(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を発生する半導体スイッチング素子を有するインバータ回路と、この高周波電力を変換して２次巻線に高電圧を発生させる高圧トランスと、この高圧トランスの高圧出力を倍電圧整流してマイクロ波を発振するマグネトロンに出力する倍電圧整流回路と、このマグネトロンに流れる電流を検出するカレントトランスと整流回路からなる電流検知手段と、この検出した電流が一定となるように前記インバータ回路の出力を制御する制御手段とを備え、
前記倍電圧整流回路は、前記マグネトロンのカソードとアノード間に２つのダイオードを配した直列回路を接続し、この直列回路と並列に２つのコンデンサとこれら２つのコンデンサの間に設けられた抵抗及びインダクタンスの並列回路を配した直列回路を接続してなり、前記２つのダイオードの接続点を高圧トランスの２次巻線の高圧側に接続し、前記マグネトロンのアノードに接続されたコンデンサと前記抵抗及びインダクタンスの並列回路の接続点を高圧トランスの２次巻線の低圧側に接続し、前記抵抗及びインダクタンスの並列回路にマグネトロンで管内放電現象が発生した時に該インダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電するスパークギャップを並列接続したことを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項２】
前記インバータ回路の半導体スイッチング素子はＩＧＢＴであることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭において食品等を加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図、図４は同高周波加熱装置におけるマグネトロンが正常に発振している時のＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの２次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図、図５は同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの２次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【０００３】
図３において、１はマイクロ波を発生するマグネトロンで、１ａはアノード、１ｂはカソードである。２は商用電源を全波整流して直流に変換する整流回路、３は整流回路２の出力を高周波で断続して高周波電力に変換するインバータ回路で、スイッチング素子であるＩＧＢＴ３ａ、平滑コンデンサ３ｂ、共振コンデンサ３ｃで構成される。４は高圧トランスで、インバータ回路３の高周波電力を高圧と低圧に変換して、低電圧を３次巻線４ｃにマグネトロン１のヒータ用として出力し、高電圧を２次巻線４ｂに出力する。
５は高圧トランス４の高電圧出力を全波倍電圧整流しマグネトロン１へ出力する全波倍電圧整流回路であり、ダイオード５ａ，５ｂとコンデンサ５ｃ，５ｄと抵抗５ｅとインダクタンス５ｆとで構成される。
【０００４】
具体的には、直列に接線されたダイオード５ａ，５ｂの接続点に高圧トランス４の２次巻線４ｂの高圧側を接続し、さらに直列接続されたコンデンサ５ｃ、抵抗５ｅ、コンデンサ５ｄのうち、抵抗５ｅとコンデンサ５ｃの接続点に高圧トランス４の２次巻線４ｂの低圧側を接続している。また、抵抗５ｅにはインダクタンス５ｆが並列接続されている。
また、コンデンサ５ｃとダイオード５ａのカソードとの接続点は、マグネトロン１のアノード１ａに接続され、コンデンサ５ｄとダイオード５ｂのアノードとの接続点はマグネトロン１のカソード１ｂに接続されて、マグネトロン１のアノード・カソード間に直流高電圧を印加する。
【０００５】
６は高圧トランス４の高圧出力電流を検出するカレントトランスであり、全波倍電圧整流回路５のコンデンサ５ｃに流れる充放電電流を検出すべくコンデンサ５ｃとダイオード５ａのカソードとの間に挿入されている。
７はこのカレントトランス６が検出した出力を整流及び平滑して出力する整流平滑回路、８はカレントトランス６と整流平滑回路７とからなる電流検知手段、９は操作手段１０の入力信号を受けて、インバータ回路３を起動し、電流検知手段８からの入力が一定となるようにインバータ回路３の出力を制御する制御手段である。
【０００６】
次に、マグネトロン１が正常に発振している時の動作について、図３、図４を用いて説明する。
マグネトロン１が正常に発振している時、ＩＧＢＴ３ａは制御手段９からの制御信号を受けて、例えば約３０ＫＨｚの周波数、即ち約３３μsec の周期でオン・オフ動作を繰り返しており、コレクタ・エミッタ間の電圧ＶCEのピークは図４に示すように約６００Ｖで動作している。このＩＧＢＴ３ａのオン・オフ動作により、図４に示すように高圧トランス４の２次巻線４ｂにＩＧＢＴ３ａがオフしている時には＋２ＫＶから３ＫＶの電圧を生じさせ、高電出力の正の半周期を、ＩＧＢＴ３ａがオンしている時には−２ＫＶから３ＫＶの電圧を生じさせ、高電出力の負の半周期を作り出している。
【０００７】
そして、全波倍電圧整流回路５において、高圧トランス４の高電圧出力の正の半周期、即ちＩＧＢＴ３ａがオフしている時には、高圧トランス４の２次巻線４ｂからダイオード５ａ、カレントトランス６及びコンデンサ５ｃの経路で電流が流れてコンデンサ５ｃを充電すると共に、高圧トランス４の２次巻線４ｂからダイオード５ａ、マグネトロン１、コンデンサ５ｄ及び抵抗５ｅ並びにインダクタンス５ｆの経路で電流を流してコンデンサ５ｄを放電させる。
一方、高圧トランス４の高電圧出力の負の半周期、即ちＩＧＢＴ３ａがオンしている時には、高圧トランス４の２次巻線４ｂから抵抗５ｅ並びにインダクタンス５ｆ、コンデンサ５ｄ、ダイオード５ｂの経路で電流が流れてコンデンサ５ｄを充電すると共に、高圧トランス４の２次巻線４ｂからコンデンサ５ｃ、カレントトランス６、マグネトロン１及びダイオード５ｂの経路で電流を流してコンデンサ５ｃを放電させる。
また、インダクタンス５ｆには図４に示すようにＩＧＢＴ３ａがオンしている時にはピークで約−１００Ｖ、ＩＧＢＴがオフしている時にはピークで約１００Ｖの電圧が加わっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような高周波加熱装置では、マグネトロン１で管内放電現象が起こった際に回路破壊に至ってしまうおそれがあった。
即ち、マグネトロン１で管内放電現象が起こると、マグネトロン１のアノード１ａとカソード１ｂが瞬間的に短絡し、コンデンサ５ｄ、インダクタンス５ｆ、コンデンサ５ｃ、カレントトランス６を介して短絡電流が流れると共にダイオード５ｂ、高圧トランス４の２次巻線４ｂを介して短絡電流が流れる。
また、インダクタンス５ｆに短絡電流が流れると、インダクタンス５ｆにかかる電圧は図５に示すように、例えば約６ＫＶまで上昇する。これにより、管内放電が発生するタイミングによっては、図５に示すように高圧トランス４の２次巻線４ｂにかかる２次電圧及び１次巻線４ａにかかる電圧が変化し、ＩＧＢＴ３ａのコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが図５に示すように例えば９００Ｖの定格電圧を超えてしまい過電圧破壊を起こしてしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、マグネトロンで管内放電現象が発生した時に、高圧トランスの２次電圧及び１次電圧の変化を小さく抑え、半導体スイッチング素子の過電圧破壊を防ぎ、信頼性・安全性の高い高周波加熱装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波加熱装置は、高周波電力を発生する半導体スイッチング素子を有するインバータ回路と、この高周波電力を変換して２次巻線に高電圧を発生させる高圧トランスと、この高圧トランスの高圧出力を倍電圧整流してマイクロ波を発振するマグネトロンに出力する倍電圧整流回路と、このマグネトロンに流れる電流を検出するカレントトランスと整流回路からなる電流検知手段と、この検出した電流が一定となるように前記インバータ回路の出力を制御する制御手段とを備え、前記倍電圧整流回路は、前記マグネトロンのカソードとアノード間に２つのダイオードを配した直列回路を接続し、この直列回路と並列に２つのコンデンサとこれら２つのコンデンサの間に設けられた抵抗及びインダクタンスの並列回路を配した直列回路を接続してなり、前記２つのダイオードの接続点を高圧トランスの２次巻線の高圧側に接続し、前記マグネトロンのアノードに接続されたコンデンサと前記抵抗及びインダクタンスの並列回路の接続点を高圧トランスの２次巻線の低圧側に接続し、前記抵抗及びインダクタンスの並列回路にマグネトロンで管内放電現象が発生した時に該インダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電するスパークギャップを並列接続するように構成したものである。
また、半導体スイッチング素子にＩＧＢＴが用いられている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図、図２は同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの２次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
図１において、１はマイクロ波を発生するマグネトロン、２は商用電源を全波整流して直流に変換する整流回路、３は整流回路２の出力を高周波で断続して高周波電力に変換するインバータ回路で、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ３ａ、平滑コンデンサ３ｂ、共振コンデンサ３ｃで構成される。４は高圧トランスで、インバータ回路３の高周波電力を高圧と低圧に変換して、低電圧を３次巻線４ｃにマグネトロン１のヒータ用として出力し、高電圧を２次巻線４ｂに出力する。
【００１２】
５は高圧トランス４の高電圧出力を全波倍電圧整流しマグネトロン１へ出力する全波倍電圧整流回路であり、ダイオード５ａ，５ｂとコンデンサ５ｃ，５ｄと、抵抗５ｅと、インダクタンス５ｆと、スパークギャップ５ｇとで構成される。具体的には、直列に接続されたダイオード５ａ，５ｂの接続点に高圧トランス４の２次巻線４ｂの高圧側を接続し、同時に直列接続されたコンデンサ５ｃ、抵抗５ｅ、コンデンサ５ｄのうち抵抗５ｅとコンデンサ５ｃの接続点に高圧トランス４の２次巻線４ｂの低圧側を接続している。また、抵抗５ｅにはインダクタンス５ｆ及びスパークギャップ５ｇが並列接続されている。また、コンデンサ５ｃとダイオード５ａのカソードとの接続点はマグネトロン１のアノード１ａに接続され、コンデンサ５ｄとダイオード５ｂのアノードとの接続点はマグネトロン１のカソード１ｂに接続されて、マグネトロン１のアノード・カソード間に直流高電圧を印加する。
【００１３】
６は高圧トランス４の高圧出力電流を検出するカレントトランスであり、全波倍電圧整流回路５のコンデンサ５ｃに流れる充放電電流を検出すべくコンデンサ５ｃとダイオード５ａのカソードとの間に挿入されている。
７はカレントトランス６が検出した出力を整流及び平滑して出力する整流平滑回路、８はカレントトランス６と整流平滑回路７とからなる電流検知手段、９は操作手段１０の入力信号を受けてインバータ回路３を起動し、電流検知手段８からの入力が一定となるようにインバータ回路３の出力を制御する制御手段である。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態１の高周波加熱装置において、マグネトロン１が正常に発振している時の動作は従来例と同じであるのでその説明は省略し、マグネトロンで管内放電現象が起こった時の動作について、図１、図２を用いて説明する。
マグネトロン１の内部で管内放電現象が起こると、マグネトロン１のアノード・カソード間が瞬間的に短絡状態になる。このとき、スパークギャップ５ｇの両端にかかる電圧が、図２に示すように、スパークギャップ５ｇの放電開始電圧に達すると、スパークギャップ５ｇを介して短絡電流が流れる。このスパークギャップ５ｇはギャップ間隔を変化させたものを用いることにより、放電開始電圧を任意に設定することが可能となる。
【００１５】
即ち、ギャップ間隔が広いスパークギャップ５ｇでは放電しにくくなり、放電開始電圧は高くなる。逆に、ギャップの間隔が狭いスパークギャップ５ｇでは放電しやすくなり、放電開始電圧は低くなるからである。
従って、ギャップの間隔が狭いスパークギャップ５ｇを用い、例えば図２に示すように放電開始電圧を約３ＫＶに設定すれば、マグネトロン１の内部で管内放電が起こった時にインダクタンス５ｆに生じる電圧約６ＫＶより低い電圧で放電するようになり、短絡時にインダクタンス５ｆにかかる電圧を小さくすることができ、高圧トランス４の２次巻線４ｂにかかる電圧の変化も図２に示すように低く抑えることが可能になる。そして、高圧トランス４の２次電圧の変化を小さく抑えることで、同時に１次電圧の変化も小さく抑えることができる。従って、ＩＧＢＴ３ａのコレクタ・エミッタ間の電圧を図２に示すように定格電圧、例えば９００Ｖ以下に抑えることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したとおり、高圧トランスの高圧出力を倍電圧整流してマイクロ波を発振するマグネトロンに出力する倍電圧整流回路は、マグネトロンのカソードとアノード間に２つのダイオードを配した直列回路を接続し、この直列回路と並列に２つのコンデンサとこれら２つのコンデンサの間に設けられた抵抗及びインダクタンスの並列回路を配した直列回路を接続してなり、抵抗及びインダクタンスの並列回路にマグネトロンで管内放電現象が発生した時に該インダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電するスパークギャップを並列接続したので、マグネトロンで管内放電現象が発生してマグネトロンのアノード・カソード間が瞬間的に短絡状態になった場合に、抵抗及びインダクタンスの並列回路に接続されたスパークギャップにインダクタンスに生じる電圧より低い電圧で放電させて短絡電流を流すことにより、短絡時にインダクタンスにかかる電圧を小さくすることができ、高圧トランスの２次巻線にかかる電圧の変化も低く抑え、それに伴い１次電圧の変化も小さく抑えることができるため、インバータ回路の半導体ススイッチング素子にかかる電圧を定格電圧以下に抑えることができ、半導体スイッチング素子が過電圧破壊に至ることのない信頼性・安全性の高い高周波加熱装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】  同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの２次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【図３】  従来の高周波加熱装置の回路構成を示す回路図である。
【図４】  同高周波加熱装置のにおけるマグネトロンが正常に発振している時のＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの２次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【図５】  同高周波加熱装置におけるマグネトロンの管内放電発生時のＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と高圧トランスの２次電圧及びインダクタンスにかかる電圧の関係を示す波形図である。
【符号の説明】
１  マグネトロン、１ａ  マグネトロンのアノード、１ｂマグネトロンのカソード、３  インバータ回路、３ａ  ＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）、４  高圧トランス、４ａ  １次巻線、４ｂ  ２次巻線、５  全波倍電圧整流回路、５ａ，５ｂ  ダイオード、５ｃ，５ｄ  コンデンサ、５ｅ  抵抗、５ｆ  インダクタンス、５ｇ  スパークギャップ、６  カレントトランス、７  整流平滑回路、８  電流検知手段、９  制御手段。
【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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