JP2006066194A - Magnetron drive power supply - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a power source for driving a magnetron using a magnetron such as a microwave oven as a load.
従来、マグネトロン駆動用電源としては、次のような構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a power source for driving a magnetron, one having the following configuration is known (for example, see Patent Document 1).
すなわち、交流である商用電源を一旦直流電圧に変換し、この直流電圧を半導体スイッチ素子のオンオフによってインバータ回路が高圧トランスの1次巻線に高周波電圧を発生させ、高圧トランスは2次巻線に高周波高電圧を励起する。この高周波高電圧は高圧整流回路によって直流高電圧に整流され、マグネトロンに印加される。マグネトロンはこの直流高電圧で駆動され、2.45GHzの電波を発生するものである。
しかしながら、前記従来の構成では、マグネトロンが連続動作などによって温度上昇した場合は、電流波形にひずみが生じてしまう。これは、マグネトロンの発振開始電圧が温度特性をもっていることに起因するものであり、マグネトロンの発振開始電圧はマグネトロンの温度上昇に伴って低下し、この結果、半導体スイッチ素子のオン信号と入力電圧波形のバランスが崩れ、入力電流波形に歪みを生じてしまうものである。 However, in the conventional configuration, when the temperature of the magnetron rises due to continuous operation or the like, the current waveform is distorted. This is due to the fact that the oscillation start voltage of the magnetron has temperature characteristics, and the oscillation start voltage of the magnetron decreases as the temperature of the magnetron rises. As a result, the ON signal of the semiconductor switch element and the input voltage waveform Is lost, and the input current waveform is distorted.
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、連続動作などによってマグネトロンの温度が上昇しても常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないマグネトロン駆動用電源を提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described conventional problems, and even if the temperature of the magnetron rises due to continuous operation or the like, the distortion of the input current is always suppressed, and the power source for driving the magnetron with high power factor and less harmonics of the input current The purpose is to provide.
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、インバータ回路の入力電流を検出し、目標波形となるように調整して半導体スイッチ素子を駆動するようにしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the magnetron driving power source of the present invention detects the input current of the inverter circuit and adjusts it to have a target waveform to drive the semiconductor switch element.
これにより、マグネトロンの温度変化によるマグネトロンの発振開始電圧の変化や、マグネトロンの種類に起因する発振開始電圧の差異によらず、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができる。 As a result, regardless of changes in the magnetron oscillation start voltage due to changes in the magnetron temperature and differences in the oscillation start voltage due to the type of magnetron, distortion of the input current is always suppressed and harmonics of the input current are generated at a high power factor. It can be less.
本発明のマグネトロン駆動用電源は、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができる。 The magnetron driving power source according to the present invention can always suppress distortion of the input current, and can have a high power factor and less harmonics of the input current.
第1の発明は、半導体スイッチ素子のオンオフによって高周波電圧を発生するインバータ回路と、この高周波電圧を直流高電圧に整流する高圧整流回路と、この直流高電圧により駆動され電波を発生するマグネトロンと、前記半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記インバータ回路の入力電流を検出する入力電流検出部と、出力指令部の信号によって目標波形を形成する目標波形発生部と、入力電流検出部と目標波形発生部との信号を入力し目標波形と入力電流波形の波形誤差を演算する誤差演算部と、入力電流波形が目標波形となるように調整するパルス幅変調部と、パルス幅変調部の出力信号によって半導体スイッチ素子を駆動する駆動部とを有するマグネトロン駆動用電源とすることにより、マグネトロンの温度変化によるマグネトロンの発振開始電圧の変化や、マグネトロンの種類に起因する発振開始電圧の差異によらず、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができる。 The first invention includes an inverter circuit that generates a high-frequency voltage by turning on and off the semiconductor switch element, a high-voltage rectifier circuit that rectifies the high-frequency voltage into a DC high voltage, a magnetron that is driven by the DC high voltage and generates radio waves, A control unit that controls ON / OFF of the semiconductor switch element, the control unit detecting an input current of the inverter circuit, and a target waveform generating unit that forms a target waveform by a signal of the output command unit An error calculation unit that inputs signals from the input current detection unit and the target waveform generation unit and calculates a waveform error between the target waveform and the input current waveform, and a pulse width modulation unit that adjusts the input current waveform to be the target waveform And a magnetron driving power source having a driving unit for driving the semiconductor switch element by the output signal of the pulse width modulation unit. Regardless of changes in the oscillation start voltage of the magnetron due to changes in the temperature of the netron and differences in the oscillation start voltage due to the type of magnetron, distortion of the input current is always suppressed, high power factor and low harmonics of the input current can do.
第2の発明は、特に、第1の発明において、入力電流検出部は抵抗器によって構成したことにより、入力電流を小型な構成で検出することができる。 In the second invention, in particular, in the first invention, since the input current detection unit is configured by a resistor, the input current can be detected with a small configuration.
第3の発明は、特に、第2の発明において、抵抗器の出力電圧を反転増幅し入力電流検出部の検出信号とすることにより、抵抗器から検出される負方向の電圧を正方向の電圧に反転増幅するため、制御部の電源を単方向電源にて構成でき、インバータ回路を小型化することが可能となる。 In particular, in the second invention, the negative voltage detected from the resistor is changed to the positive voltage by inverting and amplifying the output voltage of the resistor to obtain a detection signal of the input current detector. Therefore, the power source of the control unit can be configured with a unidirectional power source, and the inverter circuit can be downsized.
第4の発明は、特に、第1の発明において、入力電流検出部はカレントトランスと整流部によって構成したことにより、カレントトランスは電流の検出位置を限定することなく電流検出が可能で、かつ、制御部は単方向電源にて構成することができるので、インバータ回路の設計の自由度が上がりインバータ回路の小型化を実現することが可能となる。 In a fourth aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the input current detection unit is composed of a current transformer and a rectification unit, so that the current transformer can detect a current without limiting the current detection position, and Since the control unit can be composed of a unidirectional power supply, the degree of freedom in designing the inverter circuit is increased, and the inverter circuit can be downsized.
第5の発明は、特に、第1の発明において、目標波形発生部は商用電源の電圧を全波整流して目標波形を得る構成としたことにより、目標波形を常にマグネトロン駆動用電源の入力電圧源と同期させることができ、確実に入力電流波形が略正弦波状となるような駆動パルスで半導体スイッチ素子を駆動するため、マグネトロンの状態によらず入力電流波形の歪みを抑制し、高調波成分が少ない入力電流でマグネトロン駆動用電源を動作させることが可能となる。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the target waveform generator is configured to obtain the target waveform by full-wave rectifying the voltage of the commercial power supply, so that the target waveform is always input to the magnetron driving power supply. The semiconductor switch element can be driven with a drive pulse that can be synchronized with the source and ensure that the input current waveform is approximately sinusoidal, so that distortion of the input current waveform is suppressed regardless of the magnetron state, and harmonic components Therefore, the magnetron driving power source can be operated with a small input current.
第6の発明は、特に、第5の発明において、目標波形発生部は出力指令部の信号によって振幅を可変する構成としたことにより、いかなる電流レベルであってもそれぞれの入力電流レベルに応じた駆動パルスで半導体スイッチ素子を駆動するため、入力電流レベルの変化によらず、常に高力率でインバータ回路を動作させることが可能となる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, in the fifth aspect of the invention, the target waveform generation unit is configured to vary the amplitude according to the signal of the output command unit, so that any current level corresponds to each input current level. Since the semiconductor switch element is driven by the drive pulse, the inverter circuit can always be operated at a high power factor regardless of the change in the input current level.
第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれか1つの発明において、パルス幅変調部の出力パルス幅に最大値制限を設ける構成としたことにより、電源電圧の異常などによってオン時間が長くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子のオン時間が制限されるため、半導体スイッチ素子の破壊を招くような長いオン時間となることはなくインバータ回路の損傷を防止することができる。 In the seventh aspect of the invention, in particular, in any one of the first to sixth aspects of the invention, since the maximum value limit is provided for the output pulse width of the pulse width modulation unit, the on-time may be increased due to an abnormality in the power supply voltage. Even if the control pulse is set to be long, the on-time of the semiconductor switch element is limited. Therefore, the inverter circuit is prevented from being damaged without causing a long on-time that causes destruction of the semiconductor switch element.
第8の発明は、特に、第1〜第7のいずれか1つの発明において、パルス幅変調部の出力パルス幅に最小値制限を設ける構成としたことにより、電源電圧の異常などによってオン時間が異常に短くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子のオン時間の最小値が設定されるため、入力電流が途切れるようなことはなく制御の不安定性を解消することができる。 In an eighth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to seventh aspects of the invention, since the minimum value limit is provided for the output pulse width of the pulse width modulation unit, the on-time may be increased due to an abnormality in the power supply voltage. Even if an attempt is made to set the control pulse to be abnormally short, the minimum value of the on-time of the semiconductor switch element is set, so that the input current is not interrupted and control instability can be eliminated.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1〜図3は、本発明の実施の形態におけるマグネトロン駆動用電源を示している。
(Embodiment)
1 to 3 show a magnetron driving power source according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態においては、交流である商用電源1と、これを直流電圧に変換する整流部のダイオードブリッジ2と、半導体スイッチ素子3のオンオフによって高周波電圧を発生するインバータ回路4と、この高周波電圧を直流高電圧に整流する高圧整流回路6と、この直流高電圧により駆動され2.45GHzの電波を発生するマグネトロン7と、前記半導体スイッチ素子3のオンオフを制御する制御部11とを備えている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, an AC
前記インバータ回路4は、半導体スイッチ素子3のほかに、高圧トランス5、平滑回路を構成するインダクタ8とコンデンサ9、高圧トランス5の1次巻線と共振回路を構成し2次巻線に高周波高電圧を励起するコンデンサ10を有し、20kHz〜50kHzで動作する。
In addition to the
また、前記制御部11は、前記インバータ回路4の入力電流を検出する入力電流検出部12と、出力指令部13の信号によって目標波形を形成する目標波形発生部14と、入力電流検出部12と目標波形発生部14との信号を入力し目標波形と入力電流波形の波形誤差を演算する誤差演算部15と、入力電流波形が目標波形となるように調整するパルス幅変調部16と、パルス幅変調部16の出力信号によって半導体スイッチ素子3を駆動する駆動部17とを有する。
The
そして、制御部11の入力電流検出部12は、抵抗器18によって構成しており、この出力電圧を反転増幅器19で反転増幅し入力電流検出部12の検出信号としている。これにより、入力電流を小型な構成で検出することができるとともに、抵抗器18から検出される負方向の電圧を正方向の電圧に反転増幅するため、制御部11の電源を単方向電源にて構成でき、インバータ回路4を小型化することが可能となる。
The input current detection unit 12 of the
また、目標波形発生部14は、商用電源1の電圧を全波整流して目標波形を得る構成とするとともに、出力指令部13の信号によって振幅を可変する構成としたものである。これにより、目標波形を常にマグネトロン駆動用電源の入力電圧源と同期させることができ、確実に入力電流波形が略正弦波状となるような駆動パルスで半導体スイッチ素子3を駆動するため、マグネトロン7の状態によらず入力電流波形の歪みを抑制し、また、いかなる電流レベルであってもそれぞれの入力電流レベルに応じた駆動パルスで半導体スイッチ素子3を駆動するため、入力電流レベルの変化によらず、常に高力率でインバータ回路を動作させることが可能となる。
The
また、パルス幅変調部16は、誤差演算部15によって演算された誤差の値が正の場合はパルス幅を減じ、逆に誤差の値が負の場合はパルス幅を増加するように駆動部17に与えるパルス列をパルス幅変調する。この結果、目標波形に対し入力電流波形が低い場合はより入力電流を増加させ、逆に入力電流が目標波形に対して大きい場合は入力電流を減ずることができ、入力電流波形を目標波形に整形する制御ができる。この動作はインバータ回路4を連続動作させることによって、マグネトロン7が発熱しマグネトロン7の発振開始電圧が変化しても、半導体スイッチ素子3を駆動するパルス列のパルス幅変調の変調度が変化することによって吸収することができ、マグネトロン7の発振電圧の変化によらず常に入力電流波形を目標とする波形に整形するパルス列でインバータ回路4を駆動することができる。
The pulse
さらに、パルス幅変調部16は、少なくとも出力するパルス幅の最大値、最小値の1つを制限する構成としており、例えば、電源電圧の異常などによってオン時間が長くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子3のオン時間が制限されるため、半導体スイッチ素子3の破壊を招くような長いオン時間となることはなくインバータ回路4の損傷を防止することができる。逆に、オン時間が異常に短くなるよう制御パルスを設定しようとしても半導体スイッチ素子3のオン時間の最小値が設定されるため、入力電流が途切れるようなことはなく制御の不安定性を解消している。
Further, the pulse
次に、図2(a)はインバータ回路4の入力電流波形を示しており、同(b)は入力電流検出手段12の検出信号と目標波形発生部14の出力信号を重ね合わせた波形を示している。また、同(c)は誤差演算部15によって演算された波形誤差を示し、同(d)は誤差演算部15によって演算された誤差によってパルス幅変調されたパルス列のオン時間の変化を示している。このように誤差が正の値を示している期間ではパルス幅を短くし、逆に誤差が負の値の場合はパルス幅を長くするように制御することによって、入力電流波形を略正弦波状に保つことができる。このような動作をすることによって、マグネトロン7の動作特性の変化とは関係なく目標とする電流波形を作成し、目標電流波形に入力電流波形が一致するように半導体スイッチ素子3の駆動信号をパルス幅変調するので、マグネトロン7の動作特性の変化に一切関係なく入力電流波形を略正弦波状に保つ制御を可能とする。これによって搭載するマグネトロン7の種類によってインバータ回路4の回路定数の設計を変更する必要がなくなるので、インバータ回路4の設計が容易になる。また、入力電流の値によって目標電流波形を変化させることで、常に電流波形を正弦波状に維持できるため、入力電流の値によって力率が変化することなく常に高力率でインバータ回路4を動作することができる。さらに、高力率で動作することによって入力電流波形のピーク値を軽減できるので、電流実効値を低減できインバータ回路4を構成する素子の発熱を軽減し、素子の冷却設計を容易にすることができるという効果を発揮することができる。
Next, FIG. 2A shows the input current waveform of the
なお、図3は、本実施の形態の他例を示したものであり、入力電流検出部12は、カレントトランス20と整流部21によって構成した。このように構成することによって、入力電流検出手段12を挿入する位置をダイオードブリッジ2の整流前後の任意位置にすることができるので、インバータ回路4の実装の自由度を向上することができ、インバータ回路4の小型化を実現することが可能となる。
FIG. 3 shows another example of the present embodiment, and the input current detection unit 12 is configured by a
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、常に入力電流の歪みを抑制し高力率で入力電流の高調波の少ないものとすることができるので、電子レンジなどのマグネトロンを負荷とするものに適用できる。 As described above, the magnetron driving power source according to the present invention can always suppress distortion of the input current and can reduce the harmonics of the input current with a high power factor, so that a magnetron such as a microwave oven can be used as a load. Applicable to what to do.
1 商用電源
2 ダイオードブリッジ
3 半導体スイッチ素子
4 インバータ回路
5 高圧トランス
6 高圧整流回路
7 マグネトロン
10 コンデンサ
11 制御部
12 入力電流検出部
13 出力指令部
14 目標波形発生部
15 誤差演算部
16 パルス幅変調部
17 駆動部
18 抵抗器
19 反転増幅器
20 カレントトランス
21 整流部
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