(57)【要約】【課題】誘導加熱調理器の最大電力を引き上げること。【解決手段】この発明に係る誘導加熱調理器は、交流を直流に変換する整流回路と、整流回路が出力する直流出力の高電位側に接続された第１のスイッチング素子と、整流回路が出力する直流出力の低電位側に第１のスイッチング素子と直列に接続された第２のスイッチング素子と、加熱コイルと共振コンデンサを有し第２のスイッチング素子に並列に接続された負荷回路と、入力電力を計算する制御回路と、計算された入力電力に基づいて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のデューティを変化させる駆動信号を生成するインバータ駆動回路を備えている。インバータ駆動回路は第１のスイッチング素子の最大オンデューティを５０％を超える値に設定しうることを特徴とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する整流回路と、前記整流回路が出力する直流出力の高電位側に接続された第１のスイッチング素子と、前記整流回路が出力する直流出力の低電位側に前記第１のスイッチング素子と直列に接続された第２のスイッチング素子と、加熱コイルと共振コンデンサを有し前記第２のスイッチング素子に並列に接続された負荷回路と、入力電力を計算する制御回路と、前記計算された入力電力に基づいて前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子のデューティを変化させる駆動信号を生成するインバータ駆動回路を備えてなり、前記インバータ駆動回路は前記第１のスイッチング素子の最大オンデューティを５０％を超える値に設定しうることを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項２】
共振コンデンサは、並列に接続されたダイオードを有していることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
【請求項３】
交流を直流に変換する整流回路と、前記整流回路が出力する直流出力の高電位側に接続された第１のスイッチング素子と、前記整流回路が出力する直流出力の低電位側に前記第１のスイッチング素子と直列に接続された第２のスイッチング素子と、加熱コイルと共振コンデンサを有し前記第１のスイッチング素子に並列に接続された負荷回路と、入力電力を計算する制御回路と、前記計算された入力電力に基づいて前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子のデューティを変化させる駆動信号を生成するインバータ駆動回路を備えてなり、前記インバータ駆動回路は前記第２のスイッチング素子の最大オンデューティを５０％を超える値に設定しうることを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項４】
共振コンデンサは、並列に接続されたダイオードを有していることを特徴とする請求項３記載の誘導加熱調理器。
【請求項５】
入力電流を検出するステップと、入力電圧を検出するステップと、前記ステップで検出された入力電流と入力電圧から入力電力を求めるステップと、前記ステップで求められた入力電力と予め設定されている入力電力の設定値を比較するステップと、求められた入力電力が設定値以下である場合には現在のデューティと５０％を超える大きさを有する最大デューティとの大小を判断するステップと、現在のデューティが最大デューティ以下であれば現在のデューティを増加させるステップと、現在のデューティが最大デューティよりも大きければ現在のデューティを最大デューティに一致させるステップを、備えてなる電磁加熱調理器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭やレストランなどで使用される誘導加熱調理器に関し、特にその出力の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１と２には、一対のスイッチング素子を備えた誘導加熱調理器が開示されている。スイッチング素子の駆動信号はインバータ駆動回路によって周期的に生成され、駆動信号のオン期間を変化させることによって誘導加熱調理器の出力が制御される。駆動信号の一周期に対して、スイッチング素子がオン状態である時間の割合をデューティと呼ぶ。
【０００３】
特許文献１には、デューティ０．５の時に出力電力が最大となることが記載されている（特に図１０と図１１を参照のこと）。また、特許文献２には、デューティの可変範囲を１／２以上、または１／２以下の領域に制限していることが記載されている（特に図３を参照のこと）。
【０００４】
【特許文献１】
特許２０００−３６３７５号公報
【特許文献１】
特開平４−４３５９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の誘導加熱調理器では、最大電力はデューティが０．５の時に得られると考えて、デューティの可変範囲は０％〜５０％、または５０％〜１００％に制限されている。このためデューティの可変範囲は最大でも５０％であり、本来の誘導加熱調理器の最大電力を引き出せないという問題点があった。この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、出力電力の制御範囲を広げ、最大電力を増加させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る誘導加熱調理器は、交流を直流に変換する整流回路と、整流回路が出力する直流出力の高電位側に接続された第１のスイッチング素子と、整流回路が出力する直流出力の低電位側に第１のスイッチング素子と直列に接続された第２のスイッチング素子と、加熱コイルと共振コンデンサを有し第２のスイッチング素子に並列に接続された負荷回路と、入力電力を計算する制御回路と、計算された入力電力に基づいて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のデューティを変化させる駆動信号を生成するインバータ駆動回路を備えてなり、インバータ駆動回路は第１のスイッチング素子の最大オンデューティを５０％を超える値に設定しうることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に示した回路図に基づいて、実施の形態１にかかわる誘導加熱調理器の構成を説明する。交流電源１は整流回路２に接続されている。整流回路２は、整流用ダイオード３、コンデンサ４、チョークコイル５、出力コンデンサ６から構成され、ここで交流電圧が直流電圧に変換される。出力コンデンサ６には、その高電位側６ａにスイッチング素子７が、また低電位側６ｂにスイッチング素子９が接続されている。
【０００８】
インバータ回路１２はスイッチング素子７、９、ダイオード８、１０、インバータ駆動回路１１で構成されている。インバータ駆動回路１１は駆動信号を周期的に生成し、直列につながれている一対のスイッチング素子７、９を所定の周期で交互に駆動させる。スイッチング素子７とスイッチング素子９のオンデューティの和は理想的には１００％になる。加熱コイル１３と共振コンデンサ１４よりなる負荷回路１６は、インバータ回路１２の低電位側に接続されている。加熱コイル１３の上には調理用鍋、フライパン、ケトルなどの負荷１５が載せられている。負荷１５が非磁性であるか磁性であるかに応じて、スイッチング素子７、９の駆動周波数を選択できるようにしておいても良い。
【０００９】
負荷回路１６を加熱コイル１３と共振コンデンサ１４で構成されるＬＣ直列回路とみなすと、特許文献１に記載されているように、最大電力はスイッチング素子７のオンデューティが５０％の時に得られる。しかしながら、実際には加熱コイル１３の上には負荷１５が存在するため、この抵抗成分が負荷回路１６に加わる。言い換えれば、負荷１５を含む実際の負荷回路１６は、ＲＬＣ直列回路になる。このため実際の負荷回路１６では、図２に示すように、最大電力はスイッチング素子７のオンデューティが５０％を超えるところで得られる。
【００１０】
入力電流検出回路１７と電圧検出回路１８の検出信号は制御回路１９に入力され、制御回路１９の内部で入力電力が計算される。インバータ駆動回路１１は、計算された入力電力に基づいてスイッチング素子７とスイッチング素子９のオン時間をそれぞれ決定する。なお、電圧検出回路１８の代わりに、分圧回路（図示せず）を共振コンデンサ１４に並列に挿入し、この分圧回路で検出された電圧を検出信号に用いることもできる。
【００１１】
インバータ駆動回路１１が生成する駆動信号は、図２に示すように、所定の駆動周波数で発信され、負荷１５に応じてスイッチング素子７、９のデューティを変化させる。スイッチング素子７の最大オンデューティは、負荷１５の抵抗成分を考慮して決められているため、５０％を超えている。例えば６０％を最大オンデューティとすれば、デューティの可変範囲は０％から６０％となる。
【００１２】
デューティを決定する方法を図３に示したフローチャートに従って説明する。制御回路１９は、発振器の発振を開始し（Ｓ１）、入力検出手段１７から入力電流検出値を（Ｓ２）、また入力電圧検出手段１８（分圧回路で代用可）から入力電圧検出値を（Ｓ３）、それぞれ読み込む。制御回路１９は、これらの検出値から入力電力を計算し（Ｓ４）、入力電力設定値と比較する（Ｓ５）。入力電力計算値が入力電力設定値を超えた場合は、スイッチング素子７のオン時間、すなわちデューティをそのままにするようにインバータ駆動回路１１に出力する（Ｓ８）。ここで、入力電力設定値は、誘導加熱調理器の操作パネル（図示せず）から使用者が負荷１５の大きさを考慮して適宜選択或いは設定できるようになっている。
【００１３】
入力電力計算値が入力電力設定値以下の場合は、スイッチング素子７のデューティが最大オンデューティ（５０％＋α）未満であるか否かを判断し（Ｓ６）、最大オンデューティ未満であれば、スイッチング素子７のオン時間を延長するように（Ｓ７）、インバータ駆動回路１１に出力する（Ｓ８）。スイッチング素子７のデューティが最大オンデューティ以上であれば、デューティを最大オンデューティとして（Ｓ９）、インバータ駆動回路１１に出力する（Ｓ８）。
【００１４】
ここで、αは、出力電力が最大になるデューティの近傍に設定される正の設定値で、例えば１０％程度の大きさである（図２参照）。設定値αは、通常、基準負荷に対して最大電力が得られるように決定される定数であるが、負荷の種類、大きさに応じて適宜、設定または選択できるようにしておいても良い。
【００１５】
なお、Ｓ９で、デューティが最大オンデューティ以上の場合に、デューティを最大オンデューティにまで下げるのは、１）最大オンデューティを超えて使用しても、投入電力が低下するだけで制御的に無意味であること、２）指令電力（入力電力設定値）に対して対応するオンデューティが２つ存在することになるため、入力電力の帰還制御が不安定になることを防ぐためである。
【００１６】
上記の方法によって最大オンデューティを５０％を超える領域にまで拡大すると、電力の制御可能範囲が広がるとともに、誘導加熱調理器が持つ本来の最大電力が引き出せるようになる。また、５０％未満のデューティで設計されている従来の電磁誘導加熱調理器に対して発生電力に余裕が生まれるため、設計仕様に対してコイル巻数を増やしても要求電力を発生できる。コイル巻数を増やすことにより、回路電流が低減でき、スイッチング損失低減、回路の発熱低減、加熱効率向上が図れる等の効果が得られる。
【００１７】
実施の形態２．
実施の形態２にかかわる誘導加熱調理器を図４に基づいて説明する。同図において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものを表している。ここでは、負荷回路１６の共振コンデンサ１４と並列に、ダイオード２０が接続されている。ダイオード２０のアノード端子は整流回路２の出力コンデンサ６の低電位側６ｂと同電位にあり、ダイオード２０は加熱コイル１３と共振コンデンサ１４が生じるＬＣ共振の半波をクランプする。
【００１８】
ダイオード２０のクランプにより、ダイオード８は導通時にスイッチング素子７をターンオンするため、零電圧スイッチングが実現できる。その結果、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、スイッチング素子７に関する、スイッチング損失の低減、発熱抑制、スイッチングノイズの低減等が達成できる。
【００１９】
図５は実施の形態２の別の形態を説明するための回路図で、負荷回路１６において共振コンデンサ１４と加熱コイル１３の接続位置が異なる。ダイオード２０のカソード端子はスイッチング素子７とスイッチング素子９の接続点に接続されており、図４に示す回路と同様の効果が得られる。
【００２０】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３にかかわる誘導加熱調理器を説明するための回路図である。同図において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
【００２１】
実施の形態１では、加熱コイル１３と共振コンデンサ１４よりなる負荷回路１６はインバータ回路１２の低電位側に接続されていたが、ここでは負荷回路１６はインバータ回路１２の高電位側に接続されている。スイッチング素子９の最大オンデューティを５０％を超える範囲に設定することによって、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２２】
実施の形態４．
図７は実施の形態４にかかわる誘導加熱調理器、図８はその別の形態を説明するための回路図である。同図において、図４、５と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。加熱コイル１３と共振コンデンサ１４よりなる負荷回路１６は、実施の形態３と同様に、インバータ回路１２の高電位側に接続されている。
【００２３】
図７および図８では、負荷回路１６における共振コンデンサ１４と加熱コイル１３の接続位置が異なる。図７ではダイオード２０のアノード端子はスイッチング素子７とスイッチング素子９の接続点に接続されており、図８ではダイオード２０のカソード端子は整流回路２の出力コンデンサ６の高電位側６ａと同電位にある。
【００２４】
ダイオード２０は加熱コイル１３と共振コンデンサ１４が生じるＬＣ共振の半波をクランプする。ダイオード２０のクランプにより、零電圧スイッチングが実現できる。その結果、実施の形態４によれば、実施の形態２と同様の効果が達成できる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明に係る誘導加熱調理器は、交流を直流に変換する整流回路と、整流回路が出力する直流出力の高電位側に接続された第１のスイッチング素子と、整流回路が出力する直流出力の低電位側に第１のスイッチング素子と直列に接続された第２のスイッチング素子と、加熱コイルと共振コンデンサを有し第２のスイッチング素子に並列に接続された負荷回路と、入力電力を計算する制御回路と、計算された入力電力に基づいて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のデューティを変化させる駆動信号を生成するインバータ駆動回路を備えてなり、インバータ駆動回路は第１のスイッチング素子の最大オンデューティを５０％を超える値に設定しうることにより、出力電力の設定可能範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかわる誘導加熱調理器を説明するための図である。
【図２】誘導加熱調理器の電力とデューティの関係を説明するための図である。
【図３】デューティを計算する方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】実施の形態２にかかわる誘導加熱調理器を説明するための図である。
【図５】実施の形態２にかかわる誘導加熱調理器の別の形態を説明するための図である。
【図６】実施の形態３にかかわる誘導加熱調理器を説明するための図である。
【図７】実施の形態４にかかわる誘導加熱調理器を説明するための図である。
【図８】実施の形態４にかかわる誘導加熱調理器の別の形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１  交流電源、  ２  整流回路、  ３  整流用ダイオード、  ４  コンデンサ、  ５  チョークコイル、  ６  出力コンデンサ、  ７  スイッチング素子、  ８  ダイオード、  ９  スイッチング素子、  １０  ダイオード、  １１  インバータ駆動回路、  １２  インバータ回路、  １３  加熱コイル、  １４  共振コンデンサ、  １５  負荷、  １６  負荷回路、  １５  入力電流検出回路、  １８  電圧検出回路、  １９  制御回路、  ２０  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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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