DE3855740T2 - Magnetronversorgungseinrichtung und Steuerverfahren - Google Patents

Magnetronversorgungseinrichtung und Steuerverfahren

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Magnetronversorgungseinrichtung mit einer Gleichstromversorgung; einer Wechselrichterschaltung zum Umwandeln von Gleichstrom in Hochfrequenzleistung durch den Schaltbetrieb eines Halbleiterschalters; einem Hochspannungstransformator, der die Hochfrequenzleistung in Hochspannungsleistung umwandelt, die von einer Hochspannungswicklung einem Magnetron zugeführt wird, wohingegen der Heizdraht des Magnetron über eine Niederspannungsheizwicklung des Hochspannungstransformators beheizt wird; einem Ausgangsspannungsdetektor zum Erkennen der Ausgangsspannung der Hochspannungswicklung des Hochspannungstransformators; einem Stromdetektor zum Erkennen des Eingangsstroms der Wechselrichterschaltung; und einem Leistungssteuermittel mit einem Fehlerverstärker zum Ableiten eines Steuerwertes aus dem Ausgangsspannungsinformationssignal des Ausgangsspannungsdetektors und dem Strominformationssignal des Stromdetektors zum Steuern des Schaltbetriebes des Halbleiterschalters. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Steuern einer Magnetronversorgungseinrichtung mit einem Software-Verarbeitungsabschnitt.
  • Eine Magnetronversorgungseinrichtung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, ist vorgesehen, eine Gleichstromleistung 2 einer Stromversorgung 1 mit Hilfe einer Wechselrichterschaltung 4 mit einem Halbleiterschalter 3, beispielsweise einem Transistor, in Hochfrequenzleistung 5 umzuwandeln und weiter mit Hilfe eines Hochspannungstransformators 6 in Hochspannungsleistung zu umzuwandeln, die einem Magnetron 8 zugeführt wird.
  • Ein Verfahren, die zugeführte Leistung zu steuern, umfaßt die Schritte des Erkennens eines Eingangstroms aus einem Netz 9 mit Hilfe eines Eingangdetektorabschnittes 10; des Bildens der Differenz 12 zwischen seinem Wert und dem Referenzsignal 11 mit Hilfe einer Fehlerverstärkerschaltung 13, wobei eine Ansteuerschaltung 14 die Ansteuerimpulse 15 entsprechend der Differenzinformation 12 erzeugt, um den Halbleiterschalter 3 ein- und auszuschalten, so daß der Eingangsstrom auf einen gegebenen Wert gesteuert wird.
  • Da jedoch der größte Teil der dem Magnetron 8 zuzuführenden Leistung von einer Heizvorrichtung &sup8;H verbraucht wird, bevor das Magnetron 8 seine Oszillation beginnt, beträgt die Leistungszufuhr in diesem Zustand nur etwa ein Siebtel gegen über der Leistungszufuhr im stabilen Zustand, wenn sich das Magnetron 8 im oszillierenden Zustand befindet.
  • Wird der Eingangsstrom während des Zeitraumes, wo das Magnetron 8 noch nicht oszilliert, auf den gegebenen Wert gesteuert, wird der Heizvorrichtung &sup8;H übermäßig viel Leistung und zwischen Anode &sup8;A und Kathode &sup8;K wird zu hohe Spannung zugeführt, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Magnetrons 8 führt, weil es zu Entladungen, zur Abnutzung der Isolierung oder dergleichen kommt.
  • Das Referenzsignal 11 ist auf einen Wert eingestellt, der im stabilen Zustand kleiner ist als vor dem Oszillationsbeginn des Magnetrons 8, um auf einen niedrigen Eingangsstrom gesteuert zu werden, wie er für den Aufheizbetrieb der Heizvorrichtung geeignet ist. Es wird ein Zeitgeber 16 eingesetzt, um das Referenzsignal 11 nach dem Ablauf eines für den Beginn der Oszillation des Magnetrons 8 ausreichenden Zeitraumes auf den Wert für den stabilen Zustand zu schalten; der Eingangsstrom kann so auf einen Wert für den stabilen Zustand gesteuert werden.
  • Da die erforderliche Zeit für den Oszillationsbeginn des Magnetrons 8 bei einem Warmstart etwa zwei Sekunden beträgt und vier Sekunden bei einem Start aus kaltem Zustand, wird der Zeitgeber 16 aus Sicherheitsgründen auf fünf Sekunden eingestellt.
  • In einem solchen Fall erzeugt das Magnetron 8 fünf Sekunden lang keinen Schwingungsausgang; bei einem Start mit warmem Magnetron sind also drei Sekunden verloren. Bei kaltem Magnetron ist lediglich eine Sekunde verschwendet. Der Heizbetrieb eines solchen elektronischen Heizgerätes wird also verzögert.
  • Aus US-A-4 318 165 ist eine Magnetronversorgungseinrichtung bekannt mit einer Wechselrichterschaltung und einem Hochspannungstransformator zum Umwandeln von Hochfrequenzleistung in Hochspannungsleistung, die einem Magnetron zugeführt wird. Die Einrichtung enthält einen Ausgangsspannungsdetektor, einen Stromdetektor und Leistungssteuermittel zum Steuern des Schaltbetriebes eines Halbleiterschalters der Wechselrichterschaltung. Der Stromdetektor ist vorgesehen, um den Spitzenstrom im Transistor des Wechselrichters zu erfassen und auf einen sicheren Wert zu begrenzen. Bevor das Mag netron seine Oszillation beginnt, liefert eine Kathodenfadensteuerschaltung eine niedrigere Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung, um den Kathodenfaden des Magnetrons nicht zu überlasten und übermäßig hohe Spannungen zu vermeiden.
  • Eine ähnliche Magnetronversorgungseinrichtung, ohne eine solche Kathodenfadensteuerschaltung, ist in Figur 2 der Zeichnungen dargestellt; sie enthält einen Stromversorgungsabschnitt 21 für die Zufuhr von Gleichstrom 20; eine Wechselrichterschaltung 24, die mittels eines Halbleiterschalters 22 den Gleichstrom 20 in Hochfrequenzleistung 23 umwandelt; einen Hochspannungstransformator 27, der die Hochfrequenzleistung 23 in Hochspannungsleistung 26 umwandelt, wie sie f"r den Betrieb eines Magnetrons 25 erforderlich ist; einen Ausgangsspannungsdetektor 28, der die Ausgangsspannung VOUT des Hochspannungstransformators 27 mißt; einen Eingangsstromdetektor 29, der den Eingangsstrom IIN an der Wechselrichterschaltung 24 mißt; einen Leistungssteuerungsabschnitt 33 zum Steuern des Schaltbetriebes einer Wechselrichterschaltung 24 über das Ausgeben von Ansteuerimpulsen 32, die den Halbleiterschalter 22 auf der Basis der Ausgangsspannungsinformation 30 des Ausgangsspannungsdetektors 28 und der Eingangsstrominformation 31 des Eingangsstromdetektors 29 ein- und ausschalten.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetronversorgungseinrichtung vorzuschlagen, bei der die Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators und der Eingangsstrom des Wechselrichters in der Weise gesteuert werden können, daß exzessive Spannungen am Magnetron während eines Zeitraumes vermieden werden, bevor das Magnetron während der Anlaufphase seine Oszillation beginnt. Außerdem soll die Steuerung bewirken, daß keine feste Anlaufzeit erforderlich ist, das heißt, der Oszillationszustand des Magnetrons wird innerhalb der kürzesten Zeit erreicht, unabhängig davon, ob es sich um einen Warm- oder Kaltstart des Gerätes handelt.
  • Nach der Erfindung ist eine Magnetronversorgungseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungssteuermittel so ausgelegt ist, daß der Schaltbetrieb des Halbleiterschalters nur durch den größeren Steuerwert gesteuert wird, der aus dem Ausgangsspannungsinformationssignal oder dem Eingangsstrominformationssignal abgeleitet wird; daß ein Komparator vorgesehen ist zum Vergleichen des Ausgangsspannungsinformationssignals mit einem ersten Referenzsignal und zum Steuern eines Transistors in den leitenden Zustand, wenn das Ausgangsspannungsinformationssignal größer ist als das erste Referenzsignal; daß ein zweiter Fehlerverstärker vorgesehen ist zum Vergleichen des Eingangsstrominformationssignals mit einem zweiten Referenzsignal zum Erzeugen eines Ausgangssignals für die Steuerung des Schaltbetriebes des Halbleiterschalters; daß der Ausgang des Transistors mit dem zweiten Referenzsignal verbunden ist, um dieses in seinen leitenden Zustand kurzzuschließen, und daß ein weiterer Komparator vorgesehen ist zum Vergleichen des Ausgangsspannungsinformationssignals mit einem weiteren Referenzsignal, welcher weitere Komparator einen allmählichen Anstieg bewirkende Mittel aktiviert, wenn die Ausgangsspannungsinformation kleiner ist als das weitere Referenzsignal.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Weiterhin wird ein Verfahren zum Steuern einer Magnetronversorgungseinrichtung mit einer Software-Verarbeitung in Anspruch 5 definiert, für die ein Mikrocomputer eingesetzt wird.
  • Mit der oben beschriebenen Anordnung nach der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Magnetronversorgungseinrichtung geschaffen, die, ohne die Lebensdauer des Magnetrons zu verringern, den beschriebenen ungenutzten Zeitraum nicht zustande kommen läßt.
  • Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, die auf den beigefügten Zeichnungen basiert, verdeutlicht. Es zeigt:
  • Figur 1 ein Blockdiagramm einer konventionellen Magnetronversorgungseinrichtung;
  • Figur 2 ein Blockdiagramm einer weiteren konventionellen Magnetronversorgungseinrichtung;
  • Figur 3 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Leistungssteuerabschnittes;
  • Figur 4 eine Grafik einer Startcharakteristik einer Magnetronversorgungseinrichtung;
  • Figur 5 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer ein erstes Referenzsignal erzeugenden Schaltung;
  • Figur 6 ein Blockdiagramm einer ersten einen allmählichen Anstieg bewirkenden Schaltung;
  • Figur 7 ein Blockdiagramm eines Leistungssteuerabschnittes der weiteren Ausführungsform, der gegenüber Figur 4 teilweise verändert ist;
  • Figur 8 eine charakteristische Grafik davon;
  • Figur 9 ein Blockdiagramm eines Leistungssteuerabschnittes in einer zweiten Ausführungsform;
  • Figur 10 ein Blockdiagramm eines Leistungssteuerabschnittes in einer dritten Ausführungsform;
  • Figur 11 eine dazugehörige charakteristische Grafik einer Magnetronversorgungseinrichtung;
  • Figur 12 ein Blockschaltbild einer Magnetronversorgungseinrichtung, wenn die Leistungssteuerung durch einen Software-Verarbeitungsvorgang durchgeführt wird;
  • Figur 13 ein Konzeptdiagramm eines Programmflusses eines Software-Verarbeitungsabschnittes;
  • Figur 14 ein Flußdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Software-Verarbeitungsabschnittes;
  • Figur 15 ein Flußdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Software- Verarbeitungsabschnittes, und
  • Figur 16 ein Flußdiagramm einer dritten Ausführungsform eines Software- Verarbeitungsabschnittes.
  • Bevor mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, soll festgehalten werden, daß gleiche Teile in allen beigefügten Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
  • Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Leistungssteuerabschnittes 33. Eine Diodenschaltung 45 gibt die größere Information der Ausgangsspannungsinformation 30 und die Eingangsstrominformation 31 in eine erste Fehlerverstärkerschaltung 46.
  • Eine Fehlerverstärkerschaltung 46 gibt ein Differenzsignal 48 zwischen diesem Eingangssignal und dem Ausgangssignal an eine erste Referenzsignale erzeugende Schaltung 47 aus. Ein Komparator 49 gibt einen Ansteuerimpuls 32' aus, der den Halbleiterschalter 22 über das Differenzsignal 48 ein- und ausschaltet und bewirkt, daß eine Sägezahnwellen erzeugende Schaltung 50 eine Sägezahnwelle 51 erzeugt.
  • Die Konstante jedes Abschnittes wird so festgelegt, daß die Eingangsspannungsinformation 30 in der Ausgangsspannung : VOUT = 7 kVo-p mit dem Ausgangssignal der Referenzsignale erzeugenden Schaltung 47 übereinstimmt, und die Eingangsstrominformation 31 in dem Eingangsstrom : IIN = 12 A mit dem Ausgangssignal der Referenzsignal erzeugenden Schaltung 47 übereinstimmt.
  • Bevor das Magnetron 25 über einen oben beschriebenen Aufbau die Oszillation beginnt, wird der Zustand von Eingangsstrom IIN = 2 A gegenüber Ausgangsspannung VOUT = 7 kVo-p hergestellt. Die Ausgangsspannungsinformation 30 nimmt bei abnehmendem Ausgang der Fehlerverstärkerschaltung 46 zu, so daß die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32' und die Ausgangsspannung VOUT sich verringern. Umgekehrt nimmt die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32' zu, wenn sich die Ausgangsspannungsinformation 30 verringert, und erhöht damit die Ausgangsspannung VOUT in einer Richtung.
  • Bei oszillierendem Magnetron 25 wird außerdem der Zustand der Ausgangsspannung VAK = 4 kVo-p gegenüber dem Eingangsstrom IIN = 12 A hergestellt. Bei sich erhöhender Eingangsstrominformation 31 verringert sich das Ausgangssignal der Fehlerverstärkerschaltung 46, um die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32' zu verkürzen und einen Betrieb dahingehend zu bewirken, den Eingangsstrom IIN zu verringern. Wird dagegen der Eingangsstrom 31 reduziert, erhöht sich die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32', so daß ein Betrieb bewirkt wird, der den Eingangsstrom I1N erhöht.
  • Figur 4 zeigt eine Grafik der Anfangscharakteristika einer Magnetronversorgungseinrichtung in dem Steuerzustand, wie er beschrieben wurde, d.h. die Ausgangsspannung VOUT wird auf 7 kVo oder weniger geregelt und der Eingangsstrom IIN auf 12 A. Bei Oszillation des Magnetrons 25 wird sofort, ohne Zeitverlust, bis zum stabilen Zustand des Eingangsstromes IIN = 12 A gestartet.
  • In Figur 3 ist dargestellt, daß eine Zeitkonstantenschaltung 47a, wie sie in Figur 5 dargestellt ist, als Referenzsignale erzeugende Schaltung 47 verwendet wird, wobei die Ausgangsspannung VOUT allmählich bis auf 7 kV erhöht wird, wie dies durch die gepunktete Linie A in Figur 4 angedeutet wird.
  • Durch Einfügen einer einen allmählichen Anstieg bewirkenden Schaltung 52, wie sie in Figur 6 dargestellt ist, zwischen Fehlerverstärkerschaltung 46 und Komparator 49 in Figur 3 können die Ausgangsspannung VOUT und der Eingangsstrom IIN allmählich erhöht werden, wie es durch die gepunktete Linie A und die gepunktete Linie B der Figur 4 angedeutet ist.
  • Aus Figur 7 geht hervor, daß durch die Verwendung der einen allmählichen Anstieg bewirkenden Schaltung 52 und einer zusätzlichen, ein Referenzsignal von beispielsweise 6 kVo-p erzeugenden Schaltung 53 erstere betätigt wird, wenn die Ausgangsspannung VOUT 6 kVo-p oder weniger ist, so daß der Eingangsstrom IIN in der Ausgangsspannung VOUT < 6 kVo-p allmählich erhöht wird, wie dies in Figur 8 dargestellt wird.
  • Figur 9 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Leistungssteuerabschnittes.
  • Eine erste Fehlerverstärkerschaltung 55 gibt ein Differenzsignal 57 zwischen der Ausgangsspannungsinformation 30 und dem Referenzsignal einer Referenzsignale erzeugenden Schaltung 56 an eine Diodenschaltung 58.
  • In ähnlicher Weise gibt eine zweite Fehlerverstärkerschaltung 59 ein Differenzsignal 61 zwischen der Eingangsstrominformation 31 und dem Referenzsignal einer Referenzsignale erzeugenden Schaltung 60 an die Diodenschaltung 58. Die Diode 58 gibt das kleinere der beiden Differenzsignale 57, 61 an einen Komparator 62. Der Komparator 62 gibt einen Ansteuerimpuls 32" aus, der den Halbleiterschalter 22 mit dieser Eingabe und der Sägezahnwelle 64 einer Sägezahnwellen erzeugenden Schaltung 63 ein- und ausschaltet.
  • Die Konstante jedes Abschnittes wird so eingestellt, daß die Ausgangsspannungsinformation 30 in der Ausgangsspannung VOUT = 7 kVo-p mit dem Ausgangssignal der Referenzsignale erzeugenden Schaltung 56 übereinstimmt und die Eingangsstrominformation 31 in dem Eingangsstrom IIN = 12 A mit dem Ausgangssignal der Referenzsignale erzeugenden Schaltung 60 übereinstimmt.
  • Vor Beginn der Oszillation des Magnetrons 25 bei einem wie oben beschriebenen Aufbau ist der erforderliche Eingangsstrom IIN bei einer Ausgangsspannung von VOUT gleich 7 kVo-p etwa 2 A, wie aus Figur 4 oder 8 hervorgeht, so daß das Differenzsignal 61 aus der zweiten Fehlerverstärkerschaltung 59 größer wird als das Differenzsignal 57 aus der ersten Fehlerverstärkerschaltung 55.
  • In diesem Zeitraum ist der erforderliche Eingangsstrom IIN geringer, d.h. das Differenzsignal 57 von der ersten Fehlerverstärkerschaltung 55 wird von der Diodenschaltung 58 wahlweise ausgegeben. Bei zunehmender Ausgangsspannungsinformation 30 wird das Ausgangssignal der ersten Fehlerverstärkerschaltung 55 verringert, um die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32" zu verkürzen und eine Verringerung der Ausgangsspannung VOUT zu erreichen. Wird andererseits die Ausgangsspannungsinformation 30 reduziert, so wird die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32" verlängert, was zu einem Betrieb führt, der die Ausgangsspannung VOUT erhöht.
  • Bei oszillierendem Magnetron 25 wird, wenn der Eingangsstrom IIN etwa 4 A beträgt, wie in Figur 4 oder 8 dargestellt, das Differenzsignal 57 der ersten Fehlerverstärkerschaltung 55 größer als das Differenzsignal 61 aus der zweiten Fehlerverstärkerschaltung 59.
  • In diesem Zeitraum ist daher der erforderliche Eingangsstrom IIN klein, d.h. das Differenzsignal der zweiten Fehlerverstärkerschaltung 59 wird von der Diodenschaltung 58 wahlweise ausgegeben. Bei ansteigender Eingangsstrominformation 31 nimmt also das Ausgangssignal der zweiten Fehlerverstärkung 59 ab, um die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32" zu verringern und den Betrieb dahingehend zu richten, daß der Eingangsstrom IIN reduziert wird. Nimmt dagegen die Eingangsstrominformation 31 ab, wird eine Betriebsweise bewirkt, die den Eingangsstrom IIN über die Verlängerung der Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32" erhöht. Auch bei der zweiten Ausführungsform sind die Startcharakteristika die gleichen wie die in der Grafik für die erste Ausführungsform in Figur 4 gezeigten Eigenschaften.
  • Die Referenzsignale erzeugende Schaltung 56 ist so aufgebaut, daß sie die anhand der Figur 5 dargestellte Zeitkonstante aufweist. Die Steuerung kann also so durchgeführt werden, daß die Ausgangsspannung VOUT bis auf 7 kV allmählich erhöht wird, wie dies durch die gepunktete Linie A in der Figur 4 angedeutet ist. Die in der Figur 6 dargestellte, den allmählichen Anstieg bewirkende Schaltung 52 ist zwischen der Diodenschaltung 58 und dem Komparator 62 eingefügt. Damit kann die Steuerung so eingerichtet sein, daß ein allmählicher Anstieg der Ausgangsspannung VOUT und des Eingangsstromes IIN gewährleistet ist, wie er mit der gepunkteten Linie A der Figur 4 angedeutet ist. Die den allmählichen Anstieg bewirkende Schaltung 52 wird entsprechend der Ausgangsspannungsinformation 30 ein- und ausgeschaltet, wie dies in Figur 7 gezeigt ist, um den Eingangsstrom IIN langsam zu erhöhen.
  • Figur 10 ist ein Blockschaltbild der dritten Ausführungsform des Leistungssteuerabschnittes 33. In Figur 10 gibt eine Fehlerverstärkerschaltung 65 das Differenzsignal 68 an einen Komparator 69 zwischen dem Referenzsignal einer Referenzsignal erzeugenden Schaltung 67, das eine einen allmählichen Anstieg und allmählichen Abstieg bewirkende Schaltung 66 passiert, und der Eingangsstrominformation 31 ab. Der Komparator 69 gibt einen Ansteuerimpuls 32" aus, der den Halbleiterschalter 22 über das Differenzsignal 68 und eine Sägezahnwelle 71 einer Sägezahnwellen erzeugenden Schaltung 70 ein- und ausschaltet.
  • Die Konstante jedes Abschnittes ist so eingestellt, daß die Eingangsstrominformation 31 im Eingangsstrom IIN = 12 A mit dem Ausgangssignal der Referenzsignale erzeugenden Schaltung 67 konform ist.
  • Ein weiterer Komparator 72 vergleicht die Ausgangsspannungsinformation 30 mit dem Ausgangssignal der Referenzsignale erzeugenden Schaltung 73, die der Ausgangsspannungsinformation 30 in der Ausgangsspannung VOUT = 7 kVo-p entspricht, um einen Schalter 725 ausszuschalten, wenn die Ausgangsspannung VOUT kleiner ist als 7 kVo-p, um einen Kondensator 66c über einen Widerstand 66R1 bis zum Ausgangswert der Referenzsignale erzeugenden Schaltung 67 aufzuladen. Wird die Ausgangsspannung VOUT größer als 7 kVo-p, wird der Schalter 725 eingeschaltet, um den Kondensator 66c über einen Widerstand 66Rz durch eine für den Wechsel kurze Zeitkonstante zu entladen.
  • Steigt bei dem oben beschriebenen Aufbau die Ausgangsspannung VOUT vor dem Beginn der Oszillation des Magnetrons 25 auf über 7 kVo-p an, so verringert sich das normale Eingangssignal der Fehlerverstärkerschaltung 65, und die Ausgabe des Differenzsignals 68 von der Fehlerverstärkerschaltung 65 wird verringert, um die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32" zu verringern, damit der Eingangsstrom IIN und die Ausgangsspannung VOUT geringer werden.
  • Sinkt die Ausgangsspannung VOUT unter 7 kVo-p, erhöht sich die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32", so daß ein Betrieb bewirkt wird, der die Ausgangsspannung VOUT erhöht.
  • Befindet sich das Magnetron 25 in oszillierendem Zustand, beträgt die Ausgangsspannung VOUT etwa 4 kVo-p bei ausgeschaltetem Schalter 725.
  • Die Eingangsstrominformation 31 erhöht sich dementsprechend, das Ausgangssignal der vierten Fehlerverstärkerschaltung 65 verringert sich, um die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32" zu reduzieren und einen Betrieb einzuleiten, bei dem der Eingangsstrom IIN kleiner wird. Ist die Eingangsstrominformation 31 reduziert, wird die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32" verringert, um eine Betriebsweise herbeizuführen, die den Eingangsstrom IIN erhöht.
  • In Figur 11 gibt eine Grafik den oben beschriebenen charakteristischen Zustand einer Magnetronversorgungseinrichtung wieder.
  • Aus Figur 11 geht hervor, daß, bevor das Magnetron 25 seine Oszillation beginnt, die Ausgangsspannung VOUT bis auf 7 kVo-p ansteigt, danach geringfügig um 7 kVo-p herum schwankt, und der Eingangsstrom IIN erhöht sich auf 12 A und wird dann konstant gesteuert.
  • Figur 12 ist ein Blockschaltbild einer Leistungssteuerung einer Magnetronversorgungseinrichtung durch Software-Verarbeitung.
  • In Figur 12 gibt ein Software-Verarbeitungabschnitt 75 die Eingangsstrominformation 31 aus dem Eingangsstromdetektor 29 und die Ausgangsspannungsinformation 30 aus dem Ausgangsspannungsdetektor 28 ein, um die Einschaltzeit des Ansteuerimpulses 32 zu verändern; dieser Impuls schaltet den Halbleiterschalter 22 entsprechend dem Wert der beiden Informationen 31, 30 ein und aus, um damit die Leistungssteuerung der Magnetronversorgungseinrichtung zu bewirken.
  • Ein A/D-Wandler, der die Eingangsstrominformation 31 und die Ausgangsspannungsinformation 30 in digitale Signale umwandelt, die von der Software verarbeitet werden können, wird für den Software-Verarbeitungsabschnitt 75 eingesetzt, wobei der Umwandlungsprozeß hier nicht beschrieben wird.
  • Figur 13 zeigt ein Konzeptdiagramm für einen Programmablauf des Software- Verarbeitungsabschnittes 75. In der Darstellung der Figur 13 wird die Leistungsversorgung eingeschaltet, um die Anfangseinstellung 76 für die Innendaten oder dergleichen durchzuführen, danach den Eingabevorgang 77 für die Ausgangsspannungsinformation 30 und die Eingangsstrominformation 31 zu wiederholen, die Erzeugung der Daten für die Einschaltzeit zu bewirken, um die Einschaltzeit des Halbleiterschalters anhand dieser Information einzustellen, den Ausgabevorgang 79 für den abgeleiteten Impuls 32 zum Ein- und Ausschalten des Halbleiterschalters unter Verwendung der Daten für die Einschaltzeit zu bewirken.
  • Figur 14 zeigt ein Flußdiagramm für die erste Ausführungsform des Software- Verarbeitungsabschnittes 75. In dieser Figur wird die anfängliche Einstellung 80 des RAM (on data) durchgeführt, um die anfängliche Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 zu verkürzen, wenn die Leistungsquelle eingeschaltet wird. Danach wird der Start 81 des Zeitgebers (on) zum Einstellen der Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 entsprechend dem Wert des RAM (on data) 90 durchgeführt, so daß der Ausgang 82 des Ansteuerimpulses (on) bewirkt wird, der den Halbleiterschalter 22 einschaltet.
  • Ein RAM (Ausgangsspannungsinformation) zum Eingeben der Ausgangsspannungsinformation 30 der Ausgangsspannungsinformation 83 und ein RAM (Eingangsstrom information) zum Eingeben der Eingangsstrominformation 31 des Eingangsstroms 84 werden betätigt. Die beiden Informationen werden verglichen, ob RAM (Ausgangsspanungsinformation) > RAM (Eingangsstrominformation) 85. Der größere Wert wird mit dem gegebenen Wert (A) 88 im RAM (Ausgangsspannungsinformation) > gegebener Wert (A) 86 oder RAM (Eingangsstrominformation) > gegebener Wert (A) 87 verglichen. Ist der Informationswert größer als der gegebene Wert (A) 88, wird RAM (on data) 90 um RAM (on data) - gegebenem Wert (B) 89 verringert. Ist er kleiner als der gegebene Wert (A) 88, wird RAM (on data) 90 auf RAM (on data) + gegebenem Wert (C) 91 vergrößert. Werden dann die Zeitgebereinstellung 92 (ein) und die Ansteuerimpulsausgabe 93 (aus) durchgeführt, wird der Einschaltzustand des Halbleiterschalters 22 freigegeben.
  • Nach der Ausschaltzeit des Halbleiterschalters 22 wird er über Zeitgeber (off) Start 94 und Zeitgeber (off) Ende 95 zum Zeitgeber (on) Start 81 zurückgestellt.
  • Bei einer Verarbeitung wie sie oben beschrieben wurde ist die Ausgangsspannungsinformation 30 während einer Zeitspanne vor dem Oszillationsbeginn des Magnetrons 25 größer als die Eingangsstrominformation 31. Ist RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 größer als der gegebene Wert (A) 88, wird RAM (on data) 90 verringert, um die Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 zu verkürzen und damit die Ausgangsspannung VOUT zu reduzieren. Ist dagegen RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 kleiner als der gegebene Wert (A) 88, wird RAM (on data) 90 vergrößert, um die Ausgangsspannung VOUT zu erhöhen.
  • Nach dem Beginn der Oszillation des Magnetrons 25 wird die Eingangsstrominformation 31 größer als die Ausgangsspannungsinformation 30. RAM (Eingangsstrominformation) 87 wird mit dem gegebenen Wert (A) 88 verglichen, um RAM (on data) 90 entsprechend dem erzielten Ergebnis zu erhöhen oder zu verringern, damit ein Betrieb gewährleistet ist, der den Eingangsstrom IIN steuert.
  • Der große Informationswert aus Ausgangsspannungsinformation 30 und Eingangsstrominformation 31 wird so gesteuert, daß er mit dem gegebenen Wert (A) 88 übereinstimmt. Die Größe des Wertes des gegebenen Wertes (B) 98 und des gegebenen Wertes (C) 99 kann die Geschwindigkeit der Veränderung bei Vergrößerung und Verringerung der Ausgangsspannung VOUT, des Eingangsstroms IIN verändern.
  • In Figur 15 ist ein Flußdiagramm der zweiten Ausführungsform des Software- Verarbeitungsabschnittes 75 dargestellt. Wenn in dieser Figur die Leistungsquelle eingeschaltet ist, wird eine anfängliche Einstellung 100 von RAM (on data), RAM (on data V), RAM (on data I) durchgeführt, um die anfängliche Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 zu verkürzen. Danach bewirkt Zeitgeber (on) Start 81 die Einstellung der Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 entsprechend dem Wert vom RAM (on data) 90, damit der (on)-Ausgang 82 des Ansteuerimpulses (on) erfolgt, der den Halbleiterschalter 22 einschaltet.
  • RAM (Ausgangsspannungsinformation) zum Eingeben der Ausgangsspannungsinformation 30 E Ausgangsspannungsinformation 83 wird betätigt. Die Information wird im RAM (Ausgangsspannungsinformation) verglichen, ob > gegebener Wert (D) 101. Ist sie größer als der gegebene Wert (D) 102, wird RAM (on data V) 104 reduziert auf RAM (on data V) - gegebenem Wert (E) 103. Ist sie kleiner als der gegebene Wert (D) 102, wird RAM (on data V) 104 vergrößert zu RAM (on data V) + gegebenem Wert (F) 105.
  • Auf ähnliche Weise wird dann RAM (Eingangsstrominformation) E Eingangsstrominformation 84, RAM (Eingangsstrominformation) > gegebener Wert (G) 106, und RAM (on data I) + gegebenem Wert (H) 107 oder RAM (on data I) + gegebenem Wert (I) 108 durchgeführt.
  • Danach wird ein Vergleichsvorgang durchgeführt, ob RAM (on data V) > als der gegebene Wert (G) 106 und RAM (on data I) - gegebenem Wert (H) 107 oder RAM (on data I) + gegebenem Wert (I) 108 wird durchgeführt.
  • Danach wird Zeitgeber (on) Ende 92 und Ansteuerimpulsausgabe (out) 83 betätigt, um den Einschaltzustand des Halbleiterschalters 22 zu bewirken.
  • Die Ausschaltzeit des Halbleiterschalters 22 wird über Zeitgeber (off) Start 94 und Zeitgeber (off) Ende 95 gesteuert und kehrt danach zurück zu Zeitgeber (on) Start 81.
  • Bei einer solchen Betätigungsweise nähert sich RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 in dem Zeitraum vor Beginn der Oszillation des Magnetrons dem gegebenen Wert (D) 102 an. Außerdem ist RAM (Eingangsstrominformation) 97 « der gegebene Wert (G) 113, was zu RAM (on data V) 104 < RAM (on data I) 111 führt, wobei der Wert von RAM (on data) 90 mit dem Wert von RAM (on data V) 104 übereinstimmt.
  • Während dieses Zeitraumes wird also, wenn RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 größer ist als der gegebene Wert (D) 102, RAM (on data V) 104 verringert, um die Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 zu verkürzen und damit die Ausgangsspannung VOUT zu reduzieren. Ist dagegen diese Information kleiner, wird RAM (on data V) 104 vergrößert, um die Ausgangsspannung VOUT zu erhöhen, damit die Ausgangsspannungsinformation 30 so gesteuert wird, daß sie mit dem gegebenen Wert (D) 102 übereinstimmt.
  • Nach Beginn der Oszillation des Magnetrons 25 wird RAM (Eingangsstrominformation) 97 an den gegebenen Wert 113 angenähert, RAM (Ausgangsspannungsinformation 96 « gegebener Wert (D)) 102, was zu RAM (on data V) 104 &ge; -RAM (on data I) 111 führt, wobei RAM (on data) 90 mit RAM (on data I) 111 übereinstimmt.
  • Während dieses Zeitraumes wird also RAM (on data I) 111 verringert, wenn RAM (Eingangsstrom information) 97 größer ist als der gegebene Wert (G) 113, um die Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 zu verkürzen und den Eingangsstrom IIN zu verringern. Ist diese Information kleiner, wird dagegen RAM (on data I) 111 vergrößert, um den Eingangsstrom IIN zu erhöhen, damit die Eingangsstrom information 31 so gesteuert wird, daß sie mit dem gegebenen Wert (G) 113 übereinstimmt. Dadurch, daß bei dieser Verarbeitung der Wert von RAM (on data) 90 über die Auswahl des kleineren Wertes von RAM (on data V) 104 und RAM (on data I) 111 festgesetzt wird, wird der kleinere Wert für den erforderlichen Eingangsstrom IIN ausgewählt. Die Änderungsgeschwindigkeit für den Anstieg und die Abnahme der Ausgangsspannung VOUT kann durch die gegebenen Werte (E) und (F) 115 variiert werden, während die Änderungsgeschwindigkeit für Anstieg und Abnahme des Eingangsstroms IIN über die gegebenen Werte (H) 116 und (I) 117 beeinflußbar ist.
  • Figur 16 zeigt ein Flußdiagramm der dritten Ausführungsform eines Software- Verarbeitungsabschnittes 75. Ist in dieser Figur die Leistungsquelle eingeschaltet, wird die anfängliche Einstellung 118 von RAM (on data) und RAM (Stromreferenz) durchgeführt, um die erste Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 zu verkürzen. Danach wird Zeitgeber (on) Start 81 betätigt, was die Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 über RAM (on data) 90 zur Ausgabebetätigung 82 für den Ansteuerimpuls (on) einstellt; der Ansteuerimpuls (on) schaltet den Halbleiterschalter 22 ein. RAM (Ausgangsspannungsinformation) zur Eingabe der Ausgangsspannungsinformation 30 Ausgangsspannungsinformation 83 wird betätigt.
  • Diese Information wird verglichen, ob RAM (Ausgangsspannungsinformation) > gegebener Wert (J) 119, RAM (Stromreferenz) 122 wird verringert zu RAM (Stromreferenz) - gegebenem Wert (K) 121. Ist sie kleiner als der gegebene Wert (J) 120, wird RAM (Stromreferenz) 122 vergrößert zu RAM (Stromreferenz) + gegebenem Wert (L) 123. Der maximale Wert von RAM (Stromreferenz) 122 ist in diesem Fall auf den gegebenen Wert (M) Grenzwert 124 von RAM (Stromreferenz) 122 begrenzt.
  • Danach wird RAM (Eingangsstrominformation) zur Eingabe der Strominformation 31 E Eingangsstrominformation 84 betätigt.
  • Diese Information wird mit RAM (Eingangsstrominformation) > RAM (Stromreferenz) 126 verglichen. Ist sie größer als RAM (Stromreferenz) 122, wird RAM (on data) 90 zu RAM (on data) - gegebenem Wert (N) 127 verringert. Ist die Information dagegen kleiner, wird RAM (on data) 90 auf RAM (on data) + gegebenem Wert ( ) 128 vergrößert.
  • Danach werden Zeitgeber (on) Ende 92 und Ansteuerimpuls (off) Ausgabe 93 betätigt, um den Einschaltzustand des Halbleiterschalters 22 zu bewirken. Nachdem die Ausschaltzeit des Halbleiterschalters 22 durch Zeitgeber (off) Start 94 und Zeitgeber (off) Ende 95 gesteuert worden ist, wird er auf Zeitgeber (on) Start 81 zurückgestellt.
  • Bei einer Betätigungsweise, wie sie oben beschrieben wurde, nähert sich RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 dem gegebenen Wert (J) 120 vor dem Beginn der Oszillation des Magnetrons 25 an, wobei RAM (Stromreferenz) 122 nicht auf den gegebenen Wert (M) 125 begrenzt ist.
  • Ist RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 größer als der gegebene Wert (J) 120, so wird RAM (Stromreferenz) 122 verringert, was dazu führt, daß RAM (on data) 90 verringert wird, so daß RAM (Eingangsstrominformation) 97 dem reduzierten RAM (Stromreferenz) 122 folgen kann. Dementsprechend reduziert sich die Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 und verringert die Ausgangsspannung VOUT sowie den Eingangsstrom IIN. Ist dagegen RAM (Ausgangsspanunngsinformation) 96 kleiner als der gegebene Wert (J) 120, wird RAM (on data) 90 vergrößert und Ausgangsspannung VOUT und Eingangsstrom IIN werden erhöht.
  • RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 wird so gesteuert, daß sie mit dem gegebenen Wert (J) 120 während dieses Zeitraumes übereinstimmt.
  • Nachdem das Magnetron 25 zu oszillieren begonnen hat, ist RAM (Ausgangsspannungsinformation) 96 « gegebener Wert (J) 120, wobei RAM (Stromreferenz) 122 mit dem gegebenen Wert (M) 125 zur Übereinstimmung gebracht wird.
  • Ist also RAM (Eingangsstrominformation) 97 größer als der gegebene Wert (M) 125, wird RAM (on data) 90 verringert, um die Einschaltzeit des Halbleiterschalters 22 zu verkürzen und den Eingangsstrom IIN zu reduzieren. Ist dieser Wert dagegen kleiner, so wird RAM (on data) 90 vergrößert, um den Eingangsstrom IIN so zu erhöhen, daß RAM (Eingangsstrominformation) 97 zur Übereinstimmung mit dem gegebenen Wert (M) 125 gebracht wird.
  • Die Änderungsgeschwindigkeit für Anstieg und Abnahme der Ausgangsspannung VOUT kann über die gegebenen Werte (K) 129, (L) 130, (IV) 131 bzw. ( ) 132 variiert werden. Die Änderungsgeschwindigkeit für Anstieg und Abnahme des Eingangsstroms IIN wird über die gegebenen Werte (N) 131 bzw. ( ) 132 variiert.
  • Bei der Magnetronversorgungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird vor Beginn der Oszillation des Magnetrons eine optimale Spannung und Leistung gleichmäßig zugeführt; der Oszillationszustand des Magnetrons wird in kurzer Zeit ohne übermäßige Spannungszufuhr erreicht.
  • Ist der Oszillationszustand erreicht, wird automatisch, ohne Zeitverzögerung, auf den gesteuerten Betriebszustand geschaltet, und dieser Oszillationszustand wird stetig fortgeführt.

Claims (5)

1. Magnetronversorgungseinrichtung mit
einer Gleichstromversorgung (21);
einer Wechselrichterschaltung zum Umwandeln von Gleichstrom in Hochfrequenzleistung durch den Schaltbetrieb eines Halbleiterschalters (22);
einem Hochspannungstransformator (27), der die Hochfrequenzleistung in Hochspannungsleistung umwandelt, die von einer Hochspannungswicklung (26) einem Magnetron (25) zugeführt wird, wohingegen der Heizdraht des Magnetrons (25) über eine Niederspannungheizwicklung des Hochspannungstransformators (27) beheizt wird;
einem Ausgangsspannungsdetektor (28) zum Erkennen der Ausgangsspannung der Hochspannungswicklung (26) des Hochspannungstransformators (27);
einem Stromdetektor (29) zum Erkennen des Eingangsstroms der Wechselrichterschaltung; und
einem Leistungssteuermittel (33,75) mit einem Fehlerverstärker zum Ableiten eines Steuerwertes aus dem Ausgangsspannungsinformationssignal (30) des Ausgangsspannungsdetektor (28) und dem Strominformationssignal (31) des Stromdetektors (29) zum Steuern des Schaltbetriebes des Halbleiterschalters (22); dadurch gekennzeichnet,
daß das Leistungssteuermittel (33) so ausgelegt ist, daß der Schaltbetrieb des Halbleiterschalters (22) nur durch den größeren Steuerwert gesteuert wird, der aus dem Ausgangsspannungsinformationssignal (30) oder dem Eingangsstrominformationssignal (31) abgeleitet wird;
daß ein Komparator (72) vorgesehen ist zum Vergleichen des Ausgangsspannungsinformationssignals (30) mit einem ersten Referenzsignal (73) und zum Steuern eines Transistors (725) in den leitenden Zustand, wenn das Ausgangsspannungsinformationssignal (30) größer ist als das erste Referenzsignal (73);
daß ein zweiter Fehlerverstärker (65) vorgesehen ist zum Vergleichen des Eingangsstrominformationssignals (31) mit einem zweiten Referenzsignal (67) zum Erzeugen eines Ausgangsignals (68) für die Steuerung des Schaltbetriebes des Halbleiterschalters (22);
daß der Ausgang des Transistors (725) mit dem zweiten Referenzsignal (67) verbunden ist, um dieses in seinen leitenden Zustand kurzzuschließen, und daß ein weiterer Komparator (54) vorgesehen ist zum Vergleichen des Ausgangsspannungsinformationssignals (30) mit einem weiteren Referenzsignal (53), welcher weitere Komparator (54) einen allmählichen Anstieg bewirkende Mittel (52) aktiviert, wenn die Ausgangsspannungsinformation kleiner ist als das weitere Referenzsignal (53).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsspannungsdetektor (28) und der Eingangsstromdetektor (29) so ausgelegt sind, daß sie ein Ausgangsspannungsinformationssignal (30) und ein Eingangsstrominformationssignal (31) vergleichbarer Signalamplitude liefern,
daß diese beiden Informationssignale (30, 31) einem Selektor (45) zugeführt werden, der nur das größere der beiden lnformationssignale an einen gemeinsamen, ein Referenzsignal (47) empfangenden Fehlerverstärker (46) weiterleitet
3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Fehlerverstärker (55) zum Vergleichen des Ausgangsspannungsinformationssignals (30) mit einem ersten Referenzsignals (56) und Ausgeben eines ersten Steuerwertes (57);
einen zweiten Fehlerverstärker (59) zum Vergleichen des Stromeingangsinformationssignals (31) mit einem zweiten Referenzsignal (60) und Ausgeben eines zweiten Steuerwertes (61), und
einen Selektor (58), der mit beiden Fehlerverstärkern (55, 59) verbunden ist und nur den kleineren der beiden Steuerwerte (57, 61) zum Steuern des Schaltbetriebes des Halbleiterschalters (22) weiterleitet.
4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen allmählichen Anstieg bewirkende Mittel (47a; 52; 66C, 66R1), die den Anstieg von entweder Referenzsignal(en) (47, 67) oder Steuerwert(en) (52) so steuern, daß das den Schaltbetrieb des Halbleiterschalters (22) steuernde Steuersignal allmählich zunimmt.
5. Verfahren zum Steuern einer Magnetronversorgungseinrichtung mit einer Gleichstromversorgung, einer Wechselrichterschaltung zum Umwandeln von Gleichstrom in Hochfrequenzleistung mit Hilfe des Schaltbetriebes eines Halbleiterschalters; einem Hochspannungstransformator, der die Hochfrequenzleistung in Hochspannungsleistung zum Zuführen von einer Hochspannungswicklung an ein Magnetron umwandelt, wobei der Heizdraht des Magnetrons durch eine Niederspannungheizwicklung des Hochspannungstransformators beheizt wird;
mit einem Software-Verarbeitungsabschnitt (75) zum Erzeugen der Ansteuerimpulse für den Halbleiterschalter auf der Basis eines Ausgangsspannungsinformationssignals (30) und eines Eingangsstrominformationssignals (31);
welcher Software-Verarbeitungsabschnitt (75) einen Programmablauf aufweist, der die folgenden Schritte enthält
a) Anfangseinstellung von Innendaten, nachdem die Stromzufuhr in Tätigkeit gesetzt worden ist,
b) Wiederholen der Eingabe von Ausgangsspannungsinformation und Eingangsstrominformation,
c) Datenerzeugung zum Einstellen der Einschaltzeit des Halbleiterschalters auf der Basis der beiden eingegeben Informationssignale,
d) Ansteuerimpulsausgabe zum Einstellen der Impulsbreite des Ansteuerimpulses, der den Halbleiterschalter ein- und ausschaltet;
gekennzeichnet durch die Schritte
e5) Eingeben des Ausgangsspannungsinformationssignals (30),
f5) Vergleichen des Ausgangsspannungsinformationssignals (30) mit einem ersten Referenzwert (D) zur Verringerung eines Stromreferenzsignals, wenn es größer ist als der erste Referenzwert (D), und zur Vergrößerung des Stromreferenzsignals, wenn es kleiner ist als der erste Referenzwert (D), und
g5) Begrenzen des größten der verstärkten Referenzsignale auf einen zweiten Referenzwert (E),
h5) Eingeben des Eingangsstrominformationssignals (31),
i5) Vergleichen des Eingangsstrominformationssignals (31) mit dem Stromreferenzsignal zur Verringerung der Werte für die Einschaltzeiteinstellung, wenn sie größer sind als das Stromreferenzsignal, und zum Vergrößern der Werte, wenn sie kleiner sind als das Stromreferenzsignal.
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