CN108362987A - 一种磁控管的工作状态检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁控管的工作状态检测装置及方法，该装置包括：阳极电压输入单元，用于采集磁控管的阳极电压；阳极阈值电压确定单元，用于确定磁控管的阳极阈值电压；阳极阈值电压处理单元，用于在阳极阈值电压达到设定值时，降低磁控管的输入功率。通过本发明所提供的装置，在磁控管阳极电压阈值达到设定值时，降低磁控管的输入功率，抑制磁控管温度上升，从而达到有效保护磁控管的目的，降低了磁控管的损坏几率。

Description

一种磁控管的工作状态检测装置及方法

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种磁控管的工作状态检测装置及方法。

背景技术

磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。

现有高频加热设备通常使用磁控管作为核心部件(例如微波炉)，产生微波能，利用极性分子在高频电场中的高速旋转将微波能转化为热能，达到将介质加热的目的。

在正常工作状态下，磁控管与负载匹配良好，磁控管发射的微波绝大部分被加热介质所吸收，但在一些特殊情况下，例如微波炉中忘记放入食物或含水量极少的食品，此时磁控管工作于失配状态，相当一部分微波会反射回磁控管，引起磁控管异常发热甚至损坏。

为了避免上述磁控管在失配时异常发热及损坏的问题，阳极温度作为一项极为重要的指标而加以控制。通常的做法是在磁控管表面安装一热切断器，当磁控管温度升到一定值时，热切断器断开，切断磁控管的前级供电回复，停止磁控管工作，达到保护磁控管的目的。

上述做法存在如下缺点：一是热切断器断开后，高频加热设备停止工作，会造成加热失败及客户体验感下降。二是在热切断器断开后，当温度降低到一定值时，热切断器会重新闭合，磁控管重新开始工作，周而复始，磁控管受到多次高温冲击后，寿命会显著降低。三是一般的设备为了避免出现热切断器出现断开状态影响正常的使用，通常会将热切断器的温度值设在较高的水平，加剧了磁控管损坏的几率。

发明内容

本发明提供了一种磁控管的工作状态检测装置及方法，用以解决现有技术中通过热切断器来避免磁控管异常发热或者是损坏，会导致磁控管损坏几率加大的问题。

其具体的技术方案如下：

一种磁控管的工作状态检测装置，所述装置包括：

阳极电压输入单元，用于采集磁控管的阳极电压；

阳极阈值电压确定单元，用于确定磁控管的阳极阈值电压；

阳极阈值电压处理单元，用于在所述阳极阈值电压达到设定值时，降低所述磁控管的输入功率。

可选的，所述阳极阈值电压确定单元为判断阳极电压拐点值，所述阳极电压拐点值即为阳极阈值电压。

可选的，所述阳极电压输入单元有数模转换器构成，所述数模转换器用于对阳极电压从模拟量转换为数字量。

可选的，所述阳极电压输入单元为设置在高压变压器的高压绕组一侧，用于通过采样绕组耦合方式获取阳极电压。

可选的，所述阳极阈值电压处理单元，具体用于在所述阳极阈值电压达到设定值时，停止变频电源的功率输出。

可选的，所述阳极阈值电压处理单元，还用于在所述阳极阈值电压达到设定值时，增大冷却风量。

一种磁控管的工作状态检测方法，所述方法包括：

采集磁控管的阳极电压，并确定磁控管的阳极阈值电压；

判定所述阳极阈值电压是否达到设定值；

若是，则降低所述磁控管的输入功率。

可选的，所述采集磁控管的阳极电压，具体为：通过采样绕组耦合方式获取阳极电压。

可选的，所述方法还包括：

在所述阳极阈值电压达到设定值时，控制高频开关单元降低输入功率或者关断所述高频开关单元，或者增加冷却风量。

通过本发明所提供的装置，在磁控管阳的阳极阈值电压值达到设定值时，将降低磁控管的输入功率，或者停止变频电源的功率输出，抑制磁控管温度上升，从而达到有效保护磁控管的目的，降低了磁控管的损坏几率。

附图说明

图1为本发明实施例中一种磁控管的工作状态检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中磁控管的结构示意图；

图3为本发明实施例中阳极电压Ebm与阳极电流以及阀值电压Vth的关系图；

图4为本发明实施例中阳极电压采样电路示意图；

图5为本发明实施例中变压器阳极电压采样绕组位置示意图；

图6A为本发明实施例中阳极电压采样绕组直接设置在高压绕组一侧示意图；

图6B为本发明实施例中阳极电压采样绕组设置在U型磁芯靠近高压绕组的位置示意图；

图6C为本发明实施例中变压器采用分层绕制的示意图；

图7为本发明实施例中阳极电压Ebm与阳极电流以及阀值电压Vth的关系示意图；

图8为本发明实施例中阳极阀值电压Vth与阳极温度的关系图；

图9为本发明实施例中磁控管起振时刻阳极电压斜率的变化示意图；

图10为本发明实施例中一种磁控管的工作状态检测方法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。

如图1所示为本发明实施例中一种磁控管的工作状态检测装置的结构示意图，包括：

阳极电压输入单元101，用于采集磁控管的阳极电压；

阳极阈值电压确定单元102，用于确定磁控管的阳极阈值电压；

阳极阈值电压处理单元103，用于在所述阳极阈值电压达到设定值时，降低所述磁控管的输入功率。

具体来讲，如图2所示为磁控管的结构示意图，该磁控管主要由阴极灯丝，阳极、天线及磁铁1和磁铁2构成。阴极灯丝在灯丝电流的加热作用下发射电子，高压负极施加于阴极灯丝一端，高压正极施加于阳极，磁铁1和磁铁2构成一磁场施加于阳极谐振腔，灯丝发射的电子流向阳极，同时在磁场的作用下旋转并与谐振腔共振从而产生微波。微波由天线辐射到所需加热的目标体。

如图3所示为阳极电压Ebm与阳极电流以及阳极阈值电压Vth的关系，在阳极电流过零点即为磁控管的阳极阈值电压Vth，阳极电压随着阳极电流增大而增大。

要确定磁控管阳极的温度，就需要确定磁控管的阳极阈值电压，而确定磁控管的阳极阈值电压，就需要采集到磁控管的阳极电压，在本发明实施例中，磁控管的阳极电压通过在高压变压器的高压绕组一侧得到，具体为通过采样绕组耦合方式获取阳极电压。如图4所示为本发明的阳极电压采样电路，在图4中，磁控管的阳极电压通过电阻R1以及电阻R2分压得到。

进一步，如图5所示为变压器阳极电压采样绕组位置示意图，如图5所示，采样绕组位于高压绕组一侧。如图6A所示，阳极电压采样绕组直接设置在高压绕组一侧，并选离原边绕组。如图6B所示，阳极电压采样绕组设置在U型磁芯靠近高压绕组的位置。如图6C所示，变压器采用分层绕制，原边绕组、高压绕组、阳极电压采样绕组依次绕在磁芯中样上，阳极采样绕组在位置上更靠近于高压绕组。以及采用三明冶的绕法，阳极采样绕组同样更靠近于高压绕组，以获得更好的与阳极电压的耦合效果。

图7为磁控管阳极电压与阳极电流波形图。由于变频电源在微波炉上取得了广泛的应用，并有逐步取代传统工频变压器的趋势，因此本发明主要以变频电源为例说明本发明的工作原理。在图中，Vbus为整流滤波后的母线电压的一个工频周期，Emb为阳极电压，Ia为阳极电流。通常的应用中，阳极直接连接于设备外壳，测量的阴极电压，阴极为一负的电压，在图中应表示在4象限，为了能更好的理解本发明的原理，本发明所述的阳极电压均以阴极为参考地，在图中绘于一象限。在t0时刻，母线电压接近于零，变频电源无法将Vbus升压到磁控管的阳极阀值电压之上，阳极电压在泄放电阻R1及磁控管的漏电流的作用下，持续下降，随着Vbus电压的升高，阳极电压也开始上升。在t1时刻，阳极电压达到阀值电压Vth,磁控管起振，阳极电压被其等效的稳压二极管ZD及内阻Ra所钳位，电压上升趋势明显减缓。在t2时刻，母线电压下降到不足以驱动阳极高压达到阀值电压，阳极电压出现显著下降，在t3-t6时刻，重复t0到t3时刻的循环。

进一步，在本发明中，可以根据阳极阈值电压确定出对应的磁控管的阳极温度，如图8示出了阳极阀值电压Vth与阳极温度的关系。在附图1的A部分给出了基本的磁控管结构图，其中磁场由磁铁1和磁铁2所产生，而磁铁的磁场是由其内部同相排列的众多磁筹所产生。当温度升高时，电子运动加强，部分磁筹将不再按照原来的方向排列，从而造成磁场的减弱。当磁铁的温度达到居里温度时，所有的磁筹将不再有序排列，造成磁铁失去磁性。因此，磁铁的磁场强度与温度负向相关，其单位面积的磁通密度也同理与温度负向相关。在热耦合方面，磁控管的磁铁1和磁铁2紧密安装在阳极两端面，与阳极形成了良好的热耦合，由于磁控管在微炉内存在固定的散热结构，因此磁铁温度的高低直接反应出阳极温度的高低。结合附图8，得到磁控管阳极温度与阳极阀值电压附图8所示关系，即阳极阀值电压与阳极温度负向相关，阳极阀值电压随着阳极温度升高而降低。

由于阳极阈值电源与磁控管阳极的温度存在图8所示的关系，因此在采集到阳极电压之后，就可以确定磁控管的阳极阈值电压，具体为确定阳极阈值电压的原理如下：

附图9示出了在磁控管起振时刻阳极电压斜率的变化。在图中的t1时刻前，没有阳极电流，磁控管阳极电压未被磁控管所钳位，处于快速上升阶断，其斜率为K1。在t1时刻之后，阳极电流出现，阳极电压被磁控管所钳位，电压上升缓慢，其斜率为K2。在t1时刻，阳极电压斜率K1与阳极电压斜率K2之间形成一个突变的拐点，即为阳极阀值电压。因此可以通过测量阳极电压，并判断其单位时间内斜率的变化，找到此拐点，从而识别出阳极阀值电压。相应的，在t2时刻，也同样可以采用判断阳极电压斜率变化的方法，识别出阳极阀值电压。阳极电压阀值被上位机所采集，或被变频板控制部分所采集，在阳极阀值电压降低到一定值的时候，控制降低变频板的输出功率，便可以控制阳极温度的上升。

通过本发明所提供的装置，在磁控管阳的阳极阈值电压值达到设定值时，将降低磁控管的输入功率，或者停止变频电源的功率输出，抑制磁控管温度上升，从而达到有效保护磁控管的目的，降低了磁控管的损坏几率。

另外，在本发明实施例中还提供了一种磁控管的工作状态检测方法，如图10所示为本发明实施例一种磁控管的工作状态检测方法的流程图，该方法包括：

S1111，采集磁控管的阳极电压，并确定磁控管的阳极阈值电压；

S112，判定阳极阈值电压是否达到设定值；

若是，则执行S113，若否，则执行S114。

S113，降低磁控管的输入功率；

S114，继续采集磁控管的阳极电压。

该方法的实现原理以及过程在装置的实施例中已经详细说明，此处就不再赘述。

进一步，在本发明实施例中，当阳极阈值电压达到设定值时，可以控制高频开关单元降低输入功率或者关断高频开关单元，或者增加冷却风量。从而抑制磁控管温度上升，达到有效保护磁控管的目的，降低了磁控管的损坏几率

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改，包括采用特定符号、标记确定顶点等变更方式。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种磁控管的工作状态检测装置，其特征在于，所述装置包括：

阳极电压输入单元，用于采集磁控管的阳极电压；

阳极阈值电压确定单元，用于确定磁控管的阳极阈值电压；

阳极阈值电压处理单元，用于在所述阳极阈值电压达到设定值时，降低所述磁控管的输入功率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极阈值电压确定单元为判断阳极电压拐点值，所述阳极电压拐点值即为阳极阈值电压。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极电压输入单元有数模转换器构成，所述数模转换器用于对阳极电压从模拟量转换为数字量。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极电压输入单元为设置在高压变压器的高压绕组一侧，用于通过采样绕组耦合方式获取阳极电压。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极阈值电压处理单元，具体用于在所述阳极阈值电压达到设定值时，停止变频电源的功率输出。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极阈值电压处理单元，还用于在所述阳极阈值电压达到设定值时，增大冷却风量。

7.一种磁控管的工作状态检测方法，其特征在于，所述方法包括：

采集磁控管的阳极电压，并确定磁控管的阳极阈值电压；

判定所述阳极阈值电压是否达到设定值；

若是，则降低所述磁控管的输入功率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采集磁控管的阳极电压，具体为：通过采样绕组耦合方式获取阳极电压。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述阳极阈值电压达到设定值时，控制高频开关单元降低输入功率或者关断所述高频开关单元，或者增加冷却风量。