(57)【要約】【課題】マグネトロンの温度が上昇しても常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないマグネトロン駆動用電源を提供することを目的としている。【解決手段】インバータ回路４の入力電流を入力電流検出部１２で検出し、目標波形発生部１４の目標波形となるようにパルス変調部１６で調整して半導体スイッチ素子３を駆動するようにしたものである。これにより、マグネトロン７の温度変化によるマグネトロン７の発振開始電圧の変化や、マグネトロン７の種類に起因する発振開始電圧の差異によらず、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチ素子のオンオフによって高周波電圧を発生するインバータ回路と、この高周波電圧を直流高電圧に整流する高圧整流回路と、この直流高電圧により駆動され電波を発生するマグネトロンと、前記半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記インバータ回路の入力電流を検出する入力電流検出部と、出力指令部の信号によって目標波形を形成する目標波形発生部と、入力電流検出部と目標波形発生部との信号を入力し目標波形と入力電流波形の波形誤差を演算する誤差演算部と、入力電流波形が目標波形となるように調整するパルス幅変調部と、パルス幅変調部の出力信号によって半導体スイッチ素子を駆動する駆動部とを有するマグネトロン駆動用電源。
【請求項２】
入力電流検出部は抵抗器によって構成した請求項１に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項３】
抵抗器の出力電圧を反転増幅し入力電流検出部の検出信号とする請求項２に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項４】
入力電流検出部はカレントトランスと整流部によって構成した請求項１に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項５】
目標波形発生部は商用電源の電圧を全波整流して目標波形を得る構成とした請求項１に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項６】
目標波形発生部は出力指令部の信号によって振幅を可変する構成とした請求項５に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項７】
パルス幅変調部の出力パルス幅に最大値制限を設ける構成とした請求項１〜６のいずれか１項に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項８】
パルス幅変調部の出力パルス幅に最小値制限を設ける構成とした請求項１〜７のいずれか１項に記載のマグネトロン駆動用電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジなどのマグネトロンを負荷とするマグネトロン駆動用電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネトロン駆動用電源としては、次のような構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、交流である商用電源を一旦直流電圧に変換し、この直流電圧を半導体スイッチ素子のオンオフによってインバータ回路が高圧トランスの１次巻線に高周波電圧を発生させ、高圧トランスは２次巻線に高周波高電圧を励起する。この高周波高電圧は高圧整流回路によって直流高電圧に整流され、マグネトロンに印加される。マグネトロンはこの直流高電圧で駆動され、２．４５ＧＨｚの電波を発生するものである。
【特許文献１】特開平７−１７６３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、マグネトロンが連続動作などによって温度上昇した場合は、電流波形にひずみが生じてしまう。これは、マグネトロンの発振開始電圧が温度特性をもっていることに起因するものであり、マグネトロンの発振開始電圧はマグネトロンの温度上昇に伴って低下し、この結果、半導体スイッチ素子のオン信号と入力電圧波形のバランスが崩れ、入力電流波形に歪みを生じてしまうものである。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、連続動作などによってマグネトロンの温度が上昇しても常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないマグネトロン駆動用電源を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマグネトロン駆動用電源は、インバータ回路の入力電流を検出し、目標波形となるように調整して半導体スイッチ素子を駆動するようにしたものである。
【０００７】
これにより、マグネトロンの温度変化によるマグネトロンの発振開始電圧の変化や、マグネトロンの種類に起因する発振開始電圧の差異によらず、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のマグネトロン駆動用電源は、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、半導体スイッチ素子のオンオフによって高周波電圧を発生するインバータ回路と、この高周波電圧を直流高電圧に整流する高圧整流回路と、この直流高電圧により駆動され電波を発生するマグネトロンと、前記半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記インバータ回路の入力電流を検出する入力電流検出部と、出力指令部の信号によって目標波形を形成する目標波形発生部と、入力電流検出部と目標波形発生部との信号を入力し目標波形と入力電流波形の波形誤差を演算する誤差演算部と、入力電流波形が目標波形となるように調整するパルス幅変調部と、パルス幅変調部の出力信号によって半導体スイッチ素子を駆動する駆動部とを有するマグネトロン駆動用電源とすることにより、マグネトロンの温度変化によるマグネトロンの発振開始電圧の変化や、マグネトロンの種類に起因する発振開始電圧の差異によらず、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明において、入力電流検出部は抵抗器によって構成したことにより、入力電流を小型な構成で検出することができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第２の発明において、抵抗器の出力電圧を反転増幅し入力電流検出部の検出信号とすることにより、抵抗器から検出される負方向の電圧を正方向の電圧に反転増幅するため、制御部の電源を単方向電源にて構成でき、インバータ回路を小型化することが可能となる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１の発明において、入力電流検出部はカレントトランスと整流部によって構成したことにより、カレントトランスは電流の検出位置を限定することなく電流検出が可能で、かつ、制御部は単方向電源にて構成することができるので、インバータ回路の設計の自由度が上がりインバータ回路の小型化を実現することが可能となる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第１の発明において、目標波形発生部は商用電源の電圧を全波整流して目標波形を得る構成としたことにより、目標波形を常にマグネトロン駆動用電源の入力電圧源と同期させることができ、確実に入力電流波形が略正弦波状となるような駆動パルスで半導体スイッチ素子を駆動するため、マグネトロンの状態によらず入力電流波形の歪みを抑制し、高調波成分が少ない入力電流でマグネトロン駆動用電源を動作させることが可能となる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第５の発明において、目標波形発生部は出力指令部の信号によって振幅を可変する構成としたことにより、いかなる電流レベルであってもそれぞれの入力電流レベルに応じた駆動パルスで半導体スイッチ素子を駆動するため、入力電流レベルの変化によらず、常に高力率でインバータ回路を動作させることが可能となる。
【００１５】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、パルス幅変調部の出力パルス幅に最大値制限を設ける構成としたことにより、電源電圧の異常などによってオン時間が長くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子のオン時間が制限されるため、半導体スイッチ素子の破壊を招くような長いオン時間となることはなくインバータ回路の損傷を防止することができる。
【００１６】
第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、パルス幅変調部の出力パルス幅に最小値制限を設ける構成としたことにより、電源電圧の異常などによってオン時間が異常に短くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子のオン時間の最小値が設定されるため、入力電流が途切れるようなことはなく制御の不安定性を解消することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態）
図１〜図３は、本発明の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源を示している。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態においては、交流である商用電源１と、これを直流電圧に変換する整流部のダイオードブリッジ２と、半導体スイッチ素子３のオンオフによって高周波電圧を発生するインバータ回路４と、この高周波電圧を直流高電圧に整流する高圧整流回路６と、この直流高電圧により駆動され２．４５ＧＨｚの電波を発生するマグネトロン７と、前記半導体スイッチ素子３のオンオフを制御する制御部１１とを備えている。
【００２０】
前記インバータ回路４は、半導体スイッチ素子３のほかに、高圧トランス５、平滑回路を構成するインダクタ８とコンデンサ９、高圧トランス５の１次巻線と共振回路を構成し２次巻線に高周波高電圧を励起するコンデンサ１０を有し、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚで動作する。
【００２１】
また、前記制御部１１は、前記インバータ回路４の入力電流を検出する入力電流検出部１２と、出力指令部１３の信号によって目標波形を形成する目標波形発生部１４と、入力電流検出部１２と目標波形発生部１４との信号を入力し目標波形と入力電流波形の波形誤差を演算する誤差演算部１５と、入力電流波形が目標波形となるように調整するパルス幅変調部１６と、パルス幅変調部１６の出力信号によって半導体スイッチ素子３を駆動する駆動部１７とを有する。
【００２２】
そして、制御部１１の入力電流検出部１２は、抵抗器１８によって構成しており、この出力電圧を反転増幅器１９で反転増幅し入力電流検出部１２の検出信号としている。これにより、入力電流を小型な構成で検出することができるとともに、抵抗器１８から検出される負方向の電圧を正方向の電圧に反転増幅するため、制御部１１の電源を単方向電源にて構成でき、インバータ回路４を小型化することが可能となる。
【００２３】
また、目標波形発生部１４は、商用電源１の電圧を全波整流して目標波形を得る構成とするとともに、出力指令部１３の信号によって振幅を可変する構成としたものである。これにより、目標波形を常にマグネトロン駆動用電源の入力電圧源と同期させることができ、確実に入力電流波形が略正弦波状となるような駆動パルスで半導体スイッチ素子３を駆動するため、マグネトロン７の状態によらず入力電流波形の歪みを抑制し、また、いかなる電流レベルであってもそれぞれの入力電流レベルに応じた駆動パルスで半導体スイッチ素子３を駆動するため、入力電流レベルの変化によらず、常に高力率でインバータ回路を動作させることが可能となる。
【００２４】
また、パルス幅変調部１６は、誤差演算部１５によって演算された誤差の値が正の場合はパルス幅を減じ、逆に誤差の値が負の場合はパルス幅を増加するように駆動部１７に与えるパルス列をパルス幅変調する。この結果、目標波形に対し入力電流波形が低い場合はより入力電流を増加させ、逆に入力電流が目標波形に対して大きい場合は入力電流を減ずることができ、入力電流波形を目標波形に整形する制御ができる。この動作はインバータ回路４を連続動作させることによって、マグネトロン７が発熱しマグネトロン７の発振開始電圧が変化しても、半導体スイッチ素子３を駆動するパルス列のパルス幅変調の変調度が変化することによって吸収することができ、マグネトロン７の発振電圧の変化によらず常に入力電流波形を目標とする波形に整形するパルス列でインバータ回路４を駆動することができる。
【００２５】
さらに、パルス幅変調部１６は、少なくとも出力するパルス幅の最大値、最小値の１つを制限する構成としており、例えば、電源電圧の異常などによってオン時間が長くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子３のオン時間が制限されるため、半導体スイッチ素子３の破壊を招くような長いオン時間となることはなくインバータ回路４の損傷を防止することができる。逆に、オン時間が異常に短くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子３のオン時間の最小値が設定されるため、入力電流が途切れるようなことはなく制御の不安定性を解消している。
【００２６】
次に、図２（ａ）はインバータ回路４の入力電流波形を示しており、同（ｂ）は入力電流検出手段１２の検出信号と目標波形発生部１４の出力信号を重ね合わせた波形を示している。また、同（ｃ）は誤差演算部１５によって演算された波形誤差を示し、同（ｄ）は誤差演算部１５によって演算された誤差によってパルス幅変調されたパルス列のオン時間の変化を示している。このように誤差が正の値を示している期間ではパルス幅を短くし、逆に誤差が負の値の場合はパルス幅を長くするように制御することによって、入力電流波形を略正弦波状に保つことができる。このような動作をすることによって、マグネトロン７の動作特性の変化とは関係なく目標とする電流波形を作成し、目標電流波形に入力電流波形が一致するように半導体スイッチ素子３の駆動信号をパルス幅変調するので、マグネトロン７の動作特性の変化に一切関係なく入力電流波形を略正弦波状に保つ制御を可能とする。これによって搭載するマグネトロン７の種類によってインバータ回路４の回路定数の設計を変更する必要がなくなるので、インバータ回路４の設計が容易になる。また、入力電流の値によって目標電流波形を変化させることで、常に電流波形を正弦波状に維持できるため、入力電流の値によって力率が変化することなく常に高力率でインバータ回路４を動作することができる。さらに、高力率で動作することによって入力電流波形のピーク値を軽減できるので、電流実効値を低減できインバータ回路４を構成する素子の発熱を軽減し、素子の冷却設計を容易にすることができるという効果を発揮することができる。
【００２７】
なお、図３は、本実施の形態の他例を示したものであり、入力電流検出部１２は、カレントトランス２０と整流部２１によって構成した。このように構成することによって、入力電流検出手段１２を挿入する位置をダイオードブリッジ２の整流前後の任意位置にすることができるので、インバータ回路４の実装の自由度を向上することができ、インバータ回路４の小型化を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明にかかるマグネトロン駆動用電源は、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができるので、電子レンジなどのマグネトロンを負荷とするものに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源のブロック図
【図２】（ａ）同マグネトロン駆動用電源におけるインバータ回路の入力電流波形図（ｂ）入力電流検出手段と目標波形発生部の電圧波形図（ｃ）誤差演算部で演算された波形誤差を示す図（ｄ）パルス幅変調部の出力するパルス幅の変化を示す図
【図３】同マグネトロン駆動用電源の他例を示すブロック図
【符号の説明】
【００３０】
１  商用電源
２  ダイオードブリッジ
３  半導体スイッチ素子
４  インバータ回路
５  高圧トランス
６  高圧整流回路
７  マグネトロン
１０  コンデンサ
１１  制御部
１２  入力電流検出部
１３  出力指令部
１４  目標波形発生部
１５  誤差演算部
１６  パルス幅変調部
１７  駆動部
１８  抵抗器
１９  反転増幅器
２０  カレントトランス
２１  整流部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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