用于电磁烹饪的低成本固态RF发生系统技术方案

提供一种用于具有封闭腔的电磁烹饪装置的固态射频发生系统。该射频发生系统包括：RF馈源，其用于将电磁辐射引入空腔中以加热食物负载；联接至RF馈源的高功率RF放大器，该放大器包括至少一个放大级，所述至少一个放大级被配置成输出相对于输入RF信号放大了功率的信号；小信号发生器，其用于将输入RF信号提供给放大器；以及开关电源单元，其包括：将AC电源电力变换为低电压DC以供应给放大器的单级DC‑DC变换器；以及控制器，该控制器被配置成调整来自AC电源电力的输入电流以形成与用于向小信号发生器供电的AC电源电力的频率相同的预定周期性波形。

Low-cost solid-state RF generation system for electromagnetic cooking

A solid-state radio frequency generation system for an electromagnetic cooking device with a closed cavity is provided. The RF generator system includes: an RF feed for introducing electromagnetic radiation into the cavity to heat the food load; a high-power RF amplifier connected to the RF feed, which includes at least one amplifier stage configured to output a signal amplifying power relative to the input RF signal; and a small signal generator for supplying the input RF signal to the amplifier. The switching power supply unit includes: a single-stage DC DC converter converting AC power supply to low-voltage DC for supply to amplifiers; and a controller configured to adjust the input current from AC power supply to form a predetermined periodic waveform with the same frequency as the AC power supply for supply to small signal generators.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电磁烹饪的低成本固态RF发生系统
技术介绍
本装置总体上涉及一种用于电磁烹饪装置的低成本固态射频(RF)发生系统，并且更具体地，涉及一种低成本固态RF发生系统中的主供电单元。常规的微波炉通过电介质加热的过程来烹饪食物，其中高频交变电磁场分布在整个封闭腔中。无线电频谱的子带，在2.45GHz或其附近的微波频率主要通过吸收水中的能量来引起电介质加热。为了在常规微波中生成微波频率辐射，施加到高功率放大器的高压变压器的电压导致施加到生成微波频率辐射的磁控管的高压功率。然后，微波通过波导被发送到包含食物的封闭腔。利用单一、非相干源(如磁控管)在封闭腔中烹饪食物会导致食物的不均匀加热。为了更均匀地加热食物，微波炉除了其它之外还包括机械的解决方案，诸如微波搅拌器和用于旋转食物的转盘。常见的基于磁控管的微波源不是窄带的并且不是可调谐的(即，以随时间变化并且不可选择的频率发射微波)。作为这种常见的基于磁控管的微波源的替代方案，固态源可以包括在可调谐并相干的微波炉中。为高功率放大器供电的现有技术解决方案包括使用常规的AC-DC电源。例如，图1例示了具有1kW额定功率的现有技术供电单元架构。现有技术的供电单元包括高压AC到高DC变换组件，其包括功率因数校正(PFC)子组件。现有技术的供电单元包括实现电流隔离的二级高压DC到低电压DC变换组件。AC-DCPFC变换级的目的是从电源线排出电流，其波形几乎是正弦波并且与电源电压同相。图2中例示了现有技术供电单元架构中的AC-DCPFC变换级的典型实施方式。功率因数校正器包括整流器、电感器、电子开关(例如，MOSFET、IGBT等)、快速恢复二极管、输出电容器以及控制器。PFC级的负载是随后的DC-DC变换级。即使在这种最小的实现形式中，功率因数校正器级的成本通常也是1kWAC-DC供电单元成本的约30％。简而言之，现有技术解决方案效率低并且昂贵。已知用于供电单元的其它现有技术拓扑结构，其结合了AC-DC变换和DC-DC变换级二者的功能。但是，这些已知的拓扑结构很复杂并且包括相对于可比瓦数的基本DC-DC变换器超裕度设计的组件。例如，图3中示出了单级AC-DC变换拓扑结构，其例示了升压全桥，该升压全桥源于常规的相移全桥DC-DC变换器。在这种拓扑结构中，桥的两个下支腿实现PFC的功能。这种设计的一个局限性是每当AC瞬时功率变为零时就需要能量存储罐来供给DC负载，这在零交叉附近的每个电源周期发生两次。例如，当在DC输出端使用电容储能时，在28V下供给1kW负载持续5ms(即50Hz配电系统中电源循环持续时间的四分之一)所需的典型能量是：C＝2Pt/V2＝2·1000·0.005/282＝12.3mF@28V在400VDC下使用电容储能时，必要的电容为：C＝2P/V2＝2·1000·0.005/4002＝62.5uF@400V这种电容器的成本和物理尺寸将是令人不敢问津。附加地，在切断电源电力(当微波炉门打开时需要减轻电源电力)之后，电容将在相对长的时间内提供RF电源。
技术实现思路
在一方面，提供一种固态射频发生系统用于具有封闭腔的电磁烹饪装置，食物负载(foodload)放置在该封闭腔中。固态射频发生系统包括：RF馈源(feed)，该RF馈源被配置成将电磁辐射引入封闭腔中以加热和烹饪食物负载；高功率RF放大器，该高功率RF放大器联接至RF馈源，该高功率RF放大器包括至少一个放大级，所述至少一个放大级被配置成输出相对于输入RF信号放大了功率的信号；小信号发生器，该小信号发生器联接至高功率RF放大器用于生成输入RF信号；以及联接至高功率RF放大器和小信号发生器的开关电源单元，其中开关电源单元包括：单级AC-DC变换器组件，该AC-DC变换器组件将AC电源电力变换为输出到高功率RF放大器的低电压DC；以及控制器，该控制器被配置成使来自AC电源电力的正弦输入电流畸变以形成具有与AC电源电力相同频率的预定周期性非正弦波形，以便使输出电压波纹最小。在另一方面，提供一种固态射频发生系统用于具有封闭腔的电磁烹饪装置，食物负载放置在该封闭腔中。固态射频发生系统包括：多个RF馈源，所述多个RF馈源被配置成将电磁辐射引入封闭腔中以加热和烹饪食物负载；一组高功率RF放大器，所述一组高功率RF放大器联接至多个RF馈源，各高功率RF放大器包括至少一个放大级，所述至少一个放大级被配置成输出相对于输入RF信号放大了功率的信号；小信号发生器，该小信号发生器联接至所述一组高功率RF放大器用于生成输入RF信号；以及联接至所述一组高功率RF放大器和小信号发生器的至少一个开关电源单元，其中，所述至少一个开关电源单元包括：至少一个单级AC-DC变换器组件，其将AC电源电力变换为输出到所述一组高功率RF放大器的低电压DC；以及控制器，该控制器被配置成使来自AC电源电力的正弦输入电流畸变以形成具有与AC电源电力相同频率的预定周期性非正弦波形，以便使输出电压波纹最小。在一方面，提供一种电磁烹饪装置，包括：封闭腔，其中食物负载放置在该封闭腔中；多个RF馈源，所述多个RF馈源被配置成将电磁辐射引入封闭腔中以加热和烹饪该食物负载；联接至所述多个RF馈源的一组高功率RF放大器，各高功率RF放大器包括至少一个放大级，所述至少一个放大级配置成输出相对于输入RF信号放大了功率的信号；小信号发生器，该小信号发生器联接至所述一组高功率RF放大器用于生成输入RF信号；以及开关电源单元，该开关电源单元联接至所述一组高功率RF放大器和所述小信号发生器，其中，该供电单元包括：至少一个单级AC-DC变换器组件，其将AC电源电力变换为输出到所述一组高功率RF放大器的低电压DC；以及控制器，该控制器被配置成使来自AC电源电力的正弦输入电流畸变以形成与AC电源电力频率相同的预定周期性非正弦波形，以便使输出电压波纹最小，其中，该控制器还被配置成基于由该开关电源单元输出的低电压DC来对由小信号发生器生成的输入RF信号的幅值进行调制。附图说明在附图中：图1是现有技术的供电单元架构的框图；图2是图1所示的供电单元的现有技术AC-DCPFC变换级的局部框图和局部示意图；图3是具有升压全桥的单级AC-DC变换拓扑结构的示意图；图4是根据本文描述的各个方面的具有多个相干射频馈源的电磁烹饪装置的框图；图5是图4的射频信号发生器的框图；图6是根据本文描述的各个方面的固态射频发生系统的框图；图7是现有技术电源的固态射频发生系统的输入和输出电流以及电压曲线图；图8是图6的固态射频发生系统的修正的输入和输出电流以及电压曲线图；图9是例示图6的固态射频发生系统的一个示例的示意图；以及图10是例示图6的固态射频发生系统的另一示例的示意图。具体实施方式应当理解，附图中所例示的以及以下说明书中所描述的特定装置和过程仅仅是所附权利要求中限定的专利技术构思的示例性实施方式。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与本文所公开的实施方式有关的其它物理特性不应被视为限制。固态射频(RF)烹饪器具通过将电磁辐射引入封闭腔来加热和烹饪食物。在封闭腔中的不同位置处的多个RF馈源在它们辐射时产生动态电磁波型。为了控制和形成封闭腔中的波型形状，多个RF馈源可以辐射具有单独控制的电磁特性的波以保持封闭腔内的相干性(即本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电磁烹饪装置的固态射频发生系统，所述电磁烹饪装置具有放置食物负载的封闭腔，所述固态射频发生系统包括：RF馈源，所述RF馈源被配置成将电磁辐射引入所述封闭腔中以加热和烹饪所述食物负载；联接至所述RF馈源的高功率RF放大器，所述高功率RF放大器包括至少一个放大级，所述至少一个放大级被配置成输出相对于输入RF信号放大了功率的信号；小信号发生器，所述小信号发生器联接至所述高功率RF放大器，用于生成输入RF信号；以及开关电源单元，所述开关电源单元联接至所述高功率RF放大器和所述小信号发生器，其中，所述开关电源包括：单级AC‑DC变换器组件，所述单级AC‑DC变换器组件将AC电源电力变换为输出到所述高功率RF放大器的低电压DC；以及控制器，所述控制器被配置成使来自所述AC电源电力的正弦输入电流畸变，以形成具有与所述AC电源电力相同频率的预定周期性非正弦波形，以便使输出电压波纹最小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于电磁烹饪装置的固态射频发生系统，所述电磁烹饪装置具有放置食物负载的封闭腔，所述固态射频发生系统包括：RF馈源，所述RF馈源被配置成将电磁辐射引入所述封闭腔中以加热和烹饪所述食物负载；联接至所述RF馈源的高功率RF放大器，所述高功率RF放大器包括至少一个放大级，所述至少一个放大级被配置成输出相对于输入RF信号放大了功率的信号；小信号发生器，所述小信号发生器联接至所述高功率RF放大器，用于生成输入RF信号；以及开关电源单元，所述开关电源单元联接至所述高功率RF放大器和所述小信号发生器，其中，所述开关电源包括：单级AC-DC变换器组件，所述单级AC-DC变换器组件将AC电源电力变换为输出到所述高功率RF放大器的低电压DC；以及控制器，所述控制器被配置成使来自所述AC电源电力的正弦输入电流畸变，以形成具有与所述AC电源电力相同频率的预定周期性非正弦波形，以便使输出电压波纹最小。2.根据权利要求1所述的固态射频发生系统，其中，所述控制器还被配置成基于由所述开关电源单元输出的所述低电压DC来对由所述小信号发生器生成的所述输入RF信号的幅值进行调制。3.根据权利要求1和2中任一项所述的固态射频发生系统，其中，所述单级AC-DC变换器组件还包括用于对所述AC电源电力进行整流的整流器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的固态射频发生系统，其中，所述单级AC-DC变换器还包括离线式谐振半桥DC-DC变换器。5.根据权利要求4所述的固态射频发生系统，其中，所述离线式谐振半桥DC-DC变换器包括：第一开关晶体管和第二开关晶体管，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管彼此串联地联接在所述整流器的第一输出线与第二输出线之间，其中，所述控制器对所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的开关状态和频率进行控制；第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器与所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管并联而彼此串联地联接在所述整流器的所述第一输出线与所述第二输出线之间；以及变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，所述初级绕组在第一端处联接在所述第一开关晶体管与所述第二开关晶体管之间，并且在第二端处联接在所述第一电容器与所述第二电容器之间，并且从所述次级绕组提供所述开关电源单元的所述低电压DC输出。6.根据权利要求5所述的固态射频发生系统，其中，所述控制器联接至所述变压器的所述次级绕组以接收所述低电压DC输出。7.根据权利要求4至6中任一项所述的固态射频发生系统，其中，所述控制器监测所述低电压DC输出并且改变所述离线式谐振半桥DC-DC变换器的开关频率以控制所述低电压DC输出的平均电压输出。8.根据权利要求2至7中任一项所述的固态射频发生系统，其中，所述控制器还被配置成基于由所述开关电源单元输出的所述低电压DC来对由所述小信号发生器生成的所述输入RF信号的幅值进行调制，其中，所述输入RF信号的幅值被所述控制器调制成，所述输入RF信号具有与期望电流设定点和期望功率设定点中的一个相对应的幅值。9.根据权利要求3至8中任一项所述的固态射频发生系统，其中，所述单级AC-DC变换器组件还包括联接在所述整流器的所述第一输出线与所述第二输出线之间的非平滑电容器。10.根据权利要求1至9中任一项所述的固态射频发生系统，其中，所述控制器控制所述小信号发生器以对所述输入RF信号的幅值进行调制，以逐渐减小所述输入RF对所述低电压DC输出的瞬时曲线的跟随，使得所述高功率放大器在压缩点处工作，从而使所述高功率RF放大器的效率最大。11.根据权利要求1至10中任一项所述的固态射频发生系统，其中，当所述AC电源电力的电压降低时，所述控制器协同地降低由所述高功率RF放大器汲取的瞬时功率。12.根据权利要求1至11中任一项所述的固态射频发生系统，其中，所述控制器在所述AC电源电力的过零点附近增大所述开关电源单元的增益，以减小所述输出电压的波动深度。13.一种用于电磁烹饪装置的固态射频发生系统，所述电磁烹饪装置具有放置食物负载的封闭腔，所述固态射频发生系统包括：多个RF馈源，所述多个RF馈源被配置成将电磁辐射引入所述封闭腔中以加热和烹饪所述食物负荷；联接至所述多个RF馈源的一组高功率RF放大器，各高功率RF放大器包括至少一个放大级，所述至少一个放大级被配置成输出相对于输入RF信号放大了功率的信号；小信号发生器，所述小信号发生器联接至所述一组高功率RF放大器，用于生成所述输入RF信号；以及开关电源单元，所述开关电源单元联接至所述一组高功率RF放大器和所述小信号发生器，其中，所述开关电源包括：至少一个单级AC-DC变换器组件，所述至少一个单级AC-DC变换器组件将AC电源电力变换为输出到所述一组高功率RF放大器的低电压DC；以及控制器，所述控制器被配置成使来自所述AC电源电力的正弦输入电流畸变，以形成具有与所述AC电源电力相同频率的预定周期性非正弦波形，以便使输出电压波纹最小。14.根据权利要求13所述的固态射频发生系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·加利瓦诺尼，C·V·帕斯托，M·里纳尔迪，N·罗姆佩达齐，
申请(专利权)人：惠而浦公司，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：美国,US