CN102679417B - 半导体微波炉 - Google Patents

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Abstract

一种半导体微波炉，包括向半导体功率源供电的电源，控制系统控制半导体功率源发出2400MHz～2500MHz微波馈入到微波炉腔体内，加热微波炉腔体内的食物，半导体功率源包括二个以上的LDMOS管、偏压及控制电路、功率检测及控制电路和功率合成器，其中，二个以上的LDMOS管的一端并联，二个以上的LDMOS管的另一端与偏压及控制电路相接，二个以上的LDMOS管的输出端并联后输入到功率合成器，该功率合成器与功率检测及控制电路的一端相接，功率检测及控制电路的另一端与偏压及控制电路相接。本发明对半导体微波源的微波发生结构进行了简化，降低了成本，提升了可靠性能，具有制作成本低和可靠性好的特点。

Description

半导体微波炉
技术领域
本发明涉及一种半导体微波炉，特别是一种使用半导体LDMOS管采用振荡原理发出微波进行微波加热的半导体微波炉。
背景技术
目前的磁控管微波炉，见附图1所示，包括磁控管1、微波炉腔体2、控制系统3和电源，该磁控管微波炉具有成本高、体积大、重量大和电压高等问题，而磁控管本身具有功率小、输出效率低、工作寿命短、材料标准要求高、制造难度大等问题，故而限制了微波炉的进一步提升。
磁控管微波炉的主要元器件包括磁控管、高压变压器、高压电容、高压二极管、矩形波导、腔体、炉门和控制部分等。交流电源经高压变压器为磁控管提供灯丝电压。交流电源经高压变压器、高压电容和高压二极管升压后，变成直流脉动高压，磁控管才能发出微波。微波经矩形波导进入微波炉的腔体后，与腔体内的被加热物质发生作用，实现微波快速加热。
目前除了磁控管能够发出微波之外，还有半导体器件能够发出微波。目前的半导体的微波技术主要应用在通信上，用于通信的微波与用于加热的微波主要区别是微波的频段不同。
随着半导体的微波技术发展日新月异，目前半导体的微波效率越来越高、成本越来越低、重量越来越轻、单位体积的功率密度越来越大，其在微波炉上的应用是半导体微波技术发展的必然趋势。
目前半导体微波炉研究的微波功率源，都是采用源、放大原理。在实际的应用中的成本高、系统较复杂，尤其是源部分需要使用专用模块，自主设计开发困难。放大部分采用两级放大，初次小信号放大和二次放大。
现有半导体微波炉包括：半导体功率源1、微波炉腔体2、控制系统3和电源4，见附图2-附图3所示。电源4为半导体功率源1供电，半导体功率源1发出2400MHz～2500MHz微波馈入到微波炉腔体2内，加热微波炉腔体2内的食物。普通的半导体功率源包括：电源4、信号源10、一级放大器11和二级放大器12，其中，信号源10产生2400MHz～2500MHz微波信号，输出到一级放大器11。2400MHz～2500MHz微波信号经一级放大器11后，放大为小功率微波信号，再输入到二级放大器12，得到大功率微波输出。其中，微波输出功率大小、品质取决于一、二级放大器的性能。频率大小取决于信号源10发出频率的高低。源、放大原理半导体微波源更适合通信行业对微波信号要求，而对于用于加热的2400MHz～2500MHz微波信号，则微波线性度等都不做非常高的要求。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、制作成本低、可靠性好的半导体微波炉，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种半导体微波炉，包括向半导体功率源供电的电源，控制系统控制半导体功率源发出2400MHz～2500MHz微波馈入到微波炉腔体内，加热微波炉腔体内的食物，其特征是半导体功率源包括二个以上的LDMOS管、偏压及控制电路、功率检测及控制电路和功率合成器，其中，二个以上的LDMOS管的一端并联，二个以上的LDMOS管的另一端与偏压及控制电路相接，二个以上的LDMOS管的输出端并联后输入到功率合成器，该功率合成器与功率检测及控制电路的一端相接，功率检测及控制电路的另一端与偏压及控制电路相接。
所述偏压及控制电路包括半导体功率源输出功率检测、半导体功率源反射功率检测、半导体功率源关断信号、半导体功率源频率调整信号、半导体功率源直流+输入和半导体功率源直流-输入；半导体功率源输出半导体功率源输出功率检测和半导体功率源反射功率检测给控制系统，该控制系统输出半导体功率源关断信号给半导体功率源，控制系统输出半导体功率源频率调整信号给半导体功率源。
所述电源经过整流后得到直流电源，该直流电源输出可变直流电压DC0～32V供给半导体功率源，直流电源分别输出直流电压DC 12V和直流电压DC 5V供给控制系统，控制系统输出电压调节信号给直流电源，控制系统调节直流电源输出的可变直流电压DC 0～32V的电压值，控制半导体功率源输出的功率变化。
所述功率检测及控制电路包括第一芯片和第二芯片；电阻R1的一端和电阻R2的一端相接后与反射功率的信号相接，电阻R1的另一端与第一芯片的3脚相接，第一芯片的2脚接地，第一芯片的1脚和电阻R4的一端相接后再与电阻R3的一端相接，电阻R3的另一端接地，第一芯片的4脚和5脚相接后接地，第一芯片的6脚与电阻R2的另一端相接后与电容C1的一端相接，电容C1的另一端与电阻R4的另一端相接；电阻R7的一端和电阻R8的一端相接后再与输出功率的信号相接，电阻R7的另一端分别与第二芯片的6脚、电容C2的一端相接，第二芯片的4脚与5脚相接后再接地，电容C2的另一端与电阻R5的一端相接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、第二芯片的1脚相接，第二芯片的2脚接地，第二芯片的3脚与电阻R8的另一端相接，电阻R6的另一端接地。
本发明中的基于振荡微波发生原理的半导体微波源的工作原理为：LDMOS管通过自振荡电路产生频率2450MHz±50MHz的微波，微波功率的大小由LDMOS管的功率大小和数量决定，通过调节自振荡电路的可变电容值，也可改变频率，根据食物的厚度、加热状态等实际情况下的腔体驻波比大小，在2400MHz～2500MHz范围内选择驻波最小频率进行加热。
本发明对半导体微波源的微波发生结构进行了简化，降低了成本，提升了可靠性能，具有结构简单合理、制作成本低、可靠性好的特点。
附图说明
图1为现有磁控管微波炉的结构示意图。
图2为现有半导体微波炉的控制原理图。
图3为现有普通放大原理的半导体功率源的原理图。
图4为本发明中的半导体功率源原理图。
图5为本发明中的偏压及控制电路图。
图6为本发明中的功率检测及控制电路图。
图7为本发明中的半导体微波炉控制系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图2和图4，本半导体微波炉，包括向半导体功率源1供电的电源4，半导体功率源1发出2400MHz～2500MHz微波馈入到微波炉腔体2内，加热微波炉腔体2内的食物。控制系统3同时连接半导体功率源1和电源4。
半导体功率源1包括偏压及控制电路41、功率检测及控制电路42、功率合成器43、LDMOS管44、LDMOS管45、......、LDMOS管N和输出40，其中，N的取值范围为44～54。
LDMOS管44、LDMOS管45、......、LDMOS管N的一端并联，LDMOS管44、LDMOS管45、......、LDMOS管N的另一端与偏压及控制电路41相接，LDMOS管44、LDMOS管45、......、LDMOS管N的输出端并联后输入到功率合成器43，该功率合成器43与功率检测及控制电路42的一端相接，功率检测及控制电路42的另一端与偏压及控制电路41相接。
偏压及控制电路41包括半导体功率源输出功率检测A、半导体功率源反射功率检测B、半导体功率源关断信号C、半导体功率源调整信号E、半导体功率源直流+输入、半导体功率源直流-输入。
半导体功率源1输出半导体功率源输出功率检测A和半导体功率源反射功率检测B给控制系统3。
控制系统3输出半导体功率源关断信号C给半导体功率源1。控制系统3输出半导体功率源频率调整信号E给半导体功率源1，能够实现加热频率在2400MHz～2500MHz之间变化。
参见图5，为本发明中的偏压及控制电路图。
参见图6，为本发明中的功率检测及控制电路图。电阻R1的一端和电阻R2的一端相接后与反射功率的信号相接，电阻R1的另一端与第一芯片U1的3脚相接，第一芯片U1的2脚接地，第一芯片U1的1脚和电阻R4的一端相接后再与电阻R3的一端相接，电阻R3的另一端接地，第一芯片U1的4脚和5脚相接后接地，第一芯片U1的6脚与电阻R2的另一端相接后与电容C1的一端相接，电容C1的另一端与电阻R4的另一端相接。
电阻R7的一端和电阻R8的一端相接后再与输出功率的信号相接，电阻R7的另一端分别与第二芯片U2的6脚、电容C2的一端相接，第二芯片U2的4脚与5脚相接后再接地，电容C2的另一端与电阻R5的一端相接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、第二芯片U2的1脚相接，第二芯片U2的2脚接地，第二芯片U2的3脚与电阻R8的另一端相接，电阻R6的另一端接地。
参见图2和图7，电源4经过整流后得到直流电源71，该直流电源71输出可变直流电压DC 0～32V供给半导体功率源1，直流电源71分别输出直流电压DC 12V和直流电压DC 5V供给控制系统3，控制系统3输出电压调节信号D给直流电源71，控制系统3调节直流电源71输出的可变直流电压DC 0～32V的电压值，控制半导体功率源1输出的功率变化。
半导体功率源1所需电压为直流0～32V，通过调节输入电压的高低，能够调节半导体微波源1的微波输出功率大小，实现半导体微波炉的功率无级可调。

Claims (3)

1.一种半导体微波炉，包括向半导体功率源（1）供电的电源（4），控制系统（3）控制半导体功率源（1）发出2400MHz～2500MHz微波馈入到微波炉腔体（2）内，加热微波炉腔体（2）内的食物，其特征是半导体功率源（1）包括二个以上的LDMOS管、偏压及控制电路（41）、功率检测及控制电路（42）和功率合成器（43），其中，二个以上的LDMOS管的一端并联，二个以上的LDMOS管的另一端与偏压及控制电路（41）相接，二个以上的LDMOS管的输出端并联后输入到功率合成器（43），该功率合成器（43）与功率检测及控制电路（42）的一端相接，功率检测及控制电路（42）的另一端与偏压及控制电路（41）相接；
所述偏压及控制电路（41）包括半导体功率源输出功率检测（A）、半导体功率源反射功率检测（B）、半导体功率源关断信号（C）、半导体功率源频率调整信号（E）、半导体功率源直流＋输入和半导体功率源直流－输入；半导体功率源（1）输出半导体功率源输出功率检测（A）和半导体功率源反射功率检测（B）给控制系统（3），该控制系统（3）输出半导体功率源关断信号（C）给半导体功率源（1），控制系统（3）输出半导体功率源频率调整信号（E）给半导体功率源（1）。
2.根据权利要求1所述的半导体微波炉，其特征是所述电源（4）经过整流后得到直流电源（71），该直流电源（71）输出可变直流电压DC0～32V供给半导体功率源（1），直流电源（71）分别输出直流电压DC12V和直流电压DC5V供给控制系统（3），控制系统（3）输出电压调节信号（D）给直流电源（71），控制系统（3）调节直流电源（71）输出的可变直流电压DC0～32V的电压值，控制半导体功率源（1）输出的功率变化。
3.根据权利要求1所述的半导体微波炉，其特征是所述功率检测及控制电路（42）包括第一芯片（U1）和第二芯片（U2）；电阻R1的一端和电阻R2的一端相接后与反射功率的信号相接，电阻R1的另一端与第一芯片（U1）的3脚相接，第一芯片（U1）的2脚接地，第一芯片（U1）的1脚和电阻R4的一端相接后再与电阻R3的一端相接，电阻R3的另一端接地，第一芯片（U1）的4脚和5脚相接后接地，第一芯片（U1）的6脚与电阻R2的另一端相接后与电容C1的一端相接，电容C1的另一端与电阻R4的另一端相接；电阻R7的一端和电阻R8的一端相接后再与输出功率的信号相接，电阻R7的另一端分别与第二芯片（U2）的6脚、电容C2的一端相接，第二芯片（U2）的4脚与5脚相接后再接地，电容C2的另一端与电阻R5的一端相接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、第二芯片（U2）的1脚相接，第二芯片（U2）的2脚接地，第二芯片（U2）的3脚与电阻R8的另一端相接，电阻R6的另一端接地。
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