(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、該電源から供給される電力を高周波交流電力に変換する少なくとも１つのスイッチング素子を有するインバータ回路と、該インバータ回路の出力端子に接続された加熱コイルと、前記スイッチング素子をオン・オフ動作させる駆動信号を発生して前記加熱コイルに高周波交流電力を供給する駆動信号発生回路を有する制御回路とを備えた誘導加熱装置において、
前記制御回路は、
前記インバータ回路から前記加熱コイルに供給される高周波交流波形を検出して、該高周波交流波形に対応する検出信号を発生する共振波形検出回路と、
前記共振波形検出回路の検出信号と前記駆動信号発生回路の駆動信号との位相差に対応する調整信号を発生する位相比較回路と、
前記共振波形検出回路の検出信号に前記駆動信号発生回路の駆動信号を重畳して前記位相比較回路に付与する補助回路とを備え、
前記駆動信号発生回路は、前記位相比較回路からの調整信号に対応して前記スイッチング素子への駆動信号の発振周波数を決定することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記補助回路は、前記駆動信号発生回路の駆動信号から直流成分を除去して、前記共振波形検出回路の検出信号に重畳する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記位相比較回路への前記駆動信号発生回路の駆動信号の入力タイミングを移相する移相回路を備える請求項１又は２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記移相回路は、軽負荷時に前記位相比較回路に付与される前記駆動信号発生回路の駆動信号の位相を定格負荷時より遅らせる請求項３に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記インバータ回路に流れる電流の大きさに対応して出力信号を発生する加熱制御回路を備え、
前記移相回路は、前記加熱制御回路の出力信号に応じて、前記位相比較回路に前記駆動信号発生回路の駆動信号から入力される信号の位相を制御する請求項３又は４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記加熱制御回路は、前記インバータ回路に流れる電流の大きさに対応する検出信号を発生する入力電力検出回路と、該入力電力検出回路が発生した検出信号と基準値との差に基づく出力信号を発生する比較回路とを備える請求項５に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記位相比較回路の調整信号を平均値化して直流電圧に変換する積算回路と、該積算回路の出力レベルに応じてインピーダンスを変化させることにより、前記駆動信号発生回路の駆動信号の発振周波数を変化させるインピーダンス調整回路とを備える請求項１〜６の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置、特に誘導加熱装置に設けられるインバータ回路を流れる共振電流を検出してスイッチング素子の駆動信号の発振周波数を制御する際に、インバータ回路に流れる共振電流が低下してもスイッチング素子を安定して動作させる誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に示す公知の誘導加熱装置は、交流電源(1)と、交流電源(1)の交流電力を整流する整流回路(2)と、整流回路(2)から供給される電力を高周波交流電力に変換するスイッチング素子としての２個のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）(11,12)を有するインバータ回路(3)と、インバータ回路(3)の出力端子に接続された加熱コイル(4)と、インバータ回路(3)のＩＧＢＴ(11,12)をオン・オフ動作させる駆動信号(D1,D2)を出力して、加熱コイル(4)に高周波交流電力を供給する制御回路(5)とを備える。
【０００３】
交流電源(1)は、商用電源の交流電源により構成され、整流回路(2)は、交流電源(1)の交流電力を整流するブリッジ接続されるダイオード(24)と、スイッチング電流をバイパスするコンデンサ(23)とを備える。ＩＧＢＴ(11,12)は、整流回路(2)の正側端子と負側端子とに直列に接続された第１のＩＧＢＴ(11)及び第２のＩＧＢＴ(12)と、第１のＩＧＢＴ(11)と第２のＩＧＢＴ(12)にそれぞれ逆並列に接続された還流用ダイオード(21,22)とを有する。共振用コンデンサ(25)と加熱コイル(4)との直列回路は、第２のＩＧＢＴ(12)に対し並列に接続される。高周波交流電力により駆動される加熱コイル(4)は、鉄等の金属から成る被加熱物に磁気結合する高周波磁束を発生して被加熱物を誘導加熱する。
【０００４】
制御回路(5)は、ＩＧＢＴ(11,12)への駆動信号(D1,D2)を発生する駆動信号発生回路(7)と、加熱コイル(4)に流れる電流、電圧又は電力等の高周波交流波形を検出して、高周波交流波形に対応する検出信号(DS1)を発生する共振波形検出回路(6)と、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の位相と駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相とを比較して、その位相差に対応するレベルの調整信号(PH)を発生する位相比較回路(8)と、位相比較回路(8)の調整信号(PH)を平均的な直流電圧に変換する積算回路(57)と、積算回路(57)の出力レベルに対応するインピーダンスを発生して、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の発振周波数を変化させるインピーダンス調整回路(40)とを備える。図示しないが、駆動信号発生回路(7)は、発振回路を含む。ＩＧＢＴ(11,12)の駆動は、発振回路の出力信号であってもよいが、発振回路の出力信号をＩＧＢＴ(11,12)の駆動に適した波形に波形整形する駆動回路を備えてもよい。駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)は、発振回路の出力信号又は駆動回路の出力信号を示す。例えば、発振回路は、周知のＶＦ変換器により構成され、位相比較回路(8)は、周知のデジタル位相比較器により構成される。
【０００５】
共振波形検出回路(6)は、加熱コイル(4)又は共振用コンデンサ(25)を流れる共振電流を検出する検出用トランス(26)と、検出用トランス(26)に直列に接続されて検出用トランス(26)が検出した共振電流に対応するレベルの電圧値に変換する抵抗(27)と、抵抗(28)及びダイオード(29,30)を有するリミッタ回路(61)とを備える。抵抗(28)とダイオード(29)との接続点は、リミッタ回路(61)からの直流成分を除去するコンデンサ(38)を介して位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)に接続される共振波形検出回路(6)の出力端子となり、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)は、位相比較回路(8)に入力される。このように、共振波形検出回路(6)は、インバータ回路(3)から加熱コイル(4)に供給される高周波交流電力の共振電流を検出して、高周波交流波形に対応する検出信号(DS1)を発生する。インバータ回路(3)から加熱コイル(4)に高周波の共振電流を供給するため、検出用トランス(26)の検出信号レベルは、大きく変動するが、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の電圧値は、リミッタ回路(61)により所定の電圧値以下に制限される。駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)は、抵抗(47)を介して位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に入力される。
【０００６】
積算回路(57)は、位相比較回路(8)の出力端子とグランドとの間に接続された第１の分圧抵抗(41)及び第２の分圧抵抗(42)と、第１の分圧抵抗(41)と第２の分圧抵抗(42)との接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサ(43)とを備える。インピーダンス調整回路(40)は、可変インピーダンス素子としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）(44)と、ＦＥＴ(44)のソース端子とグランドとの間に接続された抵抗(45)と、駆動信号発生回路(7)の入力端子とグランドとの間に接続された第３の分圧抵抗(37)及び第４の分圧抵抗(46)とを備える。ＦＥＴ(44)のゲート端子（制御端子）は、第１の分圧抵抗(41)と第２の分圧抵抗(42)とコンデンサ(43)との接続点に接続され、ＦＥＴ(44)のドレイン端子は、第３の分圧抵抗(37)と第４の分圧抵抗(46)との接続点に接続される。
【０００７】
図７に示すように、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)が位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)に付与され、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に付与される。共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)が駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)よりも早く位相比較回路(8)に付与され、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の位相が駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相よりも進んだ検出信号先行状態では、共振波形検出回路(6)から高電圧レベルの検出信号(DS1)が第１の入力端子(IN1)に付与されるのに対し、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)から低電圧レベルの信号が第２の入力端子(IN2)に付与され、図７(c)に示すように、位相比較回路(8)は、高電圧レベルHの調整信号(PH)を発生する。その後、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)と駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)とが共に高電圧レベルになると、位相比較回路(8)は、中間電圧レベルＭの調整信号(PH)を発生する。次に、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)が低電圧レベルになっても、また駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が低電圧レベルになっても、位相比較回路(8)は、中間電圧レベルＭの調整信号(PH)を保持する。
【０００８】
また、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)よりも早く位相比較回路(8)に付与され、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相が共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の位相よりも進んだ駆動信号先行状態では、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)から高電圧レベルの信号が第２の入力端子(IN2)に付与されるのに対し、共振波形検出回路(6)から低電圧レベルの検出信号(DS1)が第１の入力端子(IN1)に付与され、図７(c)に示すように、位相比較回路(8)は、低電圧レベルＬの調整信号(PH)を発生する。その後、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)と駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)とが共に高電圧レベルになると、位相比較回路(8)は、中間電圧レベルＭの調整信号(PH)を発生する。次に、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)が低電圧レベルになっても、また駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が低電圧レベルになっても、位相比較回路(8)は、中間電圧レベルＭの調整信号(PH)を保持する。
【０００９】
即ち、位相比較回路(8)は、第１の入力端子(IN1)に付与される共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の位相が第２の入力端子(IN2)に付与される駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相よりも進むと、中間電圧レベルＭの調整信号(PH)の中に高電圧レベルＨの調整信号(PH)を出力する。また、位相比較回路(8)は、第１の入力端子(IN1)に付与される共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の位相が第２の入力端子(IN2)に付与される駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相より遅れると、中間電圧レベルＭの調整信号(PH)中に低電圧レベルＬの調整信号(PH)を出力する。位相比較回路(8)は、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)と駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)とが同時に高電圧レベル又は低電圧レベルのとき、中間電圧レベルＭの調整信号(PH)を連続して発生する。
【００１０】
位相比較回路(8)の調整信号(PH)は、積算回路(57)の第１の分圧抵抗(41)を通じてコンデンサ(43)に流れる電流となり、調整信号(PH)は、コンデンサ(43)により平均値化される。コンデンサ(43)の可変充放電レベルは、ＦＥＴ(44)のゲート端子に印加される。コンデンサ(43)に充電された高レベルの電圧がＦＥＴ(44)のゲート端子に印加されるとき、ＦＥＴ(44)がオンとなり、ＦＥＴ(44)を通じて流れる電流が増加して、インピーダンス調整回路(40)のインピーダンスは低下する。逆に、コンデンサ(43)に充電された低レベルの電圧がＦＥＴ(44)のゲート端子に印加されるとき、ＦＥＴ(44)に流れる電流が減少し、インピーダンス調整回路(40)のインピーダンスは増加する。
【００１１】
動作の際に、駆動信号発生回路(7)の２つの駆動信号(D1,D2)は、一対のＩＧＢＴ(11,12)の各ベース端子に交互に付与され、ＩＧＢＴ(11,12)は、交互にオン・オフ動作する。また、駆動信号発生回路(7)から一対のＩＧＢＴ(11,12)の各ベース端子に付与される駆動信号(D1,D2)は、同時にオンとはならず、また一方がオンとなった後に他方がオンとなる間に同時にオフとなるデッドタイムが設けられる。第１のＩＧＢＴ(11)がオンとなり、第２のＩＧＢＴ(12)がオフとなる状態では、交流電源(1)及び整流回路(2)から第１のＩＧＢＴ(11)、加熱コイル(4)、共振用コンデンサ(25)を通り、整流回路(2)に電流が流れて、加熱コイル(4)が作動されると共に、共振用コンデンサ(25)が充電される。逆に、第１のＩＧＢＴ(11)がオフとなり、第２のＩＧＢＴ(12)がオンとなる状態では、共振用コンデンサ(25)、加熱コイル(4)、ＩＧＢＴ(12)及び共振用コンデンサ(25)を通じて共振電流が流れて、共振用コンデンサ(25)が放電される。このように、ＩＧＢＴ(11,12)は、交互にオン・オフ動作されて、加熱コイル(4)の高周波誘導加熱が行われる。
【００１２】
加熱コイル(4)の作動中に、検出用トランス(26)は、加熱コイル(4)と共振用コンデンサ(25)との間を流れる共振電流を検出し、リミッタ回路(61)からコンデンサ(38)を通じて位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)に検出信号(DS1)を付与する。また、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が抵抗(47)を通じて位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に付与される。図７について説明したように、検出信号(DS1)の位相が進んで高電圧レベルにあり、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相が遅れて低電圧レベルにあるとき、位相比較回路(8)は、高電圧レベルHの調整信号(PH)を発生する。逆に、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相が進んで高電圧レベルにあり、検出信号(DS1)の位相が遅れて低電圧レベルにあるとき、位相比較回路(8)は、低電圧レベルLの調整信号(PH)を発生する。駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)と検出信号(DS1)とが共に高電圧レベル若しくは低電圧レベルにあるとき又はこの状態に続いて、一方が高電圧レベルにあり他方が低電圧レベルにあるとき、位相比較回路(8)は、中間電圧レベルMの調整信号(PH)を発生する。
【００１３】
積算回路(57)は、位相比較回路(8)の出力を平均値化して、インピーダンス調整回路(40)に平均値化出力を付与する。従って、検出信号(DS1)の位相が先行すると、位相比較回路(8)は、高電圧レベルHの調整信号(PH)を発生するので、インピーダンス調整回路(40)のＦＥＴ(44)のインピーダンスが低下する。ＦＥＴ(44)及び抵抗(45)を通じて大きな電流がグランドに流れ、抵抗(37)に印加される電圧が上昇して、駆動信号発生回路(7)は、発振周波数を低下させるので、ＩＧＢＴ(11,12)の駆動周波数が低下する。逆に、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相が先行すると、位相比較回路(8)は、低電圧レベルLの調整信号(PH)を発生するので、インピーダンス調整回路(40)のＦＥＴ(44)のインピーダンスが増加する。ＦＥＴ(44)及び抵抗(45)を通じて小さな電流がグランドに流れ、抵抗(37)に印加される電圧が減少して、駆動信号発生回路(7)は、発振周波数を増加させるので、ＩＧＢＴ(11,12)の駆動周波数が増加する。
【００１４】
このように、駆動信号発生回路(7)の発振周波数、即ち駆動信号発生回路(7)が発生する発振パルスの発振周波数の上限及び下限は、インピーダンス調整回路(40)の抵抗(37,45,46)に印加される電圧値により決定される。駆動信号発生回路(7)は、位相比較回路(8)からの調整信号(PH)のレベルに対応して変動する発振周波数により、駆動信号(D1,D2)をＩＧＢＴ(11,12)に出力する。
【００１５】
交流電源(1)からゼロ電圧付近の出力が発生するとき、インバータ回路(3)への入力電力の電圧値及びインバータ回路(3)から加熱コイル(4)に供給される高周波交流電力の電圧値が共にゼロボルトに近付く。これにより、共振波形検出回路(6)から位相比較回路(8)に入力される検出信号(DS1)の電圧値が、位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)未満に低下するため、位相比較回路(8)が正常に動作せず、駆動信号発生回路(7)が異常発振を発生することがある。
【００１６】
図８は、図６に示す誘導加熱装置の各部の電流及び電圧を示す波形図である。交流電源(1)のゼロ電圧近辺となる図８(a)に示す期間Ｔでは、加熱コイル(4)に流れる共振電流(IL)の振幅が減少し、図８(b)に示すように、共振波形検出回路(6)から位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)に入力される検出信号(DS1)の電圧値が低下する。従って、期間Ｔでは、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の電圧値が位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)未満に低下して、図８(d)に示すように、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)と駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)（発振パルス）との位相差に対応する調整信号(PH)を位相比較回路(8)から発生することができない。
【００１７】
これに対し、下記特許文献１は、スイッチング素子への駆動信号となる発振パルスを発生する自走発振回路と、整流回路からインバータ回路に供給される電力に対応する検出信号を発生する比較電圧検出回路と、インバータ回路から加熱コイルに供給される共振電圧に対応する検出信号を発生する共振電圧検出回路と、比較電圧検出回路の検出信号と共振電圧検出回路の検出信号との電圧値の差に対応する出力信号を自走発振回路に付与する比較器とを備える誘導加熱調理器を開示する。特許文献１の誘導加熱調理器は、波形整形回路により回路電源の電圧を比較電圧検出回路の検出信号に付加するため、交流電源がゼロ電圧付近のときに、比較器に入力される比較電圧検出回路からの検出信号の電圧値が比較器の動作閾値未満に低下せず、比較器が異常なトリガパルスを自走発振回路に出力することを防止できる。このとき、比較器は、正常なトリガパルスも出力しないが、自走発振回路は、固有の周波数により発振するため、自走発振回路が異常発振を起こして、スイッチング素子に異常な駆動信号を出力することを防止できる。
【００１８】
【特許文献１】特開平６−１７６８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、特許文献１の誘導加熱調理器では、例えば、被加熱物の有無又は被加熱物の材質の変化により、制御回路が迅速に応答して、自走発振回路が固有周波数で発振すると、比較器のトリガパルスによる自走発振回路の発振周波数と自走発振回路の発振周波数との間で発振周波数差が急激に拡大して、スイッチング素子の制御端子に異常な駆動信号が出力されることがあった。
よって、本発明は、電源の出力電圧が低下した期間であっても、インバータ回路のスイッチング素子を常に安定してオン・オフ動作できる誘導加熱装置を提供することを目的とする。また、本発明は、負荷の変化に対して制御回路が迅速に応答しても、駆動信号発生回路の発振周波数の急激な変動を防止できる誘導加熱装置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】
【００２０】
本発明による誘導加熱装置は、電源(60)と、電源(60)から供給される電力を高周波交流電力に変換する少なくとも１つのスイッチング素子(11,12)を有するインバータ回路(3)と、インバータ回路(3)の出力端子に接続された加熱コイル(4)と、スイッチング素子(11,12)をオン・オフ動作させる駆動信号(D1,D2)を発生して加熱コイル(4)に高周波交流電力を供給する駆動信号発生回路(7)を有する制御回路(5)とを備える。制御回路(5)は、インバータ回路(3)から加熱コイル(4)に供給される高周波交流波形を検出して、高周波交流波形に対応する検出信号(DS1)を発生する共振波形検出回路(6)と、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)と駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)との位相差に対応する調整信号(PH)を発生する位相比較回路(8)と、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を重畳して位相比較回路(8)に付与する補助回路(13)とを備える。駆動信号発生回路(7)は、位相比較回路(8)からの調整信号(PH)に対応してスイッチング素子(11,12)への駆動信号(D1,D2)の発振周波数を決定する。
【００２１】
電源(60)の出力電圧が低下して、共振波形検出回路(6)から位相比較回路(8)に入力される検出信号(DS1)の電圧値が位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)未満に低下しても、補助回路(13)により共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を重畳した加重値の少なくとも一部は、位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)に達するか又はこれを超えるレベルに達する。即ち、駆動信号発生回路(7)から一定の周波数で発生する駆動信号(D1,D2)は、一定の高電圧レベルに増幅又は調整され、検出信号(DS1)は、駆動信号(D1,D2)に対して略一定の位相差をもって且つ略同一の周波数で変動する。よって、電源(60)の出力電圧が低下しても、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を重畳した加重値の少なくとも一部を位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)と同一のレベル又はこれを超えるレベルに保持することができる。従って、電源(60)の出力電圧が低下しても、位相比較回路(8)は、正常な動作を維持し、共振波形検出回路(6)からの検出信号(DS1)と駆動信号発生回路(7)からの駆動信号(D1)との位相差に対応する調整信号(PH)を駆動信号発生回路(7)に付与し、駆動信号発生回路(7)は、位相比較回路(8)からの調整信号(PH)のレベルに対応する発振周波数で駆動信号(D1,D2)を出力する。従って、負荷の変化に対して制御回路(5)が迅速に応答しても、駆動信号発生回路(7)の発振周波数の急激な変動を防止して、インバータ回路(3)のスイッチング素子(11,12)を常に安定してオン・オフ動作させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、インバータ回路のスイッチング素子が安定してオン・オフ動作を行う信頼性の高い誘導加熱装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明による誘導加熱装置の実施の形態を図１〜図５について説明する。図１〜図５では図６及び図８に示す箇所と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態の誘導加熱装置は、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を重畳して位相比較回路(8)に付与する補助回路(13)と、電源(60)から供給される電力の大きさに基づく出力信号(EC)を発生する加熱制御回路(33)と、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相比較回路(8)への入力タイミングを変える移相回路(14)とを制御回路(5)に設ける点で図５に示す従来の誘導加熱装置と異なる。電源(60)は、交流電源(1)と、交流電源(1)に接続されて交流電源(1)から供給される交流電力を整流して脈流電力に変換する整流回路(2)とを備える。
【００２５】
補助回路(13)は、共振波形検出回路(6)のリミッタ回路(61)を構成する抵抗(28)とコンデンサ(38)との接続点と駆動信号(D1)を出力する駆動信号発生回路(7)の一方の出力端子との間に接続され、直列に接続された抵抗(35)とコンデンサ(36)とを備える。従って、位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)には、コンデンサ(38)を通じて共振波形検出回路(6)からの検出信号(DS1)が付与されると共に、抵抗(35)、コンデンサ(36)及びコンデンサ(38)を通じて直流成分を除去した駆動信号発生回路(7)の出力端子からの駆動信号(D1)が付与される。よって、直流成分が除去された駆動信号発生回路(7)からの駆動信号(D1)と共振波形検出回路(6)からの検出信号(DS1)とによる電流が重畳されて、コンデンサ(38)に供給され、位相比較回路(8)では、高感度且つ高精度に位相の比較を行うことができる。
【００２６】
図２は、図１に示す誘導加熱装置の各部の電流及び電圧を示す波形図である。交流電源(1)のゼロ電圧近辺以外の期間では、共振波形検出回路(6)から位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)に入力される検出信号(DS1)の電圧値は、動作閾値(VTH)以上に保持される。これに対し、交流電源(1)のゼロ電圧近辺の期間Ｔでは、図２(a)に示すように、加熱コイル(4)に流れる共振電流(IL)の振幅が小さくなると共に、共振波形検出回路(6)から位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)に入力される検出信号(DS1)の電圧値が、図２(b)に示すように低下する。しかしながら、本実施の形態の誘導加熱装置では、共振波形検出回路(6)から位相比較回路(8)の第１の入力端子(IN1)に入力される検出信号(DS1)の電圧値が位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)未満に低下しても、補助回路(13)により共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を重畳した加重値の少なくとも一部は、位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)に達するか又はこれを超えるレベルに達する。
【００２７】
即ち、駆動信号発生回路(7)から一定の周波数で発生する駆動信号(D1,D2)は、一定の高電圧レベルに増幅又は調整され、検出信号(DS1)は、駆動信号(D1,D2)に対して略一定の位相差をもって且つ略同一の周波数で変動する。よって、電源(60)の出力電圧が低下しても、共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を重畳した加重値の少なくとも一部を位相比較回路(8)の動作閾値(VTH)と同一のレベル又はこれを超えるレベルに保持することができる。従って、電源(60)の出力電圧が低下しても、位相比較回路(8)は、正常な動作を維持し、共振波形検出回路(6)からの検出信号(DS1)と駆動信号発生回路(7)からの駆動信号(D1)との位相差に対応する調整信号(PH)を積算回路(57)及びインピーダンス調整回路(40)を介して駆動信号発生回路(7)に付与し、駆動信号発生回路(7)は、調整信号(PH)のレベルに対応する発振周波数で駆動信号(D1,D2)を出力する。よって、図２(d)に示すように、位相比較回路(8)は、第１の入力端子(IN1)に供給される共振波形検出回路(6)からの検出信号(DS1)と、第２の入力端子(IN2)に供給される駆動信号発生回路(7)からの駆動信号(D1)との位相差に対応する調整信号(PH)を期間Ｔ中に出力して、調整信号(PH)を駆動信号発生回路(7)に付与するので、電源(60)からゼロ電圧付近の出力が発生するときも、位相比較回路(8)の調整信号(PH)が欠落しない。従って、位相比較回路(8)からの調整信号(PH)に基づく発振パルスにより、駆動信号発生回路(7)は、位相比較回路(8)の調整信号(PH)により決定される所定の周波数により発振して、出力端子から駆動信号(D1,D2)を発生することができる。
【００２８】
このため、負荷の変化に対して制御回路(5)が迅速に応答しても、駆動信号発生回路(7)の発振周波数の急激な変動を防止して、インバータ回路(3)のＩＧＢＴ(11,12)を常に安定してオン・オフ動作させることができる。従って、本発明の実施の形態では、インバータ回路(3)のＩＧＢＴ(11,12)が安定してオン・オフ動作を行う信頼性の高い誘導加熱装置を得ることができる。
【００２９】
図１に示すように、加熱制御回路(33)は、電源(60)からインバータ回路(3)に使用される電力の大きさ、例えば、電流値又は電流値と電圧値との積の大きさに対応する電圧値の検出信号(DS2)を発生する入力電力検出回路(31)と、可変の基準電圧を発生する電源装置(34)と、入力電力検出回路(31)からの検出信号(DS2)と電源装置(34)の基準電圧とを比較して、それらの電位差に相当するレベルの出力信号(EC)を発生する比較回路(32)とを備える。入力電力検出回路(31)は、例えば、整流回路(2)及びコンデンサ(23)に直列に接続された電流検出抵抗により構成され、入力電力検出回路(31)の出力端子は、比較回路(32)の非反転入力端子に接続される。電源装置(34)から発生する電圧、電流又は電力は、誘導加熱装置の使用者が適宜所望のレベルに調整できる機能を有し、例えば、比較回路(32)の反転入力端子に基準電圧を印加する。比較回路(32)は、入力電力検出回路(31)の検出信号(DS2)の電圧レベルと電源回路(34)の基準電圧とを比較して、基準電圧に対する検出信号(DS2)の電圧レベルの誤差に相当する出力電圧(EC)を発生する。
【００３０】
軽負荷時には、インバータ回路(3)に比較的少ない電流が流れるので、比較的低い電圧が電流検出抵抗に検出され、定格負荷時には、比較的大きい電流がインバータ回路(3)に流れるので、比較的高い電圧が電流検出抵抗に検出される。従って、比較回路(32)は、電源装置(34)の基準電圧と比較して、定格負荷時には、低い電圧レベルの出力信号(EC)を発生するが、軽負荷時には、高い電圧レベルの出力信号(EC)を発生する。
【００３１】
移相回路(14)は、抵抗(47)を介して駆動信号発生回路(7)の一方の出力端子に接続されたドレイン端子（一方の主端子）、抵抗(48)を介して比較回路(32)の出力端子に接続されたゲート端子（制御端子）及び抵抗(54)を介してグランドに接続されたソース端子（他方の主端子）とを有するＦＥＴ（スイッチ）(51)と、抵抗(48)とＦＥＴ(51)のゲート端子との間に並列に接続された抵抗(52)及びコンデンサ(53)と、ＦＥＴ(51)のソース端子と位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)との間に並列に接続された抵抗(50)及びコンデンサ(55)とを備える。移相回路(14)は、抵抗(52)とコンデンサ(53)とにより加熱制御回路(33)の出力信号(EC)からノイズを除去すると共に、加熱制御回路(33)の出力信号(EC)のレベルによりＦＥＴ(51)をオン又はオフに切り換えて、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に供給されるタイミングを遅延させる。
【００３２】
図３及び図４は、期間Ｔとは異なる期間中に定格負荷及び軽負荷でそれぞれ作動する図１に示す誘導加熱装置の各部の電流及び電圧を示す波形図である。
【００３３】
比較回路(32)は、定格負荷時に低電圧レベルの出力信号(EC)を発生するので、移相回路(14)のＦＥＴ(51)は、オフとなり、ＦＥＴ(51)に電流が流れず、コンデンサ(55)への電荷量の蓄積速度が増加する。従って、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)は、図３(f)に示すように、僅かに遅れる位相で位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に入力される。これに対し、比較回路(32)は、軽負荷時に高電圧レベルの出力信号(EC)を発生するため、ＦＥＴ(51)は、オンとなり、ＦＥＴ(51)のドレイン端子及びソース端子並びに抵抗(54)を通じてＦＥＴ(51)からグランドに大きい電流が流れるので、コンデンサ(55)への電荷量の蓄積速度が低下する。従って、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)は、図４(f)に示すように、定格負荷時より更に遅れた位相で位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に入力される。このように、定格負荷時に、ＦＥＴ(51)がオフとなり、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が短い遅延時間を経て位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に付与されるのに対し、軽負荷時に、ＦＥＴ(51)がオンとなり、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)が長い遅延時間を経て位相比較回路(8)の第２の入力端子(IN2)に付与される。
【００３４】
従って、位相比較回路(8)は、定格負荷時に、短い遅延時間で駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を第２の入力端子(IN2)に受けて、図３(g)に示すように、長いオンパルス幅の調整信号(PH)を発生する。図３(g)は、図７(c)と同一の状態を表示するグラフを表すが、図３(g)では、第１の入力端子(IN1)に入力される共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の位相に対して、第２の入力端子(IN2)に入力される駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相が殆ど遅れないために、調整信号(PH)が低電圧レベルＬの期間（オフパルス幅）が短い。即ち、定格負荷時に、第１の入力端子(IN1)に入力される共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に対して、第２の入力端子(IN2)に入力される駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の遅延時間を短縮することにより、共振用コンデンサ(25)と加熱コイル(4)との共振周波数に駆動信号発生回路(7)の発振周波数を近付ける。これにより、駆動信号発生回路(7)は、共振用コンデンサ(25)と加熱コイル(4)との共振周波数に近い発振周波数で駆動信号(D1,D2)を発生し、ＩＧＢＴ(11,12)をオン・オフ動作して、共振用コンデンサ(25)と加熱コイル(4)との共振回路のインピーダンスを低下することができる。
【００３５】
これに対し、位相比較回路(8)は、軽負荷時に、長い遅延時間で駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を第２の入力端子(IN2)に受けて、図４(g)に示すように、短いオンパルス幅の調整信号(PH)を発生する。図４(g)では、第１の入力端子(IN1)に入力される共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)の位相に対して、第２の入力端子(IN2)に入力される駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の位相が遅れるために、図７(c)と同様に、調整信号(PH)が低電圧レベルＬの期間（オフパルス幅）が長い。即ち、軽負荷時に、第１の入力端子(IN1)に入力される共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に対して、第２の入力端子(IN2)に入力される駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)の遅延時間を拡大することにより、共振用コンデンサ(25)と加熱コイル(4)との共振周波数よりも十分に高く駆動信号発生回路(7)の発振周波数を設定する。従って、駆動信号発生回路(7)は、共振用コンデンサ(25)と加熱コイル(4)との共振周波数よりも十分に高い共振周波数で駆動信号(D1,D2)を発生して、ＩＧＢＴ(11,12)をオン・オフ動作させ、共振用コンデンサ(25)と加熱コイル(4)との共振回路のインピーダンスを増加することができる。
【００３６】
位相比較回路(8)の調整信号(PH)は、図６に示す従来の誘導加熱装置と同様に、積算回路(57)により平均値化されるが、定格負荷時に、位相比較回路(8)の調整信号(PH)は、長いオンパルス幅を有するので、コンデンサ(43)に高い電圧レベルの電荷が蓄積され、ＦＥＴ(44)のゲート端子にコンデンサ(43)から高い電圧が印加される。このため、ＦＥＴ(44)のインピーダンスが低下して、インピーダンス調整回路(40)のインピーダンスが低下し、駆動信号発生回路(7)から抵抗(37)、ＦＥＴ(44)及び抵抗(45)を通じて大きな電流がグランドに流れ、駆動信号発生回路(7)は、発振周波数を低下させる。軽負荷時に、位相比較回路(8)の調整信号(PH)は、短いオンパルス幅を有するので、コンデンサ(43)に低い電圧レベルの電荷が蓄積され、ＦＥＴ(44)のゲート端子にコンデンサ(43)から低い電圧が印加される。このため、ＦＥＴ(44)のインピーダンスが増加して、インピーダンス調整回路(40)のインピーダンスが上昇し、駆動信号発生回路(7)は、発振周波数を上昇させる。このように、駆動信号発生回路(7)は、インピーダンス調整回路(40)のインピーダンスが大きくなると発振周波数を上昇し、逆に、インピーダンスが小さくなると発振周波数を低下させることにより、インピーダンス調整回路(40)のＦＥＴ(44)のインピーダンスの大きさに対応して発振周波数を調整し決定することができる。
【００３７】
制御回路(5)は、定格負荷時及び軽負荷時に、移相回路(14)により異なる位相で、駆動信号発生回路(7)の駆動信号(D1)を位相比較回路(8)に入力して、位相比較回路(8)から出力される調整信号(PH)のオンパルス幅を制御することができる。また、加熱制御回路(33)により、電源(60)から供給される電力の大きさに応じて、加熱コイル(4)への電力を制御し又は調整をすることができる。
【００３８】
本発明の実施の形態は、前記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。上述の制御回路(5)では、駆動信号発生回路(7)から出力される駆動信号(D1)を共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に重畳するが、図５に示すように、駆動信号発生回路(7)の他方の駆動信号(D2)を反転器(58)により反転し、反転信号を共振波形検出回路(6)の検出信号(DS1)に重畳してもよい。図示しない発振回路及び駆動回路を含む駆動信号発生回路(7)は、スイッチング電源用の制御ＩＣにより構成することができる。また、駆動信号発生回路(7)の発振回路は、アナログＩＣ又はマイクロコンピュータ等のデジタルＩＣを使用することができる。
【００３９】
位相比較回路(8)の調整信号(PH)は、図７に示すように、第２の入力端子(IN2)の入力信号より早い位相で第１の入力端子(IN1)に入力信号が供給されるときに、高電圧レベルHの出力信号とし、第１の入力端子(IN1)の入力信号より早い位相で第２の入力端子(IN2)に入力信号が供給されるときに、低電圧レベルの出力信号としたが、駆動信号発生回路(7)の動作に合わせて、高電圧レベルH及び低電圧レベルLを適宜に変更することができる。高電圧レベルH、中間電圧レベルM及び低電圧レベルLの３つの異なるレベルの調整信号(PH)を発生する位相比較回路(8)と、位相比較回路(8)の調整信号(PH)を積算する平均電圧により、駆動信号(D1,D2)の周波数を制御する駆動信号発生回路(7)を使用する例を示したが、単純に位相を示すパルス信号を出力する位相比較器と、位相比較器のパルス信号に同期して発振する発振回路を使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、加熱コイルに高周波の磁束を発生させて、加熱コイルと磁気結合した金属製の鍋等の被加熱物を加熱する誘導加熱装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による誘導加熱装置の実施の形態を示す回路図
【図２】図１の各部の電流及び電圧を示す波形図
【図３】定格負荷時の図１の各部の電流及び電圧を示す波形図
【図４】軽負荷時の図１の各部の電流及び電圧を示す波形図
【図５】本発明による誘導加熱装置の他の実施の形態を示す回路図
【図６】従来の誘導加熱装置を示す回路図
【図７】位相比較回路の入出力信号を示す波形図
【図８】図６の各部の電流及び電圧を示す波形図
【符号の説明】
【００４２】
(1)・・交流電源、  (2)・・整流回路、  (3)・・インバータ回路、  (4)・・加熱コイル、  (5)・・制御回路、  (6)・・共振波形検出回路、  (7)・・駆動信号発生回路、  (8)・・位相比較回路、  (11,12)・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、  (13)・・補助回路、  (14)・・移相回路、  (31)・・入力電力検出回路、  (32)・・比較回路、  (33)・・加熱制御回路、
【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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