JPS6112637B2

JPS6112637B2 -

Info

Publication number: JPS6112637B2
Application number: JP13612678A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Tsukamoto; Takao Nakatsuka; Kazufumi Ushijima
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1978-11-04
Filing date: 1978-11-04
Publication date: 1986-04-09
Also published as: JPS5562689A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、インバータ回路のスイツチング素
子のオンする時間を制御して加熱出力を可変する
誘導加熱装置において、インバータ回路が安定に
発振し得る最小限度まで加熱出力を低下できるよ
うにし、加熱出力の可変範囲を大きくするように
した誘導加熱装置に関する。一般に、誘導加熱装置は、そのインバータ回路
のスイツチング素子のオン・オフデユーテイの制
御等により加熱出力を可変するようになつてい
る。そして、加熱出力の可変範囲を大きくするた
めには、スイツチング素子の定格の許す限り大き
な電流を加熱コイルに流すようにして高出力を得
るようにし、一方、スイツチング素子のオンする
時間を出来るだけ短くして加熱コイルに流れる電
流を小さくし、低出力を得るようにする必要があ
る。しかし、スイツチング素子のオンする時間を
ある程度以下に短かくすると、インバータ回路の
動作上、インバータ回路の発振が停止してしま
う。そこで、インバータ回路を安定に発振させる
ことができるスイツチング素子のオン時間の臨界
点を検知し、それ以下にならないようにスイツチ
ング素子のオン時間を規制することが考えられる
が、オン時間の臨界点は、加熱コイルの等価イン
ピーダンスおよび直流抵抗成分により一定でな
い。したがつて、スイツチング素子のオン時間を
一定の臨界点で規制することは、加熱コイルの被
加熱物である市販の調理鍋が多種多様であるか
ら、適切な制御方法とはならない。この発明は、前記のような問題点に留意し、イ
ンバータ回路の発振が停止する場合は、加熱コイ
ルの負荷状態に無関係に、インバータ回路のフリ
ーホイール用ダイオードの電流が零となる点に着
目し、ダイオードの電流を検出してスイツチング
素子のオン時間を規制するようにしたものであ
り、つぎにこの発明を、その１実施例を示した図
面とともに詳細に説明する。まず、第１図に示したこの発明の誘導加熱装置
に使用されるインバータ回路により、動作原理を
説明する。同図において、トランジスタ等からなる半導体
スイツチング素子１のコレクタ、エミツタ等の出
力端、入力端、加熱鍋２を加熱する加熱コイル３
を介して直流電源４に接続され、前記出力端、入
力端間には、フリーホイル用ダイオード５が並列
に接続され、さらに、加熱コイル３に共振用コン
デンサ６が並列接続され、ダイオード５のアノー
ド側にダイオード５の電流を検出する電流検出器
７が設けられている。そして、スイツチング素子
１が高速でオン・オフ動作をくり返えすと、加熱
コイル３に高周波電流が流れ、これにより生じた
交番磁界は、この磁界内に置かれた加熱鍋２を誘
導加熱する。なお、コンデンサ６は加熱コイル３
と共振し、高周波出力信号の波形を改善するの
で、高調波ノイズの発生や、サージ電圧の発生を
軽減できる。また、ダイオード５は、スイツチン
グ素子１の出力端に逆電圧が加わるのを防止す
る。そして、第２図ないし第４図は、それぞれ出力
を変した場合の前述のインバータ回路の各部の動
作電流および電圧を示し、加熱コイル３に流れる
電流をIL、スイツチング素子１に流れる電流
IT、コンデンサ６に流れる電流をIC、ダイオー
ド５に流れる電流をIDとすれば、第２図ないし
第４図の各ａ図のt₀〜t₁，t₁₀〜t₁₁，t₂₀〜t₂₁に示す
ように、スイツチング素子１がオンの状態を保つ
期間、電流ITは、同各ｂ図に示すように、加熱
コイル３の等価インピーダンスおよび直流抵抗成
分を通じて流れる。また電流ICは、トランジス
タ１がオフに反転動作した同各ｂ図のt₁，t₁₁，t₂₁
時の瞬間から加熱コイル３の等価インピーダンス
および直流抵抗成分を通じて流れ始めるととも
に、加熱コイル３に生じた逆起電流のために減少
し、同各ｂ図のt₁〜t₂，t₁₁〜t₁₂，t₂₁〜t₂₂に示すよ
うに、やがて、負領域へ入り、等価インピーダン
ス、直流抵抗成分および共振用コンデンンサ６に
より、自由振動の信号波形が得られる。また、同
各ｃ図の実線は、スイツチング素子１の入力端、
出力端間電圧を示し、破線は加熱コイル３とコン
デンサ６による共振電圧を示す。一方、ダイオード５に流れる電流IDは、その
電流を検出する電流検出器７の出力電圧を示した
同各ｄ図の実線のように、コンデンサ６の出力電
圧が零から負へ変化する時間t₂，t₁₂，t₂₂にダイオ
ー５が導通して流れ、第１図にIDで示す逆方向
電流が流れる。これはスイツチング素子１のオン
時の電流ITによつて、加熱コイル３のインダク
タンスに蓄えられていた電磁エネルギにもとづく
もので、直流電源４へ戻される。この時、このダ
イオード５の電流が電流検出器７で検出されて電
圧に変換され、そのピーク検波電圧は、同各ｄ図
の破線のようになる。ところで、第２図は、スイツチング素子１のオ
ン時間t₀〜t₁を長くし、かつ電流ITをスイツチン
グ素子１の定格上許される最大限まで大きくした
場合の各動作波形を示し、加熱鍋２には最大加熱
出力が供給されており、加熱コイル３とコンデン
サ６による共振電圧は、同ｃ図の破線で示すよう
に十分に大きな振動電圧となり、時間t₂において
零点を通過する。また第３図は、加熱出力を中程
度に調整した時の各動作波形を示し、共振電圧
は、第２図の場合より減少するが、零点を通過し
てインバータ回路の発振を行なわせるには十分な
値である。そして、第４図は加熱出力を最低に調
整した時の各動作波形を示し、この状態から僅か
でもスイツチング素子１のオン時間を短くする
と、時間t₂₂時において共振電圧が零点を通過し
なくなり、インバータ回路の発振が停止する臨界
状態である。以上の各動作において、各ｄ図から明らかなよ
うに、加熱出力の変化に応じて電流検出器７の出
力電圧およびそのピーク検波電圧も変化してお
り、加熱出力Ｐと電流検出器７のピーク検波電圧
Ｖ_Dとの関係を示した第５図の実線の直線のよう
に、ピーク検波電圧は加熱出力に比例する。そし
て、インバータ回路の発振が停止する加熱出力の
臨界点は、ピーク検波電圧が零になる（Ｒ）点で
あるが、ダイオードの電流は加熱コイルの負荷状
態により同図の破線および実線の直線のように異
なり、加熱出力の臨界点は（R′）および（R″）
点で示すように変化する。以上の考察から負荷状態の変化による加熱出力
の臨界点の変化に無関係に、ダイオードの電流が
零にならないように規制すればインバータ回路の
安定した発振を保持できることが判る。つぎに、この発明の誘導加熱装置のとくに出力
制御部を、第６図に示した実施例により説明す
る。同図において、第１図と同一記号は同一のも
のを示し、８は商用交流電源９と全波整流回路１
０との間に接続された負荷電流検出回路であり、
その出力信号は、入力比較回路１１に印加され、
ここで、基準信号発生回路１２の出力設定用基準
信号と比較される。そして、この比較出力は、ス
イツチング素子１のオン時間幅を増減制御させる
ための時限機能を備えた時限制御回路１３に印加
される。一方、スイツチング素子１の出力端に接続され
た出力端零電圧検出回路１４は、スイツチング素
子１の入力端、出力端電圧が零を通過する時点を
検出するための検出機能を備え、その出力信号
は、時限制御回路１３の時限制御部にリセツト信
号として印加される。そして、時限制御回路１３
の出力信号は、スイツチング素子１のベース等の
制御端に接続された増幅機能を有する制御端電圧
制御回路１５に印加される。ただし、基準信号発
生回路１２から出力される基準信号は、希望する
加熱出力に応じて任意の値に設定できる。また、
時限制御回路１３には、電流検出器７の検出値と
設定値とを比較して出力される比較検出回路１６
の制御信号が印加される。ここで、スイツチング素子１、加熱コイル３、
コンデンサ６、時限制御回路１３、出力端零電圧
検出回路１４および制御端電圧制御回路１５は、
自励発振ループを形成する。すなわち、前述の第
２図ないし第４図のt₀〜t₁，t₁₀〜t₁₁，t₂₀〜t₂₁の各
期間、時限制御回路１３によつてスイツチング素
子１をオンの状態に保持させたのち、コンデンサ
６の出力電圧が零となる時間、すなわちスイツチ
ング素子１の出力端電圧が零となる時間t₂，t₁₂，
t₂₂を、出力端零電圧検出回路１４により検出さ
れ、かつ、この検出出力により、時限制御回路１
３の時限制御部をリセツトさせ、再びスイツチン
グ素子１を一定時間だけオン状態に保持させると
いう一連の動作を繰り返えさせると、ここに自励
発振動作が得られ、インバータ回路として継続的
に動作することになる。この場合、スイツチング素子１をオン状態に移
行させる時点を、時間t₃，t₁₃またはt₂₃に選ぶのが
もつとも好ましいが、時間t₂，t₁₂，t₂₂からそれぞ
れ時間t₃，t₁₃，t₂₃までの間にはスイツチング素子
１に電流が流れないので、時間t₂，t₁₂，t₂₂におい
てスイツチング素子１をオン動作させても、イン
バータ回路としての動作には、全く支障をきたさ
ない。つぎに、第７図は、入力比較回路１１、比較検
出回路１６および時限制御回路１３の具体的回路
例を示し、入力比較回路１１の構成要素である第
１比較器１７は、負荷電流検出回路８により検出
された検出信号と基準信号発生回路１２でプリセ
ツトされた加熱出力設定用信号とを比較、検出信
号が加熱出力設定用信号より大きい時にハイレベ
ル信号を出力する。一方、比較検出回路１６にお
いて、電流検出器７からの信号が入力される両入
力端子間に接続された第１抵抗１８、アノードが
一方の入力端子に接続されたダイオード１９、ダ
イオード１９のカソードと他方の入力端子間に接
続された第１コンデンサ２０およびコンデンサ２
０の並列接続された抵抗２１からなるピーク検波
回路により、電流検出器７の検出値を、前述の第
２図ないし第４図の各ｄ図の破線で示すように、
ピーク検波し、このピーク検波電圧が第２比較器
２２の負側入力端に印加され、さらに、直流電流
（＋Ｖ_cc）とアース間に直列接続された第３、第
４抵抗２３，２４により、両抵抗２３，２４の接
続点に、第５図の（Ｖ_D _MIN）で示すように、イ
ンバータ回路の安定発振領域の最小加熱出力に対
応する臨界点より僅かに高い基準電圧が生じるよ
う設定し、この設定値が第２比較器２２の正側入
力端に印加され、第２比較器２２からは時限制御
回路１３の制御信号が出力される。そして、時限制御回路１３において、第１およ
び第２比較器１７，２２の両出力信号が時限制御
回路１３のノア回路２５の両入力端に入力され、
ノア回路２５の出力がベースバイアス用の第５、
第６抵抗２６，２７を介してPNPおよびNPNの
第１および第２トランジスタ２８，２９のベース
にそれぞれ印加されることにより、第１または第
２トランジスタ２８，２９のいずれかがオンす
る。この両トランジスタ２８，２９のオン状態に
依存して第３比較器３０の正側入力端とアース間
に接続されている充放電用の第２コンデン治３１
の両端電圧が変化し、また、充電回路を構成する
第７抵抗３２と第３コンデンサ３３との接続点が
第３比較器３０の負側入力端に接続され、第３比
較器３０は、第２コンデンサ３の出力電圧を基準
入力として、これと第３コンデンサ３３の出力電
圧とを比較し、制御端電圧制御回路１５にスイツ
チング素子１のオン時間を制御するオン時間制御
信号を出力する。このオン時間制御信号は、次表
に示すような真理値をとる。

【表】すなわち、共振用コンデンサ６の出力電圧が零
になつた時に、出力端零電圧検出回路１４から送
出された検出信号が、時限制御回路１３の第４コ
ンデンサ３４および第９抵抗３５からなる微分回
路に加わると、検出信号の立上り時に微分回路か
ら正のパルスが発生して第３トランジスタ３６が
オン状態となり、第３コンデンサ３３の出力電圧
が零Ｖにリセツトされ、第３比較器３０からオン
時間制御信号が出力され、スイツチング素子１が
オンの状態を保持する期間は、第２比較器２２の
出力がローレベルであるとすれば、第１比較器１
７に加わる設定入力および検出入力により決ま
り、「検出入力＜設定入力」の場合、第２コンデ
ンサ３１の出力電圧が大きくなつて増大し、一
方、「検出入力＞設定入力」の場合は第２コンデ
ンサ３１の出力電圧が大きくなつて減少する。す
なわち、基準信号発生回路１２から入力比較回路
１１へ供給する設定入力信号を制御することによ
り、加熱出力を任意に調整できる。ところで、加熱出力を減少させると、ダイオー
ド５の電流が減少していき、やがて、比較検出回
路１６の第１比較器２２から出力される制御信号
がハイレベルになると、この制御信号がノア回路
２５に入力されるから、第１比較器１７の出力信
号に無関係にノア回路２５の出力信号がローレベ
ルとなり、スイツチング素子１のオン時間を長く
するよう動作して加熱出力が増大し、インバータ
回路の発振が停止するのを防止する。以上のように、この発明の誘導加熱装置による
と、半導体スイツチング素子の入力端および出力
端間にダイオードを並列接続するとともに、スイ
ツチング素子の入力端、出力端を加熱コイルおよ
びコンデンサを介して直流電源に接続してインバ
ータ回路を構成し、スイツチング素子のオン時間
を制御する信号を出力する時限制御回路と、ダイ
オードの電流を検出する電流検出器と、電流検出
器の検出値と設定値とを比較して制御信号を出力
する比較検出回路とを設け、比較検出回路の制御
信号により時限制御回路の出力信号を制御し、ス
イツチング素子のオン時間を規制することによ
り、加熱コイルの負荷状態に無関係にダイオード
の電流を、インバータ回路が安定に発振する領域
内に規制するため、共振電圧が常に零点をクロス
するよう動作し、インバータ回路が安定に発振し
得る最小限度まで加熱出力を低下させることがで
き、加熱出力の可変範囲幅を大きくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の誘導加熱装置に使用される
インバータ回路の基本回路図、第２図ないし第４
図は第１図のインバータ回路の各部の動作電流お
よび電圧を示し、同各ａ図はスイツチング素子の
制御端の電流の波形図、同各ｂ図は加熱コイルの
電流の波形図、同各ｃ図はスイツチング素子の入
力端、出力端間電圧の波形図、同各ｄ図は電流検
出器の出力電圧およびそのピーク検波電圧の波形
図、第５図は加熱出力と前記ピーク検波電圧との
関係を示す特性図、第６図はこの発明の誘導加熱
装置の１実施例のブロツク図、第７図は第６図の
入力比較回路、比較検出回路および時限制御回路
の具体例を示す結線図である。１……半導体スイツチング素子、３……加熱コ
イル、４……直流電源、５……ダイオード、６…
…コンデンサ、７……電流検出器、１３……時限
制御回路、１６……比較検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１半導体スイツチング素子の入力端および出力
端間にダイオードを並列接続するとともに、前記
スイツチング素子の入力端、出力端を加熱コイル
およびコンデンサを介して直流電源に接続してイ
ンバータ回路を構成し、前記スイツチング素子の
オン時間を制御する信号を出力する時限制御回路
と、前記ダイオードの電流を検出する電流検出器
と、前記電流検出器の検出値と設定値とを比較し
て制御信号を出力する比較検出回路とを設け、前
記比較検出回路の制御信号により前記時限制御回
路の出力信号を制御し、前記スイツチング素子の
オン時間を規制するようにしたことを特徴とする
誘導加熱装置。