DE10124219A1 - Mikrowellenofen und Verfahren zum Steuern desselben - Google Patents

Abstract

Offenbart wird ein Mikrowellenofen mit einem Spannungsversorgungsteil (7), der eine Netzwechselspannung (AC) liefert, einem Gleichrichter- und Filterteil (8), der die Netzwechselspannung gleichrichtet und filtert, einem Hochspannungstransformator (24), der mittels der Gleichspannung (DC) aus dem Gleichrichter- und Filterteil eine Hochspannung erzeugt, und einem Magnetron (25), das auf der Basis der Hochspannung vom Hochspannungstransformator elektromagnetische Wellen erzeugt, ferner umfassend einen Steuersignal-Generatorteil (26), der ein Steuersignal erzeugt, einen Wechselrichterteil (30), der auf der Basis des Steuersignals vom Steuersignal-Generatorteil (26) die Gleichspannung vom Gleichrichter- und Filterteil in eine hohe Wechselspannung umwandelt, und einen Steuerteil (40), der das Anlegen des durch den Wechselrichterteil umgewandelten Steuersignals an das Magnetron (25) sperrt, wenn das umgewandelte Steuersignal nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Bei dieser Anordnung kann im voraus verhindert werden, daß das umgewandelte Steuersignal, das nicht innerhalb des für das Steuersignal zulässigen vorbestimmten Bereichs liegt, in die Schaltung gelangt, wodurch die Schaltung stabilisiert wird und die Stabilität des Schaltungssystems immer mehr verbessert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen Mikrowellenofen und ein Verfähren zum Steuern desselben, und insbesondere einen Mikrowellenofen und ein Verfahren zum Steuern desselben, das in der Lage ist, ein Schaltungssystem darin durch Steuern eines Umwandlungssteuersignals zu stabilisieren.

Im allgemeinen liefert ein Mikrowellenofen direkt eine Netzwechselspannung (AC) zu einer Primärwicklung eines Hochspannungstransformators vom Kerntyp, um eine sekundäre Hochspannung zu erzielen. Ein Mikrowellenofen wird durch Heizen eines negativen Glühfadens, der in einem Magnetron vorgesehen ist, und Liefern einer Hochspannung zum Magnetron, um das Magnetron zum Schwingen zu bringen, um dadurch Energie mit sehr hoher Frequenz (VHF) auszustrahlen, betrieben. Die VHF-Energie wird in eine Wärmeenergie umgewandelt, wenn sie mit Wasser oder einem Wasser enthaltenden Objekt (wie z. B. Nahrungsmitteln usw.) innerhalb eines begrenzten Raums zusammengebracht wird. Die Wärmeenergie wird bei der Durchführung des Kochens von Nahrungsmitteln verwendet.

Fig. 6 ist ein Schaltplan, der schematisch eine Darstellung eines herkömmlichen Mikrowellenofens zeigt. Wie darin gezeigt, besteht der herkömmliche Mikrowellenofen aus einem Spannungsversorgungsteil 51, einem Hochspannungstransformator 53, der mittels der Spannung, die vom Spannungsversorgungsteil 51 geliefert wird, eine Hochspannung erzeugt, einem Magnetron 55, das durch die vom Hochspannungstransformator 53 erzeugte Hochspannung elektromagnetische Wellen erzeugt, um Nahrungsmittel innerhalb einer Kochkammer des Mikrowellenofens zu erhitzen, einem Relaisschalter 57, der die Zufuhr der Spannung und einer Frequenz ein- und abschaltet, und einem Steuerteil 59, der den Hochspannungstransformator 53, das Magnetron 55 und den Relaisschalter 57 steuert, wenn die Spannung vom Spannungsversorgungsteil 51 geliefert wird.

Wenn bei dieser Anordnung die Spannung vom Spannungsversorgungsteil 51 geliefert wird und der Relaisschalter 57 durch die Steuerung des Steuerteils 59 einschaltet, beginnt ein elektrischer Strom an der Primärwicklung des Hochspannungstransformators zu fließen, wodurch an der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators 53 eine Hochspannung erzeugt wird. In der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators 53 werden eine Spannung mit ein paar Volt zum Heizen von Glühdrähten des Magnetrons 55 und eine Spannung von Tausenden von Volt, um das Magnetron 55 zum Schwingen zu bringen, vorgesehen. Um einen Gleichstrom an einen negativen Pol des Magnetrons 55 anzulegen, ist darin auch ein Gleichrichter- und Filtermittel zum Gleichrichten und Filtern des elektrischen Stroms vorgesehen.

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.

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.

Die Erfindung wurde folglich angesichts der vorstehend beschriebenen Mängel ausgeführt, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Mikrowellenofen bereitzustellen, der durch Ermöglichen, daß ein Hochspannungstransformator kontinuierlich und variabel eine Hochspannung erzeugt, die aus dessen Sekundärwicklung in analoger Form ausgegeben wird, eine Ausgangsleistungssteuerung erleichtern kann.

Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können gelöst werden durch die Bereitstellung eines Mikrowellenofens mit einem Spannungsversorgungsteil, der eine Netzwechselspannung (AC) liefert, einem Gleichrichter- und Filterteil, der die Netzwechselspannung gleichrichtet und filtert, einem Hochspannungstransformator, der durch die Gleichspannung (DC) aus dem Gleichrichter- und Filterteil eine Hochspannung erzeugt; und einem Magnetron, das auf der Basis der Hochspannung vom Hochspannungstransformator elektromagnetische Wellen erzeugt, ferner umfassend einen Steuersignal-Generatorteil, der ein Steuersignal erzeugt; einen Wechselrichterteil, der auf der Basis des Steuersignals vom Steuersignal- Generatorteil die Gleichspannung vom Gleichrichter- und Filterteil in eine hohe Wechselspannung umwandelt, und einen Steuerteil, der das Anlegen des durch den Wechselrichterteil umgewandelten Steuersignals an das Magnetron sperrt, wenn das umgewandelte Steuersignal nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

Der Steuerteil verhindert, daß das Steuersignal in den Wechselrichterteil gelangt, wenn das Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.

Der Steuerteil umfaßt einen D/A-Wandlerteil, der das Steuersignal vom Steuersignal-Generatorteil in ein analoges Signal umwandelt; einen Detektorteil, der feststellt, ob das vom D/A-Wandlerteil umgewandelte Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt; einen Ausgabesteuerteil, der eine Ausgangsleistung des durch den Detektorteil laufenden Steuersignals steuert; und einen Oszillatorteil, der das vom Ausgabesteuerteil ausgegebene Steuersignal verändert und das veränderte Steuersignal in den Wechselrichterteil eingibt.

Der Steuerteil umfaßt ferner einen Ein-Aus- und Weichstarterteil, der einen Ein-Aus-Vorgang und einen Weichstartvorgang des Oszillatorteils in Abhängigkeit von dem Steuersignal steuert.

Der Steuerteil umfaßt ferner einen Niederspannungs- Sperrteil, der ein Stopsignal an den Ein-Aus- und Weichstarterteil und den D/A-Wandlerteil liefert, wenn über den Spannungsversorgungsteil eine anormale Spannung eingegeben wird, um einen Betrieb des Ein-Aus- und Weichstarterteils und des D/A-Wanchlerteils zu stoppen.

Der Steuerteil teilt das Steuersignal vom Steuersignal- Generatorteil in den Ein-Aus- und Weichstarterteil und den D/A-Wandlerteil auf.

Das vom Detektorteil erfaßte Steuersignal wird an einen Eingangsanschluß des Ausgabesteuerteils angelegt.

Der Ausgabesteuerteil verwendet eine Widerstandseigenschaft zwischen einem Drainpol und einem Sourcepol eines Feldeffekttransistors (FET).

Der Oszillatorteil umfaßt einen Schaltteil, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung umschaltet.

Der Oszillatorteil verbindet einen externen Widerstand und einen Kondensator und bringt diese zum Schwingen, um einen Gateimpuls des Schaltteils zu erzeugen.

Eine Schwingungsfrequenz des Oszillatorteils ist durch einen Ausdruck Fo = 1/(1,4 × (externer Widerstand + 75) × Kondensator) gegeben.

Der Ein-Aus- und Weichstarterteil verwendet eine Widerstandseigenschaft zwischen einem Drainpol und einem Sourcepol eines FET.

Der Niederspannungs-Sperrteil besteht aus einem Transistor und einem Photokoppler, die miteinander in Reihe geschaltet sind, um ein UND-Schaltungselement zu bilden.

Der Hochspannungstransformator besteht aus einem Ferritkern, um einen Verlust einer hohen Frequenz zu minimieren.

Ein Verfahren zum Steuern eines Mikrowellenofens mit einem Spannungsversorgungsteil, der eine Netzwechselspannung (AC) liefert, einem Gleichrichter- und Filterteil, der die Netzwechselspannung gleichrichtet und filtert, einem Wechselrichterteil, der eine Gleichspannung aus dem Gleichrichter- und Filterteil in eine Wechselspannung mit hoher Frequenz umwandelt, einem Hochspannungstransformator, der mittels der Wechselspannung vom Wechselrichterteil eine Hochspannung erzeugt; und einem Magnetron, das auf der Basis der Hochspannung vom Hochspannungstransformator elektromagnetische Wellen erzeugt, umfaßt die Schritte des Erzeugens eines Steuersignals; des Anlegens des Steuersignals an den Wechselrichterteil, so daß der Wechselrichterteil die Gleichspannung vom Gleichrichter- und Filterteil in die Hochfrequenz-Wechselspannung umwandelt; des Feststellens, ob das durch den Wechselrichterteil umgewandelte Steuersignal innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt; und des Verhinderns, daß das Steuersignal an das Magnetron angelegt wird, wenn das Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.

Das Verfahren umfaßt ferner die Schritte des Feststellens, ob das an den Wechselrichterteil anzulegende Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt; und des Verhinderns, daß das Steuersignal in den Wechselrichterteil gelangt, wenn das Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Mikrowellenofens;

Fig. 2 einen detaillierten Schaltplan für Fig. 1;

Fig. 3 Kurven für elektrische Potentiale und Wellenformen von verschiedenen Punkten in Fig. 2;

Fig. 4 Kurven für Wellenformen, die durch Überlappen von Gleichströmen (DC) mit einem Quellensignal zum Verbessern eines Leistungsfaktors erhalten werden;

Fig. 5 ein Kurvenbild, das Betriebseigenschaften eines Detektorteils zeigt; und Fig. 6 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Mikrowellenofens.

Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 besteht ein erfindungsgemäßer Mikrowellenofen aus einem Spannungsversorgungsteil 7, der eine Netzwechselspannung (AC) liefert, einem Gleichrichter- und Filterteil 8, der die vom Spannungsversorgungsteil 7 gelieferte elektrische Spannung gleichrichtet und filtert, einem Hochspannungstransformator 24, der auf der Basis der Netzwechselspannung eine Hochspannung erzeugt, und einem Magnetron 25, das durch die vom Hochspannungstransformator 24 erzeugte Hochspannung elektromagnetische Wellen erzeugt. Eine Drossel 9 (siehe Fig. 2) und ein Filterkondensator 10 (ebenfalls siehe Fig. 2) sind mit dem Gleichrichter- und Filterteil 8 verbunden, um dadurch zu verhindern, daß Rauschen vom Wechselrichterteil nach außen ausgelassen wird. Ein Widerstand 19 und ein Filterkondensator 20, die mit dem Gleichrichter- und Filterteil 8 verbunden sind, verringern die Hochspannung von ungefähr 310 V, die im Gleichrichter- und Filterteil 8 gleichgerichtet wird, auf eine Spannung mit etwa 15 V, um sie als Halbleiteransteuerspannung zu verwenden.

Der erfindungsgemäße Mikrowellenofen besteht ferner aus einem Steuersignal-Generatorteil 26, der ein Steuersignal erzeugt, und einem Wechselrichterteil 30, der mit einer Primärwicklung des Hochspannungstransformators 24 verbunden ist, wobei der Wechselrichterteil 30 eine Gleichspannung, die durch den Gleichrichter- und Filterteil 8 gleichgerichtet und gefiltert wird, auf der Basis des über den Steuersignal-Generatorteil 26 eingegebenen Steuersignals in eine hohe Wechselspannung umwandelt. Im Wechselrichterteil 30 ist ein Resonatorteil 6 vorgesehen, der mit der Primärwicklung dqs Hochspannungstransformators 24 in Reihe geschaltet ist und eine Resonanzoperation ausführt.

Außerdem besteht der erfindungsgemäße Mikrowellenofen auch aus einem Steuerteil 40, der das durch den Resonatorteil 6 des Wechselrichterteils 30 umgewandelte Steuersignal, wenn das umgewandelte Steuersignal nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des Steuersignals liegt, so steuert, daß das umgewandelte Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.

Der Steuerteil 40 empfängt das Steuersignal vom Steuersignal-Generatorteil 26 und stellt fest, ob das Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Wenn festgestellt wird, daß das Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, verhindert der Steuerteil 40 das Anlegen des Steuersignals an den Wechselrichterteil 30.

Der Steuerteil 40 ist mit einem D/A-Wandlerteil 2, der das Steuersignal vom Steuersignal-Generatorteil 26 in ein analoges Signal umwandelt, einem Detektorteil 5, der das vom D/A-Wandlerteil umgewandelte Steuersignal erfaßt, um festzustellen, ob das Steuersignal innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, einem Ausgabesteuerteil 4, der das vom Detektorteil 5 erfaßte Steuersignal steuert und ausgibt, und einem Oszillatorteil 21, der den Steuerzyklus des vom Ausgabesteuerteil 4 ausgegebenen Steuersignals verändert und es an den Wechselrichterteil 30 anlegt, versehen. Der Oszillatorteil 21 besteht aus einem Schaltteil 27, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt; und der Schaltteil 27 ist mit einem Paar von Schaltleistungselementen versehen.

Der Steuerteil 40 besteht ferner aus einem Ein-Aus- und Weichstarterteil 3, der einen Ein-Aus- und Weichstartvorgang des Oszillatorteils 21 gemäß dem vom Steuersignal-Generatorteil 26 eingegebenen Steuersignal 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 durch den Spannungsversorgungsteil eingespeiste Netzgleichspannung anormal ist. Der Steuerteil 40 teilt das vom Steuersignal-Generatorteil 26 erzeugte Steuersignal und gibt die geteilten Steuersignale in den D/A-Wandlerteil 2 bzw. den Ein-Aus- und Weichstarterteil 3 ein.

Der Fluß des Steuersignals, das geteilt und in den D/A- Wandlerteil 2 eingegeben wird, wird genauer beschrieben.

Das in den D/A-Wandler 2 eingegebene geteilte Steuersignal wird in ein analoges Signal umgewandelt und das umgewandelte analoge Signal wird an den Detektorteil 5 angelegt. Wenn durch den Steuerteil 40 festgestellt wird, daß das an den Detektorteil 5 angelegte Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, legt der Steuerteil 40 das Steuersignal an einen Eingangsanschluß des Ausgabesteuerteils 4 an. Das an den Ausgabesteuerteil 4 angelegte Steuersignal wird an den Eingangsanschluß des Oszillatorteils 21 angelegt, vom Oszillatorteil 21 verändert und dann in den Wechselrichterteil 30 eingegeben. Das in den Wechselrichterteil 30 eingegebene Steuersignal wird in die Wechselspannung mit hoher Frequenz umgewandelt und über die Primär- und Sekundärwicklungen des Hochspannungstransformators 24 in das Magnetron 25 geliefert, wodurch elektromagnetische Wellen erzeugt werden.

Der Steuerteil 40 stellt fest, ob das durch den Wechselrichterteil 30 umgewandelte Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Wenn der Steuerteil 40 feststellt, daß das umgewandelte Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, sperrt der Steuerteil 40 das Anlegen des umgewandelten Steuersignals an das Magnetron 25. Wenn festgestellt wird, daß das umgewandelte Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, legt der Steuerteil 40 das umgewandelte Steuersignal über den Ausgabesteuerteil 4 und den Wechselrichterteil 30 an das Magnetron 25 an.

Wenn, wie vorstehend beschrieben, der Steuerteil 40 ferner feststellt, daß das Steuersignal, das durch den D/A- Wandlerteil läuft, nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, sperrt der Steuerteil 40 das Anlegen des Steuersignals an den Ausgabesteuerteil 4, wodurch die Schaltung in stabilerer Weise geschützt wird.

Da der Hochspannungstransformator 24 mit einer hohen Frequenz (etwa 20 kHz) durch die Halbleiterschwingung angesteuert wird, ist es wirksam, einen Ferritkern zu verwenden, der den Verlust der hohen Frequenz minimiert, wodurch kein Bedarf besteht, die Anzahl von Windungen der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators 24 zu erhöhen. Der Hochspannungstransformator, der den Ferritkern verwendet, ist im Vergleich zum Hochspannungstransformator mit herkömmlichem Kern in der Abmessung und im Gewicht geringer.

Der D/A-Wandlerteil 2, der Ein-Aus- und Weichstarterteil 3, der Oszillatorteil 21, der Ausgabesteuerteil 4 usw., die den Steuerteil 40 bilden, werden mit Bezug auf Fig. 2 genauer beschrieben.

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 Photokopplers 18, der mit dem Steuersignal-Generatorteil 26 verbunden ist, 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 über einen Eingangsanschluß (P1) des Photokopplers 18 vom Steuersignal-Generatorteil 26 angelegt werden.

Die an den Photokoppler 18 angelegten PWM-Wellen wirken zum Betreiben (Start der Oszillation) 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.

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.

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.

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.

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 π-Typ, die digitale PWM- Wellenformen in analoge Wellenformen umwandeln, die über einen Gatewiderstand 401 an den FET 310 angelegt werden.

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.

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.

Nachstehend wird der Ausgabesteuerteil der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.

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.

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).

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.

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.

Wie in Fig. 3 gezeigt, die Kurven für elektrische Potentiale und Wellenformen von verschiedenen Punkten von Fig. 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.

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.

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.

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. Fig. 4 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.

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.

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.

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.

Wie in Fig. 5 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 220 V beträgt, beträgt V etwa 310 V und somit beträgt V/2 etwa 155 V.

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.

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.

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.

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.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für Erläuterungszwecke offenbart wurden, werden Fachleute erkennen, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Substitutionen möglich sind, ohne vom Schutzbereich und Gedanken der Erfindung, wie in den zugehörigen Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims (16)

1. Mikrowellenofen mit einem Spannungsversorgungsteil (7), der eine Netzwechselspannung (AC) liefert, einem Gleichrichter- und Filterteil (8), der die Netzwechselspannung gleichrichtet und filtert, einem Hochspannungstransformator (24), der durch die Gleichspannung (DC) aus dem Gleichrichter- und Filterteil eine Hochspannung erzeugt; und einem Magnetron (25), das auf der Basis der Hochspannung vom Hochspannungstransformator (24) elektromagnetische Wellen erzeugt, welcher ferner folgendes umfaßt:
einen Steuersignal-Generatorteil (26), der ein Steuersignal erzeugt;
einen Wechselrichterteil (30), der auf der Basis des Steuersignals vom Steuersignal-Generatorteil die Gleichspannung vom Gleichrichter- und Filterteil in eine hohe Wechselspannung umwandelt, und
einen Steuerteil (40), der das Anlegen des durch den Wechselrichterteil umgewandelten Steuersignals an das Magnetron sperrt, wenn das umgewandelte Steuersignal nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

2. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, wobei der Steuerteil (40) verhindert, daß das Steuersignal in den Wechselrichterteil (30) gelangt, wenn das Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.

3. Mikrowellenofen nach Anspruch 2, wobei der Steuerteil (40) folgendes umfaßt:
einen D/A-Wandlerteil (2), der das Steuersignal vom Steuersignal-Generatorteil (26) in ein analoges Signal umwandelt;
einen Detektorteil (5), der feststellt, ob das vom D/A-Wandlerteil umgewandelte Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt;
einen Ausgabesteuerteil (4), der eine Ausgangsleistung des durch den Detektorteil laufenden Steuersignals steuert; und
einen Oszillatorteil (21), der das vom Ausgabesteuerteil (4) ausgegebene Steuersignal verändert und das veränderte Steuersignal in den Wechselrichterteil (30) eingibt.

4. Mikrowellenofen nach Anspruch 3, wobei der Steuerteil ferner einen Ein-Aus- und Weichstarterteil (3) umfaßt, der einen Ein-Aus-Vorgang und einen Weichstartvorgang des Oszillatorteils (21) in Abhängigkeit von dem Steuersignal steuert.

5. Mikrowellenofen nach Anspruch 4, wobei der Steuerteil ferner einen Niederspannungs-Sperrteil (1) umfaßt, der ein Stopsignal an den Ein-Aus- und Weichstarterteil (3) und den D/A-Wandlerteil (2) liefert, wenn über den Spannungsversorgungsteil (7) eine anormale Spannung eingegeben wird, um einen Betrieb des Ein-Aus- und Weichstarterteils und des D/A-Wandlerteils zu stoppen.

6. Mikrowellenofen nach Anspruch 4, wobei der Steuerteil (40) das Steuersignal vom Steuersignal-Generatorteil (26) in den Ein-Aus- und Weichstarterteil (3) und den D/A- Wandlerteil (2) aufteilt.

7. Mikrowellenofen nach Anspruch 3, wobei das vom Detektorteil (5) erfaßte Steuersignal an einen Eingangsanschluß des Ausgabesteuerteils (4) angelegt wird.

8. Mikrowellenofen nach Anspruch. 7, wobei der Ausgabesteuerteil (4) eine Widerstandseigenschaft zwischen einem Drainpol und einem Sourcepol eines Feldeffekttransistors (FET) verwendet.

9. Mikrowellenofen nach Anspruch 3, wobei der Oszillatorteil (21) einen Schaltteil umfaßt, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung umschaltet.

10. Mikrowellenofen nach Anspruch 9, wobei der Oszillatorteil (21) einen externen Widerstand und einen Kondensator verbindet und zum Schwingen bringt, um einen Gateimpuls des Schaltteils zu erzeugen.

11. Mikrowellenofen nach Anspruch 10, wobei eine Schwingungsfrequenz des Oszillatorteils (21) durch einen Ausdruck Fo = 1/4 (1, 4 × (externer Widerstand + 75) × Kondensator) gegeben ist.

12. Mikrowellenofen nach Anspruch 4, wobei der Ein-Aus- und Weichstarterteil (3) eine Widerstandseigenschaft zwischen einem Drainpol und einem Sourcepol eines FET verwendet.

13. Mikrowellenofen nach Anspruch 5, wobei der Niederspannungs-Sperrteil (1) aus einem Transistor und einem Photokoppler besteht, die miteinander in Reihe geschaltet sind, um ein UND-Schaltungselement zu bilden.

14. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, wobei der Hochspannungstransformator (24) aus einem Ferritkern besteht, um einen Verlust einer Hochfrequenz zu minimieren.

15. Verfahren zum Steuern eines Mikrowellenofens mit einem Spannungsversorgungsteil, der eine Netzwechselspannung (AC) liefert, einem Gleichrichter- und Filterteil, der die Netzwechselspannung gleichrichtet und filtert, einem Wechselrichterteil, der eine Gleichspannung aus dem Gleichrichter- und Filterteil in eine Wechselspannung mit hoher Frequenz umwandelt, einem Hochspannungstransformator, der mittels der Wechselspannung vom Wechselrichterteil eine Hochspannung erzeugt; und einem Magnetron, das auf der Basis der Hochspannung vom Hochspannungstransformator elektromagnetische Wellen erzeugt, umfassend die Schritte:
Erzeugen eines Steuersignals;
Anlegen des Steuersignals an den Wechselrichterteil, so daß der Wechselrichterteil die Gleichspannung vom Gleichrichter- und Filterteil in die Hochfrequenz- Wechselspannung umwandelt;
Feststellen, ob das durch den Wechselrichterteil umgewandelte Steuersignal innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt; und
Verhindern, daß das Steuersignal an das Magnetron angelegt wird, wenn das Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, welches ferner die folgenden Schritte umfaßt:
Feststellen, ob das an den Wechselrichterteil anzulegende Steuersignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt; und
Verhindern, daß das Steuersignal in den Wechselrichterteil gelangt, wenn das Steuersignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.