(57)【要約】【課題】従来の汎用マグネトロンを使用することができ、簡単な構成と小型で低損失、ローコストのマグネトロンフィラメント電源装置を提供する。【解決手段】フィラメントトランスＴ１の一次側は、商用電源６と、コンデンサＣ２、チョークコイルＬ１、コンデンサＣ３、及び双方向スイッチング素子群１０と接続される。コンデンサＣ３の一端は、フィラメントトランスＴ１の一次側に接続され、他端が双方向スイッチング素子群１０に接続される。双方向スイッチング素子群１０は、単方向スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が反対極性方向で直列に接続され、ダイオードＤ２，Ｄ３が単方向スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３と並列かつ通電方向と反対極性方向に接続されて構成されている。また、フィラメントトランスＴ１の二次側はチョークコイルＬ２とコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６により構成されるローパスフィルター１１を介してマグネトロン９のフィラメントＦに接続される。【選択図】図１
2007018841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源とノイズフィルターと双方向スイッチング素子群がフィラメントトランスの一次側に接続され、前記フィラメントトランスの二次側にローパスフィルターを介してマグネトロンのフィラメントに接続されたことを特徴とするマグネトロンフィラメント電源装置。
【請求項２】
双方向スイッチング素子群は、２つの単方向スイッチング素子が互いに反対極性方向で直列に接続され、２つのダイオードが前記単方向スイッチング素子と並列かつ互いのダイオードの通電方向と反対極性方向に接続された構成を有したことを特徴とする請求項１記載のマグネトロンフィラメント電源装置。
【請求項３】
双方向スイッチング素子群は、４つのダイオードをブリッジ接続したダイオードブリッジの正極に単方向スイッチング素子のコレクター又はドレインが接続され、前記ダイオードブリッジの負極に前記単方向スイッチング素子のエミッタ又はソースが接続されたことを特徴とする請求項１記載のマグネトロンフィラメント電源装置。
【請求項４】
フィラメントトランスの二次側に設けられたローパスフィルターは、並列に接続された複数のコンデンサと前記複数のコンデンサに直列に接続されたチョークコイルとで構成されたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のマグネトロンフィラメント電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ及び工業用、医療用などに用いられるマグネトロンフィラメント電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源を用いたマグネトロンフィラメント電源装置としては、小型、軽量化を図るため、図３に示すように、第１のトランス１の一次巻線１ａ及び共振コンデンサ２とで形成される直列共振回路と、フリーホイリングダイオード３と、トランジスタ４と出力制御回路５とで商用電源６を第１の高周波電圧に変換するための第１のインバータ装置を構成し、共振コンデンサＣ１と第２のトランス７の一次巻線７ａとで形成された並列共振回路と、トランジスタＱ１と、フリーホイリングダイオードＤ１と、電力制御回路８とで第２のインバータ装置を構成し、この第２のインバータ装置により変換された第２の高周波電圧を第２のトランス７を用いて変圧し、この変圧した所定のヒータ電圧をマグネトロン９のフィラメントＦへ供給するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この構成では、マグネトロンフィラメントに高周波電流を流すことになるため、インバータ電源専用マグネトロンを採用しなければならなかった。
【０００４】
それは、マグネトロンに内蔵される貫通コンデンサの端子及び内部導電部分の材料が安価な鉄材を使用しているため、ここでの高周波駆動時のロスと発熱が大きくなり、コンデンサの耐熱定格を越えてしまうからである。よって貫通コンデンサは著しく寿命が短くショート等の故障が多発した。そこで、貫通コンデンサの端子及び内部導電部分の材料をインバータ電源専用に鉄材から真鍮に変更し、高周波によるロスと発熱を防ぐことが行われている。
【０００５】
また、マグネトロンフィルターケース内のチョークコイルも、５０／６０Ｈｚの電源周波数では問題にならなかったインダクタンスが、インバータ電源の高周波では大きなインピーダンスとなりフィラメント電流があまり流れず、マグネトロンが適正カソード温度にならない。そこで、インバータ電源専用のインダクタンスの少ないチョークコイルを採用せざるを得なくなった。仮にマグネトロンチョークコイルＬが１．５μＨでスイッチング周波数ｆが４０ｋＨｚ、フィラメント電流Ｉｆが１０Ａとすると、チョークコイルに発生する電圧降下はＩｆ×２πｆＬ＝３.７７Ｖとなり、マグネトロンチョークコイルは２個を対で用いるため、電圧降下は７.５４Ｖにもなってしまう。５０／６０Ｈｚの電源周波数による駆動時にＶｆ＝３.３Ｖ、Ｉｆ＝１０Ａの定格に比べ、インバータ電源による高周波動作では、上記のように電圧降下が大きいため、高周波動作でのフィラメント印加電圧は１０Ｖ前後の電圧を印加しなければならない。
【０００６】
そこで、インバータ電源専用のマグネトロンではなく、従来の汎用マグネトロンが同じ条件で使用できるように、改良されたマグネトロンフィラメント電源装置としては、フィラメントトランスの二次側に高周波スイッチング電流の整流手段を備え、電源電圧が変動した場合に安定したフィラメント電圧を供給できるようにしたものが知られている。この場合、フィラメントトランスの二次側に整流回路を設け、マグネトロンカソードに高周波電流を流さず商用周波数に近い電流を流すようにしている。この構成により、従来の汎用マグネトロンが使用できると共に、従来のマグネトロンフィラメント電圧Ｖｆによって、適正なカソード温度が規定できるようになった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１−１８３０８７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、マグネトロンフィラメント電源装置は、電子レンジ用で３.３Ｖ、１０Ａ、工業用大出力マグネトロンに至っては、プリヒート時に４Ｖから５Ｖで、２０Ａから３０Ａ、動作時には、カットバックと呼ばれる動作を行なうため、前記電圧電流値から最小２.２Ｖ、２０Ａの範囲で可変しなければならない。
【０００８】
このようにマグネトロンフィラメント電源装置は、大電流を必要とし、フィラメント電源投入時の突入電流に至っては、この数倍の電流が流れるため、設計仕様として余裕を持たせなければならない。
【０００９】
このようなマグネトロンフィラメント電源装置において、低圧大電流整流回路を形成するには、整流回路の大型化を行なわなければならない。大電流回路については最近の高性能ＣＰＵ電源等に目覚しい技術があるものの、これらの同期整流方式を用るには問題が多い。それは整流側である二次側回路が、対地間電圧４０００Ｖ以上あるフローティング部分だからである。
【００１０】
そこで、簡便なショットキーバリアダイオードを用いた場合、順方向損失やリカバリー損失などが発生するため、大きな放熱器にダイオードを装着しなければならない。
【００１１】
しかし、ダイオードや放熱器は、対地間電圧が４０００Ｖ以上あるので、絶縁を確保しながら整流素子の放熱も行なわなければならないため、回路構成としては、１６ｍｍ以上の絶縁距離確保と、大電流や放熱への対策のために、大掛かりな構造となってしまい、電源の大型化とコストアップという問題があった。
【００１２】
これらの問題点に鑑み、本発明は、簡単な構成と低損失、小型で安価なマグネトロンフィラメント電源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】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマグネトロンフィラメント電源装置は、商用電源とノイズフィルターと双方向スイッチング素子群がフィラメントトランスの一次側に接続され、前記フィラメントトランスの二次側にローパスフィルターを介してマグネトロンのフィラメントに接続された構成を有する。
【００１４】
かかる構成によれば、マグネトロンフィラメントを商用電源と同じ波形で動作させることができると共に、フィラメントトランスの二次側に大電流整流回路を必要としないため、小型にすることができる。
【００１５】
また、双方向スイッチング素子群は、２つの単方向スイッチング素子が互いに反対極性方向で直列に接続され、２つのダイオードが前記単方向スイッチング素子と並列かつ互いのダイオードの通電方向と反対極性方向に接続された構成、または、４つのダイオードをブリッジ接続したダイオードブリッジの正極に単方向スイッチング素子のコレクター又はドレインが接続され、前記ダイオードブリッジの負極に前記単方向スイッチング素子のエミッタ又はソースが接続された構成が好ましい。
【００１６】
また、フィラメントトランスの二次側に設けられたローパスフィルターは、並列に接続された複数のコンデンサと前記複数のコンデンサに直列に接続されたチョークコイルとで構成されている。
【００１７】
かかる構成によれば、フィラメントトランスの二次側において、高周波成分を除去し商用周波数の低周波成分だけを抽出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明のマグネトロンフィラメント電源装置は、フィラメントトランスの一次側に双方向スイッチング素子を備え、フィラメントトランスの二次側にローパスフィルターを設けることにより、電源力率の低下やライン高調波を悪化させることは無く、また二次側の整流回路による損失や放熱、絶縁確保の問題も無く、インバータ電源専用マグネトロンを用いずに従来の汎用マグネトロンを使用することができ、簡単な構成と小型で低損失、ローコストのマグネトロンフィラメント電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるマグネトロンフィラメント電源装置の回路図である。図１において、図３に示される従来の図と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２１】
図１において、フィラメントトランスＴ１の一次側は、商用電源６と、ノイズ防止用のコンデンサＣ２、電源への高周波電流流出防止用のチョークコイルＬ１、高周波スイッチング用電流供給源に見立てられるコンデンサＣ３、及び双方向スイッチング素子群１０と接続されている。コンデンサＣ３の一端は、フィラメントトランスＴ１の一次側に接続され、他端が双方向スイッチング素子群１０に接続されている。双方向スイッチング素子群１０は、単方向スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が反対極性方向で直列に接続され、ダイオードＤ２，Ｄ３が単方向スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と並列かつ通電方向と反対極性方向に接続されて構成されている。
【００２２】
フィラメントトランスＴ１の二次側はチョークコイルＬ２とコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６により構成されるローパスフィルター１１を介してマグネトロン９のフィラメントＦに接続されている。
【００２３】
マグネトロン９のフィラメントＦの一端は、マグネトロン駆動用の高圧電源Ｅｂに接続され、電子レンジ用の３００ｍＡから工業用の９００ｍＡ、対地間電圧が４０００Ｖ〜５０００Ｖの電源を供給されている。
【００２４】
以上のように構成されたマグネトロンフィラメント電源装置について、次にその動作を説明する。
【００２５】
まず、商用電源６はコンデンサＣ２とチョークコイルＬ１とで構成されたノイズフィルターを通り、通常のスイッチング電源とは異なる交流電圧でコンデンサＣ３を充電する。コンデンサＣ３の電圧がフィラメントトランスＴ１の一次側に印加され、双方向スイッチング素子群１０によって次に記載するような高周波スイッチングが行なわれる。
【００２６】
電源電圧が正方向の場合は、Ｃ３→Ｔ１→Ｄ２→Ｑ３の方向に電流が流れ、電源電圧が負方向の場合は、Ｃ３→Ｄ３→Ｑ２→Ｔ１の方向に電流が流れる。このようなスイッチング動作によりフィラメントトランスＴ１の一次側には、スイッチング周波数を商用電源で変調したような電流が、Ｃ３，Ｔ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｄ２，Ｄ３と連続して流れる。
【００２７】
他方、フィラメントトランスＴ１の二次側では、フィラメントトランスＴ１の巻数比Ｎ２／Ｎ１の電圧が現れる。この電圧は、一次側と同様のスイッチング周波数を商用電源で変調したような波形のため、高周波成分を非常に多く含んでいる。
【００２８】
そこで、高周波成分を除去し商用周波数の低周波成分だけを抽出するために、チョークコイルＬ２、コンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６で構成されるローパスフィルター１１が設けられている。このローパスフィルター１１によって、マグネトロン９のフィラメントＦには商用周波数成分のみが供給される。ここで、フィラメント電流は、電子レンジ用においては３.３Ｖで１０Ａ、工業用大出力マグネトロンに至っては、プリヒート時に４Ｖ〜５Ｖで２０Ａ〜３０Ａの大電流を流しているため、ローパスフィルター１１のコンデンサに流れる電流が定格値を超えないように、コンデンサを多数並列に使用し高周波電流を分散させている。
【００２９】
以上のように本実施の形態によれば、フィラメントトランスＴ１と双方向スイッチング素子群１０によるスイッチング動作と、フィラメントトランスＴ１の二次側にローパスフィルター１１を設けることにより、フィラメントトランスＴ１の一次側に整流回路を設ける必要がなくなると共に、フィラメントトランスＴ１の二次側に大電流整流回路を設ける必要が無いため、低圧大電流整流素子による発熱や損失の要素が無く大型放熱器を設ける必要も無い。また、回路素子もチョークコイルとコンデンサだけのため、至って簡単な構成である。そのため、対地間電圧４０００Ｖが印加されていることによる１６ｍｍ以上の絶縁距離の確保が容易に行なえ、低圧大電流整流素子放熱器の絶縁確保に苦慮する必要も無い。さらに、フィラメントトランスの一次側に平滑回路や位相制御回路が無いため、電源力率の低下やライン高調波を悪化させることも無い。
【００３０】
したがって、本発明によれば、簡単な構成と小型で低損失、ローコストのマグネトロンフィラメント電源装置を提供することができる。
【００３１】
なお、上記した本実施の形態において、Ｌ１，Ｌ２にチョークコイルを用いたが、コモンチョークコイルを用いてもよい。また、フィラメントトランスＴ１には、フェライトコアのものや、周波数特性の良いカットコアやＥＩコアのものを用いることができる。単方向スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴまたはトランジスタを用いることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるマグネトロンフィラメント電源装置の回路図である。図２において、図１に示される実施の形態１と異なる点は、フィラメントトランスＴ１の一次側に接続される双方向スイッチング素子群１０の構成であり、他の構成については共通なため、説明を省略する。
【００３３】
図２に示されるように、フィラメントトランスＴ１の一次側は、商用電源６と、ノイズ防止用のコンデンサＣ２、電源への高周波電流流出防止用のチョークコイルＬ１、高周波スイッチング用電流供給源に見立てられるコンデンサＣ３、及び双方向スイッチング素子群１０と接続されている。コンデンサＣ３の一端は、フィラメントトランスＴ１の一次側に接続され、他端が双方向スイッチング素子群１０に接続されている。双方向スイッチング素子群１０は、４つのダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７をブリッジ接続したダイオードブリッジＤＢ（以下、単にＤＢと記載する）の正極に単方向スイッチング素子Ｑ４のコレクター又はドレインが接続され、前記ＤＢの負極に前記単方向スイッチング素子のエミッタ又はソースが接続されて構成されている。
【００３４】
このように構成されたフィラメントトランスＴ１の一次側において、商用電源６はコンデンサＣ２とチョークコイルＬ１とで構成されたノイズフィルターを通り、通常のスイッチング電源と異なり交流電圧でコンデンサＣ３を充電する。コンデンサＣ３の電圧がフィラメントトランスＴ１の一次側に印加され、双方向スイッチング素子群１０によって次に記載するような高周波スイッチング動作が行なわれる。
【００３５】
電源電圧が正方向の場合は、Ｃ３→Ｔ１→ＤＢ（Ｄ４）→Ｑ４→ＤＢ（Ｄ７）の方向に電流が流れ、電源電圧が負方向の場合は、Ｃ３→ＤＢ（Ｄ６）→Ｑ４→ＤＢ（Ｄ５）→Ｔ１の方向に電流が流れる。このようなスイッチング動作によりフィラメントトランスＴ１の一次側には、スイッチング周波数を商用電源で変調したような電流が、Ｃ３，Ｔ１，ＤＢ，Ｑ４と連続して流れる。
【００３６】
フィラメントトランスＴ１の二次側は、実施の形態１で説明したものと同様の構成を有し、同様の動作を行う。
【００３７】
実施の形態１においては、単方向スイッチング素子を２個直列に用いていたので、ハイサイド側ゲートがフローティング動作のためドライブ回路が複雑になっていたが、実施の形態２では、単方向スイッチング素子が１個のためゲート駆動回路が簡単になっている。
【００３８】
なお、上記各実施の形態において、基本回路部分だけを説明し、制御回路部分の記載を行なわなかったが、以下の構成が容易に考えられる。フィードバック要素として、電源電圧や電流そして電力、二次側のフィラメント電流をセンシングしてスイッチング素子のゲートＰＷＭ信号を可変することにより、マグネトロンフィラメント電源装置が構成されることは、言うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
電子レンジや工業用、医療用などに用いられるマイクロ波応用機器のマグネトロンを駆動するためのマグネトロンフィラメント電源装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマグネトロンフィラメント電源装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態２におけるマグネトロンフィラメント電源装置の回路図
【図３】従来におけるマグネトロンフィラメント電源装置の回路図
【符号の説明】
【００４１】
６  商用電源
９  マグネトロン
１０  双方向スイッチング素子群
１１  ローパスフィルター
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６  コンデンサ
ＤＢ  ダイオードブリッジ
Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７  ダイオード
Ｅｂ  高圧電源
Ｆ  フィラメント
Ｌ１，Ｌ２  チョークコイル
Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４  単方向スイッチング素子
Ｔ１  フィラメントトランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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