[发明专利]高频介质加热用电力控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及像微波炉等那样使用了作为微波产生装置的磁控管的高频加热，尤其是涉及对逆变器电源电路进行控制的高频介质加热用电力控制装置，其中，所述逆变器电源电路用于对该磁控管进行驱动控制。

背景技术

由于现有的安装于高频加热装置的电源又重又大，因此期望其小型化和轻量化。在当前的各个领域中都在积极地推进电源的小型化、轻量化和低成本化。在利用由磁控管产生的微波来烹调食品的高频加热装置领域中，对于用于驱动磁控管的电源，可以通过使用了开关元件的逆变器电源电路来实现小型化和轻量化。

尤其是在作为本发明的对象的高频逆变器电源电路中，使用了利用两个开关元件（晶体管）来构成电桥臂的谐振型电路方式（例如，参照专利文献1）。

如果是单晶体管型的逆变器（接通/断开的脉宽控制），则需要使用晶体管的集电极-发射极间的耐压为1000伏左右的晶体管。但是，通过成为双晶体管电桥臂结构，晶体管的集电极-发射极间的耐压小于单晶体管型，不需要很大的耐压。因此，在成为电桥臂结构时，晶体管的集电极-发射极间的耐压只要为600V左右就足够了，因而可以使用便宜的晶体管，有利于装置的低成本化。

接下来，对此类逆变器电源电路的谐振特性进行说明。图5是示出由电感L和电容C构成串联谐振电路的此类逆变器电源电路中的谐振特性的波形图。

图5的（a）是示出对逆变器电源电路的串联谐振电路施加恒定电压的情况下的频率-电流特性的图。在图5的（a）中，横轴对应于开关频率[f]，纵轴对应于流过漏磁变压器的一次侧的电流[I]。

此外，图5的（b）是示出图5的（a）所示的情况下的频率-电压特性的图。在图5的（b）中，横轴对应于开关频率[f]，纵轴对应于漏磁变压器的二次侧产生的电压。

串联谐振电路的阻抗在谐振频率为f0时达到最小，并随着远离该谐振频率f0而增大。因此，如图5的（a）的特性曲线（A）所示，在谐振频率f0处，电流I1最大，随着频率向f1、f2、f3增大，电流I1减少。

在实际的逆变器动作中，将高于谐振频率f0的特定频率范围（例如，f1～f3）设为使用范围。此外，在所输入的电源为商用电源这样的交流电的情况下，如后所述，按照磁控管的非线性负载特性，与商用电源的相位相应地改变开关频率。

在逆变器动作中，例如，利用图5的（a）所示的特性曲线（A）的谐振特性调整开关频率，在不需要将磁控管施加电压相对于商用电源电压的升压比设得较高的、商用电源的瞬时电压最高的90度和270度附近的相位处，将开关频率设定为最高值。

例如，在以200W来使用微波炉的高频输出的情况下，开关频率设定为f3附近，与以200W来使用高频输出的情况相比，在以500W来使用高频输出的情况下，开关频率被设定得低。此外，在以1000W来使用高频输出的情况下，设定为更低的开关频率。

当然，输入功率或者输入电流等是受控制的，因而该开关频率随着商用电源的电压、磁控管温度等的变化而变化。

此外，在商用电源的瞬时电压最低的0度和180度附近的相位处，按照不施加高电压则不进行高频振荡的磁控管特性，将开关频率降低到谐振频率f0附近，提高磁控管施加电压相对于商用电源电压的升压比，将商用电源的从磁控管输出微波的相位范围设定得较大。

如上所述，通过按照电源的每个相位来改变逆变器动作的开关频率，能够实现基波（商用电源频率）成分多且高频波成分少的电流波形。

图6是专利文献1所记载的双晶体管电桥臂结构，示出了利用半导体开关元件进行驱动的谐振型高频加热装置的一例。在图6中，高频加热装置由直流电源101、漏磁变压器102、第1半导体开关元件103、第2半导体开关元件104、第1电容器105、第2电容器106、第3电容器107（平滑电容器）、二次侧整流电路（全波倍压整流电路）111、磁控管112和驱动部113构成。

直流电源101对商用电源进行全波整流而形成直流电压VDC，并将所形成的直流电压VDC经由第1半导体开关元件103施加于第2电容器106与漏磁变压器102的一次绕组108的串联电路。第1半导体开关元件103与第2半导体开关元件104串联连接，漏磁变压器102的一次绕组108和第2电容器106的串联电路与第2半导体开关元件104并联连接。

第1电容器105与第2半导体开关元件104并联连接。由漏磁变压器102的二次绕组109产生的高电压输出被二次侧整流电路111转换成直流高电压，并被施加于磁控管112的阳极-阴极之间。漏磁变压器102的三次绕组110对磁控管112的阴极提供电流。