CN103999547B - 微波加热装置 - Google Patents

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Abstract

微波处理装置(3)，即，微波产生设备，由微波功率放大器构成，该微波处理装置(3)通过DC电源驱动并使用诸如GaN这样的化合物半导体，并且微波加热装置使用由构成DC电源的AC/DC转换器(4)产生的DC电压来实现。该AC/DC转换器(4)调节并供应期望的Vd电压(7)、Vc电压(8)、Vg电压等，而不依靠输入电压。通过控制单元(2)选择性地打开或闭合多个触点部(5)来控制装置中的多个负载(6)的驱动/停止，控制单元(2)通过从AC/DC转换器(4)输出的Vc电压(8)驱动。

Description

微波加热装置
技术领域
本发明涉及一种微波加热装置，该微波加热装置包括微波处理装置，该微波处理装置使用AC/DC转换器作为电源装置对微波进行功率放大，而不用依靠输入电压，以便使用施加至微波处理装置的电压来驱动装置中的所有电气元件。
背景技术
在现有技术中，在所有这种类型的微波加热装置中，已根据全世界的多个国家的商用电源电压针对目的地设计了电气装置。
作为现有技术的微波加热装置的微波炉通常被构造为：首先通过高压升压变压器将商用电源转换为高压；通过倍压整流电路产生高DC电压；通过所产生的高DC电压驱动微波自振荡装置(被称作磁控管)，以将微波辐射到由金属包围的腔室中；以及通过微波进行电介质加热来加热食物(例如，参见专利文献1)。此时，例如，就用于日本的产品而言，必需设计微波振荡电路并且选择输入电压为100VAC的电气元件。在英国，输入电压主要是240V的商用电源，并且必需根据该电压进行类似的设计和电气元件选择。
例如，图5是现有技术的微波加热装置的整体电路图。该微波加热装置包括商用电源1和用于防止微波泄漏的安全装置13。安全装置13包括：熔断器12，熔断器12设置在源于商用电源1的二端口线路的热侧上；微开关10，微开关10在后级上设置在热线与冷线之间；以及微开关11，微开关11在再后级上设置在冷线上。安全装置13具有失效保护机构，从而当门打开时微波不泄漏到腔室外。技术规范还严格规范了型号。
在安全装置13的后级上，设置了炉灯14、波搅拌(waveagitating)马达15和冷却扇马达16，并且它们构成多个负载6。对于负载6，分别串联地设置有继电器17、继电器18和继电器19，并且在任何必要时通过控制器2控制打开和闭合。高压变压器21将作为其输入的商用电力升压为Kv量级的高压。通过继电器20的打开和闭合来控制充到高压变压器21的电力。高压变压器21的输出通过高压电路22(包括二极管23和电容器24)来进行半波倍压整流，在启动时被转换为大约7Kv的高DC电压，在稳定振荡时被转换为大约4Kv的高DC电压，并且被施加至磁控管25，从而输出大约2.45kHz的微波。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-H01-112697
发明内容
技术问题
然而，根据上述现有技术的方法，由于安全装置13、负载6和多个触点部5设置在商用电源1的后级上，因此必需根据商用电源规格来选择元件。还必需选择用于每个商用电源规格的高压。
因此，为了实现全球化制造，必需针对每个已研发型号来进行设计并选择元件，并且设计效率极其低。
本发明解决了上述现有技术的问题，并且本发明的一个目的是，提供一种微波加热装置，其能够共同地使用元件，而不管商用电源的规格。
技术方案
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种可安装至电气装置的微波加热装置，该微波加热装置包括：商用电源；AC/DC转换器，该AC/DC转换器根据从商用电源供应的电力输出多个DC电压；控制器，该控制器从所述AC/DC转换器接收电力，并且整体控制所述电气装置；微波处理装置，该微波处理装置使用化合物半导体，接收所述AC/DC转换器的多个输出并输出微波；以及多个负载，所述多个负载通过多个触点部连接在从所述AC/DC转换器输出的DC电压中的预定Vd电压与地之间，其中，这些负载形成所述电气装置中的电气元件组，并且其中，所述控制器控制至这些负载的电力供应，并且控制所述触点部的接通/断开，以通过所述Vd电压驱动所述负载，而不管商用电源的电压。
利用该构造，由于电气装置中所有电气元件(诸如负载以及驱动电气装置中的负载的触点部)被从AC/DC转换器的输出Vd电压供电，而不管商用电源的规格，因此可以共同地使用电气装置中的所有电气元件和电子元件，而不管电源规格，从而不仅提高了设计效率，而且能够提供能用于全世界的任何地方的通用装置。
有益效果
本发明的微波加热装置被构造为通过利用诸如GaN这样的化合物半导体的功率放大器的微波处理装置将微波辐射到腔室中。由于微波处理装置被DC电流驱动，因此电源单元也由以商用电源为输入的AC/DC转换器形成。AC/DC转换器因为其特性而具有如下特征，即，针对输入电压为100V至240V的全世界的电压规格输出期望的DC电压的特征。
通过利用该特征，涉及装置的电气元件和电子元件的一切均由AC/DC转换器的输出驱动，从而能够提供能用于世界上任何地区的通用装置，而不依赖电压规格。
另外，由于在型号研发的制造方面，极大地推进了元件的共用化，因此能够以少量人力资源来研发满足许多国家的电源规格的产品。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式中的微波加热装置的系统框图。
图2是本发明的第一实施方式中的AC/DC转换器的电路图。
图3(a)至(c)是本发明的第一实施方式中的储能线圈的电压操作原理图。
图4(a)至(c)是本发明的第一实施方式中的储能线圈的电流操作原理图。
图5是现有技术的微波加热装置的系统框图。
具体实施方式
在本发明的第一方面，提供了一种可安装至电气装置的微波加热装置，该微波加热装置包括：商用电源；AC/DC转换器，该AC/DC转换器根据从商用电源供应的电力输出多个DC电压；控制器，该控制器从该AC/DC转换器接收电力，并且整体控制该电气装置；微波处理装置，该微波处理装置使用诸如GaN这样的化合物半导体，接收该AC/DC转换器的多个输出并输出微波；以及多个负载，该多个负载通过多个触点部连接在从该AC/DC转换器输出的DC电压中的预定Vd电压与地之间，其中，这些负载形成电气装置中的电气元件组，并且其中，该控制器控制至这些负载的电力供应，并且控制触点部的接通/断开，以通过Vd电压驱动这些负载，而不管商用电源的电压。利用该构造，能够根据AC/DC转换器的特性输出恒定DC电压而与商用电源电压无关，装置中的电气元件、电子元件等通过DC电压操作，提供了能够在任何电源电压的目的地使用的通用装置，并且由于不必针对每个目的地进行专用设计，因此能够显著提高开发效率。
根据本发明的第二方面，该AC/DC转换器具有PFC功能。因此，电流波形被整流以无限接近正弦形状，从而能够提供不会由于源电压失真而导致周边装置故障的可靠性高的微波加热装置。
根据本发明的第三方面，与这些负载串联设置的触点部分别包括不同继电器的触点，并且控制器由从AC/DC转换器输出的DC电压中的预定Vc电压驱动，并选择性地驱动继电器的触点，以打开或闭合。因此，如果确立了AC/DC转换器的电源，则控制器控制整个装置；由于这使得控制自身同样不受电源电压的影响，因此能够提供通用控制功能。
根据本发明的第四方面，还提供了一种安全装置，该安全装置包括：熔断器，当设置在电气装置中的门开启时熔断器防止微波泄漏；常开式微开关，该常开式微开关与门的打开和关闭连动；以及常闭式微开关，该常闭式微开关与门的打开和关闭连动，并且该安全装置设置在AC/DC转换器的前级。因此，具有机械机构的安全装置能够形成在商用电源的热线与冷线之间，而不用AC/DC转换器的电压在接通和断开之间切换，从而能够提供可靠性极高的微波加热装置。
下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。应该注意，本发明不受该实施方式的限制。
(第一实施方式)
图1示出了本发明的第一实施方式中的微波加热装置的主要部分框图。
在图1中，商用电源1将电力供应至可安装至电气装置的微波加热装置。安全装置13包括：熔断器12；微开关a10，该微开关a10的触点通过门的关闭而闭合；和微开关b11，该微开关b11的触点通过门的关闭而打开。在该安全装置13中，当门打开时，微开关a10打开而变成开路，从而电路网被阻断，并且商用电源1的电力不传输至后级。另一方面，微开关b11闭合，并且对电路网无影响。
相反，当门关闭时，微开关a10闭合，并且电力被供应至后级。作为安全装置13，除了与门打开和关闭连动的微开关a10和微开关b11的这种安全机构以外，当在微开关a10的触点熔接的情况下打开门时，因为微开关b11闭合，所以由于商用电源1、熔断器12和已熔接的微开关a10之间的短路，过量的电流流过，而导致熔断器12的自阻断(self-interruption)；因此，该安全装置是提供防止微波泄漏到外部的双重保护的极其严格的一种安全装置，该装置也从技术规范的角度符合型号规范，并且是微波加热装置的必要结构。
在安全装置13的后级，设置了AC/DC转换器4，并且该AC/DC转换器4通过稍后描述的功能产生Vd电压7、Vg电压和Vc电压8。由炉灯14、波搅拌马达15和冷却扇马达16构成的负载6以及由继电器a17、继电器b18和继电器c19构成的触点部5串联地连接在Vd电压7与地之间，并且通过继电器d20供应电力。由Vc电压8驱动的控制器2控制触点部5的打开和闭合，并且控制微波处理装置3和振荡器27的参数。如上所述控制的商用电源1的电力从天线28辐射到腔室中作为微波输出。另一方面，供应至装置中的负载的电力源通过控制器2选择地打开或闭合继电器d20来进行控制。
振荡器27输出2.45GHz的基准信号，并且能够通过外部控制信号来控制基准频率。该信号是弱电，并且不超过0dBm。在微波处理装置3中，放大器的多级级联连接，并且数百W的微波输出被输出至天线28。内部由功率放大器形成，这些功率放大器由诸如GaN这样的化合物半导体制成，这些放大器是常闭的，并且栅极电压(gatevoltage)是负电压。Vd电压7为数十V，并且Vg电压是负的数V。根据已知为振荡装置的磁控管在启动时为大约7kV并且在稳定振荡时为大约4kV的事实，可以说这是极其安全的装置。
这里，AC/DC转换器4能够在不依靠输入电压的情况下输出期望的电压，这是由于其利用给定的基准电压和误差放大电路对输出电压执行负反馈控制。通过这样的动作，能够高精度地输出Vd电压7、Vc电压8和Vg电压。然而明显的是，存在如下极大的优点：因为由不依赖于输入电压的Vd电压7驱动的负载6和触点部5也不依赖于输入电压，所以可针对任何电源规格选择公共元件。此外，控制器2和微波处理装置3也不依赖于输入电压，这是由于它们由AC/DC转换器4产生的电压驱动。
因此，由于能够通过执行仅一种设计研发来研发能够在全世界的多个国家中使用的装置，因此能够制造通用装置，并且由于符合每个国家的电源规格的区域化设计完全没必要，因此能够显著提高设计效率。
现在，将使用图2描述AC/DC转换器4。图2是本发明的第一实施方式中的AC/DC转换器的电路图。
商用电源1通过二极管桥29被转换为单向电源。该单向电源具有由滤波器电路(包括扼流圈30和平滑电容器31)平滑的电流和电压。由储能线圈59存储的能量，通过能量二极管40传输至后级的电路。当功率MOSFET36导通时，电流以闭环流过储能线圈59，并且存储1/2Li2的能量。当功率MOSFET36截止时，能量通过能量二极管40被传输至后级的电路。当功率MOSFET36导通时，能量二极管40截止，以与前面的开关电路绝缘。
控制IC35通过驱动器37将导通/截止PWM信号发送至功率MOSFET36的栅极。大致在输入电压的谷部，导通(ON)信号延长，相反，在有意抽取(draw)能量的峰部，导通信号缩短以减少能量的抽取，并且能量被存储在将能量传输至后级的能量二极管40的阴极后面的电路中。控制IC35由通过电解电容器33对通过二极管桥32从储能线圈59的复励电路(compound-woundcircuit)获得的单向电压进行平滑处理而获得的DC电压Vcc来驱动。控制IC35检测由于流动通过分流电阻34的电路电流导致的电压降，并且检测电路电流的值。
AC/DC转换器4通过由电解电容器42和旁路电容器41存储经能量二极管40从储能线圈59传输的能量来获得Vd电压7。另外，AC/DC转换器4通过使电流经电阻49流到DC/DC转换器43来获得Vc电压8。此外，AC/DC转换器4通过电荷泵电路44通过利用DC/DC转换器43的开关信号来获得负电压Vg。
此外，输出电压优选地具有平滑波形(具有尽可能少的波动)。Vd电压7被电阻47和电阻48分压并输入至控制IC45。基准电压由电阻46和齐纳二极管50产生，并且当Vd电压的分压超过控制IC45内的基准电压时，光电晶体管38的二极管的阴极直接连接至地以使电流通过，从而二极管发光。然后，光电晶体管38的晶体管导通，并且将大致等于Ve电压的电压输入至控制IC35。然后，执行控制使得PWM信号的导通(ON)持续时间根据控制IC35的逻辑而缩短，并且Vd电压7被反馈以修正电压使其减小。
相反，当Vd电压的分压变得低于控制IC45内的基准电压时，光电晶体管38的二极管截止，以使光电晶体管38的晶体管截止，从而Vcc电压被施加至控制IC35。然后，执行控制使得PWM信号的导通持续时间根据控制IC35的逻辑而延长，并且Vd电压7被反馈以修正电压使其增大。这样，AC/DC转换器4的输出电压被调节。
如上所述，由于装置中的电气元件和电子元件都是AC/DC转换器4的负载，因此能够获得具有不受商用电源的规格影响的结构的装置。
仅微开关b11必需满足100V(日本)至240V(英国)的电源规格。由于除此之外，在不用考虑是日本还是英国的电源规格的情况下使用适于Vd电压的公共元件，因此一旦生成一个型号平台，就能够用于世界上的任何国家。因此，能够研发能用于任何国家的通用装置。
此外，为了适于目的地国家，由于关于电源规格的边缘设计(fringedesign)完全没必要，因此能够显著提高研发效率，并且在研发便利性方面，虽然近来全球化对全世界的国家不可避免，但是利用该装置，在海外转移的情况下，该装置能够按原样使用(仅通过运输(convey)该装置)，这使得可用性非常优秀。
此外，由于控制整个装置的控制器也通过AC/DC转换器4的Vc电压8驱动，因此，如果确立该电源，则控制所有其它负载变得可能，并且由于这使得控制本身也不受电源电压影响，因此能够提供通用的控制功能。
此外，通过采用如下结构，在该结构中，安全装置包括当门打开时防止微波泄漏的熔断器，与门的打开和关闭连动的常开式微开关a10和同样与门的打开和关闭连动的常闭式微开关b11被设置在AC/DC转换器4的前级，具有机械机构的安全装置能够形成在商用电源的热线与冷线之间，而不需要AC/DC转换器4的电压在接通和断开之间切换，从而能够提供可靠性极高的微波加热装置。
该AC/DC转换器4设有PFC(功率因数校正)功能。将使用图3和图4描述该操作机制。图3是本发明的第一实施方式中的储能线圈的电压操作原理图，而图4是本发明的第一实施方式中的储能线圈的电流操作原理图。
图3(a)是示出储能线圈59两端的电压的整体波形图。虽然包络线具有全波整流的商用电源的形式，但是局部波形是大约80kHz(1/T1)的切换波形(switchingwaveform)。图3(b)是被放大以便查看波形的网格捕获(meshhunting)的包络线的峰部。在该周期中，由于电压高而没必要存储太多能量，因此功率MOSFET36的导通周期短。另一方面，参看其中谷部的网格捕获被放大的图3(c)，由于与峰部相反，因为电压幅值小，所以除非存储许多能量，否则电路电源包络线不变成正弦的，因此执行控制使得确保充足的导通周期以迫使电流通过。
另一方面，流动通过储能线圈59的电流在图4中示出。图4(a)是整体包络线波形。图4(b)是波谷的局部部分的放大图，虽然频率相同并且为大约80kHz(1/T1)，但是Ton时间长。图4(c)是峰部的局部部分的放大图，并且与图4(b)相比，导通周期基本上减半以抑制存储到储能线圈59中的能量。
通过这样根据包络线波形的幅值控制PWM信号的导通周期，能够将包络线波形修正为正弦形状。通过使该电流经过平滑电容器31和扼流圈30的滤波器，去除高频分量以获得清楚的(clear)正弦电流波形。
这样，普通电源的由于谐波电流流动通过配电网(currentdistributionnetwork)导致的波形失真的问题不发生，并且能够提供可靠性高的装置。
本申请基于在2011年12月20日提交的日本专利申请(No.2011-278081)，其内容以引用方式并入本文。
工业实用性
如上所述，在根据本发明的微波加热装置中，由于除了防止微波泄漏的安全装置以外，装置中的所有电气元件和电子元件通过AC/DC转换器的输出电压驱动，因此前所未有地推进了元件的共用化，而不受商用电源的影响。此外，由于AC/DC转换器的输入规格原理上与全世界的国家的电压兼容，因此虽然是单个装置，但是对能够用于全世界的国家的通用装置的使用发展变得可能。
附图标记说明
1：商用电源
2：控制器
3：微波处理装置
4：AC/DC转换器
5：触点部
6：负载
7：Vd电压

Claims (4)

1.一种可安装至电气装置的微波加热装置，该微波加热装置包括：
商用电源；
AC/DC转换器，所述AC/DC转换器根据从所述商用电源供应的电力输出多个DC电压；
控制器，所述控制器从所述AC/DC转换器接收电力，并且整体控制所述电气装置；
微波处理装置，所述微波处理装置使用化合物半导体，接收所述AC/DC转换器的多个输出并输出微波；以及
多个负载，该多个负载通过多个触点部连接在从所述AC/DC转换器输出的所述DC电压中的预定Vd电压与地之间，
其中，所述负载形成所述电气装置中的电气元件组，并且
其中，所述控制器控制供应至所述负载的电力，并且控制所述触点部的接通/断开，以通过所述Vd电压驱动所述负载，而不管所述商用电源的电压。
2.根据权利要求1所述的微波加热装置，
其中，所述AC/DC转换器具有PFC功能。
3.根据权利要求1或2所述的微波加热装置，
其中，与所述负载串联地设置的所述触点部分别包括不同继电器的触点，并且
其中，所述控制器由从所述AC/DC转换器输出的所述DC电压中的预定Vc电压驱动，并且选择性地驱动所述继电器的所述触点，以打开或闭合。
4.根据权利要求1或2所述的微波加热装置，该微波加热装置还包括：
安全装置，所述安全装置包括：
熔断器，当设置在所述电气装置中的门打开时所述熔断器防止微波泄漏；
常开式微开关，所述常开式微开关与所述门的打开和关闭连动；以及
常闭式微开关，所述常闭式微开关与所述门的打开和关闭连动，
其中，所述安全装置被设置在所述AC/DC转换器的前级。
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