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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Mikrowellenöfen und insbesondere einen
Mikrowellenofen, bei dem die Leistung durch Änderung der Ansteuerung eines
Wechselrichters veränderbar
ist.
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Im
allgemeinen erzeugt ein Mikrowellenofen eine Hochspannung an einer
Sekundärwicklung
eines Hochspannungstransformators vom Kerntyp durch Liefern einer
Netzwechselspannung (AC) zu einer Primärwicklung des Hochspannungstransformators.
Die vom Hochspannungstransformator erzeugte Hochspannung wird zu
einem Magnetron geliefert und das Magnetron wird dann zum Schwingen gebracht,
um elektromagnetische Wellen zu erzeugen.
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7 ist ein Blockdiagramm
eines Steuersystems eines herkömmlichen
Mikrowellenofens. Wie darin dargestellt, besteht der herkömmliche
Mikrowellenofen aus einem Spannungsversorgungsteil 51,
einem Hochspannungstransformator 53, der mittels elektrischer
Spannung, die vom Spannungsversorgungsteil 51 geliefert wird,
eine Hochspannung erzeugt, einem Magnetron 55, das durch
die vom Hochspannungstransformator 53 erzeugte Hochspannung
elektromagnetische Wellen erzeugt, einem Relaisschaltteil 57,
der die Erzeugung des Hochspannungstransformators 53 ein-
und abschaltet, und einem Steuerteil 59, der den Betrieb
des Hochspannungstransformators 53, des Magnetrons 55 und
des Relaisschaltteils 57 auf der Basis der Spannung vom
Spannungsversorgungsteil 51 und eines externen Signals,
das in den Steuerteil 59 eingegeben wird, steuert.
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Wenn
bei dieser Anordnung die elektrische Spannung vom Spannungsversorgungsteil 51 geliefert
wird, steuert der Steuerteil 59 den Relaisschaltteil 57 in
den einschalteten Zustand, und zwar auf der Basis des externen Signals,
wodurch die elektrische Spannung für die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 53 geliefert
wird. Wenn die elektrische Spannung zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators 53 geliefert
wird, werden Tausende von Volt Spannung in der Sekundärwicklung
des Hochspannungstransformators 53 erzeugt, um das Magnetron 55 zum
Schwingen zu bringen.
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Da
jedoch der Kern des Hochspannungstransformators 53, der
im herkömmlichen
Mikrowellenofen verwendet wird, aus einem Siliziumstahlblech besteht,
ist er schwer und voluminös
und es ist für
Verbraucher unbequem, ihn zu handhaben. Da die Anzahl von Windungen
für die
Sekundärwicklung des
Hochspannungstransformators zunehmen sollte, um vom Hochspannungstransformator 53 eine
Hochspannung zu erzeugen, verursacht dies insofern ein Problem,
daß der
Hochspannungstransformator 53 in der Abmessung weiter zunehmen
muß.
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Um
eine Ausgangsspannung von der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators
einzustellen, verwendet der herkömmliche
Mikrowellenofen außerdem
ein Verfahren zum Steuern eines Tastgrades, da es nicht möglich ist,
eine analoge Steuerung von einer niedrigen Ausgangsleistung zu einer
hohen Ausgangsleistung durchzuführen.
Das Tastgrad-Steuerverfahren
steuert die maximale Nennausgangsleistung, die vom Spannungsversorgungsteil 51 geliefert
wird, mit einem Verhältnis
der "Ein"-Zeit und der "Aus"-Zeit des Hochspannungstransformators.
Wenn bei dem Tastgrad-Steuerverfahren
die Ein-Zeit der maximalen Nennausgangsleistung kurz ist und deren
Aus-Zeit lang ist, wird die niedrige Ausgangsleistung erzeugt, wohingegen
die hohe Ausgangsleistung erzeugt wird, wenn die Ein-Zeit der maximalen
Nennausgangsleistung lang ist und deren Aus-Zeit kurz ist. Wenn
die Ausgangsleistung durch das Tastgrad-Steuerverfahren eingestellt wird, besteht
eine große
Temperaturschwankung, die sich auf das Kochen von Nahrungsmitteln auswirkt,
was eine Effizienz beim Kochen vermindern kann und ferner verursachen
kann, dass die Nahrungsmittel schlecht schmecken.
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Die
JP 01 2 21 884 A beschreibt
die Stromversorgung für
einen Mikrowellenofen mit einem Gleichrichter, einem Wechselrichter,
einem Hochspannungstransformator und einem Magnetron. Mittels einer
Sekundärspule
mit wenigen Wicklungen wird ein Signal entsprechend der am Magnetron
anliegenden Hochspannung erzeugt, in einem Operationsverstärker verstärkt und
einem Differenzverstärker
zugeführt.
Das Differenzsignal wird dann einem Transistor des Wechselrichters
zugeführt.
Damit bilden diese Elemente einen Rückkoppelkreis zur periodischen
Anregung des Transistors.
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Beim
Netzteil für
einen Mikrowellenofen gemäß der
US 4,903,183 A wird
von der Sekundärseite eines
Hochspannungstransformator das am Magnetron anliegende Hochspannungssignal
abgegriffen und einem Komparator zugeführt. Dem Komparator wird als
Referenzsignal ein einstellbares Spannungssignal zugeführt und
das Differenzsignal wird zum Ansteuern eines Transistors verwendet.
Der Transistor liegt auf der Primärseite des Hochspannungstransformators
und erzeugt aus einer Gleichspannung die am Hochspannungstransformator
anliegende Wechselspannung.
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Bei
der Spannungsversorgung für
ein Magnetron nach
US
4,873,408 A werden zwei Rückkoppelkreise vorgeschlagen.
Beim ersten, langsameren Rückkoppelkreis
wird sekundärseitig
das am Magnetron anliegende Hochspannungssignal abgegriffen und
zur Regelung der Ausgangsleistung des Magnetrons eingesetzt. Der
schnelle Rückkoppelkreis
hat einen primärseitigen
Abgriff zur Erfassung des primärseitigen
Stroms und führt
zur Abschaltung des am Inverter bzw. dessen Schaltelementen anliegenden Steuersignals,
so dass die Hochspannungserzeugung unterbrochen wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Wechselrichtersteuerung eines Mikrowellenofens
so weiterzuentwickeln, dass eine Leistungssteuerung des Magnetrons
durch Anpassung der Hochspannung erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird mir den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Steuerteils eines Mikrowellenofens gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
detaillierten Schaltplan von 1;
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3 ein
Blockdiagramm eines Steuerteils eines Mikrowellenofens gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 Kurven
für elektrische
Potentiale und Wellenformen von verschiedenen Punkten in 2;
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5 Kurven
für Wellenformen
von Quellensignalen zum Verbessern eines Leistungsfaktors mit überlappter
Gleichspannung;
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6 ein
Kurvenbild, das Betriebseigenschaften eines Detektorteils zeigt;
und
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7 ein
Blockdiagramm eines Steuerteils gemäß einem herkömmlichen
Mikrowellenofen.
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Mit
Bezug auf 1 und 2 umfasst
ein erfindungsgemäßer Mikrowellenofen
einen Spannungsversorgungsteil 7, der eine Netzwechselspannung
liefert, einen Steuersignal-Generatorteil 26,
der ein Steuersignal erzeugt, einen Wechselrichterteil 30, der
auf der Basis des Steuersignals die Netzwechselspannung in eine
Hochfrequenz-Wechselspannung umwandelt,
ein Magnetron 25, das elektromagnetische Wellen auf der
Basis der Wechselspannung erzeugt, die durch den Wechselrichterteil 30 läuft, einen
Gleichrichter- und Filterteil 8, der die vom Spannungsversorgungsteil 7 gelieferte
Spannung gleichrichtet und filtert, einen Hochspannungstransformator 24,
der auf der Basis der gelieferten Spannung eine Hochspannung erzeugt,
einen Bezugsspannungssignal-Eingabeteil 31,
der ein Bezugsspannungssignal eingibt, um festzustellen, ob das
in das Magnetron 25 eingegebene Steuersignal innerhalb eines
vorbestimmten Bereichs liegt, und einen Steuerteil 40,
der die Eingabe des Steuersignals in das Magnetron 25 sperrt,
wenn das vom Steuersignal-Generatorteil 26 eingegebene
Steuersignal jenseits des vorbestimmten Bereichs liegt.
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Der
Wechselrichterteil 30 ist mit einem Resonatorteil 6 (siehe 2)
versehen, der mit einer ersten Wicklung des Hochspannungstransformators 24 in
Reihe geschaltet ist, um eine Resonanzoperation auszuführen.
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Der
Steuerteil 40 besteht aus einem D/A-Wandler 2,
der das vom Steuersignalgenerator 26 eingegebene Steuersignal
in ein analoges Signal umwandelt, einem Detektorteil 5,
der feststellt, ob das vom D/A-Wandlerteil 2 umgewandelte
Steuersignal anormal ist, und einem Ausgabesteuerteil 4,
der das Steuersignal an den Wechselrichterteil 30 ausgibt,
wenn das vom Detektorteil 5 erfaßte Steuersignal nicht anormal
ist.
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Der
Steuerteil 40 besteht ferner aus einem Oszillatorteil 21,
der zwischen dem Ausgabesteuerteil 4 und dem Wechselrichterteil 30 vorgesehen
ist, welcher Zyklen des vom Ausgabesteuerteil 4 ausgegebenen
Steuersignals verändert.
Der Oszillatorteil 21 ist mit einem Schaltteil 27 (siehe 2)
verbunden, welcher die Gleichspannung in die Wechselspannung umschaltet.
Der Schaltteil 27 weist ein Paar von Schaltleistungselementen 22 und 23 auf.
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Der
Steuerteil 40 besteht ferner aus einem Ein-Aus- und Weichstarterteil 3,
der Ein-Aus- und Weichstartvorgänge
des Oszillatorteils 21 auf der Basis des vom Signalgeneratorteil 26 eingegebenen Steuersignals
steuert, und einem Niederspannungs-Sperrteil 21, der ein
Stopsignal an den Ein-Aus- und Weichstarterteil 3 und den
D/A-Wandlerteil 2 ausgibt,
wenn festgestellt wird, daß die über den
Spannungsversorgungsteil 7 eingespeiste Spannung anormal
ist. Der Steuerteil 40 besteht ferner aus einem Vergleicherteil 28,
der das über
den Hochspannungstransformator 24 in das Magnetron 25 eingegebene
Steuersignal und das vom Signaleingabeteil 31 eingegebene
Bezugsspannungssignal vergleicht.
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Der
Gleichrichter- und Filterteil 8 ist mit einer Drossel 9 (siehe 2)
und einem Kondensator 10 (siehe ebenfalls 2)
verbunden, um zu verhindern, daß Rauschen
vom Wechselrichter nach außen ausgelassen
wird. Ein Widerstand 19 und ein Filterkondensator 20,
die mit dem Gleichrichter- und
Filterteil 8 verbunden sind, ermöglichen, daß eine hohe Gleichspannung
von ungefähr über 310
V, die in einem Gleichrichterelement 8 gleichgerichtet
wird, auf etwa 15 V gesenkt wird, so daß die Gleichspannung von ungefähr über 310
V als Halbleiteransteuerspannung verwendet werden kann.
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Der
Steuerteil 40 vergleicht das in das Magnetron 25 eingegebene
Steuersignal mit dem Bezugsspannungssignal vom Bezugsspannungssignal-Eingabeteil 31 über den
Vergleicherteil 28. Wenn festgestellt wird, daß das Steuersignal
höher ist
als das Bezugsspannungssignal, verhindert der Steuerteil 40,
daß das
Steuersignal in den Wechselrichterteil 30 zurückkehrt.
Wenn festgestellt wird, daß das Steuersignal
nicht jenseits des Bezugsspannungssignals liegt, wird so gesteuert,
daß das
Steuersignal zu einem Eingangsanschluß des Ausgabesteuerteils 4 in
Richtung des Wechselrichters 30 zurückgeführt wird. In diesem Fall kann
das Steuersignal so gesteuert werden, daß es zu einem Eingangs- oder
Ausgangsanschluß des
Oszillatorteils 21 zurückgeführt wird.
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Wie
bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, das in 3 dargestellt ist,
kann ein Transistor 29 zum Ändern eines Werts eines externen
Widerstandes im Ausgangsanschluß des
Oszillatorsteils 21 vorgesehen sein.
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Wenn
das Steuersignal, das durch den Vergleicherteil 28 läuft, in
den Ausgabesteuerteil 4 eingegeben wird, kann das Signal
wiederholt zusammen mit dem Steuersignal vom Steuersignal-Generatorteil 26 eingegeben
werden, wodurch die Ausgangsleistung innerhalb verkürzter Ansteuerzeiten eingestellt
wird.
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Der
Hochspannungstransformator 24, der im erfindungsgemäßen Mikrowellenofen
verwendet wird, wird mit einer hohen Frequenz (etwa 20 kHz) durch
eine Oszillation angesteuert und daher wird ein Ferritkern verwendet,
welcher ermöglicht,
daß ein Verlust
der hohen Frequenz verringert wird. Der Hochspannungstransformator 24 der
vorliegenden Erfindung, der den Ferritkern verwendet, nimmt im Vergleich
zum Hochspannungstransformator mit herkömmlichem Kern um etwa ein Viertel
im Volumen und etwa ein Zwanzigstel im Gewicht ab. Da der Hochspannungstransformator
der vorliegenden Erfindung mit der hohen Frequenz durch Oszillation
angesteuert wird, benötigt
er nicht die Erhöhung
der Anzahl der Windungen von dessen Sekundärwicklung.
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Bei
dieser Anordnung steuert der Steuerteil 40 derart, daß das vom
Steuersignal-Generatorteil 26 erzeugte digitale Steuersignal
geteilt wird, und gibt die geteilten Signale in den D/A-Wandler 2 bzw.
den Ein-Aus- und Weichstarterteil 3 ein. Der Fluß des geteilten
Steuersignals, das in den D/A-Wandler 2 eingegeben wird,
wird nachstehend ausführlicher
beschrieben.
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Das
in den D/A-Wandler 2 eingegebene geteilte Steuersignal
wird in ein analoges Signal umgewandelt und in den Detektorteil 5 eingegeben.
Der Steuerteil 40 stellt fest, ob das in den Detektorteil 5 eingegebene
Steuersignal innerhalb eines vorbestimmten Steuerbereichs liegt.
Wenn festgestellt wird, daß das
Steuersignal jenseits des vorbestimmten Steuerbereichs liegt, unterbricht
der Steuerteil 40 das Anlegen des Steuersignals an den
Ausgabesteuerteil 4.
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Wenn
festgestellt wird, daß das
Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Steuerbereichs liegt, wird
das Steuersignal über
den Oszillatorteil 21 an den Wechselrichterteil 30 ausgegeben
und der Wechselrichterteil 30 wandelt die vom Spannungsversorgungsteil 7 gelieferte
Netzgleichspannung in eine Hochfrequenz-Wechselspannung um. Die Hochfrequenz-Wechselspannung wird über die
Primär-
und Sekundärwicklungen
des Hochspannungstransformators 24 zum Magnetron 25 geliefert,
so daß das
Magnetron 25 elektromagnetische Wellen erzeugt.
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Das
vom Wechselrichterteil 30 zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators 24 gelieferte
Steuersignal wird zum Detektorteil 5 umgeleitet. Der Steuerteil 40 stellt
wieder fest, ob das zum Detektorteil 5 umgeleitete Steuersignal
innerhalb des vorbestimmten Steuerbereichs liegt, bevor es an den Hochspannungstransformator 24 angelegt
wird. Wenn festgestellt wird, daß das Steuersignal innerhalb
des vorbestimmten Steuerbereichs liegt, wird das Steuersignal an
den Eingangsanschluß des
Ausgabesteuerteils 4 angelegt. Wenn festgestellt wird, daß das Steuersignal
jenseits des vorbestimmten Steuerbereichs liegt, unterbricht der
Steuerteil 40 das Anlegen des Steuersignals an den Eingangsanschluß des Ausgabesteuerteils 4,
wodurch sich die Stabilisierung des Schaltungssystems ergibt.
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Das
an das Magnetron 25 über
den Hochspannungstransformator 24 angelegte Steuersignal wird
zum Vergleicherteil 28 umgeleitet. Der Vergleicherteil 28 vergleicht
das an diesen angelegte Steuersignal und das vom Signaleingabeteil 41 eingegebene
Bezugsspannungssignal. Wenn das an den Vergleicherteil 28 angelegte
Steuersignal nicht im vorbestimmten Bereich des Bezugsspannungssignals
liegt, unterbricht der Steuerteil 40 das Anlegen des Steuersignals
an den Ausgabesteuerteil 4. Wenn das an den Vergleicherteil 28 angelegte
Steuersignal im vorbestimmten Bereich des Bezugsspannungssignals
liegt, wird das Steuersignal in den Ausgabesteuerteil 4 eingegeben.
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Jeweilige
Elemente, die den Steuerteil 40 bilden, einschließlich des
D/A-Wandlerteils 2, des Ein-Aus- und Weichstarterteils 3,
des Oszillatorteils 21 und des Ausgabesteuerteils 2,
werden ausführlicher
beschrieben.
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Wenn
die Spannung anfänglich
vom Spannungsversorgungsteil 7 zum Mikrowellenofen geliefert
wird oder wenn sich der Mikrowellenofen im Ruhezustand befindet,
wird das Steuersignal nicht in den Eingangsanschluß eines
mit dem Steuersignal-Generatorteil 26 verbundenen Photokopplers 18 vom
Signalgeneratorteil 26 eingegeben, und daher ist der Wechselrichterteil 30 nicht
in Betrieb. Dies bedeutet, daß die
Schwingung vom Wechselrichterteil 30 nicht stattfindet.
Um den Wechselrichterteil 30 schwingen zu lassen, sollten
Wellenformen mit Impulsbreitenmodulation (PWM) kontinuierlich vom Steuersignal-Generatorteil 26 über einen
Eingangsanschluß (P1)
des Photokopplers 18 angelegt werden.
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Die
an den Photokoppler 18 angelegten PWM-Wellen wirken zum
Betreiben (Start der Schwingung) des Wechselrichterteils 30 und
zum Steuern einer Ausgangsleistung des Wechselrichterteils 30 durch
Verändern
der Schwingungsfrequenzen des Oszillatorteils 21 in Abhängigkeit
von Änderungen
der Impulsbreite der PWM-Wellenformen.
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Wenn
die PWM-Wellenformen nicht an den Ein-Aus- und Weichstarterteil 3 angelegt
werden, steuert ein Transistor 306, der den Ein-Aus- und Weichstarterteil 3 bildet,
durch, wobei eine Basis desselben durch einen Widerstand 302 und
einen Kondensator 303 vorgespannt wird. Wenn der Transistor 306 durchsteuert,
wird ein Gatepotential eines Feldeffekttransistors (FET) 310 minimal
und der Widerstand zwischen einem Drainpol und einem Sourcepol des
FET 310 wird unendlich groß. Wenn der Widerstand zwischen
dem Drainpol und dem Sourcepol des FET unendlich groß wird,
führt dies
dazu, daß ein Kondensator 311 vom
Oszillatorteil 21 getrennt wird, wodurch ermöglicht wird,
daß die
Oszillation des Oszillatorteils 21 stoppt. Somit stoppt
der Wechselrichterteil 30 den Betrieb.
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Wenn
im Gegenteil die PWM-Wellenformen an den Ein-Aus- und Weichstarterteil 3 angelegt
werden, wird die Basisvorspannung des Transistors 306 durch
eine Orientierungsdiode 301 abgeleitet, wodurch ermöglicht wird,
daß der
Transistor 306 sperrt. Eine Zenerdiode 304 unterbricht
die restliche Basisvorspannung des Transistors 306, was
ermöglicht, daß der Transistor
den Zustand beibehält.
Wenn der Transistor 306 sperrt, wird ein Filterkondensator 308 über den
Widerstand 305 und den Gatewiderstand 307 langsam
mit einer VCC-Spannung aufgeladen. Folglich wird der Widerstand
zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol des FET 310 langsam
vermindert, und dies führt
dazu, daß der
Schwingkondensator 311 mit dem Oszillatorteil 21 verbunden
wird, wodurch die Oszillation eingeleitet wird.
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Wenn
die PWM-Wellenformen an den Eingangsanschluß des Photokopplers 18 angelegt
werden, werden die Werte der analogen Spannung des D/A-Wandlers 2 in
Abhängigkeit
von der Beziehung zwischen hohen Werten und niedrigen Werten in
den PWM-Wellenformen festgelegt.
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Wenn
der Spannungswert (P2) gesenkt wird, wird der Wert des Widerstandes
zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol des FET 402 erhöht, um zu
ermöglichen,
daß die
Schwingungsfrequenzen gesenkt werden und die Ausgangsleistung des Wechselrichterteils 30 erhöht wird.
Ein Widerstand 201 ist für eine Gatevorspannung des
FET 402 vorgesehen; und die Widerstände 203 und 205 und
ein Kondensator 204 sind Filter vom n-Typ, die digitale PWM-Wellenformen in analoge
Wellenformen umwandeln, die über
einen Gatewiderstand 401 an den FET 310 angelegt
werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist das Element, das den Oszillatorteil 21 und
den Schwingkondensator 311 koppelt und trennt, der Widerstand
zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol des FET 310. Wenn
der Widerstand zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol hoch ist,
führt dies
dazu, daß der Kondensator 311 eine
niedrigere Kapazität
aufweist, wodurch die Schwingungsfrequenzen erhöht werden. Wenn im Gegenteil
der Widerstand zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol so niedrig
ist, daß er
ignoriert werden kann, findet die Schwingung für die gesamte Kapazität des Kondensators 311 statt.
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Wenn
die Schwingungsfrequenz hoch ist, wird die Ausgangsleistung des
Wechselrichterteils 30 gesenkt. Wenn der Wechselrichterteil 30 zu
schwingen beginnt, ist es somit erwünscht, die Schwingungsfrequenz
so weit wie möglich
zu erhöhen,
um zu ermöglichen,
daß die
Ausgangsleistung minimal ist, und dann die Frequenz langsam zu senken,
bis die gewünschte
Ausgangsleistung erhalten wird, wodurch den verschiedenen elektrischen
Elementen keine Last auferlegt wird. Der Weichstartvorgang berücksichtigt
alle Eigenschaften der Schwingungsfrequenz und des Wechselrichterteils 30.
Die vorliegende Erfindung realisiert den Weichstart durch die Widerstandseigenschaft
zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol des FET 310.
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Nachstehend
wird der Ausgabesteuerteil der vorliegenden Erfindung ausführlicher
beschrieben.
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Der
Oszillatorteil 21 schwingt selbsttätig, wenn ein externer Widerstand
(RT) und ein Kondensator (CT) strukturell verbunden sind, wobei
Gateimpulse der Schaltelemente 22 und 23 erzeugt
werden.
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Die
Schwingungsfrequenz Fo des Oszillatorteils 21 wird durch
die Gleichung Fo = 1/4(1,4·(RT
+ 75)·CT)
erhalten, wobei der externe Widerstand (RT) = Widerstand (404)/{Widerstand
(403) + Widerstand (402) zwischen dem Drainpol
und dem Sourcepol} und der Kondensator (CT) = Kondensator (311).
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Die
Schwingungsfrequenz kann durch Ändern
des Werts des externen Widerstandes (RT) variieren. Der erfindungsgemäße Wechselrichterteil verwendet
die Widerstandseigenschaften zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol
des FET 402, um den externen Widerstandswert zu ändern.
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Die Änderung
der Schwingungsfrequenz zielt zusätzlich zum Steuern der Ausgangsleistung des
Wechselrichterteils 30 auf die Verbesserung eines Leistungsfaktors
des Wechselrichterteils 30 ab. Wenn eine Ausgangsleistung
vom Wechselrichterteil 30 in Anbetracht keiner Verbesserung
des Leistungsfaktors erzeugt wird, wird die Spannung der Sekundärwicklung
des Hochspannungstransformators 24 im Verhältnis zur
Spannung, die über
den Spannungsversorgungsteil geliefert wird, festgelegt. Die gelieferte
Spannung weist eine Wellenform auf, die sich aus der Gleichrichtung
der Netzwechselspannung ergibt, die sekundäre Hochspannung weist auch
dieselbe Wellenform auf wie die gleichgerichtete Wellenform. Folglich
wird das Magnetron 25 in der Nähe der oberen Punkte (90° und 270° des Netzwechselspannungssignals)
der sekundären
Hochspannung betrieben. Umgekehrt stoppt der Betrieb des Magnetrons 25 in
der Nähe
der Nulldurchgangspunkte (0° und
180° des
Netzwechselspannungssignals), da die sekundäre Hochspannung niedrig ist, was
die Lebensdauer des Schwingelements des Magnetrons verkürzt und
den Wirkungsgrad der elektrischen Energie verschlechtert. Daher
ist es bevorzugt, das Schwingelement des Magnetrons mit einer Lasteigenschaft ähnlich jener
des möglichen
Widerstandes über
den gesamten Bereich der Netzwechselspannungs-Wellenformen zu versehen.
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Wie
in 4 gezeigt, die Kurven für elektrische Potentiale und
Wellenformen von verschiedenen Punkten von 2 zeigt,
besteht die Verbesserung des Leistungsfaktors darin, zu ermöglichen,
daß das
Magnetron 25 eine gleichmäßige Last über den gesamten Abschnitt
des Wechselspannungssignals aufweist. Es ist jedoch nicht leicht,
daß das
Magnetron 25 unter der nicht linearen Laststruktur eine gleichmäßige Last über den
gesamten Abschnitt des Gleichspannungssignals aufweist, was nur
bei reiner Widerstandslast möglich
ist. Somit sollte zum Betreiben des Magnetrons 25 so, daß es die
gleichmäßigen Lasteigenschaften
aufweist, die Betriebsspannung umgekehrt kalibriert werden.
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Die
umgekehrte Kalibrierung der Betriebsspannung wird durch Senken der
zum Magnetron gelieferten Hochspannung in der Nähe von 90° und 270°, bei denen das Magnetron am
aktivsten betrieben wird, und Verstärken der Hochspannung in der Nähe von 0° und 180°, bei denen
das Magnetron am wenigsten aktiv betrieben wird, bewerkstelligt.
Daher kann ein elektrischer Strom nahe der reinen Widerstandslast
erhalten werden.
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Dioden 11 und 12 sind
Vollweg-Gleichrichterschaltungselemente
zum Erhalten einer Wechselspannungssignal-Wellenform, die zum Verbessern des
Leistungsfaktors und Betreiben des Niederspannungs-Sperrteils 1 erforderlich
ist. Das erhaltene Wellenformsignal wird durch Dämpfungswiderstandselemente 13 und 14 in
eine niedrige Spannung umgewandelt und in das Gate des Ausgabesteuerteils 4 über den
Kondensator 17 übertragen.
Der Kondensator 17 kann nur das Wechselspannungssignal ohne
Senken der Gatevorspannung des Ausgabesteuerteils 4 übertragen,
wodurch ermöglicht
wird, daß sich
der FET 402 immer im betriebsfähigen Bereich befindet.
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Wenn
die Phasenwinkel 90° und
270° sind, wird
die Stärke
der Gatevorspannung (P4) durch Gewichten einer Vorzeichenwelle über die
Bezugsvorspannung (P2) erhalten, so daß der Widerstandswert zwischen
dem Drainpol und dem Sourcepol des FET 402 verändert wird,
was ermöglicht,
daß sich
die Ausgangsleistung des Wechselrichterteils 30 ändert. Das heißt, wenn
die Phasenwinkel 90° und
270° sind,
wird der Widerstandswert zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol
des FET 402 am geringsten und die Schwingungsfrequenz der
Oszillatoreinheit 21 wird folglich maximal, wodurch die
Ausgangsleistung des Wechselrichterteils gesenkt wird. 5 zeigt
Kurven für
Wellenformen von Quellensignalen zum Verbessern des Leistungsfaktors
mit überlappter
Gleichspannung. Wie vorstehend beschrieben, wird die Bezugsquelle
zum Verbessern des Leistungsfaktors aus der Netzwechselspannung
erhalten; und zum Verbessern des Leistungsfaktors wird die Änderung des
Widerstandes zwischen dem Drainpol und dem Sourcepol des FET verwendet.
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Der
Niederspannungs-Sperrteil 1 wird verwendet, um die verschiedenen
Leistungselemente zu schützen,
indem der Betrieb des Wechselrichterteils 30 unterbrochen
wird, wenn die Eingangswechselspannung aufgrund von anormalen Netzleitungen oder
des Niedergangs einer atmosphärischen
Entladung äußerst niedrig
ist. Der Filterkondensator 103 wird mit dem Wechselspannungssignal,
das durch die Dämpfungswiderstände 15 und 16 in
niedrige Spannungen umgewandelt wird, über die Diode 101 des
Niederspannungs-Sperrteils 1 aufgeladen.
Wenn das Wechselspannungssignal, das den Filterkondensator 103 auflädt, niedriger
ist als der vorbestimmte Wert der Zenerdiode 102, ist der
Transistor 104 gesperrt, um die PWM-Wellenformen, die an
den Photokoppler 18 angelegt werden, auszulöschen und
die Schwingung des Wechselrichterteils 30 zu unterbrechen.
Der Photokoppler 18 und der Transistor 104 des
Niederspannungs-Sperrteils 1 sind
miteinander in Reihe geschaltet und somit liegen diese Elemente in
Form einer UND-Verknüpfung,
das heißt
UND, vor, so daß die
Resultierende sperrt, wenn eines von ihnen sperrt.
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Wenn
eine im Resonanzteil 6 erzeugte Resonanzspannung höher ist
als ein vorbestimmter Wert, legt der Detektorteil 5 die
Resonanzspannung an die Basis des Transistors 504 über Spannungsteilerwiderstände 601 und 505 an.
Nachdem ein Emitterwiderstand 503 und ein Ladekondensator 502 mit der
an den Transistor 504 angelegten Resonanzspannung aufgeladen
sind, wird die Resonanzspannung über
die Diode 501 an den Eingangsanschluß des Ausgabesteuerteils 4 angelegt.
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Die
Resonanzspannung des Resonanzteils 6 wird anormal erhöht, da sie
durch Stoßrauschen, das über die
Netzleitung eingeht, beeinflußt
wird. Um die Schaltungen vor dem Stoßrauschen zu schützen, wird
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch einen Transistor, der einen Emitter-Boden-Mechanismus verwendet,
die anormale Resonanzspannung in eine normale Spannung umgewandelt
und die umgewandelte normale Spannung wird in den Eingangsanschluß des Ausgabesteuerteils 4 zurückgeführt, wodurch
ermöglicht wird,
daß der
Resonanzteil in einer geschlossenen Schleife arbeitet.
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Wie
in 6 gezeigt, die ein Kurvenbild ist, das Betriebseigenschaften
eines Detektorteils zeigt, wird, bevor der Wechselrichterteil 30 zu
arbeiten beginnt, das heißt,
wenn die zentrale Spannung (P6) des Resonanzteils 6 während der
Unterbrechung des Wechselrichterteils 30 V/2 beträgt, der
optimale Weichstart realisiert. Hier bedeutet "V" die
an einen Kollektor des Schaltleistungselements 22 und einen Resonanzkondensator 602 über eine
Drossel 9 angelegte Gleichspannung. Wenn die Netzwechselspannungsversorgung
220V beträgt,
beträgt
V etwa 310 V und somit beträgt
V/2 etwa 155 V.
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Um
die Spannung (P6) an den Pegel von V/2 anzupassen, sollte ein Wert
eines Pull-up-Widerstandes 502 gleich einer Summe eines
Werts des Widerstandes 601 und des Widerstandes 505 sein.
Der Wert des Widerstandes 505 ist jedoch so klein, daß er im
Vergleich zum Widerstand 601 ignorierbar ist, der Widerstand 502 weist
denselben Wert auf wie jener des Widerstandes 601, wodurch
ermöglicht
wird, daß die
Gleichvorspannung des V/2-Pegels zum zentralen Punkt (P6) des Resonanzteils 6 geliefert wird.
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Das
Hauptmerkmal des Wechselrichters für den erfindungsgemäßen Mikrowellenofen
besteht darin, durch eine Halbleiterschwingung eine Hochspannung
zu erzeugen und ferner die Stärke
der von der Halbleiterschwingung erhaltenen Hochspannung durch Verändern der
Schwingungsfrequenzen zu verstärken
oder zu verringern. Wenn die Schwingungsfrequenzen verringert werden,
wird der Resonanzstrom erhöht,
wodurch die Hochspannung erhöht
wird. Wenn im Gegenteil die Schwingungsfrequenzen erhöht werden,
wird die sekundäre
Hochspannung gesenkt.
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Die
Ausgangsleistung des Mikrowellenofens, das heißt des Magnetrons, ist proportional
zur Stärke der
sekundären
Hochspannung des Hochspannungstransformators, und daher wird die
Ausgangsleistung des Mikrowellenofens durch Steuern der sekundären Hochspannung
gesteuert.
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Wie
vorstehend dargelegt, ermöglicht
der erfindungsgemäße Mikrowellenofen
eine Präzisionssteuerung
und eine Ausgangsleistungssteuerung durch Zurückführen eines Steuersignals in
den Mikrowellenofen. Durch Erkennen eines anormalen Zustands des
Steuersignals wird das Schaltungssystem geschützt, wodurch die Stabilität desselben
verbessert wird.