DE102015100324B4 - Cooking appliance and method for operating a microwave generator of a cooking appliance - Google Patents

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Abstract

Gargerät (10) mit einem Garraum (12), einer Steuerung (30) und einer Mikrowellenerzeugungsbaugruppe, die einen Mikrowellengenerator (22), der einen HF-Verstärker mit einem Feldeffekt-Transistor (40) enthält, und mindestens eine Antenne (26) aufweist, wobei der Feldeffekt-Transistor (40) Überspannungsschutzelemente-frei an die Antenne (26) angeschlossen ist, wobei die Steuerung (30) den Mikrowellengenerator (22) ansteuert, wobei die Steuerung (30) eine Auswerteeinheit (32) enthält, die das Verhältnis zwischen der in den Garraum (12) eingekoppelten Mikrowellenleistung und der vom Garraum an den HF-Verstärker reflektierten Mikrowellenleistung bestimmen kann.Cooking appliance (10) with a cooking chamber (12), a control (30) and a microwave generation assembly which has a microwave generator (22), which contains an HF amplifier with a field effect transistor (40), and at least one antenna (26). , wherein the field effect transistor (40) is connected to the antenna (26) without overvoltage protection elements, the controller (30) controlling the microwave generator (22), the controller (30) containing an evaluation unit (32) which determines the ratio can determine between the microwave power coupled into the cooking chamber (12) and the microwave power reflected from the cooking chamber to the RF amplifier.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gargerät mit einer Mikrowellenerzeugungsbaugruppe, einem Garraum und einer Steuerung, die den Mikrowellengenerator ansteuert. Die Erfindung betrifft 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 cooking appliance with a microwave generation assembly, a cooking chamber and a control that controls the microwave generator. The invention finally relates to a method for operating a microwave generator of a cooking appliance which has a cooking chamber into which microwave power of the microwave generator can be coupled by means of at least one antenna, which is generated by an RF amplifier of the microwave generator which contains 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 that are the subject of the invention are cooking appliances for professional use, for example in restaurants, canteens and large catering establishments. An example of such cooking devices are the devices of the type known as “combi steamers”. With these cooking devices, food can be cooked in different ways, for example using hot air, steam, combinations of hot air and steam, 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. More modern microwave generators, on the other hand, 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 arises from the fact that the relative phase of the microwave signals can be controlled. This enables better control over the cooking process when the power is fed into the cooking space via several spatially separated antennas.

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 noticeably higher than conventional microwave generators with a magnetron. This is due, among other things, to the fact that in addition to the power transistor, for example an LDMOS transistor, a high-quality thermally conductive circuit board and a circulator are necessary. The circulator is used to protect the power transistor from an overvoltage between the drain and source of the transistor.

Eine solche Mikrowellenerzeugungsbaugruppe mit einem Mikrowellengenerator und einem Zirkulator zum Schutz eines Leistungstransistors des Mikrowellengenerators ist beispielsweise aus der US 2008 / 0 266 012 A1 bekannt, in der zudem ein Verfahren zum Betreiben des Mikrowellengenerators beschrieben ist.Such a microwave generation assembly with a microwave generator and a circulator for protecting a power transistor of the microwave generator is, for example, from US 2008 / 0 266 012 A1 known, which also describes a method for operating the microwave generator.

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.If microwave power is coupled into the cooking chamber via an antenna for the purpose of cooking food, ideally a large part of the coupled power is absorbed by the food; the food warms up. However, some of the microwave power from the cooking space is reflected back to the antenna, for example from the walls of the cooking space. The proportion of power reflected back to the antenna depends on many parameters. If the coupled microwave power is poorly adapted to the cooking chamber and/or the food contained therein, a significant portion of the coupled 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 could 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 arranged between the antenna and the power transistor. The circulator redirects the reflected signal into an ohmic load and thus protects 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 that contains a microwave generator with a power transistor.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Gargerät nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 3 vorgesehen.To solve this problem, a cooking appliance according to claim 1 and a method according to claim 3 are provided.

Das Gargerät weist eine Mikrowellenerzeugungsbaugruppe, die einen Mikrowellengenerator, der einen HF-Verstärker mit einem Feldeffekt-Transistor enthält, und mindestens eine Antenne aufweist, auf, wobei vorgesehen ist, 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. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Steuerung eine Auswerteeinheit enthält, die das Verhältnis der reflektierten zu eingekoppelten Mikrowellenleistung bestimmt.The cooking appliance has a microwave generation assembly which has a microwave generator, which contains an HF amplifier with a field effect transistor, and at least one antenna, it being provided that the field effect transistor is connected to the antenna without overvoltage protection elements, i.e. directly and without components or circuits protecting the power transistor, such as a circulator. It is furthermore provided that the control contains an evaluation unit which determines the ratio of the reflected to the injected microwave power.

Schließlich sind 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 dem Verhältnis der reflektierten Mikrowellenleistung zur in den Garraum eingekoppelten Mikrowellenleistung wird ein Betriebspunkt des HF-Verstärkers so festgelegt, dass der Leistungstransistor, der Überspannungsschutzelemente-frei an die Antenne angeschlossen ist, durch die aus dem Garraum reflektierte Mikrowellenleistung nicht beschädigt werden kann.Finally, in a method of the type mentioned at the beginning, the following steps are provided: In response to a start signal, the HF amplifier is operated in an analysis mode with low microwave power. In analysis mode, the microwave power reflected from the cooking chamber to the antenna is analyzed. Depending on the ratio of the reflected microwave power to the microwave power coupled into the cooking chamber, an operating point of the HF amplifier is determined in such a way that that the power transistor, which is connected to the antenna without overvoltage protection elements, cannot 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 overall costs of the microwave generation assembly and thus of the cooking appliance by completely eliminating the circulator (and also other surge protection elements that are equivalent in their function). This is possible because the HF amplifier is operated at all times at an operating point at which the power reflected to the antenna cannot generate dangerously high voltages between the drain and source of the power transistor at the output of the HF 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 is used 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 in such a way that the maximum possible power is coupled into the cooking chamber at which there is no risk of the power transistor being destroyed by the power reflected from the cooking chamber.

Bei dem Leistungstransistor des Mikrowellengenerators kann es sich insbesondere um einen LDMOS-Transistor handeln.The power transistor of the microwave generator can 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 a small signal mode in the analysis mode. In this operating mode, the power transistor cannot 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. Opening and closing the cooking appliance door may indicate that an operator has added or removed food from the cooking chamber. Changing the loading status of the cooking appliance can change the proportion of the microwave power that is reflected from the cooking chamber. It should therefore be checked whether the operating point of the microwave generator needs to be adjusted to the new conditions in the cooking chamber.

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 is put into operation for the cooking process. This ensures that the operating point of the microwave generator is selected correctly at the beginning of a cooking process in which microwaves are used.

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 can also be provided that the start signal is generated periodically during operation of the microwave generator. This makes it possible to react to changes in the cooking chamber that lead to a change in the reflected power, for example a changing water content of the food cooked in the cooking chamber.

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, it can be additionally provided that the evaluation unit compares the power coupled into the cooking chamber with the power reflected from the cooking chamber during operation of the microwave generator and decides on the basis of the result of the comparison whether a new operating point has been selected for the microwave generator should or must be. In this embodiment, the microwave generator is not operated in analysis mode in order to determine the optimal operating point, but rather it is monitored periodically or continuously during operation of the microwave generator to see whether a changed proportion of the power is now being reflected (due to changes in the reflection conditions in the cooking chamber). 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:

  • - 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Gargerät;
  • - 2 schematisch eine Mikrowellenerzeugungsbaugruppe, die beim Gargerät von 1 verwendet wird;
  • - 3 schematisch einen Leistungstransistor, der bei der Mikrowellenerzeugungsbaugruppe von 2 verwendet wird;
  • - 4 schematisch charakteristische Kurven eines Leistungstransistors, der bei der Mikrowellenerzeugungsbaugruppe von 2 verwendet werden kann, wobei ein Betriebspunkt mit dynamischem Betriebsbereich ohne Reflektion dargestellt ist;
  • - 5 im Diagramm von 4 einen Betriebspunkt mit dynamischem Betriebsbereich mit Reflektion, bei dem es zu einer Zerstörung des Leistungstransistors kommen kann; und
  • - 6 das Diagramm von 4, wobei ein erfindungsgemäß angepasster Betriebspunkt dargestellt ist.
The invention is described below using an embodiment which is shown in the accompanying drawings. Show in these:
  • - 1 schematically a cooking appliance according to the invention;
  • - 2 schematically a microwave generation assembly that is used in the cooking appliance 1 is used;
  • - 3 schematically a power transistor that is used in the microwave generation assembly of 2 is used;
  • - 4 schematically characteristic curves of a power transistor used in the microwave generation assembly of 2 can be used, showing an operating point with a dynamic operating range without reflection;
  • - 5 in the diagram of 4 an operating point with a dynamic operating range with reflection, at which destruction of the power transistor can occur; and
  • - 6 the diagram of 4 , wherein an operating point adapted according to the invention is shown.

In 1 ist schematisch ein Gargerät 10 gezeigt, das einen Garraum 12 aufweist, in dem Nahrungsmittel 14 gegart werden können. Der Garraum 12 ist über eine Gargerätetür 16 zugänglich.In 1 A cooking appliance 10 is shown schematically, which has a cooking space 12 in which food 14 can be cooked. The cooking chamber 12 is accessible via a cooking appliance door 16.

Das Gargerät 10 kann ein sogenannter Kombidämpfer sein, in dem die Nahrungsmittel 14 in einer Garraumatmosphäre gegart werden können, die durch ihre Temperatur, ihre Feuchte und ihre Umwälzgeschwindigkeit gekennzeichnet ist. So können unterschiedliche Garprozesse durchgeführt werden, die beispielsweise einen Heißluftbetrieb, einem Dampfbetrieb oder einen Betrieb mit einer Mischatmosphäre umfassen. Die hierfür notwendigen Bauteile wie Heizvorrichtung, Dampfgenerator und Lüfter sind in 1 nicht gezeigt, da sie zum Verständnis der Erfindung nicht relevant sind.The cooking appliance 10 can be a so-called combination steamer, in which the food 14 can be cooked in a cooking chamber atmosphere that is characterized by its temperature, its humidity and its circulation speed. Different cooking processes can be carried out, which include, for example, hot air operation, steam operation or operation with a mixed atmosphere. The necessary components such as the heater, steam generator and fan are in 1 not shown because they are not relevant to understanding the invention.

Die Nahrungsmittel 14 können aber auch gegart werden, indem Leistung mittels Mikrowellenstrahlung zugeführt wird. Hierzu ist eine Mikrowellenerzeugungsbaugruppe (siehe 2) vorgesehen, von der in 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich schematisch zwei Mikrowellengeneratoren 22 gezeigt sind. Die Mikrowellengeneratoren erzeugen eine Mikrowellenstrahlung 24 (beispielsweise im Frequenzbereich von 915 MHz oder 2,455 GHz), die von den Nahrungsmitteln 14 im Garraum 12 zumindest teilweise absorbiert und dort in Wärme umgesetzt wird.The food 14 can also be cooked by supplying power using microwave radiation. A microwave generation assembly is required for this purpose (see 2 ) provided by the in 1 For the sake of clarity, only two microwave generators 22 are shown schematically. The microwave generators generate microwave radiation 24 (for example in the frequency range of 915 MHz or 2.455 GHz), which is at least partially absorbed by the food 14 in the cooking space 12 and converted into heat there.

Jeder der Mikrowellengeneratoren 22 ist unmittelbar (beispielsweise über eine hier schematisch angedeutete Leitung oder einen Hohlleiter 28) an eine Antenne 26 angeschlossen, welche die Mikrowellenleistung 24 in den Garraum überträgt. „Unmittelbar“ bedeutet dabei, dass zwischen dem Mikrowellengenerator 22 und der Antenne 26, insbesondere zwischen einem im Mikrowellengenerator 22 verwendeten Leistungstransistor und der Antenne 26, keine den Leistungstransistor schützenden Bauteile oder Schaltungen wie ein Zirkulator angeordnet sind. Dessen ungeachtet können weiterhin die Bauteile, die zwischen einem Mikrowellengenerator und der Antenne üblicherweise angeordnet sind (Kondensatoren, Spulen, Anpassungsleitungen, etc.) und nicht zum Schutz vor einer Überspannung dienen, vorhanden sein.Each of the microwave generators 22 is connected directly (for example via a line or a waveguide 28 shown schematically here) to an antenna 26, which transmits the microwave power 24 into the cooking space. “Immediately” means that no components or circuits protecting the power transistor, such as a circulator, are arranged between the microwave generator 22 and the antenna 26, in particular between a power transistor used in the microwave generator 22 and the antenna 26. Nevertheless, the components that are usually arranged between a microwave generator and the antenna (capacitors, coils, matching lines, etc.) and do not serve to protect against overvoltage can still be present.

Anders ausgedrückt: jeder der Mikrowellengeneratoren 22 ist Überspannungsschutzelemente-frei mit der ihm zugeordneten Antenne 26 verbunden.In other words: each of the microwave generators 22 is connected to the antenna 26 assigned to it without any overvoltage protection elements.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel werden zwei Mikrowellengeneratoren 22 mit zwei Antennen 26 verwendet. Hierdurch kann die Mikrowellenenergie an räumlich voneinander getrennten Stellen in den Garraum 12 eingekoppelt werden, wobei die Phasenlage der Mikrowellenstrahlung relativ zueinander gesteuert werden kann. Dies ermöglicht es, das Absorptionsverhalten gezielt im Hinblick auf das gewünschte Garergebnis zu steuern. Das dem beschriebenen Gargerät zugrundeliegende Prinzip einer unmittelbaren Verbindung zwischen dem Mikrowellengenerator 22 und der diesem zugeordneten Antenne 26 kann natürlich auch bei einem Gargerät angewendet werden, das nur einen einzigen Mikrowellengenerator 22 aufweist oder auch mehr als zwei Mikrowellengeneratoren.In the exemplary embodiment shown, two microwave generators 22 with two antennas 26 are used. As a result, the microwave energy can be coupled into the cooking chamber 12 at spatially separate locations, whereby the phase position of the microwave radiation can be controlled relative to one another. This makes it possible to control the absorption behavior specifically with regard to the desired cooking result. The principle underlying the cooking appliance described, of a direct connection between the microwave generator 22 and the antenna 26 assigned to it, can of course also be used in a cooking appliance that has only a single microwave generator 22 or even more than two microwave generators.

Wenn der Mikrowellengenerator 22 betrieben wird (oder die Mikrowellengeneratoren 22 betrieben werden), wird nicht nur Mikrowellenstrahlung 24 in den Garraum 12 eingekoppelt. Ein Teil der eingekoppelten Mikrowellenleistung 24 wird reflektiert (z.B. an den Wänden des Garraums, an sich im Garraum befindenden Zubehörteilen, etc.) und als reflektierten Mikrowellenleistung 29 wieder in die Antennen 26 eingekoppelt. Die reflektierte Mikrowellenleistung 29 ist potentiell kritisch für den Mikrowellengenerator 22.When the microwave generator 22 is operated (or the microwave generators 22 are operated), not only microwave radiation 24 is coupled into the cooking chamber 12. Part of the coupled microwave power 24 is reflected (e.g. on the walls of the cooking space, on accessories located in the cooking space, etc.) and coupled back into the antennas 26 as reflected microwave power 29. The reflected microwave power 29 is potentially critical for the microwave generator 22.

Das Gargerät 10 weist eine Steuerung 30 auf (siehe 1), die den Betrieb des Gargeräts 10 und insbesondere den Betrieb der Mikrowellengeneratoren 22 steuert. Die Steuerung 30 weist eine Auswerteeinheit 32 (siehe auch 2) auf, die mittels eines Mikrokontrollers 34 das Verhältnis der reflektierten Mikrowellenleistung 29 zur in den Garraum 12 eingekoppelten Mikrowellenleistung 24 ausgewertet.The cooking appliance 10 has a control 30 (see 1 ), which controls the operation of the cooking appliance 10 and in particular the operation of the microwave generators 22. The controller 30 has an evaluation unit 32 (see also 2 ), which uses a microcontroller 34 to evaluate the ratio of the reflected microwave power 29 to the microwave power 24 coupled into the cooking chamber 12.

Die Steuerung 30 weist weiterhin eine steuerbare Gleichspannungsquelle 36 auf, die in Abhängigkeit vom Signal des Mikrokontrollers 34 die Betriebsspannung für den Mikrowellengenerator 22 bereitstellt.The controller 30 also has a controllable DC voltage source 36, which provides the operating voltage for the microwave generator 22 depending on the signal from the microcontroller 34.

Der Mikrowellengenerator 22 weist zur Erzeugung der Mikrowellenleistung 24 einen Leistungstransistor 40 auf (siehe 3), der hier ein LDMOS-Feldeffekttransistor ist. An das Gate G des Leistungstransistors 40 wird ein HF-Eingangssignal 42 angelegt, das vom Leistungstransistor 40 verstärkt wird, so dass die Mikrowellenleistung 24 erzeugt wird. Diese wird in den Garraum 12 eingekoppelt (hier zusammen mit darin enthaltenen Nahrungsmitteln schematisch als HF-Last 44 dargestellt). Entlang eines HF-Übertragungsmediums 46 wird ein Teil der eingekoppelten Mikrowellenleistung als reflektiertes Mikrowellensignal 29 über die Antenne zum Leistungstransistor 40 zurückgeleitet und erzeugt am Drain-Anschluss D eine zusätzliche Spannung vrefiect, die sich zum Ausgangssignal addiert.The microwave generator 22 has a power transistor 40 to generate the microwave power 24 (see 3 ), which here is an LDMOS field effect transistor. An RF input signal 42 is applied to the gate G of the power transistor 40, which is amplified by the power transistor 40 so that the microwave power 24 is generated. This is coupled into the cooking chamber 12 (shown here schematically as an HF load 44 together with the food contained therein). Along an HF transmission medium 46, part of the coupled-in microwave power is returned as a reflected microwave signal 29 via the antenna to the power transistor 40 and generates an additional voltage v refiect at the drain connection D, which is added to the output signal.

In 4 ist schematisch ein Betriebspunkt 50 in einem Diagramm mit charakteristischen Kurven eines LDMOS-Transistors 40 gezeigt. Um die Mikrowellenleistung möglichst effizient an die HF-Last 44 zu liefern, wird der Verstärker entwickelt, damit die dynamische Amplitude am Ausgang (Drain-Source) des Leistungstransistors 40 ungefähr die doppelte Drain-Source-Gleichspannung (Vds) erreicht; der sich hieraus ergebende dynamische Betriebsbereich ist mit dem Bezugszeichen 51 versehen. Beispielhaft für diesen Betrieb sind die Betriebsmodi „F-Klasse“ oder „E-Klasse“, die allgemein für Fachleute nachvollziehbar sind.In 4 an operating point 50 is shown schematically in a diagram with characteristic curves of an LDMOS transistor 40. In order to deliver the microwave power to the RF load 44 as efficiently as possible, the amplifier is designed so that the dynamic amplitude at the output (drain-source) of the power transistor 40 reaches approximately twice the drain-source DC voltage (V ds ); the resulting dynamic operating range is provided with the reference number 51. Examples of this operation are the “F-Class” or “E-Class” operating modes, which are generally understandable for experts.

Der Betriebspunkt 50 wird durch die Versorgungsspannung Vds sowie die Spannung am Gate Vgs gesetzt. Die Betriebsspannung in 4 wird auf 28 V gesetzt. Die höchste Spannung, die zwischen Drain und Source ohne Reflektion des Mikrowellensignals entstehen kann, wird ungefähr 2 Vds oder 56 V.The operating point 50 is set by the supply voltage V ds and the voltage at the gate V gs . The operating voltage in 4 is set to 28 V. The highest voltage that can arise between drain and source without reflecting the microwave signal is approximately 2 V ds or 56 V.

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 40 addieren (siehe 5), so dass sich eine Spannungsamplitude auf 2(Vds + vreflect) erhöht (siehe den dynamischen Betriebsbereich 51' mit Reflektion). Wenn diese Spannung den Durchbruchswert Vbds (siehe die 4 und 5) wesentlich übersteigt, wird der Leistungstransistor zerstört.If the load changes, for example due to reflections in the cooking chamber, the reflected voltage v reflect can add to the output signal at the drain of the power transistor 40 (see 5 ), so that a voltage amplitude increases to 2(V ds + v reflect ) (see the dynamic operating range 51' with reflection). If this voltage exceeds the breakdown value V bds (see the 4 and 5 ) significantly exceeds, the power transistor will be destroyed.

Beim Gargerät 10 wird die Zerstörung des Leistungstransistors verhindert, ohne dass hierfür ein Zirkulator vorgesehen ist, der die reflektierte Leistung zu einer Ohm'schen Last ableitet. Verallgemeiner ausgedrückt wird der Leistungstransistor 40 in einem Betriebspunkt 50 betrieben (siehe 6), der im Hinblick auf die reflektierte Mikrowellenleistung so gewählt ist, dass die Spannungsamplitude 2(Vds + vreflect) unterhalb des Durchbruchswerts Vbds liegt.In the case of the cooking appliance 10, the destruction of the power transistor is prevented without a circulator being provided for this purpose, which diverts the reflected power to an ohmic load. In more general terms, the power transistor 40 is operated at an operating point 50 (see 6 ), which is chosen with regard to the reflected microwave power so that the voltage amplitude 2 (V ds + v reflect ) is below the breakdown value V bds .

Um den geeigneten Betriebspunkt zu wählen, wird auf ein Startsignal hin der Leistungsverstärker, der den Leistungstransistor 40 enthält, in einem Analysemodus betrieben, um die Reflektion aus dem Garraum 12 zu messen. Im Analysemodus kann der Leistungsverstärker insbesondere ein linearen Kleinsignalmodus betrieben werden, in dem der Leistungstransistor 40 nicht durch Reflektion zerstört werden kann, weil die dynamische Ausgangsamplitude sehr klein gehalten wird (z.B. 0,5 V).In order to select the appropriate operating point, the power amplifier containing the power transistor 40 is operated in an analysis mode in response to a start signal in order to measure the reflection from the cooking chamber 12. In the analysis mode, the power amplifier can in particular be operated in a linear small signal mode in which the power transistor 40 cannot be destroyed by reflection because the dynamic output amplitude is kept very small (e.g. 0.5 V).

Wenn der Mikrokontroller 34 ermittelt hat, welcher Teil der in den Garraum 12 eingekoppelten Leistung reflektiert wird, legt die Steuerung 30 einen passenden Betriebspunkt 50 fest, und die Betriebsspannung des Leistungstransistors 40 wird entsprechend festgesetzt.When the microcontroller 34 has determined which part of the power coupled into the cooking chamber 12 is reflected, the controller 30 sets a suitable operating point 50, and the operating voltage of the power transistor 40 is set accordingly.

Wie in 6 zu sehen ist, sind im festgelegten Betriebspunkt die Versorgungsspannung Vds und Gate-Spannung Vgs so angepasst, dass gewährleistet ist, dass die dynamische Spannung am Drain D des Leistungstransistors 40 den Durchbruchwert Vbds trotz der aktuellen Mikrowellenreflektion nicht übersteigt (siehe den dynamischen Betriebsbereich 51' mit Reflektion).As in 6 As can be seen, at the specified operating point, the supply voltage V ds and gate voltage V gs are adjusted in such a way that it is ensured that the dynamic voltage at the drain D of the power transistor 40 does not exceed the breakdown value V bds despite the current microwave reflection (see the dynamic operating range 51' with reflection).

Das Startsignal, auf das hin der Mikrowellengenerator 22 im Analysemodus betrieben wird, kann jedes Mal dann erzeugt werden, wenn die Gargerätetür 16 geöffnet und/oder geschlossen wird. Hierdurch wird zu einem Zeitpunkt, zu dem sich potentiell die Beladung des Gargeräts und damit die HF-Last geändert hat, ein geeigneter Betriebspunkt für den Mikrowellengenerator 22 festgelegt.The start signal, in response to which the microwave generator 22 is operated in analysis mode, can be generated each time the cooking appliance door 16 is opened and/or closed. As a result, a suitable operating point for the microwave generator 22 is determined at a time when the loading of the cooking appliance and thus the HF load has potentially changed.

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 44 zu reagieren.The start signal can also be generated periodically in order to check, after a predetermined period of time or depending on the respective cooking process, whether the current operating point is still “correct” or should be corrected. Such a correction of a previously determined operating point can be useful in order to react to drying out or shrinkage of the food to be cooked and thus a change in the HF load 44.

Es ist auch möglich, dass das Verhältnis von in den Garraum 12 eingekoppelter Mikrowellenleistung und reflektierter Leistung nicht nur auf ein Startsignal hin in einem Analysemodus des Mikrowellengenerators überprüft wird, sondern kontinuierlich während des Betriebs. Wenn erkannt wird, dass sich das Verhältnis gegenüber dem Wert ändert, der im „sicheren“ Analysemodus ermittelt wurde, kann entweder der Betriebspunkt geeignet verschoben oder ein Startsignal erzeugt werden, so dass der Betriebspunkt im Analysemodus neu bestimmt wird, ohne dass das Risiko einer Zerstörung des Leistungstransistors 40 besteht.It is also possible for the ratio of microwave power coupled into the cooking chamber 12 and reflected power to be checked not only in response to a start signal in an analysis mode of the microwave generator, but continuously during operation. If it is detected that the ratio changes from the value determined in the "safe" analysis mode, either the operating point can be appropriately shifted or a start signal can be generated so that the operating point is redetermined in the analysis mode without the risk of destruction of the power transistor 40 exists.

Claims (9)

Gargerät (10) mit einem Garraum (12), einer Steuerung (30) und einer Mikrowellenerzeugungsbaugruppe, die einen Mikrowellengenerator (22), der einen HF-Verstärker mit einem Feldeffekt-Transistor (40) enthält, und mindestens eine Antenne (26) aufweist, wobei der Feldeffekt-Transistor (40) Überspannungsschutzelemente-frei an die Antenne (26) angeschlossen ist, wobei die Steuerung (30) den Mikrowellengenerator (22) ansteuert, wobei die Steuerung (30) eine Auswerteeinheit (32) enthält, die das Verhältnis zwischen der in den Garraum (12) eingekoppelten Mikrowellenleistung und der vom Garraum an den HF-Verstärker reflektierten Mikrowellenleistung bestimmen kann.Cooking appliance (10) with a cooking chamber (12), a control (30) and a microwave generation assembly which has a microwave generator (22), which contains an HF amplifier with a field effect transistor (40), and at least one antenna (26). , wherein the field effect transistor (40) is connected to the antenna (26) without overvoltage protection elements, the controller (30) controlling the microwave generator (22), the controller (30) containing an evaluation unit (32) which determines the ratio between the microwave power coupled into the cooking space (12) and the can determine the microwave power reflected from the cooking chamber to the HF amplifier. Gargerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekt-Transistor ein LDMOS-Transistor (40) ist.cooking appliance (10). Claim 1 , characterized in that the field effect transistor is an LDMOS transistor (40). 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, der Überspannungsschutzelemente-frei an die Antenne (26) angeschlossen ist, 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 vom Verhältnis der reflektierten Mikrowellenleistung zur in den Garraum (12) eingekoppelten 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.Method for operating a microwave generator (22) of a cooking appliance (10), which has a cooking chamber (12), into which microwave power of the microwave generator (22) can be coupled by means of at least one antenna (26), which is supplied by an RF amplifier of the microwave generator ( 22) is generated, which contains a power transistor (40) which is connected to the antenna (26) without overvoltage protection elements, the following steps being carried out: - upon a start signal, the HF amplifier is operated in an analysis mode with low microwave power, - In the analysis mode, the microwave power reflected from the cooking chamber (12) to the antenna (26) is analyzed, - Depending on the ratio of the reflected microwave power to the microwave power coupled into the cooking space (12), an operating point of the HF amplifier is set so that the power transistor (40) cannot be damaged by the microwave power reflected from the cooking space (12). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Verstärker im Analysemodus in einem Kleinsignalmodus betrieben wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the RF amplifier is operated in a small signal mode in the analysis mode. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebspunkt in der Form einer Betriebsspannung gewählt wird.Procedure according to Claim 3 or 4 , characterized in that the operating point is selected in the form of an operating voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Startsignal erzeugt wird, nachdem eine Gargerätetür (16) des Gargeräts (10) geschlossen wurde.Procedure according to one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the start signal is generated after a cooking appliance door (16) of the cooking appliance (10) has been closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Startsignal erzeugt wird, bevor der Mikrowellengenerator (22) für den Garprozess in Betrieb genommen wird.Procedure according to one of the Claims 3 until 6 , characterized in that the start signal is generated before the microwave generator (22) is put into operation for the cooking process. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Startsignal periodisch während des Betriebs des Mikrowellengenerators (22) erzeugt wird.Procedure according to one of the Claims 3 until 6 , characterized in that the start signal is generated periodically during operation of the microwave generator (22). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (32) einer Steuerung (30) des Gargeräts (10) während des Betriebs des Mikrowellengenerators (22) die in den Garraum (12) eingekoppelte Mikrowellenleistung mit der aus dem Garraum (10) reflektierten Mikrowellenleistung vergleicht und auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs entscheidet, ob ein neuer Betriebspunkt für den Mikrowellengenerator (22) gewählt werden muss.Procedure according to one of the Claims 3 until 8th , characterized in that an evaluation unit (32) of a control (30) of the cooking appliance (10) compares and records the microwave power coupled into the cooking chamber (12) with the microwave power reflected from the cooking chamber (10) during operation of the microwave generator (22). The basis of the result of the comparison decides whether a new operating point must be selected for the microwave generator (22).
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