CN111044870A - 使用非线性装置进行电弧预防的rf设备 - Google Patents

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Abstract

一种RF系统包括RF信号源和单端或双端阻抗匹配网络。如气体放电管等非线性装置与所述阻抗匹配网络的组件并联耦接。所述非线性装置在低于击穿电压时绝缘并且在高于所述击穿电压时导电。所述系统还包括被配置成测量反映所述阻抗匹配网络的阻抗的变化的一个或多个参数的测量电路系统。当所监测的(多个)参数中的任何参数的变化率超过预定阈值时，系统控制器修改所述系统的操作。

Description

使用非线性装置进行电弧预防的RF设备
技术领域
本文所述的主题的实施例总体上涉及预防和/或检测射频(RF)系统中的电弧事件的设备和方法。
背景技术
可以产生高射频(RF)电压的各类常规RF系统可能在耦接到系统或包含在系统内的负载内产生电弧，也可能在系统本身内产生电弧。在此类常规RF系统中，可能在装置电路系统内的高压节点或点处产生电弧，这可能会对电路组件或接地结构造成潜在地不可逆的损坏。这种电弧产生可能持续很长一段时间，从而可能导致系统性能不佳。此外，持续的电弧产生可能损坏电路组件并且产生另外的问题。在某些情况下，此类电弧产生有可能引起系统功能永久受损。需要用于检测可能导致在 RF系统或设备中产生电弧的状况并且用于采取前摄措施来防止在系统组件之间、跨系统组件或通过系统组件产生电弧的设备和方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种系统，包括：
射频(RF)信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；
传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与负载之间；
可变阻抗网络，所述可变阻抗网络沿所述RF信号源与所述负载之间的所述传输路径耦接；
非线性装置，所述非线性装置与所述可变阻抗网络的至少一个组件并联耦接，所述非线性装置在低于击穿电压时具有高阻抗并且在高于所述击穿电压时具有低阻抗；以及
控制器，所述控制器被配置成在基于至少所述RF信号的参数的变化率已经超过所述非线性装置的所述击穿电压时检测沿所述传输路径的潜在电弧产生状况。
在一个或多个实施例中，所述非线性装置选自由以下组成的组：气体放电管、火花隙和瞬态电压抑制二极管。
在一个或多个实施例中，所述非线性装置与所述可变阻抗网络的电感器并联耦接。
在一个或多个实施例中，所述非线性装置与所述可变阻抗网络的电容器并联耦接。
在一个或多个实施例中，所述参数包括由以下组成的组中的至少一个：沿所述传输路径测量的电压驻波比、沿所述传输路径测量的电流以及沿所述传输路径的反射对前向RF信号功率比。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成通过确定所述参数的所述变化率超过预定义阈值来检测到已经超过所述非线性装置的所述击穿电压。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成当所述控制器已经检测到所述潜在电弧产生状况时，通过降低所述RF信号源供应的所述RF 信号的功率电平来修改所述系统的操作。
根据本发明的第二方面，提供一种耦接到用于容纳负载的腔的热增加系统，所述热增加系统包括：
射频(RF)信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；
传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与定位在所述腔附近的一个或多个电极之间；
阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络沿所述传输路径电耦接，其中所述阻抗匹配网络包括可变无源组件的网络和耦接到所述可变无源组件中的至少一个可变无源组件的至少一个非线性装置，所述至少一个非线性装置在低于击穿电压时电绝缘，并且在高于所述击穿电压时导电；
测量电路系统，所述测量电路系统耦接到所述传输路径，其中所述测量电路系统周期性地测量沿所述传输路径传送的所述RF信号的参数，从而产生多个参数测量结果，其中所述阻抗匹配网络的阻抗的变化与所述参数的变化相关；以及
控制器，所述控制器被配置成基于所述多个参数测量结果确定所述参数的变化率并且基于所述参数的变化率修改所述热增加系统的操作。
在一个或多个实施例中，所述至少一个非线性装置选自由以下组成的组：气体放电管、火花隙和瞬态电压抑制二极管。
在一个或多个实施例中，所述至少一个非线性装置包括与所述可变无源组件的网络的可变电感器并联耦接的非线性装置。
在一个或多个实施例中，所述非线性装置包括与所述可变无源组件的网络的可变电容器并联耦接的非线性装置，其中所述非线性装置的所述击穿电压是所述可变电容器的最大电压的分数。
在一个或多个实施例中，所述测量电路系统被配置成测量所述参数，并且其中所述参数选自由以下组成的组：电压驻波比、电流和反射对前向RF信号功率比。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成通过执行选自由以下组成的组的动作来修改所述热增加系统的操作：控制所述RF信号源以降低所述RF信号源供应的所述RF信号的功率电平，以及控制所述RF 信号源以停止供应所述RF信号。
在一个或多个实施例中，所述至少一个非线性装置包括第一非线性装置、第二非线性装置和第三非线性装置，其中所述阻抗匹配网络为包括以下的双端可变阻抗匹配网络：
第一输入和第二输入；
第一输出和第二输出；
第一可变阻抗电路，所述第一可变阻抗电路耦接在所述第一输入与所述第一输出之间，所述第一非线性装置与所述第一可变阻抗电路并联耦接；
第二可变阻抗电路，所述第二可变阻抗电路耦接在所述第二输入与所述第二输出之间，所述第二非线性装置与所述第二可变阻抗电路并联耦接；以及
第三可变阻抗电路，所述第三可变阻抗电路耦接在所述第一输入与所述第二输入之间，所述第三非线性装置与所述第二可变阻抗电路并联耦接。
在一个或多个实施例中，所述至少一个非线性装置包括多个非线性装置，其中所述阻抗匹配网络为包括以下的单端可变阻抗匹配网络：
输入；
输出；
一组无源组件，所述一组无源组件串联耦接在所述输入与所述输出之间，所述一组无源组件中的每个无源组件与所述多个非线性装置中的相应不同的非线性装置并联耦接；以及
可变阻抗电路，所述可变阻抗电路耦接在所述输入与接地参考节点之间并且与所述多个非线性装置中的另外的非线性装置并联耦接。
根据本发明的第三方面，提供一种系统，包括：
射频(RF)信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；
负载，所述负载耦接到所述RF信号源；
传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与所述负载之间；
可变阻抗网络，所述可变阻抗网络沿所述RF信号源与所述负载之间的所述传输路径耦接；
多个非线性装置，所述多个非线性装置电耦接到所述可变阻抗网络的组件，所述多个非线性装置中的每个非线性装置在低于所述非线性装置的击穿电压时电绝缘并且在高于所述非线性装置的所述击穿电压时导电；以及
控制器，所述控制器被配置成通过响应于基于至少所述RF信号的参数的变化率检测到已经超过所述多个非线性装置中的至少一个非线性装置的所述击穿电压而修改所述系统的操作来防止沿所述传输路径发生电弧产生。
在一个或多个实施例中，所述多个非线性装置选自由以下组成的组：多个气体放电管、多个火花隙和多个瞬态电压抑制二极管。
在一个或多个实施例中，所述参数包括反射对前向信号功率比，并且其中响应于检测到已经超过所述多个非线性装置中的至少一个非线性装置的所述击穿电压而修改所述系统的所述操作包括响应于检测到所述反射对前向信号功率比的变化率超过预定阈值而降低所述RF信号源供应的所述一个或多个RF信号的功率电平。
在一个或多个实施例中，所述系统进一步包括：
测量电路系统，所述测量电路系统在所述RF信号源的输出处耦接到所述传输路径，其中所述测量电路系统周期性地测量沿所述传输路径传送的所述RF信号的所述参数，并且其中所述可变匹配网络的阻抗的变化与所述参数的变化相关。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
当结合以下附图考虑详细描述和权利要求时，可以通过参考详细描述和权利要求得出对主题的更全面理解，其中贯穿附图，类似的附图标记指代类似的元件。
图1是根据示例实施例的除霜器具的透视图；
图2是根据示例实施例的不平衡除霜设备的简化框图；
图3是根据示例实施例的单端可变电感匹配网络的示意图；
图4是根据示例实施例的单端可变电容匹配网络的示意图；
图5是根据另一个示例实施例的平衡除霜设备的简化框图；
图6是根据另一个示例实施例的具有可变电感的双端可变阻抗匹配网络的示意图；
图7是根据另一个示例实施例的具有可变电容的双端可变阻抗网络的示意图；
图8是根据示例实施例的通过动态负载匹配来操作除霜系统的方法的流程图；并且
图9是根据示例实施例的检测匹配网络中的过电压状况并且作为响应修改RF信号源的操作以防止产生电弧的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述在本质上仅仅是说明性的并且不旨在限制主题的实施例或这种实施例的应用和用途。如本文所使用的，词语“示例性”和“例子”意指“充当例子、实例或说明”。在本文中被描述为示例性或例子的任何实施方案不一定被解释为优选的或优于其它实施方案。此外，不旨在受在前的技术领域、背景技术或以下详细描述中呈现的任何明确或隐含理论的约束。
本文中描述的发明性主题的实施例涉及检测和预防可能产生高射频(RF)电压的系统(本文中被称为“RF系统”)内的电弧。本文中详细描述的示例系统包括固态除霜设备，然而，本领域的技术人员应当理解，基于本文中的描述，电弧预防实施例可以在各种RF系统中的任何 RF系统中实施，包括但不限于固态除霜和烹饪设备、发射器天线调谐器、等离子体发生器负载匹配设备以及易于在系统组件之间产生电弧的其它 RF系统。
根据各个实施例，电弧检测和预防通过电弧检测子系统来实现，所述电弧检测子系统包括策略性地连接在RF系统内的各个位置中，并且更具体地说跨系统中的高压应力点连接的(多个)非线性装置。令人期望地，所述(多个)非线性装置的寄生电容很低，以使对系统的影响最小化。此外，在一些实施例中，所述(多个)非线性装置不直接连接到系统控制器，这解决了通过高共模RF电压检测进行的检测的挑战。所述系统的实施例可以保护负载和RF系统元件两者。
根据实施例，电弧检测子系统监测RF输入匹配、S11、电压驻波比 (VSWR)或电流。S11、VSWR或电流的变化超过预定量值和/或速率阈值表明非线性装置已改变状态，并且系统中的电压可能具有指示可能发生或正在发生电弧产生事件的值。一旦检测到这种情况，电弧检测子系统就可以采取行动和/或改变条件，以试图防止或停止电弧产生状况。本发明主题的实施例可以在不影响可靠性的同时使用最佳尺寸的组件来构造。
可以实施电弧检测和预防实施例的系统的一些非限制性实施例包括固态除霜设备，所述固态除霜设备可以结合到独立器具中或结合到其它系统中。如下文更加详细地描述的，固态除霜设备的实施例包括“不平衡”除霜设备和“平衡”设备两者。例如，示例性“不平衡”除霜系统是使用以下实现的：安置在腔中的第一电极；单端放大器布置(包括一个或多个晶体管)；耦接在放大器布置的输出与第一电极之间的单端阻抗匹配网络；以及可以检测除霜操作何时完成的测量和控制系统。相比之下，示例性“平衡”除霜系统是使用以下实现的：安置在腔中的第一电极和第二电极；单端或双端放大器布置(包括一个或多个晶体管)；耦接在放大器布置的输出与第一电极和第二电极之间的双端阻抗匹配网络；以及可以检测除霜操作何时完成的测量和控制系统。在各个实施例中，阻抗匹配网络包括可以在除霜操作期间进行调整以提高放大器布置与腔之间的匹配的可变阻抗匹配网络。根据各个实施例并且如稍后将更加详细地描述的，与电弧检测子系统相关联的非线性装置跨本文中描述的不平衡除霜系统和平衡除霜系统的单端匹配网络或双端匹配网络的组件放置。
通常，术语“除霜”意指将冻结负载(例如，食物负载或其它类型的负载)的温度升高到负载不再冻结的温度(例如，处于或接近0摄氏度的温度)。如本文所使用的，术语“除霜”更广泛地意指负载(例如，食物负载或其它类型的负载)的热能或温度通过向负载提供射频(RF) 电力而增加的过程。因此，在各个实施例中，可以在任何初始温度(例如，在0摄氏度以上或以下的任何初始温度)下对负载执行“除霜操作”，并且可以在高于初始温度的任何最终温度(例如，包括在0摄氏度以上或以下的最终温度)下停止除霜操作。也就是说，本文所描述的“除霜操作”和“除霜系统”可替代地可以被称为“热增加操作”和“热增加系统”。术语“除霜”不应被解释为将本发明的应用局限于只能将冻结负载的温度升高到或接近0摄氏度的温度的方法或系统。在一个实施例中，除霜操作可将食品的温度升高到-1摄氏度或-1摄氏度左右的温和状态。
在某些条件(例如，极度干燥的条件和/或电势差别很大的除霜系统的组件被紧密定位在一起的条件)下，在本文所述类型的除霜系统或可能产生高RF电压的其它类型的RF系统中可能产生电弧。如此处所用，“电弧产生(arcing)”是指气体(例如，空气)的电击穿，所述电击穿产生持续放电。在本上下文中，电弧产生可能发生于例如被施加RF电力的电感器的相邻线圈之间、电感器与电极之间、这种电感器与接地壳体或其它外壳结构之间或其它适用的电路组件之间。除霜系统的组件可能由于除霜系统内产生电弧而被损坏，并且当电弧产生持续很长一段时间时，除霜系统的损坏风险(例如，呈导电体熔化和绝缘损坏的形式)会增加。
常规的电弧减轻方法通常限于在电弧产生已经以不受控制的、不可预测的方式发生之后检测系统中的电弧产生，这仍然可能导致对系统及其组成组件的损坏。为了识别潜在的电弧产生(例如，通过识别沿RF 信号传输路径的过电压状况)并且防止产生电弧，本发明的实施例涉及电弧检测子系统，所述电弧检测子系统可以包括位于被表征为有电弧产生风险的位置处的非线性装置，例如位于沿RF信号源与负载(例如，包括除霜腔、对应电极和食物负载)之间的传输路径的各个节点处的非线性装置。这些非线性装置可以包括气体放电管、火花隙、瞬态电压抑制(TVD)二极管和装置或任何其它能够抑制超过规定击穿电压的电压的非线性装置。
一旦跨沿着RF信号源与负载之间的传输路径的非线性装置中的任何非线性装置的电压超过对应非线性装置的击穿电压，非线性装置就将开始导电，从而引起RF信号源与负载之间的阻抗(例如，类似于阶跃函数)的快速变化。这种快速阻抗变化表现为由RF信号源向负载供应的RF信号的参数(例如，S11参数、VSWR、电流等)的对应快速变化，所述变化可以通过耦接到RF信号源的一个或多个输出的功率检测电路系统检测。响应于检测到这些参数之一的变化率很快(例如，超过预定义阈值)，系统的控制器(例如，系统控制器或微控制器单元(MCU)) 可以修改系统的操作，以便在过电压状况导致不受控制的电弧产生之前减轻过电压状况。例如，这种修改可以降低RF信号源产生的RF信号的功率(例如，使其降低20％或使其降低为小于原始功率值的10％)，或者可以关闭系统(例如，至少部分地通过指示RF信号源停止产生RF 信号)。以此方式，系统可以通过在高电压(例如，过电压)状况能够引起不受控制且可能具有破坏性的电弧产生之前检测并减轻高电压状况来前摄性地防止发生不受控制的电弧产生。
图1是根据示例实施例的除霜系统100的透视图。除霜系统100包括除霜腔110(例如，图2、5的腔260、5604)、控制面板120、一个或多个RF信号源(例如，图2、5的RF信号源220、520)、电源(例如，图2、5的电源226、526)、第一电极170(例如，图2、5的电极240、 540)、第二电极172(例如，图5的电极550)、阻抗匹配电路系统(例如，图2、5的电路234、270、534、572)、功率检测电路系统(例如，图2、5的功率检测电路系统230、530)以及系统控制器(例如，图2、5的系统控制器212、512)。除霜腔110由顶腔壁111、底腔壁112、侧腔壁113、114和后腔壁115的内表面和门116的内表面限定。在门116 关闭的情况下，除霜腔110限定封闭的空气腔。如本文所使用的，术语“空气腔”可以意指容纳空气或其它气体的封闭区域(例如，除霜腔110)。
根据“不平衡”实施例，第一电极170被布置成靠近腔壁(例如，顶壁111)，第一电极170与剩余的腔壁(例如，壁112-115和门116) 电隔离，并且剩余的腔壁接地。在此类配置中，系统可以简单地建模为电容器，其中第一电极170充当一个导电板(或电极)，接地腔壁(例如，壁112-115)充当第二导电板(或电极)，并且空气腔(包括其中容纳的任何负载)充当第一导电板与第二导电板之间的电介质。虽然并未在图 1中示出，但是系统100中还可以包括非导电屏障(例如，图2的屏障 262)，并且非导电屏障可以用于将负载与底腔壁112电气且物理地隔离。虽然图1将第一电极170示出为靠近顶壁111，但是可替换的是，第一电极170可以靠近其它壁112-115中的任何壁，如电极172-175所示。
根据“平衡”实施例，第一电极170被布置成靠近第一腔壁(例如，顶壁111)，第二电极172被布置成靠近相对的第二腔壁(例如，底壁112)，并且第一电极170和第二电极172与剩余的腔壁(例如，壁113-115和门116)电隔离。在此类配置中，系统也可以简单地建模为电容器，其中第一电极170充当一个导电板(或电极)，第二电极172充当第二导电板(或电极)，并且空气腔(包括其中容纳的任何负载)充当第一导电板与第二导电板之间的电介质。虽然并未在图1中示出，但是系统100中还可以包括非导电屏障(例如，图5的屏障562)，并且非导电屏障可以用于将负载与第二电极172和底腔壁112电气且物理地隔离。虽然图1 将第一电极170示出为靠近顶壁111并且将第二电极172示出为靠近底壁112，但是可替换的是，第一电极170和第二电极172可以靠近其它相对的壁(例如，第一电极可以是靠近壁113的电极173并且第二电极可以是靠近壁114的电极174)。
根据实施例，在除霜系统100的操作期间，用户(未示出)可以在除霜腔110中放置一个或多个负载(例如，食物和/或液体)并且任选地可以通过控制面板120提供指定(多个)负载的特性的输入。例如，指定的特性可以包括负载的大概重量。此外，指定的负载特性可以指示形成负载的(多种)材料(例如，肉类、面包、液体)。在替代性实施例中，负载特性可以通过其它某种方式获得，如通过扫描负载包装上的条形码或从负载上或嵌入负载内的RFID标签接收射频识别(RFID)信号。无论哪种方式，如稍后将更加详细地描述的，关于此类负载特性的信息使系统控制器(例如，图2、5的系统控制器212、512)均能够确立系统的阻抗匹配网络在除霜操作开始时的初始状态，其中初始状态可能相对接近实现最大RF功率传递到负载的最优状态。可替换的是，在除霜操作开始之前，可能不会进入或接收负载特性，并且系统控制器可以确立阻抗匹配网络的默认初始状态。
为了开始除霜操作，用户可以通过控制面板120提供输入。作为响应，系统控制器使(多个)RF信号源(例如，图2、5的RF信号源220、 520)在不平衡实施例中向第一电极170供应RF信号或在平衡实施例中向第一电极170和第二电极172两者供应RF信号，并且(多个)电极作为响应将电磁能辐射到除霜腔110中。电磁能增加负载的热能(即，电磁能使负载升温)。
在除霜操作期间，负载的阻抗(以及因此腔110加上负载的总输入阻抗)在负载的热能增加时改变。阻抗变化改变吸收到负载中的RF能并且因此改变反射功率的量值。根据实施例，功率检测电路系统(例如，图2、5的功率检测电路系统230、530)连续地或周期性地测量沿RF 信号源(例如，图2、5的RF信号源220、520)与(多个)电极170、 172之间的传输路径(例如，图2、5的传输路径228、528)的反射功率。根据这些测量结果，系统控制器(例如，图2、5的系统控制器212、512) 可以检测除霜操作的完成，如下文将详细描述的。根据另外一个实施例，阻抗匹配网络是可变的，并且基于反射功率测量结果(或前向和反射功率测量结果两者、S11参数和/或VSWR)，系统控制器可以改变阻抗匹配网络在除霜操作期间的状态以增加负载对射RF功率的吸收。
图1的除霜系统100被具体化为台面式器具。在另外的实施例中，除霜系统100还可以包括用于执行微波烹饪操作的组件和功能。可替换的是，除霜系统的组件可以结合到其它类型的系统或器具中。例如，除霜系统可以结合到冰箱/冰柜器具中，或者也可以结合到具有其它配置的系统或器具中。因此，独立器具中的除霜系统的上述实施方式并不意味着将实施例的用途仅限于那些类型的系统。
图2是根据示例实施例的不平衡除霜系统200(例如，图1的除霜系统100)的简化框图。在实施例中，除霜系统200包括RF子系统210、除霜腔260、用户界面280、系统控制器212、RF信号源220、电源和偏置电路系统226、可变阻抗匹配网络270、电极240、外壳结构266和功率检测电路系统230。此外，在其它实施例中，除霜系统200可以包括 (多个)温度传感器、(多个)红外(IR)传感器和/或(多个)重量传感器290，但是这些传感器组件中的一些或全部可以不包括在内。应理解，出于解释和易于描述的目的，图2是除霜系统200的简化表示，并且实际实施例可以包括其它装置和组件以提供额外的功能和特征，和/或除霜系统200可以是更大的电气系统的一部分。
用户界面280可以对应于控制面板(例如，图1的控制面板120)，例如，所述控制面板使用户能够向系统提供关于除霜操作(例如，待除霜负载的特性等等)、启动和取消按钮、机械控件(例如，门/抽屉开闩) 等等的参数的输入。此外，用户界面可以被配置成提供指示除霜操作的状态的用户可感知输出(例如，倒计时定时器、指示除霜操作的进展或完成的可视标记和/或指示除霜操作的完成的可听音)和其它信息。
除霜操作系统200的一些实施例可以包括(多个)温度传感器、(多个)IR传感器和/或(多个)重量传感器290。(多个)温度传感器和/或 (多个)IR传感器可以定位在使负载264的温度在除霜操作期间能够被感测到的位置。当提供给系统控制器212时，温度信息使系统控制器212 能够改变由RF信号源220供应的RF信号的功率(例如，通过控制由电源和偏置电路系统226提供的偏置和/或电源电压)，以调整可变阻抗匹配网络270的状态和/或确定除霜操作应当何时终止。(多个)重量传感器定位在负载264下并且被配置成向系统控制器212提供负载264的重量的估计值。系统控制器212可以使用此信息例如来确定由RF信号源 220供应的RF信号的期望功率电平、确定可变阻抗匹配网络270的初始设置和/或确定除霜操作的大概时长。
在实施例中，RF子系统210包括系统控制器212、RF信号源220、第一阻抗匹配电路234(在本文中为“第一匹配电路”)、电源和偏置电路系统226以及功率检测电路系统230。系统控制器212可以包括一个或多个通用或专用处理器(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路 (ASIC)等等)、易失性和/或非易失性存储器(例如，随机存取存储器 (RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线或其它组件。根据实施例，系统控制器212耦接到用户界面280、 RF信号源220、可变阻抗匹配网络270、功率检测电路系统230和传感器290(如果包括的话)。系统控制器212被配置成接收指示通过用户界面280接收的用户输入的信号并且从功率检测电路系统230接收指示RF 信号反射功率(以及可能RF信号前向功率)的信号。响应于接收到的信号和测量结果并且如稍后将更加详细地描述的，系统控制器212向电源和偏置电路系统226以及RF信号源220的RF信号发生器222提供控制信号。此外，系统控制器212向可变阻抗匹配网络270提供控制信号，所述控制信号使网络270改变其状态或配置。
除霜腔260包括电容除霜布置，所述电容除霜布置具有通过空气腔分开的第一平行板电极和第二平行板电极，所述空气腔内可以放置待除霜的负载264。例如，第一电极240可以定位在空气腔上方，并且第二电极可以由外壳结构266的一部分提供。更具体地说，外壳结构266可以包括底壁、顶壁和侧壁，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁的内表面限定腔260(例如，图1的腔110)。根据实施例，腔260可以被密封(例如，利用图1的门116)以容纳在除霜操作期间引入到腔260中的电磁能。系统200可以包括确保密封在除霜操作期间完好的一个或多个互锁机构。如果互锁机构中的一个或多个互锁机构指示密封被破坏，则系统控制器212可以停止除霜操作。根据实施例，外壳结构266至少部分地由导电材料形成，并且外壳结构的(多个)导电部分可以接地。可替换的是，至少外壳结构266的与腔260的底表面相对应的部分可以由导电材料形成并接地。无论哪种方式，外壳结构266(或至少与第一电极240平行的外壳结构266的部分)均充当电容除霜布置的第二电极。为了避免负载264与腔260的接地底表面之间的直接接触，非导电屏障262可以定位在腔260的底表面上方。
基本上，除霜腔260包括电容除霜布置，所述电容除霜布置具有通过空气腔分开的第一平行板电极240和第二平行板电极266，所述空气腔内可以放置待除霜的负载264。在实施例中，第一电极240定位在外壳结构266内以限定电极240与外壳结构266的相对表面(例如，充当第二电极的底表面)之间的距离252，其中距离252使腔260成为子谐振腔。
在各个实施例中，距离252在约0.10米到约1.0米的范围内，但是距离也可以更小或更大。根据实施例，距离252小于RF子系统210产生的RF信号的一个波长。换句话说，如上所述，腔260是子谐振腔。在一些实施例中，距离252小于RF信号的一个波长的约一半。在其它实施例中，距离252小于RF信号的一个波长的约四分之一。在仍其它实施例中，距离252小于RF信号的一个波长的约八分之一。在仍其它实施例中，距离252小于RF信号的一个波长的约50分之一。在仍其它实施例中，距离252小于RF信号的一个波长的约100分之一。
通常，设计用于较低操作频率(例如，介于10MHz与100MHz之间的频率)的系统200可以被设计成具有为一个波长的较小分数的距离 252。例如，当系统200被设计成产生操作频率为约10MHz(对应于约 30米的波长)的RF信号并且距离252被选择为约0.5米时，距离252 是RF信号的一个波长的约60分之一。相反，当系统200被设计用于约 300MHz的操作频率(对应于约1米的波长)并且距离252被选择为约 0.5米时，距离252是RF信号的一个波长的约一半。
在电极240与外壳结构266之间的操作频率和距离252被选择成限定子谐振内腔260的情况下，第一电极240和外壳结构266电容性地耦接。更具体地说，第一电极240可以类推为电容器的第一板，外壳结构 266可以类推为电容器的第二板，并且负载264、屏障262以及腔260 内的空气可以类推为电容器电介质。因此，第一电极240可替代地在本文中可被称为“阳极”，并且外壳结构266可替代地在本文中可被称为“阴极”。
基本上，跨第一电极240和外壳结构266的电压加热腔260内的负载264。根据各个实施例，RF子系统210被配置成生成RF信号以在电极240与外壳结构266之间产生在一个实施例中在约90伏特到约3000 伏特的范围内或在另一个实施例中在约3000伏特到约10,000伏特的范围内的电压，但是系统也可以被配置成在电极240与外壳结构266之间产生更低或更高的电压。
在实施例中，第一电极240通过第一匹配电路234、可变阻抗匹配网络270和导电传输路径电耦接到射RF信号源220。第一匹配电路234 被配置成执行从RF信号源220的阻抗(例如，小于约10欧姆)到中间阻抗(例如，50欧姆、75欧姆或其它某个值)的阻抗变换。根据实施例，导电传输路径包括串联连接并统称为传输路径228的多个导体228-1、 228-2和228-3。根据实施例，导电传输路径228是“不平衡”路径，所述不平衡路径被配置成携带不平衡RF信号(即，相对于地引用的单个 RF信号)。在一些实施例中，一个或多个连接器(未示出，但各自具有公连接器部分和母连接器部分)可以沿着传输路径228电耦接，并且连接器之间的传输路径228的一部分可以包括同轴电缆或其它适合的连接器。此类连接示出在图5中并且稍后描述(例如，包括连接器536、538 和导体528-3，如连接器536、538之间的同轴电缆)。
如稍后将更加详细地描述的，可变阻抗匹配电路270被配置成执行从上述中间阻抗到如通过负载264修改的除霜腔220的输入阻抗的阻抗变换(例如，大约几百或几千欧姆，如约1000欧姆到约4000欧姆或更大)。在实施例中，可变阻抗匹配网络270包括无源组件(例如，电感器、电容器、电阻器)的网络。
根据更具体的实施例，可变阻抗匹配网络270包括多个固定值集总电感器(例如，图3、4的电感器312-314、454)，所述多个固定值集总电感器定位在腔260内并且电耦接到第一电极240。此外，可变阻抗匹配网络270包括多个可变电感网络(例如，图3的网络310、311、315)，所述多个可变电感网络可以位于腔260内部或外部。根据另一个更具体的实施例，可变阻抗匹配网络270包括多个可变电容网络(例如，图4 的网络442、446)，所述多个可变电容网络可以位于腔260内部或外部。如稍后将更加详细地描述的，每个可变电感网络或可变电容网络提供的电感值或电容值是使用来自系统控制器212的控制信号确立的。在任何情况下，通过改变可变阻抗匹配网络270在除霜操作过程中的状态以动态地匹配不断变化的腔加上负载阻抗，尽管除霜操作期间负载阻抗发生变化，但是负载264吸收的RF功率量可以维持在高水平。
在一些实施例中，非线性装置(例如，气体放电管、火花隙、瞬态电压抑制(TVS)二极管等)可以跨可变阻抗匹配网络270的固定和可变组件(例如，单独的电感器、单独的电容器、集总电感器、集总电容器、可变电容器网络、可变电感器网络等)中的任何或所有组件并联耦接。这些非线性装置中的每个非线性装置可以具有单独的击穿电压，使得当跨给定非线性装置的电压(例如，以及因此跨与所述非线性装置并联耦接的固定或可变组件的电压)超过所述非线性装置的单独击穿电压时，给定非线性装置开始导电，从而迅速改变可变阻抗匹配电路270的阻抗。耦接到可变阻抗匹配电路270的特定组件的非线性装置的击穿电压可以小于所述组件的最大工作电压(例如，为其分数)，超过所述击穿电压时，所述组件处可能产生电弧，或者所述组件可能被损坏。例如，所述组件可以是额定最大工作电压为1000V(或其它某个最大工作电压)的电容器，并且耦接到所述电容器的非线性装置的击穿电压可以为 900V(或小于非线性装置被连接的装置的工作电压的其它某个击穿电压)，使得非线性装置将在达到电容器的最大工作电压之前开始导电并且改变可变阻抗匹配网络270的阻抗。系统控制器212可以检测由超过非线性装置的击穿电压引起的可变阻抗匹配网络270的阻抗的变化(例如，基于在RF信号源220处测得的S11参数和/或VSWR的变化率)，并且可以降低由RF信号源220供应的RF信号的功率或停止所述RF信号，使得不会超过电容器的最大工作电压。
根据实施例，RF信号源220包括RF信号发生器222和功率放大器 (例如，包括一个或多个功率放大器级224、225)。响应于系统控制器212 通过连接214提供的控制信号，RF信号发生器222被配置成产生频率在 ISM(工业、科学和医疗)频带的振荡电信号，但是系统也可以被修改成支持在其它频带的操作。在各个实施例中，可以控制RF信号发生器 222以产生不同功率电平和/或不同频率的振荡信号。例如，RF信号发生器222可以产生处于VHF(甚高频)范围内(即，在介于约30.0兆赫(MHz) 与约300MHz之间的范围内)，和/或在约10.0MHz到约100MHz和/ 或约100MHz到约3.0千兆赫(GHz)的范围内振荡的信号。一些期望频率可以是例如13.56MHz(+/-5％)、27.125MHz(+/-5％)、40.68MHz (+/-5％)和2.45GHz(+/-5％)。在一个特定实施例中，例如，RF信号发生器222可以产生在约40.66MHz到约40.70MHz的范围内振荡并且功率电平在约10分贝-毫瓦(dBm)到约15dBm范围内的信号。可替换的是，振荡频率和/或功率电平可以更低或更高。
在图2的实施例中，功率放大器包括驱动器放大器级224和最终放大器级225。功率放大器被配置成从RF信号发生器222接收振荡信号并将信号放大以在功率放大器的输出产生显著更高功率信号。例如，输出信号的功率电平可以在约100瓦到约400瓦或更高的范围内。功率放大器施加的增益可以使用由电源和偏置电路系统226提供给每个放大器级 224、225的栅极偏置电压和/或漏极电源电压来控制。更具体地说，电源和偏压电路系统226根据从系统控制器212接收的控制信号向每个RF 放大器级224、225提供偏置电压和电源电压。
在实施例中，每个放大器级224、225被实施为功率晶体管，如场效应晶体管(FET)，所述功率晶体管具有输入端(例如，栅极或控制端) 和两个载流端(例如，源极端和漏极端)。在各个实施例中，阻抗匹配电路(未示出)可以耦接到驱动器放大器级224的输入(例如，栅极)，耦接在驱动器放大器级与最终放大器级225之间和/或耦接到最终放大器级225的输出(例如，漏极端)。在实施例中，放大器级224、225的每个晶体管包括横向扩散的金属氧化物半导体FET(LDMOSFET)晶体管。然而，应注意，晶体管不旨在局限于任何特定的半导体技术，并且在其它实施例中，每个晶体管可以实现为氮化镓(GaN)晶体管、另一种类型的MOSFET晶体管、双极性结型晶体管(BJT)或利用另一种半导体技术的晶体管。
在图2中，功率放大器布置被描绘成包括以特定方式耦接到其它电路组件的两个放大器级224、225。在其它实施例中，功率放大器布置可以包括其它放大器拓扑和/或放大器布置可以包括仅一个放大器级(例如，如图5的放大器524的实施例所示)或多于两个放大器级。例如，功率放大器布置可以包括单端放大器、多尔蒂放大器、开关模式功率放大器(SMPA)或其它类型放大器的各种实施例。
除霜腔260和定位在除霜腔260内的任何负载264(例如，食物、液体等等)对通过第一电极240辐射到腔260中的电磁能(或RF功率) 呈现累积负载。更具体地说，腔260和负载264向系统呈现阻抗，所述阻抗在本文中被称为“腔加上负载阻抗”。在除霜操作期间，腔加上负载阻抗在负载264的温度增加时改变。腔加上负载阻抗直接影响沿着RF 信号源220与电极240之间的导电传输路径228的反射信号功率的量值。在大多数情况下，期望将传递到腔260的信号功率的量值最大化和/或将沿着导电传输路径228的反射对前向信号功率比最小化。
在实施例中，为了使RF信号发生器220的输出阻抗与腔加上负载阻抗至少部分地匹配，第一匹配电路234沿着传输路径228电耦接。第一匹配电路234可以具有各种配置中的任何配置。根据实施例，第一匹配电路234包括固定组件(即，具有非可变组件值的组件)，但是在其它实施例中，第一匹配电路234可以包括一个或多个可变组件。例如，在各个实施例中，第一匹配电路234可以包括选自以下的任何一个或多个网络：电感/电容(LC)网络、串联电感网络、并联电感网络或带通电路、高通电路和低通电路的组合。基本上，固定匹配电路234被配置成将阻抗升高到在RF信号发生器220的输出阻抗与腔加上负载阻抗之间的中间水平。
根据实施例，功率检测电路系统230沿着RF信号源220的输出与电极240之间的传输路径228耦接。在具体实施例中，功率检测电路系统230形成RF子系统210的一部分并且在实施例中耦接到在第一匹配电路234的输出与可变阻抗匹配网络270的输入之间的导体228-2。在替代性实施例中，功率检测电路系统230可以耦接到传输路径228在RF 信号源220的输出与第一匹配电路234的输入之间的部分228-1或耦接到传输路径228在可变阻抗匹配网络270的输出与第一电极240之间的部分228-3。
无论耦接在何处，功率检测电路系统230均被配置成监测、测量或以其它方式检测沿着RF信号源220与电极240之间的传输路径228行进的反射信号(即，在从电极240到RF信号源220的方向上行进的反射RF信号)的功率。在一些实施例中，功率检测电路系统230还被配置成检测沿着RF信号源220与电极240之间的传输路径228行进的前向信号(即，在从RF信号源220到电极240的方向上行进的前向RF 信号)的功率。通过连接232，功率检测电路系统230向系统控制器212 供应信号，所述信号向系统控制器212传送反射信号功率(以及在一些实施例中前向信号功率)的量值。在传送了前向信号功率量值和反射信号功率量值两者的实施例中，系统控制器212可以计算反射对前向信号功率比或S11参数或VSWR值。如下文将更加详细地描述的，当反射信号功率量值超过反射信号功率阈值或反射对前向信号功率比超过S11参数阈值或当VSWR值超过VSWR阈值时，这指示系统200不足以匹配腔加上负载阻抗并且腔260内的负载264吸收的能量可能是次优的。在此类情形中，系统控制器212编排了更改可变匹配网络270的状态的过程以驱动反射信号功率或S11参数或VSWR值接近或低于期望水平(例如，低于反射信号功率阈值和/或反射对前向信号功率比阈值和/或S11 参数阈值和/或VSWR阈值)，由此重新确立可接受的匹配并促进负载 264的更优能量吸收。
在一些实施例中，系统控制器212和功率检测电路系统230可以形成电弧检测子系统的部分，并且系统控制器212和功率检测电路系统230 可以检测与超过可变抗阻匹配电路270中的非线性装置(例如，图3、4 的装置1502、1504、1506、1508、1510、1512、1702、1704、1706、1708 中的一个或多个装置)的击穿电压相关联的快速阻抗变化(例如，以系统控制器212根据功率检测电路系统230进行的测量得出的S11参数、 VSWR和/或电流的快速变化的形式)。例如，如果系统控制器212确定 S11参数和/或VSWR值的变化率超过预定阈值，则系统200可以修改可变匹配电路270的组件值以试图纠正电弧产生状况或可替换的是可以减小RF信号发生器222的RF信号的功率或中断所述RF信号的供应，以预防不受控制的电弧产生。
例如，系统控制器212可以通过控制路径216向可变匹配电路270 提供控制信号，所述控制信号使可变匹配电路270改变电路内的一个或多个组件的电感值、电容值和/或电阻值，由此调整电路270所提供的阻抗变换。调整可变匹配电路270的配置期望减小反射信号功率的量值，这对应于减小S11参数和/或VSWR的量值和增大负载264所吸收的功率。
如上文所讨论的，使用可变阻抗匹配网络270来匹配除霜腔260加上负载264的腔加上负载阻抗以在可能的程度上将传递到负载264的RF 功率最大化。在除霜操作开始时，除霜腔260和负载264的初始阻抗可能并不是准确地已知的。另外，负载264的阻抗在除霜操作期间在负载 264升温时改变。根据实施例，系统控制器212可以向可变阻抗匹配网络270提供控制信号，所述控制信号使可变阻抗匹配网络270的状态修改。这使系统控制器212能够确立可变阻抗匹配网络270在除霜操作开始时的初始状态，所述初始状态具有相对较低的反射对前向功率比并且因此负载264吸收的RF功率相对较高。此外，这使系统控制器212能够修改可变阻抗匹配网络270的状态使得可以在整个除霜操作中维持足够的匹配，尽管负载264的阻抗发生了变化。
在图3和4中示出了可变匹配网络270的配置的非限制性例子。例如，在各个实施例中，网络270可以包括选自以下的任何一个或多个电路：电感/电容(LC)网络、仅电感网络、仅电容网络或带通电路、高通电路和低通电路的组合。在实施例中，可变匹配网络270包括单端网络(例如，图3、4的网络300、400)。如稍后将更加详细地描述的，可变匹配网络270提供的电感值、电容值和/或电阻值是使用来自系统控制器212的控制信号确立的，所述电感值、所述电容值和/或所述电阻值进而影响网络270提供的阻抗变换。在任何情况下，通过改变可变匹配网络270在除霜操作过程中的状态以动态地匹配腔260加上腔260内的负载264的不断变化的阻抗，可以在整个除霜操作过程中将系统效率维持在高水平。
可变匹配网络270可以具有广泛的各种电路配置中的任何电路配置，并且此类配置的非限制性例子示出在图3和4中。根据实施例，如图3所例示的，可变阻抗匹配网络270可以包括无源组件的单端网络并且更具体地包括固定值电感器(例如，集总电感组件)和可变电感器(或可变电感网络)的网络。根据另一个实施例，如图4所例示的，可变阻抗匹配网络270可以包括无源组件的单端网络并且更具体地说包括可变电容器的网络(或可变电容网络)。如本文所使用的，术语“电感器”意指离散电感器或电耦接在一起而未介入其它类型的组件(例如，电阻器或电容器)的一组电感组件。类似地，术语“电容器”意指离散电容器或电耦接在一起而未介入其它类型的组件(例如，电阻器或电感器)的一组电容组件。
首先参考可变电感阻抗匹配网络实施例，图3是根据示例实施例的单端可变阻抗匹配网络300(例如，图2的可变阻抗匹配网络270)的示意图。如下文将更加详细地解释的，可变阻抗匹配网络270基本上具有两个部分：一部分用于匹配RF信号源(或末级功率放大器)；并且另一部分用于匹配腔加上负载。
根据实施例，可变阻抗匹配网络300包括输入节点302、输出节点304、第一可变电感网络310和第二可变电感网络311、以及多个固定值电感器312-315。当结合到除霜系统(例如，图2的系统200)中时，输入节点302电耦接到RF信号源(例如，图2的RF信号源220)的输出，并且输出节点304电耦接到除霜腔(例如，图2的除霜腔260)内的电极(例如，图2的第一电极240)。
在实施例中，在输入节点302与输出节点304之间，可变阻抗匹配网络300包括第一串联耦接的集总电感器312和第二串联耦接的集总电感器314。在实施例中，在第一集总电感器312和第二集总电感器314 可以设计用于相对较低的频率(例如，约40.66MHz到约40.70MHz) 操作和相对较高的功率(例如，约50瓦(W)到约500W)操作时，其尺寸和电感值均相对较大。例如，电感器312、314的值可以在约200 毫微亨(nH)到约600nH的范围内，但是在其它实施例中，所述电感器312、314的值可以更低和/或更高。
第一可变电感网络310是耦接在输入节点302与接地参考端(例如，图2的接地的外壳结构266)之间的第一并联电感网络。根据实施例，第一可变电感网络310可被配置成匹配如通过第一匹配电路(例如，图 2的电路234)修改的RF信号源(例如，图2的RF信号源220)的阻抗或更具体地说匹配如通过第一匹配电路(例如，图2的电路234)修改的末级功率放大器(例如，图2的放大器225)的阻抗。因此，第一可变电感网络310可被称为可变阻抗匹配网络300的“RF信号源匹配部分”。根据实施例，第一可变电感网络310包括具有电感组件的网络，所述电感组件可以选择性地耦接在一起以提供在约10nH到约400nH的范围内的电感，但是范围也可以扩大到更低或更高的电感值。
相比之下，可变阻抗匹配网络300的“腔匹配部分”由耦接在节点 322与接地参考端之间的第二并联电感网络316提供，所述节点322处于第一集总电感器312与第二集总电感器314之间。根据实施例，第二并联电感网络316包括串联耦接的第三集总电感器313和第二可变电感网络311，第三集总电感器313与第二可变电感网络311之间具有中间节点322。因为可以改变第二可变电感网络311的状态以提供多个电感值，因此第二并联电感网络316可被配置成最优地匹配腔加上负载(例如，图2的腔260加上负载264)的阻抗。例如，电感器313的值可以在约400nH到约800nH的范围内，但是在其它实施例中，所述电感器 313的值可以更低和/或更高。根据实施例，第二可变电感网络311包括具有电感组件的网络，所述电感组件可以选择性地耦接在一起以提供在约50nH到约800nH的范围内的电感，但是范围也可以扩大到更低或更高的电感值。
最后，可变阻抗匹配网络300包括耦接在输出节点304与接地参考端之间的第四集总电感器315。例如，电感器315的值可以在约400nH 到约800nH的范围内，但是在其它实施例中，所述电感器315的值可以更低和/或更高。
根据实施例，电弧检测子系统的部分结合到网络300中。更具体地说，已经添加了非线性装置1502、1504、1506、1508、1510和1512(例如，气体放电管、火花隙和/或TVS二极管)，使得每当跨非线性装置 1502、1504、1506、1508、1510和1512之一的电压超过所述非线性装置的击穿电压时触发快速阻抗变化。
非线性装置1502可以与可变电感网络310并联耦接。非线性装置 1504可以与电感312并联耦接。非线性装置1506可以与电感313并联耦接。非线性装置1508可以与可变电感网络311并联耦接。非线性装置 1510可以与电感314并联耦接。非线性装置1512可以与电感315并联耦接。非线性装置1502、1504、1506、1508、1510和1512中的给定非线性装置的击穿电压可以小于预计在与所述非线性装置并联的电路组件处可能产生电弧的电压(例如，比所述电压小某个规定的百分比，如比所述电压小10％)。以此方式，非线性装置将在其并联电路组件处可能产生电弧之前从绝缘转变为导电，从而引起电路300的阻抗的可检测变化。例如，如果预计电感312在1000V下经历电弧产生，则非线性装置 1504的击穿电压可以为900V。现成的气体放电装置的额定电压的范围为小于50V到超过8000V。所述电压被选择为向受保护组件的最大电压提供一定裕度，或者如果所述非线性装置连接在组件与接地之间，则为可以使电弧接地的电压。这些电压以及因此非线性装置的额定值作为系统设计的一部分通过仿真或测试确定。
一组330集总电感器312-315可以形成模块的一部分，所述模块至少部分地物理地位于腔(例如，图2的腔260)内或至少在外壳结构(例如，图2的外壳结构266)的范围内。这使集总电感器312-315产生的辐射能够安全地容纳在系统内，而不是辐射到周围环境中。相比之下，在各个实施例中，腔或外壳结构内可以容纳或可以不容纳可变电感网络 310、311。
根据实施例，图3的可变阻抗匹配网络300的实施例包括“仅电感器”以便为除霜腔260加上负载264的输入阻抗提供匹配。因此，网络 300可被视为“仅电感器”匹配网络。如本文所使用的，当描述可变阻抗匹配网络的组件时，短语“仅电感器(only inductors)”或“仅电感器 (inductor-only)”意味着网络不包括具有显著电阻值的离散电阻器或具有显著电容值的离散电容器。在一些情况下，匹配网络的组件之间的导电传输线可以具有最小电阻和/或网络内可以存在最小寄生电容。此类最小电阻和/或最小寄生电容不应被解释为将“仅电感器”网络的实施例转换成还包括电阻器和/或电容器的匹配网络。然而，本领域技术人员应理解，可变阻抗匹配网络的其它实施例可以包括不同配置的仅电感器匹配网络以及包括离散电感器、离散电容器和/或离散电阻器的组合的匹配网络。
图4是根据示例实施例的单端可变电容匹配网络400(例如，图2 的可变阻抗匹配网络270)的示意图，所述单端可变电容匹配网络400 可以代替可变电感阻抗匹配网络300(图3)实施。根据实施例，可变阻抗匹配网络400包括输入节点402、输出节点404、第一可变电容网络 442和第二可变电容网络446以及至少一个电感器454。当结合到除霜系统(例如，图2的系统200)中时，输入节点402电耦接到RF信号源(例如，图2的RF信号源220)的输出，并且输出节点404电耦接到除霜腔 (例如，图2的除霜腔260)内的电极(例如，图2的第一电极240)。
在实施例中，在输入节点402与输出节点404之间，可变阻抗匹配网络400包括与电感器454串联耦接的第一可变电容网络442和耦接在中间节点451与接地参考端(例如，图2的接地的外壳结构266)之间的第二可变电容网络446。在实施例中，电感器454可以被设计用于相对低频率(例如，约40.66MHz到约40.70MHz)和高功率(例如，约 50W到约500W)操作。例如，电感器454的值可以在约200nH到约 600nH的范围内，但是在其它实施例中，所述电感器454的值可以更低和/或更高。根据实施例，电感器454是固定值集总电感器(例如，线圈)。在其它实施例中，电感器454的电感值可以是可变的。
第一可变电容网络442耦接在输入节点402与中间节点411之间，并且第一可变电容网络442可以意指可变阻抗匹配网络400的“串联匹配部分”。根据实施例，第一可变电容网络442包括与第一可变电容器 444并联耦接的第一固定值电容器443。在实施例中，第一固定值电容器 443的电容值可以在约1微微法(pF)到约100pF的范围内。第一可变电容器444可以包括可以选择性地耦接起来以提供在0pF到约100pF 的范围内的电容的电容组件的网络。因此，第一可变电容网络442提供的总电容值可以在约1pF到约200pF的范围内，但是范围也可以扩大到更低或更高的电容值。
可变阻抗匹配网络400的“并联匹配部分”由第二可变电容网络446 提供，所述第二可变电容网络446耦接在节点451(位于第一可变电容网络442与集总电感器454之间)与接地参考端之间。根据实施例，第二可变电容网络446包括与第二可变电容器448并联耦接的第二固定值电容器447。在实施例中，第二固定值电容器447的电容值可以在约1pF 到约100pF的范围内。第二可变电容器448可以包括可以选择性地耦接起来以提供在0pF到约100pF的范围内的电容的电容组件的网络。因此，第二可变电容网络446提供的总电容值可以在约1pF到约200pF 的范围内，但是范围也可以扩大到更低或更高的电容值。可以改变第一可变电容网络442和第二可变电容网络446的状态以提供多个电容值，并且因此所述状态可以是可配置的，以将腔加上负载(例如，图2的腔 260加上负载264)的阻抗与RF信号源(例如，图2的RF信号源220) 最佳地匹配。
根据实施例，电弧检测子系统的部分结合到网络400中。更具体地说，已经添加了非线性装置1702、1704、1706和1708(例如，气体放电管、火花隙和/或TVS二极管)，使得每当跨非线性装置1702、1704、 1706和1708之一的电压超过所述非线性装置的击穿电压时触发快速阻抗变化。
非线性装置1702可以与可变电容网络442并联耦接。非线性装置 1704可以与可变电容网络446并联耦接。非线性装置1706可以与电感 454并联耦接。非线性装置1702、1704和1706中的给定非线性装置的击穿电压可以小于预计在与所述非线性装置并联的电路组件处可能产生电弧的电压(例如，比所述电压小某个规定的百分比，如比所述电压小10％)。以此方式，非线性装置将在其并联电路组件处可能产生电弧之前从绝缘转变为导电，从而引起电路400的阻抗的可检测变化。例如，如果预计可变电容网络442在1000V下经历电弧产生，则非线性装置1702 的击穿电压可以为900V。现成的气体放电装置的额定电压的范围为小于50V到超过8000V。所述电压被选择为向受保护组件的最大电压提供一定裕度，或者如果所述非线性装置连接在组件与接地之间，则为可以使电弧接地电压。这些电压以及因此非线性装置的额定值作为系统设计的一部分通过仿真或测试确定。
在一些实施例中，可能有在输出节点404处，在与所述输出节点连接的电极(例如，图2的第一电极240)与附近接地结构(例如，外壳结构266)之间产生电弧的风险。为了预防此类电弧产生，可以将非线性装置1708耦接在节点404与接地之间。以此方式，在节点404处累积的过多电压(例如，超过非线性装置1708的击穿电压)可以引起网络 400的阻抗的可检测变化。
与图2-4相关联的描述详细讨论了“不平衡”除霜设备，在所述不平衡除霜设备中，将RF信号施加到一个电极(例如，图2的电极240) 并且将另一个“电极”(例如，图2的外壳结构266)接地。如上所述，除霜设备的替代性实施例包括“平衡”除霜设备。在此类设备中，向所述两个电极提供平衡RF信号。
例如，图5是根据示例实施例的平衡除霜系统500(例如，图1的除霜系统100、图2的除霜系统210、220)的简化框图。在实施例中，除霜系统500包括RF子系统510、除霜腔560、用户界面580、系统控制器512、RF信号源520、电源和偏置电路系统526、可变阻抗匹配网络570、两个电极540、550、以及功率检测电路系统530。此外，在其它实施例中，除霜系统500可以包括(多个)温度传感器、(多个)红外 (IR)传感器和/或(多个)重量传感器590，但是这些传感器组件中的一些或全部可以不包括在内。应理解，出于解释和易于描述的目的，图 5是除霜系统500的简化表示，并且实际实施例可以包括其它装置和组件以提供额外的功能和特征，和/或除霜系统500可以是更大的电气系统的一部分。
用户界面580可以对应于控制面板(例如，图1的控制面板120)，例如，所述控制面板使用户能够向系统提供关于除霜操作(例如，待除霜负载的特性等等)、启动和取消按钮、机械控件(例如，门/抽屉开闩) 等等的参数的输入。此外，用户界面可以被配置成提供指示除霜操作的状态的用户可感知输出(例如，倒计时定时器、指示除霜操作的进展或完成的可视标记和/或指示除霜操作的完成的可听音)和其它信息。
在实施例中，RF子系统510包括系统控制器512、RF信号源520、第一阻抗匹配电路534(在本文中为“第一匹配电路”)、电源和偏置电路系统526以及功率检测电路系统530。系统控制器512可以包括一个或多个通用或专用处理器(例如，微处理器、微控制器、ASIC等等)、易失性和/或非易失性存储器(例如，RAM、ROM、闪存、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线以及其它组件。根据实施例，系统控制器 512可操作且通信地耦接到用户界面580、RF信号源520、电源和偏置电路系统526、功率检测电路系统530(或530'或530”)、可变匹配子系统570以及(多个)传感器590(如果包括的话)。系统控制器512被配置成接收指示通过用户界面580接收的用户输入的信号，从功率检测电路系统530(或530'或530”)接收指示RF信号反射功率(以及可能RF 信号前向功率)的信号，并且从(多个)传感器590接收传感器信号。响应于接收到的信号和测量结果并且如稍后将更加详细地描述的，系统控制器512向电源和偏置电路系统526和/或向RF信号源520的RF信号发生器522提供控制信号。此外，系统控制器512向可变匹配子系统 570(通过路径516)提供控制信号，所述控制信号使子系统570改变子系统570的可变阻抗匹配电路572(在本文中为“可变匹配电路”)的状态或配置。
除霜腔560包括电容除霜布置，所述电容除霜布置具有通过空气腔分开的第一平行板电极540和第二平行板电极550，所述空气腔内可以放置待除霜的负载564。在外壳结构566内，第一电极540和第二电极 550(例如，图1的电极170、172)以相对于彼此固定的物理关系定位在内部除霜腔560(例如，图1的内腔110)的任一侧。根据实施例，电极540、550之间的距离为552使腔560在实施例中成为子谐振腔。
第一电极540和第二电极550跨腔560分开某一距离552。在各个实施例中，距离552在约0.10米到约1.0米的范围内，但是距离也可以更小或更大。根据实施例，距离552小于RF子系统510产生的RF信号的一个波长。换句话说，如上所述，腔560是子谐振腔。在一些实施例中，距离552小于RF信号的一个波长的约一半。在其它实施例中，距离552小于RF信号的一个波长的约四分之一。在仍其它实施例中，距离552小于RF信号的一个波长的约八分之一。在仍其它实施例中，距离552小于RF信号的一个波长的约50分之一。在仍其它实施例中，距离552小于RF信号的一个波长的约100分之一。
通常，设计用于较低操作频率(例如，介于10MHz与100MHz之间的频率)的系统500可以被设计成具有为一个波长的较小分数的距离 552。例如，当系统500被设计成产生操作频率为约10MHz(对应于约 30米的波长)的RF信号并且距离552被选择为约0.5米时，距离552 是RF信号的一个波长的约60分之一。相反，当系统500被设计用于约 300MHz的操作频率(对应于约1米的波长)并且距离552被选择为约 0.5米时，距离552是RF信号的一个波长的约一半。
在电极540、550之间操作频率和的距离552被选择成限定子谐振内腔560的情况下，第一电极540和第二电极550电容性地耦接。更具体地说，第一电极540可以类推为电容器的第一板，第二电极550可以类推为电容器的第二板，并且负载564、屏障562以及腔560内的空气可以类推为电容器电介质。因此，第一电极540可替代地在本文中可被称为“阳极”，并且第二电极550可替代地在本文中可被称为“阴极”。
基本上，跨第一电极540和第二电极550的电压加热腔560的负载 564。根据各个实施例，RF子系统510被配置成生成RF信号以跨电极 540、550产生在一个实施例中在约50伏特到约3000伏特的范围内或在另一个实施例中在约3000伏特到约10,000伏特的范围内的电压，但是系统也可以被配置成跨电极540、550产生更低或更高的电压。
RF子系统510的输出以及更具体地说RF信号源520的输出通过导电传输路径电耦接到可变匹配子系统570，所述导电传输路径包括串联耦接并且统称为传输路径528的多个导体528-1、528-2、528-3、528-4 和528-5。根据实施例，导电传输路径528包括“不平衡”部分和“平衡”部分，其中“不平衡”部分被配置成携带不平衡RF信号(即，相对于地引用的单个RF信号)，并且“平衡”部分被配置成携带平衡RF 信号(即，相对于彼此引用的两个信号)。传输路径528的“不平衡”部分可以包括RF子系统510内的不平衡第一导体528-1和不平衡第二导体528-2、一个或多个连接器536、538(各自具有公连接器部分和母连接器部分)以及电耦接在连接器536、538之间的不平衡第三导体528-3。根据实施例，第三导体528-3包括同轴电缆，但是电气长度也可以更短或更长。在替代性实施例中，可变匹配子系统570可以与RF子系统510 一起被容置，并且在此类实施例中，导电传输路径528可以不包括连接器536、538和第三导体528-3。无论哪种方式，在实施例中，导电传输路径528的“平衡”部分包括可变匹配子系统570内的平衡第四导体528-4 以及电耦接在可变匹配子系统570与电极540、550之间的平衡第五导体 528-5。
如图5所示，可变匹配子系统570容置有被配置成以下的设备：在设备的输入处通过传输路径的不平衡部分(即，包括不平衡导体528-1、 528-2和528-3的部分)从RF信号源520接收不平衡RF信号；将不平衡RF信号转换成两个平衡RF信号(例如，相位差在120度与240度之间如约180度的两个RF信号)；以及在设备的两个输出处产生所述两个平衡RF信号。例如，在实施例中，转换设备可以是平衡-不平衡转换器 574。平衡RF信号通过平衡导体528-4传送到可变匹配电路572并且通过平衡导体528-5最终传送到电极540、550。
在替代性实施例中，如图5中心的虚线框所示并且如下文将更加详细地讨论的，替代性RF信号发生器520'可以在平衡导体528-1'上产生平衡RF信号，所述平衡导体528-1'可以直接耦接到可变匹配电路572(或通过各种中间导体和连接器耦接)。在此类实施例中，平衡-不平衡转换器574可以不包括在系统500内。无论哪种方式，如下文将更加详细地描述的，双端可变匹配电路572(例如，图6、7的可变匹配电路600、 700)被配置成接收平衡RF信号(例如，通过连接528-4或528-1')、执行与双端可变匹配电路572的当时电流配置相对应的阻抗变换并且通过连接528-5向第一电极540和第二电极550提供平衡RF信号。
根据实施例，RF信号源520包括RF信号发生器522和功率放大器 524(例如，包括一个或多个功率放大器级)。响应于系统控制器512通过连接514提供的控制信号，RF信号发生器522被配置成产生频率在 ISM(工业、科学和医疗)频带内的振荡电信号，但是系统也可以被修改成支持在其它频带的操作。在各个实施例中，可以控制RF信号发生器522以产生不同功率电平和/或不同频率的振荡信号。例如，RF信号发生器522可以产生处于VHF范围内(即，在介于约30.0MHz与约300 MHz之间的范围内)，和/或在约10.0MHz到约100MHz的范围内和/或在约100MHz到约3.0GHz的范围内振荡的信号。一些期望频率可以是例如13.56MHz(+/-5％)、27.125MHz(+/-5％)、40.68MHz(+/-5％) 和2.45GHz(+/-5％)。可替换的是，振荡频率可以低于或高于上述给定范围或值。
功率放大器524被配置成从RF信号发生器522接收振荡信号并将信号放大以在功率放大器524的输出处产生显著更高功率信号。例如，输出信号的功率电平可以在约100瓦到约400瓦或更大的范围内，但是功率电平也可以更低或更高。功率放大器524施加的增益可以使用电源和偏置电路系统526提供给放大器524的一个或多个级的栅极偏置电压和/或漏极偏置电压来控制。更具体地说，电源和偏置电路系统526根据从系统控制器512接收的控制信号向每个RF放大器级的输入和/或输出 (例如，栅极和/或漏极)提供偏置电压和电源电压。
功率放大器可以包括一个或多个放大级。在实施例中，放大器524 的每个级被实施为功率晶体管，如FET，所述功率晶体管具有输入端(例如，栅极或控制端)和两个载流端(例如，源极端和漏极端)。在各个实施例中，阻抗匹配电路(未示出)可以耦接到一些或所有放大器级的输入(例如，栅极)和/或输出(例如，漏极端)。在实施例中，放大器级的每个晶体管均包括LDMOS FET。然而，应注意，晶体管不旨在局限于任何特定的半导体技术，并且在其它实施例中，每个晶体管可以实现为GaN晶体管、另一种类型的MOS FET晶体管、BJT或利用另一种半导体技术的晶体管。
在图5中，功率放大器布置524被描绘为包括以特定方式耦接到其它电路组件的一个放大器级。在其它实施例中，功率放大器布置524可以包括其它放大器拓扑和/或放大器布置可以包括两个或更多个放大器级(例如，如图2的放大224/225的实施例所示)。例如，功率放大器布置可以包括以下各个实施例：单端放大器、双端(平衡)放大器、推挽放大器多尔蒂放大器、开关模式功率放大器(SMPA)或另一种类型的放大器。
例如，如图5的中心的虚线框所指示的，替代性RF信号发生器520' 可以包括推挽或平衡放大器524'，所述推挽或平衡放大器被配置成在输入处从RF信号发生器522接收不平衡RF信号，将不平衡RF信号放大并且在放大器524'的两个输出处产生两个平衡RF信号，其中所述两个平衡RF信号此后通过导体528-1'传送到电极540、550。在此类实施例中，平衡-不平衡转换器574可以不包括在系统500内，并且导体528-1' 可以直接连接到可变匹配电路572(或通过多个同轴电缆和连接器或其它多导体结构连接)。
除霜腔560和定位在除霜腔560中的任何负载564(例如，食物、液体等等)对通过电极540、550辐射到内室562中的电磁能量(或RF 功率)呈现累积负载。更具体地说且如前所述，除霜腔560和负载564 向系统呈现阻抗，所述阻抗在本文中被称为“腔加上负载阻抗”。在除霜操作期间，腔加上负载阻抗在负载564的温度增加时改变。腔加上负载阻抗直接影响沿着RF信号源520与电极540、550之间的导电传输路径 528的反射信号功率的量值。在大多数情况下，期望将传递到腔560的信号功率的量值最大化和/或将沿着导电传输路径528的反射对前向信号功率比最小化。
在实施例中，为了使RF信号发生器520的输出阻抗与腔加上负载阻抗至少部分地匹配，第一匹配电路534沿着传输路径528电耦接。第一匹配电路534被配置成执行从RF信号源520的阻抗(例如，小于约 10欧姆)到中间阻抗(例如，50欧姆、75欧姆或其它某个值)的阻抗变换。第一匹配电路534可以具有各种配置中的任何配置。根据实施例，第一匹配电路534包括固定组件(即，具有非可变组件值的组件)，但是在其它实施例中，第一匹配电路534可以包括一个或多个可变组件。例如，在各个实施例中，第一匹配电路534可以包括选自以下的任何一个或多个网络：电感/电容(LC)网络、串联电感网络、并联电感网络或带通电路、高通电路和低通电路的组合。基本上，第一匹配电路534被配置成将阻抗升高到在RF信号发生器520的输出阻抗与腔加上负载阻抗之间的中间水平。
根据实施例且如上所述，功率检测电路系统530沿着RF信号源520 的输出与电极540、550之间的传输路径528耦接。在具体实施例中，功率检测电路系统530形成RF子系统510的一部分并且耦接到在RF信号源520与连接器536之间的导体528-2。在替代性实施例中，功率检测电路系统530可以耦接到传输路径528的任何其它部分，如导体528-1、导体528-3、在RF信号源520(或平衡-不平衡转换器574)与可变匹配电路572之间的导体528-4(即，如用功率检测电路系统530'指示的) 或在可变匹配电路572与(多个)电极540、550之间的导体528-5(即，如用功率检测电路系统530”指示的)。出于简洁的目的，功率检测电路系统在本文中用参考号530指代，但是如参考号530'和530”所指示的，电路系统可以定位在其它位置。
无论耦接在何处，功率检测电路系统530均被配置成监测、测量或以其它方式检测沿着RF信号源520与(多个)电极540、550中的一个或两个之间的传输路径528行进的反射信号(即，在从(多个)电极540、 550到RF信号源520的方向上行进的反射RF信号)的功率。在一些实施例中，功率检测电路系统530还被配置成检测沿着RF信号源520与 (多个)电极540、550之间的传输路径528行进的前向信号(即，在从 RF信号源520到(多个)电极540、550的方向上行进的前向RF信号) 的功率。
通过连接532，功率检测电路系统530向系统控制器512供应信，所述信号传送反射信号功率的测量量值以及在一些实施例中还有前向信号功率的测量量值。在传送了前向信号功率量值和反射信号功率量值两者的实施例中，系统控制器512可以计算反射对前向信号功率比或S11 参数和/或VSWR值。如下文将更加详细地描述的，当反射信号功率量值超过反射信号功率阈值或反射对前向信号功率比超过S11参数阈值或当VSWR值超过VSWR阈值时，这指示系统500不足以匹配腔加上负载阻抗并且腔560内的负载564吸收的能量可能是次优的。在此类情形中，系统控制器512编排了更改可变匹配电路572的状态的过程以驱动反射信号功率或S11参数或VSWR值接近或低于期望水平(例如，低于反射信号功率阈值和/或反射对前向信号功率比阈值和/或VSWR阈值)，由此重新确立可接受的匹配并促进负载564的更优能量吸收。
在一些实施例中，系统控制器512和功率检测电路系统530可以检测与超过可变阻抗匹配电路570中的非线性装置的击穿电压相关联的快速阻抗变化(例如，以系统控制器512根据功率检测电路系统530进行的测量得出的S11参数、VSWR和/或电流的快速变化的形式)。例如，如果系统控制器512确定S11参数和/或VSWR值的变化率超过预定阈值(其可能指示电弧产生状况)，则系统500可以修改可变匹配电路572 的组件值，以试图纠正电弧产生状况或可替换的是可以减小RF信号源 520的RF信号的功率或中断或修改所述RF信号的供应(例如，通过降低其功率)，以预防不受控制的电弧产生。
更具体地说，系统控制器512可以通过控制路径516向可变匹配电路572提供控制信号，所述控制信号使可变匹配电路572改变电路内的一个或多个组件的电感值、电容值和/或电阻值，由此调整电路572所提供的阻抗变换。调整可变匹配电路572的配置期望减小反射信号功率的量值，这对应于减小S11参数和/或VSWR值的量值和增大负载564所吸收的功率。
如上文所讨论的，使用可变匹配电路572来匹配除霜腔560加上负载564的输入阻抗以在可能的程度上将传递到负载564的RF功率最大化。在除霜操作开始时，除霜腔560和负载564的初始阻抗可能并不是准确地已知的。另外，负载564的阻抗在除霜操作期间在负载564升温时改变。根据实施例，系统控制器512可以向可变匹配电路572提供控制信号，所述控制信号使可变匹配电路572的状态修改。这使系统控制器512能够确立可变匹配电路572在除霜操作开始时的初始状态，所述初始状态具有相对较低的反射对前向功率比并且因此负载564吸收的 RF功率相对较高。此外，这使系统控制器512能够修改可变匹配电路572的状态使得可以在整个除霜操作中维持足够的匹配，尽管负载564 的阻抗发生了变化。
可变匹配电路572可以具有各种配置中的任何配置。例如，在各个实施例中，电路572可以包括选自以下的任何一个或多个电路：电感/ 电容(LC)网络、仅电感网络、仅电容网络或带通电路、高通电路和低通电路的组合。在可变匹配电路572实施在传输路径528的平衡部分中的实施例中，可变匹配电路572是具有两个输入和两个输出的双端电路。在可变匹配电路实施在传输路径528的不平衡部分中的替代性实施例中，可变匹配电路可以是具有单个输入和单个输出的单端电路(例如，类似于图3、4的匹配电路300或400)。根据更具体的实施例，可变匹配电路572包括可变电感网络(例如，图6的双端网络600)。根据另一个更具体的实施例，可变匹配电路572包括可变电容网络(例如，图7 的双端网络700)。在仍其它实施例中，可变匹配电路572可以包括可变电感元件和可变电容元件两者。如稍后将更加详细地描述的，通过来自系统控制器512的控制信号来确立由可变匹配电路572提供的电感值、电容值和/或电阻值，所述电感值、所述电容值和/或所述电阻值进而影响电路572提供的阻抗变换。在任何情况下，通过改变可变匹配电路572 在处理操作过程中的状态以动态地匹配腔560加上腔560内的负载564 的不断变化的阻抗，可以在整个除霜操作中将系统效率维持在高水平。
在一些实施例中，非线性装置(例如，气体放电管、火花隙、TVS 二极管等)可以跨可变阻抗匹配网络572的固定和可变组件(例如，单独的电感器、单独的电容器、集总电感器、集总电容器、可变电容器网络、可变电感器网络等)中的任何或所有组件并联耦接。这些非线性装置中的每个非线性装置可以具有单独的击穿电压，使得当跨给定非线性装置的电压(例如，以及因此跨与所述非线性装置并联耦接的固定或可变组件的电压)超过所述非线性装置的单独击穿电压时，给定非线性装置开始导电，从而迅速改变可变阻抗匹配网络572的阻抗。耦接到可变阻抗匹配网络572的特定组件的非线性装置的击穿电压可以小于所述组件的最大工作电压(例如，为其分数)，超过所述击穿电压时，所述组件处可能产生电弧，或者所述组件可能被损坏。例如，所述组件可以是额定最大工作电压为1000V的电容器，并且耦接到所述电容器的非线性装置的击穿电压可以为900V，使得非线性装置将在达到电容器的最大工作电压之前开始导电并且改变可变阻抗匹配网络572的阻抗。系统控制器512可以检测到由超过非线性装置的击穿电压引起的可变阻抗匹配网络572的阻抗的变化(例如，基于在RF信号源520处测得的S11参数和/或VSWR值的变化率)，并且可以使由RF信号源520供应的RF信号的功率降低或停止，使得不会超过电容器的最大工作电压。
可变匹配电路572可以具有广泛的各种电路配置中的任何电路配置，并且此类配置的非限制性例子示出在图6和7中。例如，图6是根据示例实施例的可以结合到除霜系统(例如，图1、5的系统100、500) 中的双端可变阻抗匹配电路600的示意图。根据实施例，可变匹配电路 600包括具有固定值和可变无源组件的网络。
电路600包括双端输入601-1、601-2(被称为输入601)、双端输出 602-1、602-2(被称为输出602)和以梯形布置连接在输入601与输出 602之间的无源组件的网络。例如，当连接到系统500中时，第一输入 601-1可以连接到平衡导体528-4的第一导体，并且第二输入601-2可以连接到平衡导体528-4的第二导体。类似地，第一输出602-1可以连接到平衡导体528-5的第一导体，并且第二输出602-2可以连接到平衡导体528-5的第二导体。
在图6所示的具体实施例中，电路600包括串联连接在输入601-1 与输出602-1之间的第一可变电感器611和第一固定电感器615、串联连接在输入601-2与输出602-2之间的第二可变电感器616和第二固定电感器620、连接在输入601-1与601-2之间的第三可变电感器621以及连接在节点625与626之间的第三固定电感器624。
根据实施例，第三可变电感器621对应于“RF信号源匹配部分”，所述RF信号源匹配部分可被配置成匹配如通过第一匹配电路(例如，图5的电路534)修改的RF信号源(例如，图5的RF信号源520)的阻抗，或更具体地匹配如通过第一匹配电路(例如，图5的电路534) 修改的末级功率放大器(例如，图5的放大器524)的阻抗。根据实施例，第三可变电感器621包括具有电感组件的网络，所述电感组件可以选择性地耦接在一起以提供在约5nH到约200nH的范围内的电感，但是范围也可以扩大到更低或更高的电感值。
相比之下，可变阻抗匹配网络600的“腔匹配部分”由第一可变电感器611和第二可变电感器616以及固定电感器615、620和624提供。因为可以改变第一可变电感器611和第二可变电感器616的状态以提供多个电感值，因此第一可变电感器611和第二可变电感器616可被配置成最优地匹配腔加上负载(例如，图5的腔560加上负载564)的阻抗。例如，在其它实施例中，电感器611、616各自可以具有在约10nH到约 200nH的范围内的值，但是所述电感器的值可以更低和/或更高。
固定电感器615、620、624还可以具有在约50nH到约800nH的范围内的电感值，但是电感值也可以更低和/或更高。在各个实施例中，电感器611、615、616、620、621、624可以包括离散电感器、分布电感器(例如，印刷线圈)、接合线、传输线和/或其它电感组件。在实施例中，可变电感器611和616以配对的方式操作，这意味着所述可变电感器的电感值在操作期间被控制成在任何给定时间均彼此相等以确保传送到输出602-1和602-2的RF信号是平衡的。
如上文所讨论的，可变匹配电路600是被配置成沿着传输路径528 的平衡部分连接(例如，在连接器528-4与528-5之间)的双端电路，并且其它实施例可以包括被配置成沿着传输路径528的不平衡部分连接的单端(即，一个输入和一个输出)可变匹配电路。
通过改变电路600中的电感器611、616、621的电感值，系统控制器512可以增大或减小电路600提供的阻抗变换。期望的是，电感值变化提高RF信号源520与腔加上负载阻抗之间的整体阻抗匹配，这应当导致反射信号功率和/或反射对前向信号功率比降低。在大多数情况下，系统控制器512可以力图将电路600配置成处于这样的状态：在腔560 中达到最大电磁场强度和/或由负载564吸收最大功率量和/或由负载564 反射最小功率量。
根据实施例，电弧检测子系统的部分结合到网络600中。更具体地说，已经添加了非线性装置1602、1604、1606、1608、1610、1612和 1614(例如，气体放电管、火花隙和/或TVS二极管)，使得每当跨非线性装1602、1604、1606、1608、1610、1612和1614之一的电压超过所述非线性装置的击穿电压时触发快速阻抗变化。
非线性装置1602可以与可变电感网络621并联耦接。非线性装置 1604可以与电感611并联耦接。非线性装置1606可以与电感615并联耦接。非线性装置1608可以与可变电感网络624并联耦接。非线性装置 1610可以与电感616并联耦接。非线性装置1612可以与电感620并联耦接。非线性装置1602、1604、1606、1608、1610和1612中的给定非线性装置的击穿电压可以小于预计在与所述非线性装置并联的电路组件处可能产生电弧的电压(例如，比所述电压小某个规定的百分比，如比所述电压小10％)。以此方式，非线性装置将在其并联电路组件处可能产生电弧之前从绝缘转变为导电，从而引起电路600的阻抗的可检测变化。例如，如果预计电感615在1000V下经历电弧产生，则非线性装置 1606的击穿电压可以为900V。现成的气体放电装置的额定电压的范围为小于50V到超过8000V。所述电压被选择为向受保护组件的最大电压提供一定裕度，或者如果所述非线性装置连接在组件与接地之间，则为可以使电弧接地的电压。这些电压以及因此非线性装置的额定值作为系统设计的一部分通过仿真或测试确定。
除了在电路组件处或跨电路组件产生电弧之外，有时可能在网络 600的组件连接、传输线或其它导电部分紧挨着接地结构(例如，图2、 5的外壳结构266、566)的位置处产生电弧，这是由于在两者之间可能形成强电场。因此，还可以将非线性装置耦接在这种传输线与对应的接地结构之间，使得可以防止两者之间产生电弧。例如，如果节点626由于靠近接地结构而有经历电弧产生的风险，则可以将非线性装置1614 耦接在节点626与接地端之间，使得在节点626处累积的过多电压(例如，超过非线性装置1614的击穿电压)可以引起网络600的阻抗的可检测变化。
图7是根据另一个示例实施例的可以结合到除霜系统(例如，图1、 5的系统100、500)中的双端可变阻抗匹配电路700的示意图。与匹配电路600(图6)一样，根据实施例，可变匹配电路700包括具有固定值和可变无源组件的网络。
电路700包括双端输入701-1、701-2(被称为输入701)、双端输出702-1、702-2(被称为输出702)和连接在输入701与输出702之间的无源组件的网络。例如，当连接到系统500中时，第一输入701-1可以连接到平衡导体528-4的第一导体，并且第二输入701-2可以连接到平衡导体528-4的第二导体。类似地，第一输出702-1可以连接到平衡导体 528-5的第一导体，并且第二输出702-2可以连接到平衡导体528-5的第二导体。
在图7所示的具体实施例中，电路700包括串联连接在输入701-1 与输出702-1之间的第一可变电容网络711和第一电感器715、串联连接在输入701-2与输出702-2之间的第二可变电容网络716和第二电感器720、以及连接在节点725与726之间的第三可变电容网络721。在实施例中，在电感器715、720可以设计用于相对较低的频率(例如，约 40.66MHz到约40.70MHz)操作和相对较高的功率(例如，约50W到约500W)操作时，所述电感器715、720的尺寸和电感值均相对较大。例如，在其它实施例中，电感器715、720各自可以具有在约100nH到约1000nH的范围内(例如，在约200nH到约600nH的范围内)的值，但是所述电感器的值可以更低和/或更高。根据实施例，电感器715、720 是固定值集总电感器(例如，在其它实施例中，线圈、离散电感器、分布电感器(例如，印刷线圈)、接合线、传输线和/或其它电感组件)。在其它实施例中，电感器715、720的电感值可以是可变的。在实施例中，在任何情况下，电感器715、720的电感值永远(当电感器715、720是固定值时)或在任何给定时间(当电感器715、720可变时，所述电感器以配对的方式操作)是基本上相同的。
第一可变电容网络711和第二可变电容网络716对应于电路700的“串联匹配部分”。根据实施例，第一可变电容网络711包括与第一可变电容器713并联耦接的第一固定值电容器712。在实施例中，第一固定值电容器712的电容值可以在约1pF到约100pF的范围内。如先前结合图5描述的，第一可变电容器713可以包括可以选择性地耦接起来以提供在0pF到约100pF的范围内的电容的电容组件的网络。因此，第一可变电容网络711提供的总电容值可以在约1pF到约200pF的范围内，但是范围也可以扩大到更低或更高的电容值。
类似地，第二可变电容网络716包括与第二可变电容器718并联耦接的第二固定值电容器717。在实施例中，第二固定值电容器717的电容值可以在约1pF到约100pF的范围内。如先前结合图5描述的，第二可变电容器718可以包括可以选择性地耦接起来以提供在0pF到约 100pF的范围内的电容的电容组件的网络。因此，第二可变电容网络716 提供的总电容值可以在约1pF到约200pF的范围内，但是范围也可以扩大到更低或更高的电容值。
在实施例中，在任何情况下，为了确保向输出702-1和702-2提供的信号的平衡，将第一可变电容网络711和第二可变电容网络716的电容值控制为在任何给定时间都基本上相同。例如，第一可变电容器713 和第二可变电容器718的电容值可以被控制成使得第一可变电容网络 711和第二可变电容网络716的电容值在任何给定时间基本上相同。第一可变电容器713和第二可变电容器718以配对方式操作，这意味着所述第一可变电容器和所述第二可变电容器在操作期间的电容值在任何给定时间被控制成确保传送到输出702-1和702-2的RF信号是平衡的。在一些实施例中，第一固定值电容器712和第二固定值电容器717的电容值可以基本上相同，但是在其它实施例中，所述电容值可以不同。
可变阻抗匹配网络700的“并联匹配部分”由第三可变电容网络721 和固定电感器715、720提供。根据实施例，第三可变电容网络721包括与第三可变电容器724并联耦接的第三固定值电容器723。在实施例中，第三固定值电容器723的电容值可以在约1pF到约500pF的范围内。如先前结合图5描述的，第三可变电容器724可以包括可以选择性地耦接起来以提供在0pF到约200pF的范围内的电容的电容组件的网络。因此，第三可变电容网络721提供的总电容值可以在约1pF到约700pF 的范围内，但是范围也可以扩大到更低或更高的电容值。
因为可以改变可变电容网络711、716、721的状态以提供多个电容值，所以可变电容网络711、716、721可以被配置成将腔加上负载(例如，图5的腔560加上负载564)的阻抗与RF信号源(例如，图5的信号源520、520')最佳地匹配。通过改变电路700中的电容器713、718、 724的电容值，系统控制器(例如，图5的系统控制器512)可以增大或减小电路700提供的阻抗变换。令人期望的是，电容值变化提高RF信号源520与腔加上负载的阻抗之间的整体阻抗匹配，这应当导致反射信号功率和/或反射对前向信号功率比降低。在大多数情况下，系统控制器 512可以力图将电路700配置成处于这样的状态：在腔560中达到最大电磁场强度和/或由负载564吸收最大功率量和/或由负载564反射最小功率量。
根据实施例，电弧检测子系统的部分结合到网络700中。更具体地说，已经添加了非线性装置1802、1804、1806、1808和1810(例如，气体放电管、火花隙和/或TVS二极管)，使得每当跨非线性装置1802、 1804、1806、1808和1810之一的电压超过所述非线性装置的击穿电压时触发快速阻抗变化。
非线性装置1802可以与可变电容网络711并联耦接。非线性装置 1806可以与可变电容网络716并联耦接。非线性装置1808可以与可变电容网络721并联耦接。非线性装置1804可以与电感器715并联耦接。非线性装置1810可以与电感器720并联耦接。非线性装置1802、1804、 1806、1808和1810中的给定非线性装置的击穿电压可以小于预计在与所述非线性装置并联的电路组件处可能产生电弧的电压(例如，比所述电压小某个规定的百分比，如比所述电压小10％)。以此方式，非线性装置将在其并联电路组件处可能产生电弧之前从绝缘转变为导电，从而引起电路1800的阻抗的可检测变化。例如，如果预计可变电容网络442 在1000V下经历电弧产生，则非线性装置1702的击穿电压可以为900 V。现成的气体放电装置的额定电压的范围为小于50V到超过8000V。所述电压被选择为向受保护组件的最大电压提供一定裕度，或者如果所述非线性装置连接在组件与接地之间，则为可以使电弧接地电压。这些电压以及因此非线性装置的额定值作为系统设计的一部分通过仿真或测试确定。
应当理解，图6和7所示的可变阻抗匹配电路600、700是可以执行期望的双端可变阻抗变换的两个可能的电路配置。双端可变阻抗匹配电路的其它实施例可以包括不同地布置的电感或电容网络或可以包括无源网络，所述无源网络包括电感器、电容器和/或电阻器的各种组合，其中一些无源组件可以是固定值组件并且一些无源组件可以是可变值组件(例如，可变电感器、可变电容器和/或可变电阻器)。另外，双端可变阻抗匹配电路可以包括有源装置(例如，晶体管)，所述有源装置将无源组件切换到网络中和网络外以更改电路所提供的整体阻抗变换。
虽然结合特定的可变阻抗匹配网络电路布局对图3、4、6和7的前述例子进行了描述，但是包括可变无源组件(例如，可变电容器、可变电阻器、可变电感器和/或其组合)的其它布置的可变阻抗匹配网络的其它实施例在操作期间也容易受到电弧产生的影响。因此，应当理解，结合图3、4、6和7描述的非线性装置可以适用于包括替代性可变阻抗匹配网络组件布置(其具有通常由跨非线性装置的电压超过所述装置的击穿电压而产生的S11参数、VSWR或其它信号参数的类似快速变化)的除霜系统或其它RF系统的实施例。另外，应当注意，如结合图3、4、6 和7所描述的，在除霜系统中包括非线性装置旨在是说明性的而不是限制性的。可以将上文描述的类型的非线性装置结合到耦接在RF信号源与系统的负载之间的任何匹配电路系统中，以便检测匹配电路系统的组件处的过电压状况，从而可以修改系统的操作以防止产生电弧。
根据各个实施例，与本文所讨论的单端或双端可变阻抗匹配网络相关联的电路系统可以以一个或多个模块的形式实施，其中“模块”在本文中被限定为耦接到公共基板的电气组件的组件。另外，在各个实施例中，与RF子系统(例如，图2的子系统210、图5的子系统510)相关联的电路系统也可以以一个或多个模块的形式实施。
由于已经描述了除霜系统的电气和物理方面的实施例，因此现在将结合图8和图9来描述用于操作此类除霜系统的方法的各个实施例。更具体地说，图8是根据示例实施例的用动态负载匹配来操作除霜系统(例如，图1、2、5的系统100、200、500)的方法的流程图。
在框802中，方法可以开始于，系统控制器(例如，图2、5的系统控制器212、512)接收除霜操作应当开始的指示。可以例如在用户已经将负载(例如，图2、5的负载264、564)放置在系统的除霜腔(例如，图2、5的腔260、560)中、将腔密封(例如，通过关闭门或抽屉) 并按下开始按钮(例如，图2、5的用户界面280、580)之后接收这种指示。在一个实施例中，腔的密封可以接合一个或多个安全互锁机构，所述一个或多个安全互锁机构在接合时指示供应到腔的RF功率基本上不会泄漏到腔外的环境中。如稍后将描述的，安全互锁机构的脱离接合可能使系统控制器立即暂停或终止除霜操作。
根据各个实施例，系统控制器任选地可以接收指示负载类型(例如，肉类、液体或其它材料)、初始负载温度和/或负载重量的额外输入。例如，可以通过与用户界面的交互(例如，由用户从识别的负载类型的列表中进行选择)从用户接收关于负载类型的信息。可替换的是，系统可以被配置成扫描在负载外部可视的条形码或从负载上或嵌入负载内的RFID装置接收电子信号。可以例如从系统的一个或多个温度传感器和/ 或IR传感器(例如，图2的传感器290、图5的传感器590)接收关于初始负载温度的信息。可以通过与用户界面的交互从用户或者从系统的重量传感器(例如，图2、5的传感器290、590)接收关于负载重量的信息。如上文所指示的，对指示负载类型、初始负载温度和/或负载重量的输入的接收是任选的，并且可替换的是，系统可能不接收这些输入中的部分或全部。
在框804中，系统控制器向可变匹配网络(例如，图2-7的网络270、 300、400、572、600、700)提供控制信号以确立可变匹配网络的初始配置或状态。如结合图3、4、6和7详细描述的，控制信号影响可变匹配网络内的各个电感和/或电容(例如，图3、6的电感310、311、611、616、 621和图4、7的电容444、448、713、718、724)的值。例如，控制信号可能影响旁路开关的状态，所述状态是响应于来自系统控制器的控制信号。
同样如先前所讨论的，可变匹配网络的第一部分可以被配置成为 RF信号源(例如，图2、5的RF信号源220、520)或末级功率放大器 (例如，图2、5的功率放大器225、524)提供匹配，并且可变匹配网络的第二部分可以被配置成为腔(例如，图2、5的腔260、560)加上负载(例如，图2、5的负载264、564)提供匹配。例如，参考图3，第一并联可变电感网络310可以被配置成提供RF信号源匹配，并且第二并联可变电感网络316可以被配置成提供腔加上负载匹配。参照图4，第一可变电容网络442结合第二可变电容网络446均可以被配置成提供RF 信号源与腔加上负载之间的最佳匹配。
一旦确立初始可变匹配网络配置，系统控制器就可以执行在必要时调整可变阻抗匹配网络的配置以基于指示匹配质量的实际测量找到可接受的或最佳匹配的过程810。根据实施例，这个过程包括：在框812中，使RF信号源(例如，图2、5的RF信号源220、520)通过可变阻抗匹配网络向(多个)电极(例如，图2、5的第一电极240或两个电极540、 550)供应相对较低功率的RF信号。系统控制器可以通过控制信号来控制到电源和偏置电路系统(例如，图2的电路系统226、图5的电路系统526)的RF信号功率电平，其中控制信号使电源和偏置电路系统向放大器(例如，图2的放大器级224、225、图5的放大器级524)提供与期望的信号功率电平一致的电源电压和偏置电压。例如，相对较低功率的RF信号可以是功率电平在约10W到约20W的范围内的信号，但是可替换的是，可以使用不同的功率电平。期望匹配调整过程810期间的相对较低功率电平信号降低损坏腔或负载(例如，如果初始匹配引起高反射功率的话)的风险并且降低损坏可变电感网络的切换组件(例如，由于跨开关触点产生电弧)的风险。
在框814中，功率检测电路系统(例如，图2、5的功率检测电路系统230、530、530'、530”)然后测量沿着RF信号源与(多个)电极之间的传输路径(例如，图2、5的路径228、528)的反射功率和(在一些实施例中)前向功率并且将那些测量结果提供到系统控制器。系统控制器然后可以确定反射信号功率与前向信号功率的比率并且可以基于比率来确定系统的S11参数和/或VSWR值。在一个实施例中，系统控制器可以存储接收到的功率测量结果(例如，接收到的反射功率测量结果、接收到的前向功率测量结果或两者)和/或计算的比率、S11参数和 /或VSWR值以用于将来的评估或比较。
在框816中，系统控制器可以基于反射功率测量结果和/或反射对前向信号功率比和/或S11参数和/或VSWR值来确定可变阻抗匹配网络所提供的匹配是否是可接受的(例如，反射功率低于阈值或者比率为10％或更小或者测量结果或值与其它某些标准进行有利比较)。可替换的是，系统控制器可以被配置成确定匹配是否是“最佳”匹配。可以例如通过迭代地测量所有可能阻抗匹配网络配置(或至少为阻抗匹配网络配置的限定子集)的反射RF功率(以及在一些实施例中，前向反射RF功率) 并确定哪个配置产生最低反射RF功率和/或最低反射对前向功率比来确定“最佳”匹配。
当系统控制器确定匹配不可接受或不是最佳匹配时，系统控制器可以在框818中通过重新配置可变阻抗匹配网络来调整匹配。例如，这可以通过向可变阻抗匹配网络发送控制信号来实现，所述控制信号使网络增大和/或减小网络内的可变电感(例如，通过使可变电感网络310、316、 611、616、621(图3、图6)或可变电容网络442、446、711、716、721 (图4、图7)具有不同电感或电容状态，或通过将电感器或电容器切换到电路中或电路外)。在重新配置可变电感网络之后，可以迭代地执行框 814、816和818，直到在框816中确定可接受或最佳匹配。
一旦可接受或最佳匹配确定，除霜操作就可以开始。开始除霜操作包括：在框820中，将RF信号源(例如，图2、5的RF信号源220、 520)供应的RF信号的功率增大到相对较高功率的RF信号。再一次，系统控制器可以通过控制信号来控制到电源和偏置电路系统(例如，图 2、5的电路系统226、526)的RF信号功率电平，其中控制信号使电源和偏置电路系统向放大器(例如，图2、5的放大器级224、225、524) 提供与期望的信号功率电平一致的电源电压和偏置电压。例如，相对较高功率的RF信号可以是功率电平在约50W到约500W的范围内的信号，但是可替换的是，可以使用不同的功率电平。
在框822中，测量电路系统(例如，图2、5的功率检测电路系统 230、530、530'、530”)然后周期性地测量沿RF信号源与所述(多个) 电极之间的传输路径(例如，图2、5的路径228、528)的系统参数(如所述一个或多个电流、一个或多个电压、反射功率和/或前向功率)并且将那些测量结果提供到系统控制器。系统控制器可以再次确定反射信号功率与前向信号功率的比率并且可以基于比率来确定系统的S11参数和 /或VSWR值。在实施例中，系统控制器可以存储接收到的功率测量结果和/或计算的比率和/或S11参数和/或VSWR值以用于将来的评估或比较。根据实施例，可以在相当高的频率(例如，大约几毫秒)或相当低的频率(例如，大约几秒)下进行前向功率和反射功率的周期性测量。例如，用于进行周期性测量的相当低的频率可以为每隔10秒到20秒测量一次的速率。根据实施例，系统控制器还可以确定一个或多个参数(如测得的电压、测得的电流、S11参数、VSWR值)的变化率(例如，通过比较给定的时间段内的此类参数的测量结果或计算结果)。基于此确定的变化率(例如，如果变化率超过预定义的阈值)，系统控制器可以确定系统的某处存在产生电弧的风险。
在框824中，系统控制器可以基于一个或多个反射信号功率测量结果、一个或多个计算的反射对前向信号功率比、一个或多个计算S11参数和/或一个或多个VSWR值来确定可变阻抗匹配网络所提供的匹配是否是可接受的。例如，系统控制器可以使用单个反射信号功率测量结果、单个计算的反射对前向信号功率比、单个计算的S11参数或单个VSWR 值来进行此确定或者可以对多个先前接收到的反射信号功率测量结果、先前计算的反射对前向功率比、先前计算的S11参数或先前计算的 VSWR值取平均(或其它计算)来进行此确定。例如，为了确定匹配是否是可接受的，系统控制器可以将接收到的反射信号功率、计算的比率、 S11参数和/或VSWR值与一个或多个对应的阈值进行比较。例如，在一个实施例中，系统控制器可以将接收到的反射信号功率与例如是前向信号功率的5％(或其它某个值)的阈值进行比较。低于前向信号功率5％的反射信号功率可以指示匹配仍是可接受的，而5％以上的比率可以指示匹配不再可接受。在另一个实施例中，系统控制器可以将计算的反射对前向信号功率比与阈值10％(或其它某个值)进行比较。低于10％的比率可以指示匹配仍是可接受的，而10％以上的比率可以指示匹配不再可接受。当测量的反射功率、计算的比率或S11参数或VSWR值大于对应阈值(即，比较是不利的)从而指示不可接受的匹配时，那么系统控制器可以通过再次执行过程810来启动可变阻抗匹配网络的重新配置。
如先前所讨论的，可变阻抗匹配网络提供的匹配在除霜操作过程中可能由于负载(例如，图2、5的负载264、564)升温时负载的阻抗变化而降级。已经观察到，在除霜操作过程中，可以同调整腔匹配电感或电容或通过还调整RF信号源电感或电容来维持最优腔匹配。
根据实施例，在重新配置可变阻抗匹配网络的迭代过程810中，系统控制器可以将此趋势考虑在内。更具体地说，当在框818中通过重新配置可变阻抗匹配网络来调整匹配时，系统控制器最初可以为对应于较低电感(用于腔匹配或图3的网络310)和较高电感(用于RF信号源匹配或图4的网络442)的腔匹配和RF信号源匹配选择可变电感网络的状态。在利用腔和RF信号源的可变电容网络的实施例中，可以执行类似过程。通过选择趋于遵循预期的最优匹配轨迹的阻抗，与不将这些趋势考虑在内的重新配置过程相比，可以减少执行可变阻抗匹配网络重新配置过程810的时间。在替代性实施例中，系统控制器反而可以迭代地测试相邻配置以试图确定可接受的配置。
实际上，存在系统控制器可以用于将系统重新配置成具有可接受的阻抗匹配的各种不同的搜索方法，所述搜索方法包括测试所有可能的可变阻抗匹配网络配置。搜索可接受的配置的任何合理方法被视为落入本发明主题的范围内。在任何情况下，一旦在框816中确定可接受的匹配，就在框814中重新开始除霜操作，并且过程继续迭代。
参考回框824，当系统控制器基于一个或多个反射功率测量结果、一个或多个计算的反射对前向信号功率比、一个或多个计算的S11参数和/或一个或多个VSWR值确定由可变阻抗匹配网络提供的匹配仍可接受(例如，反射功率测量结果、计算的比率、S11参数或VSWR值小于对应阈值或比较是有利的)时，系统可以在框826中评估退出条件是否已经发生。实际上，确定退出条件是否已经发生可以是中断驱动过程，所述中断驱动过程可以发生在除霜过程期间的任何点处。然而，为了将其包括在图8的流程图中，过程被示出为在框824之后发生。
在任何情况下，若干条件可以保证停止除霜操作。例如，当安全互锁被打破时，系统可以确定退出条件已经发生。可替换的是，在用户设定的计时器期满(例如，通过图2的用户界面280、图5的用户界面580) 或由系统控制器基于系统控制器对除霜操作应当执行多久的估计确立的计时器期满时，系统可以确定退出条件已经发生。作为另一个例子，系统可以确定系统中存在产生电弧(例如，在如图2-7的网络270、300、400、572、600、700等可变匹配网络中)的风险(例如，由于所识别的过电压状况)，这可能触发退出条件。例如，系统控制器和功率检测电路系统可以检测由于跨可变阻抗匹配网络中的非线性装置的电压超过所述非线性装置的击穿电压而导致的RF信号源与所述(多个)电极之间的阻抗变化，并且作为响应可以触发退出条件。在一些实施例中，可以在框822处进行这种确定，并且这种确定可以使所述方法跳过框824和框 826直接跳转到框828以中止供应RF信号。在仍另一个替代性实施例中，系统可以以其它方式检测除霜操作的完成。
如果退出条件已经发生，则除霜操作可以通过迭代地执行框822和框824(以及匹配网络重新配置过程810，在必要时)继续。当退出条件已经发生时，那么在框828中，系统控制器使RF信号源进行的RF信号供应中断。例如，系统控制器可以禁用RF信号发生器(例如，图2的 RF信号发生器222、图5的RF信号发生器522)和/或可以使电源和偏置电路系统(例如，图2的电路系统226、图5的电路系统526)中断电源电流的提供。另外，系统控制器可以向用户界面(例如，图2的用户界面280、图5的用户界面580)发送信号，所述信号使用户界面产生退出条件的用户可感知标记(例如，通过在显示装置上显示“门打开”或“完成”或提供可听音)。然后，所述方法可以结束。
应理解，与图8所描绘的框相关联的操作的顺序对应于示例实施例并且不应被解释为将操作次序仅限于所示顺序。相反，一些操作可以按不同顺序执行和/或一些操作可以并行地执行。
当两个点之间的电压足以在所述两个点之间产生足以击穿空气的电场(例如，约3×106V/m的电场)时，所述电压的积累通常会导致电弧产生，从而使空气部分导电。高压电路应用(例如，使用高压RF信号的除霜应用)通常可能有这种电弧产生的风险。例如，当RF信号源向负载供应RF信号时，电压可以在系统(例如，图1、2、5的系统100、 200、500)的沿RF信号源(例如，图2、5的RF信号源220、520)与负载(例如，图2、5的腔260、560和图2、5的负载264、564)之间的传输路径耦接的电感组件和电容组件(例如，图2-7的网络270、300、 400、572、600、700的电感和电容)处积累。为了前摄性地防止产生电弧，可以将非线性装置(如气体放电管、火花隙和/或TVS二极管)与沿传输路径耦接的电路组件并联放置，作为例如可变阻抗匹配网络(例如，图2-7的可变阻抗匹配网络270、300、400、572、600、700)的一部分，或者放置在可能产生电弧的任何两个点之间。如果跨这些非线性装置之一的电压超过所述非线性装置的击穿电压，则非线性装置从绝缘 (例如，具有高阻抗)转变为导电(例如，具有低阻抗)，从而引起RF 信号源与负载之间的传输路径的整体阻抗的快速变化。例如，给定的非线性装置的击穿电压可以低于在与非线性装置并联耦接的对应电路组件处产生电弧所需要的电压电平，使得非线性装置在对应的电路组件处可能产生电弧之前开始导电。在实施例中，系统控制器(例如，图2、5 的系统控制器212、512)可以监测信号参数(例如，S11参数、VSWR、电流等)的变化率，所述变化率可以表示RF源与负载之间的传输路径的阻抗的变化(例如，由跨非线性装置的电压超过其击穿电压而引起的整体阻抗的快速变化)，所述变化率根据耦接到RF信号源的一个或多个输出的功率检测电路系统(例如，图2、5的功率检测电路系统230、530、 530'、530”)进行的测量得出。如果所监测的信号参数的变化率超过预定阈值，则系统控制器可以引起改变系统的操作(例如，通过重新配置可变阻抗匹配网络、通过降低RF信号的功率或通过使RF信号源停止供应RF信号)，以使跨已经变回导电的非线性装置的电压降低到低于其对应的击穿电压，直到非线性装置再次绝缘，从而预防在所述位置处发生不受控制的电弧发生。在图3、4、6和7中示出了可以如何将非线性装置放置在可变阻抗匹配网络的不同配置中的例子，如前文所述。
在除霜系统(例如，图1、2、5的除霜系统100、200、500)的正常操作(例如，至少与图8的框820-826相对应)期间，可变阻抗匹配网络(例如，图3、4、6、7的可变阻抗匹配网络300、400、600、700) 的信号参数(例如，S11参数、VSWR、电流等)和阻抗可能随着向负载施加RF能量由于负载的阻抗的对应变化而逐渐变化。相比之下，当跨可变阻抗匹配网络的非线性装置(例如，图3、4、6、7的非线性装置 1502、1504、1506、1508、1510、1512、1602、1604、1606、1608、1610、 1612、1614、1702、1704、1706、1708、1802、1804、1806、1808、1810) 的电压超过所述非线性装置的击穿电压时，S11参数(或VSWR)和阻抗从阻抗匹配状况到不匹配状况的上述变化可能快速发生(例如，在小于一秒钟的分数内)。因此，在实施例中，信号参数中的一个或多个信号参数的变化率可以用作确定除霜系统中是否存在产生电弧的风险的基础，使得可以对系统进行预防性修改。
图9示出了一种方法的例子，除霜系统的系统控制器(例如，图2、 5的系统控制器212、512)可以通过所述方法监测除霜系统的可变阻抗匹配电路(例如，图3、4、6、7的可变阻抗匹配电路300、400、600、 700)的电流、VSWR和/或S11参数的相应变化率以检测跨可变阻抗匹配电路(或在RF信号路径中的其它地方)的非线性装置(例如，图3、 4、6、7的非线性装置1502、1504、1506、1508、1510、1512、1602、 1604、1606、1608、1610、1612、1614、1702、1704、1706、1708、1802、 1804、1806、1808、1810)的电压超过所述非线性装置的击穿电压并对其进行响应。在一些实施例中，可以结合图8的方法执行图9的方法。例如，可以在图8的框822处执行框902、904、906和908并且可以在图8的框826处执行框910。
在框902中，可以使用一种或多种类型的测量电路系统(例如，电压表、电流表、功率检测电路系统)在供应RF信号的RF信号源(例如，图2、5的RF信号源220、520)的输出处周期性地产生多个VSWR测量结果、电流测量结果和S11参数测量结果(例如，这些测量结果可以被共同视为除霜系统的“信号参数”的测量结果)。例如，可以使用电流表来测量耦接到可变阻抗匹配网络的RF信号源的输出处的电流以产生电流测量结果。可以使用功率检测电路系统(例如，图2、5的功率检测电路系统230、530、530'、530”)来测量沿RF信号路径的前向与反射 RF信号功率，并且系统控制器可以以反射RF信号功率与前向RF信号功率之比的形式计算S11参数测量结果并且可以根据S11参数测量结果计算VSWR测量结果。为了随时间的推移生成多个测量结果，可以周期性地执行这些VSWR、电流和/或S11测量和计算(例如，以介于约100 微秒与100毫秒之间的预定采样率，或者以更低或更高的采样率)。
在框904中，系统控制器基于在框902中得到的测量结果并且基于采样率计算VSWR的变化率(VSWRROC)、电流的变化率(IROC)和S11 参数的变化率(S11ROC)。例如，可变阻抗匹配网络的S11ROC可以由除霜系统的系统控制器基于存储在系统控制器的存储器中的S11参数测量结果确定，其中存储在存储器中的每个S11参数测量结果可以对应于可变阻抗匹配网络在不同时间点的S11参数。如上文在对框902的描述中所指示的，系统控制器可以例如以预定采样率(例如，以介于约10毫秒与2秒之间的预定采样率，或者更低或更高的采样率)确定(例如，收集、计算或以其它方式进行采样)并且存储可变阻抗匹配网络的S11参数测量结果。然后，可以向存储器提供通过这种采样生成的S11参数测量结果，所述存储器可以存储S11参数测量结果。然后，系统控制器可以例如通过以下计算S11参数的变化率：确定第一S11参数测量结果与第二S11参数测量结果之间的第一差、确定测量第一S11参数测量结果和第二S11参数测量结果的第一时间与第二时间之间的第二差并且将第一差除以第二差以产生可变阻抗匹配网络的S11参数的变化率。可以根据前一例子计算IROC和VSWRROC，其中在确定IROC和VSWRROC时分别使用第一电流测量结果和第二电流测量结果以及第一VSWR测量结果和第二VSWR测量结果来代替第一S11参数和第二S11参数。另外，在一些实施例中，可以使用多于两个S11、VSWR或电流测量结果来计算变化率。
在框906处，系统控制器将VSWRROC、IROC和S11ROC的量值与对应阈值进行比较，以确定VSWRROC、IROC和S11ROC量值是否超过这些阈值中的任何阈值。例如，系统控制器可以将VSWRROC的量值与预定义的VSWR变化率阈值VSWRROC-TH(例如，大约为3:1的值或具有更大值或更小值的另一个阈值)进行比较。系统控制器还可以或可替代地将IROC的量值与预定义的电流变化率阈值IROC-TH(例如，大约为标称操作的1.4倍的值或者具有更大值或更小值的另一个阈值)进行比较。系统控制器还可以或可替代地将S11ROC的量值与预定义的S11参数变化率阈值S11ROC-TH进行比较。例如，S11ROC-TH可以是介于约6dB到约9dB 的回波损耗之间的值，但是所述阈值也可以是较小的值或较大的值。如果VROC的量值超过VROC-TH，如果IROC的量值超过IROC-TH或者如果S11ROC的量值超过S11ROC-TH，则系统控制器可以确定跨位于沿传输路径的某处的非线性装置的电压已经超过所述非线性装置的击穿电压并且正接近可能产生电弧的量值，并且可以进行到框908。否则，如果未超过任何阈值，则因为跨沿着传输路径的非线性装置的电压尚未超过那些非线性装置中的任何装置的击穿电压，所以系统控制器可以确定可能不会发生电弧产生状况，并且系统控制器可以跳过框908并且进行到框910。
在框908中，响应于确定电流、VSWR或S11参数的变化率已经超过对应的预定义阈值(并且因此，如果所述位置处的电压继续增加，则有可能发生电弧产生状况)，系统控制器可以修改除霜系统的操作，以试图防止在除霜系统中产生电弧。例如，系统控制器可以指示RF信号源降低其供应的RF信号的功率电平。在一些实施例中，可以使RF信号的功率电平降低多达20％，而在其它实施例中，可以使RF信号的功率电平更加显著地降低(例如，介于20％与90％之间，如降低为RF信号的初始施加功率电平的10％)。可替换的是，系统控制器可以关闭系统，或者可以以其它方式指示RF信号源停止生成RF信号，由此结束除霜操作。在另一个实施例中，系统控制器可以通过改变可变匹配网络内的可变无源组件的值来改变可变匹配网络的配置。
在框910处，如果出于任何原因已经结束除霜操作(例如，由于系统控制器响应于检测到信号参数的快速变化而对除霜操作进行了修改或者由于成功完成了除霜操作)，则系统控制器可以中止监测VSWR、电流和S11参数的变化率，并且可以结束所述方法。可替换的是，当系统控制器确定除霜操作继续发生时，所述方法可以返回到框902。以此方式，可以执行包括框902-910的迭代循环，由此可以连续监测除霜系统的VSWR、电流和S11参数以及其相应的变化率以检测已经超过传输路径中的非线性装置的击穿电压，并且由此可以作为响应而修改除霜系统的操作。
本文中包含的各个附图中示出的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦接。应注意，本主题的实施例中可以存在许多替代性或额外的功能关系或物理连接。此外，某些术语在本文中还可以仅出于参考的目的使用并且因此不旨在是限制性的，并且术语“第一”、“第二”和提及结构的其它这种数值术语并不暗示次序或顺序，除非上下文清楚地指出。
如本文所用，“节点”是指存在给定信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或量的任何内部或外部参考点、连接点、结、信号线、导电元件等。此外，可以通过一个物理元件实现两个或更多个节点(并且可以多路复用、调制或以其它方式区分两个或更多个信号，即使是所述信号是在共同节点处接收到或输出的)。
前面的描述是指元件或节点或特征“连接”或“耦接”在一起。如本文中所使用的，除非另外明确说明，否则“连接”意味着一个元件直接地并且不一定是机械地接合到另一个元件(或与另一个元件直接连通)。同样，除非另有明确规定，否则“耦接”意指一个元件与另一个元件直接或间接连接(或直接或间接连通)，但不一定是机械地。因此，尽管附图中所示的示意图描绘了元件的一种示例性布置，但是在所描绘主题的实施例中可以存在另外的中间元件、装置、特征或组件。
在示例实施例中，一种系统可以包括：射频(RF)信号源，所述 RF信号源被配置成供应RF信号；传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与负载之间；可变阻抗网络，所述可变阻抗网络沿所述RF 信号源与所述负载之间的所述传输路径耦接；非线性装置，所述非线性装置与所述可变阻抗网络的至少一个组件并联耦接；以及控制器。所述非线性装置可以在低于击穿电压时具有高阻抗并且在高于击穿电压时具有低阻抗。所述控制器可以被配置成在基于至少所述RF信号的参数的变化率已经超过所述非线性装置的所述击穿电压时检测沿所述传输路径的潜在电弧产生状况。
在实施例中，所述非线性装置可以选自由以下组成的组：气体放电管、火花隙和瞬态电压抑制二极管。
在实施例中，所述非线性装置可以与所述可变阻抗网络的电感器并联耦接。
在实施例中，所述非线性装置可以与所述可变阻抗网络的电容器并联耦接。
在实施例中，所述参数可以包括由以下组成的组中的至少一个：沿所述传输路径测量的电压驻波比、沿所述传输路径测量的电流以及沿所述传输路径测量的反射对前向RF信号功率比。
在实施例中，所述控制器可以被配置成通过确定所述参数的所述变化率超过预定义阈值来检测到已经超过所述非线性装置的所述击穿电压。
在实施例中，所述控制器可以被配置成当所述控制器已经检测到所述潜在电弧产生状况时，通过降低所述RF信号源供应的所述RF信号的功率电平来修改所述系统的操作。
在示例实施例中，一种耦接到用于容纳负载的腔的热增加系统可以包括：RF信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与定位在所述腔附近的一个或多个电极之间；阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络沿所述传输路径耦接；测量电路系统，所述测量电路系统耦接到所述传输路径；以及控制器。所述阻抗匹配网络可以包括可变无源组件的网络和耦接到所述可变无源组件中的至少一个可变无源组件的至少一个非线性装置。所述至少一个非线性装置可以在低于击穿电压时电绝缘，并且在高于所述击穿电压时导电。所述测量电路系统可以周期性地测量沿所述传输路径传送的所述 RF信号的参数，从而产生多个参数测量结果。所述阻抗匹配网络的阻抗的变化可以与所述参数的变化相关。所述控制器可以被配置成基于所述多个参数测量结果确定所述参数的变化率并且基于所述参数的变化率修改所述热增加系统的操作。
在实施例中，所述至少一个非线性装置可以选自由以下组成的组：气体放电管、火花隙和瞬态电压抑制二极管。
在实施例中，所述至少一个非线性装置包括与所述可变无源组件的网络的可变电感器并联耦接的非线性装置。
在实施例中，所述非线性装置可以包括与所述可变无源组件的网络的可变电容器并联耦接的非线性装置。所述非线性装置的所述击穿电压可以是所述可变电容器的最大电压的分数。
在实施例中，所述测量电路系统可以被配置成测量所述参数。所述参数可以选自由以下组成的组：电压驻波比、电流和反射对前向RF信号功率比。
在实施例中，所述控制器可以被配置成通过以下修改所述热增加系统的操作：控制所述RF信号源以降低所述RF信号源供应的所述RF信号的功率电平，以及控制所述RF信号源以停止供应所述RF信号。
在实施例中，所述至少一个非线性装置可以包括第一非线性装置、第二非线性装置和第三非线性装置。所述阻抗匹配网络可以是包括以下的双端可变阻抗匹配网络：第一输入和第二输入；第一输出和第二输出；第一可变阻抗电路，所述第一可变阻抗电路耦接在所述第一输入与所述第一输出之间；第二可变阻抗电路，所述第二可变阻抗电路耦接在所述第二输入与所述第二输出之间；以及第三可变阻抗电路，所述第三可变阻抗电路耦接在所述第一输入与所述第二输入之间。所述第一非线性装置可以与所述第一可变阻抗电路并联耦接。所述第二非线性装置可以与所述第二可变阻抗电路并联耦接。所述第三非线性装置可以与所述第二可变阻抗电路并联耦接。
在实施例中，所述至少一个非线性装置可以包括多个非线性装置。所述阻抗匹配网络可以是包括以下的单端可变阻抗匹配网络：输入；输出；一组无源组件，所述一组无源组件串联耦接在所述输入与所述输出之间；以及可变阻抗电路，所述可变阻抗电路耦接在所述输入与接地参考节点之间。所述一组无源组件中的每个无源组件可以与所述多个非线性装置中的相应不同的非线性装置并联耦接。所述可变阻抗电路可以与所述多个非线性装置中的另外的非线性装置并联耦接。
在示例实施例中，一种系统可以包括：RF信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；负载，所述负载耦接到所述RF信号源；传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与所述负载之间；可变阻抗网络，所述可变阻抗网络沿所述RF信号源与所述负载之间的所述传输路径耦接；多个非线性装置，所述多个非线性装置电耦接到所述可变阻抗网络的组件；以及控制器。所述多个非线性装置中的每个非线性装置可以在低于所述非线性装置的击穿电压时电绝缘并且在高于所述非线性装置的所述击穿电压时导电。所述控制器可以被配置成通过响应于基于至少所述RF信号的参数的变化率检测到已经超过所述多个非线性装置中的至少一个非线性装置的所述击穿电压而修改所述系统的操作来防止沿所述传输路径发生电弧产生。
在实施例中，所述多个非线性装置可以选自由以下组成的组：多个气体放电管、多个火花隙和多个瞬态电压抑制二极管。
在实施例中，所述参数可以包括反射对前向信号功率比。响应于检测到已经超过所述多个非线性装置中的至少一个非线性装置的所述击穿电压而修改所述系统的所述操作可以包括响应于检测到所述反射对前向信号功率比的变化率超过预定阈值而降低所述RF信号源供应的所述一个或多个RF信号的功率电平。
在实施例中，所述系统可以包括测量电路系统，所述测量电路系统在所述RF信号源的输出处耦接到所述传输路径。所述测量电路系统可以周期性地测量沿所述传输路径传送的所述RF信号的所述参数。所述可变匹配网络的阻抗的变化与所述参数的变化相关。
虽然前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应理解的是，存在大量变体。还应理解的是，本文所描述的一个或多个示例性实施例不旨在以任何方式限制所请求保护的主题的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域的技术人员提供用于实施一个或多个所描述实施例的便捷路线图。应当理解的是，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以对元件的功能和布置作出各种改变，所述改变包括在提交本专利申请时已知的等效物或可预见的等效物。

Claims (10)

1.一种系统，其特征在于，包括：
射频(RF)信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；
传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与负载之间；
可变阻抗网络，所述可变阻抗网络沿所述RF信号源与所述负载之间的所述传输路径耦接；
非线性装置，所述非线性装置与所述可变阻抗网络的至少一个组件并联耦接，所述非线性装置在低于击穿电压时具有高阻抗并且在高于所述击穿电压时具有低阻抗；以及
控制器，所述控制器被配置成在基于至少所述RF信号的参数的变化率已经超过所述非线性装置的所述击穿电压时检测沿所述传输路径的潜在电弧产生状况。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述非线性装置选自由以下组成的组：气体放电管、火花隙和瞬态电压抑制二极管。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性装置与所述可变阻抗网络的电感器并联耦接。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性装置与所述可变阻抗网络的电容器并联耦接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述参数包括由以下组成的组中的至少一个：沿所述传输路径测量的电压驻波比、沿所述传输路径测量的电流以及沿所述传输路径的反射对前向RF信号功率比。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成通过确定所述参数的所述变化率超过预定义阈值来检测到已经超过所述非线性装置的所述击穿电压。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成当所述控制器已经检测到所述潜在电弧产生状况时，通过降低所述RF信号源供应的所述RF信号的功率电平来修改所述系统的操作。
8.一种耦接到用于容纳负载的腔的热增加系统，其特征在于，所述热增加系统包括：
射频(RF)信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；
传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与定位在所述腔附近的一个或多个电极之间；
阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络沿所述传输路径电耦接，其中所述阻抗匹配网络包括可变无源组件的网络和耦接到所述可变无源组件中的至少一个可变无源组件的至少一个非线性装置，所述至少一个非线性装置在低于击穿电压时电绝缘，并且在高于所述击穿电压时导电；
测量电路系统，所述测量电路系统耦接到所述传输路径，其中所述测量电路系统周期性地测量沿所述传输路径传送的所述RF信号的参数，从而产生多个参数测量结果，其中所述阻抗匹配网络的阻抗的变化与所述参数的变化相关；以及
控制器，所述控制器被配置成基于所述多个参数测量结果确定所述参数的变化率并且基于所述参数的变化率修改所述热增加系统的操作。
9.一种系统，其特征在于，包括：
射频(RF)信号源，所述RF信号源被配置成供应RF信号；
负载，所述负载耦接到所述RF信号源；
传输路径，所述传输路径电耦接在所述RF信号源与所述负载之间；
可变阻抗网络，所述可变阻抗网络沿所述RF信号源与所述负载之间的所述传输路径耦接；
多个非线性装置，所述多个非线性装置电耦接到所述可变阻抗网络的组件，所述多个非线性装置中的每个非线性装置在低于所述非线性装置的击穿电压时电绝缘并且在高于所述非线性装置的所述击穿电压时导电；以及
控制器，所述控制器被配置成通过响应于基于至少所述RF信号的参数的变化率检测到已经超过所述多个非线性装置中的至少一个非线性装置的所述击穿电压而修改所述系统的操作来防止沿所述传输路径发生电弧产生。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包括：
测量电路系统，所述测量电路系统在所述RF信号源的输出处耦接到所述传输路径，其中所述测量电路系统周期性地测量沿所述传输路径传送的所述RF信号的所述参数，并且其中所述可变匹配网络的阻抗的变化与所述参数的变化相关。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114062796A (zh) * 2020-08-04 2022-02-18 青岛海尔电冰箱有限公司 用于电磁波发生系统的检测装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102421625B1 (ko) 2017-06-27 2022-07-19 캐논 아네르바 가부시키가이샤 플라스마 처리 장치
CN110800377B (zh) * 2017-06-27 2022-04-29 佳能安内华股份有限公司 等离子体处理装置
SG11201912566WA (en) * 2017-06-27 2020-01-30 Canon Anelva Corp Plasma processing apparatus
JP6595002B2 (ja) 2017-06-27 2019-10-23 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置
SG11202009122YA (en) * 2018-06-26 2020-10-29 Canon Anelva Corp Plasma processing apparatus, plasma processing method, program, and memory medium
US11229094B2 (en) 2018-12-20 2022-01-18 Nxp Usa, Inc. Combined RF and thermal heating system and methods of operation thereof
US11324084B2 (en) * 2019-05-16 2022-05-03 Nxp Usa, Inc. Combined RF and thermal heating system with heating time estimation
JP7425705B2 (ja) * 2020-09-29 2024-01-31 シャープ株式会社 誘電加熱装置
US11782151B2 (en) * 2021-05-27 2023-10-10 Apple Inc. Electronic devices with non-static object detection

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2868941A (en) * 1958-03-11 1959-01-13 Chemetron Corp Electronic arc-suppressor
CN1211410A (zh) * 1997-08-29 1999-03-24 三菱电机株式会社 高频加热烹调器
JP2002075631A (ja) * 2000-08-24 2002-03-15 Mitsubishi Electric Corp 高周波加熱装置
CN1613171A (zh) * 2001-12-17 2005-05-04 菲尼克斯电气有限公司 过电压保护装置
JP2005158326A (ja) * 2003-11-21 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高周波加熱装置
CN105829905A (zh) * 2013-12-20 2016-08-03 皇家飞利浦有限公司 用于mri系统的具有可调节开关电平的射频安全开关
US20160248396A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Reno Technologies, Inc. Rf impedance matching network
CN108924982A (zh) * 2017-12-20 2018-11-30 恩智浦美国有限公司 解冻设备及其操作方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB592664A (en) 1944-09-26 1947-09-25 Harold Burton Automatic high-frequency heater for heating plastic moulding powders and the like
DE4127504A1 (de) 1991-08-20 1993-02-25 Leybold Ag Einrichtung zur unterdrueckung von lichtboegen
JPH09283339A (ja) 1996-04-16 1997-10-31 Murata Mfg Co Ltd 複合インダクタ
US6657173B2 (en) 1998-04-21 2003-12-02 State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Variable frequency automated capacitive radio frequency (RF) dielectric heating system
JP3830144B2 (ja) * 2002-06-21 2006-10-04 松下電器産業株式会社 高周波誘電加熱用電力制御方法およびその装置
US20040031699A1 (en) 2002-08-19 2004-02-19 Applied Materials, Inc. Method for performing real time arcing detection
JP2004220923A (ja) 2003-01-15 2004-08-05 Ulvac Japan Ltd 異常放電検出装置と検出方法、及び該異常放電検出装置を備えたプラズマ処理装置
JP2006128075A (ja) 2004-10-01 2006-05-18 Seiko Epson Corp 高周波加熱装置、半導体製造装置および光源装置
US7305311B2 (en) 2005-04-22 2007-12-04 Advanced Energy Industries, Inc. Arc detection and handling in radio frequency power applications
JP5179382B2 (ja) 2006-02-21 2013-04-10 ゴジ リミテッド 電磁加熱
US7368918B2 (en) 2006-07-27 2008-05-06 Siemens Energy & Automation Devices, systems, and methods for adaptive RF sensing in arc fault detection
US8334700B2 (en) 2008-02-14 2012-12-18 Mks Instruments, Inc. Arc detection
US20090308734A1 (en) 2008-06-17 2009-12-17 Schneider Automation Inc. Apparatus and Method for Wafer Level Arc Detection
CN104219810B (zh) 2008-11-10 2016-03-23 高知有限公司 使用rf能量进行加热的设备和方法
JP5657016B2 (ja) 2009-11-10 2015-01-21 ゴジ リミテッド エネルギーを制御するための装置および方法
KR101325137B1 (ko) 2011-05-31 2013-11-06 주식회사 뉴파워 프라즈마 아크 방지 기능을 갖는 플라즈마 전원공급 시스템 및 이를 갖는 플라즈마 처리 장치
EP2953425B1 (en) 2014-06-03 2019-08-21 Ampleon Netherlands B.V. Radio frequency heating apparatus
GB201513120D0 (en) * 2015-07-24 2015-09-09 C Tech Innovation Ltd Radio frequency heating system
CA3032818A1 (en) * 2016-08-09 2018-02-15 John Bean Technologies Corporation Radio frequency processing apparatus and method
US10677822B2 (en) * 2016-09-27 2020-06-09 Analog Devices Global Unlimited Company Electrical overstress detection device
CN108521691A (zh) 2018-03-19 2018-09-11 上海点为智能科技有限责任公司 射频解冻加热设备
CN108812854A (zh) 2018-05-08 2018-11-16 上海点为智能科技有限责任公司 射频解冻系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2868941A (en) * 1958-03-11 1959-01-13 Chemetron Corp Electronic arc-suppressor
CN1211410A (zh) * 1997-08-29 1999-03-24 三菱电机株式会社 高频加热烹调器
JP2002075631A (ja) * 2000-08-24 2002-03-15 Mitsubishi Electric Corp 高周波加熱装置
CN1613171A (zh) * 2001-12-17 2005-05-04 菲尼克斯电气有限公司 过电压保护装置
JP2005158326A (ja) * 2003-11-21 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高周波加熱装置
CN105829905A (zh) * 2013-12-20 2016-08-03 皇家飞利浦有限公司 用于mri系统的具有可调节开关电平的射频安全开关
US20160248396A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Reno Technologies, Inc. Rf impedance matching network
CN108924982A (zh) * 2017-12-20 2018-11-30 恩智浦美国有限公司 解冻设备及其操作方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114062796A (zh) * 2020-08-04 2022-02-18 青岛海尔电冰箱有限公司 用于电磁波发生系统的检测装置
CN114062796B (zh) * 2020-08-04 2023-11-14 青岛海尔电冰箱有限公司 用于电磁波发生系统的检测装置

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