(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、第１の電流スイッチでなる給電電流スイッチ及び第２の電流スイッチでなる共振電流スイッチを直列に接続した直列接続回路を有し、当該直列接続回路を互いに並列に接続して直流電源に並列に接続すると共に、上記第１の電流スイッチ及び上記第２の電流スイッチに並列にそれぞれ第１の逆並列ダイオード及び第２の逆並列ダイオードを接続してなる複数Ｎ個の高周波電力変換回路と、
負荷抵抗、負荷インダクタ及び共振用コンデンサを有する共振回路と
を具え、
上記複数Ｎ個の高周波電力変換回路の上記第１及び第２の電流スイッチの接続中点を互いに接続すると共に、当該接続中点に対して上記共振回路を上記第２の電流スイッチと並列になるように接続し、
上記複数Ｎ個の高周波電力変換回路の上記第１及び第２の電流スイッチを通じて順次上記共振回路に対する上記直流電源からの給電電流及び上記共振回路からの共振電流を順次交互に流すことにより、上記第１及び第２の電流スイッチのトリガ周波数のＮ倍の周波数の出力電流を上記共振回路に流すように構成され、
上記Ｎ個のうちの１つの高周波電力変換回路について、上記第１の電流スイッチを順次オン動作させることにより上記共振回路に上記給電電流を出力電流として流す第１の単流モード動作と、
上記第１の単流モード動作に続いて上記共振回路を流れる共振電流が共振動作に応じてゼロクロスして流れる方向が反転したとき当該共振電流を連続電流として当該１つの高周波電力変換回路の上記第２の逆並列ダイオードと他の高周波電力変換回路の上記第２の逆並列ダイオードとに順方向に流す第１の複流モード動作とを実行し、
上記第１の複流モード動作に続いて、上記連続電流が順方向に流れている上記逆並列ダイオードが接続されている上記１つの高周波電力変換回路の上記第２の電流スイッチをオン動作させることにより当該第２の電流スイッチを通じて上記共振回路の共振電流を出力電流として流す第２の単流モード動作と、
上記第２の単流モード動作に続いて上記共振回路を流れる共振電流が共振動作に応じてゼロクロスして流れる方向が反転したとき当該共振電流を連続電流として当該１つの高周波電力変換回路の上記第１の逆並列ダイオードと上記他の高周波電力変換回路の上記第１の逆並列ダイオードとに順方向に流す第２の複流モード動作とを実行し、
上記１つの高周波電力変換回路についての上記第２の複流モード動作に続いて上記他の高周波電力変換回路又は上記１つの高周波電力変換回路についての連続電流が順方向に流れている上記第１の逆並列ダイオードが接続されている上記第１の電流スイッチをオン動作させる上記第１の単流モード動作への繰返し動作に移る
ことを特徴とする高周波インバータ。
【請求項２】
上記共振回路と並列にゼロ電圧スイッチング用コンデンサを接続した
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波インバータ。
【請求項３】
上記直流電源と直列にゼロ電流スイッチング用インダクタを接続した
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波インバータに関し、例えば加熱負荷を誘導加熱する場合に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱を用いた加熱手段として、高周波インバータを用いたものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００４−２３６４４６・国際公開２００６／０１８９１２公報
【０００３】
この種の高周波インバータは、スイッチ素子としてｉＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化物電界効果トランジスタ）でなる半導体スイッチング素子を用いて、これを高周波ゲート信号によってスイッチ動作させることにより誘導加熱コイルとしてのワークコイルに高周波電流を流し、これにより誘導加熱材料に渦電流を誘導させるような構成を有する。
【０００４】
かくして加熱負荷に生ずる電磁誘導加熱により発生する熱は、次式
【０００５】
【数１】
0005517325.tif 000002
【０００６】
のように、誘導加熱材料の電気抵抗に比例する大きさのジュール熱である。
【０００７】
ここで、誘導加熱コイルに供給される誘導加熱電力Ｐは
【０００８】
【数２】
0005517325.tif 000003
【０００９】
のように、誘導加熱コイルに流れる電流の周波数ｆの平方根に比例する値になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、誘導加熱材料が非磁性体（銅、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４）や、アルミニウムなどの場合は、抵抗率が非常に小さいため、（１）式において誘導加熱材料の電気抵抗の大きさが小さくなるので、（２）式の誘導加熱電力Ｐを大きくすることにより加熱源としての性能を高めるためには、誘導加熱コイル電流の周波数ｆを大きくすることが望ましい。
【００１１】
実際上、銅やアルミニウムを誘導加熱する場合には、当該誘導加熱コイル電流の周波数ｆを６０〜１００〔ｋＨｚ〕程度に高周波化する必要がある。
【００１２】
これに対して、スイッチ素子としてｉＧＢＴを用いようとすれば、そのゲートトリガ周波数の限界は４０〜５０〔ｋＨｚ〕程度であるため、インバータの出力である誘導加熱コイル電流の周波数ｆをｉＧＢＴのゲートトリガ周波数限界より高周波化する必要がある。
【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、スイッチ素子のゲートトリガ周波数限界の整数倍の周波数を有する誘導加熱コイル電流を送出し得る高周波インバータを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる課題を解決するため本発明においては、それぞれ、第１の電流スイッチでなる給電電流スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ５及び第２の電流スイッチでなる共振電流スイッチＳ２、Ｓ４、Ｓ６を直列に接続した直列接続回路を有し、当該直列接続回路を互いに並列に接続して直流電源Ｅｄに並列に接続すると共に、第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチに並列にそれぞれ第１の逆並列ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５及び第２の逆並列ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６を接続してなる複数Ｎ個の高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、負荷抵抗Ｒ０、負荷インダクタＬ０及び共振用コンデンサＣｓを有する共振回路４とを具え、複数Ｎ個の高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃの第１及び第２の電流スイッチの接続中点を互いに接続すると共に、当該接続中点に対して共振回路４を第２の電流スイッチと並列になるように接続し、複数Ｎ個の高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃの第１及び第２の電流スイッチ通じて順次共振回路４に対する直流電源Ｅｄからの給電電流及び共振回路４からの共振電流を順次交互に流すことにより、第１及び第２の電流スイッチのトリガ周波数のＮ倍の周波数の出力電流を共振回路４に流すように構成され、Ｎ個のうちの１つの高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃについて、第１の電流スイッチを順次オン動作させることにより共振回路４に給電電流を出力電流として流す第１の単流モード動作と、当該第１の単流モード動作に続いて共振回路４を流れる共振電流が共振動作に応じてゼロクロスして流れる方向が反転したとき当該共振電流を連続電流として当該１つの高周波電力変換回路２Ａの第１の逆並列ダイオードＤ１と他の高周波電力変換回路の第１の逆並列ダイオードＤ２、Ｄ３とに流す第１の複流モード動作とを実行し、第１の複流モード動作に続いて、連続電流が流れる逆並列ダイオードＤ２、Ｄ３が接続されている１つの又は他の高周波電力変換回路２Ｂ、２Ｃの第２の電流スイッチをオン動作させることにより当該第２の電流スイッチを通じて共振回路４の共振電流を出力電流として流す第２の単流モード動作と、第２の単流モード動作に続いて共振回路４を流れる共振電流が共振動作に応じてゼロクロスして流れる方向が反転したとき当該共振電流を連続電流として当該１つの高周波電力変換回路２Ａの第２の逆並列ダイオードＤ２と他の高周波電力変換回路２Ｂ、２Ｃの第２の逆並列ダイオードＤ４、Ｄ６とに流す第２の複流モード動作とを実行し、上記１つの高周波電力変換回路２Ａについての第２の複流モード動作に続いて他の高周波電力変換回路２Ｂについての第１の単流モード動作への繰返し動作に移るようにする。

【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、それぞれ給電電流スイッチ及び共振電流スイッチを直列に接続した直列接続回路を有する複数Ｎ個の高周波電力変換回路を直流電源に並列に接続すると共に各高周波電力変換回路の共振電流スイッチを負荷を含む共振回路に接続し、すべての高周波電力変換回路の給電電流スイッチ及び共振電流スイッチを順次オン動作させて行くことにより、Ｎ周波分の正弦波波形を有する出力電流を負荷に流すことができる高周波インバータを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１７】
（１）倍周波高周波インバータの基本回路
図１において、１は全体として倍周波高周波インバータを示し、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂを有する。
【００１８】
第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂは、それぞれｉＧＢＴでなりかつ互いに直列接続されている一対のスイッチ素子すなわち給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２並びに給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４を有する。
【００１９】
給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２で構成された直列回路と、給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４で構成された直列回路は互いに並列に接続されると共に、この２つの並列接続回路が直流電源Ｅｄ（その電源電圧をＥｄ〔Ｖ〕とする）に並列に接続されている。
【００２０】
第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２の接続中点は、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４の接続中点に接続され、これにより２系統の給電電流スイッチＳ１及びＳ３が互いに並列に接続されると共に、２系統の共振電流スイッチＳ２及びＳ４が互いに並列に接続される。
【００２１】
共振電流スイッチＳ２及びＳ４の並列回路には、並列に、加熱負荷３を構成する負荷抵抗Ｒ０及び負荷インダクタＬ０の直列回路に直列共振用コンデンサＣｓを直列に接続してなる直列共振回路４が接続されている。
【００２２】
これにより給電電流スイッチＳ１又はＳ３がオン動作したときこれを通って直流電源Ｅｄから流れる電流ｉ１又はｉ３が直列共振回路４に負荷電流ｉ０（これを出力電流と呼ぶ）として給電される。
【００２３】
また共振電流スイッチＳ２又はＳ４がオン動作したときこれを通って、直列共振回路４から共振電流として放出される負荷電流ｉ０が、電流ｉ２又はｉ４として、流れる。
【００２４】
給電電流スイッチＳ１及びＳ３には、並列に、逆並列ダイオードＤ１及びＤ３が接続され、これにより直列共振回路４から共振電流スイッチＳ２又はＳ４を通って共振電流が放出されている状態において当該共振電流スイッチＳ２又はＳ４が強制的にターンオフ動作したとき、直列共振用回路４がその共振動作により同じ方向に流そうとする共振電流（これを連続電流という）を、逆並列ダイオードＤ１及びＤ３を通して電流ｉ１及びｉ３として流すようになされている。
【００２５】
さらに共振電流スイッチＳ２及びＳ４には、並列に、逆並列ダイオードＤ２及びＤ４が接続され、これにより直列共振回路４に給電電流スイッチＳ１又はＳ３を通じて直流電源Ｅｄから給電電流が給電されている状態において当該給電電流スイッチＳ１又はＳ３が強制的にターンオフ動作したとき、直列共振回路４がその共振動作により同じ方向に流そうとする連続電流を逆並列ダイオードＤ２及びＤ４を通して電流ｉ２及びｉ４として流すようになされている。
【００２６】
図１の実施の形態において、加熱負荷３の負荷抵抗Ｒ０及び負荷インダクタＬ０は、直列共振回路４に負荷電流ｉ０が流れたとき、これが誘導加熱コイルを流れて加熱材料に渦電流を誘導させることによりジュール熱を発生させる現象を表わす簡易等価回路として示したものである。
【００２７】
（２）電流遅れ動作
図１の構成において、倍周波高周波インバータ１は、図２に示すように、時間の経過に従って、第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２をゲート信号ＧＴ１及びＧＴ２によってオンオフ制御することによって図２の時点ｔ１〜ｔ２及びｔ２〜ｔ３の区間において順次高周波電力変換動作を行い、その後の時点ｔ３〜ｔ４及びｔ４〜ｔ５において第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４をゲート信号ＧＴ３及びＧＴ４によってオンオフ制御することによって順次高周波電力変換動作を行う。
【００２８】
かくして時点ｔ１〜ｔ５において、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂによって１サイクル分の高周波電力変換動作を行い、以下続いて当該高周波電力変換サイクルを繰り返す。
【００２９】
図２の場合、次式、
【００３０】
【数３】
0005517325.tif 000004
【００３１】
のように、給電電流スイッチＳ１及びＳ３並びに共振電流スイッチＳ２及びＳ４のゲート信号ＧＴ１及びＧＴ３並びにＧＴ２及びＧＴ４の周波数ｆｔが、加熱負荷３を含む直列共振回路４の共振周波数ｆｒの１／２より大きく、これにより以下の動作モードに従って電流遅れ動作をする。
【００３２】
（２−１）Ｄ１・Ｄ３複流モード
前回の高周波電力変換サイクルの時点ｔ５（図２）において、倍周波高周波インバータ１は、第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ４に対するゲート信号ＧＴ４をオフトリガレベルに切り換えることにより、時点ｔ１において新たな処理サイクルに入り、第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１に対するゲート信号ＧＴ１をＧＴ４のオフタイミングと重ならないように、一定のデッドタイムの後にオントリガレベルに切り換える。
【００３３】
このとき、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１（従って給電電流スイッチＳ３の両端電圧Ｖｓ３）が、図２（Ｃ１）に示すように、Ｖｓ１＝Ｅｄ〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕になると共に、共振電流スイッチＳ２の両端電圧Ｖｓ２（従って共振電流スイッチＳ４の両端電圧Ｖｓ４）が、図２（Ｃ２）に示すように、Ｖｓ２＝０〔Ｖ〕からＥｄ〔Ｖ〕になる。
【００３４】
また、直列共振回路４から第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ４に流れていた共振電流ｉ４が強制的にオフになるのに対して直列共振回路４が共振動作に基づいて当該共振電流を同じ方向に流そうとすることにより、倍周波高周波インバータ１は、図３に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ１及びＤ３−直流電源Ｅｄ−直列共振回路４の電流ループを通し、直列共振回路４において下から上に向う方向（すなわち負荷電流ｉ０として負方向）に連続電流ｉ１１及びｉ３１（図２（Ａ１）及び（Ａ３））を流す。
【００３５】
（２−２）Ｓ１単流モード
時点ｔ１〜ｔ２の区間において、やがて直列共振回路４から流出する連続電流ｉ１１及びｉ３１がゼロになると、逆並列ダイオードＤ１が導通している間に給電電流スイッチＳ１のゲート信号ＧＴ１がオンとなっていることにより、給電電流スイッチＳ１が引き続きターンオンして、倍周波高周波インバータ１は、図４に示すように、電源Ｅｄ−給電電流スイッチＳ１−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通って、直列共振回路４に電源Ｅｄからの給電電流ｉ１を供給させる。
【００３６】
かくして倍周波高周波インバータ１は、図２（Ｂ）に示すように、時点ｔ１において給電電流スイッチＳ１をハードスイッチングした後、時点ｔ１〜ｔ２の区間において、直列共振回路４に、負方向に流れる連続電流ｉ１１及びｉ３１に続いて正方向に流れる給電電流ｉ１によって、正弦波波形１／２周期分の負荷電流ｉ０を流すと共に、負荷インダクタＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに給電電流ｉ1に基づく共振エネルギーを蓄積させる。
【００３７】
（２−３）Ｄ２・Ｄ４複流モード
続いて時点ｔ２〜ｔ３の区間に入ると、倍周波高周波インバータ１は、第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１に対するゲート信号ＧＴ１をオフトリガレベルに切り換えると共に、共振電流スイッチＳ２に対するゲート信号ＧＴ２をＧＴ１のオフタイミングと重ならないように一定のデッドタイムの後に、オントリガレベルに切り換える。
【００３８】
このとき、共振電流スイッチＳ２の両端電圧Ｖｓ２（従って共振電流スイッチＳ４の両端電圧Ｖｓ４）は、図２（Ｃ２）に示すように、０〔Ｖ〕になると共に、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１（従って給電電流スイッチＳ３の両端電圧Ｖｓ３）はＥｄ〔Ｖ〕になる。
【００３９】
また、図４の電流ループにおいて給電電流スイッチＳ１を通って直列共振回路４に給電されていた給電電流ｉ１が強制的にゼロ以外の電流値で遮断される（すなわちハードスイッチングされる）ので、直列共振回路４は図５に示すように、当該給電電流ｉ１と同じ方向に連続電流ｉ２１及びｉ４１（図２（Ａ２）及び（Ａ４））を流そうとする。
【００４０】
この連続電流ｉ２１及びｉ４１は、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ２及びＤ４−直列共振回路４の電流ループを通って、直列共振回路４において上から下の方向、すなわち正の負荷電流ｉ０の方向に流れる。
【００４１】
（２−４）Ｓ２単流電流モード
時点ｔ２〜ｔ３の区間において、やがて連続電流ｉ２１及びｉ４１がゼロになると、逆並列ダイオードＤ２が導通している間に共振電流スイッチＳ２のゲート信号がオンとなっていることにより、共振電流スイッチＳ２が引き続きターンオンして、倍周波高周波インバータ１は、図６に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ２−直列共振回路４の電流ループを通って直列共振回路４から共振電流ｉ２を流す。
【００４２】
かくして時点ｔ２〜ｔ３の区間において、倍周波高周波インバータ１は、図２（Ｂ）に示すように、直列共振回路４に、連続電流ｉ２１及びｉ４１と、これに続く共振電流ｉ２とによって、正弦波波形１／２周期分の負荷電流ｉ０を流すと共に、負荷インダクタＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに蓄積されていた共振エネルギーを放出させる。
【００４３】
（２−５）Ｄ３・Ｄ１複流電流モード
続いて時点ｔ３〜ｔ４の区間に入ると、倍周波高周波インバータ１は、第１高周波電力変換回路２Ａの共振電流スイッチＳ２に対するゲート信号ＧＴ２をオフトリガレベルに切り換えると共に、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３に対するゲート信号ＧＴ３をＧＴ２のオフタイミングと重ならないように一定のデッドタイムの後にオントリガレベルに切り換える。
【００４４】
このとき、給電電流スイッチＳ３の両端電圧Ｖｓ３（従って給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１）は、図２（Ｃ１）に示すように、０〔Ｖ〕になると共に、共振電流スイッチＳ２の両端電圧Ｖｓ２（従って共振電流スイッチＳ４の両端電圧Ｖｓ４）は、図２（Ｃ２）とに示すように、Ｅｄ〔Ｖ〕になる。
【００４５】
また、直列共振回路４は当該共振電流ｉ２の流れる方向（すなわち負荷電流ｉ０の負方向）に連続電流を流そうとする。
【００４６】
これにより倍周波高周波インバータ１は、図７に示すように、負方向の連続電流ｉ３２及びｉ１２（図２（Ａ３）及び（Ａ１））を、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ３及びＤ１−電源Ｅｄ−直列共振回路４の電流ループを通って流す。
【００４７】
（２−６）Ｓ３単流モード
やがてｔ３〜ｔ４の区間において、連続電流ｉ３２及びｉ１２がゼロになると、逆並列ダイオードＤ３が導通している間に給電電流スイッチＳ３のゲート信号がオンとなっていることにより、給電電流スイッチＳ３が引き続きターンオンして、倍周波高周波インバータ１は、図８に示すように、電源Ｅｄ−給電電流スイッチＳ３−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通って、電源Ｅｄから直列共振回路４に対する給電電流ｉ３（図２（Ａ３））を負荷電流ｉ０の正方向に流す。
【００４８】
かくして時点ｔ３〜ｔ４の区間において、直列共振回路４には、直列共振回路４から負方向に流出する連続電流ｉ３２及びｉ１２に続いて正方向の給電電流ｉ３が流れることにより、図２（Ｂ）に示すように、正弦波波形１／２周期分の負荷電流ｉ０が流れると共に、負荷インダクタＬ０及び直列共振コンデンサＣｓに共振エネルギーを蓄積させる。
【００４９】
（２−７）Ｄ４・Ｄ２複流モード
やがて時点ｔ４〜ｔ５の区間に入ると、倍周波高周波インバータ１は、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３に対するゲート信号ＧＴ３をオフトリガレベルに切り換えると共に、共振電流スイッチＳ４に対するゲート信号ＧＴ４をＧＴ３のオフタイミングと重ならないように、一定のデッドタイムの後にオントリガレベルに切り換える。
【００５０】
このとき、共振電流スイッチＳ４の両端電圧Ｖｓ４（従って共振電流スイッチＳ２の両端電圧Ｖｓ２）は、図２（Ｃ２）に示すように、０〔Ｖ〕になると共に、給電電流スイッチＳ３の両端電圧Ｖｓ３（従って給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１）は図２（Ｃ１）に示すように、Ｅｄ〔Ｖ〕になる。
【００５１】
また、直列共振回路４はそれまで正方向に流れていた負荷電流ｉ０の方向に連続電流を流そうとすることにより、倍周波高周波インバータ１は、図９に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ４及びＤ２−直列共振回路４の電流ループを通って正方向の連続電流ｉ４２及びｉ２２（図２（Ａ４）及び（Ａ２））を流す。
【００５２】
（２−８）Ｓ４単流モード
時点ｔ４〜ｔ５の区間において、連続電流ｉ４２及びｉ２２がゼロになると、逆並列ダイオードＤ４が導通している間に共振電流スイッチＳ４のゲート信号がオンとなっていることにより、共振電流スイッチＳ４が引き続きターンオンして、倍周波高周波インバータ１は、図１０に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ４−直列共振回路４の電流ループを通って直列共振回路４から負荷電流ｉ０の負方向の共振電流ｉ４（図２（Ａ４））を流す。
【００５３】
かくして時点ｔ４〜ｔ５において正方向の連続電流ｉ４２及びｉ２２に続いて負方向の共振電流ｉ４が流れることにより、直列共振回路４には図２（Ｂ）に示すように正弦波波形１／２周期分の負荷電流ｉ０が流れて、負荷インダクタＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに共振エネルギーを放出させる。
【００５４】
以上の構成において、倍周波高周波インバータ１は、（２−１）〜（２−８）において上述したように、時点ｔ１〜ｔ５の間にスイッチ素子をハードスイッチング動作させながら、１サイクル分の高周波電力変換動作を実行し、以後当該時点ｔ１〜ｔ５の高周波変換サイクルを繰り返す。
【００５５】
この１サイクル分の高周波電力変換動作において、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂをそれぞれ構成する一対のスイッチ、すなわち給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２並びに給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４をオンオフ動作させるゲート信号ＧＴ１及びＧＴ２並びにＧＴ３及びＧＴ４は、負荷電流ｉ０の２周期分に相当するトリガ周期を有する。
【００５６】
かくして、以上の構成によれば、図１の倍周波高周波インバータ１は、スイッチ素子に対するゲート信号のトリガ周波数に対して２倍の周波数を有する負荷電流ｉ０を発生させることができる。
【００５７】
これによりスイッチ素子としての給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２並びに給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４として４０〜５０〔ｋＨｚ〕で動作限界を有するスイッチ素子（例えばｉＧＢＴ）を用いても、その２倍の周波数８０〜１００〔ｋＨｚ〕の負荷電流ｉ０を生成できることにより、加熱負荷３を銅やアルミニウムなどのような高導電率材料で構成しても、実用上十分な発熱量の電磁加熱性能をもつ高周波インバータを実現できる。
【００５８】
（３）電流進み動作
上述の図２〜図１０においては、図１の倍周波高周波インバータ１を、（３）式の条件の下で電流遅れ動作をする場合の実施の形態について述べたが、図１の構成の倍周波高周波インバータ１は、次式
【００５９】
【数４】
0005517325.tif 000005
【００６０】
のように、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂの給電電流スイッチＳ１及びＳ３並びに共振電流スイッチＳ２及びＳ４のトリガ周波数ｆｔが、直列共振回路４の共振周波数ｆｒの１／２の値より小さい場合には、以下の動作モードで図１１に示すようにスイッチ素子をトリガ制御することによって、電流進み動作し、これにより加熱負荷３に対する負荷電流ｉ０の周波数、すなわち出力周波数ｆ０として、スイッチ信号のトリガ周波数の２倍の周波数を有する誘導加熱電流を出力することができる。
【００６１】
（３−１）Ｓ１単流モード
倍周波高周波インバータ１は、図１１の時点ｔ１１〜ｔ１２に入ると、前回の高周波電力変換サイクルの時点ｔ１５において第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ４に対するゲート信号ＧＴ４はデッドタイムを考慮してＤ４の導通期間中に既にオフ動作レベルに切り換えられており、今回の高周波電力変換サイクルの時点ｔ１１において第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１のゲート信号ＧＴ１をオントリガレベルに切り換える。このとき図１２に示すように、電源Ｅｄ−給電電流スイッチＳ１−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通じて、図１１（Ａ１）に示すような給電電流ｉ１が、ハードスイッチングによって、直列共振回路４に流れる状態になる。
【００６２】
このとき給電電流スイッチＳ１及びＳ３の両端電圧Ｖｓ１及びＶｓ３は図１１（Ｃ１）に示すように、０〔Ｖ〕になると共に、共振電流スイッチＳ２及びＳ４の両端電圧Ｖｓ２及びＶｓ４は図１１（Ｃ２）に示すように、Ｅｄ〔Ｖ〕になる。
【００６３】
かくして直列共振回路４は当該給電電流ｉ１によって負荷電流ｉ０を流すと共に、負荷インダクタＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに共振エネルギーを蓄積する。
【００６４】
（３−２）Ｄ１・Ｄ３複流モード
やがて直列共振回路４に蓄積されたエネルギーによって、給電電流ｉ１がゼロクロスして流れる方向が反転すると、直列共振回路４から共振電流に基づく連続電流を放出する状態になる。
【００６５】
このとき倍周波高周波インバータ１は、図１３に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ１及びＤ３−電源Ｅｄ−直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ１１Ｘ及びｉ３１Ｘ（図１１（Ａ１）及び（Ａ３））を流すとともにこの期間中に第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１に対するゲート信号ＧＴ１をオフトリガレベルに切り換える。
【００６６】
かくして倍周波高周波インバータ１は、時点ｔ１１〜ｔ１２において、図１１（Ｂ）に示すように、直列共振回路４に対して、給電電流ｉ１とこれに続く連続電流ｉ１１Ｘ及びｉ３１Ｘとに基づいて正弦波波形１／２周期分の負荷電流ｉ０を流す。
【００６７】
（３−３）Ｓ２単流モード
時点ｔ１２〜ｔ１３の区間に入ると、倍周波高周波インバータ１は、第１高周波電力変換回路２Ａの共振電流スイッチＳ２に対するゲート信号ＧＴ２をオントリガレベルに切り換える。
【００６８】
このとき倍周波高周波インバータ１は、直列共振回路４から逆並列ダイオードＤ１及びＤ３に連続電流ｉ１１Ｘ及びｉ３１Ｘを放出していた状態から、図１４に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ２−直列共振回路４の電流ループを通して、図１１（Ａ２）に示すような共振電流ｉ２を流すような状態になる。
【００６９】
また、共振電流スイッチＳ２及びＳ４の両端電圧Ｖｓ２及びＶｓ４は０〔Ｖ〕になる（図１１（Ｃ２））と共に、給電電流スイッチＳ１及びＳ３の両端電圧Ｖｓ１及びＶｓ３はＥｄ〔Ｖ〕になる（図１１（Ｃ１））。
【００７０】
（３−４）Ｄ２・Ｄ４複流モード
やがて直列共振回路４の共振電流ｉ２がゼロクロスすると、倍周波高周波インバータ１は、図１５に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ２及びＤ４−直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ２１Ｘ及びｉ４１Ｘ（図１１（Ａ２）及び（Ａ４））を流す状態になるとともに、この期間中に第１高周波電力変換回路２Ａの共振電流スイッチＳ２に対するゲート信号ＧＴ２をオフトリガレベルに切り換える。
【００７１】
かくして時点ｔ１２〜ｔ１３の区間において、倍周波高周波インバータ１は、直列共振回路４に対して、図１１（Ｂ）に示すように、共振電流ｉ２と、連続電流ｉ２１Ｘ及びｉ４１Ｘとによって正弦波１／２周期分の負荷電流ｉ０を流す。
【００７２】
（３−５）Ｓ３単流モード
時点ｔ１３〜ｔ１４の区間に入ると、倍周波高周波インバータ１は、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３に対するゲート信号ＧＴ３をオントリガレベルに切り換える。
【００７３】
このとき倍周波高周波インバータ１は、図１６に示すように、電源Ｅｄ−給電電流スイッチＳ３−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通じて電源Ｅｄから給電電流スイッチＳ３を通して、直列共振回路４に対して、図１１（Ａ３）に示すような給電電流ｉ３を流す。
【００７４】
また、給電電流スイッチＳ３及びＳ１の両端電圧Ｖｓ３及びＶｓ１は０〔Ｖ〕になる（図１１（Ｃ１））と共に、共振電流スイッチＳ２及びＳ４の両端電圧Ｖｓ２及びＶｓ４はＥｄ〔Ｖ〕になる（図１１（Ｃ２））。
【００７５】
（３−６）Ｄ３・Ｄ１複流モード
やがて給電電流ｉ３がゼロクロスすると、直列共振回路４は共振電流を放出し始めることにより、倍周波高周波インバータ１は、図１７に示すように直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ３及びＤ１−電源Ｅｄ−直列共振回路４の電流ループを通じて連続電流ｉ３２Ｘ及びｉ１２Ｘ（図１１（Ａ３）及び（Ａ１））を流すとともに、この期間中に給電電流スイッチＳ３に対するゲート信号ＧＴ３をオフトリガレベルに切り換える。
【００７６】
かくして倍周波高周波インバータ１は、時点ｔ１３〜ｔ１４の区間において、給電電流ｉ３と連続電流ｉ３２Ｘ及びｉ１２Ｘとによって、図１１（Ｂ）に示すように、正弦波波形１／２周期分の負荷電流ｉ０を流す。
【００７７】
（３−７）Ｓ４単流モード
時点ｔ１４〜ｔ１５に入ると、倍周波高周波インバータ１は、第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ４に対するゲート信号ＧＴ４をオントリガレベルに切り換える。
【００７８】
このとき倍周波高周波インバータ１は、図１８に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ４−直列共振回路４の電流ループを通じて直列共振回路４から図１１（Ａ４）に示す共振電流ｉ４を流す。
【００７９】
また、共振電流スイッチＳ４及びＳ２の両端電圧Ｖｓ４及びＶｓ２は０〔Ｖ〕になる（図１１（Ｃ２））と共に、給電電流スイッチＳ１及びＳ３の両端電圧Ｖｓ１及びＶｓ３はＥｄ〔Ｖ〕になる（図１１（Ｃ１））。
【００８０】
（３−８）Ｄ４・Ｄ２複流モード
やがて共振電流ｉ４がゼロクロスして直列共振回路４が正方向の連続電流を流す状態になると、倍周波高周波インバータ１は、図１９に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ４及びＤ２−直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ４２Ｘ及びｉ２２Ｘ（図１１（Ａ４）及び（Ａ２））を流すとともに、この期間中に給電電流スイッチＳ４に対するゲート信号ＧＴ４をオフトリガレベルに切り換える。
【００８１】
かくして、時点ｔ１４〜ｔ１５において、倍周波高周波インバータ１は、共振電流ｉ４と連続電流ｉ４２Ｘ及びｉ２２Ｘとによって、図１１（Ｂ）に示すように、正弦波波形１／２周期分の負荷電流ｉ０を流す。
【００８２】
以上の構成において、倍周波高周波インバータ１は、（３−１）〜（３−８）について上述した電流モードに従って、各スイッチ素子１サイクル分の高周波電力変換動作を終了し、これにより図１１（Ｂ）に示すように、２周期分の正弦波波形を有する負荷電流ｉ０を直列共振回路４を構成する加熱負荷２に流すことができ、以下当該高周波電力変換サイクルを繰り返す。
【００８３】
ここで、スイッチ素子を構成する第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂの電流給電スイッチＳ１及びＳ３並びに共振電流スイッチＳ２及びＳ４を駆動するためのゲート信号ＧＴ１及びＧＴ３並びＧＴ２及びＧＴ４のトリガ周期が１周期の間に、２周期分の負荷電流ｉ０を発生することができる。
【００８４】
以上の構成によれば、図１の倍周波高周波インバータ１は、電源進み動作条件の場合においても、負荷電流ｉ０の周波数をトリガ周波数の２倍にできることにより、誘導加熱量を大きくできる。
【００８５】
（４）他の実施の形態
図１の倍周波高周波インバータ１においては、それぞれ給電電流スイッチ及び共振電流スイッチを有する第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂを直列共振回路４に接続すると共に、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂを順次給電電流モード及び連続電流モード並びに共振電流モード及び連続電流モードで動作させることにより、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂにおいてそれぞれ正弦波１周期分の負荷電流ｉ０を形成するようにし、これにより、各スイッチ素子としての給電電流スイッチ及び共振電流スイッチのトリガ周波数の２倍の周波数をもつ出力電流を得るようにした。
【００８６】
これに代え、図２０に示すように、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂに加えて、同じように給電電流スイッチＳ５及び共振電流スイッチＳ６を有する第３高周波電力変換回路２Ｃを直列共振回路４に接続することにより３系統の高周波電力変換回路を設ければ、３倍の周波数を有する出力電流を形成し得る３倍周波高周波インバータ１Ｘを得ることができる。
【００８７】
図２０の３倍周波高周波インバータ１Ｘは、図２１の時点ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４及びｔ４〜ｔ５の区間においては、図２について上述したと同様にして、スイッチ素子をゲート信号ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３及びＧＴ４によってオン動作させることにより順次１／２周期分の正弦波波形をもつ負荷電流ｉ０（図２１（Ｂ））を生成する。
【００８８】
図２１の場合、３倍周波高周波インバータ１Ｘは、これに加えて、時点ｔ５〜ｔ６及びｔ６〜ｔ７の区間について、第３高周波電力変換回路２Ｃの給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４をゲート信号ＧＴ５及びＧＴ６によってオン動作させることにより、給電電流ｉ５（図２１（Ａ５））及び共振電流ｉ６（図２１（Ａ６））を発生する。
【００８９】
その際、時点ｔ１〜ｔ２の区間においては直列共振回路４から発生する連続電流ｉ１１（図２１（Ａ１））、ｉ３１（図２１（Ａ３））及びｉ５１（図２１（Ａ５））を第１、第２及び第３の高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの逆並列ダイオードＤ１、Ｄ３及びＤ５を通して流す。
【００９０】
また時点ｔ２〜ｔ３においては、直列共振回路４から放出される連続電流ｉ２１（図２１（Ａ２））、ｉ４１（図２１（Ａ４））及びｉ６１（図２１（Ａ６））を第１、第２及び第３高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの逆並列ダイオードＤ２、Ｄ４及びＤ６を通して流す。
【００９１】
さらに、時点ｔ３〜ｔ４の区間においては直列共振回路４から発生する連続電流ｉ１２（図２１（Ａ１））、ｉ３２（図２１（Ａ３））及びｉ５２（図２１（Ａ５））を第１、第２及び第３の高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの逆並列ダイオードＤ１、Ｄ３及びＤ５を通して流す。
【００９２】
また時点ｔ４〜ｔ５においては、直列共振回路４から放出される連続電流ｉ２２（図２１（Ａ２））、ｉ４２（図２１（Ａ４））及びｉ６２（図２１（Ａ６））を第１、第２及び第３高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの逆並列ダイオードＤ２、Ｄ４及びＤ６を通して流す。
【００９３】
さらに時点ｔ５〜ｔ６の区間においては直列共振回路４から発生する連続電流ｉ１３（図２１（Ａ１））、ｉ３３（図２１（Ａ３））及びｉ５３（図２１（Ａ５））を第１、第２及び第３の高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの逆並列ダイオードＤ１、Ｄ３及びＤ５を通して流す。
【００９４】
また時点ｔ６〜ｔ７においては、直列共振回路４から放出される連続電流ｉ２３（図２１（Ａ２））、ｉ４３（図２１（Ａ４））及びｉ６３（図２１（Ａ６））を第１、第２及び第３高周波電力変換回路２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの逆並列ダイオードＤ２、Ｄ４及びＤ６を通して流す。
【００９５】
図２０の３倍周波高周波インバータ１Ｘによれば、各スイッチ素子１サイクル分の高周波電力変換動作をする時点ｔ１〜ｔ７の区間の間に、３周期分の正弦波波形を有する負荷電流ｉ０を得ることができるが、そのために必要な１つのスイッチ素子に対して必要なトリガ周期は負荷電流ｉ０の３周期分でよく、従って各スイッチ素子に対するトリガ周波数に対して３倍の周波数の負荷電流ｉ０を発生させることができる。
【００９６】
かくして３倍の周波数の負荷電流ｉ０によってさらに大きな発熱量の誘導加熱をなし得る３倍周波高周波インバータ１Ｘを実現できる。
【００９７】
なお、図２０の場合は、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂに対して１系列分の第３高周波電力変換回路２Ｃを設けた場合について述べたが、これに代え、２系列、３系列、……Ｍ系列分の高周波電力変換回路を設ければ、図２１について上述したと同様に各高周波電力変換回路のスイッチ素子を順次オン動作させて行くことにより、負荷電流ｉ０として４倍、５倍、……Ｍ倍の周波数をもつ負荷電流ｉ０を形成することができる。
【００９８】
かくすれば、さらに一段と大きい発熱量で誘導加熱をすることができる高周波インバータを得ることができる。
【００９９】
（５）倍周波ＺＶＳ高周波インバータ
図２２は、本発明の実施の形態として、図１の倍周波高周波インバータについて、ｆｔ（トリガ周波数）＞１／２・ｆｒ(直列共振回路の共振周波数）の場合の電流遅れ動作について、これをＺＶＳ（Ｚｅｒｏ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ)動作(以下これをゼロ電圧スイッチング動作と呼ぶ）できるようにした倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１を示す。
【０１００】
図２２の倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、図１との対応部分に同一符号を付して示すように、加熱負荷３を含む直列共振回路４と並列に、ＺＶＳコンデンサＣｐを接続した構成を有する。
【０１０１】
図２２の倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、以下の電流モードを順次実行することにより、図２３に示す時点ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４及びｔ４〜ｔ５において、給電電流スイッチＳ１、共振電流スイッチＳ２、給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４を順次スイッチ制御信号ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３及びＧＴ４をトリガ動作レベルに切り換えることにより、給電電流ｉ１（図２３（Ａ１））、共振電流ｉ２（図２３（Ａ２））、給電電流ｉ３（図２３（Ａ３））及び共振電流ｉ４（図２３（Ａ４））を直列共振回路４の加熱負荷３に流すことにより、図２３（Ｂ）に示すように、２周期分の正弦波波形状を有する負荷電流ｉ０を形成する。
【０１０２】
（５−１）全スイッチオフモード
図２３において、前回の高周波電力変換動作サイクルの時点ｔ４〜ｔ５の区間(図３５について後述する)で、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ４を通して直列共振回路４から共振電流ｉ４を流している状態になっており、次式
【０１０３】
【数５】
0005517325.tif 000006
【０１０４】
のように、共振電流スイッチＳ４の両端電圧Ｖｓ４は０〔Ｖ〕であり（図２３（Ｃ２）、かつこれに並列に接続されているＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐも０〔Ｖ〕である。
【０１０５】
この状態において、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１が、時点ｔ５において共振電流スイッチＳ４をゲート信号ＧＴ４によってオフ動作させる。
【０１０６】
このとき共振電流スイッチＳ４がオフ動作したことにより、当該共振電流スイッチＳ４を流れていた直列共振回路４の共振電流がＺＶＳコンデンサＣｐの電圧の連続性に基づいて、当該ＺＶＳコンデンサＣｐに切り換わることにより、図２４に示すように、直列共振回路４−ＺＶＳコンデンサＣｐ−直列共振回路４の電流ループを通してＺＶＳコンデンサＣｐに対する充電電流ｉｃｐとして流れて、その両端電圧Ｖｃｐはゼロからある傾きで入力電圧Ｅｄまで上昇して行く。
【０１０７】
このとき、共振電流スイッチＳ４及びＳ２の両端電圧Ｖｓ４及びＶｓ２と、ＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐは、
【０１０８】
【数６】
0005517325.tif 000007
【０１０９】
のように互いに等しく、またＺＶＳコンデンサＣｐの充電電流ｉｃｐは、
【０１１０】
【数７】
0005517325.tif 000008
【０１１１】
であると共に、
【０１１２】
【数８】
0005517325.tif 000009
【０１１３】
のように、給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２を流れる電流ｉ１及びｉ２は共にゼロである。
【０１１４】
ここで、第１高周波電力変換回路２Ａについて、次式
【０１１５】
【数９】
0005517325.tif 000010
【０１１６】
のように、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１と共振電流スイッチＳ２の両端電圧ＶＳ２との和が電源Ｅｄの両端電圧Ｅｄと等しくなる関係が成り立つと共に、上述の（６）式から、
【０１１７】
【数１０】
0005517325.tif 000011
【０１１８】
なので、
【０１１９】
【数１１】
0005517325.tif 000012
【０１２０】
【数１２】
0005517325.tif 000013
【０１２１】
が成り立つ。
【０１２２】
そこで、（１２）式の両辺を微分すると、
【０１２３】
【数１３】
0005517325.tif 000014
【０１２４】
となり、これに（７）式から
【０１２５】
【数１４】
0005517325.tif 000015
【０１２６】
を代入すると共に、（１０）式から
【０１２７】
【数１５】
0005517325.tif 000016
【０１２８】
を代入して整理すると、
【０１２９】
【数１６】
0005517325.tif 000017
【０１３０】
の関係が得られる。
【０１３１】
かくして、図２４の全スイッチオフモードにおいては、（５）式について上述したように、ＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐが、ゼロからある傾きで電源電圧Ｅｄまで上昇するのに対して、（１６）式から、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１は、Ｖｓ２＝Ｖｓ４＝Ｖｃｐの逆の傾きで、電源電圧Ｅｄ〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕になる。
【０１３２】
このＺＶＳコンデンサＣｐの充電動作時、すべてのスイッチ素子がオフ動作状態を保持する。
【０１３３】
（５−２）Ｄ１・Ｄ３複流モード
やがて、ＺＶSコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐ（＝Ｖｓ２）が電源Ｅｄの電圧Ｅｄに達すると、次式
【０１３４】
【数１７】
0005517325.tif 000018
【０１３５】
で表わされる給電電流スイッチＳ１の電圧Ｖｓ１が０〔Ｖ〕になる。
【０１３６】
このとき、直列共振回路４から流れる電流は、共振電流の連続性によりそのまま同じ方向に流れようとすることにより、図２５に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ１及びＤ３−電源Ｅｄ−直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ１１Ｙ及びｉ３１Ｙ（図２３（Ａ１）及び（Ａ３））として流れる。
【０１３７】
また、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１は０〔Ｖ〕を維持する（図２３（Ｃ１））と共に、共振電流スイッチＳ２の両端電圧Ｖｓ２はＥｄ〔Ｖ〕を維持する（図２３（Ｃ２））。
【０１３８】
（５−３）Ｓ１単流モード
図２５のＤ１・Ｄ３複流モードにおいて、やがて直列共振回路４からの連続電流連続電流ｉ１１Ｙ及びｉ３１Ｙがゼロになると、逆並列ダイオードＤ１が導通している間に給電電流スイッチＳ１のゲート信号ＧＴ１がオンとなっていることにより、給電電流スイッチＳ１が引き続きターンオンして、図２６に示すように、電源Ｅｄ−給電電流スイッチＳ１−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通って電源Ｅｄからの給電電流ｉ１が流れる。
【０１３９】
かくして倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１が０〔Ｖ〕の状態で連続電流ｉ１１Ｙ及びｉ３１Ｙ並びに給電電流ｉ１を流す状態にＺＶＳ動作して、連続電流ｉ１１Ｙ及びｉ３１Ｙと電源Ｅｄからの給電電流ｉ１とにより負荷抵抗Ｒ０に負荷電流ｉ０（図２３（Ｂ））を流すと共に、負荷インダクタＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに共振エネルギーを蓄積させる。
【０１４０】
（５−４）全スイッチオフモード
やがて倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、時点ｔ２〜ｔ３の区間に入って給電電流スイッチＳ１のゲート信号ＧＴ１をオフトリガ動作状態に切り換えると給電電流スイッチＳ１をオフ動作させることにより直列共振回路４に流れていた電流ｉ１が遮断される。
【０１４１】
このとき、
【０１４２】
【数１８】
0005517325.tif 000019
【０１４３】
になった時点で、第１高周波電力変換回路２Ａにおいて成り立つ次式、
【０１４４】
【数１９】
0005517325.tif 000020
【０１４５】
の関係から、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、ＺＶＳコンデンサＣｐの電流の連続性に基づいて、図２７に示すように、ＺＶＳコンデンサＣｐ−直列共振回路４−ＺＶＳコンデンサＣｐの電流ループを通ってＺＶＳコンデンサＣｐから放電電流ｉｃｐを流す。
【０１４６】
この状態において、ＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐは放電により電源電圧Ｅｄ〔Ｖ〕からある傾きで低下して行くと同時に、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１は０〔Ｖ〕からある傾きで上昇して行く。
【０１４７】
（５−５）Ｄ２・Ｄ４複流モード
やがて、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１が次式
【０１４８】
【数２０】
0005517325.tif 000021
【０１４９】
のように、電源電圧Ｅｄ〔Ｖ〕になると共に、従ってＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐ従って共振電流スイッチＳ２の両端電圧Ｖｓ２が
【０１５０】
【数２１】
0005517325.tif 000022
【０１５１】
のように、０〔Ｖ〕になると、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、直列共振回路４のインダクタＬ０の電流の連続性に基づいて同一方向に連続して電流を流すことにより、図２８に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ２及びＤ４−直列共振回路４の電流ループを通って直列共振回路４からの共振電流を連続電流ｉ２１Ｙ及びｉ４１Ｙ（図２３（Ａ２）及び（Ａ４））として流す。
【０１５２】
（５−６）Ｓ２単流モード
図２８のＤ２・Ｄ４複流モードにおいて、やがて逆並列ダイオードＤ２及びＤ４を流れる連続電流ｉ２１Ｙ及びｉ４１Ｙがゼロになると、逆並列ダイオードＤ２が導通している間に共振電流スイッチＳ２のゲート信号がオンとなっていることにより、共振電流スイッチＳ２が引き続きターンオンして、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、図２９に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ２−直列共振回路４の電流ループを通じて直列共振回路４から共振電流ｉ２を流す（図２３（Ａ２））。
【０１５３】
かくして共振電流スイッチＳ２は両端電圧Ｖｓ２が０〔Ｖ〕の状態で連続電流ｉ２１Ｙ及びｉ４１Ｙ並びに共振電流ｉ２を流す状態にＺＶＳ動作することにより、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、連続電流ｉ２１Ｙ及びｉ４１Ｙと直列共振回路４を流れる共振電流ｉ２とに基づいて負荷電流ｉ０（図２３（Ｂ））を流すことによって、共振エネルギーを放出させる。
【０１５４】
（５−７）全スイッチオフモード
この状態に続いてやがて時点ｔ３〜ｔ４の区間に入ると、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、第１高周波電力変換回路Ａ２の共振電流スイッチＳ２のゲート信号ＧＴ２をオフトリガ動作状態に切り換えることにより、図３０に示す全スイッチオフモードに移る。
【０１５５】
このとき図２９において共振電流スイッチＳ２に電流ｉ２を流していた直列共振回路４は電流ｉ２が遮断されたことにより共振電流の連続性により同一方向に電流を流そうとする。
【０１５６】
この状態において次式
【０１５７】
【数２２】
0005517325.tif 000023
【０１５８】
のように第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１と、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３の両端電圧Ｖｓ３とが等しく、かつ
【０１５９】
【数２３】
0005517325.tif 000024
【０１６０】
のように、第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ２の両端電圧がＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐ及び第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ４の両端電圧Ｖｓ４と等しく、かつ
【０１６１】
【数２４】
0005517325.tif 000025
【０１６２】
のように、電源電圧Ｅｄが第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１とＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐとの和の値になる状態になる。
【０１６３】
かくして直列共振回路４から送出される電流は、図３０に示すように、直列共振回路４−ＺＶＳコンデンサＣｐ−直列共振回路４の電流ループを通って流れるＺＶＳコンデンサのＣｐへの充電電流ｉｃｐになる。
【０１６４】
ここでＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐは図２９のＳ２単流モードから連続であり、かつ電源電圧Ｅｄは一定なので、（20）式から給電電流スイッチ１の両端電圧Ｖｓ１も連続となる。
【０１６５】
かくしてＺＶＳコンデンサＣｐは直列共振回路４から送出された連続電流によって充電されることにより、ある傾きで増大して行くので、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１（従って給電電流スイッチＳ３の両端電圧Ｖｓ３）は当該ある傾きで減少するのに対して、共振電流スイッチＳ２及びＳ４の両端電圧Ｖｓ２及びＶｓ４は、（19）式によりＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐと共に０〔Ｖ〕からある傾きで上昇して行く。
【０１６６】
（５−８）Ｄ３・Ｄ１複流モード
やがて
【０１６７】
【数２５】
0005517325.tif 000026
【０１６８】
のように、ＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐが電源電圧Ｅｄ〔Ｖ〕になると共に、
【０１６９】
【数２６】
0005517325.tif 000027
【０１７０】
のように、給電電流スイッチＳ１及びＳ３の両端電圧が０〔Ｖ〕になると、逆並列ダイオードＤ１およびＤ３が導通することにより、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、図３１に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ１及びＤ３−電源Ｅｄ−直列共振回路４の電流ループを通じて直列共振回路４から送出される共振電流である連続電流ｉ３２Ｙ及びｉ１２Ｙ（図２３（Ａ３）及び（Ａ１））を流す。
【０１７１】
（５−９）Ｓ３単流モード
やがて直列共振回路４から放出される連続電流ｉ１２Ｙ及びｉ３２Ｙがゼロになると、逆並列ダイオードＤ３が導通している間に給電電流スイッチＳ３のゲート信号ＧＴ３がオンとなっていることにより、給電電流スイッチＳ３が引き続きターンオンして、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、図３２に示すように、電源Ｅｄ−給電電流スイッチＳ３−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通って給電電流ｉ３を流す状態に切り換わり（図２３（Ａ３））、連続電流ｉ３２Ｙ及びｉ１２Ｙと給電電流ｉ３とによって負荷抵抗Ｒ０に負荷電流ｉ０（図２３（Ｂ））を流すと共に、負荷インダクタＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに共振エネルギーを蓄積する。
【０１７２】
このように、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３は、両端電圧Ｖｓ３が０〔Ｖ〕の状態で、連続電流ｉ３２Ｙ及びｉ１２Ｙ並びに給電電流ｉ３を流す状態に切り換わることにより、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１はＺＶＳ動作することになる。
【０１７３】
（５−１０）全スイッチオフモード
かくして倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、時点ｔ３〜ｔ４の高周波電力変換動作に続いて時点ｔ４〜ｔ５の区間に入ると、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３のゲート信号ＧＴ３をオフトリガ動作させると、図３３に示すように、直列共振回路４−ＺＶＳコンデンサＣｐ−直列共振回路４の電流ループを通じて、直列共振回路４の負荷インダクタＬ０の連続性によりそれまで流れていた電流ｉ３の方向と同じ方向の連続電流を流す。
【０１７４】
かくして当該連続電流は、ＺＶＳコンデンサＣｐに対する放電電流ｉｃｐとしてこれを放電することにより、
【０１７５】
【数２７】
0005517325.tif 000028
【０１７６】
で表わされる、ＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐは電源Ｅｄの両端電圧Ｅｄ〔Ｖ〕からある傾きで減少していくのに対して、
【０１７７】
【数２８】
0005517325.tif 000029
【０１７８】
で表わされる、給電電流スイッチＳ１及びＳ３の両端電圧Ｖｓ１及びＶｓ３は０〔Ｖ〕からある傾きで上昇して行く。
【０１７９】
ここで、
【０１８０】
【数２９】
0005517325.tif 000030
【０１８１】
のように、給電電流スイッチＳ１の両端電圧Ｖｓ１とＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐとの和の電圧は電源電圧Ｅｄ〔Ｖ〕になる。
【０１８２】
（５−１１）Ｄ４・Ｄ２複流モード
かくしてＺＶＳコンデンサＣｐの放電が進んで、
【０１８３】
【数３０】
0005517325.tif 000031
【０１８４】
のように、ＺＶＳコンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐが０〔Ｖ〕になると共に、
【０１８５】
【数３１】
0005517325.tif 000032
【０１８６】
のように、給電電流スイッチＳ３及びＳ１の両端電圧Ｖｓ３及びＶｓ１が電源電圧Ｅｄ〔Ｖ〕になると、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１１は、図３４に示すように、逆並列ダイオードＤ２及びＤ４が導通することにより、直列共振回路４の負荷インダクタＬ０の連続性により直列共振回路４から逆並列ダイオードＤ２及びＤ４を通って共振電流が連続電流ｉ４２Ｙ及びｉ２２Ｙ（図２３（Ａ４）及び（Ａ２））として流れる。
【０１８７】
（５−１２）Ｓ４単流モード
やがて直列共振回路４から逆並列ダイオードＤ２及びＤ４を流れる連続電流ｉ２２Ｙ及びｉ４２Ｙがゼロになると、逆並列ダイオードＤ４が導通している間に共振電流スイッチＳ４のゲート信号がオンとなっていることにより、共振電流スイッチＳ４が引き続きターンオンして、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、図３５に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ４−直列共振回路４の電流ループを通って直列共振回路４から共振電流ｉ４を放出する。
【０１８８】
かくして倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、時点ｔ４〜ｔ５の期間において、共振電流スイッチＳ４の両端電圧Ｖｓ４が０〔Ｖ〕の状態で連続電流ｉ４２Ｙ及びｉ２２Ｙ並びに共振電流ｉ４を流す状態にＺＶＳ動作して、負荷抵抗Ｒ０に負荷電流ｉ０（図２３（Ｂ））を流すと共に、負荷インダクタＬＤ及び直列共振用コンデンサＣｓの共振エネルギーを放出させる。
【０１８９】
かくして上述の電流モード（５−１）〜（５−１２）に従って、倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１は、時点ｔ１〜ｔ５の高周波電力変換動作を終了する。
【０１９０】
以上のように、図２２〜図３５の構成によれば、スイッチ要素のトリガ周波数に対して２倍の周波数の出力電流ｉ０を得ることができることにより、加熱負荷に対する発熱量を一段と大きくできる高周波インバータを実現するにつき、各スイッチ要素のスイッチング動作時において、すべてのスイッチ要素を一旦オフモードに設定してＺＶＳコンデンサＣｐの充電・放電動作を利用してＺＶＳ動作をすることができるような倍周波ＺＶＳ高周波インバータ１１を実現できる。
【０１９１】
（６）倍周波ＺＣＳ高周波インバータ
図３６は、本発明の実施の形態として、図１の倍周波インバータについて、ｆｔ（トリガ周波数）＜１／２・ｆｒ(直列共振回路の共振周波数）の場合の電流進み動作について、これをＺＣＳ（Ｚｅｒｏ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ)動作(以下これをゼロ電流スイッチング動作と呼ぶ）できるようにした倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２を示す。
【０１９２】
この倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図１との対応部分に同一符号を付して示すように、電源Ｅｄと、第１及び第２高周波電力変換回路２Ａ及び２Ｂの給電電流スイッチＳ１及びＳ３の接続端との間に、ＺＣＳ（Ｚｅｒｏ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）態様でスイッチング動作（これを電流ゼロスイッチングと呼ぶ）をさせるＺＣＳインダクタＬｄを接続した構成を有する。
【０１９３】
かくして倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図１について上述したように、給電電流スイッチＳ１、共振電流スイッチＳ２、給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４がその順序で繰り返し切換え動作をすることにより、２倍周波の負荷電流ｉ０を直列共振回路４に流すよう構成されていると共に、スイッチ動作する際に、図３７に示すように、各素子に流れる電流すなわち給電電流ｉ１（図３７（Ａ１））及びｉ３（図３７（Ａ３））並びに共振電流ｉ２（図３７（Ａ２））及びｉ４（図３７（Ａ４））がゼロの状態からある傾きでターンオン（すなわちＺＣＳターンオン）動作をする。
【０１９４】
倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、このようなＺＣＳターンオン動作を以下の電流モードに従って実行する。
【０１９５】
（６−１）Ｓ１・Ｄ４・Ｄ２重流モード
倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図３７の時点ｔ１１において第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１のゲート信号ＧＴ１がオントリガ動作すると、図３８に示すように、電源Ｅｄ−ＺＣＳインダクタＬｄ−給電電流スイッチＳ１−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通って給電電流スイッチＳ１の給電電流ｉ１を流す。
【０１９６】
この給電電流ｉ１は、ＺＣＳインダクタＬｄを通って流れることによりその電流連続性に基づいてゼロからある傾きで大きくなって行く。
【０１９７】
ところが時点ｔ１１においては、前の電力変換動作サイクルに続いて直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ２及びＤ４−直列共振回路４の電流ループを通って直列共振回路４から連続電流ｉ２１Ｚ及びｉ４１Ｚが流れており（図４９）、直列共振回路４に流れる負荷電流ｉ０はこれらの電流が重なる重流電流として流れる。
【０１９８】
この重流モードにおける第１高周波電力変換回路２ＡとＺＣＳインダクタＬｄとの接続点における電流条件は、次式
【０１９９】
【数３２】
0005517325.tif 000033
【０２００】
【数３３】
0005517325.tif 000034
【０２０１】
の条件が成り立つため、
【０２０２】
【数３４】
0005517325.tif 000035
【０２０３】
のように、給電電流スイッチＳ１を流れる給電電流ｉ１がＺＣＳインダクタＬｄを流れる電流ｉｄと等しくなる。
【０２０４】
かくしてターンオン時の給電電流スイッチＳ１の給電電流ｉ１（図３７（Ａ１））は、ＺＣＳインダクタＬｄを流れる電流ｉｄとしてゼロからある傾斜で増大する連続電流と同じ連続電流になるので、給電電流スイッチＳ１はＺＣＳターンオン動作をすることになる。
【０２０５】
（６−２）Ｓ１単流モード
やがて逆並列ダイオードＤ２及びＤ４を流れる連続電流ｉ２１Ｚ及びｉ４１Ｚがゼロになると、図３９に示すように、給電電流スイッチＳ１の給電電流ｉ１だけが直列共振回路４に流れる状態になり（図３７（Ａ１））、これにより倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、給電電流ｉ１によって負荷抵抗Ｒ０に負荷電流ｉ０（図３７（Ｂ））を流すと共に、負荷インダクタンスＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに共振エネルギーを蓄積する。
【０２０６】
（６−３）Ｄ１・Ｄ３複流モード
やがて給電電流ｉ１が直列共振回路４の共振電流としてゼロクロスして逆方向に流れ始めると、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図４０に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ１及びＤ３―電源Ｅｄ―直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ１１Ｚ及びｉ１３Ｚ（図３７（Ａ１）及び（Ａ３））を流す複流モードになり、かくして時点ｔ１１〜ｔ１２の区間の高周波電力変換動作を終了する。なお、第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ１のゲート信号ＧＴ１は、このＤ１・Ｄ３複流モード期間中にオフトリガ動作状態に切り換える。
【０２０７】
かくして倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、時点ｔ１１〜ｔ１２の区間において、連続電流ｉ２１Ｚ及びｉ４１Ｚと、給電電流ｉ１と、連続電流ｉ１１Ｚ及びｉ３１Ｚとにより、図３７（Ｂ）に示すように、１／２周期分の正弦波波形を有する負荷電流ｉ０を流す。
【０２０８】
（６−４）Ｓ２・Ｄ１・Ｄ３重流モード
図４０において逆並列ダイオードＤ１及びＤ３に連続電流ｉ１１Ｚ及びｉ１３Ｚ（図３７（Ａ１）及び（Ａ３））が流れている状態において、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、時点ｔ１２〜ｔ１３の区間に入ると、共振電流スイッチＳ２のゲート信号ＧＴ２がオントリガ動作に切り換えて、図４１に示すように、逆並列ダイオードＤ１及びＤ３を流れる連続電流ｉ１１Ｚ及びｉ３１Ｚに重なるように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ２−直列共振回路４の電流ループを通って共振電流ｉ２が流れる（図３７（Ａ２））。
【０２０９】
この重流モードにおいて、給電電流スイッチＳ１と共振電流スイッチＳ２との接続点における共振電流ｉ２の条件は、
【０２１０】
【数３５】
0005517325.tif 000036
【０２１１】
【数３６】
0005517325.tif 000037
【０２１２】
の関係になるので、
【０２１３】
【数３７】
0005517325.tif 000038
【０２１４】
のように、共振電流ｉ２は、ＺＣＳインダクタＬｄを流れる連続電流ｉｄと、負荷電流ｉ０とによって表すことができ、その結果、共振電流ｉ２は連続電流であることになる。
【０２１５】
従って共振電流スイッチＳ２は、共振電流ｉ２がゼロからある傾きで大きくなって行くことにより、ＺＣＳターンオン動作する。
【０２１６】
（６−５）Ｓ２単流モード
やがて逆並列ダイオードＤ１及びＤ３に流れていた連続電流ｉ１１Ｚ（図３７（Ａ１））及びｉ３１Ｚ（図３７（Ａ３））がゼロになると、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図４２に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ２−直列共振回路４の電流ループを通して直列共振回路４から共振電流スイッチＳ２に共振電流ｉ２（図３７（Ａ２））を流すＳ２単流モードになる。
【０２１７】
かくして直列共振回路４から流れる共振電流ｉ２によって負荷抵抗Ｒ０に負荷電流ｉ０が流れると共に、負荷インダクタＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに蓄積された共振エネルギーが放出される。
【０２１８】
（６−６）Ｄ２・Ｄ４複流モード
やがて直列共振回路４から放出される共振電流ｉ２がゼロクロスして流れる方向が反転すると、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図４３に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ２及びＤ４−直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ４２Ｚ及びｉ２２Ｚ（図３７（Ａ４）及び（Ａ２））を放出するＤ２・Ｄ４複流モードになる。なお、第１高周波電力変換回路２Ａの給電電流スイッチＳ２のゲート信号ＧＴ２は、このＤ２・Ｄ４複流モード期間中にオフトリガ動作状態に切り換える。
【０２１９】
かくして倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、時点ｔ１２〜ｔ１３の区間において、連続電流ｉ１１Ｚ及びｉ３１Ｚと、共振電流ｉ２と、連続電流ｉ２２Ｚ及びｉ４２Ｚとにより、図３７（Ｂ）に示すように、１／２周期分の正弦波波形を有する負荷電流ｉ０を流すことになる。
【０２２０】
（６−７）Ｓ３・Ｄ２・Ｄ４重流モード
この状態において倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、やがて時点ｔ１３〜ｔ１４の区間に入って、第２高周波電力変換回路２Ｂの給電電流スイッチＳ３のゲート信号ＧＴ３をオントリガ動作に切り換えて、図４４に示すように、電源Ｅｄ−ＺＣＳインダクタＬｄ−給電電流スイッチＳ３−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通って電源Ｅｄから直列共振回路４に給電電流ｉ３（図３７（Ａ３））を流すＳ３・Ｄ２・Ｄ４重流モードに切り換わる。
【０２２１】
このときＺＣＳインダクタＬｄを流れる電流ｉｄは、次式、
【０２２２】
【数３８】
0005517325.tif 000039
【０２２３】
【数３９】
0005517325.tif 000040
【０２２４】
となることにより、給電電流スイッチＳ３に流れる電流ｉ３は次式
【０２２５】
【数４０】
0005517325.tif 000041
【０２２６】
のように電流ｉｄと等しくなる。
【０２２７】
ここで電流ｉｄはＺＣＳインダクタＬｄから流れる連続電流であるので、給電電流スイッチＳ３がゼロからＺＣＳターンオン動作することになる。
【０２２８】
（６−８）Ｓ３単流モード
Ｓ３・Ｄ２・Ｄ４重流モードにおいて、やがて逆並列ダイオードＤ２及びＤ４の連続電流ｉ２２Ｚ及びｉ４２Ｚ（図３７（Ａ２）及び（Ａ４））がゼロになると、逆並列ダイオードＤ２及びＤ４がオフ動作状態になるので、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図４５に示すように、電源Ｅｄ−ＺＣＳインダクタＬｄ−給電電流スイッチＳ３−直列共振回路４−電源Ｅｄの電流ループを通して電源Ｅｄから直列共振回路４に給電電流ｉ３だけを流す（図３７（Ａ３））Ｓ３単流モードになり、これにより負荷抵抗Ｒ０に給電電流ｉ３によって負荷電流ｉ０を流すと共に、負荷コイルＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに共振エネルギーを蓄積させる。
【０２２９】
（６−９）Ｄ３・Ｄ１複流モード
やがて給電電流ｉ３が直列共振回路４の共振電流としてゼロクロスして流れる方向を反転すると（図３７（Ａ３））、給電電流スイッチＳ３を流れることができなくなる。
【０２３０】
このとき倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図４６に示すように、直列共振回路４−給電電流スイッチＤ１及びＤ３−ＺＣＳインダクタＬｄ−電源Ｅｄ−直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ３２Ｚ及びｉ１２Ｚ（図３７（Ａ３）及び（Ａ１））を流すＤ３・Ｄ１複流モードになる。なお、第２高周波電力変換回路２Bの給電電流スイッチＳ３のゲート信号ＧＴ３は、このＤ３・Ｄ１複流モード期間中にオフトリガ動作状態に切り換える。
【０２３１】
かくして倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、時点ｔ１３〜ｔ１４の区間において、連続電流ｉ２２Ｚ及びｉ４２Ｚと、給電電流ｉ３と、連続電流ｉ３２Ｚ及びｉ１２Ｚとにより、図３７（Ｂ）に示すように、１／２周期分の正弦波波形を有する負荷電流ｉ０を流す。
【０２３２】
（６−１０）Ｓ４・Ｄ３・Ｄ１重流モード
この状態において、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、時点ｔ１４〜ｔ１５の区間に入ると、第２高周波電力変換回路２Ｂの共振電流スイッチＳ４のゲート信号ＧＴ４をオントリガ動作に切り換えて、図４７に示すように、直列共振回路４−共振電流スイッチＳ４−直列共振回路４の電流ループを通って電流ｉ４をも流すＳ４・Ｄ３・Ｄ１重流モードに切り換わる。
【０２３３】
この重流モードにおいて、ＺＣＳインダクタＬｄを流れる電流ｉｄについて、
【０２３４】
【数４１】
0005517325.tif 000042
【０２３５】
【数４２】
0005517325.tif 000043
【０２３６】
となることにより、共振電流スイッチＳ４に流れる電流ｉ４は、
【０２３７】
【数４３】
0005517325.tif 000044
【０２３８】
のように、共に連続電流であるＺＣＳインダクタＬｄを流れる電流ｉｄと負荷電流ｉ０とによって表すことができる。
【０２３９】
これにより共振電流スイッチＳ４のターンオン時に流れる共振電流ｉ４（図３７（Ａ４））はゼロからＺＣＳターンオン動作することになる。
【０２４０】
（６−１１）Ｓ４単流モード
やがて直列共振回路４から逆並列ダイオードＤ３及びＤ１を流れる連続電流ｉ３２Ｚ及びｉ１２Ｚ（図３７（Ａ３）及び（Ａ１））がゼロになると、逆並列ダイオードＤ１及びＤ３がオフ動作することにより、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図４８に示すように、直列共振回路４からの共振電流ｉ４を共振電流スイッチＳ４を通して流れるＳ４単流モードになり、これにより負荷抵抗Ｒ０に共振電流ｉ４によって負荷電流ｉ０を流すと共に、負荷コイルＬ０及び直列共振用コンデンサＣｓに蓄積された共振エネルギーを放出させる。
【０２４１】
（６−１２）Ｄ４・Ｄ２複流モード
やがて、直列共振回路４から共振電流スイッチＳ４に流れる共振電流ｉ４（図３７（Ａ４））がゼロクロスすることにより流れる方向が反転すると、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、図４９に示すように、直列共振回路４−逆並列ダイオードＤ２及びＤ４−直列共振回路４の電流ループを通って連続電流ｉ４１Ｚ及びｉ２１Ｚ（図３７（Ａ４）及び（Ａ２））を流すＤ４・Ｄ２複流モードになる。なお、第２高周波電力変換回路２Bの給電電流スイッチＳ４のゲート信号ＧＴ４は、このＤ４・Ｄ２複流モード期間中にオフトリガ動作状態に切り換える。
【０２４２】
かくして倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、時点ｔ１４〜ｔ１５の区間において、連続電流ｉ３２Ｚ及びｉ１２Ｚと、共振電流ｉ４と、連続電流ｉ４１Ｚ及びｉ２１Ｚとにより、図３７（Ｂ）に示すように、１／２周期分の正弦波波形を有する負荷電流ｉ０を流す。
【０２４３】
倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、このＤ４・Ｄ２複流モードにおいて時点ｔ１４〜ｔ１５の高周波電力変換動作を終了して新たな高周波電力変換サイクルｔ１１〜ｔ１５の動作に入る。
【０２４４】
上述の（６−１）〜（６−１２）の電流モードについて上述したように、倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２は、第１高周波電力変換回路２Ａ並びに第２高周波電力変換回路２Ｂをそれぞれ構成する給電電流スイッチＳ１及び共振電流スイッチＳ２並びに給電電流スイッチＳ３及び共振電流スイッチＳ４を、ゲート信号ＧＴ１及びＧＴ２並びにＧＴ３及びＧＴ４によって、その順序で順次切換え動作させることにより、各ゲート信号１周期の間に２周期分の正弦波波形を有する負荷信号ｉ０を得ることができ、これによりトリガ周波数の２倍の周波数を有する負荷電流ｉ０を直列共振回路４の加熱負荷３に出力することができる。
【０２４５】
かくするにつき、各スイッチ素子のターンオン時及びターンオフ時において、いずれも各スイッチ素子に流す電流としてＺＣＳインダクタＬｄ及び直列共振回路４から得られる連続電流を流すようにしたことにより、全体としてＺＣＳ動作をする倍周波ＺＣＳ高周波インバータ１２を得ることができる。
【０２４６】
（７）他の実施の形態
（７−１）図２２〜図３５及び図３６〜図３９の実施の形態においては本発明をスイッチ要素のトリガ周波数に対して２倍の周波数を有する負荷電流ｉ０を得る場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３倍、４倍……Ｎ倍の出力周波数を有する高周波インバータに適用してもよい。
【０２４７】
この場合、図２０及び図２１について上述したと同様に、第１及び第２高周波電流変換回路２Ａ及び２Ｂに対して並列に第３高周波電力変換回路２Ｃ又は第４、第５……第Ｎ高周波電力変換回路を設けるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【０２４８】
本発明は、業務用、民生用加熱調理器や、民生用及び工業用誘導加熱高周波焼入れ装置などの高周波加熱装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２４９】
【図１】本発明の一実施の形態による倍周波高周波インバータを示す電気的接続図である。
【図２】図１の電流遅れ動作の説明に供する各部動作波形図である。
【図３】Ｄ１・Ｄ３複流モードを示す略線図である。
【図４】Ｓ１単流モードを示す略線図である。
【図５】Ｄ２・Ｄ４複流モードを示す略線図である。
【図６】Ｓ２単流モードを示す略線図である。
【図７】Ｄ３・Ｄ１複流モードをを示す略線図である。
【図８】Ｓ３単流モードを示す略線図である。
【図９】Ｄ４・Ｄ２複流モードを示す略線図である。
【図１０】Ｓ４単流モードを示す略線図である。
【図１１】図１の電流進み動作波形の説明に供する各部動作波形図である。
【図１２】Ｓ１単流モードを示す略線図である。
【図１３】Ｄ１・Ｄ３複流モードを示す略線図である。
【図１４】Ｓ２単流モードを示す略線図である。
【図１５】Ｄ２・Ｄ４複流モードを示す略線図である。
【図１６】Ｓ３単流モードを示す略線図である。
【図１７】Ｄ３・Ｄ１複流モードを示す略線図である。
【図１８】Ｓ４単流モードを示す略線図である。
【図１９】Ｄ４・Ｄ２複流モードを示す略線図である。
【図２０】本発明の他の実施の形態である３倍周波高周波インバータを示す電気的接続図である。
【図２１】図２０の３倍周波（遅れ電流）の場合の動作の説明に供する各部動作波形図である。
【図２２】本発明の他の実施例として倍周波ＺＶＳ高周波インバータを示す電気的接続図である。
【図２３】図２２のＺＶＳ電流遅れ動作の説明に供する各部動作波形図である。
【図２４】全スイッチオフモードを示す略線図である。
【図２５】Ｄ１・Ｄ３複流モードを示す略線図である。
【図２６】Ｓ１単流モードを示す略線図である。
【図２７】全スイッチオフモードを示す略線図である。
【図２８】Ｄ２・Ｄ４複流モードを示す略線図である。
【図２９】Ｓ２単流モードを示す略線図である。
【図３０】全スイッチオフモードを示す略線図である。
【図３１】Ｄ３・Ｄ１複流モードを示す略線図である。
【図３２】Ｓ３単流モードを示す略線図である。
【図３３】全スイッチオフモードを示す略線図である。
【図３４】Ｄ４・Ｄ２複流モードを示す略線図である。
【図３５】Ｓ４単流モードを示す略線図である。
【図３６】本発明の他の実施の形態として倍周波ＺＣＳ高周波インバータを示す電気的接続図である。
【図３７】図３６のＺＣＳ電流進み動作の説明に供する各部動作波形図である。
【図３８】Ｓ１・Ｄ４・Ｄ２重流モードを示す略線図である。
【図３９】Ｓ１単流モードを示す略線図である。
【図４０】Ｄ１・Ｄ３複流モードを示す略線図である。
【図４１】Ｓ２・Ｄ１・Ｄ３重流モードを示す略線図である。
【図４２】Ｓ２単流モードを示す略線図である。
【図４３】Ｄ２・Ｄ４複流モードを示す略線図である。
【図４４】Ｓ３・Ｄ２・Ｄ４重流モードを示す略線図である。
【図４５】Ｓ３単流モードを示す略線図である。
【図４６】Ｄ３・Ｄ１複流モードを示す略線図である。
【図４７】Ｓ４・Ｄ３・Ｄ１重流モードを示す略線図である。
【図４８】Ｓ４単流モードを示す略線図である。
【図４９】Ｄ４・Ｄ２複流モードを示す略線図である。
【符号の説明】
【０２５０】
１……倍周波高周波インバータ、１Ｘ……３倍周波高周波インバータ、２Ａ……第１高周波電力変換回路、２Ｂ……第２高周波電力変換回路、３……加熱負荷、４……直列共振回路、１１……倍周波ＺＶＳ高周波インバータ、１２……倍周波ＺＣＳ高周波インバータ、Ｓ１、Ｓ３……給電電流スイッチ、Ｓ２、Ｓ４……共振電流スイッチ、Ｄ１〜Ｄ４……逆並列ダイオード、Ｅｄ……電源、Ｒ０……負荷抵抗、Ｌ０……負荷インダクタ、Ｃｓ……直列共振用コンデンサ、Ｌｄ……ＺＣＳインダクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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