(57)【要約】【課題】マグネトロンの管内放電によって生じる異常動作からインバータ回路を保護すること。【解決手段】半導体スイッチ素子８と高圧トランス７を有する共振回路と高圧整流回路９を有し、半導体スイッチ素子８のオンオフにより、マグネトロン１０に電力供給するインバータ回路１と、半導体スイッチ素子８のオンオフを制御する制御部１１を備え、制御部１１は半導体スイッチ素子８を駆動する駆動回路部１３とオンオフのタイミングを制御するスイッチング制御部１２とマグネトロン１０の電流を検出する電流検出部１４を有し、電流検出部１４はマグネトロン１０の電流が所定の値を超えるとスイッチング制御部１２に動作停止指令を送信する。【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と高圧トランスを有する共振回路と高圧整流回路を有し、前記半導体スイッチ素子のオンオフにより、マグネトロンに電力供給するインバータ回路と、半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御部を備え、前記制御部は前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動回路部とオンオフのタイミングを制御するスイッチング制御部と前記マグネトロンの電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部は前記マグネトロンの電流が所定の値を超えると前記スイッチング制御部に動作停止指令を送信する構成としたマグネトロン駆動用電源。
【請求項２】
電流検出部は抵抗体とこれに並列に接続されたツェナダイオードとホトカップラの直列接続体によって構成し、前記ホトカップラの出力によってスイッチング制御部に停止信号を送信す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３】
電流検出部は抵抗体とこれに並列に接続されたバリスタとホトカップラの直列接続体によって構成し、前記ホトカップラの出力によってスイッチング制御部に停止信号を送信す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４】
制御部に計時手段を設け、停止信号によってスイッチング動作を停止させてから前記計時手段によって所定時間を計測し、所定の時間経過後に再度インバータ回路の動作を再スタートさせる構成とした請求項２または３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】
従来のマグネトロン駆動用電源について図面を用いて説明する。図５は主に日本国内で販売されている所謂インバータ式電子レンジに搭載されている従来のマグネトロン駆動用電源の回路図である。
【０００３】
従来のマグネトロン駆動用電源は交流である商用電源１を一旦ダイオードブリッジ２で直流電圧に変換し９の直流電圧を半導体スイッチ素子５のオンオフによってインバータ回路は高圧トランス６の１次巻線に高周波電圧を発生し、高圧トランス６は２次巻線に高周波高電圧を励起する。
【０００４】
この高周波高電圧は高圧整流回路８によって直流高電圧に整流され、マグネトロン９に印加される。マグネトロン９はこの直流高電圧で駆動され、２．４５ＧＨｚの電波を発生する。
【０００５】
半導体スイッチ素子５には一般的にＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が使用され、この素子を数１０ｋＨｚの高周波でスイッチング動作させることで高圧トランス６に高周波電圧を発生している。
【０００６】
マグネトロン９を駆動するためには高圧整流回路８は４ｋＶ以上の高電圧を出力しなければならないが、このような高電圧を印加して動作するマグネトロン９ではまれにマグネトロン９内部で管内放電と呼ばれる短絡現象が発生する。この管内放電は非常に短い期間で発生する特徴があり、特に管内放電現象が解消する際に高圧整流回路８に正常な動作状態の電圧に対して、過大な電圧を発生することがある。
【０００７】
従来のこの種のマグネトロン駆動用電源では半導体スイッチング素子を保護するために、半導体スイッチング素子の過電圧を検出する過電圧検出手段を設け、そのフィードバック信号によって半導体スイッチング素子のオンパルスを制御することで半導体スイッチング素子の耐圧保護を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１３５０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、下記説明のように、インバータ回路の共振動作が乱れ、フィードバック制御によって停止する場合もあったが、単発での異常発生を検出しにくい、また、管内放電の解消時に高圧整流回路８への高電圧印加を未然に防ぎきれないという課題を有していた。
【００１０】
たとえば、半導体スイッチング素子のオン時またはオフ時いずれの状態で管内放電が発生することを事前に予測することは不可能である。
【００１１】
インバータ回路の共振動作は、１次側に構成される共振回路と高圧トランスによって磁気的に結合された高圧整流回路、マグネトロンの負荷インピーダンスによって決定されるが、半導体スイッチ素子がオン／オフいずれの状態で管内放電などの異常動作が発生するかによって共振動作の乱れ方、すなわちインピーダンスの変化がことなり、共振電圧の変化度合いも異なる。
【００１２】
このため、管内放電が発生するタイミング、時間によっては共振電圧の変化度合いも小さく異常動作を確実に検出することは非常に困難である。
【００１３】
しかしながら、管内放電が起こると高圧整流回路では短絡電流が流れ、正常時に対して過大な電流が高圧整流回路内を流れることになる。このため、フィードバック制御によって異常動作を検出できずに管内放電が解消してしまうと過大な電流によって、高圧コンデンサが充電されるため、正常時に対して過大な電圧を充電してしまうため特に高圧ダイオードに重大な損傷を与えてしまう可能性がある。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、マグネトロンの管内放電に起因する短絡電流を直接検知し、フィードバック制御することで、マグネトロンの管内放電を確実に検出し、インバータ回路を保護停止できるので、管内放電からの保護動作信頼性の向上を実現できるマグネトロン駆動用電源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、半導体スイッチ素子と高圧トランスを有する共振回路と高圧整流回路を有し、前記半導体スイッチ素子のオンオフにより、マグネトロンに電力供給するインバータ回路と、半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御部を備え、前記制御部は前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動回路部とオンオフのタイミングを制御するスイッチング制御部と前記マグネトロンの電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部は前記マグネトロンの電流が所定の値を超えると前記スイッチング制御部に動作停止指令を送信する構成としたものである。
【００１６】
これによって、マグネトロンで発生する管内放電を電流検出部によって確実に検出する子ができるので、管内放電の発生によってインバータ回路、特に１次側の半導体スイッチング素子と２次側の高圧回路の損傷を確実に回避させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマグネトロン駆動用電源によれば、マグネトロンの管内放電による異常電流を確実に検出し、半導体スイッチング素子や高圧回路などインバータ回路の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマグネトロン駆動用電源の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における定常時のマグネトロンの動作波形図
【図３】本発明の実施の形態１における異常時のマグネトロンの動作波形図
【図４】異常時のマグネトロンの動作波形図の時刻Ｔ１における拡大図
【図５】従来のマグネトロン駆動用電源の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、半導体スイッチ素子と高圧トランスを有する共振回路と高圧整流回路を有し、前記半導体スイッチ素子のオンオフにより、マグネトロンに電力供給するインバータ回路と、半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御部を備え、前記制御部は前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動回路部とオンオフのタイミングを制御するスイッチング
制御部と前記マグネトロンの電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部は前記マグネトロンの電流が所定の値を超えると前記スイッチング制御部に動作停止指令を送信する構成としたものである。
【００２０】
電流検出部によって所定値以上の電流を検出するとスイッチング制御部の動作を停止させるため、マグネトロンの管内放電による共振動作の異常が継続することがない。このため半導体スイッチ素子を過電圧による損傷から保護することができ、また、高圧回路の過負荷状態も最小限にとどめることが可能である。
【００２１】
第２の発明は、電流検出部は抵抗体とこれに並列に接続されたツェナダイオードとホトカップラの直列接続体によって構成し、前記ホトカップラの出力によってスイッチング制御部に停止信号を送信する構成としたものである。
【００２２】
高圧トランスによって電気的に異なる電位を持った１次側と２次側をホトカプラによって結合し、信号を伝送できるので、インバータの制御部に備えられたスイッチング制御部に直接停止信号を伝達することができ高速な応答を実現することができる。
【００２３】
第３の発明は、電流検出部は抵抗体とこれに並列に接続されたバリスタとホトカップラの直列接続体によって構成し、前記ホトカップラの出力によってスイッチング制御部に停止信号を送信する構成としたものである。
【００２４】
高圧トランスによって電気的に異なる電位を持った１次側と２次側をホトカプラによって結合し、信号を伝送できるので、インバータの制御部に備えられたスイッチング制御部に直接停止信号を伝達することができ高速な応答を実現することができる。
【００２５】
第４の発明は、制御部に計時手段を設け、停止信号によってスイッチング動作を停止させてから前記計時手段によって所定時間を計測し、所定の時間経過後に再度インバータ回路の動作を再スタートさせる構成としたものである。
【００２６】
計時手段によって所定時間後に再起動するため、ノイズなどによって電流検出回路が万が一反応してしまった場合でも速やかに再起動して正常な発振を再開できるので、加熱不良などの不具合を回避することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
図１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の構成図である。
【００２９】
図１において、インバータ回路１は商用電源２から得られる交流電圧をダイオードブリッジ３によっていったん単方向電圧に整流し、チョークコイル４、平滑コンデンサ５で構成される平滑回路で平滑している。
【００３０】
この平滑回路は商用電源の周波数である６０Ｈｚあるいは５０Ｈｚに対しては電圧を維持し平滑する能力は持たず、インバータ回路１のスイッチング周波数に対して直流電圧を保持できる程度の平滑能力として回路の小型化を果たしている。
【００３１】
また、共振コンデンサ６と高圧トランス７で構成される共振回路を半導体スイッチ素子８のオンオフによって励振することで高圧トランス７の２次側に高周波高電圧を誘起する。
【００３２】
高圧整流回路９はこの高周波高電圧を整流しマグネトロン１０に直流高電圧を供給し、マグネトロン１０はこの直流高電圧によって２４５０ＭＨｚのマイクロ波を発生するように構成されている。
【００３３】
また、制御部１１は半導体スイッチ素子８のオンオフのタイミングを制御するスイッチング制御部１２と半導体スイッチ素子８を駆動する駆動回路部１３を有しており、駆動回路部１３はスイッチング制御部１２の出力するパルス列に基づいて半導体スイッチ素子８をオンオフする。
【００３４】
電流検出部１４はマグネトロン１０の電流を検出するように高圧整流回路９とアース接続部の間に装着されている。電流検出部１４は抵抗体１４ａとこれに並列に接続されたツェナダイオード１４ｂとホトカップラ１４ｃの発光側の直列体によって構成され、過電流が生じた際にホトカップラ１４ｃを通して信号を伝達するように構成されている。
【００３５】
以上のように構成されたマグネトロン駆動用電源について、以下その詳細な動作、作用を説明する。
【００３６】
図２はインバータ回路１が正常な状態におけるマグネトロン１０の印加電圧Ｖａｋおよび通過電流Ｉａを示した図である。交流周期に対する動作電圧の変化を示すため交流電圧波形Ｖａｃを加えて図面に示している。前述のようにインバータ回路の入力に備えられた平滑回路は商用電源２の電圧を平滑する能力を持たせていない。
【００３７】
このためインバータ回路１の入力電圧は商用電源２の電圧に同期して変動する。半導体スイッチ素子８によって励振される共振回路はこの変動する電圧によって変動し、結果として高圧トランス７の出力電圧もおのずと変動し、マグネトロン１０の印加電圧も商用電源２の電圧が低い期間では昇圧が不足し、マグネトロン１０の発振が停止している。
【００３８】
図３はインバータ回路１の動作中にマグネトロン１０で管内放電を生じた際のマグネトロン１０の印加電圧Ｖａｋと通過電流Ｉａを示した図である。時刻Ｔ１においてマグネトロン１０において管内放電を起こしたことを想定している。
【００３９】
マグネトロン１０が管内放電を起こすとマグネトロン１０の両端が単純に短絡した状態と同じ回路状態となるため、高圧整流回路９に蓄えられた負の高電圧が一気に短絡電流として流れてしまう。
【００４０】
このため、管内放電が発生した直後は短絡電流として過大な電流が高圧整流回路９から電流検出部１４を通過していく。図４は図３の時刻Ｔ１における波形を拡大した波形図である。管内放電は瞬間的に状態が遷移するためマグネトロン１０の印加電圧はほぼ瞬間的に０に変化し、電流は過渡的に数十Ａにもおよぶ非常に大きな電流となる。
【００４１】
この短絡電流が電流検出部１４の抵抗体１４ａを流れると電圧降下を起こし、抵抗体１４ａの両端に電圧を生じる。
【００４２】
この電圧が並列に接続されたツェナダイオード１４ｂの動作電圧を超えるとツェナダイオード１４ｂとホトカップラ１４ｃの発光ダイオードの直列回路に電流が流れて、ホトカプラ１４ｃの受光側に信号が伝達される。この信号は制御部１１のスイッチング制御部１２に伝達され半導体スイッチ素子８のスイッチング動作を即座に停止させる。
【００４３】
このように動作することで管内放電が発生した瞬間にこれを検出し、インバータ回路１の動作を停止するので管内放電による異常動作が継続することなく、また、管内放電の発
生した瞬間を直接捉えることができるのでフィードバック制御の遅れ時間を最小限にとどめ管内放電現象が解消する前にインバータ回路の動作を停止し、高圧整流回路への過大電圧印加を未然に防ぐことが可能になる。
【００４４】
また、計時手段１５は電流検出部１４によって異常電流を検出し、インバータ回路１のスイッチング動作を停止させてからの経過時間を計測している。この計測時間が所定の時間を超過すると、いったん異常停止の状態を解除し、インバータ回路１を再び起動させ、スイッチング動作を再開させる。マグネトロン１０の異常状態が解消されていれば正常な発振状態を継続し、加熱動作を継続することができる。
【００４５】
このように構成しておくことで不測の事態によるノイズの混入によって電流検出部が作動し、保護動作をしてしまっても再度インバータ回路１を起動させることができるので加熱不良などの問題を起こすことがない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
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マグネトロンの管内放電による異常電流を検出し、インバータ回路およびマグネトロンの損傷を防止するマグネトロン駆動電源を提供できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  インバータ回路
７  高圧トランス
８  半導体スイッチ素子
９  高圧整流回路
１０  マグネトロン
１１  制御部
１２  スイッチング制御部
１３  駆動回路部
１４  電流検出部
１４ａ  抵抗体
１４ｂ  ツェナダイオード
１４ｃ  ホトカプラ（発光側）
【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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