(57)【要約】【課題】高周波加熱装置において、マグネトロンの温度特性に起因する電源電流波形の高調波の増大を解決すること。【解決手段】変調部２１と駆動部２２と半導体スイッチング素子２３とを有するインバータ２４と、インバータ２４で駆動されるマグネトロン２５とを備え、変調部２１はインバータ２４が電力を得る電源２６の電圧を検知する電源電圧検知２７と、マグネトロン２５の動作電圧を検知するマグネトロン動作電圧検知手段２８とから変調信号をつくり、駆動部２２は半導体スイッチング素子２３を駆動するためのパルスを前記変調信号に基づいて決定する構成とする。したがって、マグネトロン２５の温度特性によって、その動作電圧が変化した場合にも、最適な変調信号を得ることができ、入力電流の高調波を少なくすることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンと、前記マグネトロンを高電圧駆動するためのインバータと、前記インバータに電力を供給するための電源の電圧を検知する電源電圧検知手段と、前記電源の電流を検知する電源電流検知手段と、前記マグネトロンの出力の大きさを指令する出力指令手段と、前記マグネトロンの動作電圧を検知するマグネトロン動作電圧検知手段とを備え、前記インバータは、マグネトロンを高圧駆動すべく昇圧トランスに高周波電圧を供給するためのスイッチング素子と、マグネトロンのアノード電流のピーク値が高くならないように上限値を有しつつ前記電源電圧検知手段とマグネトロン動作電圧検知手段の出力に応じて変調信号を作るための変調部と、前記変調部の出力信号に基づき前記半導体スイッチング素子を駆動するためのパルスを決定する駆動部とを設け、前記マグネトロン動作電圧検知手段は、そのマグネトロンの動作電圧を、電源電流を一定に保つための前記出力指令手段と電源電流検知手段の信号の差に応じて検知してなる高周波加熱装置。
【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に用いられているマグネトロンを駆動するためのインバータ電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネトロンはアノードとカソードからなる真空管である。図７はマグネトロンの特性を示す図で、横軸はマグネトロンのアノード電流（以下ＩＡと記述する）を示し、縦軸はマグネトロンのアノードとカソード間の電圧（以下ＶＡＫと記述する）を示している。マグネトロンは負の電圧で付勢され、約−４ｋＶで発振してアノード電流が流れ始め、アンテナからマイクロ波が放射される。マグネトロンのＶＡＫは温度依存性があり、高温になるほど低下する傾向にある。室温状態にある場合は約−４ｋＶであるが、連続動作で温度が上昇していくと−３．２ｋＶ程度まで低下する特性を有する。同図の実線が室温状態での特性を示し、破線が温度上昇した場合の特性を示している。
【０００３】
図８はマグネトロンを駆動するための回路構成を示したブロック図である。同図において１は商用電源、２はインバータ、３はマグネトロンである。インバータ２は商用電源１の電圧を全波整流する全波整流回路と、ノイズを低減するフィルタ回路部、半導体スイッチング素子と、昇圧トランスと、半導体スイッチング素子を駆動する駆動部と、商用電源１の電圧を検知するための電源電圧検知手段と、変調部とから構成される。変調部は電源電圧検知手段からの信号を基にして駆動部に送る変調信号をつくる。駆動部は変調信号に基づいて半導体スイッチング素子を駆動するパルスのオン時間を決定する。駆動部から半導体スイッチング素子に与えられるパルスの周波数は２０ｋＨｚから５０ｋＨｚである。半導体スイッチング素子の動作で得られる、高周波の電圧を昇圧トランスが昇圧してマグネトロンを駆動する高電圧を発生する回路構成である。
【０００４】
図９はインバータとマグネトロンの各部の電圧または電流波形を示したもので、同図（ａ）から（ｄ）は時間軸を合わせて記述している。同図（ａ）は商用電源を全波整流して、フィルタ回路を通して出力された個所の電圧波形で、６０Ｈｚの商用電源を用いた場合の図にしてある。同図（ｂ）の実線は室温状態におけるマグネトロンのＶＡＫを示しており、前述したマグネトロンのＶＡＫ−ＩＡ特性から−４ｋＶで電圧がカットされる形をしている。ＶＡＫが約−４ｋＶに達した時点からＩＡが流れ始める。同図（ｃ）の実線に示す商用電源の入力電流はＩＡと相似な波形を示すので、ＶＡＫが−４ｋＶに達した時点から流れ始める。このように、入力電流波形には電流が流れていない休止期間が存在する。このような入力電流波形をフーリエ級数展開すると、基本波以外の次数の高調波が存在する。この高調波の大きさはＩＥＣ１０００−３−２で規制されている。高調波を少なくするためには、入力電流の休止期間をできるだけ短くすることが必要となる。このためには、同図（ａ）に示すフィルタ部の出力電圧波形の低い部分では半導体スイッチング素子を駆動するためのパルスのオン時間を長くして、できるだけ昇圧トランスから出力する電圧を上げるように制御している。
【０００５】
また、マグネトロンの寿命はＩＡのピーク値に依存しており、ＩＡのピーク値が大きくなるほど寿命が短くなる傾向に有る。そこでＩＡのピーク値が高くならないようにインバータを構成する半導体スイッチング素子を制御することが必要となる。ＩＡが大きくなるのは、同図（ａ）に示すフィルタ部の出力電圧波形のピーク近傍であるので、この部分では半導体スイッチング素子を駆動するためのパルスのオン時間を短くして、ＩＡが大きくならないように制御されている。ＩＡと相似な波形を示す同図（ｃ）の実線で示される入力電流波形はピークがほぼ平らになっている。
【０００６】
このような制御は図８の回路ブック図に示されるように、半導体スイッチング素子を駆動するパルスをつくる駆動部に与えられる変調信号によって指令される。変調部は電源電圧検知手段の信号に基づいて変調信号をつくり、図９の（ｄ）に示される変調信号を駆動部に与えている。同図の変調部の出力電圧波形は、電圧が高くなるほど半導体スイッチング素子を駆動するパルスのオン時間が長くなるように作用する。
【０００７】
駆動部は図８に示されるように、出力指令手段の信号と変調部の信号とを足し合わせて、駆動パルスを決定する。出力指令手段の信号は直流電圧で、出力を増大させる場合その直流電圧は高くなる（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１７６３７５号公報
【特許文献２】
特開平１−２２５０９０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法は以下のような課題があった。
【００１０】
前述したように、マグネトロンのＶＡＫ−ＩＡ特性には温度特性があり、温度上昇とともにＶＡＫが減少する傾向にある。図９（ｂ）の破線で示される波形は、温度上昇した場合のＶＡＫを示したもので、約−３．２ｋＶで発振する状態を示している。このようなマグネトロンの特性変化に伴って、入力電流波形は同図（ｃ）の破線に示されるようになる。ＶＡＫが約−３．２ｋＶで発振を始めるので、入力電流が流れ始め急激に増加し、同図（ｄ）の変調部の出力電圧波形が下がり始めた個所から同図（ｃ）入力電流が低下するという山ができている。このような波形はフーリエ級数展開すると、高次までの波形が存在し、その振幅も大きくなるという課題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波加熱装置は、前述した課題を解決するためになされたもので、まず、マグネトロンのＶＡＫ−ＩＡ特性の温度特性に起因した入力電流の高調波の増大に関しては、マグネトロンの動作電圧の温度情報を、電源電流を一定に保つための出力指令手段と電源電流検知手段の信号の差に応じて得るとともに、これを変調信号に反映させて、ＶＡＫの温度による変化時にも適正な変調信号を得られる構成とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、マグネトロンの動作電圧の温度情報を、電源電流を一定に保つための出力指令手段と電源電流検知手段の信号の差に応じて得るとともに、これを変調信号に反映させて、マグネトロン電圧ＶＡＫの温度による変化時にも適正な変調信号が得られるようになる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図である。図１において２６は電源で商用電源が用いられ、２４のインバータに電力を供給する。２９は出力指令手段でマグネトロンの出力の大きさを指令する。２５はマグネトロンでインバータ２４により駆動される。インバータ２４は電源２６の電圧を検知する電源電圧検知手段２７、駆動部２２のパルスで駆動される半導体スイッチング素子２３、半導体スイッチング素子２３の動作により得られる高周波電圧を昇圧する昇圧トランスとから構成される。電源２６の電力は全波整流回路、フィルタ回路を介して半導体スイッチング素子２３や昇圧トランスに供給されるが図では省略している。
【００１５】
また、比較手段３１は電源２６の電流を検知する電源電流検知手段３０と出力指令手段２９との信号を比較し、両者の差に対応した信号を出力する。比較手段３１の信号は駆動部２２に伝達されるので、駆動部２２はこの信号に応じて半導体スイッチング素子２３を駆動するパルスを決定する。これにより、電源２６の入力電流は、出力指令手段で設定された一定の大きさになるように制御される。すなわちインバータへの入力電力が出力指令手段で決められるようになる。さらに、比較手段３１の信号は変調部２２に伝達されるので、変調部２１はこの信号と電源電圧検知手段２７の信号から変調信号を作る。これにより変調部２１は温度特性により動作電圧ＶＡＫが変化した情報を得ることができ、この信号を基にして処理を行い最適な変調信号を作り出すことができる。この点について、もう少し詳しく説明する。
【００１６】
比較手段３１は出力指令手段２９の信号と電源電流検知手段３０との信号を比較して、その差がなくなるように駆動部２２に指令するので、電源電流は一定に保たれる。言いかえれば、インバータ２４の入力電力が一定に保たれる。
【００１７】
ここで、マグネトロンが室温と同じ温度ＴＡである時のマグネトロン動作電圧ＶＡＫ１と、温度が上昇して温度ＴＨ時のマグネトロン動作電圧ＶＡＫ２との場合を考えると、半導体スイッチング素子２３が何れの場合も、同じ条件で動作すると、電源電流は一定に保たれない。具体的には、同じ条件で動作すると電源電流が増加する。そこで、比較手段３１は出力指令手段２９の信号と、電源電流検知手段３０の信号の差を検知して、その差がなくなるように駆動部２２に指令を与える。従って、比較手段３１の信号は、マグネトロンの温度変化ＴＡからＴＨに伴う、マグネトロン動作電圧の変化ＶＡＫ１からＶＡＫ２の情報を持っていることになる。従って、比較手段３１の信号を変調部２１に伝達することで、変調部２１は温度特性により動作電圧ＶＡＫが変化した情報を得ることができ、この信号を基にして処理を行い最適な変調信号を作り出すことができる。
【００１８】
図２は本発明の他の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図で、図１と同等な構成要素には同符合を用いて記載し、その機能の説明は省略する。
【００１９】
変調部２１は電源電圧検知手段２７の信号に基づいて変調の基本波を形成する基本波形形成手段３２と、それで得られた基本波の上限値を設定する上限設定手段Ａ３３とから構成される。上限設定手段Ａ３３は比較手段３１の信号で、上限値を設定する。このような構成により、マグネトロン２５の温度特性により動作電圧ＶＡＫが変化した情報を含む比較手段の３１の信号で、変調信号を操作して最適な変調信号を作り出すことができる。
【００２０】
図３は本発明の他の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図で、図１と図２に同等な構成要素には同符合を用いて記載し、その機能の説明は省略する。
【００２１】
上限設定手段Ｂ３４は出力指令手段２９の信号で上限値を設定する。このような構成により、それぞれの出力に対して最適な変調信号を作り出すことができる。
【００２２】
図４は本発明の他の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図で、図１から図３と同等な構成要素には同符合を用いて記載し、その機能の説明は省略する。本実施例は、図２と図３に示した上限設定手段Ａと上限設定手段Ｂとを上限設定手段として、以下に説明する構成で一体化したものである。上限設定手段４３は、基準値３６と増幅器３５とからなる。
【００２３】
基準値３６は出力指令手段２９の信号で基準値を設定する。基準値３６の信号は増幅器３５に与えられる。増幅器３５は比較手段からの信号と、基準値３６からの信号との差を増幅して、基本波形成手段３２で作られた基本波の上限を設定する構成としている。このような構成により、マグネトロン２５の温度特性により動作電圧ＶＡＫが変化した情報を含む比較手段の３１の信号で、変調信号を操作できるとともに、出力指令手段２９の信号に応じた最適な変調信号を作り出すことができる。
【００２４】
次に、各構成要素の作用を明確にするために、図５の構成要素の波形を参照して説明する。同図の（ａ）から（ｈ）の波形は時間を合わせて記載している。また同図に示される波形▲１▼から波形▲８▼の記号の波形は、図４に記載されている波形▲１▼から波形▲８▼の記号が記載されている個所の波形を示している。すなわち波形▲１▼は電源電圧検知手段２７の出力波形、波形▲２▼は基本波形成手段３２の出力波形、波形▲３▼は出力指令手段２９の出力波形、波形▲４▼は電源電流検知手段３０の出力波形、波形▲５▼は比較手段３１の出力波形、波形▲６▼は基準値３６の出力波形、波形▲７▼は増幅器３５の出力波形、波形▲８▼は基本波形成手段３２出力を増幅器３５の出力で、その電圧の上限を設定した出力波形である。
【００２５】
図５（ａ）の波形▲１▼は商用電源を用いた電源２６の電圧を検知しているので正弦波を全波整流した形をしている。同図（ｂ）の波形▲２▼は波形▲１▼の下限値を設定したもので、この波形が変調信号の基本波となる。同図（ｃ）の波形▲３▼と波形▲４▼は、電源電流の大きさを出力指令手段２９が指令する大きさになるように比較手段３１で制御されるために同一の波形になる。同図（ｄ）の波形▲５▼は比較手段３１の出力波形で、波形▲６▼は基準値３６の出力波形であり、これらが増幅器３５の入力となる。増幅器３５はこれらの入力の差を増幅し同図（ｅ）の波形▲７▼を出力する。この波形が上限設定手段Ａと上限設定手段Ｂとを一体にして得られる上限値となる。
【００２６】
波形▲７▼の電圧値で波形▲２▼の上限値が設定されるが、波形▲７▼と波形▲２▼は抵抗器を介して合成されるので、波形▲２▼は波形▲７▼の電圧値でカットされるのではなく、波形▲７▼の電圧値から緩やかに上限が制限されて、破線で示される波形▲２▼が波形▲８▼のように滑らかな波形となるように構成されている。駆動部２２は波形▲８▼の信号を反転した信号が与えられ、半導体スイッチング素子２３の駆動パルスを決定するようにしている。すなわち、波形▲８▼の波形の電圧が高くなるほど、半導体スイッチング素子２３を駆動するパルスのオン時間を短くなるようにしている。パルスのオン時間が短くなるほど、インバータの出力は抑制される。
【００２７】
ここで、マグネトロン２５が温度上昇して動作電圧ＶＡＫが低下した場合について説明する。半導体スイッチング素子２３の駆動パルスが温度上昇する前と同じ状態にあると仮定する。このとき入力電流が増大するようになる。
【００２８】
図５（ｆ）から（ｈ）はマグネトロン２５が室温状態から温度上昇したときの各部の波形を示した図で、（ｆ）の波形▲４▼はマグネトロン２５の温度が上昇すると波形▲４▼´に変化する。実際は、比較手段３１の作用で波形▲３▼と同じ電圧になるが説明のためにずらして記述している。同図（ｇ）の波形▲５▼はマグネトロン２５の温度が上昇すると波形▲５▼´に変化する。同図（ｇ）の波形▲７▼と▲８▼はマグネトロン２５の温度が上昇すると、それぞれ波形▲７▼´と▲８▼´に変化する。
【００２９】
このようにして得られた波形が、駆動部２２に伝達されて入力電流波形に、どのように作用するかを説明するために、従来の技術の説明で用いた図９の波形図に重ねて記述して、これを図６示す。図６に示された点線の波形は図９に示された点線の波形と同じものである。同図（ａ）はフィルタ部の出力電圧波形、同図（ｂ）はマグネトロンのＶＡＫで温度上昇したときの電圧波形を示している。同図（ｃ）は入力電流波形で点線は従来の波形で、実線は上記手段を用いることにより得られた波形である。同図（ｄ）は変調部の出力電圧波形で点線は従来の波形で、実線は図５（ｈ）の波形▲８▼´を反転して得られる変調部の出力電圧波形として示している。
【００３０】
このような変調信号によれば同図（ｃ）に示す入力電流の山をなくすことができる。マグネトロンの２５の温度変化に起因した動作電圧の変化が生じた場合でも、本発明によれば最適な変調信号を作り出すことができ入力電流の高調波を低減することができる。また、出力指令手段２９の信号に応じても最適な変調信号を作り出すことができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、マグネトロンの動作電圧の温度情報を、電源電流を一定に保つための出力指令手段と電源電流検知手段の信号の差に応じて得るとともに、これを変調信号に反映させて、ＶＡＫの温度による変化時にも適正な変調信号を得られる構成としたことにより、その動作電圧が変化した場合にも、最適な変調信号を得ることができ、入力電流の高調波を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図
【図２】本発明の他の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図
【図３】本発明の他の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図
【図４】本発明の他の実施例における高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図
【図５】（ａ）同高周波加熱装置の電源電圧検知手段の出力電圧波形図
（ｂ）同高周波加熱装置の基本波形形成手段の出力電圧波形図
（ｃ）同高周波加熱装置の出力指令手段、電源電流検知手段の出力電圧波形図
（ｄ）同高周波加熱装置の比較手段、基準値の出力電圧波形図
（ｅ）同高周波加熱装置の増幅器で電圧の上限を設定された基本波形形成手段の出力電圧波形図
（ｆ）同高周波加熱装置でマグネトロンが温度上昇した時の電源電流検知手段の出力電圧波形図
（ｇ）同高周波加熱装置手段でマグネトロンが温度上昇した時の比較手段の出力電圧波形図
（ｈ）同高周波加熱装置でマグネトロンが温度上昇した時の増幅器で電圧の上限を設定された基本波形形成手段の出力電圧波形図
【図６】（ａ）同高周波加熱装置のフィルタ部の出力電圧波形図
（ｂ）同高周波加熱装置のマグネトロンのＶＡＫ波形図
（ｃ）同高周波加熱装置の入力電流波形図
（ｄ）同高周波加熱装置の変調部の出力電圧波形図
【図７】マグネトロンのＶＡＫとＩＡの関係を示す特性図
【図８】従来の高周波加熱装置に用いるマグネトロン駆動回路のブロック図
【図９】（ａ）従来の高周波加熱装置のフィルタ部の出力電圧波形図
（ｂ）同高周波加熱装置のマグネトロンのＶＡＫ波形図
（ｃ）同高周波加熱装置の入力電流波形図
（ｄ）同高周波加熱装置の変調部の出力電圧波形図
【符号の説明】
２１　変調部
２２　駆動部
２３　半導体スイッチング素子
２４　インバータ
２５　マグネトロン
２６　電源
２７　電源電圧検知手段
２９　出力指令手段
３０　電源電流検知手段
３１　比較手段
３２　基本波形成手段
３３　上限設定手段Ａ
３４　上限設定手段Ｂ
３５　増幅器
３６　基準値
４３　上限設定手段
【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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【図９】
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