用于高频介质加热功率的功率控制单元、以及其控制方法技术

提供了不受磁控管类型、特性变化、以及电源电压波动等影响的高频介质加热功率控制设备。该功率控制设备被提供有输入电流检测部分（７１、７２），用于检测逆变器（１０）的输入电流，其对交流电源电压（２０）进行整流（３１），并通过执行电压的高频开关Ｌ来将其转换为高频功率。混合了来自输入电流检测部分的输入电流波形信息（９０）和功率控制信息（９１）的开关频率控制信号（９２）被转换为逆变器的半导体开关元件（３、４）的驱动信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用磁控管的高频介质加热功率控制，特别是不受磁控管的 特性变化、磁控管类型，或磁控管的阳极温度等的差异影响的高频介质加热。
技术介绍
迄今为止，安装在高频加热设备中的电源变得巨大且笨重，因此，存在 对电源进行小型化和缩减重量的要求。因此，在当前的各种领域中，积极地 进行通过切换电源而达到小型化、缩减重量、成本减少。在用于通过^f兹控管 中产生的微波烹制食物的高频加热设备中，需要对驱动磁控管的电源小型化 和缩减重量，且通过可开关逆变器完成。具体地，本专利技术所针对的高频逆变器是桥式谐振型电路，其使用一对或 两对桥臂，每个桥臂由串联连接的两个开关元件组成(例如，参照专利文献1)。上面所提到的切换仍旧包含这样的问题结合图63中VAK(阳极阴极电 压)-Ib特性指示的该磁控管是非线性负载的事实，提供给磁控管驱动电源的 商用电源的电流波形变为大量包含谐波成分的波形。另一方面，随着磁控管驱动电源的功耗的增加、以满足减少微波炉的烹 制时间的需要，谐波成分的绝对值变得更高，并且，其使得抑制电源谐波电 流变得更加困难。建议了用于抑制谐波电流的各种控制方法(例如，参考专利文献2)。图62显示了高频加热设备的磁控管驱动电源(逆变器电源)的示例。该高 频加热设备包括直流电源601、磁漏变压器602、第一半导体开关元件603、 第二半导体开关元件604、第一电容器605(緩冲电容器)、第二电容器606(谐 振电容器)、第三电容器607(平滑电容器)、驱动部分613、全波倍压整流器 611和磁控管612。该直流电源601全波整流商用电源，且向第二电容器606和石兹漏变压器 602的初级绕组608的串耳关电路施加直流电压VDC。该第一半导体开关元4牛 603和第二半导体开关元件604串联连接，且将磁漏变压器602的初级绕组608和第二电容器606的串连电路(谐振电路)与第二半导体开关元件604并联 连接。该第一电容器605与第二半导体开关元件604并联连接，且具有像緩沖 器(snubber)那样的角色，以抑制切换中出现的涌入电流(电压)。由倍压整流器 611将磁漏变压器602的次级绕组609中出现的交流高压输出转换为直流高 压，且将该电压施加到磁控管612的阳极与阴极之间。磁漏变压器602的三 级绕组610向磁控管612的阴极提供电流。第一半导体开关元件603和第二半导体开关元件604中的每一个由IGBT 和与其并联连接的飞轮(fly-wheeling)二极管。当然，第一、第二半导体开关 元件603、 604并不限于该类型，并且，也可以使用半导体闸流管、GTO开 关元件等。驱动部分613包含振荡部分，用于产生第一半导体开关元件603和第二 半导体开关元件604的驱动信号，且该振荡部分产生预定频率的方波，并且 向第一半导体开关元件603和第二半导体开关元件604提供DRIVE(驱动)信 号。仅在第一半导体开关元件603或第二半导体开关元件604关断之后，跨 越另一半导体开关元件的电压才是高的，因此，如果在该时间点关断该半导 体开关元件，则将流过形状像长钉一样的过流，并出现不必要的损失和噪声。 然而，提供了空载时间(dead time),因此延迟关断该半导体开关元件，直到跨 越该半导体开关元件的电压减小到大约0伏，使得可以防止不必要的损失和 噪声。当然，在相反的切换操作时，也执行相似的操作。在专利文献1中描述了由驱动部分613给出的DRIVE信号的详细操作、 以及在每个操作模式中的所述两个半导体开关元件的详细操作，因此将不再 讨论。作为图62中的电路结构的特征，施加到第一半导体开关元件603、第二 半导体开关元件604的电压等于直流电源电压VDC，也就是说，甚至在家用 电源的最高电压的欧洲240伏下的240^ = 339伏。因此，如果^f艮设是处于在 从间接雷击、瞬时电力中断等中恢复时的异常时间中，则可以使用具有耐受 电压大约为600伏的便宜的元件，作为第一半导体开关元件603和第二半导 体开关元件604。下面，图65显示此种逆变器电源电路中的谐振特性(由电感L和电容C 构成的串联谐振电路)。图65显示当施加给定电压时的频率-电流特性的图；横轴对应于开关频率，而竖轴对应于流入磁漏变压器的初级侧的电流。在谐振频率f0处，串连谐振电路的阻抗变为最小，且随着其远离谐振频 率而增加。因此，如该图所示，在谐振频率fO处，电流I1变为最大，且随着 频率范围由fl到f3变高而减小。在实际的逆变器操作中，使用高于谐振频率f0的从f 1到f3的频率范围(实 线部分Il)，此外，如果输入电源是像商用电源那样的交流，则开关频率响应 于商用电源的相位而改变，以符合随后描述的磁控管的非线性负载特性。使用图65中的谐振特性，对于相对不太需要,兹控管施加电压对商用电源 电压的升压比的商用电源的瞬时电压变为最高的、接近90度和270度的相位 中，在高频输出中，将开关频率设置为最高。例如，为了在200W下使用微波炉，频率变为接近f3，为了在500W下 使用微波炉，频率变得更低，为了在IOOOW下使用微波炉，频率将将进一步 变低。当然，由于控制了输入功率、输入电流等，所以，频率随着商用电源电 压、磁控管温度等的变化而改变。在商用电源的瞬时电压变为最低的O度和180度附近的相位中,，所述开 关频率被降低到谐振频率fD附近，》兹控管施加的电压对商用电源电压的升压 比(boosting ratio)增加，且加宽用于从磁控管发射无线电波的商用电源的相位 宽度，以符合除非施加高压否则不执行高频振荡的磁控管的特性。因此，对于每个电源相位而改变逆变器操作频率，因此，可以实现包含 大量基波(商用电源频率)成分和包含少量谐振成分的电流波形。然而，磁控管的非线性特性随着磁控管的类型而改变，且也由于磁控管 温度和微波炉中所加热的物质(负载)而波动。图63A到63C是磁控管的阳极阴极施加电压-阳极电流特性图；图63A 是显示基于磁控管类型的差异的图；图63B是显示基于与磁控管馈电匹配好 或差的差异的图；且图63D是显示基于磁控管温度的差异的图。在图63A到 63C中，竖轴是阳极到阴极电压，而横轴是阳极电流。在图63A中，A、 B和C是三种类型的磁控管的特性图；对于磁控管A， 直到VAK变为VAKl( = ebm)之前，只有IA1或更小的轻微电流流入。然而， 当VAK超过VAK1时，电流IA迅速开始增加。在该区域中，IA很大程度上是由于VAK的轻孩史差异而改变。下面，对于》兹控管B， VAK2(-ebm)比VAK1 更低；此外，对于磁控管C, VAK3^ebm)进一步比VAK2更低。由于^兹控管 的非线性特性依赖于磁控管类型A、 B、 C而变化，所以，在与具有低ebm 的磁控管匹配的调制波形中，当使用具有高ebm的磁控管时，输入电流波形 失真。
技术介绍
中的设备无法解决该问题。因此，产生不受磁控管类型影响 的高频介质加热电路是一个问题。在图63B中，磁控管的三种类型的特性图示出当从磁控管来看时，加热 室的好的、差的阻抗匹配。如果阻抗匹配良好，则VAKl(-ebm)为最大；随 着阻抗匹配变差，VAKl^ebm)减少。由于磁控管的非线性特性很大程度上也 依赖于阻抗匹配是良好还本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于高频介质加热的功率控制单元，其用于控制用于驱动磁控管的逆变器，将由至少两个半导体开关元件中的至少一组或更多构成的串连电路、谐振电路、以及磁漏变压器连接到通过对交流电源的电压进行整流而提供的直流电源，调制所述半导体开关元件的开关频率，以将其转换到高频功率，并将在该磁漏变压器的次级侧上出现的输出施加到该磁控管，以便激励该磁控管，该用于高频介质加热的功率控制单元包括：　输入电流检测部分，其检测从交流电源输入到该逆变器的输入电流，并输出输入电流波形信息；以及　转换部分 ，其将该输入电流波形信息转换为逆变器的半导体开关元件的驱动信号，以便抑制输入电流波形信息的瞬时波动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：末永治雄，安井健治，酒井伸一，城川信夫，守屋英明，木下学，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]