(57)【要約】【課題】入力電流を低コストで且つスペースを多くとることなく検出することができる高周波加熱装置を提供する。【解決手段】高周波加熱装置の単方向電源部１の出力電流を測定できる個所に対して直列にシャント抵抗３０を介挿し、このシャント抵抗３０で発生する電圧をバッファ３１で取り出すように構成する。また、バッファ３１には、高入力インピーダンスのオペアンプ３１０１を用いる。また、ダイオードブリッジ１０１と半導体スイッチング素子２０５とを共通の放熱板３３に固定するとともに、放熱板３３に切欠部３３ａを形成してダイオードブリッジ１０１と半導体スイッチング素子２０５に対する絶縁距離を確保し、さらにダイオードブリッジ１０１と半導体スイッチング素子２０５との間の同一直線上にシャント抵抗３０を配置する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を単方向に変換する単方向電源部と、少なくとも１個の半導体スイッチング素子を有し、この半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、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電磁波として放射するマグネトロンとを具備する高周波加熱装置において、前記単方向電源部の出力電流を測定できる個所に対して直列に介挿されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗に電流が流れることで発生する電圧を取り出すバッファと、前記バッファの出力を所定値に一定制御すべく前記半導体スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部と、を具備することを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項２】
前記バッファは、高入力インピーダンスの演算増幅器を具備し、前記演算増幅器の入力端間に抵抗素子を介して前記シャント抵抗を介挿することを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記単方向電源部は、交流電源を全波整流する整流素子を含み、前記整流素子と前記半導体スイッチング素子とが同一の放熱板に取り付けられ、前記放熱板には前記整流素子及び前記半導体スイッチング素子のそれぞれの端子と前記放熱板との間で一定の距離を確保するための切欠部が形成されており、前記シャント抵抗は、前記放熱板近傍で前記整流素子と前記半導体スイッチング素子との間で且つこれらと同一直線上に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記シャント抵抗は、前記放熱板の前記切欠部内に配置されることを特徴とする請求項３に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記シャント抵抗は、裸抵抗線であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
商用電源を単方向に変換する単方向電源部と、少なくとも１個の半導体スイッチング素子を有し、この半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、前記単方向電源部の出力電流を測定するためのシャント抵抗と、を具備する高周波加熱装置におけるシャント抵抗実装方法であって、前記単方向電源部の交流電源を全波整流する整流素子と前記半導体スイッチング素子とをプリント基板上の同一直線上に離間配置するとともに、前記シャント抵抗を前記整流素子と前記半導体スイッチング素子との間で且つこれらと同一直線上に配置することを特徴とするシャント抵抗実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レンジ等のマグネトロンを備えた機器に用いて好適な高周波加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述した高周波加熱装置には、商用電源が供給される入力電流をカレントトランスにて検出し、入力電流が所定値になるようにパルス幅制御することでマグネトロンの電磁波出力を一定に制御する構成を採るもの（例えば、特許文献１参照）や、高圧回路の昇圧トランスの二次側電流をカレントトランスにて検出し、入力電流を一定に制御する構成を採るものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、高圧回路の昇圧トランスの二次側電流をカレントトランスにて検出し、高圧回路に異常が発生したときにインバータ電源の動作を停止させる構成を採ったものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−９６９４７号公報（第７頁、図１）
【特許文献２】
特開平８−２２７７９１号公報（第４頁、第５頁、図１）
【特許文献３】
特開平５−１２１１６２号公報（第３頁、図１）
【０００４】
これらの高周波加熱装置においては、いずれも検出対象である電流をカレントトランスによって検出するようにしている。
ここで、特許文献２で提案されている高周波加熱装置について説明する。
図６は、特許文献２で提案されている高周波加熱装置の構成を示す回路図である。この図に示す高周波加熱装置は、単方向電源部１と、インバータ部２と、高圧整流回路３と、マグネトロン４と、スイッチングレート検出部５と、二次側電流検出部６と、制御部７と、カレントトランス８及び９とから構成されている。
【０００５】
単方向電源部１は、商用電源２０からの交流電源を全波整流するダイオードブリッジ１０１と、チョークコイル１０２及びコンデンサ１０３よりなるローパスフィルター回路とから構成される。また単方向電源部１には、上述したカレントトランス８がダイオードブリッジ１０１の交流入力側に介挿されており、入力電流の検出に用いられる。インバータ部２は、共振コンデンサ２０１と、昇圧トランス２０２と、トランジスタ２０３と、転流ダイオード２０４とから構成される。トランジスタ２０３は、制御部７より与えられる２０〜５０ｋＨｚのスイッチング制御信号によってスイッチング動作する。これにより、昇圧トランス２０２の一次巻線には高周波電圧が発生する。
【０００６】
高圧整流回路３は、コンデンサ３０１及び３０２と、ダイオード３０３及び３０４とから構成されており、昇圧トランス２０２の二次巻線で発生した電圧を半波倍電圧整流することで高圧直流電圧を発生しマグネトロン４に印加する。マグネトロン４には昇圧トランス２０２のヒータ巻線からヒータ用の交流電圧も印加される。マグネトロン４は、ヒータ用の交流電圧が印加されることで陰極が傍熱されてエミッション可能な状態となり、この状態で高圧直流電圧が印加されると電磁波エネルギーを発生する。高圧整流回路３には上述したカレントトランス９がダイオード３０３のカソードと接地との間に介挿されており、二次電流の検出に用いられる。
【０００７】
スイッチングレート検出部５は、インバータ部３のトランジスタ２０３のオン／オフデューティ比を検出し、その結果を制御部７に入力する。二次側電流検出部６は、二次電流を全波整流してその平均値を検出し、その結果を制御部７に入力する。制御部７は、スイッチングレート検出部５の出力信号と二次側電流検出部６の出力信号を乗算処理して、乗算値が所望の値になるようにインバータ部３のトランジスタのオン／オフ制御を行う。
【０００８】
このように、単方向電源部１で商用電源２０を単方向電圧に変換し、それをインバータ２１で高周波電圧に変換して昇圧トランス２０２で昇圧した後、再度高圧整流回路３で倍電圧整流して高圧の直流電圧に変換し、マグネトロン４を駆動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高周波加熱装置においては、次のような問題がある。
すなわち、入力電流の検出にカレントトランスを用いており、このカレントトランス自体が比較的大型であることから省スペース化の障害になり、またコストも比較的高いことから装置のコストダウンの障害にもなっている。
【００１０】
また、カレントトランスはその構造上周波数特性を持ち直流電流は検出できないので、図６に示すようにその介挿位置をダイオードブリッジ１０１の交流入力とした場合に、商用電源周波数の違い（５０／６０Ｈｚ）で検出感度が異なるため、制御部７においてカレントトランス出力を受けて入力電流制御を行う場合に基準信号をそれぞれの商用電源周波数に対応して設けなければならない。
【００１１】
さらに、カレントトランスは、構造上から他の磁気回路と磁気結合するので、昇圧トランス２０２のノイズを受け易くなり、このノイズを含んだ信号を制御部７に入力して誤動作させる虞がある。
【００１２】
また、カレントトランスそのものがある程度の大きさであるので、カレントトランスとダイオードブリッジ１０１とトランジスタ２０３の配置間隔がある程度長くなることから、これらを結ぶプリント基板上の配線パターンも長くなって、ノイズの発生が起こり得る。この場合も上記と同様、ノイズによる制御部７の誤動作、あるいは隣接機器への影響を招く。
【００１３】
本発明は係る点に鑑みてなされたもので、入力電流を低コストで且つスペースを多くとることなく検出することができ、しかもノイズの発生を最小限に抑えることができる高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の高周波加熱装置は、商用電源を単方向に変換する単方向電源部と、少なくとも１個の半導体スイッチング素子を有し、この半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、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電磁波として放射するマグネトロンとを具備する高周波加熱装置において、前記単方向電源部の出力電流を測定できる個所に対して直列に介挿されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗に電流が流れることで発生する電圧を取り出すバッファと、前記バッファの出力を所定値に一定制御すべく前記半導体スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、単方向電源部の出力電流を測定できる個所に対して直列にシャント抵抗を介挿してシャント抵抗に発生する電圧をバッファにて取り出すので、従来のようなカレントトランスを用いる場合と比べてコストの削減が図れ、また小型にできることから省スペース化が図れる。さらに、カレントトランスを用いた場合に発生したノイズを最小限に抑えて、制御部の誤動作や隣接機器への影響を排除することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明の高周波加熱装置は、請求項１に係る発明の高周波加熱装置において、前記バッファは、高入力インピーダンスの演算増幅器を具備し、前記演算増幅器の入力端間に抵抗素子を介して前記シャント抵抗を介挿する構成を採ることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、高入力インピーダンスの演算増幅器を用いることにより、シャント抵抗の使用範囲が広がり、高周波加熱装置の設計仕様に応じて最適な値のシャント抵抗を選択することが可能となる。
【００１８】
請求項３に係る発明の高周波加熱装置は、請求項１又は請求項２のいずれかに係る発明の高周波加熱装置において、前記単方向電源部は、交流電源を全波整流する整流素子を含み、前記整流素子と前記半導体スイッチング素子とが同一の放熱板に取り付けられ、前記放熱板には前記整流素子及び前記半導体スイッチング素子のそれぞれの端子と前記放熱板との間で一定の距離を確保するための切欠部が形成されており、前記シャント抵抗は、前記放熱板近傍で前記整流素子と前記半導体スイッチング素子との間で且つこれらと同一直線上に配置されることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、放熱板は切欠部を形成して整流素子と半導体スイッチング素子とシャント抵抗とに対する絶縁距離を確保するようにしたので、短絡による事故を未然に防止できる。また、シャント抵抗と整流素子と半導体スイッチング素子とをプリント基板上の同一直線上に配置するようにしたので、プリント基板上の配線パターンの最適化が図れ、パターンからのノイズの発生を低く抑えることができて、制御部の誤動作や隣接機器への影響を最小限に抑えることがでる。
【００２０】
請求項４に係る発明の高周波加熱装置は、請求項３に係る発明の高周波加熱装置において、前記シャント抵抗は、前記放熱板の前記切欠部内に配置されることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、シャント抵抗を放熱板の切欠部内に配置することで、一層の省スペース化が図れる。
【００２２】
請求項５に係る発明の高周波加熱装置は、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の高周波加熱装置において、前記シャント抵抗は、裸抵抗線であることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、シャント抵抗として裸抵抗線を使用することで、省スペース化が更に図れるとともにコストダウンが図れる。
【００２４】
請求項６に係る発明のシャント抵抗実装方法は、商用電源を単方向に変換する単方向電源部と、少なくとも１個の半導体スイッチング素子を有し、この半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより前記単方向電源部からの電力を高周波電力に変換するインバータ部と、前記単方向電源部の出力電流を測定するためのシャント抵抗と、を具備する高周波加熱装置におけるシャント抵抗実装方法であって、前記単方向電源部の交流電源を全波整流する整流素子と前記半導体スイッチング素子とをプリント基板上の同一直線上に離間配置するとともに、前記シャント抵抗を前記整流素子と前記半導体スイッチング素子との間で且つこれらと同一直線上に配置することを特徴とする。
【００２５】
この方法によれば、シャント抵抗と整流素子と半導体スイッチング素子とをプリント基板上の同一直線上に配置するので、プリント基板上の配線パターンの最適化が図れることから省スペース化を実現できる。また、配線パターンからのノイズの発生を低く抑えることができるので、ノイズによる制御部の誤動作や隣接機器への影響を最小限に抑えることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る高周波加熱装置の構成を示す図である。なお、この図において前述した図６と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。
本実施の形態の高周波加熱装置は、入力電流を検出するためのシャント抵抗３０と、このシャント抵抗３０に発生する電圧を取り出すためのバッファ３１とを具備している点で従来の高周波加熱装置と異なっている。
また、シャント抵抗３０として、従来のような放熱板に取り付ける型のものやセメントモールド型のものと異なり、裸抵抗線を用いている。裸抵抗線を用いることで従来のものと比べて省スペース化が図れるとともにコストダウンが図れる。
【００２８】
シャント抵抗３０は、単方向電源部１のダイオードブリッジ１０１の負出力側端子に対して直列に介挿される。なお、シャント抵抗３０の実装については後述する。
バッファ３１は、図２に示すように高入力インピーダンスオペアンプ（演算増幅器）３１０１と、オペアンプ３１０１の一方の入力端（反転入力端）とシャント抵抗３０との間に介挿される抵抗３１０２と、オペアンプ３１０１の他方の入力端（非反転入力端）とシャント抵抗３０との間に介挿される抵抗３１０３と、オペアンプ３１０１の出力端と一方の入力端との間に介挿される抵抗３１０４と、オペアンプ３１０１の他方の入力端と接地との間に介挿される抵抗３１０５とを備えて構成される。この場合、抵抗３１０２と抵抗３１０３の抵抗値を同一にしており、また抵抗３１０４と抵抗３１０５の抵抗値を同一、あるいは抵抗比を同一（３１０４／３１０２＝３１０５／３１０３）にして差動増幅回路を実現している。
【００２９】
なお、抵抗３１０５を省略して、反転増幅回路の構成にしても構わない。また、抵抗３１０２，３１０４はサージ入力保護抵抗の働きもする。
バッファ３１は、シャント抵抗３０を含んでも除いてもパッケージ化することが可能である。シャント抵抗３０を含まない外付けタイプでは、高周波加熱装置の設計仕様に応じ最適な抵抗値のシャント抵抗を選択することができる利点を有している。これに対して、シャント抵抗３０を含む内蔵タイプでは、様々な値のシャント抵抗を持つものを用意しておくことによって高周波加熱装置の設計仕様に応じて最適ものを選択することができる。なお、ＦＰＬＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ａｒｒａｙ）のように、様々な値を設定できるような構造を持たせるようにすることも可能である。いずれにしても従来のようなカレントトランスを用いることなく入力電流を検出することができる。そして、オペアンプと複数の抵抗素子とから成る簡単な構成で実現できるので、カレントトランスを使用する場合と比べて低コスト化並びに小型化が図れる。また、カレントトランスで発生するようなノイズの発生はない。
【００３０】
次に、シャント抵抗Ｒ３０の実装について説明する。
図３は、本実施の形態に係る高周波加熱装置におけるプリント基板の一部分の実装状態を示す斜視図である。また、図４は、図３を矢印Ｙａ方向から見た図である。
【００３１】
図３に示すように、シャント抵抗３０がプリント基板３２上にダイオードブリッジ（整流素子）１０１及び半導体スイッチング素子２０５（図ではトランジスタ２０３と転流ダイオード２０４とが一体に構成されているが、この構成に限定されるものではない）と同一直線上に配置されている。放熱板３３には、図４に示すようにダイオードブリッジ１０１及び半導体スイッチング素子２０５のそれぞれの端子と放熱板３３との間で一定の距離を確保するための切欠部３３ａが形成されており、放熱板３３は、ダイオードブリッジ１０１、半導体スイッチング素子２０５及びシャント抵抗３０に対する絶縁距離を確保するようにしている。この切欠部３３ａは放熱板３３の幅方向に沿って形成されている。
このような切欠部３３ａの形成により、ダイオードブリッジ１０１、半導体スイッチング素子２０５及びシャント抵抗３０それぞれの端子の放熱板３３に対する短絡を防止することができ、さらにシャント抵抗３０を、ダイオードブリッジ１０１と半導体スイッチング素子２０５それぞれの端子と同一直線上に配置することができる。因みに、切欠部３３ａの寸法としては、例えば高さが６〜７ｍｍ、奥行きが６〜７ｍｍである。
【００３２】
図５は、プリント基板３２のダイオードブリッジ１０１、半導体スイッチング素子２０５及びシャント抵抗３０の実装部分のパターン面を示す図である。
この図において、“Ａ”で示す部分にはダイオードブリッジ１０１が配置され、“Ｂ”で示す部分にはシャント抵抗３０が配置され、“Ｃ”で示す部分には半導体スイッチング素子２０５が配置される。ダイオードブリッジ１０１と半導体スイッチング素子２０５とシャント抵抗３０とをプリント基板３２上の同一直線上に配置することでプリント基板３２上の配線パターンの最適化が図れる。そして、配線パターンの最適化によって、ダイオードブリッジ１０１と半導体スイッチング素子２０５とシャント抵抗３０との間の距離が短くなり、その分、配線パターンからのノイズの発生を低く抑えることができる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係る高周波加熱装置によれば、単方向電源部１の出力電流を測定できる個所に対して直列にシャント抵抗３０を介挿し、このシャント抵抗３０で発生する電圧をバッファ３１で取り出すようにしたので、従来のようなカレントトランスを用いる場合と比べてコストの削減が図れ、また小型にできることから省スペース化が図れる。
【００３４】
また、バッファ３１は、高入力インピーダンスのオペアンプ３１０１を用いたので、シャント抵抗３０の使用範囲が広く、高周波加熱装置の設計仕様に応じて最適な値のシャント抵抗を選択することができる。
【００３５】
また、放熱板３３に切欠部３３ａを形成してブリッジダイオード１０１と半導体スイッチング素子２０５とシャント抵抗３０とに対する絶縁距離を確保するようにしたので、短絡による事故を未然に防止できる。また、シャント抵抗３０とダイオードブリッジ１０１と半導体スイッチング素子２０５とをプリント基板３２上の同一直線上に配置するようにしたので、プリント基板３２上の配線パターンの最適化が図れ、配線パターンからのノイズ発生を低く抑えることができ、制御部７の誤動作や隣接機器への影響を最小限に抑えることができる。また、シャント抵抗３０に裸抵抗線を用いたので、省スペース化及びコストダウンが図れる。
【００３６】
なお、上記実施の形態においては、シャント抵抗３０を、ダイオードブリッジ１０１及び半導体スイッチング素子２０５のそれぞれの端子と同一直線上に配置するようにしたが、切欠部３３ａ内に配置するようにしてもよい。このようにすることで、一層の省スペース化が図れる。
また、上記実施の形態においては、シャント抵抗３０をワイヤー状の裸抵抗線としたが、板状の裸抵抗線とすることもできる。
【００３７】
また、シャント抵抗３０とバッファ３１による電流検出手段は、高周波加熱装置のみならず、負荷電流を検出してその結果を基に制御を行う構成の装置であれば、如何なるものにも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の高周波加熱装置によれば、単方向電源部の出力電流を測定できる個所に対して直列にシャント抵抗を介挿してシャント抵抗に発生する電圧をバッファにて取り出すようにしたので、従来のようなカレントトランスを用いる場合と比べてコストの削減が図れ、また小型にできることから省スペース化が図れる。さらに、カレントトランスを用いた場合に発生するノイズを最小限に抑えて、制御部の誤動作や隣接機器への影響を排除することができる。
【００３９】
請求項２に係る発明の高周波加熱装置によれば、バッファに高入力インピーダンスの演算増幅器を用いたので、シャント抵抗の選択幅を広げることができる。すなわち、高周波加熱装置の設計仕様に変更があって抵抗値の異なるシャント抵抗に変更するようなことがあっても、選択幅の範囲内では変更が可能である。このことは顧客のニーズに低コストで対応することができる。
【００４０】
請求項３に係る発明の高周波加熱装置によれば、放熱板に切欠部を形成して整流素子と半導体スイッチング素子とシャント抵抗とに対する絶縁距離を確保するようにしたので、短絡による事故を未然に防止できる。また、シャント抵抗と整流素子と半導体スイッチング素子とをプリント基板上の同一直線上に配置するようにしたので、プリント基板上の配線パターンの最適化が図れ、パターンからのノイズの発生を低減でき、制御部の誤動作や機器への影響を最小限に抑えることができる。
【００４１】
請求項４に係る発明の高周波加熱装置によれば、シャント抵抗を放熱板の切欠部内に配置するようにしたので、一層の省スペース化が図れる。
【００４２】
請求項５に係る発明の高周波加熱装置によれば、シャント抵抗として裸抵抗線を使用するようにしたので、省スペース化及びコストダウンが図れる。
【００４３】
請求項６に係る発明のシャント抵抗実装方法によれば、シャント抵抗と整流素子と半導体スイッチング素子とをプリント基板上の同一直線上に配置するので、プリント基板上のパターンの最適化が図れることから省スペース化を実現できる。また、配線パターンからのノイズの発生を低く抑えることができるので、ノイズによる制御部の誤動作あるいは隣接機器への影響を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高周波加熱装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る高周波加熱装置のバッファの構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る高周波加熱装置におけるシャント抵抗の実装状態を示す斜視図である。
【図４】図３の実装状態を矢印Ｙａ方向から見た図である。
【図５】図３のシャント抵抗が実装されたプリント基板のパターン面を示す図である。
【図６】従来の高周波加熱装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  単方向電源部
２  インバータ部
３  高圧整流回路
４  マグネトロン
７  制御部
３０  シャント抵抗
３１  バッファ
３２  プリント基板
３３  放熱板
３３ａ  切欠部
１０１  ブリッジダイオード（整流素子）
２０５  半導体スイッチング素子
３１０１  オペアンプ
３１０２、３１０３、３１０４、３１０５  抵抗
【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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