(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個のスイッチング素子の直列回路と２個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記２個のスイッチング素子の接続点と前記２個の共振コンデンサの接続点との間に２次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの１次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備えてなるマグネトロン用高周波電源装置において、
前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御し、
前記インダクタンス電流と前記インバータの出力電圧の位相差を検出し、この検出結果から前記マグネトロンのヒートアップ状態を判別することを特徴とするマグネトロン用高周波電源装置。
【請求項２】
前記位相差の検出結果により前記ヒートアップ状態に至ったことが検知されるまでは、前記共振コンデンサに発生する電圧を一定値以下に制御することを特徴とする請求項１記載のマグネトロン用高周波電源装置。
【請求項３】
２個のスイッチング素子の直列回路と２個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記２個のスイッチング素子の接続点と前記２個の共振コンデンサの接続点との間に２次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの１次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備え、前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御するマグネトロン用高周波電源装置において、
前記インダクタンス電流の検出を、前記共振コンデンサと並列に、検出コンデンサとこの検出コンデンサのインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗との直列回路を接続し、前記抵抗の両端に発生する電圧として行うことを特徴とするマグネトロン用高周波電源装置。
【請求項４】
前記抵抗に発生する電圧をピーク値整流回路により検出することを特徴とする請求項３記載のマグネトロン用高周波電源装置。
【請求項５】
前記抵抗に発生する電圧をコンパレータにより検出することを特徴とする請求項３記載のマグネトロン用高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子レンジのマグネトロン等を駆動するマグネトロン用高周波電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子レンジ等のマグネトロン用高周波電源装置には、マイクロ波を連続的に可変制御することのできるインバータ電源が多用されている。インバータ電源は、商用交流電源より得られた直流電源を商用周波数より高い高周波電力に変換して高周波トランスの１次巻線に供給し、２次巻線に発生する高周波電圧を倍電圧整流回路等で整流し、その整流電圧をマグネトロンのアノード・カソード間にアノード電圧として印加するようになっている。このようなインバータ電源の中でも、近時の、電子レンジの大容量化等に対処して高出力化すべくハーフブリッジ型のものが用いられてきている。ハーフブリッジ型のインバータ電源は、高出力化しても耐圧的に既存のスイッチング素子を採用することができ、また高周波トランスの１次巻線に直流電流成分が残らず、偏励磁現象が生じないという利点を持っている。
【０００３】
ところで、マグネトロンの出力は、そのアノード電流の平均値に比例するが、一方で「モーディング」と呼ばれる異常動作（ヒータ電流過少、アノード電流過大、負荷インピーダンス不良等の原因でマグネトロンに生じる異常動作。正常な発振モードでないモードで動作する）を避けるためアノード電流のピーク値に対し最大値が設けられている。また、マグネトロンは電子管であり、始動時にフィラメントが必要温度に達しないと、電子放出が起こらず、発振動作をしない。この時はマグネトロンのアノード・カソード間の定電圧特性は現れず、ほぼ解放と同じになる。このため、始動時にフィラメントが必要温度に達するまでの間、高周波トランスの２次巻線、倍電圧整流回路等の高圧回路に定格以上の過大電圧発生傾向が生じる。
【０００４】
これに対し、始動時にマグネトロンへの印加電圧を抑制するようにした従来技術として、例えば特開平５−２４２９６２号公報に開示された電子レンジ用高周波電源装置がある。この従来技術では、ハーフブリッジ型の回路と、高周波トランスの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、始動時には、電流検出手段の検出電流が殆どゼロになるので、スイッチング信号発生手段から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て、マグネトロンへの印加電圧を抑制するようにしている。このように、上記の従来技術には、始動時にマグネトロンへの印加電圧を抑制する技術のみが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マグネトロンの出力は、そのアノード電流の平均値に比例するが、一方で「モーディング」と呼ばれる異常動作を避けるためアノード電流のピーク値に対し最大値が設けられている。このため、アノード電流のピーク値と平均値の比が大きいと、アノード電流のピーク値に対する最大値の制限で、マグネトロンの本来持つ出力値での動作ができないという問題点がある。また、マグネトロンは電子管であり、始動時にフィラメントが必要温度に達しないと、電子放出が起こらず、発振動作をしない。この時はマグネトロンのアノード・カソード（フィラメント）間の定電圧特性は現れず、ほぼ解放と同じになる。このため、マグネトロンの始動時にフィラメントが必要温度に達するまでは高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転を行い、フィラメントの加熱を行う必要がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、マグネトロンがヒートアップするまでは、高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転し、インダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差を検出するという容易、且つ簡潔な動作でヒートアップ検出後は、直ちに通常出力動作に移行し、かつ、マグネトロンのアノード電流のピーク値と平均値の比を小さく制御して、定格範囲内で大出力動作をさせることができるマグネトロン用高周波電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、２個のスイッチング素子の直列回路と２個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記２個のスイッチング素子の接続点と前記２個の共振コンデンサの接続点との間に２次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの１次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備えてなるマグネトロン用高周波電源装置において、前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御し、前記インダクタンス電流と前記インバータの出力電圧の位相差を検出し、この検出結果から前記マグネトロンのヒートアップ状態を判別することを要旨とする。この構成により、マグネトロンの始動時には、そのフィラメントがヒートアップするまでは高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転を行うことが必要である。インダクタンス電流と、インバータ出力電圧と同じ位相関係にあるスイッチング素子のゲート制御電圧との位相差が一定値以下となることを検知することでマグネトロンのヒートアップを判別することが可能となる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載のマグネトロン用高周波電源装置において、前記位相差の検出結果により前記ヒートアップ状態に至ったことが検知されるまでは、前記共振コンデンサに発生する電圧を一定値以下に制御することを要旨とする。この構成により、マグネトロンがヒートアップするまでは、高周波トランスの１次巻線に加わる電圧を一定値以下にして高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転させることが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、２個のスイッチング素子の直列回路と２個の共振コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記２個のスイッチング素子の接続点と前記２個の共振コンデンサの接続点との間に２次側にマグネトロンへの供給電圧を発生する高周波トランスの１次巻線で形成されるインダクタンスを接続したハーフブリッジ型のインバータを備え、前記インダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出し、この検出値を基に前記インダクタンス電流のピーク値を制御するマグネトロン用高周波電源装置において、前記インダクタンス電流の検出を、前記共振コンデンサと並列に、検出コンデンサとこの検出コンデンサのインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗との直列回路を接続し、前記抵抗の両端に発生する電圧として行うことを要旨とする。この構成により、共振コンデンサと検出コンデンサとの略容量比でインダクタンス電流を検出することで、カレントトランスで検出するのと比べて、応答周波数範囲が広くなり、インダクタンス電流のピーク値を精度良く制御することが可能となる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記請求項３記載のマグネトロン用高周波電源装置において、前記抵抗に発生する電圧をピーク値整流回路により検出することを要旨とする。この構成により、インダクタンス電流のピーク値が容易、且つ精度良く検出される。
【００１３】
請求項５記載の発明は、上記請求項３記載のマグネトロン用高周波電源装置において、前記抵抗に発生する電圧をコンパレータにより検出することを要旨とする。この構成により、上記と同様に、インダクタンス電流のピーク値が容易、且つ精度良く検出される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。まず、マグネトロン用高周波電源装置の構成を説明すると、商用交流電源１からの交流電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たのち、チョークコイル３と平滑コンデンサ４で形成されたフィルタで平滑化され、このようにして得られた直流電圧がハーフブリッジ型のインバータに供給されている。ハーフブリッジ型のインバータは、２個のスイッチング素子５ａ，５ｂの直列回路と、２個の共振コンデンサ７ａ，７ｂの直列回路とが並列接続され、その２個のスイッチング素子５ａ，５ｂの接続点と２個の共振コンデンサ７ａ，７ｂの接続点との間に高周波トランス１０の１次巻線８で形成されるインダクタンスが接続されている。１次巻線８のインダクタンスと共振コンデンサ７ａ又は７ｂで直列共振回路が形成されている。６ａ，６ｂは、帰還用ダイオードである。また、高周波トランス１０の２次巻線９には、マグネトロン１６に直流高電圧を供給するためのダイオード１２，１３及びコンデンサ１４，１５からなる倍電圧整流回路が接続され、高周波トランス１０の２次側には、マグネトロン１６のフィラメントに電流を供給するためのヒータ巻線１１が設けられている。１７は１次巻線８で形成されるインダクタンスに流れるインダクタンス電流を検出するカレントトランスであり、検出されたインダクタンス電流はダイオードブリッジ１８で全波整流された後、抵抗１９で電圧値に変換されて第１のコンパレータ２０の非反転入力端子に入力されている。第１のコンパレータ２０の反転入力端子には＋Ｖ2 電圧が設定されている。２２は電圧制御発振器であり、入力電圧の増加に応じて周波数が低下する周波数信号を出力する。電圧制御発振器２２の入力端子には抵抗２５を介して＋Ｖp 電圧が設定されている。電圧制御発振器２２からの出力周波数信号は制御回路２３に入力されている。制御回路２３の出力端子はドライバ２４ａ，２４ｂにそれぞれ接続されている。ドライバ２４ａ，２４ｂから両スイッチング素子５ａ，５ｂを交互にオンオフさせるスイッチング信号が両スイッチング素子５ａ，５ｂの各ゲートに与えられるようになっている。
【００１６】
次に、上述のように構成されたマグネトロン用高周波電源装置の作用を説明する。電圧制御発振器２２に＋Ｖp 電圧が入力されて、電圧制御発振器２２、制御回路２３はインダクタンスと共振コンデンサ７ａ又は７ｂで形成される直列共振回路の共振周波数以上の周波数（誘導域）でスイッチング素子５ａ，５ｂを交互にオンオフ動作させている。ここで、スイッチング周波数が高くなるとインバータ入力電力が小さくなってマグネトロン１６のアノード電流は低くなり、逆にスイッチング周波数が低くなると、インバータ入力電力が大きくなってマグネトロン１６のアノード電流は大きくなる。カレントトランス１７で検出したインダクタンス電流値（共振電流値）に比例する電圧Ｖ1 が設定電圧Ｖ2 を超えたとき、第１のコンパレータ２０の出力部に接続されたダイオード２１が導通し、電圧制御発振器２２の入力電圧Ｖ3 が引き下げられる。この結果、電圧制御発振器２２の出力周波数が上がりインバータ入力電力が小さくなってマグネトロン１６のアノード電流が低下する。この動作により、インダクタンス電流が所定値を超えた時に、マグネトロン１６のアノード電流のピーク値が低くなるように制御することが可能となる。インダクタンス電流のピークは、設定電圧Ｖ2 により制御できる。マグネトロンの出力は、そのアノード電流の平均に比例するが、一方で「モーディング」と呼ばれる異常動作を避けるためアノード電流のピーク値に対し最大値が設けられている。このため、アノード電流のピーク値と平均値の比が大きいと、アノード電流のピーク値に対する最大値の制限で、マグネトロンの本来持つ出力値での動作ができないが、本実施の形態では、マグネトロンのアノード電流のピーク値を低くして、そのアノード電流のピーク値と平均値の比を小さくすることが可能となり、マグネトロン１６を、その定格範囲内で、より大出力動作をさせることができる。
【００１７】
図２乃至図４には、本発明の第２の実施の形態を示す。マグネトロンは電子管であり、フィラメントが必要温度に達しないと、電子放出が起こらず、発振動作をしない。この時はマグネトロンのアノード・カソード間の定電圧特性は現れず、ほぼ解放と同じになる。このため、マグネトロンの始動時にフィラメントが必要温度に達するまでは、高周波トランスの１次巻線に加わる電圧を一定値以下にして高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転を行い、ヒートアップ後に、上記第１の実施の形態で述べたように、アノード電流のピーク値と平均値の比を小さくして定格範囲内での大出力動作に移行させることが必要である。本実施の形態は、これらの機能を実現したものである。まず、始動時に高周波トランス１０の１次巻線８に加わる電圧を一定値以下に制御する手段として、第２のコンパレータ２６が配設されている。第２のコンパレータ２６の反転入力端子には、共振コンデンサ７ｂに発生する電圧を２個の抵抗２７，２８で分圧した電圧が入力され、非反転入力端子には一定の電圧が設定されている。また、第２のコンパレータ２６の出力端子は逆方向接続のダイオード２９を介して電圧制御発振器２２の入力端子に接続されている。また、マグネトロン１６のヒートアップを検出する手段として、ＥＸＯＲゲート３０、ＣＲフィルタ３１及び第３のコンパレータ３２が配設され、さらにインダクタンス電流を検出するための検出コンデンサ３４とこの検出コンデンサ３４のインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗３５との直列回路が共振コンデンサ７ｂに並列に接続されている。インダクタンス電流は抵抗３５の両端に発生する電圧として検出されるが、抵抗３５の値を検出コンデンサ３４のインピーダンス値よりも十分に小さくすることで、インダクタンス電流は共振コンデンサ７ｂと検出コンデンサ３４との略容量比で検出されることとなり、カレントトランスで検出するのと比べて、応答周波数範囲が広くなる。ＥＸＯＲゲート３０は、インダクタンス電流とインバータ出力電圧との位相差を検出することにより、マグネトロン１６のヒートアップを検知するものであり、その両入力端子には、検出コンデンサ３４と抵抗３５との直列回路で電圧として検出されたインダクタンス電流と、インバータ出力電圧と同じ位相関係にあるスイッチング素子のゲート制御電圧とが入力されている。ＥＸＯＲゲート３０の位相差出力は、ＣＲフィルタ３１で電圧に変換され、この変換された電圧は第３のコンパレータ３２の反転入力端子に入力されている。第３のコンパレータ３２の非反転入力端子には一定の電圧が設定され、出力端子は逆方向接続のダイオード３３を介して第２のコンパレータ２６の反転入力端子に入力されている。また、前記検出コンデンサ３４と抵抗３５との直列回路で、電圧として検出されたインダクタンス電流は、第１のコンパレータ２０の非反転入力端子にも入力されている。第１のコンパレータ２０は、後述する通常動作状態において、インダクタンス電流が所定値を超えたかどうかを検出するコンパレータとして機能する。この検出手段には、コンパレータに代えて、公知のピーク値整流回路を用いてもよい。
【００１８】
次に、図３及び図４を用いて、上述のように構成されたマグネトロン用高周波電源装置の作用を説明する。マグネトロン１６の始動時にフィラメントが必要温度に達するまでは、共振コンデンサ７ｂに発生する電圧が分圧され、分圧電圧が第２のコンパレータ２６で一定値の電圧と比較されていて、その分圧電圧が一定値の電圧を超えないように、電圧制御発振器２２の入力電圧が変化する。これにより、高周波トランス１０の１次巻線８に加わる電圧が一定値以下になって、１次巻線８の電圧と比例関係にある２次巻線９の電圧も一定値以下となり、高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転される。また、マグネトロン１６がヒートアップに達するまでは、高周波トランス１０の２次巻線９には電流が流れず１次巻線８のみにインダクタンス電流が流れる。この時、インダクタンス電流とインバータ出力電圧との間には、図３に示すように、９０度程度の位相差があり、ＥＸＯＲゲート３０の出力は、デューティが略５０％程度で、ＣＲフィルタ３１には電源電圧の半分位の電圧が発生する。これに対し、マグネトロン１６のフィラメントが必要温度に達し、マグネトロン１６が発振動作を始めると、高周波トランス１０の２次巻線９に電流が流れ、図４に示すように、インダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差は一定値以下となり、ＥＸＯＲゲート３０の出力は、デューティが略１００％近くになり、ＣＲフィルタ３１の出力が高くなる。この結果、第３のコンパレータ３２の出力が反転し、ダイオード３３が導通して、第２のコンパレータ２６の動作が停止する。これにより、マグネトロン１６は通常動作状態に移行して、定格範囲内での大出力動作をすることが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、インダクタンス電流とインバータの出力電圧の位相差を検出し、この検出結果からマグネトロンのヒートアップ状態を判別するようにしたため、インダクタンス電流と、インバータ出力電圧と同じ位相関係にあるスイッチング素子のゲート制御電圧との位相差が一定値以下となることを検知することで、マグネトロンのヒートアップを高周波トランスの１次回路側で容易、且つ簡潔に検出することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、位相差の検出結果によりヒートアップ状態に至ったことが検知されるまでは、共振コンデンサに発生する電圧を一定値以下に制御するようにしたため、マグネトロンがヒートアップするまでは、高圧回路の電圧が回路の耐圧を超えない範囲で運転し、それ以降は、直ちにマグネトロンを定格範囲内で大出力動作をさせることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、インダクタンス電流の検出を、共振コンデンサと並列に、検出コンデンサとこの検出コンデンサのインピーダンス値よりも十分に小さい抵抗値の抵抗との直列回路を接続し、抵抗の両端に発生する電圧として行うようにしたため、カレントトランスで検出するのと比べて、応答周波数範囲が広くなって、マグネトロンのアノード電流のピーク値を確実に低く制御することができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、抵抗に発生する電圧をピーク値整流回路により検出するようにしたため、インダクタンス電流のピーク値を容易、且つ精度良く検出することができる。
【００２５】
請求項５記載の発明によれば、抵抗に発生する電圧をコンパレータにより検出するようにしたため、上記と同様に、インダクタンス電流のピーク値を容易、且つ精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネトロン用高周波電源装置の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図３】上記第２の実施の形態においてマグネトロン始動時におけるインダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差検出を説明するための波形図である。
【図４】上記第２の実施の形態において通常動作時におけるインダクタンス電流とインバータ出力電圧の位相差検出を説明するための波形図である。
【符号の説明】
５ａ，５ｂ  スイッチング素子
７ａ，７ｂ  共振コンデンサ
８  １次巻線（インダクタンス）
９  ２次巻線
１０  高周波トランス
１６  マグネトロン
１７  カレントトランス
２０  第１のコンパレータ
２２  電圧制御発振器
２６  第２のコンパレータ
３０  ＥＸＯＲゲート
３１  ＣＲフィルタ
３２  第３のコンパレータ
３４  検出コンデンサ
３５  抵抗
【図１】
0003681895.tif 000002
【図２】
0003681895.tif 000003
【図３】
0003681895.tif 000004
【図４】
0003681895.tif 000005