專利名稱：高頻加熱裝置的逆變電源控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及向微波爐這樣的高頻加熱裝置的磁控管供電的逆變電源控制電路。
背景技術：
一般，微波爐這樣的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路對來自交流電源的交流輸出進行全波整流，將其變換為直流輸出，通過逆變器，將基于來自控制微波爐的微型計算機的PWM控制信號的振蕩控制信號，提供給IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)元件這樣的開關元件，由此，將上述直流輸出變換為所需的交流輸出，向微波爐用磁控管供電(比如，JP特開2002-56966號文獻)。
但是，微波爐用磁控管具有在未提供超過規定值的電壓時電流不流動的特性。由此，交流電源的交流輸出的電流波形像圖6B所示的那樣，如果電壓超過規定值，則電流突然開始流動，如果低于規定值，則電流突然停止流動，由此，形成在波形兩側具有急劇上升和下降部分的變形的波形，電源電路的功率因數未提高，另外，在過去，也幾乎未考慮PWM控制信號的變化對功率因數的影響，由此，具有較寬的負荷范圍的電源效率的提高困難的問題。
另外，由于在微波爐中，特別是要求烹飪的迅速性和安全性等，故在微波爐的逆變電源控制電路中要求磁控管輸出的變化的穩定性，并且跟蹤性較高。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，其可自動地改善電源電路的功率因數，跟蹤性、穩定性也可提高。
為了實現上述目的，本發明的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路設置于向高頻加熱裝置的磁控管供給電源的逆變電源電路中，產生上述振蕩控制信號，該逆變電源電路對來自交流電源的交流輸出進行全波整流，將其變換為直流輸出，通過逆變器，將基于PWM控制信號的振蕩控制信號提供給開關元件，由此，將上述直流輸出變換為所需的交流輸出，該逆變電源控制電路包括控制基準電壓設定部，該控制基準電壓設定部輸出用于產生上述振蕩控制信號用的作為基準的基準電壓設定信號，該基準電壓設定信號的電壓對應于PWM控制信號的變化而設定，通過具有該設定的電壓的振蕩控制信號，按照在波形兩側部分產生電流的方式使上述交流輸出的電流波形接近正弦波；輸入波形調整部，該輸入波形調整部按照產生用于產生上述振蕩控制信號的峰值部調整信號的方式，呈正弦波狀調整上述逆變器的輸入波形的峰值部，借助具有該峰值調整信號的振蕩控制信號，通過借助正弦波狀的峰值部調整信號，去除波形峰值部的方式，使上述交流輸出的電流波形接近正弦波；振蕩控制信號發生部，該振蕩控制信號發生部通過由上述基準電壓設定信號和上述峰值部調整信號形成的波形整形信號，與來自振蕩部的三角波信號產生振蕩控制信號，通過包括該基準電壓設定信號和峰值部調整信號的振蕩控制信號，即使在PWM控制信號變化的情況下，仍按照交流電源的交流輸出的電流波形接近正弦波的方式，改善電源電路的功率因數。
按照上述方案，由于在由逆變器振蕩控制電路產生的振蕩控制信號中包含波形整形信號，即使在PWM控制信號的變化下，交流電源的交流輸出的電流波形接近正弦波，由此，可自動地改善電源電路的功率因數為一定程度以上，可提高其電源效率，該波形整形信號由對應于PWM控制信號的變化，按照在波形兩側產生電流的方式，使交流電源的交流輸出的電流波形接近正弦波的基準電壓設定信號，與去除電流波形的波形峰值部，接近正弦波的正弦波狀的峰值部調整信號構成。
最好，上述控制基準電壓設定部包括波動發生電路，該波動發生電路使上述PWM控制信號或檢測整流信號中的任意一者產生波動，該檢測整流信號整流變流器的檢測信號，該變流器檢測來自上述交流電源的交流輸出；第1電壓比較器，在該第1電壓比較器中輸入在上述任意一者中產生波動的PWM控制信號和檢測整流信號，對兩個電壓進行比較；積分電路，該積分電路減小時間常數，對上述第1電壓比較器的輸出進行平滑處理。因此，如果在其中一者中產生波動的PWM控制信號和交流輸出的檢測整流信號輸入到第1電壓比較器中，則通過該波動輸出頻率較高的信號，即，按照較短的周期，通過第1電壓比較器進行交流輸出信號的比較，伴隨磁控管輸出的變化的跟蹤性提高，并且通過積分電路對第1電壓比較器的輸出進行平滑處理，實現穩定，減小積分電路的時間常數，由此，還保持跟蹤性，也可提高與磁控管輸出的變化相對應的跟蹤性、穩定性。
最好，還包括積分電路，該積分電路增加時間常數，分別對上述PWM控制信號或檢測整流信號的輸出進行平滑處理，上述波動發生電路設置于這些積分電路中的任意一者中。因此，在可通過波動的產生而提高跟蹤性的同時，由于積分電路的時間常數較大，故可實現平穩起動。
最好，上述輸入波形調整部將高電阻的電阻器和齊納二極管串聯，采用通過高電阻的電阻器降低電流時的齊納二極管的特性，調整向上述逆變器的全波整流輸出的輸入波形。因此，通過齊納二極管，對應于磁控管的特性，將通過高電阻的電阻和齊納二極管對全波整流輸出進行分壓而形成的電壓切割為恒定電壓，并且可通過如果減小通過上述高電阻的電阻而流動的電流則超過上述恒定電壓、產生電壓等的齊納二極管的特性，使切割部分附近接近正弦波，可通過基于該情況的峰值調整信號，使交流電源的交流輸出的電流波形接近正弦波。由此，通過簡單的方案，獲得接近構成峰值調整信號的源的正弦波的輸入波形。
最好，上述振蕩控制信號發生部包括構成差動放大器的第2電壓比較器和第3電壓比較器，在第2電壓比較器中，輸入經過上述逆變器的輸入波形調整的信號和第3電壓比較器的輸出，輸出峰值調整信號，在第3電壓比較器中，輸入來自上述控制基準電壓設定部的基準電壓設定信號和來自第2電壓比較器的峰值調整信號，輸出由基準電壓設定信號和峰值部調整信號形成的波形整形信號。因此，通過簡單的結構，可產生交流電源的交流輸出的電流波形接近正弦波的振蕩控制信號。
根據參照附圖的下述的優選實施例的說明，會更加清楚地理解本發明。但是，實施例和附圖是單純的圖示和說明用的，不應用于確定本發明的范圍。本發明的范圍由所附的權利要求(要求保護的范圍)確定。在附圖中，多個附圖中的同一部件標號表示同一部分。
圖1為表示包括本發明的一個實施例的微波爐的逆變電源控制電路的逆變電源電路的電路圖；圖2A為表示圖1的控制基準電壓設定部的動作波形的圖；圖2B為表示圖1的控制基準電壓設定部的動作波形的圖；圖2C為表示圖1的控制基準電壓設定部的動作波形的圖；圖2D為表示圖1的控制基準電壓設定部的動作波形的圖；圖2E為表示圖1的控制基準電壓設定部的動作波形的圖；圖3A為表示圖1的輸入波形調整部的動作波形的圖；圖3B為表示圖1的輸入波形調整部的動作波形的圖；圖4A為表示圖1的振蕩控制信號發生部的動作波形的圖；圖4B為表示圖1的振蕩控制信號發生部的動作波形的圖；圖4C為表示圖1的振蕩控制信號發生部的動作波形的圖；圖4D為表示圖1的振蕩控制信號發生部的動作波形的圖；圖5A為表示圖1的振蕩控制信號發生部的動作波形的圖；圖5B為表示圖1的振蕩控制信號發生部的動作波形的圖；圖5C為表示圖1的振蕩控制信號發生部的動作波形的圖；圖6A為表示圖1的交流電源的交流輸出的電流波形的圖；圖6B為表示過去的交流電源的交流輸出的電流波形的圖；具體實施方式
下面根據附圖，對本發明的實施例進行描述。
圖1表示包括本發明的一個實施例的微波爐那樣的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路的逆變電源電路的方框圖。該逆變電源電路包括，比如，交流電源1、換流器D1、逆變器2、高頻變壓器3和磁控管驅動部4，通過換流器D1，對來自交流電源1的交流輸出進行全波整流，將其變換為直流輸出，通過逆變器2，將上述直流輸出變換為所需的交流輸出，在高頻變壓器3的初級線圈產生高頻電流，磁控管驅動部4與該高頻變壓器3的次級線圈連接，在該次級線圈中產生倍壓整流電能，通過該磁控管驅動部4向磁控管M供電。在交流電源1和換流器D1之間設置有變流器CT1，該變流器CT1通過電流檢測對應于磁控管輸出的變化而改變的交流電源1的交流輸出。
逆變器2包括比如，控制信號輸出部11，該控制信號輸出部11輸出來自控制微波爐的微型計算機的PWM控制信號；逆變電源控制電路12，該逆變電源控制電路12根據PWM控制信號發生振蕩控制信號，進行逆變電源電路的振蕩控制；IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)元件Q1這樣的開關元件，該開關元件通過將實現該電路的工作和不工作的振蕩控制信號通過IGBT驅動部13輸入到柵極，產生高頻電流。在換流器D1和IGBT元件Q1之間設置平滑電抗器L1、電容器C1、C2。
上述逆變電源控制電路12對應于PWM控制信號的變化，產生按照交流電源1的交流輸出的電流波形接近正弦波的方式改善電源電路的功率因數的振蕩控制信號，其包括控制基準電壓設定部21、輸入波形調整部22和振蕩控制信號形成部23。
上述控制基準電壓設定部21輸出上述振蕩控制信號用的作為基準的基準電壓設定信號α，該基準電壓設定信號α的電壓對應于PWM控制信號而設定，通過具有已設定的電壓的振蕩控制信號，按照在波形兩側從磁控管的特性方面電流不流動的部分產生電流的方式使上述交流輸出的電流波形接近正弦波。
像圖1那樣，上述控制基準電壓設定部21包括比如，對來自控制信號輸出部11的PWM控制信號進行平滑處理的積分電路26，該積分電路26由串聯的電阻器R1和電容器C3，與和它們并聯的電阻器R2構成。另外，還設置與積分電路26相同的積分電路(圖中未示出)，后者對通過對來自變流器CT1的檢測電流進行整流處理而形成的檢測整流信號進行平滑處理。這些積分電路考慮平穩起動，使其時間常數增加。在對上述PWM控制信號進行平滑處理的積分電路26中，比如，設置有波動發生電路27，在波動發生電路27中，串聯的電容器C4和電阻R3、與電阻器R4并聯，在PWM控制信號中產生波動。另外，在本實例中，雖然在PWM控制信號中產生波動，但是，該波動可產生于PWM控制信號或檢測整流信號中的任何一者中，也可在對來自變流器CT1的檢測整流信號進行平滑處理的積分電路中設置波動發生電路，在檢測整流信號中產生波動。
此外，上述控制基準電壓設定部21包括第1電壓比較器(OP放大器)41和積分電路28，在該第1電壓比較器41中輸入形成波動的PWM控制信號和檢測整流信號，對兩個電壓進行比較，該積分電路28對該第1OP放大器41的輸出進行平滑處理。從積分電路28輸出產生振蕩控制信號的基準電壓設定信號α。積分電路28由分壓電阻器R6、R7和電容器C5構成，該分壓電阻器R6、R7通過電阻器R5串聯于Vcc和地之間，該電容器C5在分壓電阻器R6、R7的連接點和地之間與電阻器R7并聯，考慮跟蹤性，使其時間常數較小。
通過在上述PWM控制信號中產生波動，從第1OP放大器41穩定地輸出頻率較高的信號，即，按照較短的周期，通過第1OP放大器41，進行交流輸出信號的比較，因此，其比較頻率變高，可提高相對磁控管輸出的變化的跟蹤性、穩定性。第1OP放大器41的輸出通過積分電路28而進行平滑處理，實現穩定，減小積分電路28的時間常數，由此，還保持跟蹤性，另外，可提高對應于磁控管輸出的變化的跟蹤性、穩定性。另外，可在積分電路26內通過產生波動保持跟蹤性，同時增加其時間常數，由此可實現平穩起動。
上述輸入波形調整部22按照發生用于發生上述振蕩信號的峰值部調整信號β的方式，呈正弦波狀調整上述逆變器2的輸入波形，比如，逆變器2的全波整流輸出的輸入波形的峰值部，借助具有該峰值部調整信號β的振蕩控制信號，通過借助正弦波狀的峰值部調整信號β去除上述交流輸出的電流波形的波形峰值部的方式，使上述交流輸出的電流波形接近正弦波。
像圖1所示的那樣，上述輸入波形調整部22比如，將高電阻(比如，數十kΩ)的電阻器R8和齊納二極管ZD1串聯，對應于磁控管的特性，將通過該電阻器R8和齊納二極管ZD1對全波整流輸出進行分壓而形成的電壓，以齊納二極管ZD1切割為恒定電壓(頂側削減)，并且減小高電阻的電阻R8流動的電流，此時，根據因超過上述一定電壓而產生電壓等的齊納二極管ZD1的特性，將切割部分附近接近正弦波。通過基于該情況的峰值調整信號，可使交流輸出的電流波形接近正弦波。由此，可通過高電阻的電阻R8和齊納二極管ZD1的簡單的組合，以較低的成本實現輸入波形調整部22。
上述振蕩控制信號發生部23通過由上述基準電壓設定信號α和上述峰值部調整信號β形成的波形整形信號，與來自振蕩部24的三角波信號產生振蕩控制信號，通過包括該基準電壓設定信號α和峰值部調整信號β的振蕩控制信號，對應于PWM控制信號的變化，按照使交流電源1的交流輸出的電流波形接近正弦波的方式改善電源電路的功率因數。
像圖1所示的那樣，上述振蕩控制信號發生部23比如，包括構成差動放大器的第2電壓比較器(OP放大器)42和第3電壓比較器(OP放大器)43。在第2OP放大器42中，輸入通過上述輸入波形調整部22對全波整流輸出的輸入波形進行了調整的信號和第3OP放大器43的輸出，輸出峰值調整信號β，在第3OP放大器43中，輸入來自上述控制基準電壓設定部21的基準電壓設定信號α和來自第2OP放大器42的峰值調整信號β，輸出由產生振蕩控制信號的基準電壓設定信號α和峰值調整信號β形成的波形整形信號。
上述第2OP放大器42的正相(+)輸入端子，與上述輸入波形調整部22的電阻器R8和齊納二極管ZD1的連接點連接，第3OP放大器43的正相輸入端子和上述積分電路28的輸出端連接。第3OP放大器43的反相(-)輸入端子，與電阻R9、R10的連接點連接，在第3OP放大器的輸出端子和第2OP放大器42的反相輸入端子之間連接電阻器R11，在第2OP放大器42的輸出端子和相反輸入端子之間連接電阻R12。
在第4電壓比較器(OP放大器)44的反相輸入端子中，比如，輸入來自同步形三角波振蕩部這樣的振蕩部24的三形角波信號，在正相輸入端子中輸入由上述振蕩控制信號發生部23的基準電壓設定信號α和峰值調整信號β形成的信號，通過IGBT驅動部13，向IGBT元件Q1的柵極輸出振蕩控制信號。
根據圖2～圖6，對上述結構的逆變電源控制電路12的動作進行描述。
圖2表示控制基準電壓設定部21的動作。圖2A的方形波的PWM控制信號輸入到包括波動發生電路27的積分電路26中，像圖2B那樣，按照一定狀態受到平滑處理，并且產生波動。一方面，來自對應于磁控管輸出的變化而改變的變流器CT1的檢測整流信號也通過積分電路，像圖2C那樣受到平滑處理。如果在第1OP放大器41中輸入兩個信號，則像圖2D那樣，頻率較高的信號穩定地輸出。像這樣，通過第1OP放大器41，波動產生造成的頻率較高的信號穩定地輸出，按照較短的周期，對交流輸出信號的變化進行比較，可提高相對磁控管輸出的變化的跟蹤性、穩定性。
圖2D的輸出通過積分電路28而受到平滑處理，實現穩定，獲得圖2E的基準電壓設定信號α。因減小積分電路28的時間常數，在保持上述跟蹤性的狀態，在通過PWM控制信號輸出功率較大時，該基準電壓設定信號α的電壓增加，在通過PWM控制信號輸出功率較小時，基準電壓設定信號α的電壓變低。
圖3表示輸入波形調整部22的動作。圖3A表示全波整流輸出的電壓波形，圖3B為其調整波形。圖3A的全波整流輸出的電壓波形像圖3B那樣，通過齊納二極管ZD1，對應于磁控管的特性切割為恒定電壓(頂側削減)，并且通過高電阻的電阻器R8減小電流，此時，通過超過上述一定電壓而產生電壓等的齊納二極管ZD1的特性，切割部分附近接近正弦波。
圖4和圖5表示振蕩控制信號發生部23的動作。圖4A、B表示第2OP放大器42的輸出，輸出從基準設定電壓信號α中抽出調整了全波整流輸出的電壓波形的信號的波形，圖4A表示通過PWM控制信號輸出功率較大時的凸部低的峰值調整信號β，圖4B表示通過PWM控制信號輸出功率較小時的凸部高的峰值調整信號β。圖4C、D表示第3OP放大器43的輸出，在圖4C中，在通過PWM控制信號輸出功率較大時，提高基準電壓設定信號α的電壓，產生凹部低的波形整形信號，在圖4D中，通過PWM控制信號輸出功率較小時，降低基準設定電壓信號α的電壓，產生凹部高的波形整形信號。通過獲得該波形整形信號，基于該信號的振蕩控制信號對于呈正弦波對交流電源1的交流輸出的電流波形進行整形來說，是控制范圍較寬，容易控制的有效的信號。
圖5A、5B表示針對振蕩控制信號，通過輸入第4OP放大器44中的三角波信號和基準電壓設定信號α的電壓獲得的脈沖寬度，根據PWM控制信號的方形波的寬度，在基準電壓設定信號α的電壓較大時，脈沖寬度W增加，在基準電壓設定信號α的電壓較小時，脈沖寬度W變窄。
圖5C表示交流電源1的交流輸出的電流波形通過已產生的控制振蕩信號呈正弦波整形的狀態。通過振蕩控制信號中包含的基準電壓設定信號α，對應于PWM控制信號的變化，在該電壓上升時，在電流波形兩側的上升部和下降部產生電流，交流電源1的交流輸出的電流波形接近正弦波，通過正弦波狀的峰值部調整信號β，去除電流波形的波形峰值部，接近正弦波。
由此，像圖6A所示的那樣，交流電源1的交流輸出的電流波形對應于PWM控制信號的變化，接近正弦波，可自動地改善微波爐的逆變電源電路的功率因數，可提高其電源效率。
另外，在本實施例中，開關元件采用IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)元件，但是，也可采用微波爐的逆變電源控制電路的振蕩控制的其它元件。
如上所述，參照附圖，對優選實施例進行了描述，但是，如果是本領域的普通技術人員，通過觀看本說明書會在顯然的范圍內容易想到各種變更和修正方案。因此，這樣的變更和修正方案在由后附的權利要求確定的本發明的范圍內解釋。
權利要求
1.一種高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，該控制電路設置于向高頻加熱裝置的磁控管供給電源的逆變電源電路中，產生振蕩控制信號，該逆變電源電路對來自交流電源的交流輸出進行全波整流，將其變換為直流輸出，通過逆變器將基于PWM控制信號的振蕩控制信號提供給開關元件，由此，將上述直流輸出變換為所需的交流輸出，該逆變電源控制電路包括控制基準電壓設定部，該控制基準電壓設定部輸出用于產生上述振蕩控制信號用的作為基準的基準電壓設定信號，該基準電壓設定信號的電壓對應于PWM控制信號的變化而設定，通過具有該設定的電壓的振蕩控制信號，按照在波形兩側部分產生電流的方式使上述交流輸出的電流波形接近正弦波；輸入波形調整部，該輸入波形調整部按照產生用于產生上述振蕩控制信號的峰值部調整信號的方式，呈正弦波狀調整上述逆變器的輸入波形的峰值部，借助具有該峰值調整信號的振蕩控制信號，通過借助正弦波狀的峰值部調整信號去除波形峰值部的方式，使上述交流輸出的電流波形接近正弦波；振蕩控制信號發生部，該振蕩控制信號發生部通過由上述基準電壓設定信號和上述峰值部調整信號形成的波形整形信號，與來自振蕩部的三角波信號產生振蕩控制信號，通過包括該基準電壓設定信號和峰值部調整信號的振蕩控制信號，即使在PWM控制信號變化的情況下，仍按照交流電源的交流輸出的電流波形接近正弦波的方式，改善電源電路的功率因數。
2.根據權利要求1所述的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，其特征在于上述控制基準電壓設定部包括波動發生電路，該波動發生電路使上述PWM控制信號或檢測整流信號中的任意一者產生波動，該檢測整流信號整流變流器的檢測信號，該變流器檢測來自上述交流電源的交流輸出；第1電壓比較器，在該第1電壓比較器中輸入在上述任意一者中產生波動的PWM控制信號和檢測整流信號，對兩個電壓進行比較；積分電路，該積分電路減小時間常數，對上述第1電壓比較器的輸出進行平滑處理。
3.根據權利要求2所述的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，其特征在于其還包括積分電路，該積分電路增加時間常數，分別對上述PWM控制信號或檢測整流信號的輸出進行平滑處理；上述波動發生電路設置于這些積分電路中的任意一者中。
4.根據權利要求1所述的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，其特征在于上述輸入波形調整部將高電阻的電阻器和齊納二極管串聯，采用通過高電阻的電阻器降低電流時的齊納二極管的特性，調整向上述逆變器的全波整流輸出的輸入波形。
5.根據權利要求1所述的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，其特征在于上述振蕩控制信號發生部包括構成差動放大器的第2電壓比較器和第3電壓比較器，在第2電壓比較器中，輸入經過上述逆變器的輸入波形調整的信號和第3電壓比較器的輸出，輸出峰值調整信號，在第3電壓比較器中，輸入來自上述控制基準電壓設定部的基準電壓設定信號和來自第2電壓比較器的峰值調整信號，輸出由基準電壓設定信號和峰值部調整信號形成的波形整形信號。
6.根據權利要求1所述的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，其特征在于上述高頻加熱裝置為微波爐。
7.根據權利要求1所述的高頻加熱裝置的逆變電源控制電路，其特征在于上述開關元件為IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)元件。
全文摘要
在由逆變電源控制電路(12)產生的振蕩控制信號中，包含由基準電壓設定信號和正弦波狀的峰值部調整信號形成的波形整形信號，該基準電壓設定信號對應于PWM控制信號的變化，按照在交流電源(1)的交流輸出的電流波形的兩側產生電流的方式使該交流電源(1)的交流輸出的電流波形接近正弦波，該峰值部調整信號通過去除電流波形的波形峰值部，使其接近正弦波，即使在PWM控制信號變化的情況下，仍可通過使交流電壓的交流輸出的電流波形接近正弦波，自動地改善電源電路的功率因數為一定程度以上，可提高其電源效率。
文檔編號H05B6/66GK1799187SQ200480015028
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月25日 優先權日2003年5月30日
發明者宮崎忍, 仲石雅樹, 增田慎一 申請人:田淵電機株式會社, 夏普株式會社