JP2011146143A

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Publication number: JP2011146143A
Application number: JP2010003770A
Authority: JP
Inventors: Makoto Mihara; 誠三原; Tomotaka Nobue; 等隆信江; Kenji Yasui; 健治安井; Yoshiharu Omori; 義治大森
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2011-07-28

Abstract

【課題】ノーマリーＯＦＦ型のＦＥＴをもった半導体発振型のマイクロ波処理装置でドアの開閉や電圧の動揺なのでも破壊しないでかつマイクロ波漏洩をおこさないようにした安全性および信頼性の高いたマイクロ波処理装置を提供する。
【解決手段】ドアと連動して接点が開閉する第一のドアスイッチ２２をもうけることによってドアのオープンと供に瞬時に正極電圧を除去する構成とするためノーマリーＯＦＦ型ＦＥＴが破壊するモードであるドレイン電圧が印加された状態でバイアス電圧が低下もしくは零化してしまうという現象は回避することができる。また電解コンデンサ２９や放電抵抗２８を付加することによりその安全率は飛躍的に向上し電源電圧の入り切りや動揺等で機器が破壊しないで、かつ電波漏洩を抑止する信頼性が高く安全性に優れたマイクロ波処理装置を提供するものである。
【選択図】図４A semiconductor oscillation type microwave processing apparatus having a normally-off type FET is highly safe and reliable so that it does not break down and does not cause microwave leakage even if the door is opened and closed or the voltage fluctuates. A microwave processing apparatus is provided.
In this mode, a normally-off FET is destroyed because a positive door voltage is instantaneously removed by providing a first door switch 22 whose contact is opened and closed in conjunction with the door. It is possible to avoid the phenomenon that the bias voltage decreases or becomes zero when the drain voltage is applied. In addition, by adding the electrolytic capacitor 29 and the discharge resistor 28, the safety factor is drastically improved, the device is not destroyed by turning on and off the power supply voltage, and the like, and the reliability is high and the safety is high to suppress the radio wave leakage. A microwave processing apparatus is provided.
[Selection] Figure 4

Description

Translated fromJapanese

本発明は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave processing apparatus including a microwave generation unit configured using a semiconductor element.

従来のマイクロ波処理装置は、一般には電子レンジに代表されるようにマイクロ波発生手段にマグネトロンと称される真空管を用いているものが一般的である。 A conventional microwave processing apparatus generally uses a vacuum tube called a magnetron as a microwave generating means as represented by a microwave oven.

近年、このマグネトロンに代えて、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体素子を用いた高周波加熱装置の開発が進められている。マイクロ波は電子レンジに係わらず誘電加熱を応用する機器に展開可能である（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, a high-frequency heating apparatus using a semiconductor element such as gallium nitride (GaN) instead of the magnetron has been developed. Microwaves can be developed in devices that apply dielectric heating regardless of the microwave oven (see, for example, Patent Document 1).

ＧａＮを用いたときの効果としては、小型、軽量かつ容易に周波数や位相を可変することができることである。 The effect of using GaN is that the frequency and phase can be easily varied in a small size and light weight.

一方、従来マグネトロンや、それを付勢する電源に関しては容積が大きく、重量が重いため、マイクロ波を主熱源あるいは補助熱源として利用するアイデアは多く存在するが実用には至っていなかった。特許文献１ではマイクロ波漏洩に対する安全性としての扉体開閉に連動して漏洩電波を停止する安全装置に関する技術が開示されている。 On the other hand, the conventional magnetron and the power source for energizing the magnetron have a large volume and a heavy weight, so there are many ideas to use the microwave as a main heat source or an auxiliary heat source, but they have not been put into practical use.Patent Document 1 discloses a technology related to a safety device that stops leaked radio waves in conjunction with door opening and closing as safety against microwave leakage.

特開平１−１２３９８７号公報JP-A-1-123987

しかし、従来技術の構成では、扉体と連動してマイクロ波発生手段への商用電源の供給を停止する安全スイッチを二重に設けることにより、扉体の開放にともなう漏洩電波を阻止し安全性の担保を図ろうとするものであったが、ＧａＮを用いた固体発振装置の場合ノーマリーＯＮ型ＦＥＴ（外部から制御信号が入っていない状態でトラジスタ動作する）を用いることが一般的で電源供給を一斉遮断してしまうと、トランジスタが破壊してしまうという課題があった。 However, in the configuration of the prior art, a safety switch that stops the supply of commercial power to the microwave generating means in conjunction with the door body is doubled to prevent leakage radio waves due to the door body opening and safety However, in the case of a solid-state oscillation device using GaN, it is common to use a normally-on type FET (transistor operation without a control signal from the outside) and supply power. There was a problem that the transistors would be destroyed if they were shut off all at once.

例えば、ノーマリーＯＮのＧａＮトラジスタであれば、ドレイン−ソース間に電圧が印加された状態でゲートバイアス電圧を除去してしまうと、トランジスタ内部でショート回路が形成され短絡破壊してしまう。 For example, in the case of a normally-on GaN transistor, if the gate bias voltage is removed while a voltage is applied between the drain and source, a short circuit is formed inside the transistor, causing a short circuit breakdown.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、扉体と連動した機械的接点を有し、ノーマリーＯＮのトランジスタを有するマイクロ波処理装置においても、トランジスタを破壊しない信頼性が高く安全性に優れたマイクロ波処理装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and in a microwave processing apparatus having a mechanical contact interlocked with a door body and having a normally ON transistor, the transistor is not damaged and is highly reliable and safe. An object is to provide an excellent microwave processing apparatus.

上記従来の課題を解決するために、本発明に係わるマイクロ波処理装置は、加熱室と、加熱室に被加熱物を収納自在とし閉時にはマイクロ波の漏洩を阻止するドアと、商用電源をＡＣ−ＤＣ変換し正極電圧供給部と負極電圧供給部とバイアス電圧供給部に所望の電圧を供給する電源部と、パワーユニットへの電源部からの電力供給はドアの閉時と連動して閉成する第一のドアスイッチを介して所望の電圧を正極電圧供給部から供給するもので、
翻ってドア開時（ドアが開かれた時）は第一のドアスイッチの開成によって瞬時に正極電圧供給部からの正極電圧印加を除去するものである。また、バイアス電圧供給部からのバイアス電圧供給はドアの開閉と非連動で常に供給されている。In order to solve the above-described conventional problems, a microwave processing apparatus according to the present invention includes a heating chamber, a door that can store an object to be heated in the heating chamber, and prevents leakage of microwaves when closed, and a commercial power source is connected to an AC power supply. -DC conversion to supply a desired voltage to the positive voltage supply unit, the negative voltage supply unit, and the bias voltage supply unit, and the power supply from the power supply unit to the power unit is closed in conjunction with the closing of the door. A desired voltage is supplied from the positive voltage supply unit via the first door switch.
In turn, when the door is opened (when the door is opened), the positive voltage application from the positive voltage supply is instantaneously removed by opening the first door switch. Also, the bias voltage supply from the bias voltage supply unit is always supplied without being interlocked with the opening and closing of the door.

上記構成により、パワーユニットのノーマリーＯＮ型のトランジスタはドア開と連動して第一のドアスイッチが開成し電圧が除去されかつバイアス電圧印加は維持されるためトランジスタの破壊を生じることなくマイクロ波処理装置のマイクロ波発振を停止することができる。 With the above configuration, the normally ON type transistor of the power unit opens the first door switch in conjunction with the opening of the door, the voltage is removed, and the bias voltage application is maintained, so that the microwave processing device does not break down without causing transistor breakdown Can stop the microwave oscillation.

本発明のマイクロ波処理装置は、ノーマリーＯＮ型のトランジスタを用いたパワーユニットにおいても、ドアと連動した機械的接点を持つドアスイッチで電力供給を瞬時に停止し、ドアが開放されてもトランジスタが破壊することなくマイクロ波漏洩が発生しない、安全でかつ信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供するものである。 In the microwave processing apparatus of the present invention, even in a power unit using a normally-on type transistor, the power supply is instantaneously stopped by a door switch having a mechanical contact linked to the door, and the transistor is destroyed even if the door is opened. Therefore, the present invention provides a safe and highly reliable microwave processing apparatus that does not cause microwave leakage.

本発明のマイクロ波処理装置の斜視図The perspective view of the microwave processing apparatus of this invention本発明のマイクロ波処理装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the microwave processing apparatus of this invention本発明のパワーユニットのブロック構成図Block configuration diagram of the power unit of the present invention本発明のマイクロ波処理装置の電気回路の全体構成を示すブロック構成図The block block diagram which shows the whole structure of the electric circuit of the microwave processing apparatus of this invention本発明の各部電圧の各部電圧の挙動を示すタイミングチャートThe timing chart which shows the behavior of each part voltage of each part voltage of the present invention本発明の容量性インピーダンスを付加したときの各部電圧の各部電圧の挙動を示すタイミングチャートTiming chart showing the behavior of each voltage of each voltage when the capacitive impedance of the present invention is added本発明の放電抵抗を付加したときの各部電圧の各部電圧の挙動を示すタイミングチャートTiming chart showing the behavior of each voltage of each voltage when the discharge resistance of the present invention is added

第１の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室から機外へ電波の漏洩を遮断する開閉自在のドアと、マイクロ波の基準信号を作成する発振部と、前記発振部の出力を受け半導体素子を用いた複数段のアンプでかつ少なくとも複数段のアンプの最終段はノーマリーＯＮ型のＦＥＴを用いた半導体で構成された電力増幅を行うパワーユニットと、パワーユニットから出力されるマイクロ波電力を放射するアンテナと、パワーユニットのドレイン又はコレクタに印加される正極電圧と、エミッタ又はソースに印加される負極電圧と、ベース又はゲートに印加されるバイアス電圧を作成する電源部とからなり、第一のドアスイッチの閉成によりパワーユニットの前記正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧を供給する構成とするものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a heating chamber that houses an object to be heated, an openable / closable door that blocks leakage of radio waves from the heating chamber to the outside of the apparatus, an oscillating unit that creates a microwave reference signal, and the oscillating unit The power unit is a multi-stage amplifier using semiconductor elements and at least the final stage of the multi-stage amplifier is composed of a semiconductor using a normally-on type FET, and a power unit for amplifying power and a micro output from the power unit An antenna that radiates wave power, a positive voltage applied to the drain or collector of the power unit, a negative voltage applied to the emitter or source, and a power supply that creates a bias voltage applied to the base or gate, A positive voltage is supplied to the drain or collector from the positive voltage supply part of the power unit by closing the first door switch. It is intended.

これにより、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴはゲート電圧がかかっていない時にドレイン電圧が印加され短絡電流が流れ破壊するという破壊モードを回避することができる。このことにより、電源部からパワーユニットへのバイアス電圧が供給された状態で正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧がパワーユニットに供給されるため安全にマイクロ波発生が可能な状態とすることができる。 Thereby, the normally ON type FET can avoid the destruction mode in which the drain voltage is applied and the short-circuit current flows and breaks when the gate voltage is not applied. Thus, since the positive voltage is supplied to the power unit from the positive voltage supply unit to the drain or collector while the bias voltage is supplied from the power supply unit to the power unit, it is possible to safely generate microwaves. .

また、ドアが開かれた時、第一のドアスイッチの開成により電源部の正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧の供給が瞬時に遮断されるが、バイアス電圧は供給され続けるためノーマリーＯＮ型のＦＥＴを有していても動作中のドア開によって半導体が破壊されることはなく高い安全性と信頼性を有するマイクロ波処理装置を提供することができる。 In addition, when the door is opened, the supply of the positive voltage from the positive voltage supply unit of the power supply unit to the drain or collector is instantaneously cut off by the opening of the first door switch. Even if it has a type FET, the semiconductor is not destroyed by opening the door during operation, and a microwave processing apparatus having high safety and reliability can be provided.

第２の発明は、ドアが閉じられるとき閉成する第二のドアスイッチを設け電源部への電
力供給を行う構成としたものである。In the second aspect of the present invention, a second door switch that closes when the door is closed is provided to supply power to the power supply unit.

これにより、第一のドアスイッチが溶着しても第二のドアスイッチが正常に作動する二重の安全機構構成を有することになり安全で信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供することができる。 Thereby, even if the first door switch is welded, it has a double safety mechanism configuration in which the second door switch operates normally, and a safe and highly reliable microwave processing apparatus can be provided. .

第３の発明は、第一のドアスイッチの接点と直列に接続されるノーマリーオープンの接点をもつリレーと、商用電源の印加の有無を検出可能なメイン制御部とを備えたものである。 The third invention includes a relay having a normally open contact connected in series with the contact of the first door switch, and a main control unit capable of detecting the presence or absence of application of commercial power.

これにより、リレーはメイン制御部からの指令信号によって電源部への商用電源断後に開成する構成とし、商用電源印加直後からはバイアス電圧供給部の電圧が確立するまで十分遅延時間を有した後にリレーに閉成信号を出力し半導体のバイアス電圧がスレッショルドを超えアクティブ状態になった後に正極電圧が印加される構成とすることからノーマリーＯＮ型のＦＥＴはゲート電圧がかかっていない時にドレイン電圧が印加され短絡電流が流れ破壊するという破壊モードを回避することができる。その結果、機器の破壊が発生しない信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供することができる。 As a result, the relay is configured to open after the commercial power supply to the power supply unit is cut off by a command signal from the main control unit, and immediately after the commercial power supply is applied, the relay has a sufficient delay time until the voltage of the bias voltage supply unit is established. Since normally closed FET is output and positive voltage is applied after the semiconductor bias voltage exceeds the threshold and becomes active, drain voltage is applied to normally ON type FET when no gate voltage is applied. A destruction mode in which a short-circuit current flows and breaks can be avoided. As a result, it is possible to provide a highly reliable microwave processing apparatus that does not cause destruction of equipment.

第４の発明は、バイアス電圧供給部と負極電圧供給部との間に商用電源断時の電圧下降時定数が緩やかになるような容量性インピーダンスを備えものである。 According to a fourth aspect of the present invention, a capacitive impedance is provided between the bias voltage supply unit and the negative voltage supply unit so that the voltage drop time constant when the commercial power supply is cut off becomes gradual.

これにより、商用電源断時にノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのバイアス電圧が長時間ゲートのスレッショルド電圧を超える状態が維持されるため、ドレイン電圧が印加された状態でバイアス電圧が低下してしまいノーマリーＯＮ型のＦＥＴの破壊モードを回避することができ信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供することができる。 As a result, the state in which the bias voltage of the gate of the normally-on type FET exceeds the gate threshold voltage for a long time when the commercial power supply is cut off is maintained, so that the bias voltage is lowered when the drain voltage is applied and the normally-on FET is normally on. Therefore, it is possible to provide a highly reliable microwave processing apparatus that can avoid the destruction mode of the type FET.

第５の発明は、正極電圧供給部と負極電圧供給部との間に放電抵抗を備えるものである。商用電源断時後、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲート電圧がスレッショルドを下回る前に正極電圧を成立させる充電電荷が速やかに零電圧となるため、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴの破壊モードを回避する信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供するものである。 5th invention provides a discharge resistance between a positive electrode voltage supply part and a negative electrode voltage supply part. Since the charge charge that establishes the positive voltage quickly becomes zero voltage before the gate voltage of the normally-on type FET falls below the threshold after the commercial power supply is cut off, it is reliable to avoid the destruction mode of the normally-on type FET A high microwave processing apparatus is provided.

第６の発明は、商用電源の後に配した電流ヒューズと、第二のドアスイッチの後に配したドア開時に閉成するドアと連動した第三のドアスイッチとからなる。 6th invention consists of the 3rd door switch interlock | cooperated with the current fuse distribute | arranged after the commercial power supply, and the door closed when the door distribute | arranged after the 2nd door switch opened.

これにより、万一第二のドアスイッチが溶着したとき第三のドアスイッチを通じた閉回路が形成され瞬時に電流ヒューズを溶断し機器の動作を停止させるためドアのオープンによってユーザーがマイクロ波を暴露するという危険な状況を一切生じさせない安全性の高いマイクロ波処理装置を提供することができる。 As a result, when the second door switch is welded, a closed circuit is formed through the third door switch, and the user is exposed to microwaves by opening the door to instantaneously blow the current fuse and stop the operation of the device. It is possible to provide a highly safe microwave processing apparatus that does not cause any dangerous situation.

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１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置の概観斜視図である。ドア１は被加熱物１０を収納する。ヒンジ７はドア１を支え、ヒンジ取付け穴Ａ８を通して筐体内部に出入り可能となっており終端は筐体に固定された螺旋バネ（図示していない）に取り付けられており、取付け穴Ｂ９を通してドア１に係合されている。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic perspective view of a microwave processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. Thedoor 1 stores the object to be heated 10. The hinge 7 supports thedoor 1 and can enter and exit through the hinge mounting hole A8. The terminal end is attached to a spiral spring (not shown) fixed to the casing, and the door passes through the mounting hole B9. 1 is engaged.

このような構成によって、ドア１が閉まりかけるとバネの弾性により強制的にドア１は閉じる。 With such a configuration, when thedoor 1 is about to close, thedoor 1 is forcibly closed by the elasticity of the spring.

載置板３は被加熱物１０を載置するためのもので、マイクロ波を透過させ自己の誘電損失も少ない材料が選定されている。金属性のオーブン５は被加熱物１０を収納するためのもので、ボディー２は筐体全体を覆う。 Themounting plate 3 is for mounting theobject 10 to be heated, and a material that transmits microwaves and has low self-dielectric loss is selected. The metallic oven 5 is for housing the object to be heated 10, and thebody 2 covers the entire casing.

ドア１が閉められると、ドア１の表面に突起状に形成したプッシュ突起物４がスイッチ穴６を通して機械室内部のマイクロスイッチを押し、ドア１が閉められたことを検知する構成となっている。 When thedoor 1 is closed, the push protrusion 4 formed in a protruding shape on the surface of thedoor 1 pushes the micro switch in the machine room through theswitch hole 6 to detect that thedoor 1 is closed. .

なお、以下の記述は、マイクロ波処理装置の事例として電子レンジを用いたものであるが、電子レンジに限定するものでないことは言うまでもない。 In addition, although the following description uses a microwave oven as an example of a microwave processing apparatus, it cannot be overemphasized that it is not limited to a microwave oven.

図２は、マイクロ波処理装置の要部断面図である。マイクロ波はオーブン５内にアンテナ１１を介して照射され、内部の載置板３の上に載せられた被加熱物１０を誘電加熱する。当然、外部にマイクロ波が漏洩しないようにドア１で密閉する。マイクロ波発生源の中核をなすものはパワーユニット１２であり、ここで２．４５ＧＨｚの大電力のマイクロ波が創出され、アンテナ１１介してオーブン５の内部に放射される。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the microwave processing apparatus. Microwaves are irradiated into the oven 5 via theantenna 11 to dielectrically heat the object to be heated 10 placed on themounting plate 3 inside. Naturally, it is sealed with thedoor 1 so that the microwave does not leak outside. The core of the microwave generation source is thepower unit 12, where a high-power microwave of 2.45 GHz is created and radiated into the oven 5 through theantenna 11.

マイクロ波発生手段は、一般的に２極自励発振管であるマグネトロンが最もポピュラーなデバイスであるが、本発明では半導体による固体発振を使用している。 As the microwave generating means, a magnetron which is a bipolar self-excited oscillation tube is generally the most popular device, but in the present invention, solid-state oscillation by a semiconductor is used.

図３は、パワーユニット１２の内部構成を示すブロック構成図である。アンプ段は、初段パワーアンプ２５と中段パワーアンプ２６と最終段パワーアンプ２７とで構成されている。アンプの増幅には高周波で大電力を扱え、かつ高効率の化合物半導体であるＧａＮ（窒化ガリウム）を用いたノーマリーＯＮ（操作信号をいれないとき導通する型のトランジスタ）のＦＥＴが用いられている。 FIG. 3 is a block configuration diagram showing the internal configuration of thepower unit 12. The amplifier stage includes a firststage power amplifier 25, a middlestage power amplifier 26, and a laststage power amplifier 27. For amplification of the amplifier, a normally-on (conducting transistor that conducts when no operation signal is applied) FET using GaN (gallium nitride), a high-efficiency compound semiconductor that can handle high power at high frequencies, is used. .

Ｖｇｂは、ゲートバイアスで約−５Ｖのバイアス電圧を印加してＯＦＦになる。一方、信号は無い場合ＯＮとなる。Ｖｄｄはドレイン電圧、ソースは負電圧（ＧＮＤ）になっている。 Vgb is turned off when a bias voltage of about −5 V is applied as a gate bias. On the other hand, it is ON when there is no signal. Vdd is a drain voltage, and the source is a negative voltage (GND).

このアンプ段は、微弱な電力の信号を作る発振器部２１から０ｄＢｍ信号をパワーユニット１２に創出し、約５３ｄＢｍの電力を得ている。そのマイクロ波はアンテナ１１でオーブン庫内に照射される。 The amplifier stage creates a 0 dBm signal in thepower unit 12 from theoscillator unit 21 that generates a weak power signal, and obtains a power of about 53 dBm. The microwave is irradiated into the oven cabinet by theantenna 11.

ここで、ＧａＮのＦＥＴの特徴としてはＶｄｄに電圧が印加された状態で、Ｖｇｂがスレッショルド以下にして非アクティブにすると半導体内部で短絡状態が生じ破壊に至ってしまうという特性をもっている。 Here, as a feature of the GaN FET, when a voltage is applied to Vdd and Vgb is made below the threshold value to make it inactive, a short circuit state occurs inside the semiconductor, leading to destruction.

図４を用いて本発明の制御回路全体の動作を説明する。電流ヒューズ１３は、商用電源１６に直接接続される。マイクロスイッチである第二のドアスイッチ１４はドア１と連動して接点が開閉する。第三のドアスイッチ１５はドア１と連動して接点が開閉する。 The overall operation of the control circuit of the present invention will be described with reference to FIG. Thecurrent fuse 13 is directly connected to thecommercial power supply 16. Thesecond door switch 14, which is a micro switch, opens and closes in conjunction with thedoor 1. The contact of thethird door switch 15 opens and closes in conjunction with thedoor 1.

ここで、第二のドアスイッチ１４が万一溶着したとき、商用電源１６→電流ヒューズ１３→第二のドアスイッチ１４→第三のドアスイッチ１５→商用電源１６のショートサーキットで電流ヒューズ１３を短絡電流によって溶断させ後段への電力供給を停止させる安全回路を構成している。 Here, when thesecond door switch 14 is welded, thecurrent fuse 13 is short-circuited by a short circuit of thecommercial power supply 16 → thecurrent fuse 13 → thesecond door switch 14 → thethird door switch 15 → thecommercial power supply 16. The safety circuit which melts by an electric current and stops the electric power supply to a back | latter stage is comprised.

ドア１との連動性について述べておくと、第二のドアスイッチ１４はドア１がオープンの場合開成し、ドア１がクローズの場合閉成する。第三のドアスイッチ１５は２接点をも
ちドア１がオープンの場合後段に電力を送るべく閉成し、ドア１がクローズの場合前述したショートサーキットを形成する方向に閉成する。When the interlocking with thedoor 1 is described, thesecond door switch 14 is opened when thedoor 1 is open, and is closed when thedoor 1 is closed. Thethird door switch 15 has two contacts and closes to send power to the subsequent stage when thedoor 1 is open, and closes in the direction of forming the short circuit described above when thedoor 1 is closed.

これによって、ドア１と連動して接点が開閉するスイッチと、それを監視し溶着した場合ショートサーキットを形成して電流ヒューズ１３を溶断して入力を遮断するスイッチの二重の安全回路を形成している。 As a result, a double safety circuit comprising a switch whose contact is opened and closed in conjunction with thedoor 1 and a switch that monitors and welds it to form a short circuit to blow thecurrent fuse 13 and cut off the input is formed. ing.

電源部１７は、絶縁トランスを有するＤＣ−ＤＣコンバータ３０と正極電圧供給部１８とバイアス電圧供給部２０とＧＮＤたる負極電圧供給部１９、正極電圧供給部１８と負極電圧供給部１９の間に設けられた放電抵抗２８、バイアス電圧供給部２０と負極電圧供給部１９の間に設けられた容量性インピーダンスである電解コンデンサ２９からなる。 Thepower supply unit 17 is provided between the DC-DC converter 30 having an insulating transformer, the positivevoltage supply unit 18, the biasvoltage supply unit 20, the negativevoltage supply unit 19 as GND, and the positivevoltage supply unit 18 and the negativevoltage supply unit 19. Thedischarge resistor 28 is provided, and anelectrolytic capacitor 29 having a capacitive impedance provided between the biasvoltage supply unit 20 and the negativevoltage supply unit 19.

負極電圧供給部１９の負極電圧とバイアス電圧供給部２０のバイアス電圧Ｖｇｂとは、直接パワーユニット１２に供給される。一方、正極電圧供給部１８の正極電圧Ｖｄｄは、ドア１と連動して接点が開閉する第一のドアスイッチ２２とリレー２３を通じてパワーユニット１２に供給される。ここで、第一のドアスイッチ２２は、ドア１がオープンの時接点が開成しドア２がクローズの時接点が閉成する構成となっている。 The negative voltage of the negativevoltage supply unit 19 and the bias voltage Vgb of the biasvoltage supply unit 20 are directly supplied to thepower unit 12. On the other hand, the positive voltage Vdd of the positivevoltage supply unit 18 is supplied to thepower unit 12 through thefirst door switch 22 and therelay 23 whose contacts are opened and closed in conjunction with thedoor 1. Here, thefirst door switch 22 is configured such that the contact is opened when thedoor 1 is open, and the contact is closed when thedoor 2 is closed.

リレー２３は、機器全体をコントロールするメイン制御部２４によって開閉が制御される。ドアがクローズの時、後述する意図的なタイミングでリレーコイルに閉成の信号を送信し第一のドアスイッチ２２、リレー２３を通じてパワーユニット１２にＶｄｄ電圧を供給する。そうすることによってパワーユニット１２は作動し発振部２１の信号は電力増幅されアンテナ１１からマイクロ波が照射される。 Therelay 23 is controlled to be opened and closed by amain control unit 24 that controls the entire device. When the door is closed, a closing signal is transmitted to the relay coil at an intentional timing described later, and the Vdd voltage is supplied to thepower unit 12 through thefirst door switch 22 and therelay 23. By doing so, thepower unit 12 operates, the signal of theoscillation unit 21 is power amplified, and the microwave is irradiated from theantenna 11.

このような構成にすることによって、ドア１と連動して接点が開閉する２つのスイッチ（第一のドアスイッチ２２と第二のドアスイッチ１４の二重の発振停止装置を有することになる）で、二重にドア１のオープン時のマイクロ波漏洩によるユーザーへの人体暴露を厳重に回避する構成を実現している。 With such a configuration, two switches that open and close in conjunction with the door 1 (have a double oscillation stop device of thefirst door switch 22 and the second door switch 14). In addition, a configuration that strictly avoids human exposure to the user due to microwave leakage when thedoor 1 is opened is realized.

それでは、図５を用いて各部の電圧波形の商用電源が途中で欠落した時のタイミングチャートを示し、本発明の制御シーケンスを説明する。 Now, a timing chart when the commercial power supply of the voltage waveform of each part is lost on the way is shown using FIG. 5, and the control sequence of the present invention will be described.

この場合は、電解コンデンサ２９と放電抵抗２８がないケースである。図５（イ）は商用電源のエンベロープ波形、図５（ロ）はリレーのコイル電圧、図５（ハ）はバイアス電圧、図５（ニ）は正極電圧である。 In this case, theelectrolytic capacitor 29 and thedischarge resistor 28 are not provided. 5 (a) shows the envelope waveform of the commercial power supply, FIG. 5 (b) shows the coil voltage of the relay, FIG. 5 (c) shows the bias voltage, and FIG. 5 (d) shows the positive voltage.

このケースでは、（ａ）点で電源コンセントが抜かれることが生じたと仮定して電圧が消失している。（ｄ）点では一旦消滅した電圧が再発生したことを示している。（ａ）点から制御回路の各部の電圧がある下降時定数をもって下降している。 In this case, the voltage disappears assuming that the power outlet is unplugged at point (a). The point (d) indicates that the once extinguished voltage is regenerated. From point (a), the voltage of each part of the control circuit falls with a certain fall time constant.

図５（ロ）のリレーコイル電圧は下降を続け（ｂ）点で接点維持ができる限界の閾値電圧Ｖｔｈ（ＲＬＹ）に達するとリレー２３の接点が開成し、正極電圧のパワーユニット１２への印加が消滅する。 When the relay coil voltage in FIG. 5B continues to decrease and reaches the threshold voltage Vth (RLY) which is the limit at which the contact can be maintained at the point (b), the contact of therelay 23 is opened, and the positive voltage is applied to thepower unit 12. Disappear.

（ｂ）点から（ｃ）点ではバイアス電圧がＦＥＴの閾値電圧に達していないのでゲート電圧はＯＮの状態で、このときにＦＥＴ半導体は正常に動作している。（ｃ）点に達して初めてＦＥＴのスレッショルド電圧Ｖｔｈ（ＡＭＰ）となるが、その時点では正極電圧の印加はないので破壊は生じない。 From point (b) to point (c), since the bias voltage does not reach the threshold voltage of the FET, the gate voltage is in an ON state. At this time, the FET semiconductor operates normally. The threshold voltage Vth (AMP) of the FET is not reached until the point (c) is reached. However, since no positive voltage is applied at that point, no breakdown occurs.

また（ｄ）点で商用電源電圧が復帰すると今度は制御回路の各部電圧は各々の上昇時定
数で上昇を始める。リレーコイル電圧の印加開始はメイン制御部２４の電源電圧検知機能（詳細は図示せず）で商用電源が再印加される時点から一定の遅延時間をもって始まる。Further, when the commercial power supply voltage is restored at the point (d), the voltages of the respective parts of the control circuit start to rise with their rising time constants. The application start of the relay coil voltage starts with a certain delay time from the time when the commercial power is reapplied by the power supply voltage detection function (not shown in detail) of themain control unit 24.

まず、バイアス電圧がスレッショルド電圧に達しＦＥＴはアクティブな状態になる。しかし、この時点ではリレー２９はＯＮしていないので接点は開成しておりゲート電圧に正極電圧が印加されていない状態なのでＦＥＴは破壊しない。 First, the bias voltage reaches the threshold voltage, and the FET becomes active. However, since therelay 29 is not turned on at this time, the contact is open and the positive voltage is not applied to the gate voltage, so the FET is not destroyed.

（ｆ）点で電圧がＶｔｈ（ＲＬＹ）に達し始めて、パワーユニット１２に正極電圧は印加されるが、その時点では既に（ｅ）点でバイアス電圧は確立しているためＦＥＴが破壊することはない。 The voltage starts to reach Vth (RLY) at the point (f), and the positive voltage is applied to thepower unit 12. At that time, the bias voltage has already been established at the point (e), and the FET will not be destroyed. .

以上のように、ドアの短時間の開け閉めや瞬時電圧低下などの過渡的な現象が発生してもＦＥＴは破壊することはない。 As described above, even if a transient phenomenon such as opening and closing of the door for a short time or instantaneous voltage drop occurs, the FET is not destroyed.

次に、バイアス電圧供給部２０と負極電圧供給部１９の間に電解コンデンサ２９を付加した状態について図６を用いて説明する。この場合も、シーケンス的には図５で示したものと同じであるが、バイアス電圧の下降時定数が大きいためＶｔｈ（ＡＭＰ）に達することがなく、負極電圧は常時ＦＥＴをアクティブにする状態が続き、正極電圧がどのような状態になってもＦＥＴは破壊することはないため安全性はさらに高まる。 Next, a state in which anelectrolytic capacitor 29 is added between the biasvoltage supply unit 20 and the negativevoltage supply unit 19 will be described with reference to FIG. In this case as well, the sequence is the same as that shown in FIG. 5, but since the bias voltage fall time constant is large, it does not reach Vth (AMP), and the negative voltage always keeps the FET active. Subsequently, since the FET is not destroyed regardless of the state of the positive voltage, safety is further enhanced.

次に、正極電圧供給部１８と負極電圧供給部１９の間に放電抵抗２８を付加した状態について図７を用いて説明する。このケースもシーケンス的には図５で示したものと同じであるが、正極電圧の電圧下降時定数が小さくなり、（ａ）点で正極電圧は零になって正極電圧はパワーユニット１２に印加されないため図５に比べて一層ＦＥＴが破壊しにくい方向に推移に推移しており、より一層安全性は確保することができる。 Next, a state in which adischarge resistor 28 is added between the positivevoltage supply unit 18 and the negativevoltage supply unit 19 will be described with reference to FIG. In this case, the sequence is the same as that shown in FIG. 5, but the voltage drop time constant of the positive voltage decreases, the positive voltage becomes zero at point (a), and the positive voltage is not applied to thepower unit 12. For this reason, the FET is more difficult to be destroyed than in FIG. 5, and further safety can be ensured.

以上のように、本発明にかかるマイクロ波処理装置は、ドアの開閉に連動して二重発振停止装置を有し、マイクロ波の人体暴露を完全に阻止するとともに必ず正極電圧が印加されている時にはバイアス電圧はスレショルド電圧以上となっているため、半導体素子の破壊は生じない厳重な構成となっている。 As described above, the microwave processing apparatus according to the present invention has a double oscillation stop device in conjunction with opening and closing of the door, and completely prevents exposure of microwaves to the human body and always applies a positive voltage. Since the bias voltage is sometimes higher than the threshold voltage, the semiconductor device is not severely damaged.

本発明は、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは、半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。 The present invention can also be applied to uses such as a heating apparatus and a garbage processing machine using dielectric heating as typified by a microwave oven, or a microwave power source of a plasma power source as a semiconductor manufacturing apparatus.

１２パワーユニット
１６商用電源
１７電源部
１８正極電圧供給部
１９負極電圧供給部
２０バイアス電圧供給部
２１発振部
２２第一のドアスイッチDESCRIPTION OFSYMBOLS 12Power unit 16Commercial power supply 17Power supply part 18 Positivevoltage supply part 19 Negativevoltage supply part 20 Biasvoltage supply part 21Oscillation part 22 1st door switch

Claims

Translated fromJapanese

被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室から機外へ電波の漏洩を遮断する開閉自在のドアと、マイクロ波の基準信号を作成する発振部と、前記発振部の出力を受け半導体素子を用いた複数段のアンプでかつ少なくとも複数段のアンプの最終段はノーマリーＯＮ型のＦＥＴを用いた半導体で構成された電力増幅を行うパワーユニットと、前記パワーユニットから出力されるマイクロ波電力を放射するアンテナと、商用電源をＡＣ−ＤＣ変換し前記パワーユニットのドレイン又はコレクタに印加される正極電圧を作成する正極電圧供給部と、エミッタ又はソースに印加される負極電圧を作成する負極電圧供給部と、前記ベース又はゲートに印加されるバイアス電圧を作成するバイアス電圧供給部を具備した電源部と、ドアの閉成と連動して閉成する機械的接点を有する第一のドアスイッチとを備え、前記第一のドアスイッチの閉成により前記パワーユニットの前記正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧を供給する構成としたマイクロ波処理装置。A heating element that houses an object to be heated, an openable / closable door that blocks leakage of radio waves from the heating chamber to the outside of the apparatus, an oscillating unit that generates a reference signal for microwaves, and a semiconductor element that receives the output of the oscillating unit A power unit for amplifying power and a microwave power output from the power unit are radiated from a power unit composed of a semiconductor using a normally-on type FET. An antenna, a positive voltage supply unit that AC-DC converts a commercial power supply and creates a positive voltage applied to the drain or collector of the power unit, a negative voltage supply unit that creates a negative voltage applied to the emitter or source, A power supply unit having a bias voltage supply unit for generating a bias voltage applied to the base or the gate, and a door closing operation. And a first door switch having a mechanical contact, and configured to supply a positive voltage from the positive voltage supply unit of the power unit to the drain or collector by closing the first door switch. .

ドアが閉じられるとき閉成しドアが開かれたとき開成する第二のドアスイッチを設け電源部への電力供給を制御する構成とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。The microwave processing apparatus according to claim 1, wherein a second door switch that opens when the door is closed and opens when the door is opened is provided to control power supply to the power supply unit.

第一のドアスイッチの接点と直列に接続されるノーマリーオープンの接点をもつリレーと、商用電源の印加の有無を検出可能なメイン制御部とを備え、リレーはメイン制御部からの指令信号によって電源部への商用電源断後に開成する構成とし、商用電源印加時にはバイアス電圧供給部の電圧が確立するまで十分遅延時間を有した後にリレーに閉成信号を出力しバイアス電圧がノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのスレッショルドを超えアクティブ状態になった後に正極電圧が印加される構成とした請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。A relay having a normally open contact connected in series with the contact of the first door switch, and a main control unit capable of detecting the presence or absence of application of commercial power, and the relay according to a command signal from the main control unit It is configured to open after the commercial power supply is cut off to the power supply unit, and when the commercial power supply is applied, it has a sufficient delay time until the voltage of the bias voltage supply unit is established, then outputs a closing signal to the relay, and the bias voltage is a normally ON type FET The microwave processing apparatus according to claim 1, wherein a positive voltage is applied after the gate threshold is exceeded and the active state is reached.

バイアス電圧供給部と負極電圧供給部との間に商用電源断時の電圧下降時定数が緩やかになるような容量性インピーダンスを備え、商用電源断時にノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのバイアス電圧が長時間ノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのスレッショルド電圧を超える構成とした請求項３に記載のマイクロ波処理装置。Capacitive impedance is provided between the bias voltage supply unit and the negative voltage supply unit so that the voltage drop time constant when the commercial power supply is turned off is moderate, and the bias voltage of the gate of the normally ON type FET is long when the commercial power supply is turned off. The microwave processing apparatus according to claim 3, wherein the microwave processing apparatus is configured to exceed a threshold voltage of a gate of a time normally ON type FET.

正極電圧供給部と負極電圧供給部との間に放電抵抗を備え、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲート電圧がスレッショルドを下回る前に商用電源断時後の正極電圧が速やかに零化しノーマリーＯＮ型のＦＥＴの破壊モードを回避する構成とした請求項３に記載のマイクロ波処理装置。A discharge resistor is provided between the positive voltage supply unit and the negative voltage supply unit, and the positive voltage after the commercial power supply is quickly zeroed before the gate voltage of the normally ON type FET falls below the threshold, and the normally ON type FET The microwave processing apparatus according to claim 3, wherein the microwave processing apparatus is configured to avoid the destruction mode.

商用電源の後に配した電流ヒューズと、第二のドアスイッチの後に配したドア開時に閉成するドアと連動した第三のドアスイッチを備え、万一第二のドアスイッチが溶着したとき第三のドアスイッチを通じた閉回路が形成され瞬時に電流ヒューズを溶断する構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。It has a current fuse that is placed after the commercial power supply and a third door switch that is linked to the door that is closed when the door is placed after the second door switch. The microwave processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a closed circuit through the door switch is formed to instantaneously blow the current fuse.