一种提高高频加热解冻系统效率的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉射频领域，具体是一种提高高频加热解冻系统效率的系统及方法，包括：所述系统包括电源端，包括直流电源模块；加热端，与供给端连接，依次包括高频激励源、高频放大器、定向耦合取样器、阻抗匹配网络单元、解冻加热腔；控制端，与电源端及加热端连接，包括操作显示终端，及与操作显示终端连接且用于控制电源端及加热端的控制模块；所述高频放大器包括E类放大器；所述解冻加热腔包括两组呈平行设置的极板组成的平行板电容器。本发明专利技术采用E类放大器实现高效率直流射频功率转换；采用极板电容，实现加热腔体设计；设计阻抗匹配网络单元实现高频放大器和加热腔体的匹配。高频放大器和加热腔体的匹配。高频放大器和加热腔体的匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种提高高频加热解冻系统效率的系统及方法


[0001]本专利技术涉射频领域，具体是一种提高高频加热解冻系统效率的系统及方法。

技术介绍

[0002]射频是一种能量，可以在特定的介质内被吸收转化为热能。
[0003]射频加热解冻技术，是基于介质的特性，将射频能量转化为热能的一种技术。
[0004]其转换效率、加热面积与穿透度，加热过程可控以及加热效果都是射频加热解冻技术中的研究内容。
[0005]射频加热技术就广泛应用于各个领域，包括工业中对原料的处理，比如，大规模的烘焙、干燥，农业杀虫杀菌，医学上微波消融治疗技术，针对肿瘤的治疗十分有效，以及化学反应中温变控制充分发挥催化剂的作用等。
[0006]射频解冻技术利用食品的介电加热特性，使食品在射频电场中加热升温，从而达到解冻目的。
[0007]射频解冻速率快、穿透深度大、加热均匀。
[0008]射频指频率范围在3kHz～300MHz 之间的电磁波，频谱范围较广，为了不对其它通讯设备造成干扰问题，规定了指定的频率应用于科学、医疗及工业领域，分别为13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz等。
[0009]肉类、鱼类等冻肉食材是由分子和离子构成的，当外部施加电场时，极性分子转动、离子运动是食物加热的主要机理。
[0010]两个极板之间的电场不断变化，会迫使极性分子旋转，离子向异性极板移动，这个过程中发生粒子碰撞、摩擦，从而生热使食物温度升高。
[0011]工业上通常使用13MHz，27MHz，40MHz，433MHz，915MHz，2450MHz的频段对食物进行加热，一般来说13MHz，27MHz，40MHz由于频率较低，穿透性好，加热更为均匀，更容易实现较大射频功率，13MHz，27MHz，40MHz的频段更适合于工业场景，实现大功率、高生产效率的加热解冻。
[0012]然现有的高频加热解冻系统，在对物品解冻时，应该充分考虑到用户对解冻时间的需求，解冻时间尽量快，然现有的高频加热解冻系统显然未达到该需求。
[0013]因此，提供一种用于提高高频加热解冻系统效率的方法，是目前需要解决的一个问题。

技术实现思路

[0014]专利技术目的：提供一种提高高频加热解冻系统效率的系统及方法，以解决现有技术存在的上述问题。
[0015]技术方案：一种提高高频加热解冻系统效率的系统，包括：电源端，包括直流电源模块；加热端，与供给端连接，依次包括高频激励源、高频放大器、定向耦合取样器、阻抗
匹配网络单元、解冻加热腔；控制端，与电源端及加热端连接，包括操作显示终端，及与操作显示终端连接且用于控制电源端及加热端的控制模块；所述高频放大器包括E类放大器；所述解冻加热腔包括两组呈平行设置的极板组成的平行板电容器。
[0016]本专利技术采用E类放大器实现高效率直流射频功率转换；采用极板电容，实现加热腔体设计；设计阻抗匹配网络单元实现高频放大器和加热腔体的匹配；同时将加热腔体本身等效阻抗作为匹配网络的一部分，并根据取样情况，微调射频加热解冻系统的频率或者采用极板等效电容调节的方式实现匹配网络调整，动态调整实现系统效率最大化。
[0017]射频高频放大器是射频电源的核心，高频放大器必须满足一定的技术指标才能实现有效放大信号并有传输的功能。
[0018]其主要技术指标有：工作频率，输出功率，最大输出效率，转换效率和功率附加效率、增益、线性度等。
[0019]减小损耗的主要方法有：一是改变高频放大器的工作模式，使用开关型高频放大器（D类、E类放大器）；二是高频放大器的输出端使用匹配网络与负载阻抗相匹配，使功率输出尽可能最大化输送至负载。
[0020]高频放大器可以分为A类、B类、AB类、C类、D类、E类等；高频放大器的线性度和效率指标之间是矛盾的。
[0021]A类工作状态时，在一个周期内，管子完全导通，即导通角。
[0022]B类工作状态，在一个周期内，管子只导通半个周期，即导通角。
[0023]AB类工作状态时，在一个周期内，管子大部分时间都导通，即导通角。
[0024]C类工作状态时，导通时间小于周期的一半，即导通角。
[0025]E类状态，放大器工作在开关状态，其理论上的功率转换效率可以达到100%，此时的高频放大器只是一个能量转换器，将直流电源提供的能量转换为交流能量。
[0026]放大器效率与导通角之间的数据关系为：放大器效率与导通角之间的数据关系为：表示是效率的符号；表示放大器的导通角；为了优化射频加热解冻系统的效率，我们采用E类放大器实现高频功率放大。
[0027]类似的，也可以采用D类推挽高频放大器来实现高频功率放大。
[0028]这两类放大器的效率都很高。
[0029]在进一步实施例中，射频阻抗匹配网络（简称匹配网络）就是将高频放大器输出的射频功率最大化的传输到负载阻抗上。
[0030]所述阻抗匹配网络单元用于将高频放大器输出的射频功率最大化的传输到负载阻抗上，完成匹配网络实现高频放大器和解冻加热腔的匹配；
高频放大器与阻抗匹配网络之间设有放大器及匹配器电路；放大器及匹配器电路包括与高频放大器并联的电容C，调谐于工作频率的串联电感、电容，谐振网络和阻抗匹配网络以及负载阻抗。
[0031]并联电容C由高频放大器内部的输出电容和附加于负载网络的外电路电容一起组成。
[0032]高频放大器在驱动信号作用下, 高频放大器处于开关状态, 漏极电压决定于断开时负载网络的瞬态响应。
[0033]串联谐振器LC调谐于基频；具有并联电容的E类高频放大器理想化等效电路具有并联电容的E类高频放大器理想化等效电路其中为网络的有载品质因数。为系统工作角频率。
[0034]匹配网络可以使用L型、PI型、T型匹配网络。
[0035]一种提高高频加热解冻系统效率的方法，包括：高频激励源经过高频放大器后实现高效率直流射频功率转换；采集入射功率信号和反射功率信号；判断信号的幅度和相位，是否满足匹配条件；是，开始射频加热工作；否，匹配网络调谐，并重新判断信号的幅度和相位，是否满足匹配条件；完成加热解冻。
[0036]在进一步实施例中，开始射频加热前，将物料放置在解冻加热腔体内（放置在两极板之间）；高频放大器通过匹配电路以及上下极板形成谐振电路作用于待加工的物料，物料中极性分子发生极化运动以及水合离子的振荡迁移进而产生能量转化，将电能转化为内能，从而引起物料升温。
[0037]通过定向耦合器，获得正向功率和反向功率信号的矢量信号。
[0038]在进一步实施例中，由定向耦合器采集入射功率信号和反射功率信号，并计算正交分量I、Q。
[0039]=cos（t+）；=cos（t+）；其中为入射信号，为反射信号，为射频角频率，为入射信号相位，为反射信号相位；通过矢量解调的方式，获得正向信号和反向信号的幅度和、相位和，同时也可以获得信号的正交分量I、Q；基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高高频加热解冻系统效率的系统，其特征是，包括：电源端，包括直流电源模块；加热端，与供给端连接，依次包括高频激励源、高频放大器、定向耦合取样器、阻抗匹配网络单元、解冻加热腔；控制端，与电源端及加热端连接，包括操作显示终端，及与操作显示终端连接且用于控制电源端及加热端的控制模块；所述高频放大器包括E类放大器；所述解冻加热腔包括两组呈平行设置的极板组成的平行板电容器。2.根据权利要求1所述的一种提高高频加热解冻系统效率的系统，其特征是：所述阻抗匹配网络单元用于将高频放大器输出的射频功率传输到负载阻抗上，完成匹配网络实现高频放大器和解冻加热腔的匹配。3.根据权利要求2所述的一种提高高频加热解冻系统效率的系统，其特征是：高频放大器与阻抗匹配网络之间设有放大器及匹配器电路；放大器及匹配器电路包括与高频放大器并联的电容C，调谐于工作频率的串联电感 、电容，谐振网络和阻抗匹配网络以及负载阻抗。4.一种提高高频加热解冻系统效率的方法，其特征是，包括：高频激励源经过高频放大器后实现高效率直流射频功率转换；采集入射功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志宇，付浩然，蔡晓葳，卢晓通，赵夏青，刘学锋，雷钰，冯雨，
申请(专利权)人：国电投核力电科无锡技术有限公司，
类型：发明
国别省市：