(57)【要約】【課題】ＩＧＢＴ温度検出用サーミスタ付き搭載プリント基板を、半導体スイッチング素子の温度が正確に検出でき、高絶縁が必要でなく、自動機で素早く実装が可能となり、コスト安のプリント基板として提供する。【解決手段】直流を半導体スイッチング素子でスイッチングして所定周波数の交流に変換するインバータ回路と、前記半導体スイッチング素子を取り付けて該半導体スイッチング素子から出る熱を放熱する放熱フィンと、前記半導体スイッチング素子の温度を検出するサーミスタとを搭載して半田付けして成るプリント基板において、前記半導体スイッチング素子の前記プリント基板半田面側に露出した脚部又は脚部近傍に前記サーミスタを半田付けした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を半導体スイッチング素子でスイッチングして所定周波数の交流に変換するインバータ部と、前記半導体スイッチング素子を取り付けて該スイッチング素子から出る熱を放熱する放熱フィンと、前記スイッチング素子の温度を検出するサーミスタとを搭載して半田付けして成るプリント基板において、前記スイッチング素子の前記プリント基板半田面側に露出した脚部又は脚部近傍に前記サーミスタを半田付けしたことを特徴とするサーミスタ付きプリント基板。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子がＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であることを特徴とする請求項１記載のサーミスタ付きプリント基板。
【請求項３】
前記脚部が前記ＩＧＢＴのエミッタ脚であることを特徴とする請求項２記載のサーミスタ付きプリント基板。
【請求項４】
前記サーミスタがチップサーミスタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のサーミスタ付きプリント基板。
【請求項５】
インバータ部と放熱フィンとサーミスタとを搭載して成るプリント基板と、前記インバータ部の出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部と、前記高圧整流部の出力をマイクロ波として放射するマグネトロン、とから成るマイクロ波出力部と、
被加熱物を収容する加熱調理室と、を備え、前記マグネトロンから放射されるマイクロ波を前記加熱調理室に供給して前記被加熱物を加熱処理する高周波誘電加熱装置において、
前記インバータ部として請求項１〜４のいずれか１項記載のサーミスタ付きプリント基板搭載のインバータ部を使用したことを特徴とする高周波誘電加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レンジなどのようにマグネトロンを用いた高周波誘電加熱に関するもので、特にインバータに用いられている半導体スイッチング素子の過熱保護を行うサーミスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のマグネトロン駆動電源の構成図である。
図において、商用電源１１からの交流は整流回路１３によって直流に整流され、整流回路１３の出力側のチョークコイル１４と平滑コンデンサ１５で平滑され、インバータ１６の入力側に与えられる。直流はインバータ１６の中の半導体スイッチング素子のオン・オフにより所望の高周波（２０〜４０ｋＨｚ）に変換される。インバータ１６は、直流を高速でスイッチングするＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とこのＩＧＢＴを駆動制御するインバータ制御回路１６１によって制御され、昇圧トランス１８の１次側を流れる電流が高速でオン／オフにスイッチングされる。
【０００３】
制御回路１６１の入力信号は整流回路１３の１次側電流をＣＴ１７で検出し、その検出電流はインバータ制御回路１６１に入力され、インバータ１６の制御に用いられる。また、ＩＧＢＴを冷やす放熱フィンに温度センサ（サーミスタ）９’を取り付けてこの温度センサによる検出温度情報をインバータ制御回路１６１に入力して、インバータ１６の制御に用いている。
【０００４】
昇圧トランス１８では１次巻線１８１にインバータ１６の出力である高周波電圧が加えられ、２次巻線１８２に巻線比に応じた高圧電圧が得られる。また、昇圧トランス１８の２次側に巻回数の少ない巻線１８３が設けられマグネトロン１２のフィラメント１２１の加熱用に用いられている。昇圧トランス１８の２次巻線１８２はその出力を整流する倍電圧半波整流回路１９を備えている。倍電圧半波整流回路１９は高圧コンデンサ１９１及び２個の高圧ダイオード１９２，１９３により構成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような電子レンジを家具の中の上下左右奥の５面にくっつけて置いたりして電子レンジの給排気口が塞がれてしまうといった設置条件や、あるいは電子レンジの冷却ファンのモータコイル部が断線してしまい、冷却ファンが動作不能となるといったトラブルが発生することがある。
このような時において、インバータ電源のスイッチングを司るＩＧＢＴの熱破壊を防ぐ方法として、従来より、前記サーミスタ９’を用いて半導体ＩＧＢＴの熱破壊前に停止させて温度上昇を防いでいた。
【０００６】
この場合、サーミスタ９’を取り付けて温度を検出する方法としては、
（１）メガネ端子付きのサーミスタリードセンＵにてパッケージと友締めする方法があった。
しかし、パッケージ部への友締め方法には、人による作業でしか実現できないので工数が増え、したがってコスト高となった。
【０００７】
２）また、サーミスタを放熱フィンに別途ビス締めして放熱フィンより検出する方法もあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−３１２１８２号公報
【特許文献２】
特許第２８９２４５４号公報
【０００９】
図５（ａ）は特許文献１記載の取り付け法を示す図で、サーミスタを放熱フィンにビス締めした状態を示す図である。
図において、６はプリント基板、７は放熱フィン、８はＩＧＢＴ、９’はサーミスタである。
高熱を発するＩＧＢＴ８の放熱部は放熱フィン７に固定されて、その３本の脚がプリント基板のスルーホールに挿入され反対側において半田づけされている。サーミスタ９’は同じく放熱フィン７にビス締めされて、その放熱フィンの温度情報を取り出している。
ところがこのような放熱フィンへのビス締め方法にも、同じく工数が増し、コスト高となり、しかも検出温度がＩＧＢＴの直接の温度ではなく放熱フィンの温度であるため温度検出精度および感度が共に悪いという欠点があった。
【００１０】
３）さらに、ラジアルサーミスタをプリント基板のＩＧＢＴ８の近傍に取り付ける方法等があった（例えば、特許文献２参照）。
図５（ｂ）は特許文献２記載の取り付け法を示す図でである。
図において、６はプリント基板、７は放熱フィン、８はＩＧＢＴ、９’はサーミスタである。この方法はプリント基板の近傍に後付けとなり、手で取り付けていたので工数が増し、また冷却風の影響を直に受けるのでサーミスタの熱時定数が悪くなるという欠点があった。
【００１１】
さらに、サーミスタ９’をＩＧＢＴ８の脚部近傍Ａに取り付けることも行われていたが、これにも同じくプリント基板の近傍に後付けとなり、手で取り付けていたので工数が増し、また冷却風の影響を直に受けるのでサーミスタの熱時定数が悪くなるという欠点があった。
そこで本発明の課題は、これらの課題を解決するもので、手で取り付ける必要のない、また冷却風の影響を受け難い、サーミスタの熱時定数が小さいサーミスタ付きプリント基板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１記載のサーミスタ付きプリント基板の発明は、直流を半導体スイッチング素子でスイッチングして所定周波数の交流に変換するインバータ回路と、前記半導体スイッチング素子を取り付けて該スイッチング素子から出る熱を放熱する放熱フィンと、前記スイッチング素子の温度を検出するサーミスタとを搭載して半田付けして成るプリント基板において、前記スイッチング素子の前記プリント基板半田面側に露出した脚部又は脚部近傍に前記サーミスタを半田付けしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のサーミスタ付きプリント基板において、前記半導体スイッチング素子がＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のサーミスタ付きプリント基板において、前記脚部が前記ＩＧＢＴのエミッタ脚であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のサーミスタ付きプリント基板において、前記サーミスタがチップサーミスタであることを特徴とする。
請求項５記載の高周波加熱装置の発明は、インバータ部と放熱フィンとサーミスタとを搭載して成るプリント基板と、前記インバータ部の出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力電圧を倍電圧整流する高圧整流部と、前記高圧整流部の出力をマイクロ波として放射するマグネトロンとから成るマイクロ波出力部と、被加熱物を収容する加熱調理室と、を備え、前記マグネトロンから放射されるマイクロ波を前記加熱調理室に供給して前記被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置において、前記プリント基板として請求項１〜４のいずれか１項記載のサーミスタ付きプリント基板搭載のインバータ部を使用したことを特徴とする。
【００１３】
以上の発明によれば、サーミスタがチップ部品なので自動機で素早く実装が可能となり、また、このサーミスタはＩＧＢＴ脚部に流れる電流を直接受けるのでＩＧＢＴのジャンクション温度に近い値を検出できることとなる。
さらに、サーミスタが取り付けられるのは放熱フィン側ではなく、プリント基板裏の半田面なので冷却風の影響を受けない。しかも従来方法のようなコストアップにはならない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＩＧＢＴ保護サーミスタ付きプリント基板について図面を参照に詳細に説明する。
図１は本発明に係るマグネトロン駆動電源の構成図である。
図において、商用電源１１からの交流は整流回路１３によって直流に整流され、整流回路１３の出力側のチョークコイル１４と平滑コンデンサ１５で平滑され、インバータ１６の入力側に与えられる。直流はインバータ１６の中の半導体スイッチング素子ＩＧＢＴのオン・オフにより所望の高周波（２０〜４０ｋＨｚ）に変換される。インバータ１６は、直流を高速でスイッチングするＩＧＢＴ１６ａとこのＩＧＢＴ１６ａを制御するインバータ制御回路１６１によって駆動され、昇圧トランス１８の１次側を流れる電流が高速でオン／オフにスイッチングされる。
【００１５】
昇圧トランス１８では１次巻線１８１にインバータ１６の出力である高周波電圧が加えられ、２次巻線１８２に巻線比に応じた高圧電圧が得られる。また、昇圧トランス１８の２次側に巻回数の少ない巻線１８３が設けられマグネトロン１２のフィラメント１２１の加熱用に用いられている。昇圧トランス１８の２次巻線１８２はその出力を整流する倍電圧全波整流回路２０を備えている。倍電圧全波整流回路２０は高圧コンデンサ２０１、２０２及び２個の高圧ダイオード２０３，２０４により構成される。
【００１６】
本発明によると、ＩＧＢＴ１６ａの温度を検出するサーミスタ９を従来のＩＧＢＴ１６ａのパッケージ部や放熱フィン部ではなくて、直接、ＩＧＢＴ（１６ａ）のエミッタ脚に、それも放熱フィン側ではなくてプリント基板６の裏の半田面において半田付けし、さらに用いるサーミスタがチップサーミスタであるのが特徴である。
このサーミスタの温度情報（抵抗値）はＩＧＢＴ（１６ａ）の温度上昇と共に抵抗１６３との接続点電位を下降させ、この接続点電位がインバータ制御回路１６１に入力され、加熱を抑える働きをする。
【００１７】
図２はチップサーミスタが本発明に係る取り付けをされたプリント基板を示している。図において、６はプリント基板、７は放熱フィン、８はＩＧＢＴ、９はチップサーミスタである。
高熱を発するＩＧＢＴ８の放熱部は放熱フィン７に固定されて、その３本の脚がプリント基板のスルーホールに挿入され反対側（裏側、半田側）において半田づけされている。サーミスタ９にはチップサーミスタを使用し、これを放熱フィン側ではなくてプリント基板６の裏の半田面のＩＧＢＴ１６ａの脚部の近傍（同パターン電位）に直接半田付けしているのが見られる。
【００１８】
このような構成にすることにより、サーミスタがチップ部品なので自動機で素早く実装が可能となり、また、このサーミスタはＩＧＢＴ脚部に流れる電流を直接受けるのでＩＧＢＴのジャンクション温度に近い値を検出できることとなる。
さらに、サーミスタが取り付けられるのは放熱フィン側ではなく、プリント基板裏の半田面なので冷却風の影響を受けない。しかも従来方法のようなコストアップにはならない。
【００１９】
図３はサーミスタをダイオードブリッジの脚部近傍に置いた場合（ａ）とＩＧＢＴの脚部近傍に置いた本発明の場合（ｂ）のＩＧＢＴのパワー制御波形と、それぞれのＩＧＢＴの温度制御波形（ｃ）を示す線図である。
図（ａ）および（ｂ）で、縦軸は入力電流、横軸は時間である。図（ｃ）で、縦軸はＩＧＢＴの温度、横軸は時間、Ｔ０はＩＧＢＴの目標（基準）温度、Ｔ１とＴ１’は本発明による図３（ｂ）の温度制御波形の最高値と最低値、Ｔ２とＴ２’は図３（ａ）の場合の温度制御波形の最高値と最低値をそれぞれ示している。
【００２０】
図（ｃ）において、ＩＧＢＴに電流を流してインバータ動作をさせると、ＩＧＢＴの温度は上昇してゆき、やがて時間ｔｏで目標温度Ｔ０に達する。
（イ）：サーミスタをダイオードブリッジ脚部近傍に置いた場合は、ＩＧＢＴの温度が目標温度Ｔ０に達してもサーミスタへの熱伝導が悪くサーミスタはこれを即検知できない。そして時間ｔ２でようやく目標温度に達したことを検知し（このときのＩＧＢＴの温度は大きく上がってＴ２となっている。）、ＩＧＢＴに流す電流を小さくする（図（ａ）のｔ２）。この時点からＩＧＢＴの温度は下降し始め、目標温度Ｔ０を下回った温度Ｔ２’でようやくサーミスタは目標温度Ｔ０以下に下がったことを検知し（このときのＩＧＢＴの温度は大きく下がってＴ２’となっている。）、入力電流を大きくする。以下、これを繰り返す。このように従来法の温度検知方法よれば、検出温度は最高温度Ｔ２と最低温度Ｔ２’の広い範囲内で変動することとなり、したがってＩＧＢＴのパワー制御の間隔も大きくなり（図ａ参照）、入力電流のきめ細かな制御が困難であった。
（ロ）：一方、本発明によってサーミスタがＩＧＢＴの脚部近傍に置かれた場合は、ＩＧＢＴの温度はサーミスタに熱伝導よく、感度よく伝わり、その直後の時間ｔ１でサーミスタは目標温度Ｔ０に達したことを検知し（このときのＩＧＢＴの温度は若干上がってＴ１となっている。）、入力電流を小さくする（図（ｂ）のｔ１）。この時点からＩＧＢＴの温度は下降し始め、目標温度Ｔ０を下回った温度Ｔ１’でサーミスタはこれをすばやく検知し（このときのＩＧＢＴの温度は若干下がってＴ１’）、入力電流を大きくする。以下、これを短い周期で繰り返す（図（ｂ）参照）。
このように本発明によってＩＧＢＴの脚部近傍に置かれたサーミスタによる温度検知方法によれば、ＩＧＢＴの温度は最高温度Ｔ１と最低温度Ｔ１’のわずかな範囲内に維持されることができる。
【００２１】
このようにＩＧＢＴのエミッタ端子側近傍にサーミスタを配置することにより、ＩＧＢＴの温度変化に即応した温度検知をするので、同電位であるダイオードブリッジの脚元にサーミスタを配置する場合に比べて温度検知が正確となり、温度検知レベルをＩＧＢＴのギリギリの温度に設定することが可能である。
また、正確で早くＩＧＢＴの温度を検出できるので、ＩＧＢＴのパワー制御をきめ細かくでき、パワーダウン期間をより短くし、インバータ出力をできるだけ安定させることが可能である。したがって、ＩＧＢＴ温度を感度よくモニタできることで、図（ｃ）の目標温度を正確に掴め、それにしたがって図（ｂ）のパワー制御も図（ａ）の場合と比べきめ細かくできることとなる。こうすることにより、図（ｃ）の（ロ）のＩＧＢＴ温度線図のようにＩＧＢＴの温度が安定し、パワー制御もし易くなり、調理性能への影響も少なくなってくる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、直流をＩＧＢＴでスイッチングして所定周波数の交流に変換するインバータ回路と、前記ＩＧＢＴを取り付けて該ＩＧＢＴから出る熱を放熱する放熱フィンと、前記ＩＧＢＴの温度を検出するサーミスタとを搭載して半田付けして成るプリント基板において、前記ＩＧＢＴの前記プリント基板半田面側に露出した脚部又は脚部近傍に前記サーミスタを半田付けすることにより、サーミスタがＩＧＢＴ脚部に流れる電流を直接受けるのでＩＧＢＴのジャンクション温度に近い値を検出でき、さらにサーミスタが取り付けられるのが放熱フィン側ではなく、プリント基板裏の半田面なので冷却風の影響を受けないため正確なＩＧＢＴ温度が検出できることになる。
また、取り付け場所がＩＧＢＴのエミッタ脚であるので高絶縁が必要でなく、サーミスタが安価で超小型のチップサーミスタであるので自動機で素早く実装が可能となり、従来のようなコストアップにはならないという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサーミスタ付きマグネトロン駆動電源の構成図である。
【図２】本発明に係るサーミスタ付きプリント基板の正面図である。
【図３】サーミスタをダイオードブリッジの脚部近傍に置いた場合（ａ）とＩＧＢＴの脚部近傍に置いた本発明の場合（ｂ）の入力電流制御波形と、それぞれのＩＧＢＴの温度制御波形（ｃ）を示す線図である。
【図４】従来のサーミスタ付きマグネトロン駆動電源の構成図である。
【図５】サーミスタの取り付け状態を示す従来のプリント基板の図で、（ａ）は特許文献１記載のサーミスタ付きプリント基板の正面図で、（ｂ）は特許文献２記載のサーミスタ付きプリント基板の斜視図である。
【符号の説明】
７  放熱フィン
８  ＩＧＢＴ
９  サーミスタ
１１  商用電源
１２  マグネトロン
１３  整流回路
１４  チョークコイル
１５  平滑コンデンサ
１６  インバータ
１６１  インバータ制御回路
１８  昇圧トランス
１８１  １次巻線
１８２  ２次巻線
１８３  フィラメント加熱用巻線
１９  半波整流回路
２０  全波整流回路
２０１，２０１  高圧コンデンサ
２０３、２０４  高圧ダイオード
【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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