高频电介质加热功率控制单元及方法技术

所提供的是高频电介质加热功率控制单元和方法，用于不受磁控管类型、特性不规则性或者电源电压波动的影响而高频电介质加热。该高频电介质加热功率控制单元包括输入电流检测单元（７１，７２），用于检测用于整流（３１）ＡＣ电源电压（２０）的逆变器电路（１０）的输入电流，执行高频切换，和将其转换为高频功率。混频电路（８１）将输入电流检测单元上的输入电流波形信息（９０）和用于控制输入电流检测单元的输出为预定值的电源控制信息（９１）混频，从而输出ＯＮ电压信息（９２）。ＰＷＭ比较器（８２）将ＯＮ电压信息与来自锯齿波生成电路（８３）的锯齿波进行比较。执行脉冲宽度调制，并且将驱动信号输出以执行逆变器电路的切换晶体管（３９）的ＯＮ／ＯＦＦ控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及诸如微波炉之类的使用磁控管(magnetron)的高频电介质加热的功率控制，具体地，涉及不受磁控管特性变化或特性类型、或磁控管的阳极温度等差异影响的高频电介质加热。
技术介绍
在相关技术中的已知高频电介质加热单元根据来自逆变器(inverter)的输出脉冲的宽度来调整施加到磁控管的功率。随着信号重叠(superposition)部件的输出电压变高，逆变器控制电路的输出脉冲宽度变宽并且施加到磁控管的功率增加。该配置使得可能改变信号重叠部件的输出电压，以连续地改变磁控管的加热输出。 由于加热器也用作磁控管的阴极，所以用于将电压施加到磁控管的变压器也将电压施加到加热器，因而施加到加热器的功率也响应于施加到磁控管的功率的变化而变化。因此，如果试图将加热器温度维持在适当范围中，则只可在微小的范围内改变加热输出，并且不能连续地改变加热输出；这是一个问题。 作为用于解决该问题的高频加热单元，可用专利文件1中的公开的控制系统。图30是描述了用于执行该控制系统的高频加热单元的图。在图30中，加热控制系统包括磁控管701 ;用于在将高压功率施加到高压整流电路702的同时将功率施加到磁控管701的加热器715的变压器703，其中所述高压整流电路702用于将次级线圈功率施加到磁控管701;逆变器电路705，用于整流AC电源704，将其转换为预定频率的AC，并将该AC提供到变压器703 ;功率检测部件706，用于检测逆变器电路705的输入功率或来自逆变器电路705的输出功率；输出设置部分707，用于输出与任何希望的加热输出设置对应的输出设置信号；功率调节部分708，用于在功率检测部件706的输出和输出设置信号之间进行比较，并控制功率调节信号的DC电平，以便提供任何希望的加热输出；振荡检测部件719，用于输出振荡检测信号，如果功率检测部件706的输出变为等于或大于参考电压生成部件718的输出电平则该振荡检测信号进行低到高的转变；比较电压生成电路716，用于生成相应于输出设置信号的电压，通过电平转换电路720波形整形信号比较输出设置信号；波形整形电路721，用于整形整流电路710的输出，该整流电路710用于基于波形整形信号和振荡检测信号来整流AC电源电压704;比较电路711，用于比较波形整形电路721的输出信号与比较电压生成电路716的输出，并当前者小于后者时输出比较参考电压，或当前者大于后者时执行反转(inverting)放大；信号重叠部件712，用于将比较电路711的输出的波动信号叠加到功率调节信号上，并输出脉冲宽度控制信号；振荡电路713和逆变器控制电路714，用于通过脉冲宽度控制信号执行振荡电路713的输出的脉冲宽度调制，并根据调制输出驱动逆变器电路5。 高频加热单元基于逆变器控制电路714的输出脉冲宽度来调整施加到磁控管701的功率。随着信号重叠部件712的输出电压变得更高，逆变器控制电路714的输出脉冲宽度加宽，并且增加施加到磁控管701的功率。在该单元中，信号叠加部件712的输出电压连续改变，因而使得可能连续改变磁控管701的加热输出。 根据该配置，响应于由波形整形电路721的输出设置执行整形，以便输入AC电源704的整流电压，并输出到比较电路711。通过具有比较电压生成电路716的比较电路711执行波形整形电路721的输出的反转放大，以便生成在与作为参考电压的加热输出设置信号相应的电平上的参考信号，并且将反转放大信号和功率调节部分708的输出相互叠加，从而对于信号叠加部件712输出的脉冲宽度控制信号，接近AC电源704的最大幅度的电平变低，而在与加热输出设置为高时相比的低输出时间上磁控管非振荡部分中的电平变高，因此，延长了磁控管的每电源周期的振荡时间段。因而，施加到加热器的功率增加。此外，在高输出时间，逆变器的输入电流波形变为在包络峰值附近向上凸起的波形，并且接近正弦波的经整形的波形，而且抑制了谐波电流。 因此控制脉冲宽度控制信号，使得在低输出时间加热器电流被大量进入，并且在高输出时间通过波形整形电路721减少电源电流谐波，从而电源电流谐波可保持较低，可使得加热器电流变化较小，并且可实现非常可靠的高频加热单元。 但是，在控制中，发现由于执行基于预期的控制系统的波形整形，所以波形整形不能跟随磁控管特性的变化或特性的类型、由磁控管的阳极温度和微波炉中的负载引起的ebm(阳极-阴极电压)波动、或者电源电压波动，使得通过使用调制波形执行脉冲宽度调制，输入电流波形变为接近正弦波，其中通过处理和整形用于开关晶体管的ON/OFF驱动脉冲的商业电源波形提供所述调制波形。 将简略描述引起本专利技术的磁控管特性的变化或特性的类型。由于磁控管的VAK(阳极阴极电压)-Ib特性是如图31所示的非线性负载，所以响应于商业电源的相位来调制ON宽度，并使得输入电流波形接近正弦波，以便改进功率因子。 磁控管的非线性特性依据磁控管的类型而改变，并且也由于磁控管温度和在微波炉中加热的物质(负载)而波动。 图31是磁控管的阳极阴极应用电压-阳极电流特性图；(a)是示出依据磁控管类型的差异的图；(b)是示出依据磁控管的电源匹配的好坏的差异的图；而(c)是示出依据磁控管温度的差异的图。在图(a)至lj(c)中，纵轴指示阳极-阴极电压而横轴指示阳极电流。 然后，参考(a)， A、 B和C是三种类型磁控管的特性图。对于磁控管A，只有微小电流IA1或更少电流的流过，直到VAK变为VAK1C = ebm;)为止。但是，如果VAK超出VAK1，则电流IA迅速开始增加。在该区域，IA根据VAK的微小差异而显著改变。接下来，对于磁控管B， VAK2( = ebm)低于VAK1，并且对于磁控管C， VAK3(=ebm)低于VAK2。由于对于与具有低ebm的磁控管匹配的调制波形来说，依据磁控管类型A、 B、 C，磁控管的非线性特性这样变化，所以当使用具有高ebm的磁控管时输入电流波形变得失真。相关技术的单元不能处理这些问题。而后，生产不受磁控管类型影响的高频电介质加热电路是个问题。类似的，参考(b)，磁控管的三种类型的特性图示出从每个磁控管查看的加热腔阻抗匹配的好坏。如果阻抗匹配好，则VAKl(二ebm)最大而随着变差而变小。因此， 磁控管的非线性特性也依据阻抗匹配的好坏而显著改变，因此生产不受磁控管类型影响 的高频电介质加热电路是个问题。 类似地，参考(c)，磁控管的三种类型的特性图示出磁控管温度的高低。如果温 度低，则VAKl( = ebm)最大，而随着温度逐渐变高，ebm而变小。因此，如果磁控管 温度与低温度匹配，则当磁控管温度变高时，输入电压波形变得失真。 因此，磁控管的非线性特性也依据磁控管温度差异而显著改变，因此生产不受 磁控管类型影响的高频电介质加热电路是个问题。 专利文件2公开了用于处理上述问题的控制系统。图32是描述用于执行该控制 系统的高频加热单元的框图。 在图32中，通过有4个二极管232组成的二极管桥型整流电路231整流AC电 源220的AC电压，并且通过由电感器234和电容器235组成的平滑电路230将该AC电 压转换为DC电压。然后，通过由谐振电路236和开关晶体管239组成的逆变器电路将 DC电压转换为高频AC，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频电介质加热功率控制单元，用于控制用于整流ＡＣ电源的电压的逆变器电路、调制开关晶体管的高频切换的导通时间、以及转换为高频功率，所述高频电介质加热功率控制单元包括：　　输入电流检测部分，用于检测从ＡＣ电源到逆变器电路的输入电流，并输出输入电流波形信息；　　转换部分，用于将输入电流波形信息转换为逆变器电路的开关晶体管的驱动信号，使得抑制输入电流波形信息的瞬时波动；　　输入电压检测部分，用于检测从ＡＣ电源到逆变器电路的输入电压，并输出输入电压波形信息；以及　　选择部分，选择输入电流波形信息或输入电压波形信息中较大的，　　其中所述转换部分将所选择的输入电流波形信息或输入电压波形信息转换为逆变器电路的开关晶体管的驱动信号。

【技术特征摘要】
JP 2005-11-25 340555/05;JP 2005-11-25 340556/05;JP一种高频电介质加热功率控制单元，用于控制用于整流AC电源的电压的逆变器电路、调制开关晶体管的高频切换的导通时间、以及转换为高频功率，所述高频电介质加热功率控制单元包括输入电流检测部分，用于检测从AC电源到逆变器电路的输入电流，并输出输入电流波形信息；转换部分，用于将输入电流波形信息转换为逆变器电路的开关晶体管的驱动信号，使得抑制输入电流波形信息的瞬时波动；输入电压检测部分，用于检测从AC电源到逆变器电路的输入电压，并输出输入电压波形信息；以及选择部分，选择输入电流波形信息或输入电压波形信息中较大的，其中所述转换部分将所选择的输入电流波形信息或输入电压波形信息转换为逆变器电路的开关晶体管的驱动信号。2. 如权利要求1所述的高频电介质加热功率控制单元，其中将所述选择部分实现为连 接在所述输入电流检测部分和所述转换部分之间的混频电路，用于混频输入电流波形信 息或输入电压波形信息和用于控制使得在逆变器电路任意点的电流或电压变为预定值的 功率控制信息，并生成导通电压信号，其中所述转换部分将导通电压信号转换为驱动信号，使得抑制施加到磁控管的电压 的峰值。3. 如权利要求2所述的高频电介质加热功率控制单元，其中所述混频电路将输入电流 波形信息和输入电压波形信息之一与用于控制使得所述输入电流检测部分的输出变为预 定值的功率控制信息混频，并生成导通电压信号。4. 如权利要求2所述的高频电介质加热功率控制单元，其中直接将输入电流波形信息 和输入电压波形信息输入到混频电路，该混频电路随后选择被直接输入的输入电流波形 信息或输入电压波形信息，并将所选择的输入电流波形信息或输入电压波形信息与功率 控制信息混频。5. 如权利要求1所述的高频电介质加热功率控制单元，其中所述输入电压检测部分包括一对二极管，用于检测从AC电源到逆变器电路的输入电压；以及 整形电路，用于整形通过所述二极管检测的输入电压，并输出经整形的电压。6. 如权利要求5所述的高频电介质加热功率控制单元，其中整形电路具有用于衰减输 入电压的高阶频率部分的配置。7. 如权利要求6所述的高频电介质加热功率控制单元，其中整形电路还具有相位超前 补偿。8. 如权利要求1所述的高频电介质加热功率控制单元，还包括 振荡检测电路，用于检测磁控管的振荡，其中响应于由振荡检测电路检测的磁控管的振荡或非振荡切换来自输入电压检测部分的输入电压波形信息的幅度。9. 如权利要求1所述的高频电介质加热功率控制单元，还包括 振荡检测电路，用于检测磁控管的振荡；以及转换开关，用于允许输入电压检测部分输出输入电压波形信息，直到振荡检测部分检测到磁控管的振荡为止...

【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[]