(57)【要約】【課題】マグネトロンの種類やその特性にばらつきがあっても、その影響を受けずに高い力率で動作しうるマグネトロン駆動用電源を提供する。【解決手段】交流電源２０の電圧を整流し、高周波スイッチングによって電力伝送するインバータ回路３００の入力電圧波形情報９２と入力電流波形情報９１のいずれ振幅の大きいほうを選択し、ミックス回路７３によって電力制御情報９３に重畳してスイッチングトランジスタ３７のオンオフをパルス幅変調するとともに、起動制御と定常制御で信号振幅を切り替える。【選択図】図１
2013069610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の電圧を整流し、スイッチングトランジスタの高周波スイッチングのオン時間を変調して高周波電力に変換するインバータ回路を制御するマグネトロン駆動用電源であって、
交流電源から前記インバータ回路への入力電流を検知し、入力電流波形情報を出力する入力電流検出部と、
前記交流電源から前記インバータ回路へ入力される入力電圧を検知し、入力電圧波形情報を出力する入力電圧検出部と、
前記入力電流波形情報と前記入力電圧波形情報のいずれかを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記入力電流波形情報と前記入力電圧波形情報のいずれかを前記インバータ回路のスイッチング素子の駆動信号に変換するスイッチング変換部とを備え、
前記選択部は前記入力電圧検出部と前記入力電流検出部のうち出力振幅の大きいほうの信号波形情報を選択し、マグネトロンが発振可能状態になると前記入力電圧波形情報の信号振幅を減ずる構成としたマグネトロン駆動用電源。
【請求項２】
選択部は入力電流検出部および入力電圧検出部とスイッチング変換部の間に接続され、入力電流波形情報および入力電圧波形情報のいずれかとインバータ回路の入力電流が所定値になるよう制御する電力制御情報とを合成し、スイッチング素子のオン電圧信号を生成する合成回路より構成され、スイッチング変換部は半導体スイッチ素子のピーク電圧が抑制されるようにオン電圧信号をスイッチング素子の駆動信号に変換する構成とした請求項１に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項３】
時定数手段を設け、前記時定数手段の出力電圧に応じて入力電圧波形情報の信号出力を減ずる構成とした請求項１または２に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項４】
時定数手段はコンデンサと定電流源で構成し、マグネトロンが発振可能状態になると前記コンデンサの充電または放電を開始し、その出力電圧に応じて入力電圧波形情報の信号出力を減ずる構成とした請求項３に記載のマグネトロン駆動用電源。
【請求項５】
入力電圧検出部は電圧電流変換部と電流減算部と電流電圧変換部からなる構成とした請求項１から４のいずれか１項に記載のマグネトロン駆動用電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジなどのマグネトロンを負荷とするマグネトロン駆動用電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の公知のマグネトロン駆動用電源は、マグネトロンに供給する電力の調整をインバータ制御回路の出力パルス幅を調整することで行っている。インバータ制御回路の出力パルス幅を広くすることでマグネトロンに供給する電力を大きくし、逆に狭くすることで電力を絞る構成となっている。この構成によってマグネトロンの加熱出力を連続的に可変することが可能となっていた。
【０００３】
また、マグネトロンのヒータはマグネトロンのカソードも兼ねているので、マグネトロンに電力を供給するトランスは、ヒータにも電力を供給しているため、マグネトロンに供給する電力の変化に追随してヒータに供給する電力も変化していた。
【０００４】
マグネトロンは熱電子をカソードから放出することによってその内部でマイクロ波を発生させる真空管であるため安定な発振を持続させるためにはヒータ（カソード）の温度を適正な範囲に制御する必要がある。
【０００５】
しかしながら、前述のようにマグネトロンの供給電力の変化に追随してヒータへの供給電力も変化してしまうため、ヒータの温度を適正な範囲に保とうとすると、わずかな出力電力の変化幅しか取れず、加熱出力を連続的に変えることが出来なくなるという問題があった。
【０００６】
これを解決するマグネトロン駆動用電源として特許文献１、２にて開示されたマグネトロン駆動用電源およびその制御方式がある。
【０００７】
図５は特許文献１に示された従来のマグネトロン駆動用電源を説明するブロック図である。図５において、このマグネトロン駆動用電源の加熱制御方式は、マグネトロン１０１と、マグネトロン１０１に２次巻線電力を供給する高圧整流回路１０２に高圧電力を供給すると同時にマグネトロン１０１のヒータ１１５に電力を供給する高圧トランス１０３と、交流電源１０４を整流し、それを所定の周波数の交流に変換し、高圧トランス１０３に供給するインバータ回路１０５と、インバータ回路１０５の入力電力あるいは出力電力を検出する電力検知手段１０６と、所望する加熱出力設定に対応した出力信号を出力する出力設定部１０７と、電力検知手段１０６の出力と出力設定部１０７の出力設定信号を比較し、所望する加熱出力となるように電力調整信号の直流レベルをコントロールする電力調整部１１８と、電力検知手段１０６の出力が基準電圧発生手段１１８の出力レベル以上になると出力である発振検知信号がＬＯからＨＩとなる発振検知手段１１９と、前記出力設定信号に対応した電圧を発生する比較電圧発生回路１１６と、出力設定信号をレベル変換回路１２０によって比較した波形整形信号と、交流電源１０４を整流する整流回路１１０の出力を前記波形整形信号と前記発振検知信号に基づいて整形する波形整形回路１２１と、波形整形回路１２１の出力信号を前記比較電圧発生回路１１６の出力と比較し、小さいときは比較基準電圧を出力し、大きいときは反転増幅する比較回路１１１と、比較回路１１１の出力信号を前記電力調整信号に重畳し、パルス幅制御信号を出力する信号重畳手段１１２と、発振回路１１３と、発振回路１１３の出力を前記パルス幅制御信号によりパルス幅変調し、この変調出力により前記インバータ回路１０５を駆動するインバータ制御回路１１４を備える構成となっている。
【０００８】
上記のマグネトロン駆動用電源は、マグネトロン１０１に供給する電力の調整をインバータ制御回路１１４の出力パルス幅によって行っている。信号重畳手段１１２の出力電圧が高くなると前記インバータ制御回路１１４の出力パルス幅は広くなり、マグネトロン１０１に供給する電力は大きくなる。
【０００９】
このマグネトロン駆動用電源において、信号重畳手段１１２の出力電圧は連続的に変えることによってマグネトロン１０１の加熱出力を連続的に可変することが可能となっている。この構成によると、交流電源１０４の整流電圧を入力し比較回路１１１へ出力する波形整形回路１２１によって出力設定に応じて整形される。
【００１０】
この波形整形回路１２１の出力を、加熱出力設定信号に対応したレベルの基準信号を発生する比較電圧発生回路１１６を基準電圧として持つ比較回路１１１によって反転増幅し、この反転増幅信号と電力調節部の出力を重畳することによって、信号重畳手段１１２の出力信号である前記パルス幅制御信号は、加熱出力設定が高出力時と比較して、低出力時には交流電源１０４の振幅最大付近のレベルはより低くなり、前記マグネトロン１０１の非発振部分はより高くなるため、マグネトロン１０１の交流電源の１周期あたりの発振期間は長くなる。
【００１１】
これにより、ヒータ１１５に供給される電力は大きくなる。さらに、高出力時にはインバータ回路１０５の入力電流波形が、エンベロープピーク付近で上に凸であり正弦波に近い波形となり、電源電流高調波が抑えられる。
【００１２】
このように、波形整形回路１２１によりパルス幅変調信号を低出力時にはヒータ電流が多く入るように、高出力時は電源電流高調波が小さくなるように制御することで、電源電流高調波を低く抑えかつヒータ電流の変化を小さくすることが出来るので、信頼性の高いマグネトロン駆動用電源を実現することができるというものである。
【００１３】
しかしながら、この制御においては、スイッチングトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ駆動パルスに、商用電源波形を加工・整形した変調波形を用いてパルス幅変調し、入力電流波形が正弦波に近づくように見込み制御による波形整形をしているため、マグネトロンの特性ばらつき、マグネトロンのアノード温度や電子レンジ庫内の負荷によるアノードカソード間電圧の変動、さらに電源電圧の変動に対してまでは波形整形が追随しきれていない。
【００１４】
そこで、上記の課題にたいして特許文献２に開示された制御方式がある。図６は特許文献２に示された従来のマグネトロン駆動用電源の構成を示すブロック図である。
【００１５】
図６において、マグネトロン駆動用電源は、インバータ回路と、インバータ回路のスイッチングトランジスタ２３９を制御する制御回路と、マグネトロン２５０とからなる。インバータ回路は、交流電源２２０とダイオードブリッジ型整流回路２３１と、平滑回路２３０と、共振回路２３６と、スイッチングトランジスタ２３９と、倍電圧整流回路２４４からなっている。
【００１６】
交流電源２２０の交流電圧は、ダイオードブリッジ型整流回路２３１で整流され、インダクタ２３４とコンデンサ２３５からなる平滑回路２３０によって、単方向電圧に変換される。共振コンデンサ２３７と高圧トランス２４１の１次巻線からなる共振回路２３６とスイッチングトランジスタ２３９からなるインバータ回路によって高周波交流に変換され、高圧トランス２４１を介して、その２次巻線２４３に高圧高周波電力が伝送される。
【００１７】
２次巻線２４３に誘起された高圧高周波電力は高圧コンデンサ２４５、２４７、高圧ダ
イオード２４６、２４８からなる倍電圧整流回路２４４によって直流高電圧に変換されマグネトロン２５０のアノード２５２カソード２５１間に供給される。また、高圧トランス２４１には３次巻線２４２があり、この３次巻線２４２によってマグネトロン２５０のヒータ電力が供給され、ヒータ２５１を加熱する構成となっている。
【００１８】
インバータ回路のスイッチングトランジスタ２３９を制御する制御回路は、ＣＴ２７１等によって構成され、インバータ回路への入力電流を検出する入力電流検出部と交流電源の電圧を検出する入力電圧検出部と比較回路２７４からの電力制御情報２９１をミックスするミックス回路２７５と、ノコギリ波発生回路２８３と、ＰＷＭコンパレータ２８２によって構成され、インバータ回路のスイッチングトランジスタ２３９をＯＮ／ＯＦＦする駆動信号をパルス幅変調している。
【００１９】
この構成においては、入力電流波形情報２９０のみならず、入力電圧波形情報２９４もミックス回路２７５に入力されているため、マグネトロン２５０の特性ばらつきやマグネトロン２５０のアノード温度や電子レンジ庫内の負荷によるアノードカソード間電圧の変動、さらに電源電圧の変動に対しても、それらの影響を受けない入力電圧波形整形を比較的単純な構成で実現することできるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開平７−１７６３７５号公報
【特許文献２】特開２００７−１４９４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、前記従来の構成のマグネトロン駆動用電源では、以下に述べるような課題を有している。すなわち、特に、インバータ回路への入力電流が小さい場合、入力電圧検出部の信号振幅に対して入力電流検出部の信号振幅が低い場合が発生する。この場合、スイッチングトランジスタに伝送される駆動信号のパルス幅変調は力率を維持するためにはある程度、適した変調度となって、力率の極端な低下を防ぐ効果は発揮できるが、一方で、スイッチングトランジスタがソフトスイッチング動作を行うためのオン時間が不足してしまう事態が発生する。
【００２２】
特に、マグネトロン駆動用電源は最大の変換電力が大きいためスイッチングトランジスタのスイッチング損失を軽減するためにソフトスイッチング技術を適用している。ソフトスイッチング技術は共振回路の作用によってスイッチングのタイミングにおいて電圧または電流の変化を緩やかにしてスイッチング損失を軽減する技術であるが、ソフトスイッチング動作のためには共振回路に所定のエネルギーを蓄積する必要がある。
【００２３】
先行技術文献に記載された回路方式は電圧共振型のソフトスイッチングの一方式であるが、この方式の場合スイッチングトランジスタのオン時間がある程度以上で無ければ共振回路へのエネルギーの蓄積が不足し、ソフトスイッチング動作を損ねて、スイッチングトランジスタがターンオンする際に電圧が印加された状態でターンオンする動作に陥ってしまう。このような動作に陥るとターンオン時の損失が過大となりスイッチングトランジスタの発熱が過剰なものになる可能性がある。
【００２４】
また、マグネトロンは前述のようにカソードを所定の温度に加熱しないとマイクロ波を発生することができない。このため、マグネトロンの動作としてはマイクロ波を発生している定常状態とカソードを加熱する起動制御の状態があり、それぞれの状態に対し動作条件の要求は異なったものとなり、当然パルス幅変調制御も異なった制御が必要になるが、
従来の構成のマグネトロン駆動用電源では起動制御と定常制御のパルス幅変調制御を切り離していないため、電源電圧などの動作条件が異なると双方のパルス幅変調制御が干渉し安定な動作を阻害する可能性がある。
【００２５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、起動制御と定常制御を切り離し、夫々の制御要求に対して最適なパルス幅変調パターンで動作できるマグネトロン駆動用電源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】
【００２６】
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駆動用電源は、交流電源の電圧を整流し、スイッチングトランジスタの高周波スイッチングのオン時間を変調して高周波電力に変換するインバータ回路を制御するマグネトロン駆動用電源であって、交流電源から前記インバータ回路への入力電流を検知し、入力電流波形情報を出力する入力電流検出部と、前記交流電源から前記インバータ回路へ入力される入力電圧を検知し、入力電圧波形情報を出力する入力電圧検出部と、前記入力電流波形情報と前記入力電圧波形情報のいずれかを選択する選択部と、前記選択部によって選択された前記入力電流波形情報と前記入力電圧情報のいずれかを前記インバータ回路のスイッチング素子の駆動信号に変換するスイッチング変換部とを備え、前記選択部は前記入力電圧検出部と前記入力電流検出部のうち出力振幅の大きいほうの信号波形情報を選択し、マグネトロンが発振可能状態になると前記入力電圧波形情報の信号振幅を減ずる構成としたものである。
【００２７】
これによって、マグネトロンが非発振状態での起動制御は入力電圧波形情報によってパルス幅変調制御パターンを生成し、マグネトロンが発振状態に移行すると入力電圧波形情報に基づく信号振幅が小さくなるため、入力電流波形情報によってパルス幅変調制御パターンを生成することができ、起動制御と定常制御で全く異なった信号関係でパルス幅変調制御を生成することが出来るので夫々の制御要求に対して最適なパルス幅変調パターンを生成し、より安定したマグネトロン駆動用電源の制御を実現することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のマグネトロン駆動用電源は、起動制御と定常制御のパルス幅変調制御パターンを夫々の制御要求に応じて最適に設計することができるのでより安定したマグネトロン駆動用電源の制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるマグネトロン駆動用電源のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１にかかるマグネトロン駆動用電源の電流検出部の回路図
【図３】本発明の実施の形態１にかかるマグネトロン駆動用電源のミックス回路の回路図
【図４】本発明の実施の形態１にかかるマグネトロン駆動用電源の各部の波形図
【図５】従来のマグネトロン駆動用電源を示すブロック図
【図６】従来の他のマグネトロン駆動用電源を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
第１の発明は、交流電源の電圧を整流し、スイッチングトランジスタの高周波スイッチングのオン時間を変調して高周波電力に変換するインバータ回路を制御するマグネトロン駆動用電源であって、交流電源から前記インバータ回路への入力電流を検知し、入力電流波形情報を出力する入力電流検出部と、前記交流電源から前記インバータ回路へ入力される入力電圧を検知し、入力電圧波形情報を出力する入力電圧検出部と、前記入力電流波形情報と前記入力電圧波形情報のいずれかを選択する選択部と、前記選択部によって選択さ
れた前記入力電流波形情報と前記入力電圧情報のいずれかを前記インバータ回路のスイッチング素子の駆動信号に変換するスイッチング変換部とを備え、前記選択部は前記入力電圧検出部と前記入力電流検出部のうち出力振幅の大きいほうの信号波形情報を選択し、マグネトロンが発振可能状態になると前記入力電圧波形情報の信号振幅を減ずる構成としたものであり、マグネトロンが起動状態のときは入力電流は非常に小さいレベルであるため入力電圧波形情報が優先され入力電圧波形情報によってパルス幅変調制御パターンを生成し、発振可能状態以降は入力電圧波形情報に基づく信号は漸減されるため、次第に入力電流波形情報が優先されてパルス幅変調制御パターンを生成するのでマグネトロンが起動状態、発振状態の夫々の状態において最適なパルス幅変調パターンでインバータ回路を動作させ、スイッチング損失の増加や力率の低下を防止する動作が可能となる。
【００３１】
第２の発明は、特に、第１の発明の選択部は入力電流検出部および入力電圧検出部とスイッチング変換部の間に接続され、入力電流波形情報および入力電圧波形情報のいずれかとインバータ回路の入力電流が所定値になるよう制御する電力制御情報とを合成し、スイッチング素子のオン電圧信号を生成する合成回路より構成され、スイッチング変換部は半導体スイッチ素子のピーク電圧が抑制されるようにオン電圧信号をスイッチング素子の駆動信号に変換する構成としたものであり、マグネトロンが起動状態のときは入力電流は非常に小さいレベルであるため入力電圧波形情報が優先され入力電圧波形情報によってパルス幅変調制御パターンを生成し、発振可能状態以降は入力電圧波形情報に基づく信号は漸減されるため、次第に入力電流波形情報が優先されてパルス幅変調制御パターンを生成するのでマグネトロンが起動状態、発振状態の夫々の状態において最適なパルス幅変調パターンでインバータ回路を動作させ、スイッチング損失の増加や力率の低下を防止する動作が可能となる。
【００３２】
第３の発明は、特に第１または第２の発明のマグネトロン駆動用電源に時定数手段を設け、前記時定数手段の出力電圧に応じて入力電圧波形情報の信号出力を減ずる構成としたものであり、マグネトロンが起動状態のときは入力電圧波形情報によってパルス幅変調制御パターンを生成し、発振可能状態以降は時定数手段の出力電圧に応じて入力電圧波形情報の信号出力を減ずるため、徐々に入力電圧波形情報の出力が低下していくと同時に入力電流波形情報は徐々に増加するので、パルス幅変調制御パターンを入力電流波形、入力電圧波形のいずれの信号情報を基にするか切り替わる時点での制御の不連続性が解消されるため制御の不安定要素をなくすことが可能となる。
【００３３】
第４の発明は、特に、第３の発明の時定数手段はコンデンサと定電流源で構成し、マグネトロンが発振可能状態になると前記コンデンサの充電または放電を開始し、その出力電圧に応じて入力電圧波形情報の信号出力を減ずる構成としたものであり、定電流源によってコンデンサを充電または放電し、このコンデンサの電圧を用いて入力電圧波形情報の信号出力を減ずるため、マグネトロンが発振可能状態に達してからの時間に対して、入力電圧波形情報が減じられる割合が線形であり、急激な変化を伴わないため制御を不安定にする要素を軽減することが出来る。
【００３４】
第５の発明は、特に第１から第４のいずれか１つの発明の入力電圧検出部は電圧電流変換部と電流減算部と電流電圧変換部からなる構成としたものであり、電流の減算によって信号の振幅を変化させる構成としているため、演算増幅器のような複雑な回路構成を用いずに信号の変換を行うことが出来、集積化する際により少ない素子構成で機能を実現することが出来る。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるマグネトロン駆動用電源を説明するブロック図であり、図２は、本発明の実施の形態１にかかるマグネトロン駆動用電源の電流検出部の回路図であり、図３は、本発明の実施の形態１にかかるマグネトロン駆動用電源のミックス回路の回路図である。
【００３７】
図１において、マグネトロン駆動用電源は、スイッチングトランジスタ３７および共振回路３４からなるインバータ回路３００と、スイッチングトランジスタ３７のオンオフを制御する制御部３５０と、マグネトロン５０とから構成される。制御部３５０にはスイッチングトランジスタ３７へ駆動パルスを伝達するＰＷＭコンパレータ７９、のこぎり波発生回路７８、ミックス回路７３、入力電流検出部７０、入力電圧検出部等を含む。
【００３８】
交流電源２０の交流電圧は、４つのダイオードからなるブリッジ型整流回路３０で整流され、単方向電圧に整流され、インダクタ３２とコンデンサ３３によって構成される平滑回路３１によって平滑された直流電圧がインバータ回路３００に供給される。
【００３９】
コンデンサ３５と高圧トランス４０の１次巻線３６によって構成される共振回路３４とスイッチングトランジスタ３７からなるインバータ回路３００はスイッチングトランジスタ３７をオンオフ制御することによって高周波電力を励起し、高圧トランス４０を介して、その２次巻線４１に高圧高周波電力を誘起する。
【００４０】
２次巻線４１に誘起された高圧高周波電力は、コンデンサ４４、コンデンサ４５、ダイオード４３、ダイオード４６からなる倍電圧整流回路４７を介してマグネトロン５０のアノード５２とカソード５１間に供給される。また、高圧トランス４０には３次巻線４２が設けられており、前述の動作と同時にマグネトロン５０にカソード５１を加熱するヒータ電力を同時に供給する構成となっている。
【００４１】
次に、インバータ回路３００のスイッチングトランジスタ３７を制御する制御回路について説明する。図２のようにブリッジ型整流回路３０と平滑回路３１間に設けたシャント抵抗器７０からなる電流検出部と、その両端電圧を増幅する増幅回路とで入力電流整形回路７１を形成し、入力電流波形情報９１を生成する入力電流検出部を有する。
【００４２】
この入力電流波形情報９１は平滑回路７５で平滑化され、これと、加熱出力設定に対応した出力設定信号を生成する出力設定部７６からの信号を比較回路７７で比較する。比較回路７７はインバータ回路３００の入力電力の大きさを制御するため平滑回路７５で平滑化された入力電流信号と出力設定部７６で生成される設定信号との比較を行い、電力制御情報９３を生成する。
【００４３】
したがって、本実施の形態の構成のようにシャント抵抗で電流検出しても良いし、入力電流をカレントトランスで検出しても良いし、スイッチングトランジスタのコレクタ電流あるいはコレクタ電圧などの信号を用いても良い。
【００４４】
すなわち比較回路７７に入力される電力制御のための情報は本実施の形態に示した構成に束縛されるものではない。
【００４５】
制御回路３５０は交流電源２０の電圧を検知して整流する一組のダイオードと、整流した電圧を波形整形して入力電圧波形情報９２を生成する整形回路７２からなる入力電圧検出部をも備える。
【００４６】
これら入力電圧波形情報９２と入力電流波形情報９１と比較回路７７からの電力制御情
報９３をミックス回路７３でミックスし、フィルタリングすることでスイッチングトランジスタ３７のオン信号幅情報９４を出力し、のこぎり波発生回路７８からののこぎり波とＰＷＭコンパレータ７９で比較して、パルス幅変調してインバータ回路３００のスイッチングトランジスタ３７をオンオフ制御するように構成している。
【００４７】
入力電流波形情報９１に対するスイッチングトランジスタ３７のオンオフ制御は、入力電流が大きいときはオン時間を短く、逆に小さいときは長くする極性で変換される。同じように入力電圧波形情報９２も、入力電圧が高いときはオン時間を短く、逆に低いときはオン時間を長くする極性で変換される。
【００４８】
図３にミックス回路７３の一例を示す。ミックス回路７３の入力端子は４つであり、各々入力電流波形情報９１、入力電圧波形情報９２、電力制御情報９３、定常判定信号９５が入力され、図示の回路によってオン信号幅情報９４をＰＷＭコンパレータ７９に伝送するよう構成している。
【００４９】
以上のような構成で、入力電流波形情報９１および入力電圧波形情報９２をインバータ回路３００のスイッチングトランジスタ３７のオンオフ制御信号に変換して利用するものである。
【００５０】
このような構成とすることでマグネトロン５０が定常発振している状態において入力電流波形の歪を補正するように交流電源の電圧振幅が大きい期間ではスイッチングトランジスタ３７のオン時間を短くするよう補正し、逆に交流電源電圧の振幅が小さい期間ではスイッチングトランジスタ３７のオン時間を長くするように補正するようにスイッチングトランジスタ３７のオン信号幅をパルス幅変調する。
【００５１】
この結果、交流電源の半周期のごとき短い期間において、理想信号波形と入力電流波形情報９１の瞬時誤差あるいは補正量の総和は、他の手段で入力電流の大きさ等が制御されているので略ゼロである。
【００５２】
また、非線形負荷に起因して入力電流が流れない部分は流す方向に補正するため、入力電流が大きい部分を逆に減少させて上記の略ゼロを成立させている。これは非線形負荷であっても、その電流波形があたかも線形負荷とみなせるように補正することであり、商用電源電圧波形は正弦波なので線形負荷に流れる電流波形と同じく理想波形は正弦波になる。このように入力電流波形の変化や、理想波形に対する過不足を打ち消すようにその波形の逆極性で入力電流が補正される。
【００５３】
したがって、マグネトロン５０のような非線形負荷によって生じる商用電源周期内の急峻な電流変化、すなわち歪はこの制御ループによって打ち消され入力電流波形整形が行われ、歪の少なく力率の高い動作を実現することが出来る。
【００５４】
一方、マグネトロン５０はカソード５１を適正な温度にまで加熱しないとマイクロ波を発振することが出来ず、この状態のときマグネトロン５０は、ほぼ無限大の抵抗値を示す。このため、マグネトロン５０を高速に起動するためには、起動制御においてカソード５１への供給電力を出来るだけ多くすることが必要となる。入力電圧波形情報９２によって、スイッチングトランジスタ３７のオン信号幅をパルス幅変調する場合と、パルス幅変調をしない場合とを比較すると、パルス幅変調をかけた場合カソード５１の供給電流のエンベロープ波形が台形波状になりより多くの電力を供給することが出来る。この結果、カソード５１をより短時間で適正な温度に加熱することが出来るようになる。
【００５５】
本実施の形態のマグネトロン駆動用電源のミックス回路７３は入力電圧波形情報９２と
入力電流波形情報９１を夫々バッファトランジスタ７３５、７３９を介して共通のエミッタ抵抗７３７に接続する構成としている。この構成にすることによって、バッファトランジスタ７３５あるいは７３９のエミッタ電圧は、入力電流波形情報９１あるいは入力電圧波形情報９２の電圧を出力するように動作する。
【００５６】
エミッタ抵抗７３７は各々のバッファトランジスタ７３５、７３９に共通エミッタで接続している。このため、入力電圧波形情報９２と入力電流波形情報９１のうち振幅の大きいほうの信号情報がオン信号幅情報９４に反映される構成となっている。抵抗７３１、７３２で分圧されている電圧は、このバッファトランジスタ７３５、７３９に流れる電流分電圧降下を起こし、波形情報を反転した信号を生成する。
【００５７】
バッファ回路７３３は、この分圧点のインピーダンスとコンデンサ７４１との間をインピーダンス分離するために挿入し、コンデンサ７４１から先のインピーダンス影響を抵抗７３１、７３２の分圧に及ぼさないようにしている。上記の波形情報はコンデンサ７４１を介してオン信号幅情報９４に電圧情報として重畳され、スイッチングトランジスタ３７のオン信号幅をパルス幅変調する。
【００５８】
バッファトランジスタ７３５に加えられる入力電圧波形情報９２は振幅切替手段８１によって、マグネトロン５０が非発振の状態と発振可能状態とでその振幅が切り替えられるようになっている。定常判定手段８０によって、マグネトロン５０が発振可能状態になったことを検出すると定常判定信号９５が発せられる。定常判定信号９５は切替手段７４のスイッチをＯＮすることによって、コンデンサ７４８を一定の電流で充電する。この結果、コンデンサ７４８の電圧は時間に対して一定の傾きで増加する。バッファトランジスタ７４９はこの電圧に応じた電流を抵抗に流す動作をするため、カレントミラー７４７にはコンデンサ７４８の電圧に応じた電流が流れる。
【００５９】
一方、バッファトランジスタ７４９は入力電圧波形情報９２に応じた電流を抵抗に流すので、カレントミラー７４６は入力電圧波形に応じた電流を流している。ここで、抵抗７５０の電流はカレントミラー７４７とカレントミラー７４６の電流の差となるため、コンデンサ７４８の電圧増加に伴ってその電流が減少していくことになる。このため、コンデンサ７４８の電圧が上昇すると抵抗７５０にかかる電圧は略０まで減少するため、定常判定信号９５が発せられて、ある時間が経過すると常に入力電流波形情報９１が抵抗７３７の電流値を決定することになり、オン信号幅情報９４は入力電流波形情報９１を基に作成されることになる。
【００６０】
なお、ここではコンデンサ７４８を充電する構成にて動作の説明をしているが、もちろん放電する極性で回路を構成してもよく、本実施の形態の効果を果たすことが可能である。
【００６１】
図４は本実施の形態のマグネトロン駆動用電源の入力電圧波形情報９２、入力電流波形情報９１、定常判定信号９５およびミックス回路のオン信号幅情報９４を示す波形図で、特にマグネトロン５０が起動状態から定常状態に遷移するタイミングを拡大した波形図である。
【００６２】
マグネトロン５０のカソードが十分な温度に加熱されていない期間ではマグネトロン５０は略無限大のインピーダンスを示すため、入力電流波形は略ゼロの状態である。このためミックス回路７３の出力信号は入力電圧波形情報９２を反映した信号振幅が出力される（期間Ｔ０〜Ｔ１）。マグネトロン５０のカソード５１が加熱され発振可能状態になるとインピーダンスが低下し、入力電流が流れ始める。
【００６３】
マグネトロン５０のカソード５１を加熱する起動制御の状態は、カソード５１への供給電力を最大に出来るような振幅になるように入力電圧波形情報９２の振幅を調整しているが、この信号振幅が大きいと定常発振状態においても入力電圧波形情報９２がミックス回路から出力されてしまうため、定常発振状態において高い力率を実現することが出来ない。
【００６４】
そのため本実施の形態ではマグネトロン５０が発振状態になったことを検知すると、入力電圧波形情報９２をカットするように切替手段７４を設けている。このように構成することで、マグネトロン５０が発振状態に移行すると入力電流波形情報９１によって、ミックス回路７３の出力を決定することが出来るので、入力電流が小さいときにおいても常に高い力率を維持することが可能となる。
【００６５】
また、入力電流波形が小さいときはミックス回路７３の出力信号の振幅も小さくなるため交流電源２０の電圧ピーク点近傍での変調度も小さくなるため結果的にスイッチングトランジスタ３７のオン時間をある程度長く設定することになる。この結果、インバータ回路に備えられた共振回路３４にスイッチング期間中に蓄積するエネルギーが確保できるようになり、インバータ回路の変換電力が低い状態においてもソフトスイッチング動作を安定に行うことが出来、スイッチングトランジスタ３７の過度な損失増加を防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかるマグネトロン駆動用電源は入力電流波形情報と入力電圧波形情報によってスイッチングトランジスタのオン信号幅をパルス幅変調するとともにマグネトロンの起動時と定常発振時のパルス幅変調をそれぞれ独立で設計できるため、高い力率を維持して電力変換するとともに低電力時においても安定なスイッチング動作を実現できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
２０  交流電源
３０  ブリッジ型整流回路
３１  平滑回路
３４  共振回路
３７  スイッチングトランジスタ
４０  高圧トランス
４７  倍電圧整流回路
５０  マグネトロン
７０  入力電流検出部
７１  入力電流整形回路
７２  整形回路
７３  ミックス回路
７４  切替手段
７８  のこぎり波発生回路
７９  ＰＷＭコンパレータ
８０  定常判定手段
９１  入力電流波形情報
９２  入力電圧波形情報
９３  電力制御情報
９４  オン信号幅情報
９５  定常判定信号
【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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