆動回路３１，３２はフォトカプラを用いたものであり、各駆動回路３１，３２に電位Ｌの制御信号が入力されると内蔵するＬＥＤが点灯し、このＬＥＤが点灯したときに各ＩＧＢＴ１７，１８に１５Ｖの電位Ｈを出力してオンさせるものである。なお、第１駆動信号がオンである状態を終了してから第２駆動信号がオンを開始するまでと、第２駆動信号がオンである状態を終了してから再度第１駆動信号がオンを開始するまでには、両ＩＧＢＴ１７，１８が同時にオンとならないようにするためのデッドタイムが設定されている。
【００１２】
制御回路４０は、各駆動回路３１，３２から駆動信号を出力させるために電位Ｈと電位Ｌとをとる２値信号よりなる第１〜第３信号を出力するものである。第１〜第３信号は制御回路４０のマイコンのクロックにより作成された信号であり、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１信号は電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ１まで印可されて電位Ｌを時間ｔ１から時間ｔ４まで印可された信号であり、第２信号は電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ２まで印可されて電位Ｌを時間ｔ２〜時間ｔ４まで印可された信号であり、第３信号は電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ３まで印可されて電位Ｌを時間ｔ３から時間ｔ４まで印可された信号である。
【００１３】
制御回路４０と各駆動回路３１，３１との間には、反転器５１と、遅延回路５２と、シュミット・トリガを含む整形回路５３と、反転器５４と、論理和回路５５ａと反転器５５ｂとからなる否定論理和回路５５と、反転器５６とが設けられている。
【００１４】
制御回路４０のマイコンから出力された第１信号は、反転器５１により反転した信号（図２の（ｆ）に示す）となって第１駆動回路３１に入力される。制御回路４０のマイコンから出力された第３信号は、遅延回路５２により遅延された信号（図２の（ｄ）に示す）となり、この信号は整形回路５３により信号の波形が整形されて反転器５４により反転した信号（図２の（ｅ）に示す）となって否定論理和回路５５に出力される。なお、図２の（ｅ）に示すように、反転器５４により反転して出力された信号は、第３信号と比して時間ｔ３から時間ｔ３’に遅延されるタイミングで電位が変化している。制御回路４０のマイコンから出力された第２信号と反転器５４から出力された信号は、否定論理和回路５５により論理和信号となって反転して反転器５６に出力され、この反転器５６により反転した信号（図２の（ｇ）に示す）となって第２駆動回路３２に入力される。
【００１５】
本実施形態における制御回路４０のマイコンは、そのクロック周波数が２０ＭＨｚであるときには、このマイコンのクロックは１カウントを５０ｎｓとする信号を出力するものである。この制御回路４０のマイコンにおいて、上記のデッドタイムを１．７５μｓとし、遅延回路５２により遅延する遅延時間を０．３５μｓとすると、このデッドタイムはマイコンのクロックによる信号の３５カウントに相当し、遅延時間はマイコンのクロックによる信号の７カウントに相当する。第１及び第２制御信号の周波数が２０ｋＨｚと４０ｋＨｚの場合において、上記の第１〜第３信号及び周期時間Ｔにおけるマイコンのクロックのカウント数を算出すると下記の表１のようになる。
【００１６】
【表１】
2010153134.tif 000003
【００１７】
上記の表１に示すように、第１及び第２制御信号は周波数２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの間でその周波数を２５０分割することが可能となっている。各共振コンデンサ１３，１４と誘導加熱コイル１５との共振点に近い２０ｋＨｚ付近では、各駆動信号の周波数が少し変化するだけでも誘導加熱コイル１５の加熱出力が大きく変わるが、各制御信号の周波数を細かく変化させることで各駆動回路３１，３２から出力する各駆動信号も同様に細かく変化して出力させることができるので、誘導加熱コイル１５の加熱出力を細かく設定することが可能となる。なお、制御回路４０のマイコンにクロック周波数が１６ＭＨｚのものを用いたときには、第１及び第２制御信号は周波数２０ｋＨＺ〜４０ｋＨｚの間でその周波数を２００分割することが可能である。
【００１８】
このように電磁誘導加熱装置の制御装置２０においては、電位Ｈと電位Ｌとをとる２値信号よりなり電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ１まで印可されて電位Ｌを時間ｔ１から時間ｔ４まで印可される第１信号と、２値信号よりなり電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ２まで印可されて電位Ｌを時間ｔ２から時間ｔ４まで印可される第２信号と、２値信号よりなり電位Ｈを時間ｔ０から時間ｔ３まで印可されて電位Ｌを時間ｔ３から時間ｔ４まで印可される第３信号とを出力するマイコンを備えた制御回路４０と、制御回路４０から出力される第３信号を反転して出力する反転器５４と、制御回路４０から出力される第２信号と反転器５４から出力される信号との論理和信号を出力する論理和回路５５ａとを備え、制御回路４０から出力される第１信号が時間ｔ０から時間ｔ１まで電位Ｈであることに基づいて時間ｔ０から時間ｔ１までオンさせる第１制御信号とし、論理和回路５５ａから出力される論理和信号が時間ｔ２から時間ｔ３’（本実施形態では、遅延回路５２によりｔ３からｔ３’に遅延されている）まで電位Ｌであることに基づいて時間ｔ２から時間ｔ３’（本実施形態では、遅延回路５２によりｔ３からｔ３’に遅延されている）までオンさせる第２制御信号としているので、複雑な集積回路を用いることなくマイコンを備えた制御回路４０と、反転器５４と論理和回路５５ａとのような安価な論理回路等により第１及び第２制御信号を生成することができるようになる。
【００１９】
また、制御回路４０と反転器５４との間には第３信号を遅延させて出力する遅延回路５２とこの遅延回路５２から出力された信号を整形して反転器５４に出力する整形回路５３とを備えているので、制御回路４０から第２信号がわずかでも遅れて出力されたとしても、反転器５４から論理和回路５５ａに入力される信号は、時間ｔ０から遅延回路５２により遅延された時間だけ電位Ｈとなっているため、論理和回路５５ａから出力される信号は時間ｔ０から遅れることなく電位Ｈをとることとなり、駆動回路３１，３２にＩＧＢＴ１７，１８が同時にオンする制御信号が入力されることがなく、両ＩＧＢＴ１７，１８が同時にオンして破壊されるようなことがない。
【００２０】
また、第１〜第３信号は制御回路４０のマイコンのクロックからつくられた信号であるので、制御回路４０のマイコンは第１〜第３信号を出力するのに負荷がかかることがなく、マイコンは高性能のものでなくても他の制御の処理を実行可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の制御装置を用いた電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図２】制御回路のマイコンから出力される第１〜第３信号及び各回路から出力される信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１０…電磁誘導加熱装置、１３，１４…共振コンデンサ、１５…誘導加熱コイル、１６…インバータ回路、１７，１８…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）、２０…制御装置、３０（３１，３２）…駆動回路、４０…制御回路、５２…遅延回路、５３…整形回路、５４…反転器、５５ａ…論理和回路。
【図１】
2010153134.tif 000004
【図２】
2010153134.tif 000005