[发明专利]用于高频介质加热功率的功率控制单元

说明书

本申请是申请日为2007年5月31日、申请号为200780020453.9、发明名称为“用于高频介质加热功率的功率控制单元、以及其控制方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。在用于通过磁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，本发明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(缓冲电容器)、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和磁漏变压器602的初级绕组608的串联电路施加直流电压VDC。该第一半导体开关元件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，且具有像缓冲器(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伏下的伏。因此，如果假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。