CN101473521B - 逆变器控制器和高频介质加热设备 - Google Patents

Abstract

有可能防止在功率降低控制后伴随有磁控管输出升高的诸如模变现象的故障的发生，并且进一步改善高压感应加热设备的可靠性。当在功率降低控制后热敏电阻(T1)的温度降低时，其电阻值升高，并且在点PC的电位Vpc也升高。当电势Vpc变得高于比较器(C3)的另一个输入电压的Vc3时，比较器(C1)的输入电压变为3V。如果热敏电阻(T1)的温度进一步降低，并且电势Vpc变得高于比较器(C2)的另一个输入电势的Vc2，则电场电容器(CO1)的电荷累积和点SS的电势开始升高。如果点SS的电势继续升高并且超过3V，则比较器(C4)的输出变为“1”，并且与非门的输出变为“0”。可移动触点(K1)被切换到第二固定端子b，并且比较器(C1)的输入电压开始升高。

Description

逆变器控制器和高频介质加热设备

技术领域

本发明涉及诸如微波炉的使用磁控管的高频介质加热，具体上涉及用于逆变器中的半导体开关元件的过热保护和防止被应用到磁控管的过压。

背景技术

迄今，在诸如微波炉的使用磁控管的高频介质加热设备中，已经根据来自逆变器控制器的输出信号的脉冲宽度来调整被提供到磁控管的电功率。为了升高输出功率，来自逆变器控制器的输出信号的脉冲宽度已经被加宽，由此升高被提供到磁控管的电功率。这种结构使得有可能持续地改变磁控管的热输出。

图6是包括在现有技术中的高频介质加热设备中使用的磁控管的方框图。在图6中，来自商用电源11的交流电流被整流器13整流为直流电流，并且所述直流电流被整流器13的输出端上的扼流圈14和平滑电容器15平滑，并且被提供到逆变器16的输入端。通过接通/关断在逆变器16中的半导体开关元件IGBT(绝缘栅双极晶体管)来将直流电流转换为任何期望的高频(20-40kHz)。逆变器16包括用于高速切换直流电流的IGBT 16a和电容器16b，并且被逆变器控制器161驱动，所述逆变器控制器161用于控制逆变器16来高速接通/断开通过升压变压器18的初级端流动的电流。

在升压变压器18中，由逆变器16输出的高频电压被施加到初级绕组181，并且在次级绕组182获得响应于匝数比的高压。具有较小匝数的绕组183被提供在升压变压器18的次级端，并且用于加热磁控管12的灯丝(加热器，阴极)121。升压变压器18的次级绕组182包括倍压(voltage doubling)整流器20，用于整流次级绕组的输出。倍压整流器20由高压电容器201和202与两个高压二极管203和204构成。

用于检测IGBT16a的温度的热敏电阻9被直接地连接到IGBT 16a的引线部分或者该引线部分的附近。该引线部分是发射极引线，并且形成热敏电阻的芯片(芯片热敏电阻)被焊接在印刷板6(图7)背面的焊料表面上而不是散热片侧。由热敏电阻提供的温度信息被输入到逆变器控制器161，并且用于控制逆变器16。

图7示出了其上布置了散热片7、IGBT 8(16a)和热敏电阻9的印刷板6的状态。用于产生高热的IGBT 8的加热部分被固定到散热片7，并且三个引线被插入印刷板的通孔，并且被焊接在相对侧(背面，焊料侧)。该芯片热敏电阻被用作热敏电阻9，并且被直接地焊接到在印刷板6的背面的焊料表面上的IGBT 16a的引线而不是散热片侧。

在该结构中，执行用于下述目的的方法：防止用于切换逆变器电源的IGBT的热破坏，该方法即在IGBT的热破坏之前停止或者功率降低以防止温度升高的所谓功率降低控制。功率降低控制的概要如下：

(1)当IGBT温度达到检测温度时，首先，将功率降低到第一预定值(例如大约一半)，而不突然将功率关断。然后，当IGBT温度降低并且下降到该检测温度之下时，功率再一次恢复到预定功率，并且当IGBT温度上升并且再一次达到该检测温度时，再一次执行功率降低。重复这个操作序列以保持检测温度。

(2)总是从微计算机给出给定的控制宽度信号，并且在逆变器中，热敏电阻检测IGBT的温度，并且向逆变器控制器发送检测值，以控制逆变器以便降低IGBT的温度。

(3)该热敏电阻预先被插入到分压电路(partial pressure circuits)之一中，并且当该热敏电阻检测到过热温度时，基于分压比率来执行逐渐降低控制。

(4)当逐渐降低控制达到特定的时间点时，目标值被大幅度减少，并且重复这个控制。逐渐降低控制的一个周期最短为大约1到2秒。当如上所述在IGBT的端子背面之上提供芯片热敏电阻时，通过减少加热时间常数来使得这样的控制成为可能。

因此，即使当由于某种原因而在风扇中卡有外部物质并且风扇突然停止时，烹调立即停止。但是，在该结构中，关注下述事实：如果风扇故障，IGBT的热破坏也不容易发生，并且允许继续烹调。当IGBT的温度上升并且达到在发生IGBT的热破坏的温度之前的温度时，功率减少到大约一半，并且允许加热继续。在这样的控制中，如果通常地执行烹调，则用户感到加热有一点慢，并且可以被允许继续烹调，而不感到故障的不安，可以避免心理上的不安。

类似的评述也适用于当风扇被锁住时，可以允许以最小输出继续加热操作，以达到在不关闭电源的情况下，IGBT不被热破坏的程度。

图8A和8B是用于描述如上所述的功率降低控制系统的图；图8A是电路图，图8B是示出比较器的操作的时序图。

在图8A中，通过使用分压电阻器R3和R4分压IGBT的集电极电压而提供的在点P3的电势被输入到比较器CO1的两个输入端之一的(A)端子，并且在启动期间，转换开关S1在a端子的位置，并且向另一个(C)端子施加3V。当磁控管加热并且从启动进入平稳状态(平稳操作)时，转换开关S1切换到b端子的位置，并且输入通过使用分压电阻器R1和热敏电阻T1(在图6和7中的附图标号9)而分割Vcc电压来提供的在Pc点的电势。

因为热敏电阻T1具有电阻值随着温度上升而降低的特性，当热敏电阻的检测温度是预定值时，集电极电压从在图8B中类似(C)的点逐渐减少。在启动期间，逆变器控制器161控制IGBT的通/断占空比(duty)，以便P3电势根据比较器CO1的通/断信息来大致地匹配3V，因此IGBT的集电极电压变得低于在平稳时间时的该电压。当进入平稳状态时，与在启动时的3V相比较足够高的Pc电势被输入到比较器CO1的(C)端子。因此，逆变器控制器161增加IGBT的通/断控制的接通占空比，以便P3电势(A)大致地匹配Pc电势(C)，并且IGBT的集电极电压也升高。但是，虽然在附图中未示出，通过在逆变器控制器161中包括的功率控制功能来对如上所述的接通占空比(duty)的上升施加限制，该功率控制功能用于根据另一个输入信号来进行控制，因此，Pc电势(C)总是变得高于P3电势(A)，并且比较器CO1的输出总是被保持接通，如图8B中所示。但是，因为热敏电阻T1的电阻因为缺少冷却等而随着IGBT的加热而降低，所以，当Pc电势(C)变为与P3电势(A)相同时，再一次启动通/断。逆变器控制器161减少IGBT的通/断控制的接通占空比，以便P3电势(A)跟随在Pc电势(C)的减少而减少，因此，逆变器的输出减少。

因此，在功率降低控制中，逆变器部分启动磁控管，并且在进入平稳状态后，逆变器部分的输出电压被使得依赖于热敏电阻的电阻值，因此如果风扇因为某种原因而不旋转，则逆变器部分被允许继续运行，而不关闭电源。当IGBT的温度上升时，热敏电阻的电阻值减少，并且逆变器的输出减少，因此用户可以继续烹调，并且感觉到加热温度有一点低。

专利文件1：JP-A-2004-327123

发明内容

本发明解决的问题

如上所述的功率降低控制使得有可能在不突然停止烹调的情况下在给定的条件下继续烹调，并且对于用户而言，改善了高压介质加热设备的可用性。但是，当温度以后降低并且使得通常的工作状态成为可能时，如果逆变器控制器再一次升高磁控管的输出，则发生所谓的模变现象或者过冲，并且逆变器控制可能停止。这是因为，如果磁控管的输出在功率降低控制下被从低输出升高到通常的输出，则灯丝变为打开或者接近打开的状态，并且发生该模变现象，使得可能施加过压。

考虑如上所述的情况，本发明提供了一种用于更为改进高压介质加热设备的可靠性和可用性的技术。

用于解决该问题的手段

本发明的逆变器控制器是用于控制逆变器的逆变器控制器，该逆变器将直流电流转换为预定频率的交流电流，并且包括谐振电路，用于使预定要被控制的对象的输出波动，该逆变器控制器包括：输出波动单元，其响应于温度检测部分的输出值而使逆变器的输出波动，该温度检测部分检测逆变器的开关元件的温度；输出升高抑制单元，其在由该输出波动单元执行的逆变器的输出的降低控制后，将逆变器的输出的升高抑制预定时间。

根据本发明，该输出升高抑制单元防止在功率降低控制后输出的突然上升，以便使得有可能改善诸如高频介质加热设备的、包含该逆变器控制器的设备的可靠性和可用性。

该输出升高抑制单元也可以在进行从要被控制的对象的启动到平稳状态的转变时执行平稳转变控制。按照该结构，可以容易地执行输出升高抑制控制。

该输出升高抑制单元包含电容器，用于将电荷存储预定时间，以抑制在由该输出波动单元执行的该逆变器的输出的升高。而且，输出升高抑制单元迅速地启动对逆变器的输出的降低控制，而与对逆变器的输出进行降低控制时的电容器的时间常数无关。按照该结构，可以容易地执行功率降低控制和输出升高抑制控制。

该输出波动单元在该输出升高抑制单元将该逆变器的输出的升高抑制预定时间后，响应于该电容器的电势而升高该逆变器的输出。按照该结构，可以容易地执行功率降低控制和输出升高抑制控制。

而且，本发明的逆变器控制器是用于控制逆变器的逆变器控制器，该逆变器将直流电流转换为预定频率的交流电流，并且包括谐振电路，用于响应于温度检测部分的输出值而使预定要被控制的对象的输出波动，该温度检测部分检测该逆变器的开关元件的温度，该逆变器控制器包括：温度状态输出部分，其响应于该温度检测部分的输出值而输出第一状态信号；电压波动部分，其使在该谐振电路中发生的谐振电压波动；以及，输出升高延迟部分，其输出升高信号，用于如果第一状态信号是用于升高谐振电压的信号，则使得该电压波动部分在从输入该第一状态信号起的预定时间后，升高该谐振电压。

根据本发明，该输出升高延迟部分防止在功率降低控制后的输出的突然上升，以便使得有可能改善诸如高频介质加热设备的、包含该逆变器控制器的设备的可靠性和可用性。

当进行从要被控制的对象的启动到平稳状态的转变时，该输出升高延迟部分连接到该电压波动部分，以控制谐振电压。按照该结构，可以容易地执行输出升高抑制控制。

该输出升高延迟部分包括电容器，用于将电荷存储预定时间，以向该电压波动部分输出上升信号。而且，该输出升高延迟部分迅速地启动对逆变器的输出的降低控制，而与对逆变器的输出进行降低控制时的该电容器的时间常数无关。按照该结构，可以容易地执行功率降低控制和输出升高抑制控制。

该输出升高延迟部分在将该逆变器的输出的升高抑制预定时间后，响应于该电容器的电势而升高该逆变器的输出。按照该结构，可以容易地执行功率降低控制和输出升高抑制控制。

该温度状态输出部分响应于该温度检测部分的输出值而向该电压波动部分输出第二状态信号，并且其中，该第一状态信号和该第二状态信号表示温度检测部分的彼此不同的温度状态。执行这样的控制，由此如果该开关元件的温度进一步上升，则可以适当地控制该逆变器。

该逆变器控制器控制该谐振电路的谐振电压。该谐振电压可以等于该逆变器的开关元件的集电极-发射极电压。

该逆变器控制器可以用于具有作为要被控制的对象的磁控管的高频介质加热设备。

而且，本发明提供了一种高频介质加热设备，用于加热要通过使用微波的辐射来加热的对象，并且该设备包括：逆变器，其使用开关元件来执行直流电流的开关控制，以将直流电流转换为预定频率的交流电流；散热片，其辐射从该开关元件释放的热量；热敏电阻，其检测该开关元件的温度；印刷板，其上安装了该开关元件和该热敏电阻；升压变压器，其将该逆变器的输出电压升高；高压整流部分，其执行该升压变压器的输出电压的倍压整流；磁控管，其辐射作为微波的该高压整流部分的输出；加热室，其接收从该磁控管辐射的微波的供应，并且存储要加热的对象；以及，逆变器控制器，其执行该开关元件的功率降低控制，以使得在启动该磁控管后，该逆变器的输出功率依赖于该热敏电阻的电阻值，并且在从该功率降低控制完成起预定时间过去后，执行该开关元件的功率上升控制。

本发明的优点

根据本发明，在该高频介质加热设备中的功率降低控制释放后、将输出控制执行预定时间的同时，将输出恢复到预定值，以便使得有可能防止该模变现象、过冲等问题发生，并且改善了该高频介质加热设备的可靠性和可用性。

附图说明

图1是根据本发明的高频介质加热设备的方框图。

图2是用于根据本发明的高频介质加热设备的逆变器控制器的电路图。

图3是示出根据本发明的逆变器控制器的操作的时序图。

图4是根据本发明的高频介质加热设备的另一个实施例的方框图。

图5是根据本发明的高频介质加热设备的再一个实施例的方框图。

图6是现有技术中的高频介质加热设备的方框图。

图7是散热片的外围的图。

图8A和图8B是描述现有技术中的功率降低控制系统的图；图8A是电路图，图8B是示出比较器的操作的时序图。

附图标记的说明

7      散热片

8      IGBT

9     热敏电阻

10    逆变器主电路

11    商用电源

12    磁控管

13    整流器

16    逆变器

18    升压变压器

20    倍压整流器

30    平滑电路

36    谐振电路

100   磁控管驱动控制电路

161   逆变器控制器

具体实施方式

下面参考附图详细说明本发明的实施例。

图1是根据本发明的高频介质加热设备的方框图。用于产生微波的磁控管12产生微波，并且加热要被加热的对象，诸如在诸如微波炉的高频介质加热设备的舱内存储的食物。磁控管驱动控制电路100包括：逆变器主电路10，用于从交流电源11接收交流功率的供应；热敏电阻9；以及逆变器控制器161，用于控制逆变器主电路10，并且该磁控管驱动控制电路100执行磁控管12的驱动控制，用于产生、停止和改变微波的输出。

逆变器主电路10向磁控管12提供来自交流电源11的交流功率，并且包括二极管电桥类型的整流器13、平滑电路30、逆变器16、升压变压器18、谐振电路36和倍压整流器20。

来自商用电源11的交流电流被整流器13整流为直流电流，并且该直流电流通过在整流器13和平滑电容器15(平滑电路30)的输出端上的扼流圈14被平滑，并且被提供到逆变器16的输入端。逆变器16包含用于高速地切换直流电流的IGBT(绝缘栅双极晶体管)16a和电容器16b，并且通过接通/关断IGBT 16a而将直流电流转换为任何期望的高频(20-40 kHz)。逆变器16被如下所述的逆变器控制器161驱动，该逆变器控制电路161用于高速地接通/关断流过升压变压器18的初级侧的电流。

在升压变压器18中，由逆变器16输出的高频电压被施加到初级绕组181，并且在次级绕组182获得响应于匝数比的高压。具有较少匝数的绕组183被提供在升压变压器18的次级侧上，并且被用于加热磁控管12的灯丝(加热器，阴极)121。升压变压器18的次级绕组182被连接到用于整流次级绕组的输出的倍压整流器20，并且在阴极121和阳极122之间施加高压，以产生微波。倍压整流器20由高压电容器201和202与两个高压二极管203和204构成。

谐振电路36被实现为电容器16b和升压变压器18的初级绕组181的并联电路，并且初级绕组181假定是逆变器16的一部分，由此，谐振电路可以被当作逆变器16的组件电路。整流二极管16d与IGBT 16a并联连接；在该实施例中，IGBT 16a和整流二极管16d构成开关元件。

热敏电阻9作为温度检测部分，用于检测IGBT 16a的温度，并且按照与在图8中的方法类似的方法被连接到IGBT 16a的引线部分或者该引线部分的附近。作为热敏电阻9，可以使用各种类型的任何一个，诸如：NTC(负温度系数)热敏电阻，其具有随着温度升高而降低的电阻；PTC(正温度系数)热敏电阻，其具有随着温度升高而升高的电阻；或者，CTR(临界温度系数)热敏电阻，其具有当超过预定温度时突然降低的电阻。在该实施例中，使用NTC热敏电阻，其中，温度和电阻值之间的关系成比例地改变。用于检测IGBT 16a的温度的温度检测部分不限于热敏电阻，可以使用各种装置的任何一种。

逆变器控制器161在PWM(脉冲宽度调制)控制中设置的占空比下，高速地接通和关断逆变器16的IGBT 16a，并且高速地接通和关断流过升压变压器18的初级侧的电流。

在该结构中，逆变器控制器161执行用于防止IGBT 16a的热破坏的方法，即所谓的在IGBT的热破坏之前停止或者将功率降低的功率降低控制，以防止温度升高。功率降低控制的概要如下：

(1)当IGBT温度达到检测温度时，首先，功率被减少到第一预定值(例如大约一半)，而不突然关断电源。然后，当IGBT温度降低并且下降到检测温度以下时，功率再一次被恢复到预定功率，并且当IGBT温度升高并且再一次达到检测温度时，再一次执行功率降低。重复这个操作序列以保持检测温度。

(2)总是从微计算机并且在逆变器中给出给定的控制宽度信号，热敏电阻检测IGBT的温度，并且向逆变器控制器发送检测值，以控制逆变器以便降低IGBT的温度。

(3)热敏电阻预先被插入分压电路之一中，并且当热敏电阻检测到过热的温度时，根据分压比率来执行逐渐降低控制。

(4)当逐渐降低控制达到特定时间点时，目标值被大大降低，并且重复这种控制。逐渐降低控制的一个周期最短是大约1-2秒。当如上所述在IGBT的端子背面上提供芯片热敏电阻时，通过缩短加热时间常数来使得这样的控制成为可能。

因此，即使当由于某种原因而在风扇中卡有外部物质并且风扇突然停止时，立即停止烹调。但是，在该结构中，关注下述事实：如果风扇发生故障，IGBT的热破坏也不容易发生，并且允许继续烹调。当IGBT的温度上升并且达到在发生IGBT的热破坏的温度之前的温度时，则功率减少到大约一半，并且允许加热继续。在这样的控制中，如果通常地执行烹调，则用户感到加热有一点慢，并且可以被允许继续烹调，而不感到故障的不安，可以避免心理上的不安。

类似的评述也适用于当风扇被锁住时，可以允许以最小输出继续加热操作，以达到在不关闭电源的情况下，IGBT不被热破坏的程度。

如上所述的功率降低控制使得有可能在不突然停止烹调的情况下、在给定的条件下继续烹调，并且对于用户而言，改善了高压介质加热设备的可用性。但是，当温度以后降低并且使得通常工作状态成为可能时，如果逆变器控制器再一次升高磁控管的输出，则发生该模变现象，并且逆变器控制可能停止。这是因为如果磁控管的输出在功率降低控制下被从低输出升高到通常输出，则灯丝变为打开或者接近打开的状态，并且可以向灯丝及其外围电路施加过压。

图2是示出根据本发明的逆变器控制器的一个实施例的结构的图。该逆变器控制器161包括辅助控制电路1、辅助控制电路2、辅助控制电路3、辅助控制电路4和辅助控制电路5。该辅助控制电路1-3直接彼此连接，并且辅助控制电路2连接到辅助控制电路4，并且辅助控制电路4和5彼此连接。

辅助控制电路1包括比较器C2和C3与分压电阻器R8、R9和R10。通过使用分压电阻器R8、R9和R10而将Vcc电压分压而提供的P1和P2点的电势Vc2和Vc3(Vc2>Vc3)被输入到比较器C2和C3的正端子(+端子)，并且通过使用分压电阻器R1和热敏电阻T1(在图1中的附图标记9)将Vcc电压分压而提供的PC点的电势Vpc被输入到负端子(-端子)。

即，辅助控制电路1形成温度状态输出部分，用于响应于热敏电阻T1的输出值的Vpc而输出第一状态信号和第二状态信号，该第一状态信号表示来自比较器C2的Vpc和Vc2之间的相对关系，该第二状态信号表示来自比较器C3的Vpc和Vc3之间的相对关系。因为Vc2和Vc3彼此不同，因此第一状态信号和第二状态信号变为表示彼此不同的热敏电阻T1的温度状态的信号。

辅助控制电路2包括(切换-changeover)开关S1、开关S2和S3、分压电阻器R3、R4、R5和R6、接地电阻器R7和比较器C1。分压电阻器R3和R4之间的P3点的电势Vp3被输入到比较器C1的正端子A，并且来自开关S1的电压信号被输入到负端子B。切换开关S1包括移动触点K1，并且响应于来自如下所述的辅助控制电路3的与非门电路的信号而被切换到第一固定端子a和第二固定端子b的任何一个。在这种情况下，电势Vp3是反映IGBT 16a的集电极电压的电势，并且辅助控制电路2与如下所述的辅助控制电路4和5一起使IGBT 16a的集电极-发射极电压波动；该集电极-发射极电压等于在谐振电路36中发生的谐振电压。因此，辅助控制电路2用作为电压波动部分(输出波动单元)，用于通过移动触点K1等的动作、并且与如下所述的辅助控制电路4和5合作地波动在谐振电路36中发生的谐振电压。

通过使用分压电阻器R5和R6将Vcc电压分压而提供的P5点的电势Vp5—在此为3V—被输入到第一固定端子a。而且，当接通(闭合)开关S2时，接地电阻器R7与P5并联连接，并且分压信号被输入到P5。当连接到辅助控制电路1的比较器C3的开关S3接通时，通过电信号来控制接通/关断(打开/闭合)开关S2。开关S3在磁控管的平稳状态中被接通(闭合)。

辅助控制电路3包括与非门电路、比较器C4、电解电容器CO1、电阻器R11、开关S4、S5和S6、或门电路、非门电路和电流源P。如上所述，与非门电路的输出被输入到辅助控制电路2的切换开关S1的移动触点K1。另一方面，比较器C4的输出被输入到与非门电路的第一输入端子a，并且用于将比较器C2的输出反相的非门电路的输出被输入到第二输入端子b。3V的参考电势被输入到比较器C4的负端子。另一方面，在连接到Vcc电压的电流源P和开关S6与电解电容器CO1之间的SS点的电压信号被输入到比较器C4的正端子。来自按照或门电路的输出而打开或者闭合的开关S5的信号通过电阻器R11被输入到SS点，并且进一步，SS点通过开关S6连接到电流源P。该或门电路具有三个输入端子a、b和c，并且来自开关S4的信号被输入到第一输入端子a，该开关S4被输入辅助控制电路1的比较器C2的信号。“启动”和“停止”信号分别被输入到第二输入端子b和第三输入端子c。开关S4和S6在磁控管的平稳状态中接通。

在该示例中，根据磁控管的输入电流、即主要是逆变器主电路10的电流是否被检测到并且超过预定阈值，来彼此区别磁控管的“启动”和“平稳状态(平稳操作)”。即，如果逆变器主电路10的电流被转换为的电压值的linDC超过预定阈值，则逆变器控制器161确定磁控管的操作状态已经从“启动”向“平稳状态”进行了转换，并且接通开关S3、S4和S6。用于彼此区别磁控管的“启动”和“平稳状态”的方法不限于基于输入电流的方法。例如，也可以使用检测在次级端上的阳极电流的方法。

辅助控制电路4包括驱动器电路162、比较器C6、锯齿波产生电路163、电阻器R12、R13和R14、开关S7和电解电容器CO2。在连接到Vcc电压的电阻器R12和接地的电解电容器CO2之间的点P6的电势Ton是用于确定IGBT 16a的导通宽度(导通占空比(on duty))的电压。电阻器R13和R14和比较器C6的正端子与点P6并联。开关7与电阻器R13串联连接；通过辅助控制电路2的电容器C1的输出来控制接通/关断(打开/闭合)开关S7。锯齿波产生电路163的输出被输入到比较器C6的负端子。比较器C6的输出被输入到驱动器电路162。驱动器电路162被连接到IGBT 16a的基极，并且按照来自比较器C6的输入信号来驱动IGBT 16a。IGBT 16a的集电极连接到在辅助控制电路2的电阻器R3和R4之间的P3点。

辅助控制电路5包括开关S8、比较器C5和参考电势产生电路REF。开关S8连接到辅助控制电路4的电阻器R14。输入到逆变器主电路10的电流被转换为的电压的linDC被输入到比较器C5的正端子，并且linDC的参考电势的REF电势被输入到负端子。按照比较器C5的输出来控制接通/关断(打开/闭合)开关S8。

图3是描述逆变器控制器161的操作的时序图。横轴表示时间，并且被划分为9个步骤：步骤S1到S9。步骤S1对应于在磁控管12的启动时间的步骤，并且步骤S2-S9对应于在磁控管12的平稳状态时间的步骤。竖轴表示逆变器控制器的每个部分的操作状态；其示出了：(a)在SS点的电势，(b)到比较器C1的正端子A和负端子B的输入电压，(c)基于电阻器R6的降低电压(brownout)效应的、功率降低控制PD(功率降低)1的接通和关断，(d)基于电阻器R7的降低电压效应的、功率降低控制PD2的接通和关断，(e)比较器C1的输出，(f)比较器C2的反相输出(C2输出的非；C2的上划线表示C2的反相，即非门电路的输出)，(g)比较器C3的输出，(h)比较器C4的输出，(i)与非门电路的输出，以及(j)从上向下的顺序的linDC的电压。下面参考图2和图3来说明逆变器控制器161的操作：

(1)步骤S1(在磁控管启动时间)

开始，在当磁控管12开始运行的启动时间，IGBT 16a的温度低，因此，热敏电阻T1的温度也低，因此热敏电阻T1的电阻较高(热敏电阻T1被实现为NTC热敏电阻，其具有随着温度升高而降低的电阻)，因此，电势Vpc高。因此，用于在电势Vpc和电势Vc3之间进行比较的比较器C3输出“0(低)”，并且，通过非门电路从比较器C2的输出提供的C2的反相输出变为“1(高)”(在图3(f)和(g)中的S1)。此时，开关S3和S4断开。

因为开关S6和S5也断开，所以在SS点的电势保持低(在图3(a)中的S1)，并且通过与负端子侧上的参考电势3V相比较，比较器C4输出“0”(在图3(h)中的S1)。

在与非门电路中，“0”被输入到第一输入端子a，并且“1”被输入到第二输入端子b，因此，与非门电路输出“1”(在图3(i)中的S1)。如果与非门电路输出“1(高)”，则辅助控制电路2的切换开关S1的移动触点K1被切换到第一固定端子a侧，并且如果与非门电路输出“0(低)”，则移动触点K1被切换到第二固定端子b侧。因此，切换开关S1的移动触点K1被设置到第一固定端子a侧。

开关S3断开，并且通过使用分压电阻器R5和R6分压而提供的P5点的电势Vp5(3V)被输入到比较器C1的负端子。另一方面，通过使用分压电阻器R3和R4将IGBT 16a的集电极电压分压而提供的点P3的电势Vp3被输入到比较器C1的正端子。Vp3是集电极电压的分压电压，并且通过逆变器16的谐振电路36的谐振电压的作用而重复地超过和低于Vp5的3V。因此，比较器C1以下述方式来重复地输出“通”和“断”：当在点P3的电势小于3V时，其输出“断”，当该电势变得大于3V时，其输出“通”(在图3(e)中的S1)，并且这个信息通过辅助控制电路4被输入到IGBT 16a。因为IGBT 16a的通/断占空比被控制使得P3电势大致匹配于3V，因此在启动时间的IGBT 16a的集电极电压变得低于在平稳时间的该电压。

(2)步骤S2-S4(从磁控管的启动到平稳状态的转换)

当磁控管的操作状态变为平稳时，开关S3、S4和S6接通。然后，开始从电流源P通过开关S6到电解电容器CO1的电荷存储，并且在SS点的电势开始升高(在图3(a)中的S2)。当在SS点的电势超过3V时，通过与负端子侧上的参考电势3V相比较，比较器C4输出“1”，并且“1”被输入到与非门电路的第一输入端子(在图3(h)中的S3)。另一方面，对第二输入端子b的输入保持“1”。因此，与非门电路输出“0”(在图3(i)中的S3)，并且切换开关S1的移动触点K1被设置到第二固定端子b侧。此时，电阻器R6的PD1被关断(在图3(c)中的S3)。即，如果磁控管进入平稳状态，则PD1工作以抑制该模变现象的发生，直到在SS点的电势达到3V。

通过电流源P的作用，在SS点的电势继续升高(在图3(a)中的S3)，并且作为比较器C1的负端子B的输入电压，输入在启动时间与3V相比较为高的电势。因此，IGBT 16a的通/断控制的接通占空比被增大，以便P3电势大致匹配SS电势，IGBT 16a的集电极电压也变高，并且输入到作为正端子A的P3的电压，即集电极电压的分压电压也增高(在图3(b)中的S3)。这表示根据SS电势的升高斜度来增大通/断控制的接通占空比。即，辅助控制电路3升高SS电势，并且在进行从磁控管的启动向平稳状态的转换时进行平稳转换控制。

当正端子A、负端子B的输入电压变得等于或者大于预定值时，即IGBT16a的通/断控制的接通占空比变得等于或者大于预定值时，辅助控制电路5的功率控制功能被激活，并且对接通占空比的上升上施加限制。即，施加该限制，由此，SS电势总是变得高于P3电势，因此，比较器C1输出“断”，并且接通占空比被辅助控制电路5控制。该功率控制功能如下：比较器C5在输入电流被转换为的电压的linDC和linDC的参考电势的REF电势之间进行比较，并且当linDC超过REF电势时，比较器C5产生用于接通开关S8的信号，并且控制接通占空比，由此，实现功率控制功能(在图3(j)中的S4)。因此，如果SS电势变得高于P3电势，则仅仅辅助控制电路5控制接通占空比，以便使得有可能对接通占空比的上升施加限制，并且可以保证安全。

(3)步骤S5(磁控管的功率降低控制)

IGBT 16a在如上所述的安全操作下随着时间的经过而被加热，并且热敏电阻T1的温度也随着IGBT 16a的温度升高而升高，并且电阻值降低。当冷却性能差或者由于某种原因而在风扇中卡住外部物质并且风扇突然停止等时，电阻值进一步降低，并且点PC的电势Vpc开始降低。如果电势Vpc变得低于比较器C2的另一个输入电势Vc2(例如3.8V)(Vpc<Vc2)，则比较器C2输出“1”。

当比较器C2输出“1”时，从比较器C2的输出通过非门电路而提供的C2的反相输出变为“0”(在图3(f)中的S5)。因此，向与非门电路的两个输入端子a和b输入“1”和“0”，并且与非门电路输出“1”(在图3(i)中的S5)，并且切换开关S1的移动触点从第二固定端子b向第一固定端子a侧移动。

此时，比较器C1的正端子A和负端子B的输入电压迅速地降低到3V，而与在SS点的电势无关，并且被保持在3V(在图3(b)中的S5)。因此，功率降低控制(PD1)起作用。这表示比较器C1与电势Vpc变为低于比较器C2的另一个输入电势Vc2(Vpc<Vc2)同时地重复地输出“通”和“断”(在图3(e)中的S5)。

当比较器C2输出“1”时，开关S5通过开关S4和或门电路的输出“1”被接通，并且电解电容器CO1的电荷被允许通过电阻器R11流向接地，并且在点SS的电势开始降低(在图3(a)中的S5)。如果在点SS的电势降低到低于3V(在图3(a)中的S5的中间)，则比较器C4输出“0”(在图3(h)中的S5)。但是，在此时间点，即使比较器C4的输出从“1”改变为“0”，与非门电路的输出也不受影响。降低SS电势使在进行从启动向平稳状态的转变时使用的、辅助控制电路3进行的平稳转换控制复位。

(4)步骤S6(功率降低控制的持续)

如果热敏电阻T1的温度进一步升高，则热敏电阻T1的电阻值降低，并且点PC的电势Vpc也降低，并且当该电势变得低于比较器C3的另一个输入电势Vc3(例如2.9V)(Vpc<Vc3)时，比较器C3输出“1”(在图3(g)中的S6)。在平稳状态中，S2通过已经接通的开关S3而被接通，并且电阻器R7的PD2被接通(在图3(d)中的S6)，并且比较器C1的正端子A、负端子B的输入电压进一步从3V降低，并且进一步，功率降低控制(PD2)起作用(在图3(b)中的S6)。

(5)步骤S7(功率降低控制释放)

当热敏电阻T1的温度通过功率降低控制PD2而再一次降低时，热敏电阻T1的电阻值升高，并且在点PC的电势Vpc也升高，并且当该电势变得高于比较器C3的另一个输入电势Vc3(Vpc>Vc3)时，比较器C3输出“0”(在图3(g)中的S7)。与此相关联，开关S2被关断，并且电阻器R7的PD2被关断(在图3(d)中的S7)，因此，比较器C1的正端子A、负端子B的输入电压再一次被恢复到3V(在图3(b)中的S7)。

(6)步骤S8(通常的操作开始)

当热敏电阻T1的温度进一步降低时，热敏电阻T1的电阻值升高，并且在点PC的电势Vpc也开始升高。当电势Vpc变得高于比较器C2的另一个输入电势Vc2(例如3.8V)(Vpc>Vc2)时，比较器C2输出“0”(C2的反相输出如在图3(f)中的S8中那样变为“1”)。然后，在功率降低控制中接通的开关S5通过开关S4和“或”门电路被关断，并且，电阻器R11的分压动作不工作。在点SS的电势随着在电解电容器CO1中的电荷存储而开始上升(在图3(a)中的S8)。因为在点SS的电势未达到3V，因此，切换开关S1的移动触点K1在固定端子a侧，并且开关S2也关断，因此PD1控制仍然起作用(在图3(c)中的S8)。

(7)步骤S9(在通常操作开始后的输出上升)

当在点SS的电势继续上升并且超过3V时(在图3(a)中的S9)，比较器C4输出“1”(如下所述的上升信号)，与非门电路输出“0”，并且移动触点K1切换到第二固定端子b侧(在图3(i)中的S9)。根据SS电势的上升斜度，比较器C1的正端子A、负端子B的输入电压开始上升(在图3(b)中的S9)。

如上所述，在本发明中，在比较器C1的负端子B的前级提供辅助控制电路3，其包含与非门、比较器C4和电解电容器CO1。当在比较器C4的负端子侧上的SS点的电势超过3V时，则(与非门电路输出“0”并且)切换开关S1的移动触点K1移动到第二固定端子b侧，并且比较器C1的正端子A、负端子B的输入电压开始上升。通过电解电容器CO1的存储动作来实现从在SS点的电势的上升开始到达到3V(在图3中的S8)的时间延迟。即，在平稳状态时，在SS点的电势以来自比较器C2的信号(第一状态信号)作为触发而开始上升，并且辅助控制电路3用作输出升高延迟部分(输出升高抑制单元)，用于在预定时间后(S8)，向比较器C1输出用于升高输入到IGBT 16a的电压的上升信号，直到该电势超过3V。输出升高延迟部分也用于在进行从启动到平稳状态的转换时的平稳转换控制，并且控制系统被复位并且再一次被使用，以便可以容易地执行输出升高抑制控制。即，使用热敏电阻在功率降低时间将SS电势降低一次，由此作为输出升高延迟部分的辅助控制电路3不仅在进行从启动到平稳状态的转换时进行平稳转换控制，而且进行输出升高抑制控制。在如上所述的结构中，平稳转换控制被复位，并且再一次被使用，但是，当然可以使用不同的控制电路来执行平稳转换控制和输出升高抑制控制。

按照如上所述的结构，使得有可能在步骤S7释放功率降低控制后，将比较器C1的正端子A、负端子B的输入电压的升高延迟预定时间，如在图3(a)和(b)中的步骤S8和S9中所示。即，在本发明中，为了将磁控管的输出恢复到预定值，在执行输出控制预定时间的同时，将该输出恢复到预定值，以便使得有可能防止该模变现象、过冲等问题发生，并且改善高频介质加热设备的可靠性和可用性。

如上所述的时间延迟的持续时间(在图3中的S8)通过电解电容器CO1的存储动作来实现，因此可以通过改变电解电容器CO1的时间常数而被调整。例如，SS改变斜度在图3中的虚线L上小，其表示电解电容器CO1的时间常数较大，并且原始延迟时间T1增长到T2，如图3(b)中所示。

因为该时间常数响应于电解电容器CO1的静电电容而改变，因此例如，可以响应于逆变器控制器和高频介质加热设备的使用而采用具有适当的时间延迟的电解电容器CO1。在电解电容器的部分中采用能够改变静电电容的可变电容器，由此使得有可能响应于场景而改变时间延迟。

图4是高频介质加热设备的另一个实施例的方框图。在图1中的实施例中，逆变器控制器被应用到开关元件的IGBT16a的集电极-发射极电压(等于谐振电路的谐振电压)的控制系统。但是，本发明的逆变器控制器也可以被应用到磁控管驱动控制电路，该磁控管驱动控制电路用于控制在图4中所示的串联谐振电路的谐振电压。

在该实施例中，在逆变器16中，与串联连接的电容器16c和初级绕组181(谐振电路36)并联地新提供了用于抑制谐振电路36的谐振电压的缓冲电容器16b。在逆变器16中提供组合地使用IGBT 16a1、IGBT 16a2和二极管16d1(16d2)的开关元件，并且提供了电源箝位电路，其具有输入到各门的驱动器电路(即两个驱动器电路)。在该实施例中，由电容器16c和升压变压器18的初级绕组181构成的谐振电路36的谐振电压被控制。即，在谐振电路36中发生的谐振电压的分压电压在图2中为Vp3，并且被连接，由此，以类似的方式来控制该谐振电压。

图5是高频介质加热设备的再一个实施例的方框图。本发明的逆变器控制器也可以被应用到磁控管驱动控制电路，该磁控管驱动控制电路用于使用在逆变器16和平滑电路30的前级的旁路电阻器40来检测逆变器的输入电流而不是IGBT16a的集电极-发射极电压，并且控制IGBT 16a的占空比(duty)，如图5中所示。可以使用诸如CT(变流器)的电流检测部件来取代旁路电阻器，以检测输入电流。为了检测输入电流，需要在逆变器控制器161的前级提供放大器(运算放大器)164。放大器的输出取代在图2中的Vp3而被输入，由此控制输入电流。

本申请基于在2006年6月19日提交的日本专利申请(No.2006-169052)，其内容通过引用被包含在此。

虽然已经说明了本发明的实施例，但是应当明白，本发明不限于在实施例中所公开的项目，本发明也意欲本领域的技术人员根据该说明书和公知的技术来进行改变、修改和应用，并且这些改变、修改和应用也被包含在要保护的范围内。

产业上的应用

根据本发明，使得有可能不仅通过功率降低控制来改善高压介质加热设备的可用性，而且防止伴随着随后的磁控管输出升高的该模变现象等缺陷的出现，并且，进一步改善高压介质加热设备的可靠性。

Claims (6)

1.一种用于控制逆变器的逆变器控制器，所述逆变器将直流电流转换为预定频率的交流电流，并且，所述逆变器包括谐振电路，用于使磁控管的输出波动，所述逆变器控制器包括：

输出波动单元，响应于温度检测部分的输出值而使逆变器的输出波动，所述温度检测部分检测逆变器的开关元件的温度；以及

输出升高抑制单元，在由所述输出波动单元执行的逆变器的输出的降低控制的释放之后，将逆变器的输出的升高延迟预定时间，其中

为了在进行从磁控管的启动到平稳状态的转变时的平稳转变控制，也执行将逆变器的输出的升高延迟预定时间。

2.根据权利要求1的逆变器控制器，所述输出升高抑制单元包括电容器，用于将电荷存储预定时间，以延迟由所述输出波动单元执行的所述逆变器的输出的升高。

3.根据权利要求2的逆变器控制器，所述输出升高抑制单元与对逆变器的输出的降低控制时的电容器的时间常数无关地、迅速地启动对逆变器的输出的降低控制。

4.根据权利要求2的逆变器控制器，所述输出波动单元在所述输出升高抑制单元将所述逆变器的输出的升高延迟预定时间后，响应于所述电容器的电位而升高所述逆变器的输出。

5.根据权利要求1的逆变器控制器，所述逆变器控制器控制所述谐振电路的谐振电压。

6.一种高频介质加热设备，包括：

根据权利要求1的逆变器控制器；

磁控管，其产生微波；以及

逆变器。

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