(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
加熱コイルと第一の共振コンデンサで構成され、被加熱物を加熱する共振負荷回路と、
第一のスイッチング素子と第二のスイッチング素子を直列に接続した上下アームを有し、前記直流電源が出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に供給するハーフブリッジ型のインバータと、
前記第一の共振コンデンサと並列に接続されたスイッチと、を備え、
前記被加熱物が非磁性体であるときは、前記スイッチをオフするとともに、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を排他的にスイッチングする電流共振インバータで前記被加熱物を加熱し、
前記被加熱物が磁性体であるときは、前記被加熱物が磁性体であるときには、前記スイッチをオン、前記第二のスイッチング素子をオフするとともに、前記第一のスイッチング素子をスイッチングする電圧共振インバータで前記被加熱物を加熱することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項２】
直流電源と、
加熱コイルと第一の共振コンデンサで構成され、被加熱物を加熱する共振負荷回路と、
第一のスイッチング素子と第二のスイッチング素子を直列に接続した上下アームを有し、前記直流電源が出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に供給するハーフブリッジ型のインバータと、
前記第一の共振コンデンサと並列に接続されたスイッチと第三のスイッチング素子の直列回路、を備え、
前記被加熱物が非磁性体であるときは、前記スイッチをオフするとともに、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を排他的にスイッチングする電流共振インバータで前記被加熱物を加熱し、
前記被加熱物が磁性体であるときは、前記スイッチをオン、前記第二のスイッチング素子をオフ、前記第一のスイッチング素子をオンするとともに、前記第三のスイッチング素子をスイッチングする電圧共振インバータで前記被加熱物を加熱することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁誘導加熱装置において、
さらに、前記第三の共振スイッチング素子と並列に接続された第二の共振コンデンサ、を備え、
前記被加熱物が非磁性体であるときには、前記スイッチをオフするとともに、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を排他的にスイッチングする電流共振インバータで前記被加熱物を加熱し、
前記被加熱物が磁性体であるときには、前記スイッチをオン、前記第二のスイッチング素子をオフ、前記第一のスイッチング素子をオンするとともに、前記第三のスイッチング素子をスイッチングする電圧共振インバータで前記被加熱物を加熱することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】
直流電源と、
加熱コイルと第一の共振コンデンサで構成され、被加熱物を加熱する共振負荷回路と、
第一のスイッチング素子と第二のスイッチング素子を直列に接続した上下アームを有し、前記直流電源が出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に供給するハーフブリッジ型のインバータと、
前記ハーフブリッジインバータと直列に接続された第２の加熱コイルと、
該第２の加熱コイルと並列に接続されたスイッチと、を備え、
前記被加熱物が非磁性体であるときは、前記スイッチをオンするとともに、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を排他的にスイッチングする電流共振インバータで前記被加熱物を加熱し、
前記被加熱物が磁性体であるときは、前記スイッチをオフ、前記第二のスイッチング素子をオンするとともに、前記第一のスイッチング素子をスイッチングする電圧共振インバータで前記被加熱物を加熱することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱装置に関し、安価な構成で高いか加熱効率を実現する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、火を使わずに鍋などの被加熱物を加熱するインバータ方式の電磁誘導加熱装置が広く用いられるようになってきている。電磁誘導加熱装置は、加熱コイルに高周波電流を流し、コイルに近接して配置された金属製の被加熱物に渦電流を発生させ、被加熱物自体の電気抵抗により発熱させる。家庭で使われる誘導加熱としてはＩＨクッキングヒータがある。ＩＨクッキングヒータで調理をするためには火力制御(電力制御)が必須となる。一般に、インバータの駆動周波数を高めることで電力を低下させる方法やインバータの導通比を制御するＰＷＭ制御がある。しかし、周波数制御やＰＷＭ制御ではパルス幅が小さくなると、インバータのスイッチング素子にスパイク上の電流が流れＩＧＢＴの損失が増加する問題がある。
【０００３】
このような問題を解決する従来例として、特許第３８３１２９８号に開示されるような電磁誘導加熱装置がある。この公知例は、電流共振インバータにおいて、共振コンデンサに流れる電流期間を制御することで、低電力でのスイッチング素子に流れるスパイク電流を抑え、スイッチング素子の損失を抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８３１２９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では非磁性であるアルミや銅、ステンレス鍋を加熱する場合は、共振周波数から大きく外れているため、バイパス回路に流れる電流が増加し損失が大きくなり、加熱効率が低下する問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決し、磁性体では電圧共振方式、非磁性体では電流共振方式とすることで、鍋の材質に適した共振周波数で加熱することができ低コストで高効率な電磁誘導加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するため、本発明の電磁誘導加熱装置では、直流電源と、加熱コイルと共振コンデンサで構成され、被加熱物を加熱する共振負荷回路と、第一のスイッチング素子と第二のスイッチング素子を直列に接続した上下アームを有し、前記直流電源が出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に供給するハーフブリッジ型のインバータと、前記第一の共振コンデンサと並列に接続されたスイッチと、を備え、前記被加熱物が非磁性体であるときは、前記スイッチをオフするとともに、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を排他的にスイッチングする電流共振インバータで前記被加熱物を加熱し、前記被加熱物が磁性体であるときは、前記被加熱物が磁性体であるときには、前記スイッチをオン、前記第二のスイッチング素子をオフするとともに、前記第一のスイッチング素子をスイッチングする電圧共振インバータで前記被加熱物を加熱するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安価な回路構成で、電流共振インバータと電圧共振インバータを切り替えることで鍋の材質に適したインバータ方式で加熱することができ、低コストで高効率電磁誘導加熱装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図２】実施例１の電磁誘導加熱装置を示す概略の構成図である。
【図３】実施例１の電磁誘導加熱装置の第１の動作波形である。
【図４】実施例１の電磁誘導加熱装置の第２の動作波形である。
【図５】実施例１における周波数と入力電力の関係である。
【図６】実施例１の電流共振インバータにおける電源回路の出力電圧と入力電力の関係である。
【図７】実施例１の電流共振インバータにおけるＨサイドＩＧＢＴのＤｕｔｙと入力電力の関係である。
【図８】実施例２の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図９】実施例２の電磁誘導加熱装置の動作波形である。
【図１０】実施例２の電流共振インバータにおける電源回路の出力電圧と入力電力の関係である。
【図１１】実施例３の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図１２】実施例３における周波数と入力電力の関係である。
【図１３】実施例４の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図１４】実施例４の電磁誘導加熱装置を示す概略の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いながら本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１における電磁誘導加熱装置１１の回路構成図である。
【００１２】
商用電源１から整流回路２を介して、フィルタ３に接続され、フィルタ３の出力であるコンデンサC0の両端に電源回路５が接続され、電源回路の出力である正極端子のノードｐと負極端子のノードｎとの間に、電流共振インバータ４が接続される。
【００１３】
高周波インバータである電流共振インバータ４は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５２とが直列接続されたハーフブリッジ回路に、共振回路８の加熱コイル７が接続されて構成される。
【００１４】
ＨサイドのＩＧＢＴ５１（第１の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ１（第１のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ７１（第１のスナバコンデンサ）が接続されている。ＬサイドのＩＧＢＴ５２（第２の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ２（第２のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ７２（第２のスナバコンデンサ）が接続されている。ここで、ＩＧＢＴ５１，５２の接続点をノードａとする。
【００１５】
スナバコンデンサ７１，７２は、ＩＧＢＴ５１，５２のターンオフ時の遮断電流によって充放電される。スナバコンデンサ７１，７２の容量は、ＩＧＢＴ５１，５２のコレクタとエミッタ間の出力容量より十分に大きい。そのため、ターンオフ時にＩＧＢＴ５１，５２に印加される電圧の変化は低減され、ターンオフ損失は抑制される。
【００１６】
共振回路８は、共振コンデンサ８１，８２（第１および第２の共振コンデンサ）と、加熱コイル７とを含んで構成される。ノードｐとノードｎとの間には、共振コンデンサ８１，８２の直列回路が接続されている。共振コンデンサ８１，８２を接続するノードｂと、ＩＧＢＴ５１，５２を接続するノードａとの間には、加熱コイル７が接続される。共振コンデンサ８２の両端にはＩＧＢＴ５３が接続されている。加熱コイル７の共振電流ＩＬの向きは、ノードａからノードｂへの方向（図１の矢印方向）を正とする。
【００１７】
制御回路６は、ＩＧＢＴ５１を駆動するドライブ回路６２−１と、ＩＧＢＴ５２を駆動するドライブ回路６２−２と、ＩＧＢＴ５３を駆動するドライブ回路６２−３を備えている。ドライブ回路６２−１，６２−２，６２−３は、いずれも駆動信号発生回路６１によって制御される。
【００１８】
図２は、実施例１における電磁誘導加熱装置１１を示す概略の構成図である。電磁誘導加熱装置１１は、整流回路２と、フィルタ３と、電流共振インバータ４と、制御回路６と、加熱コイル７と、トッププレート９１と、磁性体９２とを含んで構成される。電磁誘導加熱装置１１は、トッププレート９１に載置された鍋１０を誘導加熱する。鍋１０は、加熱対象の調理器具である。鍋１０は、トッププレート９１に載置されて、加熱コイル７によって誘導加熱される。
【００１９】
トッププレート９１は、鍋１０を載置するためプレートである。トッププレート９１は、磁気損失の少ない耐熱ガラスなどで構成され、加熱コイル７の上面を覆っている。この耐熱ガラスは結晶化ガラスでも良いし、ホウケイ酸ガラス等の非結晶ガラスでも良い。
【００２０】
磁性体９２は、例えば高い透磁率を持つフェライトで構成され、加熱コイル７の下面に設けられる。
【００２１】
図３は、実施例１における電磁誘導加熱装置１１の動作を示す第一の波形図である。ここでは、アルミニウムや銅、非磁性ステンレスなどの非磁性金属鍋加熱時の電流共振インバータの通常の加熱動作を示している。
【００２２】
モードＭ１１において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフし、ＬサイドのＩＧＢＴ５２はオン、ＩＧＢＴ５３はオフしている。ＨサイドのＩＧＢＴ５１のコレクタ電圧は、所定値を保つ。ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は、ほぼ０Ｖである。
【００２３】
このとき、電源回路５から共振コンデンサ８１、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ８２から加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れる。ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフしているので電流は流れない。共振コンデンサ８１が電源回路の出力電圧に充電され、共振コンデンサ８２がゼロボルトに放電されると、ＩＧＢＴ５３と逆並列に接続されているダイオードＤ３が導通する。
【００２４】
モードＭ１２において、ダイオードＤ３が導通すると、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れ、制御回路６がＩＧＢＴ５２をターンオフすると、モードＭ１３に遷移する。
【００２５】
モードＭ１３において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１とＬサイドのＩＧＢＴ５２は、オフしている。加熱コイル７に蓄えられたエネルギーにより、スナバコンデンサ７１から共振コンデンサ８１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、加熱コイル７からスナバコンデンサ７２、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。このとき、ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は、緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失は小さくなる。ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧（ノードａの電圧）が、正極端子のノードｐの電圧を超えると、モードＭ１４に遷移する。
【００２６】
モードＭ１４において、ダイオードＤ１がオンし、ダイオードＤ１、電源回路５、ダイオードＤ３、加熱コイル７の経路に電流が流れる。制御回路６は、このダイオードＤ１の通電期間中に、ＨサイドのＩＧＢＴ５１のゲートをターンオンする。
【００２７】
インバータ４は、ダイオードＤ１に電流が流れなくなったならば、モードＭ１５に遷移する。
【００２８】
モードＭ１５において、ＩＧＢＴ５１は既にオンしているため、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失が発生しない。共振コンデンサ８２に蓄えられたエネルギーにより、共振コンデンサ８１からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、電源回路５からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。これにより、加熱コイル７にエネルギーが蓄積される。
【００２９】
モードＭ１５において、制御回路６がＩＧＢＴ５１をターンオフすると、モードＭ１６に遷移する。
【００３０】
モードＭ１６において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１とＬサイドのＩＧＢＴ５２は、オフしている。加熱コイル７に蓄えられたエネルギーにより、電源回路５からスナバコンデンサ７１、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れ、スナバコンデンサ７２から加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴ５１のコレクタ電圧は緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００３１】
次にスナバコンデンサ７１がノードｐの電位まで充電され、スナバコンデンサ７２が放電されると、ダイオードＤ２がオンして、モードＭ１７に遷移する。
【００３２】
モードＭ１７において、ダイオードＤ２のオンにより、ダイオードＤ２、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ８１、電源回路５、ダイオードＤ２、加熱コイル７の経路に電流が流れる。制御回路６は、このダイオードＤ２の通電期間中に、ＩＧＢＴ５２をターンオンする。ダイオードＤ２に電流が流れなくなったならば、再びモードＭ１１に遷移する。
【００３３】
以上のモードＭ１１〜Ｍ１７の６種類の動作を繰り返すことで、加熱コイル７に高周波の共振電流ＩＬが流れ、加熱コイル７の上側のトッププレート９１上に載置された鍋１０を加熱する。
【００３４】
図４は、実施例１における電磁誘導加熱装置１１の動作を示す第二の波形図である。ここでは、次に鉄やホーロー、磁性ステンレス鍋加熱時の電圧共振インバータの通常の加熱動作を示している。ＩＧＢＴ５１はオン状態、ＩＧＢＴ５２はオフ状態、ＩＧＢＴ５３をスイッチング動作する。
【００３５】
モードＭ２１は、ＩＧＢＴ５３のターンオフからＩＧＢＴ５３のコレクタ電圧のピークまでの期間である。制御回路６がＩＧＢＴ５３をターンオフすると、ＩＧＢＴ５３に流れていた電流は遮断され、モードＭ２１において０Ａを維持する。このとき加熱コイル７に蓄えられたエネルギーにより、加熱コイル７から共振コンデンサ８１、８２の経路に電流が流れる。ＩＧＢＴ５３のコレクタ電圧は、ＩＧＢＴ５３のターンオフ時には０Ｖであるため、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００３６】
加熱コイル７のエネルギーの放出により、共振電流ＩＬは、次第に減少する。共振コンデンサ８１、８２は充電され、それと共にＩＧＢＴ５３のコレクタ電圧は、正弦波状に上昇する。
【００３７】
モードＭ２２は、ＩＧＢＴ５３のコレクタ電圧のピークから０Ｖになるまでの期間である。ＩＧＢＴ５３のコレクタ電圧がピークになると、加熱コイル７の共振電流ＩＬが正から負に切り替わり、流れる方向が反転する。このとき共振コンデンサ８１、８２から加熱コイル７の経路に電流が流れる。共振コンデンサ８１、８２は次第に放電され、それと共にＩＧＢＴ５３のコレクタ電圧は、次第に下降する。
【００３８】
モードＭ２３は、ダイオードＤ３の通電期間である。モードＭ２２において、共振コンデンサ８１、８２が放電して、ＩＧＢＴ５３のコレクタ電圧が０Ｖになると、ダイオードＤ３がオンし、加熱コイル７から電源回路５、ダイオードＤ３の経路に電流が流れる。制御回路６は、ダイオードＤ３の通電期間内にＩＧＢＴ５３のゲートをターンオンする。モードＭ２３において、加熱コイル７のエネルギーがなくなると、共振電流ＩＬが負から正に切り替わり、モードＭ２４に遷移する。
【００３９】
モードＭ２４は、ＩＧＢＴ５３の通電期間である。このときＩＧＢＴ５３はゲートオンしているため、すぐさま電流が流れる。これにより、スイッチング損失の発生しないゼロ電圧スイッチングを実現する。電流は、電源回路５から加熱コイル７、ＩＧＢＴ５３の経路に流れる。
【００４０】
以上のモードＭ２１からモードＭ２４までを繰り返し動作することで、加熱コイル７に高周波の交流電流が流れ、鍋１０を加熱する。
【００４１】
次に電流共振インバータの電力制御方法を説明する。図５にアルミ鍋及び鉄鍋を加熱した時の周波数と入力電力の関係を示す。非磁性体であるアルミ鍋は抵抗が小さいため、共振特性のＱがとても大きく、周波数の変化に対して大きく電力が変動する。このため、電源回路５の出力電圧を変化することで電力を制御する。図６に電源回路５の出力電圧と入力電力の関係を示す。出力電圧５５０Ｖで２ｋＷ、３００Ｖで６００Ｗとなる。入力電力を２ｋＷ以上にするためには、ＨサイドＩＧＢＴ５１のＤｕｔｙを広げ、ＬサイドＩＧＢＴ５２のＤｕｔyを狭くするＰＷＭ制御(Pulse Width Modulation)を行う。図７にＨサイドＩＧＢＴのＤｕｔｙと入力電力の関係を示す。Ｄｕｔyを０.６５まで大きくすることで３ｋＷまで入力電力を増大することができる。以上のように、電圧制御とＰＷＭ制御を組み合わせることで、幅広い電力制御ができる。
【００４２】
一方、磁性体である鉄やホーロー鍋を加熱する場合の電力制御方法について説明する。図５に示すように鉄鍋は抵抗が大きいため、共振のＱが小さく緩やかな共振特性となっている。このためインバータの駆動周波数による電力制御が可能となり、インバータ駆動周波数を４０ｋＨｚでは３ｋＷ、６０ｋＨｚとすることで６００Ｗとなる。また、複数の加熱コイルが搭載される場合は、加熱コイル間で干渉音が発生する問題がある。そこで各加熱コイルに接続されるインバータの駆動周波数の差分を可聴周波数以上(２０ｋＨｚ以上)に離す方法と、インバータ駆動周波数を固定にする方法がある。後者の固定周波数で電力を制御する場合は、アルミ鍋と同様に電源回路５の出力電圧を変化させることで可能である。
【００４３】
以上のように、負荷抵抗の大きい磁性鍋において、電流共振インバータから電圧共振インバータを切替えることで、スイッチング動作する素子を１つにでき、スイッチング損失を低減することができる。
【実施例２】
【００４４】
図８は、実施例２における電磁誘導加熱装置１１の回路構成図である。図１に示した実施例１の電磁誘導加熱装置１１と同一の要素には同一の符号を付与している。
【００４５】
実施例２の電磁誘導加熱装置１１の回路は、共振コンデンサ８２と並列にスイッチ８４とＩＧＢＴ５３の直列回路を接続した点である。それ以外は、実施例１の電磁誘導加熱装置１１と同様に構成されている。
【００４６】
図９は、実施例１における電磁誘導加熱装置１１の動作を示す波形図である。ここでは、アルミニウムや銅などの非磁性金属鍋加熱時のインバータの通常の加熱動作を示している。
【００４７】
モードＭ３１において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフし、ＬサイドのＩＧＢＴ５２はオン、ＩＧＢＴ５３はオフしている。ＨサイドのＩＧＢＴ５１のコレクタ電圧は、所定値を保つ。ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は、ほぼ０Ｖである。
【００４８】
このとき、電源回路５から共振コンデンサ８１、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ８２から加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れる。ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフしているので電流は流れない。モードＭ３１において、制御回路６がＩＧＢＴ５２をターンオフすると、モードＭ３２に遷移する。
【００４９】
モードＭ３２において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１とＬサイドのＩＧＢＴ５２は、オフしている。加熱コイル７に蓄えられたエネルギーにより、スナバコンデンサ７１から共振コンデンサ８１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、加熱コイル７からスナバコンデンサ７２、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。このとき、ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は、緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失は小さくなる。ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧（ノードａの電圧）が、正極端子のノードｐの電圧を超えると、モードＭ３３に遷移する。
【００５０】
モードＭ３３において、ダイオードＤ１がオンし、ダイオードＤ１、共振コンデンサ８１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、ダイオードＤ１から電源回路５、共振コンデンサ８２、加熱コイル７の経路に電流が流れる。制御回路６は、このダイオードＤ１の通電期間中に、ＨサイドのＩＧＢＴ５１のゲートをターンオンする。
【００５１】
電流共振インバータ４は、ダイオードＤ１に電流が流れなくなったならば、モードＭ３４に遷移する。
【００５２】
モードＭ３４において、ＩＧＢＴ５１は既にオンしているため、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失が発生しない。共振コンデンサ８２に蓄えられたエネルギーにより、共振コンデンサ８１からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、電源回路５からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。これにより、加熱コイル７にエネルギーが蓄積される。
【００５３】
モードＭ３４において、制御回路６がＩＧＢＴ５１をターンオフすると、モードＭ３５に遷移する。
【００５４】
モードＭ３５において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１とＬサイドのＩＧＢＴ５２は、オフしている。加熱コイル７に蓄えられたエネルギーにより、電源回路５からスナバコンデンサ７１、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れ、スナバコンデンサ７２から加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴ５１のコレクタ電圧は緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００５５】
次にスナバコンデンサ７１がノードｐの電位まで充電され、スナバコンデンサ７２が放電されると、ダイオードＤ２がオンして、モードＭ３６に遷移する。
【００５６】
モードＭ３６において、ダイオードＤ２のオンにより、ダイオードＤ２、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ８１、電源回路５、ダイオードＤ２、加熱コイル７の経路に電流が流れる。制御回路６は、このダイオードＤ２の通電期間中に、ＩＧＢＴ５２をターンオンする。ダイオードＤ２に電流が流れなくなったならば、再びモードＭ３１に遷移する。
【００５７】
以上のモードＭ３１〜Ｍ３６の６種類の動作を繰り返すことで、加熱コイル７に高周波の共振電流ＩＬが流れ、加熱コイル７の上側のトッププレート９１上に載置された鍋１０を加熱する。
【００５８】
鉄やホーロー、磁性ステンレス鍋加熱時の電圧共振インバータの通常の加熱動作では、ＩＧＢＴ５１はオン状態、ＩＧＢＴ５２はオフ状態、スイッチ８４をオンとし、ＩＧＢＴ５３をスイッチング動作する。動作については、実施例１の動作と同一のため説明は割愛する。
【００５９】
次に電流共振インバータの電力制御方法を説明する。前述した図５に示すように、非磁性体であるアルミ鍋は抵抗が小さいため、共振特性のＱがとても大きく、周波数の変化に対して大きく電力が変動する。このため、電源回路５の出力電圧を変化することで電力を制御する。図１０に電源回路５の出力電圧と入力電力の関係を示す。本実施例では、出力電圧２１５Ｖで３ｋＷ、７０Ｖで３００Ｗとなる。スイッチ８４を設けることで、共振コンデンサ８２の電圧がダイオードＤ３でクランプされることなく、負電圧を充電できるため、低いインバータ電源電圧でも大きな入力電力にできる。
【００６０】
電圧共振インバータの電力制御は、実施例１と同様のため説明は割愛する。
【実施例３】
【００６１】
図１１は、実施例３における電磁誘導加熱装置１１の回路構成図である。図１に示した実施例１乃至実施例２の電磁誘導加熱装置１１と同一の要素には同一の符号を付与している。
【００６２】
実施例３の電磁誘導加熱装置１１の回路は、実施例２の回路構成にＩＧＢＴ５３に共振コンデンサ８５のを並列に接続した点である。それ以外は、実施例１乃至実施例２の電磁誘導加熱装置１１と同様に構成されている。
アルミ鍋や銅鍋加熱時の電流共振インバータの加熱動作は、実施例２と同様のため説明を割愛する。
【００６３】
鉄やホーロー、磁性ステンレス鍋加熱時の電圧共振インバータの通常の加熱動作では、ＩＧＢＴ５１はオン状態、ＩＧＢＴ５２はオフ状態、スイッチ８４をオンとし、ＩＧＢＴ５３をスイッチング動作する。動作については、実施例１の動作と同一のため説明は割愛する。
【００６４】
磁性体である鉄やホーロー鍋を加熱する場合の電力制御方法について説明する。共振コンデンサ８５は共振コンデンサ８１、８２と並列に接続されため、合成共振コンデンサ容量が大きくなり、共振周波数が実施例１よりも小さくなる。このため、図１２に示すよう共振周波数が低くなり、インバータ駆動周波数を２０ｋＨｚでは３ｋＷ、４０ｋＨｚとすることで６００Ｗとなる。これによりインバータのスイッチング損失が小さくなり、加熱効率を向上することが可能になる。
【実施例４】
【００６５】
図１３は、実施例４における電磁誘導加熱装置１１Ａの回路構成図である。
【００６６】
商用電源１から整流回路２を介して、フィルタ３に接続され、フィルタ３の出力であるコンデンサC0の両端に電源回路５が接続され、電源回路の出力である正極端子のノードｐと負極端子のノードｎとの間に、インバータ４Ａが接続される。
【００６７】
高周波インバータであるインバータ４Ａは、ＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５２とが直列接続されたハーフブリッジ回路に、共振回路８の加熱コイル７が接続されて構成された電流共振インバータと直列に、加熱コイル７Ａとスイッチ４０の並列回路が接続された構成である。
【００６８】
ＨサイドのＩＧＢＴ５１（第１の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ１（第１のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ７１（第１のスナバコンデンサ）が接続されている。ＬサイドのＩＧＢＴ５２（第２の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ２（第２のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ７２（第２のスナバコンデンサ）が接続されている。ここで、ＩＧＢＴ５１，５２の接続点をノードａとする。
【００６９】
スナバコンデンサ７１，７２は、ＩＧＢＴ５１，５２のターンオフ時の遮断電流によって充放電される。スナバコンデンサ７１，７２の容量は、ＩＧＢＴ５１，５２のコレクタとエミッタ間の出力容量より十分に大きい。そのため、ターンオフ時にＩＧＢＴ５１，５２に印加される電圧の変化は低減され、ターンオフ損失は抑制される。
【００７０】
共振回路８は、共振コンデンサ８１，８２（第１および第２の共振コンデンサ）と、加熱コイル７とを含んで構成される。ノードｐとノードｎとの間には、共振コンデンサ８１，８２の直列回路が接続されている。共振コンデンサ８１，８２を接続するノードｂと、ＩＧＢＴ５１，５２を接続するノードａとの間には、加熱コイル７が接続される。共振コンデンサ８２の両端にはＩＧＢＴ５３が接続されている。加熱コイル７の共振電流ＩＬの向きは、ノードａからノードｂへの方向（図１の矢印方向）を正とする。
【００７１】
制御回路６Ａは、ＩＧＢＴ５１を駆動するドライブ回路６２−１と、ＩＧＢＴ５２を駆動するドライブ回路６２−２を備えている。ドライブ回路６２−１，６２−２は、いずれも駆動信号発生回路６１によって制御される。
【００７２】
図１４は、実施例３における電磁誘導加熱装置１１Ａを示す概略の構成図である。
【００７３】
電磁誘導加熱装置１１Ａは、整流回路２と、フィルタ３と、インバータ４Ａと、制御回路６Aと、加熱コイル７、７Ａと、トッププレート９１と、磁性体９２，９２Ａとを含んで構成される。電磁誘導加熱装置１１Ａは、トッププレート９１に載置された鍋１０、１０Ａを誘導加熱する。
【００７４】
鍋１０、１０Ａは、加熱対象の調理器具である。鍋１０、１０Ａは、トッププレート９１に載置されて、加熱コイル７または加熱コイル７Ａによって誘導加熱される。
【００７５】
トッププレート９１は、鍋１０、１０Ａを載置するためプレートである。トッププレート９１は、磁気損失の少ない耐熱ガラスなどで構成され、加熱コイル７、７Ａの上面を覆っている。
【００７６】
磁性体９２、９２Ａは、例えば高い透磁率を持つフェライトで構成され、加熱コイル７、７Ａの下面に設けられる。
【００７７】
実施例３では、１つのインバータ回路で電流共振と電圧共振方式の切り替えと加熱コイル７、７Ａの切り替えを同時に行うことを特徴としている。
【００７８】
加熱コイル７上に鍋が搭載された場合には、スイッチ４０をオンとして、インバータ４Ａは電流共振インバータとして動作する。動作については、前述した実施例２と同様の動作となる。一方、加熱コイル７Ａに鍋が搭載された場合には、スイッチ４０をオフ、Ｑ２をオンとし、Ｑ１をスイッチング動作することで電圧共振インバータとして動作する。動作については、実施例１の電圧共振インバータと同様の動作となる。
【００７９】
以上のような構成とすることで、１つのインバータ回路で２つの加熱コイルを選択した駆動することができる。これにより回路スペースの削減、コスト低減に大きな効果がある。
【符号の説明】
【００８０】
１  商用電源
１０、１０Ａ  鍋  （被加熱物）
１１，１１Ａ  電磁誘導加熱装置
２  整流回路
２１  電源回路
３  フィルタ
４  電流共振インバータ  （高周波インバータ）
５  電源回路
Ｌ０  インダクタ
Ｃ０  フィルタコンデンサ
Ｄ０  ダイオード
Ｄ１  ダイオード  （第１のダイオード）
Ｄ２  ダイオード  （第２のダイオード）
Ｄ３  ダイオード  （第３のダイオード）
５１  ＩＧＢＴ  （第１の半導体スイッチング素子）
５２  ＩＧＢＴ  （第２の半導体スイッチング素子）
５３  ＩＧＢＴ  （第３の半導体スイッチング素子）
６，６Ａ  制御回路
６１  駆動信号発生回路
６２  ドライブ回路
６４  制御手段
７、７Ａ  加熱コイル
７１  スナバコンデンサ  （第１のスナバコンデンサ）
７２  スナバコンデンサ  （第２のスナバコンデンサ）
８  共振回路
８１、８２、８５  共振コンデンサ
４０、８４  スイッチ
９１  トッププレート
９２  磁性体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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