DE60104981T2

DE60104981T2 - Magnetronsversorgungssteuermittel

Info

Publication number: DE60104981T2
Application number: DE60104981T
Authority: DE
Inventors: Kenji Yamatokooriyama-shi YASUI; Takeshi Toyonaka-shi KITAIZUMI; Hideki Akashi-shim OMORI; Kazuho Souraku-gun SAKAMOTO; Makoto Nara-shi MIHARA; Haruo Katano-shi SUENAGA; Hideaki Moriya; Emiko Nabari-shi ISHIZAKI; Hisashi Kitakatsuragi-gun MORIKAWA
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: EP1254590B8; EP1254590A2; US6624579B2; WO2002028149A3; CN1171505C; KR20020071870A; CN2562101Y; KR100766534B1; US20020171374A1; DE60104981D1; EP1254590B1; CN1394459A; WO2002028149A2

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Magnetron-Steuernetzteil mit einem Magnetron eines Mikrowellenherdes, etc. als Verbraucher.
Hintergrund der Erfindung
Magnetron-Steuernetzteile nach dem Stand der Technik werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 29 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils nach dem Stand der Technik. Das Magnetron-Steuernetzteil des Standes der Technik wandelt die Wechselspannung eines öffentlichen Stromnetzes 1 in Gleichspannung mittels eines Brückengleichrichters 2 um, eine Wechselrichterschaltung 5 erzeugt eine Hochfrequenzspannung in einer Primärwicklung eines Hochspannungstransformators 6 durch Ein- und Ausschalten von Halbleiterschaltelementen 3 und 4, und der Hochspannungstransformator 6 regt eine Hochfrequenzhochspannung in einer Sekundärwicklung an. Diese Hochfrequenzhochspannung wird zu einer Gleichspannung durch eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung 7 gleichgerichtet und die Gleichspannung einem Magnetron 8 zugeführt. Das Magnetron 8 wird mit der Gleichhochspannung betrieben und erzeugt Hochfrequenzwellen von 2,45 GHz.
30 ist eine Zeichnung, die die Betriebswellenform des Magnetron-Steuernetzteils des Standes der Technik darstellt. Eine Wechselspannung V1 des öffentlichen Stromnetzes 1 wird zu einer Gleichspannung durch den Brückengleichrichter gleichgerichtet. Ein Induktor 9 und ein Kondensator 10 bilden eine Glättungsschaltung; die Kapazität des Kondensators 10 ist derart ausgelegt, daß er eine Gleichspannung im Bezug auf die Wechselrichterschaltung 5 halten kann, die im Bereich von 20 kHz bis 50 kHz arbeitet, um die Wechselrichterschaltung 5 zu verkleinern, und nicht in der Lage ist, die Frequenz des öffentlichen Stromnetzes 1 (50 Hz oder 60 Hz) zu glätten. Somit weist die Spannung V10 des Kondensators 10 eine Wellenform auf, die erzeugt wird, indem einfach eine Vollwellengleichrichtung des öffentlichen Stromnetzes 1 durchgeführt wird, und zeigt eine pulsierende Wellenform, die zwischen beinahe 0 Volt und der Maximalspannung des öffentlichen Stromnetzes 1 schwankt. Da die Wechselrichterschaltung 5 auf der Basis der pulsierenden Spannung V10 des Kondensators 10 arbeitet, nimmt die Hüllwellenform der Hochfrequenzspannung, die in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 6 erzeugt wird, eine Wellenform an, wie es in V6 (Lp) gezeigt ist, wobei in der Zeitdauer, in der die Spannung V10 des Kondensators 10 gering ist, in ähnlicher Weise lediglich eine geringe Spannung erzeugt werden kann.
Andererseits weist die Betriebseigenschaft des Magnetrons 8 eine nichtlineare Spannungs-Strom-Charakteristik auf, so daß kein Anodenstrom fließt, solange keine vorbestimmte oder höhere Spannung zwischen einer Anode und einer Kathode anliegt, wie es in 31 dargestellt ist. In dem Zeitraum, in dem die Spannung, die in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 6 erzeugt wird, gering ist, ist die in der Sekundärwicklung angeregte Spannung ebenfalls gering, weshalb in der Wellenform einer Spannung V8, die am Magnetron 8 anliegt, eine Zeitperiode auftritt, in der die Spannung VAK (TH) nicht erreicht, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser Periode unterbricht der Magnetron 8 seine Oszillation, wodurch im Magnetron 8 des Verbrauchers keine Energie verbraucht wird, weshalb kein Strom I1 vom öffentlichen Stromnetz fließt. Demzufolge wird die Wellenform des Stroms I1 des öffentlichen Stromnetzes 1 zu einer Wellenform mit starker Verzerrung, die über Zeitperioden verfügt, in denen der Strom 0 erreicht, wie es in 30 dargestellt ist, wodurch sich der Leistungsfaktor des Magnetron-Steuernetzteils verringert und ein Oberschwingungsstrom im Eingangsstrom erzeugt wird.
Ein derartiges herkömmliches Magnetron-Steuernetzteil ist aus US-A-5 977 530 bekannt. Dieses Umschalt-Netzteil beinhaltet eine Oszillationsschaltung, die von einem ersten Umschaltelement versorgt wird, das zwischen einen Vollwellengleichrichter und die Oszillationsschaltung in Reihe geschaltet ist. Weiterhin ist eine Abfolge eines zweiten Kondensators und eines zweiten Halbleiterschalters parallel zur Oszillationsschaltung geschaltet. Ein zweiter Kondensator kann mit der Oszillationsschaltung verbunden werden, indem der zweite Schalter derart geöffnet wird, daß die Zeitkonstante der Oszillationsschaltung größer wird. Wenn der zweite Kondensator dem ersten Kondensator während der AUS-Zeit des ersten Halbleiterschalter hinzugefügt ist, kann die AUS-Zeit des ersten Halbleiterschalters derart verlängert werden, daß es möglich ist, dem Magnetron geringere Strompegel zuzuführen.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wurde ein Schaltungsaufbau vorgeschlagen, wie er in 32 dargestellt ist, bei dem eine Aktivfilterschaltung 13 vor einer Wechselrichterschaltung 5 angeordnet ist, um den Leistungsfaktor des Eingangsstroms zu verbessern und die Oberschwingung zu unterdrücken. Die Aktivfilterschaltung 13 bildet eine sogenannte Aufspann-Chopperschaltung und kann die Aufspannspannung auf der Basis der Einschaltdauer eines Halbleiterumschaltelementes 17 steuern.
Der Betrieb wird unter Bezugnahme auf 33 beschrieben. Die Spannung eines öffentlichen Stromnetzes 1 weist eine Wechselstrom-Wellenform auf, wie es in V1 dargestellt ist. Die Aktivfilterschaltung 13 steuert die zugeführte Spannung durch Vollwellengleichrichtung der Wechselspannung V1 mittels eines Brückengleichrichters 2 durch Ein-/Ausschalten des Halbleiter-Umschaltelementes 17, wodurch eine Aufspannspannung im Kondensator 15 erzeugt wird. Diese Aufspannspannung V15 ändert sich im Welligkeitsfaktor in Abhängigkeit der Kapazität des Kondensators 15, wobei jedoch verhindert werden kann, daß sie sich vollständig auf 0 wie V10 in der Konfiguration von 29 absenkt. Somit kann die Spannung V6 (Lp), die in der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators 6 erzeugt wird, mit mindestens einem vorbestimmten Wert erzeugt werden, sofern sich die Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 in der Nähe von 0 befindet. Infolge dessen wird es ermöglicht, die Spannung, die am Magnetron 8 anliegt, auf einer oszillierbaren Spannung oder einer größeren als dieser zu halten. Demzufolge kann einem Eingangsstrom I1 näherungsweise eine Sinuswellenform verliehen wer den, die keine Zeiträume aufweist, in denen der Strom 0 erreicht, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, wodurch es möglich ist, den Leistungsfaktor der Eingabe zu verbessern und einen Oberschwingungsstrom zu unterdrücken.
Bei einem derartigen Aufbau ist jedoch die Aktivfilterschaltung 13 der Wechselrichterschaltung 5 hinzugefügt, wobei der Stromumwandlungsvorgang zur Gleichrichtung, zur Verstärkung, zur Oberwellenerzeugung (Wechselrichterschaltung) und zur Hochspannungsgleichrichtung wird. Auf diese Weise weitet sich der Stromumwandlungsvorgang aus, wobei die Beeinträchtigung der Umwandlungsleistung und die Vergrößerung der Schaltung zu einem Problem führen.
JP-A-10-271846 beschreibt einen Aufbau, mit dem eine gemeinsame Nutzung von Bauteilen und Schaltungsfunktionen beabsichtigt ist. 34 ist ein Schaltbild, das den Schaltungsaufbau aus JP-A-10-271846 darstellt. Gemäß dem Schaltungsaufbau werden der Verstärkungsfunktionsbetrieb und der Wechselrichterfunktionsbetrieb gleichzeitig ausgeführt, um den Leistungsfaktor der Eingabe zu verbessern und den Schaltungsaufbau zu vereinfachen. 35 und 36 Zeichnungen, die den Schaltungsbetrieb erläutern. 35(a) bis (d) sind Zeichnungen, die die Stromführungswege darstellen, wenn die Halbleiter-Umschaltelemente Q1 und Q2 abgeschaltet sind, und 36 ist ein entsprechendes Betriebswellendiagramm. Der Schaltungsbetrieb wird unter Bezugnahme auf 35 und 36 beschrieben. Aus Gründen des besseren Verständnisses der folgenden Beschreibung, verläuft die Polarität eines öffentlichen Stromnetzes 1 in der in der Zeichnung dargestellten Richtung und ist das Halbleiterumschaltelement Q2 zu Beginn eingeschaltet. Ist das Halbleiterumschaltelement Q2 eingeschaltet, fließt ein Strom über einen Weg eines Kondensators C2 zum öffentlichen Stromnetz 1, zu einer induktiven Verbraucherschaltung 19, zum Halbleiter-Umschaltelement Q2, wie es in 35(a) gezeigt ist, wobei ein Strom IQ2 des Halbleiter-Umschaltelementes Q2 monoton zunimmt, wie es in 36(a) gezeigt ist. Wenn das Halbleiter-Umschaltelement Q2 in einer vorbestimmte Zeit abgeschaltet wird, vollzieht der Leitungsweg einen Übergang zum Zustand, der in 35(b) dargestellt ist, wobei ein Kondensator C1 aufgeladen wird, wenn ein Strom über einen Leitungsweg einer Diode D2 zum öffentlichen Stromnetz 1, zur induktiven Verbraucherschaltung 19, zu einer Diode D3 und zum Kondensator C1 fließt. Wenn die gesamte Energie, die in der induktiven Verbraucherschaltung 19 gespeichert ist, ausgegeben wird, fließt ein Strom über einen Leitungsweg des Kondensators C1 zum Halbleiter-Umschaltelement Q1, zur induktiven Verbraucherschaltung 19, zum öffentlichen Stromnetz 1 und zum Kondensator C2 in 35(c), wobei der Kondensator C1 als Stromquelle dient. Wenn das Halbleiter-Umschaltelement Q1 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt abgeschaltet wird, versucht die induktive Verbraucherschaltung 19, einen Strom in derselben Richtung fließen zu lassen, wodurch ein Strom auf einem Leitungsweg fließt, der in 35(d) gezeigt ist (öffentliches Stromnetz 1, zum Kondensator C2, zur Diode, zur induktiven Verbraucherschaltung 19), wobei der Kondensator C1 durch die Energie aufgeladen wird, die in der induktiven Verbraucherschaltung 19 gespeichert ist. Wenn die gesamte Energie, die in der induktiven Verbraucherschaltung 19 gespeichert ist, abgegeben wird, fließt wiederum ein Strom über den Leitungsweg in 35(a), und der Schaltungsbetrieb wird fortgeführt. Wenngleich es nicht in JP-A-10-271846 beschrieben ist, ist die Kapazitätsbeziehung, wie sie in der Gleichung 1 ausgedrückt ist, zwischen den Kondensatoren C1 und C2 erforderlich, um einen Betrieb zu ermöglichen.

(Gleichung 1) C1 » C2
Um diese Beziehung zu erfüllen, muß ein Kondensator, der eine große Kapazität abdeckt, wie etwa ein Elektrolytkondensator, als Kondensator C1 verwendet werden.
Es wird ein Betrieb ausgeführt, bei dem es dem Strom vom öffentlichen Stromnetz 1 gestattet sein kann, grob gesagt über sämtliche Bereiche der Stromversorgungsperiode zu fließen, um den Leistungsfaktor des Eingangsstroms zu verbessern, die Oberschwingungen zu unterdrücken, und den Schaltungsaufbau zu verbessern.
Der Induktor 9 und der Kondensator 10 bilden eine Glättschaltung; der Kondensator 10 verfügt über eine Kapazität, die so ausgelegt ist, daß er eine Gleichspannung im Bezug auf die Betriebsfrequenzen (20 kHz bis 50 kHz) unter den herrschenden Umständen halten kann, unter denen eine Verkleinerung der Wechsel richterschaltung 5 gefördert wird, wobei er die Frequenz des öffentlichen Stromnetzes 1 nicht glätten kann. Somit weist, wie in 30 gezeigt, die Spannung V10 des Kondensators 10 eine Wellenform auf, die einfach durch Vollwellengleichrichtung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, und verfügt über eine Pulsierwellenform, die zwischen beinahe 0 Volt und der Maximalspannung des öffentlichen Stromnetzes 1 schwankt. Da die Wechselrichterschaltung 5 auf der Basis der pulsierenden Spannung V10 des Kondensators 10 arbeitet, wird die Hüllwellenform der Hochfrequenzspannung, die in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 6 erzeugt wird, zu einer Wellenform, wie es in V6 (Lp) gezeigt ist, wobei in einem Zeitintervall, in dem die Spannung V10 des Kondensators 10 niedrig ist, in ähnlicher Weise lediglich eine geringe Spannung erzeugt werden kann. Das heißt, es tritt ein Zeitraum auf, in dem die Spannung einen Schwellenwert VAK (TH) nicht erreicht, der im Magnetron 8 oszilliert, das eine nichtlineare Charakteristik hat. Im selben Zeitraum stoppt das Magnetron 8 die Oszillation, und somit wird im Magnetron 8 des Verbrauchers keine Energie verbraucht, weshalb der Strom I1 des öffentlichen Stromnetzes 1 nicht fließt und zu einer Wellenform wird, die stark verzerrt ist und die Zeitintervalle aufweist, in denen der Strom 0 erreicht, was zu einer Absenkung des Leistungsfaktors und zur Erzeugung eines Oberwellenstroms im Eingangsstrom führt.
Daher wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, bei denen eine Aufspann-Chopperschaltung als Schaltungsaufbau verwendet wird, um die Spannung in der Nähe eines Tals der pulsierenden Wellenform des öffentlichen Stromnetzes zu ergänzen, die Bauteile und der Schaltungsaufbau hinsichtlich der Verringerung der Teile und der Miniaturisierung gemeinsam genutzt werden und der Verstärkerfunktionsbetrieb sowie der Wechselrichterfunktionsbetrieb gleichzeitig ausgeführt werden; JP-A-10-271846 ist dafür repräsentativ. 34 ist ein Schaltbild, das den Schaltungsaufbau aus JP-A-10-271846 darstellt. Die Verbraucherschaltung 19 ist in JP-A-10-271846 eine Komponente, die wenig Energie verbraucht, wie etwa eine elektrische Entladungslampe, und in einer Stromversorgungseinheit für die Handhabung großer Leistung, wie etwa ein Mikrowellenherd, erfordert ein Steuersignal zum Ein-/Ausschalten von Halbleiter-Umschaltelementen Q1 und Q2 zum Steuern des Verstärkerbetriebs und des Wechselrichterbetriebs keine Zeitperiode, eine sogenannte Todzeit, zum Laden und Entladen eines Kondensators für die Verstärkung. Weiterhin ist eine Einstellung der Heizleistung (Energieverbrauch), wie etwa stark, mittel und schwach, bei der Heizeinstellung, wie etwa bei einem Mikrowellenherd, nicht erforderlich, weshalb auf eine Überwachung des Steuersignals des Halbleiter-Umschaltelementes Q1, Q2 im 0-Spannungsteil und Maximalspannungsteil des öffentlichen Stromnetzes 1 oder zum Zeitpunkt des Polaritätswechsels des öffentlichen Stromnetzes 1 nicht besonders geachtet werden muß. Der oben beschriebene Aufbau des Standes der Technik beinhaltet jedoch die folgenden Probleme und kann eine hohe Schaltungseffizienz nur unzureichend erzeugen:
Im Betriebswellendiagramm von 36 ist der Strom, der durch die Diode D2 fließt, als Strom ID2 gekennzeichnet. Die Spannung, die an der Diode D2 anliegt, ändert sich zu VD2. Der Strom der Diode D2 wird im Idealfall zu dem Zeitpunkt 0, zu dem ein Übergang von der Zeitperiode in 36(b) zu jener in (c) erfolgt, wobei jedoch eine tatsächliche Diode einen Recovery-Strom zum Abschaltzeitpunkt erzeugt. Wenn der Recovery-Strom auftritt, wird ein Umschaltverlust in der Diode infolge der anliegenden Spannung erzeugt. Daher ist die Eigenschaft einer hohen Umschaltgeschwindigkeit Trr für die Diode D1, D2 erforderlich. Jedoch neigt die Durchlaßspannung VF als eine weitere Diodeneigenschaft einer Diode mit der Eigenschaft einer hohen Umschaltgeschwindigkeit Trr dazu, anzusteigen, wodurch sich der Einschaltverlust zum Aktivierungszeitpunkt der Diode vergrößert. Demzufolge erhöht sich der Gesamtverlust der Diode D1, D2, weshalb die gesamte Leistungsfähigkeit der Schaltung zu gering ist.
Der Aufbau, der beim Beispiel des Standes der Technik gezeigt ist, das in JP-A-10-271846 beschrieben ist, ist jedoch einer Beleuchtungseinheit zugedacht, wobei die Umwandlungsleistung der Beleuchtungseinheit maximal etwa 100 W bis 200 W beträgt. Somit fließt als Strom, der durch die Schaltung fließt, lediglich ein geringer Strom von einigen Ampere, und wenn die Diode so ausgebildet wird, daß die Durchlaßspannung VF hoch ist, um der Wichtigkeit der Umschaltgeschwindigkeit Rechnung zu tragen, ist es möglich, diesen Aufbau ohne übermäßige Erhöhung des Verlustes der Diode zu realisieren.
Andererseits verarbeitet das Magnetron-Steuernetzteil, das in einem Mikrowellenherd und dergleichen verwendet wird, eine große Leistung von etwa 1.000 W bis 1.500 W als Umwandlungsleistung, weshalb ein großer Strom von 40 A bis 50 A als Maximum durch die Schaltung fließt. Wenn eine Diode im Hinblick auf die Umschaltgeschwindigkeit ausgebildet ist, erhöht sich die Durchlaßspannung VF, wodurch sich der Verlust der Diode beim Leiten (Leitungsverlust) erhöht und der Effekt des Verringerns des Verlustes durch die Erhöhung der Umschaltgeschwindigkeit verringert wird. Da die Kühlfähigkeit eines Haushalts-Mikrowellenherdes von Natur aus durch die Größe und die Kosten des Mikrowellenherdes begrenzt sind, ist es erforderlich, die Diode zu vergrößern, oder ein großes Abstrahlgebläse zu verwenden, um Wärme unter einem begrenzten Kühlzustand abzustrahlen, um die Umschaltgeschwindigkeit zu erhöhen und einen Anstieg der Durchlaßspannung VF zu unterdrücken. Somit werden beim Magnetron-Steuernetzteil die Verbesserung der Umwandlungsleistungsfähigkeit und eine Verringerung des Verlustes, der in jedem Teil der Schaltung auftritt, zu unabkömmlichen Bedingungen. Somit beinhaltet die Verwendung des Aufbaus, der beim Beispiel des Standes dargestellt ist, für das Magnetron-Steuernetzteil extreme Schwierigkeiten hinsichtlich der Verringerung des Verlustes. Um diesen Aufbau beim Magnetron-Steuernetzteil zu verwenden, ist es erforderlich, eine Schaltung zu entwerfen, mit der ein Anstieg des Umschaltverlustes der Diode und jener des Einschaltverlustes unterdrückt werden kann. Wenn ein Elektrolytkondensator mit dem Magnetron-Steuernetzteil verwendet wird, ist wegen der Größe der Umwandlungsleistung ein Elektrolytkondensator mit einer hohen Kapazität und einer hohen dielektrischen Stärke erforderlich, um den pulsierenden Strom des Elektrolytkondensators zu unterdrücken. Dadurch vergrößert sich das Netzteil an sich, wodurch sich der Mikrowellenherd vergrößert, in dem das Magnetron-Steuernetzteil verwendet wird, wodurch die Wirkung des Verringerns der Größe und des Gewichtes des Magnetron-Steuernetzteils durch den Hochfrequenz-Umschaltbetrieb beeinträchtigt wird.
Beschreibung der Erfindung
Ein erstes Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein Magnetron-Steuernetzteil anzugeben, mit dem die Verzerrung des Eingangsstroms unterdrückt werden kann, mit dem das Auftreten von Oberwellen unterdrückt werden kann, der Leistungsfaktor des Eingangs angehoben wird, die Schaltung vereinfacht wird und die Leistungsfähigkeit der Schaltung verbessert wird, wenn eine große Leistung von 1 kW oder mehr konvertiert wird.
Der oben beschriebene Aufbau beinhaltet die folgenden Probleme: Wenn bei der Steuerung eines Gerätes, das tatsächlich eine große Leistung verarbeitet, wie etwa ein Mikrowellenherd, ein Schaltungsaufbau verwendet wird, bei dem die Ein-/Ausschaltzeitgabe eines Halbleiterelementes mit der Polarität der Stromversorgungsspannung geschaltet werden muß, wird es extrem wichtig, ein Steuersignal zum Polaritätswechselpunkt zu steuern, bei dem Polarität wechselt, denn wenn die Aufladung und die Entladung eines Aufladungskondensators nicht ordnungsgemäß auf der Basis des Abtastverhältnisses oder der Schaltzeitgabe erfolgen, zu der ein Halbleiter-Umschaltelement zum Steuern einer Aufspann-Aufladungsfunktion und einer Wechselrichtfunktion und ein weiteres Halbleiter-Umschaltelement, das lediglich die Wechselrichterfunktion steuert, zum Polaritätswechselpunkt umgeschaltet werden, tritt eine nadelähnliche Verzerrung in der Nähe des Polaritätswechselpunktes beim Eingangsstrom auf. Bislang verbrauchte bei einem derartigen Schaltungsaufbau eine Verbraucherschaltung, wie etwa eine elektrische Entladungslampe, eine geringe Leistung bei einem geringen Stromwert, wobei die Kapazität des Aufladungskondensators ebenfalls gering ist, weshalb eine Eingangsverzerrung nur in geringem Maße beobachtet werden konnte. Bei einer Verbraucherschaltung, die eine große Leistung verbraucht, wie etwa ein Mikrowellenherd, steht zu befürchten, daß die Eingangsstrom-Wellenform stark verzerrt wird, daß der Leistungsfaktor abgesenkt wird und der Oberwellenanteil zunimmt.
Weiterhin erfordert das Magnetron-Steuernetzteil, das eine Unterdrückung des Eingangsstromes ermöglicht, das Auftreten von Oberwellen unterdrückt und den Leistungsfaktor der Eingabe verbessert, zwei Schwungraddioden, die Halbleiter-Umschalter und zwei Gleichrichterdioden enthalten. Wenn die Gleichrichterdioden als kostengünstiger Aufbau in einer Baugruppe untergebracht sind, wird das Ele ment eines derartigen Aufbaus im allgemeinen weniger häufig verwendet, weshalb eine Kostenreduktion nicht erwartet werden kann. Dann ist es möglich, ein Verfahren zur Verwendung einer für allgemeine Zwecke verwendbare Brückengleichrichterdiode anzuwenden, wie es in 53 dargestellt ist; wenngleich das Verfahren kostengünstiger als das oben erwähnte Verfahren gestaltet werden kann, nimmt die Zahl der Bauteile zu und das Verfahren wird nicht als das beste erachtet.
Ein zweites Ziel der Erfindung besteht daher darin, ein kostengünstiges Magnetron-Steuernetzteil anzugeben, das einen einfachen Aufbau hat und über exzellente Kühleigenschaften verfügt.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird gemäß der Erfindung ein Magnetron-Steuernetzteil angegeben, bei dem ein Reihenschaltkörper mit einem ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelement, die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, und ein Reihenschaltkörper mit einer ersten und einer zweiten Diode parallelgeschaltet sind, ein erster und ein zweiter Kondensator mit der ersten und zweiten Diode parallelgeschaltet sind, eine Reihenschaltung eines öffentlichen Stromnetzes und ein Hochspannungstransformator zwischen den Verbindungspunkt der ersten und der zweiten Diode und den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, geschaltet sind und ein Hochspannungsausgang des Hochspannungstransformators dem Magnetron Energie durch eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung zuführt.
Somit werden das erste und das zweite Halbleiter-Umschaltelement komplementär ein- und ausgeschaltet, wodurch, sofern das öffentliche Stromnetz eine positive Spannungspolarität hat, die Spannung, die durch Verstärken der Spannung des öffentlichen Stromnetzes erzeugt wird, dem zweiten Kondensator zugeführt wird, und wenn das öffentliche Stromnetz eine entgegengesetzte Spannungspolarität hat, die Spannung, die durch Verstärken der Spannung des öffentlichen Stromnetzes erzeugt wird, dem ersten Kondensator zugeführt wird. Nachdem die Spannung, die der Primärwicklung des Hochspannungstransformators zugeführt wird, von der verstärkten Spannung abhängt, kann die Spannung, die für die Oszillation des Magnetrons erforderlich ist, immer an der Primärwicklung des Hochspannungstransformators selbst in einem Zeitraum anliegen, in dem die Spannung des öffentlichen Stromnetzes gering ist, wobei der Eingangsstrom in beinahe allen Bereichen des öffentlichen Stromnetzes fließen kann, so daß ein Eingangsstrom mit geringer Verzerrung erzeugt werden kann. Da das erste und zweite Halbleiter-Umschaltelement den Wechselrichterbetrieb ausführen können, der das Fließen eines Hochfrequenzstroms in die Primärwicklung des Hochspannungstransformators gestattet, und eine verstärkte Spannung gleichzeitig an den ersten und zweiten Kondensator anlegen, kann der Wechselrichter aus einer Minimalzahl von Bauteilen hergestellt und die Wechselrichterschaltung verkleinert werden. Während des Schaltungsbetriebs werden die erste und zweite Diode durch die Halbleiter-Umschaltelemente abgeschaltet und die Schaltungsbetriebsart umgeschaltet, womit die Dioden mit Augenmerk auf die Durchlaßspannung ohne Einschränkungen auf die Umschaltgeschwindigkeit ausgebildet, die Verluste der Dioden extrem verringert und die Effizienz der Wechselrichterschaltung stark gesteigert werden kann.
Beim beschriebenen Aufbau der Erfindung ist die Ein-Ausschaltdauer des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes jeweils auf 50% in der Nähe des Polaritätswechselpunktes eingestellt, an dem sich die Polarität ändert, wobei ein Halbleiter-Umschaltelement, das die Aufspann-Aufladungsfunktion und die Wechselrichterfunktion ausführt, und das andere Halbleiter-Umschaltelement, das lediglich die Wechselrichtfunktion ausführt, in der Nähe des Polaritätswechselpunktes umgeschaltet werden. In der Nähe des Polaritätswechselpunktes, an dem die Polarität wechselt, kann gemäß dieser Einrichtung das eine Halbleiter-Umschaltelement, das die Aufspann-Aufladungsfunktion und die Wechselrichtfunktion ausführt, bei Beendigung der Aufladung und Entladung des Aufladungskondensators umgeschaltet werden, so daß der Eingangsstrom, dessen Oberwellenkomponente abgeschnitten ist, mit einem stabilen hohen Leistungsfaktor zugeführt werden kann.
Um weiterhin die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Magnetron-Steuernetzteil angegeben, das enthält: einen Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiter- Umschaltelementes, eine erste und eine zweite Schwungraddiode, die umgekehrt parallel zum ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelement geschaltet sind, einen Reihenschaltkörper einer ersten und zweiten Gleichrichterdiode, die zum ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelement parallelgeschaltet sind, einen ersten und einen zweiten Kondensator, die zur ersten und zweiten Gleichrichterdiode parallelgeschaltet sind, wobei ein öffentliches Stromnetz und die Primärwicklung eines Hochspannungstransformators, die in Reihe geschaltet sind, zwischen den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes sowie den Verbindungspunkt der ersten und der zweiten Gleichrichterdiode geschaltet sind, sowie eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung und ein Magnetron, das mit dem Ausgang der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste und zweite Schwungraddiode und die erste und zweite Gleichrichterdiode in einer Baugruppe befinden.
Auf diese Weise können die Dioden verlustfrei verwendet werden, wodurch eine Unterbringung einer Diode im Halbleiter-Umschaltelement nicht erforderlich ist, so daß ein kostengünstiges Magnetron-Steuernetzteil erzeugt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2(a) bis (e) sind Stromverlaufsbilder in Betriebsarten des Magnetron-Steuernetzteils der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 ist ein Betriebswellendiagramm einer Wechselrichterschaltung der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist ein Betriebswellendiagramm des Magnetron-Steuernetzteils der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Magnetron-Steuernetzteils einer abgeänderten Ausführungsform der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
6 ist eine Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
7 ist ein Betriebswellendiagramm einer Wechselrichterschaltung der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8(a) bis (g) sind Stromverlaufsbilder in Betriebsarten des Magnetron-Steuernetzteils der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 ist ein Schaltbild der Parallelschaltung eines Kondensators zu einem Halbleiter-Umschaltelement in der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
10 ist ein Schaltbild der Verbindung von Kondensatoren mit Halbleiter-Umschaltelementen in der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
11 ist ein Schaltbild der Parallelschaltung eines Kondensators zu einem Hochspannungstransformator in der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
12 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
13(a) und 13(b) sind Steuersignal-Wellenformendiagramme von Halbleiter-Umschaltelementen in einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
14 ist ein Charakteristikdiagramm der Einschalt-Signalbreite Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes und der Umwandlungsleistung P in der dritten Ausführungsform der Erfindung;
15(a) und 15(b) sind Stromwellenformzeichnungen eines öffentlichen Stromnetzes der dritten Ausführungsform der Erfindung;
16 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
17(a) und 17(b) sind Ausgabewellenformzeichnungen der Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung der vierten Ausführungsform der Erfindung;
18(a) und 18(b) sind Steuersignal-Wellenformdarstellungen von Halbleiter-Umschaltelementen in der vierten Ausführungsform der Erfindung; 19 ist ein Schaltbild, das ein weiteres Aufbaubeispiel der Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
20 ist ein Ausgabewellendiagramm der Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung der vierten Ausführungsform der Erfindung;
21 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
22 ist ein Wellenformdiagramm der Spannung des öffentlichen Stromnetzes und Einschaltdauern von Halbleiter-Umschaltelementen der fünften Ausführungsform, wenn die Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente unverzüglich ersetzt werden;
23 ist ein Steuersignal-Wellenformdiagramm der Halbleiter-Umschaltelemente der fünften Ausführungsform, wenn die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes wechselt;
24(a) und 24(b) sind Stromwellenformdiagramme des öffentlichen Stromnetzes in der fünften Ausführungsform der Erfindung;
25 ist ein Wellenformdiagramm der Spannung des öffentlichen Stromnetzes und der Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente der fünften Ausführungsform der Erfindung;
26 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
27 ist ein Wellenformdiagramm der Spannung eines öffentlichen Stromnetzes und der Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente der sechsten Ausführungsform der Erfindung;
28(a) und 28(b) sind Betriebswellendiagramme der Halbleiter-Umschaltelemente der sechsten Ausführungsform der Erfindung; 28(a) ist ein Betriebswellenformdiagramm zur Maximalspannungszeit, wenn die Einschaltzeiten in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes wie bei der Ausführungsform geändert werden, und 28(b) ist ein Betriebswellendiagramm zur Maximalspannungszeit, wenn die Einschaltzeiten in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes nicht geändert werden;
29 ist ein Schaltbild, das ein Magnetron-Steuernetzteil des Standes der Technik zeigt;
30 ist ein Betriebswellendiagramm des Magnetron-Steuernetzteils des Standes der Technik aus 29;
31 ist eine Zeichnung, die die Betriebseigenschaft eines Magnetrons darstellt;
32 ist ein Schaltbild, das ein Magnetron-Steuernetzteil des Standes der Technik zeigt, bei dem eine Aktivfilterschaltung hinzugefügt ist;
33 ist ein Betriebswellendiagramm des Magnetron-Steuernetzteils aus 32;
34 ist ein Schaltbild einer Stromversorgungseinheit, die in JP-A-10-271846 beschrieben ist;
35A bis 35D sind Schaltbilder, die die Stromverlaufswege in Betriebsarten der Stromversorgungseinheit aus 34 zeigen;
36 ist ein Betriebswellendiagramm der Stromversorgungseinheit aus 34;
37 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem öffentlichen Stromnetz und der Einschaltzeit eines Halbleiter-Umschaltelementes in einem Magnetron-Steuernetzteil in einer siebten Ausführungsform darstellt;
38 ist ein Steuersignal-Wellenformdiagramm des Halbleiter-Umschaltelementes in der Nähe eines Polaritätswechselpunktes im Magnetron-Steuernetzteil der siebten Ausführungsform der Erfindung;
39 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer achten Ausführungsform der Erfindung;
40 ist ein Ausgabewellenformdiagramm der Stromversorgungs-Polaritätserfassungseinrichtung im Magnetron-Steuernetzteil der achten Ausführungsform der Erfindung;
41 ist ein Steuersignal-Wellenformdiagramm eines Halbleiter-Umschaltelementes in der Nähe eines Polaritätswechselpunktes im Magnetron-Steuernetzteil der achten Ausführungsform der Erfindung;
42 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
43 ist eine Darstellung, die die Verbindung von Halbleitern des Magnetron-Steuernetzteils der neunten Ausführungsform zeigt;
44 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
45 ist eine Darstellung, die die Verbindung von Halbleitern des Magnetron-Steuernetzteils der zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
46 ist ein Strom- und Spannungswellenformdiagramm, um ein Hochgeschwindigkeitserzeugnis als Schwungraddiode in einem Magnetron-Steuernetzteil einer elften Ausführungsform der Erfindung zu verwenden;
47 ist ein Strom- und Spannungswellenformdiagramm, um ein Erzeugnis, das mit geringer Geschwindigkeit arbeitet, als Schwungraddiode im Magnetron-Steuernetzteil der elften Ausführungsform der Erfindung zu verwenden;
48 ist ein Strom- und Spannungswellenformdiagramm, um eine Gleichrichterdiode im Magnetron-Steuernetzteil der elften Ausführungsform der Erfindung zu verwenden;
49 ist ein Strom- und Spannungswellenformdiagramm der Gleichrichterdiode, betrachtet im Bezug auf die öffentlichen Frequenzen im Magnetron-Steuernetzteil der elften Ausführungsform der Erfindung;
50 ist ein Charakteristikdiagramm von Dioden des Magnetron-Steuernetzteils der elften Ausführungsform der Erfindung;
51 ist eine Darstellung, die die Verbindung von Halbleitern eines Magnetron-Steuernetzteils einer zwölften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
52 ist ein Diagramm, das die Verbindung von Halbleitern eines Magnetron-Steuernetzteils einer 13. Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
53 ist ein Schaltbild eines weiteren Magnetron-Steuernetzteils des Standes der Technik.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Bei einem Magnetron-Steuernetzteil der Erfindung gemäß Anspruch 1 bis 3 sind ein Reihenschaltkörper eines ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, und ein Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Diode parallelgeschaltet, sind ein erster und zweiter Kondensator mit der ersten und zweiten Diode parallelgeschaltet, ist eine Reihenschaltung eines öffentlichen Stromnetzes und der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators zwischen den Verbindungspunkt des ersten und zweiten Halbleiterschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand gebracht werden können, und den Verbindungspunkt der ersten und zweiten Diode geschaltet, wobei der Ausgang der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators ein Magnetron durch eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung mit Energie versorgt, so daß die Spannung, die eine Oszillation des Magnetrons ermöglicht, an die Primärwicklung des Hochspannungs transformators selbst in einem Zeitraum angelegt werden kann, in dem die Spannung des öffentlichen Stromnetzes niedrig ist, und ein Eingangsstrom immer fließen kann, wodurch ein Eingangsstrom mit geringer Verzerrung erzeugt werden kann, mit dem es möglich wird, den Leistungsfaktor des Magnetron-Steuernetzteils zu verbessern. Die beiden Halbleiter-Umschaltelemente werden komplementär ein- und ausgeschaltet, wodurch der Wechselrichterbetrieb für den Fluß eines Hochfrequenzstroms in die Primärwicklung des Hochspannungstransformators und der Betrieb der Erzeugung einer verstärkten Spannung im ersten und zweiten Kondensator gleichzeitig ausgeführt werden können, so daß die Zahl der Schaltungskomponenten minimiert und die Zahl der Stromumwandlungsschritte verringert und somit die Effizienz der Stromumwandlung verbessert werden kann. Da die erste und die zweite Diode durch die Halbleiter-Umschaltelemente ausgeschaltet werden, ist es möglich, Diodeneigenschaften auf die Durchlaßspannung auszulegen, wodurch die Schaltungseffizienz der Wechselrichterschaltung verbessert werden kann.
Bei der Erfindung nach Anspruch 4, insbesondere beim Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 1 oder 2 ist ein dritter Kondensator mit wenigstens einem Punkt des ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelementes sowie der Primärwicklung des Hochspannungstransformators parallelgeschaltet. Wenn sowohl das erste als auch das zweite Halbleiter-Umschaltelement ausgeschaltet wird, steigt somit die Spannung, die am Halbleiter-Umschaltelement anliegt, mit einem vorbestimmten Gradienten sanft an oder fällt ab, so daß die Umschaltverluste der Halbleiter-Umschaltelemente verringert werden können und die Effizienz der Stromumwandlung der Wechselrichterschaltung verbessert werden kann.
Bei der Erfindung nach Anspruch 5 sind bei einem Magnetron-Steuernetzteil, bei dem ein Reihenschaltkörper eines ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, und ein Reihenschaltkörper einer ersten und zweiten Diode parallelgeschaltet, ein erster und ein zweiter Kondensator mit der ersten und zweiten Diode parallelgeschaltet, eine Reihenschaltung eines öffentlichen Stromnetzes und der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators zwischen einen Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand gebracht werden können, und den Verbindungspunkt der ersten und der zweiten Diode geschaltet, versorgt der Ausgang der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators ein Magnetron durch eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung und steuert eine Steuerschaltung, die für die Steuerung des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes vorgesehen ist, das erste und das zweite Halbleiter-Umschaltelement komplementär und tauscht die Steuersignale abhängig davon, ob das öffentliche Stromnetz eine positive oder negative Polarität hat, so daß die Spannung, die bewirkt, daß das Magnetron oszilliert, an die Primärwicklung des Hochspannungstransformators selbst in einem Zeitraum angelegt werden kann, in dem die Spannung des öffentlichen Stromnetzes gering ist, und ein Eingangsstrom immer fließen kann und somit ein Eingangsstrom mit geringer Verzerrung erzeugt werden kann, wodurch es möglich wird, den Leistungsfaktor des Magnetron-Steuernetzteils zu verbessern. Die beiden Halbleiter-Umschaltelemente werden komplementär ein- und ausgeschaltet, wodurch der Wechselrichterbetrieb für den Fluß eines Hochfrequenzstromes in die Primärwicklung des Hochspannungstransformators und der Betrieb der Erzeugung einer verstärkten Spannung im ersten und zweiten Kondensator gleichzeitig ausgeführt werden können, so daß die Zahl der Schaltungselemente minimiert und die Zahl der Stromumwandlungsschritte verringert und somit die Effizienz bei der Stromumwandlung verbessert werden kann. Da die erste und die zweite Diode durch die Halbleiter-Umschaltelemente ausgeschaltet werden, ist es möglich, die Diodeneigenschaften auf die Durchgangsspannung auszulegen, wodurch die Schaltungseffizienz der Wechselrichterschaltung verbessert werden kann. Wenngleich die Beziehung zwischen der Einschalt-Signalbreite des Halbleiter-Umschaltelementes und der Umschaltleistung der Wechselrichterschaltung eine unterschiedliche Eigenschaft in Abhängigkeit der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes aufweist, kann zu jeder Zeit ein Eingangsstrom erzeugt werden, der im Bezug auf die Polarität symmetrisch ist. Wenn die Einschalt-Zeitdauer des Halbleiter-Umschaltelementes gesteuert wird, um die Umwandlungsleistung der Wechselrichterschaltung anzuheben oder abzusenken, kann eine Eingangsleistung beibehalten werden, die im wesentlichen einer Sinuswelle gleicht.
Bei der Erfindung nach Anspruch 6 bis 8 enthält das Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 5 eine Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung, die die Polarität des öffentlichen Stromnetzes ermittelt, wobei die Steuerschaltung die Steuersignale des ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelementes auf der Basis der Ermittlungsinformationen der Stromversorgungs-Ermittlungseinrichtung tauscht. Somit ermittelt die Stromversorgungs-Ermittlungseinrichtung die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes, wobei die Signale der Halbleiter-Umschaltelemente derart getauscht werden, daß ein Eingangsstrom erzeugt werden kann, der bei positiver und negativer Polarität gleich ist, der Leistungsfaktor des Magnetron-Steuernetzteils verbessert werden kann und die Oberwellen unterdrückt werden können.
Bei der Erfindung nach Anspruch 9 wird beim Magnetron-Steuernetzteil gemäß Anspruch 5 bis 8 das Steuersignal mit einer vorbestimmten Wechselrate in der Nähe des Nulldurchgangspunktes der öffentlichen Stromquelle gewechselt, wodurch die Wechselhäufigkeit der Einschaltzeit des Halbleiter-Umschaltelementes in der Nähe des Nulldurchgangspunktes des öffentlichen Stromnetzes abnimmt. Wenn der Betrieb in einem Zustand ausgeführt wird, in dem sich die Einschaltdauer des Halbleiter-Umschaltelementes von etwa 50% verschiebt, kann somit das Auftreten eines nadelähnlichen Stroms im Eingangsstrom unterdrückt und ein Magnetron-Steuernetzteil mit einem hohen Leistungsfaktor erzeugt werden.
Bei der Erfindung nach Anspruch 10 wird beim Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 5 bis 9 die Leitdauer des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes derart geändert, daß sie in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes in dem Zeitraum verkürzt wird, in dem die Spannung des öffentlichen Stromnetzes in positiver Richtung hoch ist, und im Gegensatz dazu wird die Leitzeit des ersten Halbleiter-Umschaltelementes derart geändert, daß sie in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes in dem Zeitraum, in dem die Spannung des öffentlichen Stromnetzes in negativer Richtung hoch ist, verkürzt wird, wodurch der Maximalwert des Stroms, der durch das Halbleiter-Umschaltelement und die Wechselrichterschaltung fließt, unterdrückt werden kann, wenn die positiven und negativen Spannungen des öffentlichen Stromnetzes das Maximum erreicht haben, so daß die effektiven Werte des Stroms des Halbleiter-Umschaltelementes und des Stroms des Hochspannungstransformators unterdrückt und der Verlust der Wechselrichterschaltung verringert werden kann.
Bei der Erfindung nach Anspruch 11 sind bei einer Hochfrequenz-Wärmestromversorgungseinheit ein Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand gebracht werden können, und ein Reihenschaltkörper einer ersten und zweiten Diode parallelgeschaltet, ein erster und ein zweiter Kondensator mit der ersten und zweiten Diode parallelgeschaltet, eine Reihenschaltung eines öffentlichen Stromnetzes und der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators zwischen den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand gebracht werden können, und den Verbindungspunkt der ersten und zweiten Diode geschaltet, steuert der Ausgang der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators ein Magnetron durch eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung an und wird die Ein-/Ausschaltdauer des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand gebracht werden können, auf 50% in der Nähe des Polaritätswechselpunktes eingestellt, bei dem die Polarität des öffentlichen Stromnetzes wechselt.
Bei der Erfindung sind nach Anspruch 12 bei einer Hochfrequenz-Wärmestromversorgungseinheit ein Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, und ein Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Diode parallelgeschaltet, ein erster und ein zweiter Kondensator mit der ersten und der zweiten Diode parallelgeschaltet, eine Reihenschaltung eines öffentlichen Stromnetzes und der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators zwischen den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand gebracht werden können, und den Verbindungspunkt der ersten und zweiten Diode geschaltet, steuert der Ausgang der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators ein Magnetron durch eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung an und wird durch Steuerung der Nähe des Polaritätswechselpunktes des öffentlichen Strom netzes durch die Polaritätsermittlungseinrichtung der Polaritätswechselpunkt erfaßt, wodurch die Rollen des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, eine Rolle sowohl einer Aufspann-Aufladungsfunktion als auch einer Wechselrichterfunktion und eine Rolle lediglich der Wechselrichtfunktion komplementär gleichzeitig zu spielen, getauscht werden.
Gemäß den Konfigurationen der Ansprüche 11 und 12 ist es möglich, die Eingangsstrom-Wellenformverzerrung, die die Form einer Nadel hat, am Polaritätswechselpunkt, an dem die Polarität des öffentlichen Stromnetzes wechselt, selbst bei einer Verbraucherschaltung, die viel Energie verbraucht, wie etwa einem Mikrowellenherd zu unterdrücken, und ebenfalls eine Absenkung des Leistungsfaktors und einen Anstieg der Oberschwingung zu unterdrücken.
Bei der Erfindung nach Anspruch 13 enthält ein Magnetron-Steuernetzteil einen Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiter-Umschaltelementes, eine erste und eine zweite Schwungraddiode, die umgekehrt parallel zum ersten und zum zweiten Halbleiter-Umschaltelement geschaltet sind, einen Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Gleichrichterdiode, die mit dem ersten und zweiten Halbleiter-Umschaltelement parallelgeschaltet sind, einen ersten und einen zweiten Kondensator, die mit der ersten und der zweiten Gleichrichterdiode parallelgeschaltet sind, ein öffentliches Stromnetz und die Primärwicklung eines Hochspannungstransformators, die miteinander in Reihe geschaltet sind und zwischen den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschaltelementes und den Verbindungspunkt der ersten und zweiten Gleichrichterdiode geschaltet sind, und eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung sowie ein Magnetron, das mit dem Ausgang der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schwungraddiode sowie die erste und die zweite Gleichrichterdiode in einer Baugruppe untergebracht sind.
Somit können die Dioden verlustfrei verwendet werden, und darüber hinaus besteht keine Notwendigkeit, daß eine Diode in einem Halbleiterschalter enthalten sein muß, so daß ein kostengünstiges Magnetron-Steuernetzteil hergestellt werden kann.
Bei der Erfindung nach Anspruch 14 sind insbesondere beim Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 13 der erste und der zweite Halbleiterschalter in einer Baugruppe untergebracht.
Demzufolge kann die Anzahl der Bauteile weiter verringert werden und das Magnetron-Steuernetzteil zu einem einfachen Aufbau verkleinert werden.
Bei der Erfindung nach Anspruch 15 werden insbesondere beim Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 13 oder 14 Dioden mit einer geringen Spannung als erste und als zweite Gleichrichterdioden und Hochgeschwindigkeitsdioden als erste und als zweite Schwungraddioden verwendet.
Demzufolge kann der Verlust jeder Diode minimiert und ein Lüftungsgebläse verkleinert werden und ein kostengünstiges Magnetron-Steuernetzteil mit exzellenten Kühleigenschaften erzeugt werden.
Bei der Erfindung nach Anspruch 16 sind insbesondere beim Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 13 bis 15 der erste und der zweite Halbleiter-Umschalter, die erste und die zweite Schwungraddiode sowie die erste und die zweite Gleichrichterdiode in einer Baugruppe untergebracht.
Demzufolge sind sämtliche Halbleiterelemente des Primärkreises des Wechselrichters in einer Baugruppe untergebracht, wodurch ein kleineres Magnetron-Steuernetzteil erzeugt werden kann.
Bei der Erfindung nach Anspruch 17 enthält insbesondere das Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 16 eine Steuerschaltung zum Ansteuern des ersten und des zweiten Halbleiter-Umschalters.
Demzufolge ist eine Steuerung im Halbleitermodul eingebaut, wodurch ein kleineres Magnetron-Steuernetzteil erzeugt werden kann.
Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Ausführungsform 1
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. 1 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiter-Umschaltelementes 20 und 21 und ein Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Diode 22 und 23 sind parallelgeschaltet, ein erster und ein zweiter Kondensator 24 und 25 sind mit der ersten und der zweiten Diode 22 und 23 parallelgeschaltet und eine Reihenschaltung eines öffentlichen Stromnetzes 1 und eines Hochspannungstransformators 26 ist zwischen den Verbindungspunkt des Halbleiter-Umschaltelementes 20 und 21 und den Verbindungspunkt der Dioden 22 und 23 geschaltet. Der Sekundärwicklungsausgang des Hochspannungstransformators 26 ist mit einer Hochspannungs-Gleichrichterschaltung 7 verbunden, um einem Magnetron 8 eine Gleichhochspannung zuzuführen. Das Magnetron 8 wird durch Gleichhochspannung aktiviert und erzeugt eine Hochfrequenzwelle von 2,45 GHz. In der Ausführungsform sind das erste und das zweite Halbleiter-Umschaltelement als IGBT (isolierter bipolarer Gate-Transistor) dargestellt, der in Vorwärtsrichtung leitet, und ist eine Diode umgekehrt mit dem IGBT parallelgeschaltet, wobei es sich jedoch erübrigt zu sagen, daß ein Element mit einer darin ausgebildeten Diode, wie etwa ein MOSFET, ebenfalls verwendet werden kann.
2(a) bis 2(e) sind Darstellungen, die Verlaufswege zeigen, über die Ströme in Zeitperioden einer Wechselrichterschaltung fließen, und 3 ist ein dementsprechendes Betriebswellendiagramm. Die folgende Beschreibung beginnt in dem Zustand, in dem das Halbleiter-Umschaltelement 21 eingeschaltet ist, wobei sich die Polarität des öffentlichen Stromnetzes 1 in einem Zustand befindet, wie er in der Zeichnung dargestellt ist. In diesem Zustand fließt ein Strom entlang eines Weges des öffentlichen Stromnetzes 1 zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, zum Halbleiter-Umschaltelement 21, zur Diode 23, wie es in 2(a) gezeigt ist, und der Strom in der Zeitperiode 3 (a), der mit I21 gekennzeichnet ist, fließt in das Halbleiter-Umschaltelement 21 und die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, wodurch Energie in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 gespeichert wird. Wenn das Halbleiter-Umschaltelement 21 zu einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet wird, versucht der Primärwicklungsstrom des Hochspannungs-Transformators 26, weiterhin in derselben Richtung zu fließen, wodurch zu diesem Zeitpunkt der Kondensator durch die Energie, die in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 gespeichert ist, auf einem Weg vom öffentlichen Stromnetz 1 zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, zur parallelen Diode des Halbleiter-Umschaltelementes 20, zum Kondensator 24 aufgeladen wird, wie es in 2(b) dargestellt ist. Dieser Betrieb wird ausgeführt, wobei die Spannung, die durch Verstärkung der Spannung der öffentlichen Stromquelle 1 zugeführt wird, im Kondensator 24 gespeichert wird. Wenn die gesamte Energie, die in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 gespeichert ist, freigegeben wird, wird in 2(c) ein Weg ausgebildet, und zu diesem Zeitpunkt wird die geladene Energie des Kondensators 24 auf einem Weg vom Kondensator 24 zum Halbleiter-Umschaltelement 20, zum Primärwicklungsstrom des Hochspannungstransformators 26, zum öffentlichen Stromnetz 1 entnommen. Wenn das Halbleiter-Umschaltelement 20 zu einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet wird, versucht die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, den Strom in derselben Richtung fließen zu lassen, und somit fließt der Strom entlang eines Weges von der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, zum öffentlichen Stromnetz 1, zum Kondensator 25, zur parallelgeschalteten Diode des Halbleiter-Umschaltelementes 21, wie es in 2(d) gezeigt ist. Wenn das öffentliche Stromnetz 1 eine Polarität hat, die jener entgegengesetzt ist, die in der Zeichnung dargestellt ist, werden die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21, die Dioden 22 und 23 und die Kondensatoren 24 und 25 nur im Betrieb getauscht und ein ähnlicher Betrieb ausgeführt.
Für den beschriebenen Betrieb ist der Kondensator 24, 25 mit einer Kapazität ausgestattet, die es ermöglicht, sowohl den Wechselrichterbetrieb des Erzeugens eines Hochfrequenzstroms in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, wenn das Halbleiter-Umschaltelement 20, 21 ein-/ausgeschaltet ist, als auch den Betrieb des Erzeugens der Spannung auszuführen, die durch Verstärkung der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 im Kondensator 24, 25 erzeugt wird, wobei die Kapazität des Kondensators 24 jener des Kondensators 25 angeglichen wird. Wenn das öffentliche Stromnetz 1 die Spannungspolarität aufweist, die in der Zeichnung dargestellt ist, wird demzufolge die Spannung, die durch Verstärkung der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, im Kondensator 24 gespeichert, und im Gegensatz dazu wird, wenn das öffentliche Stromnetz 1 eine Spannungspolarität hat, die jener aus der Zeichnung entgegengesetzt ist, die Spannung, die durch Verstärkung der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, im Kondensator 25 gespeichert. Daher kann die Spannung, die im Kondensator 24 erzeugt wird, jener angeglichen werden, die im Kondensator 25 erzeugt wird, unabhängig von der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1, wodurch der Strom des öffentlichen Stromnetzes 1 eine symmetrische Wellenform im Bezug auf die Spannungspolarität erhält. Mit diesem Betrieb wird fortgefahren, wobei die Spannungswellenform des Kondensators 24, 25 eine Spannung erzeugt, die in Abhängigkeit der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 im Bezug auf die Periode des öffentlichen Stromnetzes verstärkt wird, wie es in 4 dargestellt ist. Somit bekommt die Hüllwellenform des Stroms, der in die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 fließt, eine Wellenform, wie sie bei V26 (Lp) dargestellt ist. Da der Hochspannungstransformator 26 die Spannung verstärkt und die verstärkte Spannung am Magnetron 8 anlegt, weist die Spannung, die am Magnetron 8 anliegt, eine Wellenform wie in V8 auf, wodurch es ermöglicht wird, die Spannung immer auf mindestens gleicher Größe wie die Oszillationsspannung VAK (TH) zu halten. Demzufolge kann der Eingangsstrom I1 in beliebigen Perioden des öffentlichen Stromnetzes 1 fließen und eine Verbesserung des Leistungsfaktors und eine Unterdrückung der Oberwellen erreicht werden.
Wenn ein Übergang vom Zeitraum (a) zu (b) in 3 erfolgt, wird der Vorgang des Abschaltens der Diode 23 ausgeführt; das Halbleiter-Umschaltelement 21, das als Stromleitungsweg in Reihe geschaltet ist, schaltet den Strom ab, und die Umschaltgeschwindigkeit der Diode 23 ist nicht erforderlich. Da die Spannung, die an der Diode 23 zur Abschaltzeit anliegt, Null ist, tritt während der Abschaltzeit kein Umschaltverlust auf. Somit ist es möglich, die Diode 22, 23 derart auszubilden, daß die Unterdrückung des Verlustes zur Leitzeit im Mittelpunkt steht, wobei das Augenmerk auf die Durchgangsspannung VF gerichtet ist, und den Aufbau zur Kühlung der Diode 22, 23 zu vereinfachen wie auch die Diode 22, 23 zu verkleinern. Insbesondere benutzt ein Magnetron-Steuernetzteil, das mit einem Mikrowellenherd verwendet wird, eine Leistung von mindestens 1.000 W, wodurch der Strom der Wechselrichterschaltung einen sehr hohen Strompegel von etwa 40 A bis 50 A erreicht, weshalb es vorteilhaft ist, den Wirkungsgrad der Wechselrichterschaltung zu verbessern, um den Leitungsverlust zu verringern, wobei das Augenmerk auf die Durchlaßspannung VF beim Aufbau der Diode 22, 23 gerichtet ist. Somit kann der Gesamtleistungsverlust der Wechselrichterschaltung minimiert und ein Magnetron-Steuernetzteil mit einem hohen Wirkungsgrad hergestellt werden.
Somit ist es beim Magnetron-Steuernetzteil der Ausführungsform möglich, die Diode 22, 23 mit Augenmerk auf die Durchgangsspannung VF auszubilden, und indem der Schaltungsbetrieb komplett anders ausgeführt wird als bei der Schaltung, die beim Beispiel des Standes der Technik dargestellt ist, wird der Verlust der Diode 22, 23 minimiert und die gesamte Effizienz des Energieverbrauchs des Magnetron-Steuernetzteils verbessert. Dieser Vorteil ist ein geeigneter Vorteil der angestrebten Erfindung, da der Kondensator 24, 25 sowohl den Wechselrichterbetrieb als auch den Betrieb des Anlegens der Spannung, die durch Verstärken der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, an den Kondensator 24, 25 ausführt und mit der Kondensatorschaltungsfunktion sowie dem Schaltungsbetrieb ausgestattet ist, der sich von jenem in JP-A-10-271846 unterscheidet, der im Beispiel des Standes der Technik beschrieben ist.
5 zeigt einen ausführlicheren Schaltungsaufbau des Magnetron-Steuernetzteils der Ausführungsform, bei dem der Ausgang des öffentlichen Stromnetzes 1 mit einem Tiefpaßfilter 29 versehen ist, der aus einem Induktor 27 und einem Kondensator 28 besteht, wodurch der Hochfrequenzstrom der Wech selrichterschaltung nicht in das öffentliche Stromnetz fließen kann. Das Tiefpaßfilter 29 ist derart zwischen das öffentliche Stromnetz 1 und die Wechselrichterschaltung eingefügt, daß der Hochfrequenzstrom oder die Spannung der Wechselrichterschaltung nicht auf die Seite des öffentlichen Stromnetzes geleitet wird, wodurch das Anschlußrauschen verringert werden kann. Der oben erläuterte Betrieb bleibt unverändert, wenn dieser Aufbau verwendet wird.
Ausführungsform 2
6 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Schaltungsaufbau ist zusätzlich zum Schaltungsaufbau der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, ein Kondensator 30 zu einem Halbleiter-Umschaltelement 21 parallelgeschaltet.
7 ist ein Betriebswellendiagramm der Ausführungsform, und 8(a) bis 8(g) sind Darstellungen, die Stromverlaufswege in Zeiträumen dieser Ausführungsform zeigen. Die folgende Beschreibung beginnt in dem Zustand, in dem das Halbleiter-Umschaltelement 21 eingeschaltet ist, wobei der Zustand der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 so ist, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. In dem Zustand, in dem das Halbleiter-Umschaltelement 21 eingeschaltet ist, fließt vom öffentlichen Stromnetz 1 ein Strom durch die Primärwicklung des Hochspannungs-Transformators 26, wodurch ein Leitungsweg in 8(a) ausgebildet wird. Gleichzeitig nimmt der Strom, der in das Halbleiter-Umschaltelement 21 fließt, linear zu, wie es in 7 gezeigt ist. Wird das Halbleiter-Umschaltelement 21 für einen gegebenen Zeitraum abgeschaltet, versucht der Strom der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 weiterhin in derselben Richtung zu fließen, wodurch der Leitungsweg den Zustand von 8(b) annimmt und der Kondensator 30, der mit dem Halbleiter-Umschaltelement 21 parallelgeschaltet ist, aufgeladen wird. Gleichzeit steigt die Spannung V21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 mit der Ladegeschwindigkeit des Kondensators 30 an. Wenn die Spannung des Kondensators 30 denselben Wert wie die Spannung des Kondensators 24 erreicht, wird eine parallele Diode eines Halbleiter-Umschaltelementes 20 in einen leitenden Zustand gebracht, ein Leitungs weg zum Aufladen des Kondensators 24 ausgebildet und erfolgt ein Übergang zur Zeitperiode 8(c). Nachdem der Kondensator 24 aufgeladen wurde, wird das Halbleiter-Umschaltelement 20 eingeschaltet, wodurch Ladungen des Kondensators 24 auf einem Weg vom Kondensator 24 zum Halbleiter-Umschaltelement 20, zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, zum öffentlichen Stromnetz 1 entnommen werden, wie es in 8(d) gezeigt ist. Gleichzeitig nimmt die Wellenform des Stroms, der durch das Halbleiter-Umschaltelement 20 fließt, eine Wellenform an, die in 7(d) dargestellt ist. Wird das Halbleiter-Umschaltelement 20 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt abgeschaltet, wird ein Leitungsweg zum Entladen der Ladungen aus dem Kondensator 30, der mit dem Halbleiter-Umschaltelement 21 auf einem Weg in 8(e) parallelgeschaltet ist, ausgebildet und der Kondensator 30 entladen. Gleichzeitig nimmt die Spannung V21, die am Halbleiter-Umschaltelement 21 anliegt, allmählich ab, wobei im Gegensatz dazu die Spannung V20, die am Halbleiter-Umschaltelement 20 anliegt, allmählich ansteigt. Wenn die Entladung des Kondensators 30 abgeschlossen ist und die Spannung, die am Halbleiter-Umschaltelement 21 anliegt, Null erreicht, wird ein Leitungsweg in 8(f) ausgebildet und eine Diode, die mit dem Halbleiter-Umschaltelement 21 parallelgeschaltet ist, in einen leitfähigen Zustand gebracht. Wenn anschließend das Halbleiter-Umschaltelement 21 eingeschaltet wird, wird in 8(g) ein Leitungsweg ausgebildet und die Ladungen, die in einem Kondensator 25 gespeichert sind, entladen. Nachdem der Kondensator 25 entladen wurde, erfolgt ein Übergang zum Zustand in 8(a).
Hat das öffentliche Stromnetz 1 eine Spannung, die jener aus der Zeichnung entgegengesetzt ist, werden die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21, die Kondensatoren 24 und 25 sowie die Dioden 22 und 23 im Betrieb getauscht und ein ähnlicher Betrieb ausgeführt.
Bei dieser Ausführungsform tritt der Umschaltverlust der Diode 22, 23 wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform nicht auf, und der Verlust der Diode 22, 23 kann minimiert werden, indem die Diode 22, 23 mit Augenmerk auf die Durchlaßspannung VF ausgebildet wird. Weiterhin wird die Spannung, die am Halbleiter-Umschaltelement 20, 21 anliegt, während der Aufladung und Entladung des Kondensators 30 sanft angehoben, wenn das Halbleiter-Umschaltelement 20, 21 ein- /ausgeschaltet wird, wodurch der Verlust zum Umschaltzeitpunkt verringert werden kann. Das heißt, ein tatsächliches Halbleiter-Umschaltelement hat immer einen Übergangszeitraum, wenn sie den Übergang vom Ein- zum Auszustand oder den Übergang vom Aus- zum Einzustand ausführt, wobei ein Umschaltverlust bei der Übergangszeit erzeugt wird, während der Spannung und Strom zur selben Zeit auftreten. Insbesondere bei einem Halbleiter-Umschaltelement, daß die Spannungsdichte des Halbleiterelementes gewinnt, indem es einen bipolaren Betrieb ausführt, wie etwa ein IGBT (isolierter bipolarer Gate-Transistor) oder ein BJT (Bipolarer Verbindungstransistor), die auf die Handhabung eines starken Stroms ausgelegt sind, verschwinden, wenn das Gatesignal abgeschaltet wird, die verbleibenden Löcher im Element nicht sofort, und somit kann der Kollektorstrom nicht unmittelbar abgeschaltet werden, wodurch ein Übergangszeitraum von einigen 100 ns bis zu einigen μs auftritt. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die Spannung, die am Halbleiter-Umschaltelement anliegt, zu diesem Zeitpunkt sanft geändert und steigt in diesem Zeitraum sanft an, bis der Strom abgeschaltet wird, wodurch es ermöglicht wird, den Umschaltverlust extrem abzuschwächen, wenn das Halbleiter-Umschaltelement 20, 21 ein-/ausgeschaltet wird, und es zudem ermöglicht wird, die Effizienz der Schaltung zu verbessern.
9 zeigt den Aufbau, bei dem der Kondensator 30 zum Halbleiter-Umschaltelement 20 parallelgeschaltet ist. In diesem Fall sind die Zeitpunkte des Ladens und Entladens des Kondensators 30 zu den oben genannten Entgegengesetzt, wobei jedoch die Funktion des sanften Änderns der Spannung, die am Halbleiter-Umschaltelement 20, 21 anliegt, ähnlich der oben erläuterten ist. Somit kann der Verlust des Halbleiter-Umschaltelementes 20, 21 zur selben Zeit verringert werden wie der Verlust der Diode 22, 23 minimiert werden kann, wenn die Diode 22, 23 mit Augenmerk auf die Durchgangsspannung VF ausgebildet ist, wie es bei 6 der Fall war, die oben beschrieben wurde, wodurch es möglich ist, die Effizienz der Stromumwandlung des Magnetron-Steuernetzteils zu verbessern.
10 zeigt den Aufbau, bei dem Kondensatoren 31 und 32 mit den Halbleiter-Umschaltelementen 20 und 21 verbunden sind. Um in diesem Fall denselben Spannungsgradienten wie beim oben beschriebenen Beispiel zu erreichen, kann ein Kondensator mit der Hälfte der Kapazität des oben beschriebenen Konden sators 30 angeschlossen sein. In diesem Fall ist die Funktion, die dem Magnetron-Steuernetzteil durch den Kondensator 31, 32 verliehen wird, dieselbe wie jene der oben beschriebenen 6 oder 9; wenn der Kondensator 31 aufgeladen ist, wird der Kondensator 32 entladen, und im Gegensatz dazu wird, wenn der Kondensator 31 entladen ist, der Kondensator 32 aufgeladen, wodurch ein ähnlicher Vorteil erzeugt wird.
11 zeigt den Aufbau, bei dem der Kondensator 30 mit der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 parallelgeschaltet ist. In diesem Fall wird die Spannung der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 durch die Tätigkeit des Kondensators 30 geändert, wodurch sich die Spannung des Halbleiter-Umschaltelementes 20, 21 sanft ändert, womit ein ähnlicher Vorteil wie beim oben beschriebenen Beispiel erzeugt wird.
Ausführungsform 3
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 12 bis 15 erläutert.
12 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils der dritten Ausführungsform der Erfindung. Teile, die mit jenen aus den oben beschriebenen Ausführungsformen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen in 12 gekennzeichnet und werden daher nicht erneut im Detail erläutert. Eine Steuerschaltung 33 steuert Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 an, um eine Wechselrichterschaltung zu bedienen. Die Steuersignale, die durch die Steuerschaltung 33 zu den Halbleiter-Umschaltelementen 20 und 21 gesendet werden, haben Wellenformen, die eine Todzeit haben und komplementär zueinander ein- und ausgeschaltet werden, wie es in 13(a) gezeigt ist. Die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 werden somit komplementär zueinander ein- und ausgeschaltet, wodurch die Wechselrichterschaltung elektrische Energie zu einem Magnetron 8 sendet.
14 zeigt die Beziehung zwischen der Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 und der Umwandlungsleistung P der Wechselrichterschaltung. In der Zeichnung stellt die Kurve, die mit einer Vollinie gezeichnet ist, eine Änderung der Umwandlungsleistung P dar, wenn ein öffentliches Stromnetz 1 eine Spannungspolarität hat, wie sie in 12 dargestellt ist, und im Gegensatz dazu zeigt die Kurve, die mit einer Strichlinie dargestellt ist, eine Änderung der Umwandlungsleistung P, wenn das öffentliche Stromnetz 1 eine Spannungspolarität hat, die jener aus 12 entgegengesetzt ist. Somit variiert die Beziehung zwischen der Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 und der Umwandlungsleistung P der Wechselrichterschaltung in Abhängigkeit der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1. Daher kann in einem Zustand, in dem die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 etwa 50% beträgt, dieselbe Stromumwandlung unabhängig von der positiven oder negativen Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 ausgeführt werden, so daß der Strom des öffentlichen Stromnetzes 1 eine symmetrische Wellenform im Bezug auf die Spannungspolarität annehmen kann, wie es in 15(b) gezeigt ist. Wenn jedoch ein Versuch unternommen wird, dem Strom des öffentlichen Stromnetzes 1 eine Sinuswelle im Bezug auf die Spannungspolarität zu verleihen, ist die Umwandlungsleistung nur an diesem einen Punkt begrenzt. Die Heizleistung wird aus unterschiedlichen Schritten in Abhängigkeit von Nahrungsmitteln zum Erwärmungszeitpunkt mit einem Haushalts-Mikrowellenherd und dergleichen gewählt. Die Wärmeleistung muß beispielsweise als "stark", "mittel", "schwach" oder dergleichen wählbar sein. Damit dies erfolgen kann, ist es wichtig, die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 in Abhängigkeit einer gewünschten Ausgangsleistung zu ändern. Wenn jedoch ein Versuch unternommen wird, die gewünschte Ausgangsleistung bei einer konstanten Einschaltdauer Don21 unabhängig von der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 einzustellen, wird die Einschaltdauer Don21 von 50% aus der Beziehung zwischen der Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes und der Umwandlungsleistung P verschoben, wie es in 14 gezeigt ist, wobei sich unterschiedliche Wellenformen in positiven und negativen Zeitintervallen der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 zeigen; dies führt beispielsweise zu einer Stromwellenform, die aus der Balance der positiven und negativen Polarität verschoben ist, wie es in 15(a) gezeigt ist. In diesem Fall nimmt die Wellen form keine symmetrische Wellenform an, wodurch eine geglättete Oberwelle entsteht und es schließlich unmöglich ist, den Leistungsfaktor zu verbessern.
Bei der Ausführungsform tauscht die Steuerschaltung 33 die Steuersignale der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 in Abhängigkeit der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1. Das heißt, wenn die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 positiv ist, werden die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 zu Zeitpunkten T1 und T2 aus- und eingeschaltet sowie ein- und ausgeschaltet, wie es in 13(a) gezeigt ist, und im Gegensatz dazu werden, wenn die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 negativ ist, die Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 in 13(a) getauscht, wie es in 13(b) gezeigt ist. Die Steuerschaltung 33 arbeitet auf diese Weise, wodurch sich während der Verringerung des Verlustes des Magnetron-Steuernetzteils in der Schaltung die Umwandlungsleistung des Magnetron-Steuernetzteils ändert, und wenn sich die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 in eine der Richtungen aus dem Zustand von etwa 50% verschiebt und die Umwandlungsleistung zunimmt oder abnimmt, ist es möglich die Stromwellenform des öffentlichen Stromnetzes 1 immer in Form einer symmetrischen Sinuswelle im Bezug auf die Spannungspolarität zu halten. Auf diese Weise ist es möglich, den Betrieb ohne Stromverzerrung bei einem hohen Leistungsfaktor zu erreichen, während eine hohe Effizienz bei der Stromumwandlung immer beibehalten wird, wenn sich die Umwandlungsleistung ändert.
Ausführungsform 4
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 16 bis 18 beschrieben. 16 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils der vierten Ausführungsform der Erfindung. Teile, die mit jenen in den oben beschriebenen Ausführungsformen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen in 16 gekennzeichnet und werden nicht erneut im Detail beschrieben. Die Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung 34 ermittelt die Spannungspolarität eines öffentlichen Stromnetzes 1; in der Ausführungsform geschieht dies beispielsweise mit einem Fotokoppler. Wenn sich die Spannung des öffentlichen Stromnetzes ändert, wie V1 in 17, strahlt, sofern sich die Spannungspolarität wie in der Zeichnung verhält, eine Leuchtdiode des Fotokopplers 35 Licht ab, wodurch ein Transistor auf der Lichtempfangsseite leitfähig gemacht wird. Gleichzeitig sinkt die Ausgabe der Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung 34 ab. Eine Steuerschaltung 33 ermittelt, daß dieser Zustand eine positive Polarität des Stromnetzes ist und gibt Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 T1 und T2 aus, wie es in 18(a) dargestellt ist. Wenn die Spannungspolarität eines öffentlichen Stromnetzes 1 negativ wird, stoppt die Lichtabstrahlung der Leuchtdiode des Fotokopplers 35 und der Transistor der Lichtempfangsseite wird abgeschaltet, wodurch die Ausgabe der Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung 34 ansteigt. Die Steuerschaltung 33 ermittelt, daß dieser Zustand eine negative Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes ist und gibt derart Steuersignale aus, daß die Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 diesen entgegengesetzt sind, wenn die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 positiv ist, wie es in 18(b) gezeigt ist. Ein derartiger Betrieb wird ausgeführt, wodurch es, wenn die Umwandlungsleistung des Magnetron-Steuernetzteils ansteigt oder abfällt, ermöglicht wird, die Stromwellenform des öffentlichen Stromnetzes 1 immer in Form einer Sinuswelle zu halten, die im Bezug auf die Spannungspolarität symmetrisch ist. Auf diese Weise kann ein Betrieb ohne Stromverzerrung bei einem hohen Leistungsfaktor erreicht werden, während die Effizienz bei der Hochleistungsumwandlung beibehalten wird, wenn die Umwandlungsleistung geändert wird.
19 zeigt ein Beispiel, bei dem die Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung 34 als Spannungsdetektorwiderstand eingesetzt wird, der mit einem Kondensator 25 parallelgeschaltet ist. Es wird der Umstand genutzt, daß sich die Spannung, die im Kondensator 25 auftritt, als V25 in 20 ändert, wie es zuvor in der Ausführungsform 1 beschrieben wurde. Das heißt, wenn die Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 eine Wechselstromwellenform aufweist, wie es in 20 dargestellt ist, ist die Spannung V25 des Kondensators 25 beinahe Null, sofern die Polarität des Stroms positiv ist. Wenn andererseits die Polarität negativ ist, wird eine Spannung durch Verstärkung der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 in Abhängigkeit des Betriebs einer Wechselrichterschaltung erzeugt, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Diese Spannung wird mit Hilfe eines Wider standes wie bei der Ausführungsform geteilt, und unter Verwendung eines Vergleichers ermittelt die Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung 34, daß die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 in dem Zeitraum negativ ist, in dem der Wert größer oder gleich einem Referenzwert ist, und sendet ein Signal zur Steuerschaltung 33. Die Steuerschaltung ersetzt die Steuersignale der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 auf der Basis des Ermittlungssignals. Es wird ein Betrieb ausgeführt, durch den es, wenn die Umwandlungsleistung des Magnetron-Steuernetzteils angehoben oder verringert wird, ermöglicht wird, die Wellenform des Stroms des öffentlichen Stromnetzes 1 als eine Wellenform ähnlich einer Sinuswelle beizubehalten, die im Bezug auf die Spannungspolarität wie beim oben beschriebenen Beispiel symmetrisch ist. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den Betrieb ohne Spannungsverzerrung bei einem hohen Leistungsfaktor zu erreichen, während die Hochleistungs-Umwandlungseffizienz immer beibehalten wird, wenn die Umwandlungsleistung geändert wird.
Ausführungsform 5
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 21 bis 25 beschrieben. 21 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils der fünften Ausführungsform der Erfindung. Eine Steuerschaltung 33 tauscht Steuersignale der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21, wenn die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt, und führt gleichzeitig die Änderung mit einer konstanten Wechselrate zum Tauschzeitpunkt aus.
22 ist ein Diagramm, das die Änderung der Spannungswellenform V1 des öffentlichen Stromnetzes 1 sowie Einschaltdauern Don20 und Don21 der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 darstellt. In der Zeichnung werden die Änderungen der Einschaltdauern sofort getauscht, wenn die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt, wobei die Änderungsbreite einen Änderungsumfang von ΔD aufweist. 23 zeigt, wie sich die Steuersignale der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 ändern, wenn die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt. In der Zeichnung ist der Zeitpunkt ZIP der Zeitpunkt, zu dem die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wech selt, und mit diesem Punkt als Grenze ändert sich die Einschaltzeit des Halbleiter-Umschaltelementes 20 von der Einschaltzeit T1 zur Einschaltzeit T2 in der nächsten Periode. Andererseits ändert sich die Einschaltzeit des Halbleiter-Umschaltelementes 21 von der Einschaltzeit T2 zur Einschaltzeit T1. Wird ein derartiger Betrieb ausgeführt, ist, sofern die Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 beinahe gleich sind, die Einschaltzeit-Änderungsbreite ΔD klein, weshalb der Änderungsumfang des Betriebs einer Wechselrichterschaltung zum Zeitpunkt, zu dem die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt, klein ist. Wie in 24(a) gezeigt, weist somit der Strom des öffentlichen Stromnetzes 1 selbst zu dem Zeitpunkt einen sanften Wechsel auf, zu dem die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt. Wenn jedoch die Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 so eingestellt sind, daß sie die Umwandlungsleistung der Wechselrichterschaltung aus diesem Zustand erhöhen oder verringern, werden die Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 ungleich. In diesem Fall wird der Einschaltzeit-Änderungsumfang zum Zeitpunkt, zu dem die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt, groß, wodurch die Möglichkeit besteht, daß vorübergehend eine nadelförmige Stromwellenform auftritt, wenn der Änderungsumfang des Betriebs der Wechselrichterschaltung zu dem Zeitpunkt groß ist, zu dem sich die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 ändert, wie es in 24(b) gezeigt ist. Dieses Phänomen wird insbesondere dann deutlich, wenn eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem sich die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 ändert, und dem Zeitpunkt auftritt, zu dem die Steuerschaltung die Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 tauscht.
Wenn sich jedoch beim Aufbau der Ausführungsform die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 ändert, werden die Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 mit einer konstanten Wechselrate getauscht, wie es in 25 gezeigt ist, wodurch der Änderungsumfang der Einschaltdauern Don20 und Don21 der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 zu diesem Zeitpunkt begrenzt ist. Wenn die Änderungsleistung der Wechselrichterschaltung geändert wird und der Unterschied ΔD zwischen den Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 groß ist, kann somit die Wellenform des Stroms des öffentlichen Stromnetzes 1 immer sanft geändert und die Wellenform des Stroms, die im wesentlichen die Gestalt einer Sinuswelle hat, immer beibehalten werden, ohne daß sich eine Übergangswellenform des Stroms zeigt. Wenn aus irgend einem Grund eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt, und der Zeit auftritt, zu der die Steuerschaltung die Einschaltzeiten der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 tauscht, wird eine Umschaltung mit der konstanten Wechselrate zum Tauschzeitpunkt ausgeführt, wodurch es möglich ist, die Verhinderung einer Zeitverzögerung bis zu einem gewissen Grad sicherzustellen.
Wenn beim Magnetron-Steuernetzteil dieser Ausführungsform die Umwandlungsleistung der Wechselrichterschaltung erhöht oder verringert wird und der Unterschied zwischen den Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 zunimmt, kann die Stromwellenform des öffentlichen Stromnetzes 1 im wesentlichen als Sinuswelle beibehalten werden, ohne daß sich ein Übergangsstrom zeigt.
Wenn sich, wie in 25 gezeigt, die Einschaltdauern Don20 und Don21 der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 derart ändern, daß sie zum Zeitpunkt, zu dem die Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 wechselt, etwa 50% erreichen, kann die Stromwellenform des öffentlichen Stromnetzes 1 sanfter von der Beziehung zwischen der Einschaltdauer Don und der Umwandlungsleistung P der Wechselrichterschaltung geändert werden, als es in der Ausführungsform 3 dargestellt ist.
Ausführungsform 6
Eine sechste Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 26 bis 28 beschrieben. 26 ist ein Schaltbild eines Magnetron-Steuernetzteils der sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die Stromversorgungs-Ermittlungseinrichtung 34 ermittelt die Spannungspolarität eines öffentlichen Stromnetzes 1 und sendet ein Signal, das kennzeichnet, ob das öffentliche Stromnetz 1 eine positive oder negative Spannungspolarität hat, zu einer Steuer schaltung 33. Die Steuerschaltung 33 ersetzt die Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 auf der Basis des Ermittlungssignals und verringert gleichzeitig die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 in Abhängigkeit des Spannungswertes des öffentlichen Stromnetzes 1 in dem Zeitraum, in dem die Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 in positiver Richtung groß ist, und verringert die Einschaltdauer Don20 des Hableiter-Umschaltelementes 20 in Abhängigkeit des Spannungswertes des öffentlichen Stromnetzes 1, sofern die Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 in negativer Richtung groß ist. 27 zeigt diesen Zustand, wobei sich die Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 als Don 20 und Don21 in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 ändern. Auf diese Weise werden die Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 gesteuert, wodurch sich die Stromwellenform I1 des öffentlichen Stromnetzes 1 wie eine trapezförmige Welle derart ändert, daß der Teil des Maximalwertes im Vergleich zu einer Sinuswelle gestaucht wird, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Um mit derselben Umwandlungsleistung arbeiten zu können, kann der maximale Stromwert verringert werden, wenn die Stromwellenform wie eine trapezförmige Welle anstelle einer Sinuswelle gesteuert wird. 28(a) und 28(b) zeigen Strom- und Spannungswellenformen der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 zum Zeitpunkt des Maximalstroms, wenn die Einschaltdauern in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 gesteuert werden und wenn dem Eingangstrom lediglich grob die Gestalt einer Sinuswelle bei einer konstanten Einschaltdauer verliehen wird. 28(a) zeigt Wellenformbeispiele, wenn die Einschaltdauern Don20 und Don21 in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 gesteuert werden, und 28(b) zeigt Wellenformbeispiele, wenn der Eingangsstrom in etwa die Gestalt eine Sinuswelle hat. Vergleicht man die Wellenformen, verringert sich bei den Wellenformen von 28(a) der maximale Stromwert I21 (max) des Halbleiter-Umschaltelementes 21 im Vergleich zu jenem aus 28(b). Demzufolge verringert sich der effektive Stromwert des Halbleiter-Umschaltelementes, wodurch der Verlust bei der Verdrahtung auf einer gedruckten Schaltkarte verringert und der Verlust einer Wechselrichterschaltung verringert werden kann. Da der Strom auch in die erste Wicklung eines Hochspannungstransformators 26 zur selben Zeit fließt, zu dem die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 eingeschaltet sind, führt die Verringerung des effektiven Stromwertes des Halbleiter-Umschaltelementes zur Verringerung des effektiven Stromwertes der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 zu selben Zeit. Der Verlust, der im Hochspannungstransformator 26 auftritt, wird grob in einen Kupferverlust, der dadurch entsteht, daß ein Strom in die Wicklung fließen kann, und einen Metallverlust unterteilt, der in einem magnetischen Kreis, wie etwa einem Ferritkern auftritt. Insbesondere der Teil des Kupferverlustes kann grob gesagt durch das Produkt äquivalenter Reihenwiderstände Rs der Wicklung und das Quadrat des effektiven Wertes I eines durchfließenden Stromes ausgedrückt werden. Somit wird die Einschaltdauer des Halbleiter-Umschaltelementes in Abhängigkeit der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 geändert, um den Stromeffektivwert zu verringern, wie bei dieser Ausführungsform, wodurch der Kupferverlust der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 drastisch verringert werden kann. Auf diese Weise kann der Verlust der Wechselrichterschaltung stärker verringert und die Effizienz der Schaltung verbessert werden.
Ausführungsform 7
1 zeigt den Schaltungsaufbau, der bei einer siebten Ausführungsform der Erfindung Verwendung findet. Ein Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiter-Umschaltelementes 20 und 21 sowie ein Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Diode 22 und 23 sind parallelgeschaltet, ein erster und ein zweiter Kondensator 24 und 25 sind mit der ersten und der zweiten Diode 22 und 23 parallelgeschaltet und eine Reihenschaltung eines öffentlichen Stromnetzes 1 und eines Hochspannungstransformators 26 sind ist zwischen den Verbindungspunkt des Halbleiter-Umschaltelementes 20 und 21 und den Verbindungspunkt der Dioden 22 und 23 geschaltet. Der Sekundärwicklungsausgang des Hochspannungstransformators 26 ist mit einer Hochspannungs-Gleichrichterschaltung 7 verbunden, um eine Gleichspannung an ein Magnetron 8 anzulegen. Das Magnetron 8 wird von der Gleichspannung angetrieben und erzeugt eine Hochfrequenzwelle von 2,45 GHz. Bei der Ausführungsform sind das erste und das zweite Halbleiter-Umschaltelement als IGBT (isolierter bipolarer Gatetransistor), der vorwärts leitet, und eine Diode beschrieben, die umgekehrt parallel zum IGBT geschaltet ist, wobei es sich erübrigt zu sagen, daß auch ein Element mit einer darin ausgebildeten Diode, wie etwa ein MOSFET, verwendet werden kann.
2(a) bis 2(e) sind Diagramme, die Leitungswege darstellen, über die Ströme in Zeiträumen einer Wechselrichterschaltung fließen, und 3 ist ein dementsprechendes Betriebswellendiagramm. Die folgende Beschreibung beginnt in dem Zustand, in dem das Halbleiter-Umschaltelement 21 eingeschaltet ist, mit einer Polarität des öffentlichen Stromnetzes 1, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. In diesem Zustand fließt ein Strom über einen Weg des öffentlichen Stromnetzes 1 zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, zum Halbleiter-Umschaltelement 21, zur Diode 23, wie es in 2(a) gezeigt ist, und ein Strom, der mit I21 im Zeitintervall in 3(a) gekennzeichnet ist, fließt in das Halbleiter-Umschaltelement 21 und die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, wodurch Energie in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 gespeichert wird. Wenn das Halbleiter-Umschaltelement 21 in einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet wird, versucht der Primärwicklungsstrom des Hochspannungstransformators 26 weiterhin in derselben Richtung zu fließen, und somit wird diesmal der Kondensator durch die Energie, die in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 gespeichert ist, auf einem Weg vom öffentlichen Stromnetz 1 zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, zur parallelen Diode des Halbleiter-Umschaltelementes 20, zum Kondensator 24 aufgeladen, wie es in 2(b) gezeigt ist. Dieser Betrieb wird ausgeführt, wodurch die Spannung, die durch Verstärken der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, im Kondensator 24 gespeichert wird. Wenn die gesamte Energie, die in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 gespeichert ist, freigegeben wird, wird in 2(c) ein Weg ausgebildet, und diesmal wird die Ladungsenergie des Kondensators 24 auf einem Weg vom Kondensator 24 zum Halbleiter-Umschaltelement 20, zum Primärwicklungsstrom des Hochspannungstransformators 26, zum öffentlichen Stromnetz 1 entnommen. Wenn das Halbleiter-Umschaltelement 20 in einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet wird, versucht die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26, den Strom weiterhin in derselben Richtung fließen zu lassen, und somit fließt der Strom über einen Weg der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 zum öffentlichen Stromnetz 1, zum Kondensator 25, zur parallelen Diode des Halbleiter-Umschaltelementes 21, wie es in 2(d) gezeigt ist. Wenn das öffentliche Stromnetz 1 eine Polarität hat, die jener entgegengesetzt ist, die in der Zeichnung dargestellt ist, werden die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21, die Dioden 22 und 23 sowie die Kondensatoren 24 und 25 nur im Betrieb getauscht und ein ähnlicher Betrieb ausgeführt.
Beim beschriebenen Betrieb ist der Kondensator 24, 25 auf eine Kapazität ausgelegt, die es ermöglicht, sowohl den Wechselrichterbetrieb des Erzeugens eines Hochfrequenzstroms in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 auszuführen, wenn das Halbleiter-Umschaltelement 20, 21 ein-/ausgeschaltet wird, wie auch den Betrieb des Erzeugens der Spannung, die durch Verstärken der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, im Kondensator 24, 25, wobei die Kapazität des Kondensators 24 der des Kondensators 25 angeglichen ist. Wenn das öffentliche Stromnetz 1 die Spannungspolarität aufweist, die in der Zeichnung dargestellt ist, wird demzufolge die Spannung, die durch Verstärken der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, im Kondensator 24 gespeichert, und wenn im Gegensatz dazu das öffentliche Stromnetz 1 eine Spannungspolarität hat, die jener in der Zeichnung dargestellten entgegengesetzt ist, wird die Spannung, die durch Verstärkung der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, im Kondensator 25 gespeichert. Daher kann die Spannung, die im Kondensator 24 erzeugt wird, jener angeglichen werden, die im Kondensator 25 erzeugt wird, unabhängig von der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1, wodurch dem Strom des öffentlichen Stromnetzes 1 eine symmetrischen Wellenform im Bezug auf die Spannungspolarität verliehen werden kann. Dieser Betrieb wird fortgeführt, wodurch die Spannungswellenform des Kondensators 24, 25 eine Spannung erzeugt, die in Abhängigkeit der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 im Bezug auf die Periode des öffentlichen Stromnetzes 1 verstärkt wird, wie es in 4 gezeigt ist. Somit bekommt die Hüllwellenform des Stromes, der in die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 26 fließt, die Wellenform wie es bei V26 (Lp) gezeigt ist. Da der Hochspannungstransformator 26 die Spannung verstärkt und die verstärkte Spannung an das Magnetron 8 anlegt, weist die Spannung, die an das Magnetron 8 angelegt wird, eine Wellenform wie bei V8 auf, wodurch es möglich ist, die Spannung mindestens auf der Höhe der Oszillationsspannung VAK (TH) zu hal ten. Demzufolge kann es dem Eingangsstrom I1 gestattet sein, in beliebigen Perioden des öffentlichen Stromnetzes 1 zu fließen, wodurch eine Verbesserung des Leistungsfaktors und eine Unterdrückung von Oberwellen erreicht werden kann.
Wenn ein Übergang von der Zeitperiode (a) zu (b) in 3 erfolgt, wird die Diode 23 abgeschaltet; das Halbleiter-Umschaltelement 21, das als Stromleitweg in Reihe geschaltet ist, schaltet den Strom ab, wobei die Umschaltgeschwindigkeit der Diode 23 nicht erforderlich ist. Da die Spannung, die an der Diode 23 anliegt, zum Abschaltzeitpunkt Null ist, tritt zum Abschaltzeitpunkt kein Umschaltverlust auf. Somit ist es möglich, die Diode 22, 23 auf die Unterdrückung des Verlustes zum Leitzeitpunkt auszulegen, wobei das Augenmerk auf der Durchlaßspannung VF liegt, und den Aufbau zur Kühlung der Diode 22, 23 zu vereinfachen, wie auch die Diode 22, 23 zu verkleinern. Insbesondere verwendet ein derartiges Magnetron-Steuernetzteil, das in einem Mikrowellenherd verwendet wird, eine hohe Leistung von mindestens 1.000 W, wodurch der Strom der Wechselrichterschaltung einen sehr hohen Strompegel von etwa 40 A bis 50 A erreicht, weshalb es von Vorteil ist, die Effizienz der Wechselrichterschaltung zu verbessern, um den Leitungsverlust zu verringern, wobei das Augenmerk auf die Durchlaßspannung VF bei der Ausbildung der Diode 22, 23 gerichtet ist. Somit kann der gesamte Leistungsverlust der Wechselrichterschaltung minimiert und ein Magnetron-Steuernetzteil mit hoher Effizienz erzeugt werden.
Beim Magnetron-Steuernetzteil, das bei der Ausführungsform verwendet wird, ist es möglich, die Diode 22, 23 mit Augenmerk auf die Durchlaßspannung VF auszubilden, wobei dadurch, daß der Schaltungsbetrieb vollständig anders ausgeführt wird als jener der Schaltung, die im Beispiel des Standes der Technik dargestellt ist, der Verlust der Diode 22, 23 minimiert und die gesamte Effizienz des Magnetron-Steuernetzteils bei der Stromumwandlung verbessert wird. Dieser Vorteil ist ein geeigneter Vorteil der angestrebten Erfindung, da der Kondensator 24, 25 sowohl den Wechselrichterbetrieb als auch den Betrieb des Anlegens der Spannung ausführt, die durch Verstärken der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 erzeugt wird, und mit der Kondensatorschaltungsfunktion sowie dem Schaltungsbetrieb ausgestattet ist, der sich von jenem in JP-A-10-271846 unterscheidet, der im Beispiel des Standes der Technik beschrieben ist.
12 zeigt einen genaueren Schaltungsaufbau des Magnetron-Steuernetzteils der Ausführungsform, bei dem der Ausgang des öffentlichen Stromnetzes 1 mit einem Tiefpaßfilter 29 versehen ist, das aus einem Induktor 27 und einem Kondensator 28 besteht, wodurch der Hochfrequenzstrom der Wechselrichterschaltung nicht in das öffentliche Stromnetz fließen kann. Das Tiefpaßfilter 29 ist derart zwischen das öffentliche Stromnetz 1 und die Wechselrichterschaltung eingefügt, daß der Hochfrequenzstrom oder die Spannung der Wechselrichterschaltung nicht zum öffentlichen Stromnetz geleitet wird, wodurch es möglich wird, das Anschlußrauschen zu unterdrücken. Der oben beschriebene Betrieb bleibt unverändert, wenn dieser Aufbau Verwendung findet. Die folgende Beschreibung beschäftigt sich mit einer Steuerschaltung 30, die Steuersignale der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 steuert.
Die Steuerschaltung 33 steuert die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 für den Betrieb der Wechselrichterschaltung. Die Steuersignale Vg20 und Vg21, die von der Steuerschaltung 33 zu den Halbleiter-Umschaltelementen 20 und 21 gesendet werden, haben Wellenformen, die jeweils über eine Todzeit verfügen und komplementär ein- und ausgeschaltet werden, wie es in 13(a) gezeigt ist. Die Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 werden somit komplementär zueinander ein- und ausgeschaltet, wodurch die Wechselrichterschaltung elektrische Leistung zum Magnetron 8 sendet.
14 zeigt die Beziehung zwischen der Einschaltzeit Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 und der Umwandlungsleistung P der Wechselrichterschaltung. In der Zeichnung zeigt die Kurve in einer Vollinie eine Änderung der Umwandlungsleistung P, wenn das öffentliche Stromnetz 1 eine Spannungspolarität aufweist, die in 12 dargestellt ist, und im Gegensatz dazu zeigt die Kurve in einer Strichlinie die Änderung der Umwandlungsleistung P, wenn das öffentliche Stromnetz 1 eine Spannungspolarität hat, die jener aus 12 entgegengesetzt ist. Somit variiert die Beziehung zwischen der Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 und der Umwandlungsleistung P der Wechselrichterschaltung in Abhängigkeit der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1. In einem Zustand, in dem die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter- Umschaltelementes 21 etwa 50% beträgt, kann somit dieselbe Stromumwandlung unabhängig von der positiven oder negativen Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 durchgeführt werden, so daß der Strom des öffentlichen Stromnetzes 1 eine symmetrische Wellenform im Bezug auf die Spannungspolarität annehmen kann, wie es in 15(b) gezeigt ist. Wenn jedoch ein Versuch unternommen wird, dem Strom des öffentlichen Stromnetzes 1 eine Sinuswelle zu verleihen, die im Bezug auf die Spannungspolarität symmetrisch ist, ist die Umwandlungsleistung lediglich an diesem einen Punkt begrenzt. Die Heizleistung wird aus unterschiedlichen Schritten in Abhängigkeit von Nahrungsmitteln zum Erwärmungszeitpunkt mit einem Haushalts-Mikrowellenherd und dergleichen gewählt. Die Heizleistung muß beispielsweise als "stark", "mittel", "schwach" oder dergleichen eingestellt werden können. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 in Abhängigkeit einer gewünschten Ausgangsleistung zu ändern. Wenn jedoch ein Versuch unternommen wird, die gewünschte Ausgangsleistung bei einer unveränderten Einschaltdauer Don21 unabhängig von der Spannungspolarität des öffentlichen Stromnetzes 1 einzustellen, verschiebt sich die Einschaltdauer Don21 weg von 50% aus der Beziehung zwischen der Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 und der Umwandlungsleistung, wie es in 14 gezeigt ist, wobei sich unterschiedliche Wellenformen in positiven und negativen Zeitperioden der Spannung des öffentlichen Stromnetzes 1 zeigen. Wird das Steuerverfahren fehlerhaft ausgeführt, führt diese zu einer Stromwellenform, die aus dem Gleichgewicht der positiven und negativen Polarität verschoben ist, wie es in 15(a) gezeigt ist. In diesem Fall wird die Stromwellenform nicht zu einer symmetrischen Wellenform, wodurch eine geglättete Oberwelle auftritt und es schließlich unmöglich ist, den Leistungsfaktor zu verbessern.
Bei dieser Ausführungsform tauscht die Steuerschaltung 33 die Steuersignale der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 in Abhängigkeit der Spannungspolarität des kommerziellen Stromnetzes 1. Wie in 37 gezeigt, bedeutet dies, daß, wenn die Spannungspolarität der Spannungswellenform V1 (Punktlinie) des öffentlichen Stromnetzes 1 positiv ist, die Einschaltdauer (Vollinie) Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 zum Steuern des Aufspann-Aufladungsbetriebs und des Wechselrichterbetriebs vergrößert wird, und wenn die Polarität entge gengesetzt ist, die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 verkleinert wird. Ist die Polarität der Spannung V1 des öffentlichen Stromnetzes positiv, wird die Einschaltdauer Don21, der die Aufspann-Aufladung am Maximum ermöglicht, im Talabschnitt von 0 Volt auf die Maximalspannung eingestellt, und im Gegensatz dazu wird die Einschaltdauer Don21 in der Nähe der Maximalspannung (Spitzenabschnitt) geringfügig verringert. Die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 wird somit verändert, wodurch es ermöglicht wird, einen Eingangsstrom mit geringer Verzerrung zu erzeugen und die Heizleistung von "stark", "mittel", "schwach" und dergleichen auf einfache Weise einzustellen. Das andere Halbleiter-Umschaltelement 20, das die Aufspann-Aufladungsfunktion und die Wechselrichterfunktion steuert, wenn die Spannungspolarität negativ ist, führt einen komplementären Betrieb aus, wobei es sich erübrigt zu bemerken, daß dieser dem beschriebenen Halbleiter-Umschaltelement 21 folgt.
Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Einschaltdauer Don21 50% am Polaritätswechselpunkt, an dem sich die Polarität der Spannung V1 des öffentlichen Stromnetzes ändert, wie es in 37 gezeigt ist, wobei die Einschaltzeiten T1 und T2 von Vg21 und Vg20 gleich sind, wie es in 38 gezeigt ist, die den Polaritätswechselpunktabschnitt im Detail darstellt. Durch Steuerung können die Rollen eines Halbleiter-Umschaltelementes zum Steuern sowohl der Aufspann-Aufladungsfunktion als auch der Wechselrichterfunktion und des anderen Halbleiter-Umschaltelementes, das lediglich die Wechselrichterfunktion steuert, am Polaritätswechselpunkt reibungslos getauscht werden. Demzufolge kann eine nadelartige Verzerrung, die in der Nähe des Polaritätswechselpunktes beim Eingangsstrom auftritt, unterdrückt und ein stabiler Eingangsstrom erzeugt werden.
Wenn der Verlust des Magnetron-Steuernetzteils in der Schaltung verringert wird, ändert sich insgesamt die Umwandlungsleistung des Magnetron-Steuernetzteils, und wenn sich die Einschaltdauer Don21 des Halbleiter-Umschaltelementes 21 in eine Richtung aus dem Zustand von etwa 50% verschiebt und sich die Umwandlungsleistung erhöht oder verringert, ist es möglich, die Stromwellenform des öffentlichen Stromnetzes 1 immer als Wellenform ähnliche einer Sinuswelle beizubehalten, die im Bezug auf die Spannungspolarität symmetrisch ist. Auf die se Weise kann ein Betrieb mit geringer Verzerrung des Stroms bei einem hohen Leistungsfaktor erreicht werden, während der hohe Wirkungsgrad bei der Stromumwandlung immer beibehalten wird, sofern sich die Umwandlungsleistung ändert.
Ausführungsform 8
39 ist ein Schaltbild, das bei einer achten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Eine Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung 34, die in 39 gezeigt ist, ermittelt die Spannungspolarität eines öffentlichen Stromnetzes 1 und sendet ein Signal, das kennzeichnet, ob das öffentliche Stromnetz 1 eine positive oder negative Spannungspolarität (V34 in 40) hat, zu einer Steuerschaltung 33. Wenn beispielsweise die Polarität der Spannung V1 des öffentlichen Stromnetzes positiv ist, wird das gesendete Signal V34 niedrig eingestellt, und wenn die Polarität negativ ist, wird das Signal 34 hoch eingestellt, wie es in 40 gezeigt ist. Die Steuerschaltung 33 arbeitet derart, daß sie die Einschaltdauern der Halbleiter-Umschaltelemente 20 und 21 auf der Basis des Ermittlungssignals tauscht, und führt gleichzeitig eine Steuerung aus, um die Einschaltdauer in Abhängigkeit der Polarität des kommerziellen Stromnetzes 1 zu ändern, die Einschaltdauer des Halbleiter-Umschaltelementes, das die Aufspann-Aufladungsfunktion ausführt, im Talabschnitt des kommerziellen Stromnetzes 1 zu verlängern, und im Gegensatz dazu die Einschaltdauer im Spitzenabschnitt zu verringern, wie es in 37 gezeigt ist, um eine Eingangswellenform I1 mit einer geringen Verzerrung zu erzeugen.
Gleichzeitig kann die Polarität des öffentlichen Stromnetzes durch die Stromversorgungs-Polaritätsermittlungseinrichtung 34 bestimmt werden, und somit werden, nachdem ZVP eines Polaritätswechselpunktes erfaßt wurde, eine Unterbrechungsdauer einer Abschaltung in gleicher Zeitdauer wie eine Periode des Wechselrichterbetriebs erzeugt, eine ausreichende Kondensatorentladung ausgeführt und können die Rollen des Halbleiter-Umschaltelementes getauscht werden, wie es in 41 dargestellt ist. Wenn bei diesem Aufbau die Einschaltzeiten T1 und T2 von Vg21 und Vg20, wie es in 13 gezeigt ist, als Ein- Ausschaltverhältnis jedes Halbleiter-Umschaltelementes am Polaritätswechselpunkt voneinander unterschiedlich gestaltet werden, ist es möglich, die Nadelähnliche Verzerrung des Eingangstroms am Polaritätswechselpunkt zu unterdrücken.
Ausführungsform 9
Eine neunte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 42 und 43 beschrieben. 42 ist eine Darstellung, die den Schaltungsaufbau eines Magnetron-Steuernetzteils der neunten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Ein Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiterumschalters 107 und 108 ist mit einem Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Schwungraddiode 105 und 106 parallelgeschaltet. Der erste und der zweite Halbleiterumschalter 107 und 108, die in Reihe geschaltet sind, sind mit einem Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Gleichrichterdiode 103 und 104 parallelgeschaltet. Ein erster und ein zweiter Kondensator 109 und 110 sind mit der ersten Gleichrichterdiode 103 und der zweiten Gleichrichterdiode 104 verbunden, und ein öffentliches Stromnetz 1, ein Filter 102 und ein Hochspannungstransformator 111 sind zwischen den Verbindungspunkt der ersten und der zweiten Gleichrichterdiode 103 und 104 sowie den Verbindungspunkt der Halbleiterumschalter 107 und 108 geschaltet. Der Sekundärwicklungsausgang des Hochspannungstransformators 111 ist mit einer Hochspannungs-Gleichrichterschaltung 112 verbunden, die eine Gleichspannung an ein Magnetron 113 anlegt. Das Magnetron 113 erzeugt eine Hochfrequenzwelle von 2,45 GHz auf der Basis der Wechselspannung. Der Betrieb des Magnetron-Steuernetzteils dieser Ausführungsform ist derselbe wie beim Beispiel des Standes der Technik, weshalb dieser nicht erneut beschrieben wird.
Die erste und zweite Gleichrichterdiode 103 und 104 sowie die erste und die zweite Schwungraddiode 105 und 106 befinden sich in einer Baugruppe als Brückengleichrichter 114, und als erster und zweiter Halbleiterumschalter 107 und 108 befinden sich Halbleiterumschalter, die keine Schwungraddiode enthalten, in der Baugruppe. Da bei diesem Aufbau keine Schwungraddiode im Halbleiterum schalter 107, 108 erforderlich ist, ist es möglich, einen kostengünstigen Aufbau einzurichten. 43 ist ein Anschlußdiagramm, wenn dieser Aufbau Verwendung findet. Als Eigenschaft der Diode ist eine schnell arbeitende Diode als Hochgeschwindigkeits-Diodenbrücke (trr: 5 μsec oder weniger) eingefügt.
Wenn dieser Aufbau verwendet wird, neigen die Verluste der Halbleiter dazu, sich anzugleichen, wodurch sich der Kühlungsausgleich verbessert und es möglich wird zu verhindern, daß bei lediglich einem Element die Temperatur übermäßig ansteigt.
Wie es oben beschrieben wurde, sind gemäß dieser Ausführungsform die Gleichrichterdioden 103 und 104 sowie die Schwungraddioden 105 und 106 als Brückengleichrichter 114 ausgeführt, wodurch die Dioden des Brückengleichrichters 114 verlustfrei verwendet werden können und darüber hinaus keine Diode im Halbleiterumschalter 107, 108 enthalten sein muß, so daß ein kostengünstiges Magnetron-Steuernetzteil erzeugt werden kann.
Ausführungsform 10
Eine zehnte Ausführungsform eines Magnetron-Steuernetzteils der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 44 und 45 beschrieben. 44 ist eine Darstellung, die den Schaltungsaufbau des Magnetron-Steuernetzteils der zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der Aufbau des Magnetron-Steuernetzteils der zehnten Ausführungsform unterscheidet sich von jenem der neunten Ausführungsform dadurch, daß die Halbleiterumschalter 107 und 108 in einer Baugruppe untergebracht sind.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht es, daß zwei Elemente eines Brückengleichrichters 114 und ein erstes Modulelement 120 ein primäres Halbleiterelement eines Wechselrichters ausbilden. 45 ist ein Anschlußdiagramm der Halbleiter, wenn dieser Aufbau verwendet wird. Dieser Aufbau ermöglicht die Verringerung der Zahl von Baugruppen, eine Verkleinerung des Wechselrichters und macht das Erfordernis einer Isolierung der Halbleiterumschalter 107 und 108 voneinander überflüssig, so daß die Abtrennung eines Gebläses und die Verwendung eines Isolierbleches nicht notwendig sind.
Wie es oben beschrieben wurde, werden gemäß der Ausführungsform die Halbleiterumschalter 107 und 108 als ein Modul verwendet, wodurch der Wechselrichter verkleinert werden kann und ein Magnetron-Steuernetzteil hergestellt werden kann, das zu einem einfachen Aufbau verkleinert ist.
Ausführungsform 11
Eine elfte Ausführungsform eines Magnetron-Steuernetzteils der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 46 bis 49 erläutert. Der Aufbau des Magnetron-Steuernetzteils der elften Ausführungsform gleicht jenem, der zuvor unter Bezugnahme auf 42, 44 beschrieben wurde, und wird nicht erneut im Detail beschrieben.
Der Betrieb läuft folgendermaßen ab: 46 bis 49 sind Diagramme, die die Wellenformen von Teilen in der Ausführungsform darstellen. 46 zeigt Strom- und Spannungswellenformen einer Schwungraddiode 105, 106, wenn ein Hochgeschwindigkeitserzeugnis als Schwungraddiode 105, 106 verwendet wird. Wie aus der Zeichnung deutlich wird, werden der Verlust, der während des Einschaltens der Diode auftritt, und der Verlust, der während des Ausschaltens der Diode auftritt, das heißt das Produkt des Stroms und der Spannung der Wellenform, verringert, wenn ein Hochgeschwindigkeitserzeugnis Verwendung findet. 47 zeigt Strom- und Spannungswellenformen, wenn ein Erzeugnis benutzt wird, das mit geringer Geschwindigkeit arbeitet. Wenn, wie in 47 gezeigt, die Diode langsam eingeschaltet wird, liegt eine hohe Gegenspannung an einem Halbleiterumschalter 107, 108 an, wobei sich der Umschaltverlust vergrößert, der beim Einschalten der Diode auftritt. Erfolgt die Abschaltung langsam, dann steigt der Verlust beim Ausschaltzeitpunkt insbesondere dann an, wenn weiterhin ein Strom fließt, nachdem der Halbleiterumschalter 107, 108 abgeschaltet wurde. Somit sind Elemente mit besonderem Augenmerk auf die Umschaltgeschwindigkeit für die Schwungraddioden 105 und 106 erforderlich.
Andererseits zeigt 48 Strom- und Spannungswellenformen einer Gleichrichterdiode 103, 104. 49 zeigt Strom- und Spannungswellenformen der Gleichrichterdiode 103 und 104, wenn sie im Bezug auf die Frequenzen des öffentlichen Stromnetzes betrachtet werden. Wie aus 48 zu sehen ist, ist in der Stromwellenform der Gleichrichterdiode 103, 104 der Umschaltverlust gering und der Einschaltverlust, d.h. das Produkt des Stroms und der Spannung, bei einem Fluß in einem stabilen Zustand dominant, da, wie in 49 gezeigt, in der Periode, während der ein Strom in die Gleichrichterdiode 103, 104 fließt, selbst wenn die Gleichrichterdiode 103, 104 abgeschaltet ist, lediglich eine geringe Spannung in der Gleichrichterdiode 103, 104 auftritt und das Produkt des Stroms und der Spannung zu diesem Zeitpunkt ebenfalls abnimmt. Somit sind Elemente, bei denen das Augenmerk auf eine geringe Durchlaßspannung der Diode, d.h. VF, gerichtet ist, für die Gleichrichterdioden 103 und 104 erforderlich.
50 ist ein Diagramm, das die Charakteristika der Geschwindigkeit (trr) und der Durchlaßspannung (VF) einer allgemeinen Diode darstellt. Da trr und VF normalerweise eine wechselseitig gegensätzliche Beziehung haben, wird zur Ausbildung eines Brückengleichrichters 114 mit einem Typ einer Charakteristik ein Element eines Wertes verwendet, der die optimale Charakteristik aufweist. Im Gegensatz dazu kann das optimale Element nicht verwendet werden. Die Verwendung zweier Typen von Elementen, die sich in der Charakteristik unterscheiden, ermöglicht eine drastische Verringerung des Elementverlustes. Das heißt, Elemente, bei denen die Wichtigkeit bei VF liegt, werden für die Gleichrichterdioden 103 und 104 verwendet, und Elemente, bei denen die Wichtigkeit bei trr liegt, werden als Schwungraddioden 105 und 106 verwendet, wodurch ein Brückengleichrichter 114 mit geringem Verlust hergestellt werden kann.
Wie es oben beschrieben wurde, werden gemäß dieser Ausführungsform, Dioden mit geringem VF als Gleichrichterdioden 103 und 104 und Hochgeschwindigkeitsdioden als Schwungraddioden 105 und 106 verwendet, um den Brückengleichrichter 114 auszubilden, wodurch es möglich ist, den Verlust jeder Diode zu minimieren und ein kostengünstiges Magnetron-Steuernetzteil mit exzellenten Kühleigenschaften zu erzeugen, mit denen die Verkleinerung eines Gebläses möglich ist.
Ausführungsform 12
Eine zwölfte Ausführungsform eines Magnetron-Steuernetzteils der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 51 beschrieben.
51 zeigt den Aufbau des Magnetron-Steuernetzteils dieser Ausführungsform der Erfindung. Die zwölfte Ausführungsform unterscheidet sich von der neunten, zehnten oder elften Ausführungsform dadurch, daß Halbleiterumschalter 107 und 108, Gleichrichterdioden 103 und 104, sowie Schwungraddioden 105 und 106 in einer Baugruppe untergebracht sind.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht die Unterbringung von Halbleitern, die auf der Primärseite des Magnetron-Steuernetzteils verwendet werden, in einer Baugruppe, beseitigt das Erfordernis einer Isolierung zwischen den Elementen, die für einzelne Elemente erforderlich ist, und ermöglicht eine kompakte Installation. Es ist ebenfalls möglich, den Kühlaufbau weiter zu verringern, da die sich erwärmenden Bauteile an einem Punkt zusammengefaßt sind.
Wie es oben beschrieben wurde, sind gemäß dieser Ausführungsform die Halbleiterumschalter 107 und 108, die Schwungraddioden 105 und 106, sowie die Gleichrichterdioden 103 und 104 in einer Baugruppe untergebracht, wodurch sich sämtliche Halbleiterelemente des Primärkreises eines Wechselrichters in einer Baugruppe befinden und ein verkleinertes Magnetron-Steuernetzteil erzeugt werden kann.
Ausführungsform 13
Eine dreizehnten Ausführungsform eines Magnetron-Steuernetzteils der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 52 beschrieben.
52 zeigt den Aufbau des Magnetron-Steuernetzteils dieser Ausführungsform der Erfindung. Die dreizehnte Ausführungsform unterscheidet sich von der zwölften Ausführungsform dadurch, daß Halbleiterumschalter-Steuerungen 123 und 124 in einem Halbleitermodul enthalten sind, das Halbleiterumschalter 107 und 108, Gleichrichterdioden 103 und 104 sowie Schwungraddioden 105 und 106 umfaßt, die sich in einer Baugruppe befinden.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht die Ansteuerung eines Umschaltelementes lediglich durch Anlegen eines Steuersignals und die Zufuhr eines Steuerstromes zum Halbleitermodul von einer Steuerschaltung (nicht gezeigt). Auf diese Weise kann das Magnetron-Steuernetzteil weiter verkleinert werden. Die Steuereinrichtungen 123 und 124 befinden sich in der Nähe der Halbleiter-Umschalter 107 und 108, so daß zudem ein höherer Widerstand gegen externes Rauschen erwartet wird.
Wie es oben beschrieben wurde, sind gemäß dieser Ausführungsform die Steuereinrichtungen 123 und 124 im Halbleitermodul untergebracht, so daß ein kleineres Magnetron-Steuernetzteil hergestellt werden kann.
Industrielle Einsetzbarkeit
Wie oben ausgeführt, kann gemäß der Erfindung der Eingangsstrom über beinahe sämtliche Bereiche des öffentlichen Stromnetzes selbst durch einen Verbraucher mit nicht linearer Charakteristik, wie etwa ein Magnetron, fließen, kann der Verlust der Wechselrichterschaltung auch in einem Gerät unterdrückt werden, das eine hohe Umwandlungsleistung verarbeitet, wie etwa ein Mikrowellenherd, und kann ein äußerst effizientes Magnetron-Steuernetzteil hergestellt werden.
Die Hochfrequenz-Heizstrom-Zuführeinrichtung der Erfindung ermöglicht die Unterdrückung einer nadelartigen Verzerrung des Eingangsstroms im Bereich des Polaritätswechselpunktes, die in einem Schaltungsaufbau auftritt, bei der die Rollen des einen Halbleiter-Umschaltelementes zum Steuern der Aufspann- Aufladungsfunktion und der Wechselrichterfunktion und des anderen Halbleiter-Umschaltelementes zum Steuern lediglich der Wechselrichterfunktion immer dann getauscht werden müssen, wenn die Polarität des öffentlichen Wechselstromnetzes wechselt, wodurch ein stabiler Eingangsstrom erzeugt werden kann.
Wie es aus den beschriebenen Ausführungsformen hervorgeht, sind gemäß der Erfindung die Gleichrichterdioden und die Schwungraddioden als Brückengleichrichter ausgeführt, wodurch die Dioden des Brückengleichrichters ohne Verlust verwendet werden können und darüber hinaus keine Diode im Halbleiterumschalter enthalten sein muß, so daß ein kostengünstiges Magnetron-Steuernetzteil hergestellt werden kann.

Claims

Magnetron-Steuernetzteil, das mit einem kommerziellen Stromnetz (1) verbunden werden kann, enthaltend: einen Reihenschaltkörper eines ersten und eines zweiten Halbleiter-Schaltelementes (20, 21), die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, einen Reihenschaltkörper einer ersten und einer zweiten Diode (22, 23), und einen Hochspannungstransformator (26) mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, um ein Magnetron (8) durch eine Hochspannungs-Gleichrichtschaltung (12) mit Strom zu versorgen, gekennzeichnet durch einen ersten Kondensator (24), der mit der ersten Diode (22) parallelgeschaltet ist, und einen zweiten Kondensator (25), der mit der zweiten Diode (23) parallelgeschaltet ist, wobei der Reihenschaltkörper der Halbleiter-Schaltelemente (20, 21) und der Reihenschaltkörper der Dioden (22, 23) parallelgeschaltet sind, und eine Reihenschaltung der kommerziellen Stromversorgung (1) sowie der Primärwicklung des Hochspannungstransformators (26) zwischen einen Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Halbleiter-Schaltelementes (20, 21) und einen Verbindungspunkt der ersten und der zweiten Diode (22, 23) geschaltet ist.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 1, bei dem das erste und das zweite Halbleiter-Schaltelement (20, 21), die in einen rückwärts leitenden Zustand versetzt werden können, einen Halbleiterschalter (107, 108) enthalten, der vorwärts leitet, sowie eine Diode (105, 106), die antiparallel zum Halbleiterschalter (107, 108) geschaltet ist.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite Kondensator (24, 25) die gleiche Kapazität haben.
Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein dritter Kondensator (30, 31, 32) zum ersten und/oder zweiten Halbleiter-Schaltelement (20, 21) und der Primärwicklung des Hochspannungstransformators (26) parallelgeschaltet ist.
Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin enthaltend eine Steuerschaltung (33), die dazu eingerichtet ist, komplementäre Steuersignale dem ersten und dem zweiten Halbleiter-Schaltelement (20, 21) zuzuführen, und weiterhin derart beschaffen ist, das Steuersignal des ersten Halbleiter-Schaltelementes (20) durch das Steuersignal des zweiten Halbleiter-Schaltelementes (21) gemäß einer Polarität des kommerziellen Stromnetzes (1) zu ersetzen.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 5, weiterhin enthaltend eine Stromnetzpolaritäts-Ermittlungseinrichtung (34), die die Polarität des kommerziellen Stromnetzes ermittelt, wobei die Steuerschaltung (33) dazu eingerichtet ist, die Steuersignale des ersten und des zweiten Halbleiter-Schaltelementes (20, 21) auf der Basis der Ermittlungsinformationen der Stromnetzpolaritäts-Ermittlungseinrichtung (34) zu ersetzen.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 6, bei dem die Stromnetzpolaritäts-Ermittlungseinrichtung (34) als Optokoppler (35) ausgebildet ist, der die Polarität des kommerziellen Stromnetzes ermittelt.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 6, bei dem die Stromnetzpolaritäts-Ermittlungseinrichtung (34) die Spannung des zweiten Kondensators (25) erfaßt und die Polarität des kommerziellen Stromnetzes ermittelt.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Steuerschaltung (33) dazu eingerichtet ist, die Steuersignale mit einer vorbestimmten Wechselrate zu wechseln, wenn die Polarität des kommerziellen Stromnetzes (1) wechselt.
Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die Steuerschaltung (33) so eingerichtet ist, daß sie die Leitzeit des zweiten Halbleiter-Schaltelementes (21) so ändert, daß diese in Abhängigkeit der Spannung des kommerziellen Stromnetzes (1) in der Zeitperiode verkürzt wird, in der die Spannung des kommerziellen Stromnetzes (1) in positiver Richtung hoch ist, und weiterhin so, daß sie die Leitzeit des ersten Halbleiter-Schaltelementes (20) so ändert, daß diese in Abhängigkeit der Spannung des kommerziellen Stromnetzes (1) in der Zeitperiode verkürzt wird, in der die Spannung des kommerziellen Stromnetzes (1) in negativer Richtung hoch ist.
Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem die Steuerschaltung (33) dazu eingerichtet ist, jede der relativen Ein-Aus-Einschaltdauern des ersten und des zweiten Halbleiter-Schaltelementes (20, 21) auf 50% zu einem Polaritäts-Wechselpunkt einzustellen, bei dem die Polarität des kommerziellen Stromnetzes (1) wechselt.
Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin enthaltend eine Polaritäts-Ermittlungseinrichtung (34), die einen Polaritätswechselpunkt des kommerziellen Stromnetzes (1) erfaßt, und eine Steuerschaltung (33), die dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Halbleiter-Schaltelement (20, 21) derart anzusteuern, daß das erste und das zweite Halbleiter-Schaltelement (20, 21) komplementär eine Spannungs- und Ladungserhöhungs- sowie eine Wechselrichtfunktion und lediglich die Wechselrichtfunktion steuern, wobei die Steuerschaltung (33) weiterhin dazu eingerichtet ist, diese Funktionen des ersten und des zweiten Halbleiterelementes (20, 21) zum Polaritätswechselpunkt zu ersetzen.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 2, bei dem die Dioden (105, 106), die antiparallel zu den Halbleiterschaltern (107, 108) geschaltet sind, eine erste und eine zweite Schwungraddiode (105, 106) sind, wobei der Reihenschaltkörper der ersten und der zweiten Diode eine erste und eine zweite Gleichrichterdiode (103, 104) enthält und die erste sowie die zweite Schwungraddiode (105, 106) und die erste sowie die zweite Gleichrichterdiode (103, 104) in einer Baugruppe (114) untergebracht sind.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 13, bei dem der erste und der zweite Halbleiterschalter (107, 108) in einer Baugruppe (120) untergebracht sind.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 13 bis 14, bei dem Hochgeschwindigkeitsdioden als erste und als zweite Schwungraddioden (105, 106) verwendet werden, und Dioden mit geringer Durchlassspannung als die erste und die zweite Gleichrichterdiode (103, 104) verwendet werden.
Magnetron-Steuernetzteil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der erste und der zweite Halbleiterschalter (107, 108), die erste und die zweite Schwungraddiode (105, 106) sowie die erste und die zweite Gleichrichterdiode (103, 104) in einer Baugruppe (121) untergebracht sind.
Magnetron-Steuernetzteil nach Anspruch 16, enthaltend eine Steuerschaltung (123, 124), die den ersten und den zweiten Halbleiterschalter (107, 108) ansteuert.