DE102015100324A1 - Microwave generator assembly, cooking appliance and method for operating a microwave generator of a cooking appliance - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenerzeugungsbaugruppe für ein Gargerät (10), mit einem Mikrowellengenerator (22), der einen HF-Verstärker mit einem Feldeffekt-Transistor (40) enthält, und mindestens einer Antenne (26), dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekt-Transistor (40) Überspannungsschutzelemente-frei an die Antenne (26) angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gargerät mit einer solchen Mikrowellenerzeugungsbaugruppe sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellengenerators (22) eines Gargeräts (10), das einen Garraum (12) aufweist, in den mittels mindestens einer Antenne (26) Mikrowellenleistung des Mikrowellengenerators (22) eingekoppelt werden kann, die von einem HF-Verstärker des Mikrowellengenerators (22) erzeugt wird, der einen Leistungstransistor (40) enthält, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: Auf ein Startsignal hin wird der HF-Verstärker in einem Analysemodus mit geringer Mikrowellenleistung betrieben. Im Analysemodus wird die aus dem Garraum (12) zur Antenne (26) reflektierte Mikrowellenleistung analysiert. In Abhängigkeit von der reflektierten Mikrowellenleistung wird ein Betriebspunkt des HF-Verstärkers so festgelegt, dass der Leistungstransistor (40) durch die aus dem Garraum (12) reflektierte Mikrowellenleistung nicht beschädigt werden kann.The invention relates to a microwave generating assembly for a cooking appliance (10), comprising a microwave generator (22) containing an RF amplifier with a field effect transistor (40) and at least one antenna (26), characterized in that the field effect transistor (40) overvoltage protection elements-free to the antenna (26) is connected. The invention further relates to a cooking appliance with such a microwave generating assembly and a method for operating a microwave generator (22) of a cooking appliance (10) having a cooking chamber (12), coupled by at least one antenna (26) microwave power of the microwave generator (22) which is generated by an RF amplifier of the microwave generator (22), which includes a power transistor (40), wherein the following steps are performed: In response to a start signal, the RF amplifier is operated in a low microwave power analysis mode. In the analysis mode, the microwave power reflected from the cooking chamber (12) to the antenna (26) is analyzed. Depending on the reflected microwave power, an operating point of the RF amplifier is set so that the power transistor (40) can not be damaged by the microwave power reflected from the cooking chamber (12).
Description
Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenerzeugungsbaugruppe für ein Gargerät, mit einem Mikrowellengenerator, der einen HF-Verstärker mit einem Feldeffekt-Transistor enthält, und mindestens einer Antenne. Die Erfindung betrifft ferner ein Gargerät mit einer solchen Mikrowellenerzeugungsbaugruppe, einem Garraum und einer Steuerung, die den Mikrowellengenerator ansteuert. Die Erfindung betriff schließlich ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellengenerators eines Gargeräts, das einen Garraum aufweist, in den mittels mindestens einer Antenne Mikrowellenleistung des Mikrowellengenerators eingekoppelt werden kann, die von einem HF-Verstärker des Mikrowellengenerators erzeugt wird, der einen Leistungstransistor enthält. The invention relates to a microwave generator assembly for a cooking appliance, comprising a microwave generator, which includes an RF amplifier with a field effect transistor, and at least one antenna. The invention further relates to a cooking appliance with such a microwave generating assembly, a cooking chamber and a controller that controls the microwave generator. Finally, the invention relates to a method for operating a microwave generator of a cooking appliance, which has a cooking space, can be coupled by means of at least one antenna microwave power of the microwave generator, which is generated by an RF amplifier of the microwave generator containing a power transistor.
Die Gargeräte, um die es im Rahmen der Erfindung geht, sind Gargeräte für den professionellen Einsatz z.B. in Restaurants, Kantinen und der Großgastronomie. Ein Beispiel für solche Gargeräte sind die Geräte des Typs, die unter der Bezeichnung "Kombidämpfer" bekannt sind. Mit diesen Gargeräten können Nahrungsmittel auf unterschiedliche Arten gegart werden, beispielsweise mittels Heißluft, Wasserdampf, Kombinationen aus Heißluft und Wasserdampf, und Mikrowellenstrahlung. The cooking appliances which are the subject of the invention are cooking appliances for professional use, e.g. in restaurants, canteens and large catering. An example of such cooking appliances are those of the type known as "combi steamers". With these cooking devices food can be cooked in different ways, for example by means of hot air, water vapor, combinations of hot air and water vapor, and microwave radiation.
Die Mikrowellenstrahlung bzw. -leistung wird von mindestens einem Mikrowellengenerator erzeugt, der üblicherweise mindestens ein Magnetron enthält. Modernere Mikrowellengeneratoren enthalten dagegen einen HF-Verstärker mit einem Feldeffekt-Transistor, beispielsweise einem LDMOS-Transistor. Ein solcher Mikrowellengenerator bietet gegenüber einem konventionellen Mikrowellengenerator mit Magnetron den Vorteil, dass die Frequenz des Mikrowellengenerators präzise gesteuert werden kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die relative Phase der Mikrowellensignale gesteuert werden kann. Dies ermöglicht, wenn die Leistung an mehreren räumlich getrennten Antennen in den Garraum eingespeist wird, eine bessere Kontrolle über den Garprozess. The microwave radiation or power is generated by at least one microwave generator, which usually contains at least one magnetron. In contrast, more modern microwave generators contain an RF amplifier with a field-effect transistor, for example an LDMOS transistor. Such a microwave generator offers the advantage over a conventional microwave generator with magnetron that the frequency of the microwave generator can be precisely controlled. Another advantage results from the fact that the relative phase of the microwave signals can be controlled. This allows, when the power is fed to several spatially separated antennas in the cooking chamber, a better control over the cooking process.
Mikrowellengeneratoren, die Leistungstransistoren verwenden, haben jedoch den Nachteil, dass ihre Kosten merklich höher sind als bei herkömmlichen Mikrowellengeneratoren mit einem Magnetron. Dies liegt u.a. daran, dass neben dem Leistungstransistor, beispielsweise einem LDMOS-Transistor, eine hochwertige thermisch leitende Leiterplatte sowie ein Zirkulator notwendig sind. Der Zirkulator dient zum Schutz des Leistungstransistors vor einer Überspannung zwischen Drain und Source des Transistors. However, microwave generators using power transistors have the disadvantage that their cost is significantly higher than conventional magnetron microwave generators. This is u.a. because, in addition to the power transistor, such as an LDMOS transistor, a high-quality thermally conductive circuit board and a circulator are necessary. The circulator serves to protect the power transistor from an overvoltage between the drain and source of the transistor.
Wenn Mikrowellenleistung zum Zwecke des Garens von Nahrungsmitteln über eine Antenne in den Garraum eingekoppelt wird, wird idealerweise ein Großteil der eingekoppelten Leistung von den Nahrungsmitteln absorbiert; die Nahrungsmittel erwärmen sich. Allerdings wird ein Teil der Mikrowellenleistung aus dem Garraum zurück zur Antenne reflektiert, beispielsweise von den Wänden des Garraums. Der Anteil der zurück zur Antenne reflektierten Leistung hängt von vielen Parametern ab. Wenn die eingekoppelte Mikrowellenleistung schlecht an den Garraum und/oder die sich darin befindenden Nahrungsmittel angepasst ist, kann ein erheblicher Teil der eingekoppelten Leistung wieder zurück zur Antenne reflektiert werden. In diesem Falle würde zwischen Drain und Source des Leistungstransistors am Ausgang des HF-Verstärkers eine Überspannung entstehen, die den Transistor zerstören kann. When microwave power is coupled into the cooking cavity via an antenna for the purpose of cooking food, ideally most of the injected power is absorbed by the food; the food warms up. However, part of the microwave power is reflected from the cooking chamber back to the antenna, for example from the walls of the cooking chamber. The amount of power reflected back to the antenna depends on many parameters. If the coupled microwave power is poorly matched to the cooking chamber and / or the foodstuffs located therein, a significant portion of the injected power can be reflected back to the antenna. In this case, an overvoltage would arise between the drain and source of the power transistor at the output of the RF amplifier, which can destroy the transistor.
Daher wird zwischen der Antenne und dem Leistungstransistor der Zirkulator angeordnet. Der Zirkulator lenkt das reflektierte Signal in eine Ohmsche Last um und schützt damit den Leistungstransistor. Therefore, the circulator is placed between the antenna and the power transistor. The circulator deflects the reflected signal into an ohmic load, protecting the power transistor.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Gesamtkosten eines Gargeräts zu verringern, das einen Mikrowellengenerator mit einem Leistungstransistor enthält. The object of the invention is to reduce the overall cost of a cooking appliance containing a microwave generator with a power transistor.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Mikrowellenerzeugungsbaugruppe der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der Feldeffekt-Transistor Überspannungsschutzelemente-frei an die Antenne angeschlossen ist, also unmittelbar und ohne den Leistungstransistor schützende Bauteile oder Schaltungen wie z.B. ein Zirkulator. Zur Lösung dieser Aufgabe ist weiterhin bei einem Gargerät der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Steuerung eine Auswerteeinheit enthält, die das Verhältnis der reflektierten zu eingekoppelten Mikrowellenleistung bestimmt. Zur Lösung dieser Aufgabe sind schließlich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die folgenden Schritte vorgesehen: Auf ein Startsignal hin wird der HF-Verstärker in einem Analysemodus mit geringer Mikrowellenleistung betrieben. Im Analysemodus wird die aus dem Garraum zur Antenne reflektierte Mikrowellenleistung analysiert. In Abhängigkeit von der reflektierten Mikrowellenleistung wird ein Betriebspunkt des HF-Verstärkers so festgelegt, dass der Leistungstransistor durch die aus dem Garraum reflektierte Mikrowellenleistung nicht beschädigt werden kann. To achieve this object, it is provided in a microwave generating assembly of the type mentioned that the field effect transistor is overvoltage protection elements-free connected to the antenna, ie directly and without the power transistor protective components or circuits such. a circulator. To solve this problem is further provided in a cooking appliance of the type mentioned that the controller includes an evaluation that determines the ratio of the reflected to coupled microwave power. To solve this problem, the following steps are finally provided in a method of the type mentioned: In response to a start signal, the RF amplifier is operated in an analysis mode with low microwave power. In the analysis mode, the microwave power reflected from the cooking chamber to the antenna is analyzed. Depending on the reflected microwave power, an operating point of the RF amplifier is set so that the power transistor can not be damaged by the microwave power reflected from the cooking chamber.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Gesamtkosten der Mikrowellenerzeugungsbaugruppe und damit des Gargeräts dadurch zu verringern, dass auf den Zirkulator (und auch auf in ihrer Funktion äquivalente, andere Überspannungsschutzelemente) vollständig verzichtet wird. Dies ist dadurch möglich, dass der HF-Verstärker zu jeder Zeit in einem Betriebspunkt betrieben wird, bei dem die zur Antenne reflektierte Leistung keine gefährlich hohen Spannungen zwischen Drain und Source des Leistungstransistors am Ausgang des HF-Verstärkers erzeugen kann. Dieser Betriebspunkt wird dadurch bestimmt, dass der Mikrowellengenerator, bevor er (zum Zwecke des Garens der Nahrungsmittel) in Betrieb genommen wird, in einem "Testmodus" betrieben wird. Der Testmodus dient dazu festzustellen, welcher Anteil der in den Garraum eingekoppelten Leistung wieder zur Antenne (oder, falls mehrere Antennen verwendet werden: zu den Antennen) reflektiert wird. Wenn dieser Anteil bekannt ist, kann ein Betriebspunkt des Mikrowellengenerators so festgelegt werden, dass in den Garraum die maximal mögliche Leistung eingekoppelt wird, bei der für den Leistungstransistor kein Risiko einer Zerstörung durch die aus dem Garraum reflektierte Leistung besteht. The invention is based on the basic idea of reducing the total cost of the microwave generating assembly and therefore of the cooking appliance by completely dispensing with the circulator (and also with equivalent overvoltage protection elements in its function). This is possible because the RF amplifier is operated at any time at an operating point where the power reflected to the antenna is not can generate dangerously high voltages between the drain and source of the power transistor at the output of the RF amplifier. This operating point is determined by operating the microwave generator in a "test mode" before it is put into operation (for the purpose of cooking the food). The test mode serves to determine what proportion of the power coupled into the cooking chamber is reflected back to the antenna (or, if several antennas are used: to the antennas). If this proportion is known, an operating point of the microwave generator can be set so that the maximum possible power is coupled into the oven, in which there is no risk of destruction for the power transistor by the power reflected from the oven.
Bei dem Leistungstransistor des Mikrowellengenerators kann es sich insbesondere um einen LDMOS-Transistor handeln. The power transistor of the microwave generator may in particular be an LDMOS transistor.
Vorzugsweise wird der HF-Verstärker im Analysemodus in einem Kleinsignalmodus betrieben. In diesem Betriebsmodus kann der Leistungstransistor nicht durch reflektierte Leistung zerstört werden, weil die dynamische Ausgangsamplitude sehr klein gehalten wird. Preferably, the RF amplifier is operated in the analysis mode in a small signal mode. In this mode of operation, the power transistor can not be destroyed by reflected power because the dynamic output amplitude is kept very small.
Der Betriebspunkt des Leistungstransistors kann mit geringem Aufwand in der Form einer Betriebsspannung gewählt werden. The operating point of the power transistor can be selected with little effort in the form of an operating voltage.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Startsignal erzeugt wird, nachdem eine Gargerätetür des Gargeräts geöffnet und/oder geschlossen wurde. Das Öffnen und Schließen der Gargerätetür kann darauf hindeuten, dass ein Bediener Nahrungsmittel in den Garraum eingebracht oder aus diesem entnommen hat. Durch einen geänderten Beladungszustand des Gargeräts kann sich der Anteil der Mikrowellenleistung ändern, der aus dem Garraum reflektiert wird. Daher sollte überprüft werden, ob der Betriebspunkt des Mikrowellengenerators an die neuen Bedingungen im Garraum angepasst werden muss. According to one embodiment of the invention, it is provided that the start signal is generated after a cooking appliance door of the cooking appliance has been opened and / or closed. The opening and closing of the cooking appliance door may indicate that an operator has introduced or removed food from the oven. By changing the loading state of the cooking appliance, the proportion of the microwave power that is reflected from the oven can change. Therefore, it should be checked whether the operating point of the microwave generator must be adapted to the new conditions in the oven.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Startsignal erzeugt wird, bevor der Mikrowellengenerator für den Garprozess in Betrieb genommen wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass bereits zu Beginn eines Garprozesses, bei dem mit Mikrowellen gegart wird, der Betriebspunkt des Mikrowellengenerators korrekt gewählt wird. According to one embodiment it is provided that the start signal is generated before the microwave generator for the cooking process is put into operation. This ensures that the operating point of the microwave generator is selected correctly already at the beginning of a cooking process in which cooking is done with microwaves.
Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Startsignal periodisch während des Betriebs des Mikrowellengenerators erzeugt wird. Hierdurch kann auf Änderungen im Garraum reagiert werden, die zu einer Änderung der reflektierten Leistung führen, beispielsweise ein sich ändernder Wassergehalt der im Garraum gegarten Lebensmittel. It may additionally be provided that the start signal is generated periodically during the operation of the microwave generator. As a result, it is possible to respond to changes in the cooking chamber, which lead to a change in the reflected power, for example, a changing water content of food cooked in the oven.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann ergänzend vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit während des Betriebs des Mikrowellengenerators die in den Garraum eingekoppelte Leistung mit der aus dem Garraum reflektierten Leistung vergleicht und auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs entscheidet, ob ein neuer Betriebspunkt für den Mikrowellengenerator gewählt werden soll oder muss. Bei dieser Ausgestaltung wird der Mikrowellengenerator nicht im Analysemodus betrieben, um den optimalen Betriebspunkt zu bestimmen, sondern es wird periodisch oder laufend während des Betriebs des Mikrowellengenerators überwacht, ob nicht (aufgrund von Änderungen der Reflektionsbedingungen im Garraum) mittlerweile ein geänderter Anteil der Leistung reflektiert wird, dass ein neuer Betriebspunkt gewählt werden sollte. According to one embodiment of the invention may be additionally provided that the evaluation unit compares during operation of the microwave generator coupled into the cooking power with the power reflected from the cooking chamber and on the basis of the result of the comparison decides whether a new operating point selected for the microwave generator should or should be. In this embodiment, the microwave generator is not operated in the analysis mode to determine the optimum operating point, but it is monitored periodically or continuously during operation of the microwave generator, if not (due to changes in the reflection conditions in the oven) now a changed proportion of the power is reflected that a new operating point should be chosen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen: The invention will be described below with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings. In these show:
In
Das Gargerät
Die Nahrungsmittel
Jeder der Mikrowellengeneratoren
Anders ausgedrückt: jeder der Mikrowellengeneratoren
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel werden zwei Mikrowellengeneratoren
Wenn der Mikrowellengenerator
Das Gargerät
Die Steuerung
Der Mikrowellengenerator
In
Der Betriebspunkt
Wenn sich die Last ändert, wie zum Beispiel durch Reflektionen im Garraum, kann sich die reflektierte Spannung vreflect mit dem Ausgangsignal am Drain des Leistungstransistors
Beim Gargerät
Um den geeigneten Betriebspunkt zu wählen, wird auf ein Startsignal hin der Leistungsverstärker, der den Leistungstransistor
Wenn der Mikrokontroller
Wie in
Das Startsignal, auf das hin der Mikrowellengenerator
Das Startsignal kann zusätzlich auch periodisch erzeugt werden, um nach einer vorbestimmten oder vom jeweiligen Garprozess abhängigen Zeitdauer zu überprüfen, ob der aktuelle Betriebspunkt noch "richtig" ist oder besser korrigiert werden sollte. Eine solche Korrektur eines vorher ermittelten Betriebspunktes kann sinnvoll sein, um auf eine Austrocknung oder Schrumpfung des Garguts und damit eine Änderung der HF-Last
Es ist auch möglich, dass das Verhältnis von in den Garraum
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