特許 6178676 インバータ回路の制御回路、この制御回路を備えたインバータ装置、このインバータ装置を備えた誘導加熱装置、および、制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6178676

(24)【登録日】2017年7月21日

(45)【発行日】2017年8月9日

(54)【発明の名称】インバータ回路の制御回路、この制御回路を備えたインバータ装置、このインバータ装置を備えた誘導加熱装置、および、制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20170731BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 E

   H02M7/48 A

【請求項の数】12

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-182153(P2013-182153)

(22)【出願日】2013年9月3日

(65)【公開番号】特開2015-50871(P2015-50871A)

(43)【公開日】2015年3月16日

【審査請求日】2016年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100115369

【弁理士】

【氏名又は名称】仙波 司

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】鷲田 晃暢

(72)【発明者】

【氏名】横田 真郎

【審査官】 北嶋 賢二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３０６６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０３０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４６３０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータ回路に駆動信号を入力して、前記インバータ回路を制御する制御回路であって、
前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号の位相と、他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号の位相との差である位相差を変化させることで、前記インバータ回路の出力を制御し、
前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替える切替手段と、
前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる全停止手段と、
前記一方のアームに配置されているスイッチング素子の温度と、前記他方のアームに配置されているスイッチング素子の温度との温度差を検出する温度差検出手段と、
を備え、
前記全停止手段は、前記温度差が所定値以上になった場合に、信号の出力を停止させ、 前記切替手段は、前記全停止手段によって前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力が停止されている期間の前後で、状態の切り替えを行う、
ことを特徴とする制御回路。

【請求項2】

インバータ回路に駆動信号を入力して、前記インバータ回路を制御する制御回路であって、
前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号の位相と、他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号の位相との差である位相差を変化させることで、前記インバータ回路の出力を制御し、
前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替える切替手段と、
前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる全停止手段と、
前記インバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記全停止手段は、前記出力電流の実効値がゼロになってから、信号の出力を再開させ、
前記切替手段は、前記全停止手段によって前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力が停止されている期間の前後で、状態の切り替えを行う、
ことを特徴とする制御回路。

【請求項3】

前記全停止手段は、使用者による操作に基づいて信号の出力を停止させる、
請求項１または２に記載の制御回路。

【請求項4】

前記全停止手段は、信号の出力開始から所定時間が経過すると、信号の出力を停止させる、
請求項１ないし３のいずれかに記載の制御回路。

【請求項5】

前記全停止手段は、信号の出力停止から第２の所定時間が経過すると、信号の出力を再開させる、
請求項１ないし４のいずれかに記載の制御回路。

【請求項6】

インバータ回路の出力電力に連動する電気的信号の測定値を目標値から減算した偏差に基づく補償値を出力する制御手段と、
前記第１駆動信号を生成する第１駆動信号生成手段と、
前記第２駆動信号を生成する第２駆動信号生成手段と、
をさらに備え、
前記切替手段は、前記補償値を前記第１駆動信号生成手段に入力するか、前記第２駆動信号生成手段に入力するかを切り替え、
前記第１駆動信号生成手段および前記第２駆動信号生成手段は、前記補償値を入力された場合に、前記補償値に応じて位相を遅らせた信号を出力する、
請求項１ないし５のいずれかに記載の制御回路。

【請求項7】

インバータ回路の出力電力に連動する電気的信号の測定値を目標値から減算した偏差に基づく補償値を出力する制御手段と、
前記第１駆動信号を生成する第１駆動信号生成手段と、
前記第２駆動信号を生成する第２駆動信号生成手段と、
を備え、
前記切替手段は、前記補償値に応じた位相差を、位相を進めるか遅らせるかを切り替えて、前記第１駆動信号生成手段に入力し、
前記第１駆動信号生成手段は、入力された位相差だけ位相を進めまたは遅らせた信号を出力する、
請求項１ないし５のいずれかに記載の制御回路。

【請求項8】

インバータ回路の出力電力に連動する電気的信号の測定値を目標値から減算した偏差に基づく補償値を出力する制御手段と、
先行駆動信号を生成する先行駆動信号生成手段と、
前記先行駆動信号より前記補償値に応じて位相を遅らせた追従駆動信号を生成する追従駆動信号生成手段と、
を備え、
前記切替手段は、前記先行駆動信号を前記第１駆動信号として出力し、前記追従駆動信号を前記第２駆動信号として出力する場合と、前記先行駆動信号を前記第２駆動信号として出力し、前記追従駆動信号を前記第１駆動信号として出力する場合とを切り替える、
請求項１ないし５のいずれかに記載の制御回路。

【請求項9】

インバータ回路と、請求項１ないし８のいずれかに記載の制御回路と、
を備えていることを特徴とするインバータ装置。

【請求項10】

直流電源と、請求項９に記載のインバータ装置と、前記インバータ装置から入力される交流電流によって磁界を発生させるコイルと、
を備えていることを特徴とする誘導加熱装置。

【請求項11】

インバータ回路を制御する制御方法であって、
前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号を生成する第１の工程と、
他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号を生成する第２の工程と、
生成された第１駆動信号および第２駆動信号をそれぞれ対応するスイッチング素子に入力する第３の工程と、
前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる第４の工程と、
を備え、
前記第４の工程の前後で、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替え、
前記第４の工程は、前記一方のアームに配置されているスイッチング素子の温度と、前記他方のアームに配置されているスイッチング素子の温度との温度差が所定値以上になった場合に行われる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項12】

インバータ回路を制御する制御方法であって、
前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号を生成する第１の工程と、
他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号を生成する第２の工程と、
生成された第１駆動信号および第２駆動信号をそれぞれ対応するスイッチング素子に入力する第３の工程と、
前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる第４の工程と、
前記インバータ回路の出力電流の実効値がゼロになってから、信号の出力を再開させる第５の工程と、
を備え、
前記第４の工程の前後で、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替える、
ことを特徴とする制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ回路の制御回路、この制御回路を備えたインバータ装置、このインバータ装置を備えた誘導加熱装置、および、制御方法に関し、特に、フェーズシフト制御を利用するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、インバータ装置の制御において、インバータ装置の各スイッチング素子に入力する駆動信号の位相差を変化させることで出力の制御を行うフェーズシフト制御が開発されている。

【0003】

例えば、特許文献１に、フェーズシフト制御を行うインバータ装置を備えたアーク加工用の電源装置が記載されている。フェーズシフト制御では、先行アーム側（位相が進んでいる側）のスイッチング素子に電流が流れる時間が追従アーム側（位相が遅れている側）のスイッチング素子に電流が流れる時間より長くなり、先行アーム側のスイッチング素子の方がより発熱して、スイッチング素子の熱損失に大きな差が生じる。特許文献１に記載の電源装置では、先行アームと追従アームとを交互に切り替えることで、各スイッチング素子に電流が流れる時間を平準化し、熱損失の差を小さくしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−７４２５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の電源装置の場合、各スイッチング素子に入力する駆動信号の波形が複雑になり、デューティ比（ハイレベル期間をパルス周期で割ったもの）が５０％を超える場合があるという問題がある。

【0006】

図１０は、各スイッチング素子に入力される駆動信号の波形を示す図である。Ｐａ１〜Ｐａ４は、各スイッチング素子に入力する駆動信号の波形を示している。

【0007】

同図に示すように、駆動信号のデューティ比が５０％を超える場合がある。一般的に、パルス信号を増幅して駆動信号を出力するドライバは、デューティ比が５０％であることを想定して設計される。すなわち、デューティ比が５０％の場合に問題なく動作し得る最も経済的な設計がなされる。しかしながら、同図に示すように、先行アームと追従アームとを切り替える時刻ｔ９の前後において、駆動信号Ｐａ１のハイレベル期間が連続するので、駆動信号Ｐａ１のデューティ比が５０％を超えている。ドライバに入力されるパルス信号（駆動信号と同じ波形の信号）のデューティ比が５０％を超えた場合、ドライバを構成する回路が故障したり、インバータ回路の動作が不安定になる可能性がある。例えば、ドライバがパルストランス方式のゲートドライブ回路の場合、パルストランスが飽和して過電流が流れ、パルストランスの一次巻線が焼損したり、一次巻線に直列接続されたトランジスタが故障してしまう可能性がある。故障に至らない場合でも、パルストランスの二次巻線に正常な駆動パルスが生成されないため、インバータ回路の動作が不安定になったり、故障したりする可能性がある。また、ドライバがフォトカプラ方式のゲートドライブ回路の場合、フォトカプラや一部の抵抗、トランジスタの使用率が上昇して、温度過昇により故障する可能性がある。故障に至らない場合でも、フォトカプラの寿命が設計値より短くなり、機器に必要な寿命を満足できない可能性がある。

【0008】

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、先行アームと追従アームとを交互に切り替える場合でも、ドライバに入力するパルス信号のデューティ比が所定値（例えば、５０％）を超えない、インバータ回路の制御回路を提供することをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0010】

本発明の第１の側面によって提供される制御回路は、インバータ回路に駆動信号を入力して、前記インバータ回路を制御する制御回路であって、前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号の位相と、他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号の位相との差である位相差を変化させることで、前記インバータ回路の出力を制御し、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替える切替手段と、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる全停止手段と、前記一方のアームに配置されているスイッチング素子の温度と、前記他方のアームに配置されているスイッチング素子の温度との温度差を検出する温度差検出手段とを備え、前記全停止手段は、前記温度差が所定値以上になった場合に、信号の出力を停止させ、前記切替手段は、前記全停止手段によって前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力が停止されている期間の前後で、状態の切り替えを行うことを特徴とする。本発明の第２の側面によって提供される制御回路は、インバータ回路に駆動信号を入力して、前記インバータ回路を制御する制御回路であって、前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号の位相と、他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号の位相との差である位相差を変化させることで、前記インバータ回路の出力を制御し、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替える切替手段と、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる全停止手段と、前記インバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段とを備え、前記全停止手段は、前記出力電流の実効値がゼロになってから、信号の出力を再開させ、前記切替手段は、前記全停止手段によって前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力が停止されている期間の前後で、状態の切り替えを行うことを特徴とする。

【0011】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記全停止手段は、使用者による操作に基づいて信号の出力を停止させる。

【0012】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記全停止手段は、信号の出力開始から所定時間が経過すると、信号の出力を停止させる。

【0014】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記全停止手段は、信号の出力停止から第２の所定時間が経過すると、信号の出力を再開させる。

【0016】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、インバータ回路の出力電力に連動する電気的信号の測定値を目標値から減算した偏差に基づく補償値を出力する制御手段と、前記第１駆動信号を生成する第１駆動信号生成手段と、前記第２駆動信号を生成する第２駆動信号生成手段とをさらに備え、前記切替手段は、前記補償値を前記第１駆動信号生成手段に入力するか、前記第２駆動信号生成手段に入力するかを切り替え、前記第１駆動信号生成手段および前記第２駆動信号生成手段は、前記補償値を入力された場合に、前記補償値に応じて位相を遅らせた信号を出力する。

【0017】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、インバータ回路の出力電力に連動する電気的信号の測定値を目標値から減算した偏差に基づく補償値を出力する制御手段と、前記第１駆動信号を生成する第１駆動信号生成手段と、前記第２駆動信号を生成する第２駆動信号生成手段とを備え、前記切替手段は、前記補償値に応じた位相差を、位相を進めるか遅らせるかを切り替えて、前記第１駆動信号生成手段に入力し、前記第１駆動信号生成手段は、入力された位相差だけ位相を進めまたは遅らせた信号を出力する。

【0018】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、インバータ回路の出力電力に連動する電気的信号の測定値を目標値から減算した偏差に基づく補償値を出力する制御手段と、先行駆動信号を生成する先行駆動信号生成手段と、前記先行駆動信号より前記補償値に応じて位相を遅らせた追従駆動信号を生成する追従駆動信号生成手段とを備え、前記切替手段は、前記先行駆動信号を前記第１駆動信号として出力し、前記追従駆動信号を前記第２駆動信号として出力する場合と、前記先行駆動信号を前記第２駆動信号として出力し、前記追従駆動信号を前記第１駆動信号として出力する場合とを切り替える。

【0019】

本発明の第３の側面によって提供されるインバータ装置は、インバータ回路と、本発明の第１または第２の側面によって提供される制御回路とを備えていることを特徴とする。

【0020】

本発明の第４の側面によって提供される誘導加熱装置は、直流電源と、本発明の第３の側面によって提供されるインバータ装置と、前記インバータ装置から入力される交流電流によって磁界を発生させるコイルとを備えていることを特徴とする。

【0021】

本発明の第５の側面によって提供される制御方法は、インバータ回路を制御する制御方法であって、前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号を生成する第１の工程と、他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号を生成する第２の工程と、生成された第１駆動信号および第２駆動信号をそれぞれ対応するスイッチング素子に入力する第３の工程と、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる第４の工程とを備え、前記第４の工程の前後で、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替え、前記第４の工程は、前記一方のアームに配置されているスイッチング素子の温度と、前記他方のアームに配置されているスイッチング素子の温度との温度差が所定値以上になった場合に行われることを特徴とする。本発明の第６の側面によって提供される制御方法は、インバータ回路を制御する制御方法であって、前記インバータ回路の一方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第１駆動信号を生成する第１の工程と、他方のアームに配置されているスイッチング素子に入力する第２駆動信号を生成する第２の工程と、生成された第１駆動信号および第２駆動信号をそれぞれ対応するスイッチング素子に入力する第３の工程と、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の出力を停止させる第４の工程と、前記インバータ回路の出力電流の実効値がゼロになってから、信号の出力を再開させる第５の工程とを備え、前記第４の工程の前後で、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より進んだ状態と、前記第１駆動信号の位相が前記第２駆動信号の位相より遅れた状態とを切り替えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

本発明によると、全停止手段による全停止期間が設けられ、切替手段が当該全停止期間の前後で状態の切り替えを行う。各駆動信号の波形は、全停止期間の間ローレベルが継続するが、全停止期間の前および後では、それぞれ駆動信号は変形されない。全停止期間の間ローレベルとなるので、デューティ比が所定値より小さくなる場合はあるが、所定値より大きくなることはない。これにより、デューティ比が所定値を超えることに起因するドライブ回路の故障やインバータ装置の不安定動作を防止することができる。

【0023】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態に係る誘導加熱装置の全体構成を説明するための図である。

【図2】第１実施形態に係る切替部が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。

【図3】第１実施形態に係るパルス信号生成部の他の実施例を説明するための図である。

【図4】第１実施形態に係るパルス信号生成部の他の実施例を説明するための図である。

【図5】第１実施形態に係るパルス信号生成部が生成する各パルス信号の波形を示す図である。

【図6】第２実施形態に係る誘導加熱装置の全体構成を説明するための図である。

【図7】第２実施形態に係る切替部が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。

【図8】第３実施形態に係る誘導加熱装置を説明するための図である。

【図9】第４実施形態に係る誘導加熱装置を説明するための図である。

【図10】従来のフェーズシフト制御を行うインバータ装置の各スイッチング素子に入力される駆動信号の波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る制御回路を誘導加熱装置のインバータ装置に用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。

【0026】

図１は、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａの全体構成を説明するための図である。

【0027】

誘導加熱装置Ａは、直流電源１、インバータ装置、コイル５、および、共振コンデンサ６を備えている。誘導加熱装置Ａは、電磁誘導を利用して加熱対象物Ｂを加熱するものである。

【0028】

直流電源１は、直流電流を出力するものであり、例えば、電力系統から入力される交流電流を整流する整流回路と、平滑する平滑コンデンサとを備えている。なお、直流電源１は、交流電流を直流電流に変換して出力するものに限られず、例えば、燃料電池、蓄電池、太陽電池などの直流電流を出力するものであってもよい。

【0029】

インバータ装置は、直流電源１から入力される直流電流を高周波電流に変換して、コイル５に出力するものである。インバータ装置は、インバータ回路２と制御回路７とを備えており、以下では「インバータ装置８」と記載する。インバータ装置８の詳細については、後述する。

【0030】

コイル５は、磁界を発生させるためのものであり、導体線を螺線状に巻いたものである。本実施形態では、誘導加熱装置Ａを加熱調理用のものとして、コイル５の上部に鍋などを配置するので、コイル５を平面的に螺線状に巻いた渦巻形状としているが、これに限られない。コイル５の形状は、加熱対象物Ｂの形状や配置の状態に応じたものとすればよい。例えば、コイル５を円筒形状に巻いたいわゆるコイル形状として、その中央に加熱対象物Ｂを配置するようにしてもよい。コイル５は、インバータ装置８から入力される高周波電流が流れることで磁界を変化させる。そして、この磁界に配置された例えば鍋などの加熱対象物Ｂに、渦電流が発生する。加熱対象物Ｂには、渦電流が流れることで電気抵抗によるジュール熱が発生し、自己発熱によって加熱対象物Ｂは加熱される。

【0031】

共振コンデンサ６は、コイル５によるインピーダンスを打ち消すためのものであり、コイル５に直列接続されることで直列共振回路を構成している。

【0032】

コイル５と加熱対象物Ｂとは磁気結合しているので、コイル５、共振コンデンサ６および加熱対象物Ｂをまとめて、インバータ装置８に接続された負荷と考えることができる。つまり、誘導加熱装置Ａは、直流電源１が出力する直流電流をインバータ装置８が交流電流に変換して、負荷に供給するものである。インバータ装置８は、負荷に供給する電力を制御することができる。本実施形態では、インバータ装置８は、フェーズシフト制御により出力電力を制御する。

【0033】

インバータ装置８は、単相フルブリッジ型のインバータ回路２と制御回路７とを備えている。インバータ回路２は、４個のスイッチング素子２ａ〜２ｄ、フライホイールダイオード３ａ〜３ｄ、および、スナバコンデンサ４ａ〜４ｄを備えている。本実施形態では、スイッチング素子２ａ〜２ｄとしてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を使用している。なお、スイッチング素子２ａ〜２ｄはＭＯＳＦＥＴに限定されず、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）などであってもよい。また、フライホイールダイオード３ａ〜３ｄおよびスナバコンデンサ４ａ〜４ｄの種類も限定されない。

【0034】

スイッチング素子２ａと２ｂとは、スイッチング素子２ａのソース端子とスイッチング素子２ｂのドレイン端子とが接続されて、直列接続されている。スイッチング素子２ａのドレイン端子は直流電源１の正極側に接続され、スイッチング素子２ｂのソース端子は直流電源１の負極側に接続されて、ブリッジ構造を形成している。同様に、スイッチング素子２ｃと２ｄとが直列接続されてブリッジ構造を形成している。スイッチング素子２ａと２ｂで形成されているブリッジ構造を第１アームとし、スイッチング素子２ｃと２ｄで形成されているブリッジ構造を第２アームとする。第１アームのスイッチング素子２ａと２ｂとの接続点には出力ラインが接続され、第２アームのスイッチング素子２ｃと２ｄとの接続点にも出力ラインが接続されている。これら２つの出力ラインの間に、コイル５と共振コンデンサ６とが直列接続されている。各スイッチング素子２ａ〜２ｄのゲート端子には、制御回路７から出力される駆動信号Ｐａ’〜Ｐｄ’（後述）が入力される。

【0035】

各スイッチング素子２ａ〜２ｄは、それぞれ駆動信号Ｐａ’〜Ｐｄ’に基づいて、オン状態とオフ状態とを切り替えられる。各アームの両端はそれぞれ直流電源１の正極と負極とに接続されているので、正極側のスイッチング素子がオン状態で負極側のスイッチング素子がオフ状態の場合、当該アームの出力ラインの電位は直流電源１の正極側の電位となる。一方、正極側のスイッチング素子がオフ状態で負極側のスイッチング素子がオン状態の場合、当該アームの出力ラインの電位は直流電源１の負極側の電位となる。これにより、直流電源１の正極側の電位と負極側の電位とが切り替えられたパルス状の電圧信号が各出力ラインから出力され、２つの出力ライン間の電圧である線間電圧が交流電圧となる。

【0036】

フライホイールダイオード３ａ〜３ｄは、スイッチング素子２ａ〜２ｄのドレイン端子とソース端子との間に、それぞれ逆並列に接続されている。すなわち、フライホイールダイオード３ａ〜３ｄのアノード端子はそれぞれスイッチング素子２ａ〜２ｄのソース端子に接続され、フライホイールダイオード３ａ〜３ｄのカソード端子はそれぞれスイッチング素子２ａ〜２ｄのドレイン端子に接続されている。フライホイールダイオード３ａ〜３ｄは、それぞれスイッチング素子２ａ〜２ｄの切り替えによって発生する逆起電力による逆方向の高い電圧がスイッチング素子２ａ〜２ｄに印加されないようにするためのものである。

【0037】

スナバコンデンサ４ａ〜４ｄは、スイッチング素子２ａ〜２ｄのドレイン端子とソース端子との間に、それぞれ接続されている。スナバコンデンサ４ａ〜４ｄは、スイッチング素子２ａ〜２ｄの切り替えによってドレイン端子とソース端子との間に印加されるサージ電圧を吸収するものである。なお、スナバコンデンサ４ａ〜４ｄにそれぞれ抵抗を直列接続してスナバ回路としてもよい。

【0038】

なお、フライホイールダイオード３ａ〜３ｄおよびスナバコンデンサ４ａ〜４ｄは、いずれか一方のみを備えるようにしてもよいし、いずれも備えないようにしてもよい。

【0039】

制御回路７は、インバータ回路２の制御を行うものであり、直流電源１に入力される交流電力が目標電力になるように制御することで、インバータ回路２の出力電力を制御する。制御回路７は、フェーズシフト制御によってインバータ回路２の制御を行う。すなわち、一方のアームのスイッチング素子（例えば２ｃ（２ｄ））に出力する駆動信号の位相を他方のアームのスイッチング素子（例えば、２ａ（２ｂ））に出力する駆動信号の位相より遅らせるが、この位相差を変化させることで、出力電力の制御を行う。また、制御回路７は、位相を遅らせる側のアーム（追従アーム）を切り替える機能を有する。すなわち、第２アームのスイッチング素子２ｃ（２ｄ）に出力する駆動信号の位相を第１アームのスイッチング素子２ａ（２ｂ）に出力する駆動信号の位相より遅らせる状態（第２アームが追従アームで第１アームが先行アームである状態）と、第１アームのスイッチング素子２ａ（２ｂ）に出力する駆動信号の位相を第２アームのスイッチング素子２ｃ（２ｄ）に出力する駆動信号の位相より遅らせる状態（第１アームが追従アームで第２アームが先行アームである状態）とを切り替える。さらに、制御回路７は、先行アームと追従アームとを切り替える前に、すべての駆動信号をローレベルにする全停止期間を設ける。制御回路７は、電力算出部７１、電力設定部７２、パルス信号生成部７３、および、ドライバ７４を備えている。

【0040】

電力算出部７１は、電力系統から直流電源１に入力される交流電力の電力値を算出するものである。図１においては図示されていないが、直流電源１には電力系統と整流回路との間に電流センサおよび電圧センサが設けられている。当該電流センサは、電力系統から直流電源１に入力される交流電流を検出して、電流信号Ｉを電力算出部７１に出力している。また、当該電圧センサは、電力系統から直流電源１に入力される交流電圧を検出して、電圧信号Ｖを電力算出部７１に出力している。電力算出部７１は、入力される電流信号Ｉおよび電圧信号Ｖから電力値Ｐを算出して、パルス信号生成部７３に出力する。なお、電力算出部７１を直流電源１に設けて、電力値Ｐを直流電源１から制御回路７に入力するようにしてもよい。

【0041】

電力設定部７２は、電力値Ｐの目標値Ｐ^*を設定するものであり、設定された目標値Ｐ^*をパルス信号生成部７３に出力する。電力設定部７２は、図示しない操作手段の操作に応じて、目標値Ｐ^*を設定する。操作手段は、例えば、つまみの回転により火力を変化させるものであり、一方方向（例えば反時計回り）につまみを回転させると目標値Ｐ^*が大きい値に設定され、他方方向（例えば時計回り）につまみを回転させると目標値Ｐ^*が小さい値に設定される。

【0042】

パルス信号生成部７３は、パルス信号Ｐａ〜Ｐｄを生成するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。パルス信号生成部７３は、電力算出部７１から入力される電力値Ｐと、電力設定部７２から入力される目標値Ｐ^*とに基づいてパルス信号Ｐａ〜Ｐｄを生成し、ドライバ７４に出力する。パルス信号生成部７３は、電力制御部７３１、タイマ部７３２、切替部７３３、第１パルス信号生成部７３４、および、第２パルス信号生成部７３５を備えている。

【0043】

電力制御部７３１は、インバータ回路２に入力される電力の制御を行うためのものである。電力制御部７３１は、電力算出部７１より出力される電力値Ｐと、電力設定部７２より出力される目標値Ｐ^*との電力偏差ΔＰ（＝Ｐ^*−Ｐ）を入力されて、当該電力偏差ΔＰをゼロにするための電力補償値Ｘを切替部７３３に出力する。電力制御部７３１は、例えば、ＰＩ制御を行っている。

【0044】

タイマ部７３２は、すべての駆動信号をローレベルにする全停止期間を設けるためのタイマ信号を生成するものである。タイマ信号は、所定時間（例えば数時間）のローレベル期間と別の所定時間（例えば、数百ミリ秒）のハイレベル期間とを繰り返すパルス信号である。本実施形態では、当該ハイレベル期間を全停止期間としている（後述する図５の時刻ｔ１〜ｔ２参照）。なお、ローレベル期間とハイレベル期間の長さは限定されない。ローレベル期間は、先行アームと追従アームとを切り替えなくても問題にならない時間が設定される。また、ハイレベル期間は、インバータ回路２のスイッチングが停止してから振動電流が減衰して、出力電流の実効値がゼロになる時間が設定される。また、タイマ信号は、先行アームと追従アームとを切り替えるタイミング信号でもある。タイマ部７３２は、生成したタイマ信号を切替部７３３に出力する。

【0045】

切替部７３３は、電力制御部７３１より入力される電力補償値Ｘの出力先を切り替えるものである。切替部７３３は、タイマ部７３２から入力されるタイマ信号に基づいて、第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５に出力する信号を切り替える。すなわち、切替部７３３は、タイマ信号がローレベルの間（タイマＯＦＦ）、第１パルス信号生成部７３４または第２パルス信号生成部７３５のいずれか一方に電力補償値Ｘを出力し、タイマ信号がハイレベルの間（タイマＯＮ）、第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５に全停止信号を出力する。また、切替部７３３は、タイマ信号がハイレベルからローレベルに切り替わるときに、電力補償値Ｘを出力する先を、第１パルス信号生成部７３４と第２パルス信号生成部７３５との間で切り替える。

【0046】

図２は、切替部７３３が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。当該切替処理は、インバータ装置８の起動時（すなわち、使用者が操作部の操作によりスイッチをオンにしたとき）に実行が開始され、インバータ装置８の停止時（すなわち、使用者が操作部の操作によりスイッチをオフにしたとき）まで継続する。

【0047】

実行が開始されると、まず、電力補償値Ｘを出力する先の切り替えが行われる（Ｓ１）。次に、電力制御部７３１より入力される電力補償値Ｘが、第１パルス信号生成部７３４または第２パルス信号生成部７３５に出力され（Ｓ２）、タイマ部７３２より入力されるタイマ信号がローレベル（タイマＯＦＦ）であるか否かが判別される（Ｓ３）。ローレベルの場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２とＳ３とが繰り返される。すなわち、タイマ信号がローレベルを継続している間（ハイレベルになるまで）、電力補償値Ｘの出力が継続する。

【0048】

タイマ信号がハイレベルになった場合（Ｓ３：ＮＯ）、第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５に全停止信号が出力され（Ｓ４）、タイマ部７３２より入力されるタイマ信号がハイレベル（タイマＯＮ）であるか否かが判別される（Ｓ５）。ハイレベルの場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ステップＳ４に戻り、ステップＳ４とＳ５とが繰り返される。すなわち、タイマ信号がハイレベルを継続している間（ローレベルになるまで）、全停止信号の出力が継続する。タイマ信号がローレベルになった場合（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ１に戻って、電力補償値Ｘを出力する先の切り替えが行われる（Ｓ１）。なお、切替部７３３が行う切替処理は、上述したものに限定されない。

【0049】

第１パルス信号生成部７３４は、第１アームのスイッチング素子２ａおよび２ｂに入力される駆動信号Ｐａ’およびＰｂ’の元になるパルス信号ＰａおよびＰｂを生成して、ドライバ７４に出力する。第１パルス信号生成部７３４は、切替部７３３から電力補償値Ｘおよび全停止信号が入力されていない期間、所定の周期でデューティ比が５０％であるパルス信号Ｐａを生成して出力する。また、切替部７３３から電力補償値Ｘが入力されている期間、電力補償値Ｘに応じてパルス信号Ｐａの位相を遅らせて出力する。また、第１パルス信号生成部７３４は、これらの期間、パルス信号Ｐａを反転させた信号をパルス信号Ｐｂとして出力する。一方、切替部７３３から全停止信号が入力されている期間は、パルス信号ＰａおよびＰｂをローレベル信号として出力する。

【0050】

第２パルス信号生成部７３５は、第２アームのスイッチング素子２ｃおよび２ｄに入力される駆動信号Ｐｃ’およびＰｄ’の元になるパルス信号ＰｃおよびＰｄを生成して、ドライバ７４に出力する。第２パルス信号生成部７３５は、切替部７３３から電力補償値Ｘおよび全停止信号が入力されていない期間、所定の周期でデューティ比が５０％であるパルス信号Ｐｃを生成して出力する。また、切替部７３３から電力補償値Ｘが入力されている期間、電力補償値Ｘに応じてパルス信号Ｐｃの位相を遅らせて出力する。また、第２パルス信号生成部７３５は、これらの期間、パルス信号Ｐｃを反転させた信号をパルス信号Ｐｄとして出力する。一方、切替部７３３から全停止信号が入力されている期間は、パルス信号ＰｃおよびＰｄをローレベル信号として出力する。

【0051】

インバータ装置８の起動時には、パルス信号ＰａおよびＰｃ（ＰｂおよびＰｄ）の位相は一致している。操作部の操作により、電力設定部７２が目標値Ｐ^*をゼロから大きくすることにより、第１パルス信号生成部７３４または第２パルス信号生成部７３５がパルス信号の位相を遅らせることで、インバータ回路２から電力が出力される。

【0052】

例えば、電力補償値Ｘが第１パルス信号生成部７３４に入力されている場合、第１パルス信号生成部７３４が出力するパルス信号Ｐａ（Ｐｂ）は、第２パルス信号生成部７３５が出力するパルス信号Ｐｃ（Ｐｄ）より、位相を遅らせて出力される。これにより、第２アームが先行アームで、第１アームが追従アームになる。逆に、電力補償値Ｘが第２パルス信号生成部７３５に入力されている場合、第２パルス信号生成部７３５が出力するパルス信号Ｐｃ（Ｐｄ）は、第１パルス信号生成部７３４が出力するパルス信号Ｐａ（Ｐｂ）より、位相を遅らせて出力される。これにより、第１アームが先行アームで、第２アームが追従アームになる。

【0053】

また、全停止信号が第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５に入力されている場合、パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄはすべてローレベル信号になる。そして、全停止信号の入力が終了したとき（タイマ信号がハイレベルからローレベルに切り替わるとき）、電力補償値Ｘの出力先が切り替わり、先行アームと追従アームとが切り替わる。

【0054】

なお、パルス信号生成部７３によるパルス信号の生成方法は、上述したものに限られない。電力制御部７３１より出力される電力補償値Ｘに応じて、パルス信号Ｐａ，Ｐｂまたはパルス信号Ｐｃ，Ｐｄの位相を遅らせることができ、全停止期間（パルス信号Ｐａ,Ｐｂ,Ｐｃ,Ｐｄをいずれもローレベルとする期間）を挟んで、パルス信号Ｐａ，Ｐｂの位相を遅らせた状態と、パルス信号Ｐｃ，Ｐｄの位相を遅らせた状態とを切り替えることができればよい。

【0055】

図３および図４は、パルス信号生成部の他の実施例を説明するための図である。

【0056】

図３（ａ）に示すパルス信号生成部７３’は、第２パルス信号生成部７３５が生成するパルス信号ＰｃおよびＰｄの位相を固定しておき、第１パルス信号生成部７３４が生成するパルス信号Ｐａ（Ｐｂ）の位相をパルス信号Ｐｃ（Ｐｄ）の位相より進めるか遅らせるかを切り替えることで、先行アームと追従アームとを切り替えるようにしたものである。

【0057】

切替部７３３’は、電力制御部７３１より入力される電力補償値Ｘに応じた位相差θを算出し、位相差θをそのままか負の値にして、第１パルス信号生成部７３４に出力する。第１パルス信号生成部７３４は、切替部７３３’から入力される位相差θが正の値の場合、パルス信号ＰａおよびＰｂの位相を位相差θだけ進めて出力し、位相差θが負の値の場合、パルス信号ＰａおよびＰｂの位相を位相差｜θ｜だけ遅らせて出力する。第２パルス信号生成部７３５が生成するパルス信号ＰｃおよびＰｄの位相は固定されているので、位相差θが正の値の場合、第１アームが先行アームで第２アームが追従アームになる。また、位相差θが負の値の場合、第２アームが先行アームで第１アームが追従アームになる。

【0058】

第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５は、タイマ部７３２が出力するタイマ信号がハイレベルの間、出力するパルス信号をすべてローレベル信号にする。また、切替部７３３’は、タイマ信号がハイレベルからローレベルに切り替わるときに、位相差θをそのまま出力するか、負の値にして出力するかを切り替える。

【0059】

図３（ｂ）は、切替部７３３’が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと共通するステップは同じステップ番号としている。

【0060】

実行が開始されると、まず、位相差θの符号が切り替えられる（Ｓ１’）。次に、位相差θが、第１パルス信号生成部７３４に出力され（Ｓ２’）、タイマ部７３２より入力されるタイマ信号がローレベル（タイマＯＦＦ）であるか否かが判別される（Ｓ３）。ローレベルの場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ２’に戻り、ステップＳ２’とＳ３とが繰り返される。すなわち、タイマ信号がローレベルを継続している間（ハイレベルになるまで）、位相差θの出力が継続する。

【0061】

タイマ信号がハイレベルになった場合（Ｓ３：ＮＯ）、タイマ部７３２より入力されるタイマ信号がハイレベル（タイマＯＮ）であるか否かが判別される（Ｓ５）。ハイレベルの場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５の判別が繰り返される。この間、すなわち、タイマ信号がハイレベルを継続している間（ローレベルになるまで）、第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５は、タイマ部７３２から入力されるタイマ信号に基づいて、出力するパルス信号をすべてローレベル信号にする。タイマ信号がローレベルになった場合（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ１’に戻って、位相差θの符号が切り替えられる（Ｓ１’）。なお、切替部７３３’が行う切替処理は、上述したものに限定されない。

【0062】

図４（ａ）に示すパルス信号生成部７３”は、先行パルス信号と追従パルス信号とを生成して、各パルス信号の出力先を切り替えるようにしたものである。

【0063】

先行パルス信号生成部７３４’は、先行パルス信号を生成する。一方、追従パルス信号生成部７３５’は、電力制御部７３１より入力される電力補償値Ｘに応じて、先行パルス信号より位相を遅らせた追従パルス信号を生成する。切替部７３３”は、タイマ部７３２から入力されるタイマ信号に基づいて、出力する信号を切り替える。すなわち、切替部７３３”は、タイマ信号がローレベルの間、先行パルス信号をパルス信号ＰａおよびＰｂとして出力し、追従信号をパルス信号ＰｃおよびＰｄとして出力する（この場合、第１アームが先行アームで第２アームが追従アームになる）か、先行パルス信号をパルス信号ＰｃおよびＰｄとして出力し、追従信号をパルス信号ＰａおよびＰｂとして出力する（この場合、第２アームが先行アームで第１アームが追従アームになる）。また、タイマ信号がハイレベルの間、パルス信号Ｐａ,Ｐｂ,Ｐｃ,Ｐｄをいずれもローレベル信号として出力する。切替部７３３”は、タイマ信号がハイレベルからローレベルに切り替わるときに、先行パルス信号と追従パルス信号の出力先を切り替える。

【0064】

図４（ｂ）は、切替部７３３”が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと共通するステップは同じステップ番号としている。

【0065】

実行が開始されると、まず、先行パルス信号と追従パルス信号の出力先の切り替えが行われる（Ｓ１”）。次に、先行パルス信号と追従パルス信号が各出力先に出力され（Ｓ２”）、タイマ部７３２より入力されるタイマ信号がローレベル（タイマＯＦＦ）であるか否かが判別される（Ｓ３）。ローレベルの場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ２”に戻り、ステップＳ２”とＳ３とが繰り返される。すなわち、タイマ信号がローレベルを継続している間（ハイレベルになるまで）、先行パルス信号と追従パルス信号の出力が継続する。

【0066】

タイマ信号がハイレベルになった場合（Ｓ３：ＮＯ）、ローレベル信号が出力され（Ｓ４’）、タイマ部７３２より入力されるタイマ信号がハイレベル（タイマＯＮ）であるか否かが判別される（Ｓ５）。ハイレベルの場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ステップＳ４’に戻り、ステップＳ４’とＳ５とが繰り返される。すなわち、タイマ信号がハイレベルを継続している間（ローレベルになるまで）、ローレベル信号の出力が継続する。タイマ信号がローレベルになった場合（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ１”に戻って、先行パルス信号と追従パルス信号の出力先の切り替えが行われる（Ｓ１”）。なお、切替部７３３”が行う切替処理は、上述したものに限定されない。

【0067】

本実施形態では、パルス信号生成部７３をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータをパルス信号生成部７３として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。

【0068】

ドライバ７４は、パルス信号生成部７３から入力されるパルス信号Ｐａ〜Ｐｄを増幅して、各スイッチング素子２ａ〜２ｄを駆動できるレベルの駆動信号Ｐａ’〜Ｐｄ’として出力する。本実施形態では、ドライバ７４を、パルストランス方式のゲートドライブ回路としている。なお、ドライバ７４は、パルストランス方式のゲートドライブ回路に限定されず、フォトカプラ方式などの他の方式のゲートドライブ回路としてもよい。ドライバ７４は、入力されるパルス信号Ｐａ〜Ｐｄのデューティ比が５０％であることを想定して設計される。すなわち、デューティ比が５０％の場合に問題なく動作し得る最も経済的な設計がなされる。なお、スイッチング素子２ａおよび２ｂ（２ｃおよび２ｄ）が瞬間的に両方ともオン状態になってしまうことを防ぐために、駆動信号Ｐａ’〜Ｐｄ’にデッドタイムを設けるようにしてもよい。

【0069】

次に、誘導加熱装置Ａの作用と効果について説明する。

【0070】

誘導加熱装置Ａは、電力算出部７１が算出する電力値Ｐが、電力設定部７２によって設定される目標値Ｐ^*になるようにフィードバック制御される。直流電源１に入力される交流電力が変動して電力値Ｐが目標値Ｐ^*より大きくなった場合や、操作部の操作により目標値Ｐ^*が小さい値に変更された場合、電力偏差ΔＰが負の値になる。この場合、電力制御部７３１から出力される電力補償値Ｘが負の値になり、切替部７３３から電力補償値Ｘを入力された第１パルス信号生成部７３４または第２パルス信号生成部７３５が出力するパルス信号の位相が進んで位相差が小さくなる。これにより、インバータ回路２の出力電力が小さくなって、直流電源１に入力される電力が小さくなり、電力値Ｐが目標値Ｐ^*に一致するようになる。逆に、直流電源１に入力される交流電力が変動して電力値Ｐが目標値Ｐ^*より小さくなった場合や、操作部の操作により目標値Ｐ^*が大きい値に変更された場合、電力偏差ΔＰが正の値になる。この場合、電力制御部７３１から出力される電力補償値Ｘが正の値になり、切替部７３３から電力補償値Ｘを入力された第１パルス信号生成部７３４または第２パルス信号生成部７３５が出力するパルス信号の位相が遅れて位相差が大きくなる。これにより、インバータ回路２の出力電力が大きくなって、直流電源１に入力される電力が大きくなり、電力値Ｐが目標値Ｐ^*に一致するようになる。

【0071】

制御回路７は、全停止期間を設けて、その前後で先行アームと追従アームとを切り替える機能を有する。パルス信号生成部７３の切替部７３３は、タイマ部７３２から入力されるタイマ信号に基づいて、第１パルス信号生成部７３４に電力補償値Ｘを出力する状態と、第２パルス信号生成部７３５に電力補償値Ｘを出力する状態と、第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５に全停止信号を出力する状態とを切り替える。第１パルス信号生成部７３４が電力補償値Ｘを入力されている間、パルス信号Ｐａ（Ｐｂ）の位相がパルス信号Ｐｃ（Ｐｄ）の位相より遅れるので、第１アームが追従アームになり、第２アームが先行アームになる。逆に、第２パルス信号生成部７３５が電力補償値Ｘを入力されている間、パルス信号Ｐｃ（Ｐｄ）の位相がパルス信号Ｐａ（Ｐｂ）の位相より遅れるので、第２アームが追従アームになり、第１アームが先行アームになる。また、第１パルス信号生成部７３４および第２パルス信号生成部７３５は、全停止信号を入力されている間、パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄはすべてローレベル信号になり、インバータ回路２のスイッチング動作が停止された状態になる。

【0072】

図５は、パルス信号生成部７３が生成する各パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの波形を示す図である。

【0073】

時刻ｔ１までの期間、タイマ信号はローレベルになっている。この期間において、電力補償値Ｘが第２パルス信号生成部７３５に出力され、パルス信号Ｐｃ（Ｐｄ）の位相がパルス信号Ｐａ（Ｐｂ）の位相より位相差θだけ遅れている。この期間は、第１アームが先行アームになり、第２アームが追従アームになっている。

【0074】

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、タイマ信号はハイレベルになっている。この期間において、パルス信号Ｐａ,Ｐｂ,Ｐｃ,Ｐｄはいずれもローレベルになっている。そして、時刻ｔ２でタイマ信号がハイレベルからローレベルに切り替わっている。このタイミングで、電力補償値Ｘの出力先が第２パルス信号生成部７３５から第１パルス信号生成部７３４に切り替わる。

【0075】

時刻ｔ２以降の期間、タイマ信号はローレベルになっている。この期間において、電力補償値Ｘが第１パルス信号生成部７３４に出力され、パルス信号Ｐａ（Ｐｂ）の位相がパルス信号Ｐｃ（Ｐｄ）の位相より位相差θだけ遅れている。この期間は、第２アームが先行アームになり、第１アームが追従アームになっている。つまり、全停止期間の前後で、先行アームと追従アームとが切り替えられている。

【0076】

なお、図５の最下段に示す波形は、第１アームの出力ラインと第２アームの出力ラインとの電位差、すなわち、負荷（コイル５、共振コンデンサ６および加熱対象物Ｂ）に印加される電圧の波形である。全停止期間である時刻ｔ１からｔ２までの期間において、負荷に印加される電圧がゼロになり、インバータ回路２が負荷に電力を供給しない状態になるが、この期間は数百ミリ秒程度の短い時間なので、加熱対象物Ｂの温度の低下はあまり問題にならない。

【0077】

本実施形態において、先行アームと追従アームとの切り替えの間に全停止期間が設けられているので、図５に示すように、各パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄのデューティ比は、５０％より小さくなる場合はあるが、５０％より大きくなることはない。これにより、デューティ比が５０％を超えることに起因するドライブ回路の故障やインバータ装置８の不安定動作を防止することができる。

【0078】

なお、本実施形態においては、デューティ比を５０％にした場合について説明しているが、これに限られない。５０％はあくまで例示であって、５０％以外の所定値としてもよい。全停止期間において各パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄはローレベルとなるので、デューティ比が設定されている所定値より大きくなることはない。

【0079】

本実施形態においては、直流電源１に入力される交流電力がインバータ回路２の出力電力とほぼ同じであることを利用して、直流電源１に入力される交流電力を制御することで、インバータ回路２の出力電力を制御しているが、これに限られない。例えば、インバータ回路２の出力電力を直接制御するようにしてもよい。すなわち、電力算出部７１がインバータ回路２の出力電流および出力電圧から出力電力を算出し、電力設定部７２が出力電力の目標値を設定するようにしてもよい。また、直流電源１からインバータ回路２に入力される直流電力を制御するようにしてもよい。また、直流電源１に入力される交流電流を制御するようにしてもよいし、当該交流電流から推定される交流電力を制御するようにしてもよい。

【0080】

上記第１実施形態においては、タイマ部７３２が生成するタイマ信号に基づいて全停止期間を終了するタイミングを決定する場合について説明したが、これに限られない。例えば、インバータ回路２の出力電流の実効値がゼロになった場合に全停止期間を終了するようにしてもよい。この場合を、第２実施形態として、以下に説明する。

【0081】

図６は、第２実施形態に係る誘導加熱装置Ａ２の全体構成を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

【0082】

図６に示す誘導加熱装置Ａ２は、電流検出部７５を備え、電流検出部７５が検出したインバータ回路２の出力電流の実効値に基づいて切替部７３３が全停止期間を終了させる点で、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａと異なる。

【0083】

電流検出部７５は、インバータ回路２の出力ラインに設けられた電流センサが検出した電流信号に基づいて、インバータ回路２の出力電流の実効値を算出するものである。また、電流検出部７５は、算出した実効値がゼロになった場合に、切替部７３３に信号を出力する。切替部７３３は、電流検出部７５から信号が入力された場合に、全停止信号の出力を停止する。

【0084】

図７は、誘導加熱装置Ａ２の切替部７３３が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと共通するステップは同じステップ番号としている。

【0085】

図７に示すフローチャートは、ステップＳ５をステップＳ５’に代えている点で、図２に示すフローチャートと異なる。すなわち、ステップＳ４の後、電流検出部７５から信号が入力されているか否か、すなわち、インバータ回路２の出力電流がゼロになったか否かが判別され（Ｓ５’）、信号が入力されるまで、全停止信号の出力が継続する。電流検出部７５から信号が入力された場合（Ｓ５’：ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻る。なお、切替部７３３が行う切替処理は、上述したものに限定されない。

【0086】

なお、電流検出部７５から信号が入力され、かつ、タイマ信号がローレベルになった場合に全停止期間を終了させるようにしてもよい。

【0087】

第２実施形態においても、先行アームと追従アームとの切り替えの間に全停止期間が設けられているので、各パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄのデューティ比は５０％より大きくなることはない。したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第２実施形態においては、インバータ回路２の出力電流の実効値がゼロにまるまで全停止期間を継続するので、出力電流の減衰振動が発生している間にスイッチングを再開することによるインバータの不安定動作をより確実に抑制することができる。

【0088】

上記第１および第２実施形態においては、タイマ部７３２が生成するタイマ信号に基づいて全停止期間を開始する場合について説明したが、これに限られない。所定時間ごとに先行アームと追従アームとの切り替えを行ったとしても、場合によっては一方のアーム側のスイッチング素子の熱損失が大きくなる場合がある。これを抑制するために、スイッチング素子の温度を監視して、これに基づいて全停止期間を開始して、先行アームと追従アームとの切り替えを行うようにしてもよい。この場合を、第３実施形態として、以下に説明する。

【0089】

図８は、第３実施形態に係る誘導加熱装置Ａ３を説明するための図である。同図（ａ）は、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａとの相違点を説明するための図であり、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａ（図１参照）と共通する部分の記載を省略している。同図において、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

【0090】

図８（ａ）に示す誘導加熱装置Ａ３は、第１温度検出部７６および第２温度検出部７７を備え、タイマ部７３２に代えて設けられている判定部７３６が第１温度検出部７６および第２温度検出部７７の検出温度に基づいて全停止期間を開始させる点で、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａと異なる。

【0091】

第１温度検出部７６は、第１アームのスイッチング素子２ａおよび２ｂのヒートシンクに取り付けられた温度センサが検出する温度を判定部７３６に出力するものであり、第２温度検出部７７は、第２アームのスイッチング素子２ｃおよび２ｄのヒートシンクに取り付けられた温度センサが検出する温度を判定部７３６に出力するものである。なお、温度センサはヒートシンクではなくスイッチング素子自体に取り付けるようにしてもよい。判定部７３６は、第１温度検出部７６および第２温度検出部７７より入力される温度の差を算出し、温度差が所定値以上になった場合に切替信号をハイレベルに切り替える。切替信号は、温度差が所定値以上になったときにハイレベルになり、所定時間（例えば、数百ミリ秒）経過後にローレベルになる、第１実施形態のタイマ信号と同様のパルス信号である。ハイレベルになるタイミングが定期的でない点で、タイマ信号とは異なる。

【0092】

図８（ｂ）は、誘導加熱装置Ａ３の切替部７３３が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと共通するステップは同じステップ番号としている。

【0093】

図８（ｂ）に示すフローチャートは、ステップＳ３をステップＳ３’に代え、ステップＳ５をステップＳ５”に代えている点で、図２に示すフローチャートと異なる。すなわち、ステップＳ２の後、判定部７３６より入力される切替信号がローレベル（切り替えなし）であるか否かが判別され（Ｓ３’）、ステップＳ４の後、判定部７３６より入力される切替信号がハイレベル（全停止中）であるか否かが判別される（Ｓ５”）なお、切替部７３３が行う切替処理は、上述したものに限定されない。

【0094】

第３実施形態においても、先行アームと追従アームとの切り替えの間に全停止期間が設けられているので、各パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄのデューティ比は５０％より大きくなることはない。したがって、第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第３実施形態においては、スイッチング素子の温度差が大きくなった場合に先行アームと追従アームとの切り替えを行うので、一方のアーム側のスイッチング素子の熱損失が大きくなることを、より確実に抑制することができる。

【0095】

上記第１実施形態においては定期的に先行アームと追従アームとの切り替えを行い、上記第３実施形態においてはスイッチング素子の温度差に基づいて切り替えを行っているが、連続使用時間が限られている場合、例えば数時間程度しか連続使用しない場合、使用の途中で切り替えを行う必要はなく、使用開始時に切替を行えばよい。この場合を、第４実施形態として、以下に説明する。

【0096】

図９は、第４実施形態に係る誘導加熱装置Ａ４を説明するための図である。同図（ａ）は、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａとの相違点を説明するための図であり、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａ（図１参照）と共通する部分の記載を省略している。同図において、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

【0097】

図９（ａ）に示す誘導加熱装置Ａ４は、タイマ部７３２を備えておらず、操作部７８からの入力に基づいて先行アームと追従アームとの切り替えを行う点で、第１実施形態に係る誘導加熱装置Ａと異なる。

【0098】

操作部７８は、インバータ装置８の起動、停止、出力の調整を行うものであり、使用者によって操作されるものである。操作部７８は、使用者がスイッチをオンにした時に起動信号を切替部７３３に出力し、スイッチをオフにした時に切替部７３３に停止信号を出力する。切替部７３３は、起動信号を入力された時に切替処理を開始して、先行アームと追従アームとの切り替えを行う。また、切替部７３３は、停止信号を入力された時に全停止信号を出力する。

【0099】

図９（ｂ）は、誘導加熱装置Ａ４の切替部７３３が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと共通するステップは同じステップ番号としている。

【0100】

図９（ｂ）に示すフローチャートは、ステップＳ３をステップＳ３”に代え、ステップＳ５をなくした点で、図２に示すフローチャートと異なる。すなわち、ステップＳ２の後、操作部７８より停止信号が入力されたか否かが判別され（Ｓ３”）、入力されていない場合（Ｓ３”：ＮＯ）、ステップＳ２とＳ３”とが繰り返される。停止信号が入力された場合（Ｓ３”：ＹＥＳ）、全停止信号が出力され（Ｓ４）、切替処理が終了される。なお、切替部７３３が行う切替処理は、上述したものに限定されない。

【0101】

第４実施形態の場合、全停止信号が出力されてから次に起動されるまでの期間が全停止期間に該当する。第４実施形態の場合にも、全停止期間の終了時（すなわち起動時）に先行アームと追従アームとの切り替えが行われる。

【0102】

第４実施形態においても、先行アームと追従アームとの切り替えの間に全停止期間が設けられているので、各パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄのデューティ比は５０％より大きくなることはない。したがって、第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第４実施形態においては、使用の途中で切り替えを行わないので、使用の途中で全停止期間を設ける必要がない。したがって、全停止による火力の低下を考慮する必要がなく、また、制御プログラムが簡単になる。

【0103】

第１ないし第４実施形態においては、誘導加熱装置のインバータ装置８に、本発明を用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明は、フェーズシフト制御を行うすべてのインバータ装置に用いることができる。例えば、電源装置（高周波電源装置や溶接電源装置など）や駆動装置のインバータ装置に本発明を用いるようにしてもよい。つまり、図１における負荷（コイル５、共振コンデンサ６および加熱対象物Ｂ）に代えて、別の負荷にインバータ装置８が電力を供給する場合にも、本発明を用いることができる。

【0104】

本発明に係るインバータ回路の制御回路、この制御回路を備えたインバータ装置、このインバータ装置を備えた誘導加熱装置、および、制御方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るインバータ回路の制御回路、この制御回路を備えたインバータ装置、このインバータ装置を備えた誘導加熱装置、および、制御方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0105】

Ａ，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 誘導加熱装置
１ 直流電源
２ インバータ回路
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ スイッチング素子
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ フライホイールダイオード
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ スナバコンデンサ
５ コイル
６ 共振コンデンサ
７ 制御回路
７１ 電力算出部
７２ 電力設定部
７３，７３’,７３” パルス信号生成部
７３１ 電力制御部（制御手段）
７３２ タイマ部（全停止手段）
７３３，７３３’,７３３” 切替部（切替手段、全停止手段）
７３４ 第１パルス信号生成部（第１駆動信号生成手段）
７３４’ 先行パルス信号生成部（先行駆動信号生成手段）
７３５ 第２パルス信号生成部（第２駆動信号生成手段）
７３５’ 追従パルス信号生成部（追従駆動信号生成手段）
７３６ 判定部（温度差検出手段、全停止手段）
７４ ドライバ（第１駆動信号生成手段、第２駆動信号生成手段、先行駆動信号生成手段、追従駆動信号生成手段）
７５ 電流検出部
７６ 第１温度検出部（温度差検出手段）
７７ 第２温度検出部（温度差検出手段）
７８ 操作部
８ インバータ装置
Ｂ 加熱対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】