[发明专利]固态射频发生系统和电磁烹饪装置

说明书

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和电磁烹饪装置。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。

技术领域

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。

背景技术

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-DC PFC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-DC PFC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1kW AC-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400V DC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。

发明内容