EP2852250B1 - Mikrowellenofen mit Lastenausgleich im Hochspannungsgenerator - Google Patents

Mikrowellenofen mit Lastenausgleich im Hochspannungsgenerator Download PDF

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EP2852250B1
EP2852250B1 EP14001471.3A EP14001471A EP2852250B1 EP 2852250 B1 EP2852250 B1 EP 2852250B1 EP 14001471 A EP14001471 A EP 14001471A EP 2852250 B1 EP2852250 B1 EP 2852250B1
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EP
European Patent Office
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push
switching element
pull amplifier
operating mode
microwave oven
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EP2852250A1 (de
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Alfred Betschart
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V-Zug AG
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V-Zug AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/681—Circuits comprising an inverter, a boost transformer and a magnetron
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/666—Safety circuits

Definitions

  • the invention relates to a microwave oven with a magnetron and with a drive circuit for the magnetron.
  • the invention also relates to a method for operating such a microwave oven.
  • a microwave oven has a high voltage transformer which is driven by a half or full bridge circuit.
  • the drive circuit of the magnetron in a conventional manner has a high voltage generator for generating the high voltage for the operation of the magnetron.
  • a controller is provided which controls the high voltage generator.
  • the high voltage generator has a high voltage transformer and a full bridge.
  • the full bridge has a first and a second push-pull final stage.
  • the push-pull output stages are connected in parallel with each other, and each push-pull output stage has a first switching element in series with a second switching element.
  • the primary winding of the high-voltage transformer is arranged between the two push-pull output stages.
  • controller is configured to switch between the operating modes A and A '.
  • This embodiment is based on the finding that the main losses occur in that switching element which is turned off first, and that it is possible to switch between the aforementioned operating modes A and A 'in order to reduce the losses between the first switching element of the first push-pull final stage and the second Balancing switching element of the second push-pull final stage.
  • the controller is configured to switch back and forth between the operation modes B and B '.
  • the switching back and forth between the operating modes is preferably carried out periodically.
  • the said operating modes A, A ', B and B' can be linked together by the controller being designed to combine the operating mode A with the operating mode B 'and to combine the operating mode A' with the operating mode B.
  • the control itself has only two different operating modes: In one of them, the switching elements are operated according to A and B, in the other according to A 'and B'.
  • control is advantageously designed to use the operating modes A and A 'alternately during the same period of time.
  • the invention also relates to a method for operating such a microwave oven, wherein in an operating mode A, the first switching element of the first push-pull output stage is turned off, while the second switching element of the second push-pull final stage is still turned on, and in an operating mode A 'the second switching element of the second push-pull output stage is switched off while the first switching element of the first push-pull final stage is still switched on, wherein between the operating modes A and A 'is changed.
  • high voltage is understood to mean a voltage which is required as anode-cathode voltage for operation of the magnetron. In practice, this voltage is in most cases at least 1 kV, usually several kilovolts.
  • a push-pull output stage is a series connection of two electronic components, which can be alternately switched continuously, so that at the center tap of the two components, a time-varying voltage.
  • a half-bridge circuit is a circuit with exactly one push-pull final stage.
  • a full-bridge circuit (H-circuit, H-bridge) is a circuit with two push-pull output stages connected in parallel, with the load between the center taps of the two push-pull final stages.
  • the invention relates to a microwave oven, as exemplified in Fig. 1 is shown.
  • the microwave oven has a cooking chamber 1 for receiving the food to be heated, which can be closed to the user by a user door 2.
  • a magnetron 3 is also arranged, which is connected via a Holleiter 4 with the cooking chamber 1 in combination.
  • a controller 5 controls the function of the device.
  • Fig. 2 shows the most important components of the controller 5 in the present context.
  • the mains voltage of e.g. 230 volts at 50 Hz is rectified in a rectifier 10.
  • the first intermediate voltage Uz thus produced is then slightly filtered via a first capacitor C1, the capacitor C1, however, being dimensioned so that, under load, the value of the first intermediate voltage Uz varies by at least 50% with twice the mains frequency.
  • the intermediate voltage Uz is also tapped via a diode D1 and further filtered via a second capacitor C2 to form a second intermediate voltage Uz '.
  • the first intermediate voltage Uz is supplied to a high voltage generator 11, with which, as described below, the high voltage for driving the magnetron 3 is generated.
  • the second intermediate voltage Uz ' is supplied to a heating current generator 12, with which, as described below, the heating current for the cathode heating of the magnetron 3 is generated.
  • control unit 13 e.g. in the form of a microprocessor, controlled.
  • An analog-to-digital converter of the control unit 13 is supplied via a voltage divider R5, R6 a proportional to the intermediate voltage Uz value so that it can determine the intermediate voltage Uz.
  • the high voltage generator 11 comprises a full bridge circuit with four electronic switching elements T3 - T6, in particular in the form of IGBT transistors. Over each switching element T3 - T6 a freewheeling diode 30 is arranged in each case. The freewheeling diode 30 is connected in parallel to the respective switching element and directed so that it only transmits current only when it flows in a direction reverse to the normal flow direction of the switching element.
  • the switching elements T3 - T6 are arranged in a known manner in two branches or push-pull output stages T3 and T4 or T5 and T6, wherein the switching elements of each branch are each arranged in series between the first intermediate voltage Uz and ground. Between the switching elements of each branch, a center tap is provided in each case, wherein the two center taps are connected to the two terminals of the primary winding of a high-voltage transformer 14.
  • the switching elements T3 - T6 form an inverter, which feeds an alternating voltage into the primary winding of the high-voltage transformer.
  • the high voltage transformer 14 has a secondary winding with a much higher number of turns than the primary winding for generating the high voltage.
  • the high voltage is rectified via two diodes D2 and D3, doubled and filtered by means of two capacitors C3 and C4.
  • the high voltage Uh thus generated is applied between the cathode K and the anode A of the magnetron 3.
  • a drive circuit 16 For driving the switching elements T3 - T6, a drive circuit 16 is provided, which is controlled by the control unit 13.
  • the drive circuit 16 generates the control voltages (gate or base voltages) UG3 - UG6 for the switching elements T3 - T6.
  • the control unit 13 is designed to switch the two branches of the full bridge circuit T3 - T6 alternately. The driving is done so that during a switching cycle, the primary winding of high voltage transformer 14 is not permanently between the first intermediate voltage Uz and ground, but that the primary winding is decoupled during a time to be selected by the control unit 13 from the intermediate voltage Uz, i. the circuit is clocked with pulse width modulation so that the value of the high voltage Uh can be controlled.
  • this can be divided by a voltage divider R10 - R13 and R14 and fed to an optocoupler 17 whose output signal is forwarded to the control unit 13. For example, a lack or non-ignition of the magnetron can be detected in this way.
  • a resistor R20 is provided between the two branches T3, T4 or T5, T6 and a fixed reference potential, in particular ground.
  • the initial increase in the voltage drop Ur across this resistor at the beginning of a current pulse is a measure of the anode current of the magnetron 3 and is supplied to the control unit 13 via an amplifier 18 for measurement purposes. In this way, the anode current can be monitored.
  • the Wienstromgenerator 12 is formed in the present embodiment of a half-bridge with two operated as push-pull final stage switching elements T1 and T2.
  • the switching elements T1 and T2 which in turn For example, can be configured as IGBT transistors and each equipped with a freewheeling diode 30 are arranged in series between the second intermediate voltage Uz 'and ground.
  • the center tap between the two switching elements T1, T2 is connected to one terminal of the primary winding of a heating transformer 15.
  • the second terminal of the primary winding of the heating transformer 15 is connected to the center tap of a capacitive voltage divider of two capacitors C5 and C6.
  • the two capacitors C5 and C6 are connected in series between the second intermediate voltage Uz 'and ground.
  • the diode D1 prevents current from being discharged from the capacitors C5, C6 when the high voltage generator 11 connected to the intermediate voltage Uz draws current.
  • the secondary winding of the heating transformer 15 is connected to the cathode heater, i. connected to the filament, the magnetron 3 and supplies them with electricity.
  • a drive circuit 20 For driving the switching elements T1 and T2, a drive circuit 20 is provided, which is controlled by the control unit 13.
  • the drive circuit 20 generates the control voltages (gate or base voltages) UG1, UG2 for the switching elements T1 and T2. The type of control will be described in detail below.
  • a resistor R21 is arranged, through which the current from the push-pull output stage T1, T2 through the heating transformer to ground (or. the reference potential).
  • the voltage drop across this resistor is a measure of the current flowing from the second intermediate voltage Uz 'through the primary coil of the high voltage transformer 15 to ground (or reference potential). It is tapped by an amplifier 21 and fed to an analog-to-digital converter of the control unit 13.
  • Fig. 3 describes how the control unit 13 controls the switching elements of the heating current generator 12.
  • the figure shows the course of the voltages UG1 and UG2, which are applied to the control inputs of the switching elements T1 and T2, as well as the course of the voltage Uih, which drops across the resistor R21.
  • the control unit 13 is designed to switch the two switching elements T1 and T2 cyclically alternately.
  • a typical cycle period Tz is advantageously in the range of 10 - 50 ⁇ s.
  • heating phases H1 and H2 The periods in which one of the switching elements T1 or T2 is turned on are referred to below as heating phases H1 and H2, respectively, and are shown in FIG Fig. 3 drawn, wherein in the heating phase H1, the first switching element T1 and H2 in the heating phase, the second switching element T2 is turned on. Between the heating phases H1 and H2 or H2 and H1 both switching elements T1, T2 are turned off.
  • the phases in which both switching elements T1 and T2 are turned off are referred to as resting phases R1 and R2 and are in Fig. 3 also marked.
  • the heating phases have a duration th, the rest periods a duration tr.
  • the time th can be selected identically for both switching elements T1 and T2 in a simple embodiment, as well tr.
  • an alternating current is generated in the primary winding of the heating transformer 15, which is supplied (except for losses in the components, in particular in the heating transformer 15) as heating power of the cathode heater of the magnetron 3.
  • the average magnitude of the heating power is a function of the duty cycle, i. of the quotient th / Tz.
  • Fig. 3 increases after switching one of the switching elements T1, T2 of the current through the primary winding of the heating transformer 15 and thus the voltage drop Uih via resistor R21 and can be measured by the control unit 13 via the amplifier 21.
  • the voltage drop Uih forms a parameter that depends on the resistance of the cathode heater of the magnetron 3. Assuming that no losses occur in the heating transformer 15, Uih towards the end of the heating pulse is inversely proportional to the resistance of the cathode heater.
  • resistor R21 together with amplifier 21 form a measuring circuit which is designed to determine a parameter dependent on the resistance of the cathode heating.
  • Fig. 3 is a time tm plotted, to which the controller 13 measures the voltage drop Uih.
  • This time tm is preferably just before the end tx of the respective heating phase H1 or H2, for example at most 1 ⁇ s before the end tx of the heating phase.
  • a measurement takes place in each heating phase.
  • the product P is at least approximately proportional to the power supplied to the cathode heater.
  • the value of the intermediate voltage Uz ' approximately the value of the intermediate voltage Uz can be used, as it is determined by the control unit via the voltage divider R5, R6.
  • Uz ' corresponds to the value of Uz except for the voltage drop across D1.
  • Uz ' is sometimes somewhat larger than Uz, the difference remains small if the components are dimensioned appropriately.
  • a second voltage divider may be provided in addition to or as an alternative to R5, R6, which supplies the second intermediate voltage Uz 'to the measurement of the control unit 13.
  • P is averaged over a filter time which is at least half a clock period of the line voltage, i. at least 10 ms.
  • An adaptation of the pulse width th occurs only after the filter time has expired.
  • the control unit 13 forms a power regulator, with which the power absorbed by the cathode heater power can be controlled to a desired value.
  • Fig. 4 describes how the control unit 13 controls the switching elements T3 - T6 of the high voltage generator 11.
  • the figure shows the course of the voltages UG3 - UG6, which are applied to the control inputs of the switching elements T3 - T6, and the course of the current Ip in the primary winding of the high voltage transformer and the voltage Ur, which drops across the resistor R20.
  • the control unit 13 is configured to cyclically operate the four switching elements T3-T6.
  • a typical cycle period tc is advantageously in the range of 10 - 50 ⁇ s.
  • the phases P1 and P3 are preferably the same length.
  • the phases P2 and P4 are preferably the same length.
  • the phases P1 and P3 are, however, usually shorter or at most the same length as the phases P2 and P4.
  • the controller 13 When the user activates the microwave oven, ie has given the command to supply energy to the food in the oven, the controller 13 first starts a preheating phase. In this preheating phase, the switching elements T3 - T6 all remain switched off, so that no high voltage is applied to the magnetron 3. The preheating phase is then followed by an operating phase in which the switching elements T3-T6 also operate alternately be taken to apply the high voltage to the magnetron and to produce the desired microwave radiation. The operating phase is described in more detail below.
  • the control unit 13 operates the device, for example, with the in Fig. 4 shown pulse sequence. Accordingly, the first switching element T3 of the first push-pull output stage T3, T4 is initially switched on (in phase P1) in the first two phases P1 and P2, as is the second switching element T6 of the second push-pull final stage T5, T6. The current thus flows from the intermediate voltage Uz through T3, the primary winding and T6 to ground. Now, the first switching element T3 of the first push-pull output stage T3, T4 is turned off while the second switching element T6 of the second push-pull final stage remains switched on. This takes place under load, so that a relatively large thermal loss occurs during the switching transient in the switching element T3.
  • the first switching element T5 of the second push-pull output stage T5, T6 is now switched on, while the second switching element T4 of the first push-pull final stage T3, T4 is already switched on.
  • the switching element T5 is turned off again while the switching element T4 remains switched on. This switching process is again under load, so that in the switching element T5 a relatively large thermal loss occurs.
  • control unit 13 is configured to not only judge the judge with the in Fig. 4 to control the pulse sequence shown.
  • Fig. 5 shows an alternative pulse train.
  • the switching elements T4 and T6 are turned off while still turned on by the switching elements T3 and T5. This results in the primary power losses in the switching elements T4 and T6, while the heating of the switching elements T3 and T5 remains low.
  • control unit 13 is now configured to at least two of the sequences according to Fig. 4-7 use.
  • control unit 13 In order to balance the power between the switching elements T3 and T6, the control unit 13 should thus switch between the operating modes A and A '. In order to balance the power between the switching elements T4 and T5, it should switch between the operating modes B and B '.
  • the switching between different modes of operation can basically be e.g. after every cycle tc take place.
  • the control unit 13 is configured to switch the operating modes synchronously with twice the mains frequency.
  • the switching between operating modes is thus preferably every 10 ms, or every 20 ms, 30ms, etc. In this way, the power loss over a half period of the mains voltage is averaged - since the intermediate voltage Uz has a high residual ripple, can in this way the power fluctuation occurring during a half period is averaged.
  • control unit 13 is configured to combine the operation mode A with the operation mode B, and the operation mode A 'with the operation mode B'.
  • A is switched from A to A 'when switching from B to B', and from B 'to B when switching from A' to A, so that the operation between the two similar pulse sequences in FIG 4 and 5 is changed back and forth.
  • the circuit complexity can be reduced.
  • control unit 13 is configured to combine the operating modes A and B ', as well as the operating modes A' and B, ie between the two similar pulse trains according to 6 and 7 back and forth, in particular periodically toggling. Again, the circuit complexity can be reduced thereby.
  • the described pulse sequence for the full bridge can also be used in a device in which only one transformer with two secondary windings (for heating and high voltage) is provided, the primary winding is fed by the full bridge.
  • a control circuit for a microwave oven which has a full bridge T3 - T6 for supplying the high voltage transformer 14 with AC pulses.
  • the control unit 13 of the device is designed to vary the sequence of control pulses for the switching elements of the full bridge T3-T6 so as to distribute the switching losses as uniformly as possible to the various switching elements.
  • sequence control of the described method steps can be implemented as hardware and / or software in the control unit 13.

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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen mit einem Magnetron und mit einer Ansteuerschaltung für das Magnetron. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Mikrowellenofens.
    • Hintergrund
  • Normalerweise besitzt ein Mikrowellenofen einen Hochspannungstransformator, welcher von einer Halb- oder Vollbrückenschaltung angesteuert wird.
  • In US 4 742 442 und DE 3842910 werden Geräte beschrieben, bei welchem der Hochspannungs-Transformator von einer Vollbrücke gespeist wird.
  • Bei einer Ansteuerung dieser Art können in den Schaltelementen der Vollbrücke beträchtliche Verlustleistungen auftreten, was zu thermischen Problemen führen kann.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es stellt sich deshalb die Aufgabe, einen Mikrowellenofen und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchen thermische Probleme bei den Schaltelementen bekämpft werden können.
  • Demgemäss besitzt die Ansteuerschaltung des Magnetrons in an sich bekannter Weise einen Hochspannungsgenerator zum Erzeugen der Hochspannung für den Betrieb des Magnetrons. Zudem ist eine Steuerung vorgesehen, welche den Hochspannungsgenerator steuert.
  • Der Hochspannungsgenerator weist einen Hochspannungstransformator und eine Vollbrücke auf. Die Vollbrücke besitzt eine erste und eine zweite Gegentakt-Endstufe. Die Gegentakt-Endstufen sind zueinander parallel geschaltet, und jede Gegentakt-Endstufe weist ein erstes Schaltelement in Serie zu einem zweiten Schaltelement auf. Die Primärwicklung des Hochspannungstransformators ist zwischen den beiden Gegentakt-Endstufen angeordnet.
  • Die Steuerung ist in an sich konventioneller Weise dazu ausgestaltet, alternierend
    • das erste Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe und das zweite Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe einzuschalten, und
    • das zweite Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe (T3, T4) und das erste Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe einzuschalten.
  • Auf diese Weise kann in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators ein Wechselstrom erzeugt werden.
  • Anspruchsgemäss ist die Steuerung nun weiter dazu ausgestaltet,
    • in einem Betriebsmodus A das erste Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das zweite Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    • in einem Betriebsmodus A' das zweite Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das erste Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist.
  • Weiter ist die Steuerung dazu ausgestaltet, zwischen den Betriebsmoden A und A' hin- und herzuwechseln.
  • Dieser Ausgestaltung steht die Erkenntnis zugrunde, dass die Hauptverluste in demjenigen Schaltelement entstehen, das als Erstes ausgeschaltet wird, und dass zwischen den erwähnten Betriebsmoden A und A' umgeschaltet werden kann, um die Verluste zwischen dem ersten Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe und dem zweiten Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe auszugleichen.
  • Um auch die Verluste zwischen dem zweiten Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe und dem ersten Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe auszugleichen, kann die Steuerung weiter dazu ausgestaltet sein,
    • in einem Betriebsmodus B das erste Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das zweite Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    • in einem Betriebsmodus B' das zweite Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das erste Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist.
  • Weiter ist die Steuerung in diesem Falle dazu ausgestaltet, zwischen den Betriebsmoden B und B' hin- und herzuwechseln.
  • Das Hin- und Herwechseln zwischen den Betriebsmoden erfolgt vorzugsweise periodisch.
  • In einer besonders einfachen Ausführung können die genannten Betriebsmoden A, A', B und B' miteinander verknüpft werden, indem die Steuerung dazu ausgestaltet ist, den Betriebsmodus A mit dem Betriebsmodus B' zu kombinieren und den Betriebsmodus A' mit dem Betriebsmodus B zu kombinieren. In diesem Falle besitzt die Steuerung an sich nur noch zwei unterschiedliche Betriebsmoden: In einem davon werden die Schaltelemente gemäss A und B betrieben, im anderen gemäss A' und B'.
  • Um einen vollständigen thermischen Ausgleich zu erzielen, ist die Steuerung vorteilhaft dazu ausgestaltet, die Betriebsmoden A und A' alternierend während jeweils gleicher Zeitdauer einzusetzen.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Mikrowellenofens, wobei
    in einem Betriebsmodus A das erste Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das zweite Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    in einem Betriebsmodus A' das zweite Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das erste Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist,
    wobei zwischen den Betriebsmoden A und A' gewechselt wird.
  • Um auch einen thermischen Ausgleich zwischen dem zweiten Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe und dem ersten Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe zu erzielen, kann das Verfahren weiter dadurch charakterisiert sein, dass
    • in einem Betriebsmodus B das erste Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das zweite Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    • in einem Betriebsmodus B' das zweite Schaltelement der ersten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das erste Schaltelement der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist,
    wobei zwischen den Betriebsmoden B und B' gewechselt wird. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch die im vorliegenden Zusammenhang wichtigsten Teile eines Mikrowellenofens,
    • Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm des Mikrowellenofens,
    • Fig. 3 ein Diagramm einiger Signale der Ansteuerschaltung für die Kathodenheizung,
    • Fig. 4 ein Diagramm einiger Signale der Ansteuerschaltung für den Hochspannungsgenerator für die Betriebsmoden A, B,
    • Fig. 5 das Diagramm von Fig. 4 für die Betriebsmoden A', B',
    • Fig. 6 das Diagramm von Fig. 4 für die Betriebsmoden A, B' und
    • Fig. 7 das Diagramm von Fig. 4 für die Betriebsmoden A', B.
    Wege zur Ausführung der Erfindung Definitionen:
  • Als Hochspannung wird im vorliegenden Kontext eine Spannung verstanden, welche als Anoden-KathodenSpannung zum Betrieb des Magnetrons erforderlich ist. In der Praxis beträgt diese Spannung in den meisten Fällen mindestens 1 kV, in der Regel mehrere Kilovolt.
  • Eine Gegentakt-Endstufe ist eine Serieschaltung zweier elektronischer Bauelemente, welche abwechslungsweise durchgängig geschaltet werden können, so dass am Mittelabgriff der beiden Bauelemente eine zeitlich variierende Spannung entsteht.
  • Eine Halbbrückenschaltung ist eine Schaltung mit genau einer Gegentakt-Endstufe.
  • Eine Vollbrückenschaltung (H-Schaltung, H-Brücke) ist eine Schaltung mit zwei parallel geschalteten Gegentakt-Endstufen, wobei die Last zwischen den Mittelabgriffen der beiden Gegentakt-Endstufen liegt.
    • Grundaufbau:
  • Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen, wie er beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist. Der Mikrowellenofen besitzt einen Garraum 1 zur Aufnahme der zu erwärmenden Speisen, der zum Benutzer hin von einer Benutzertüre 2 verschlossen werden kann. Im Gerät ist zudem ein Magnetron 3 angeordnet, welches über einen Holleiter 4 mit dem Garraum 1 in Verbindung steht. Eine Steuerung 5 steuert die Funktion des Geräts.
  • Fig. 2 zeigt die im vorliegenden Zusammenhang wichtigsten Komponenten der Steuerung 5.
  • Die Netzspannung von z.B. 230 Volt bei 50 Hz wird in einem Gleichrichter 10 gleichgerichtet. Die so erzeugte erste Zwischenspannung Uz wird sodann über einem ersten Kondensator C1 leicht gefiltert, wobei der Kondensator C1 allerdings so dimensioniert ist, dass bei Last der Wert der ersten Zwischenspannung Uz mit der doppelten Netzfrequenz um mindestens 50% schwankt. Die Zwischenspannung Uz wird zudem über eine Diode D1 abgegriffen und über einen zweiten Kondensator C2 weiter gefiltert, um eine zweite Zwischenspannung Uz' zu bilden.
  • Die erste Zwischenspannung Uz wird einem Hochspannungsgenerator 11 zugeführt, mit welchem wie unten beschrieben die Hochspannung zur Ansteuerung des Magnetrons 3 erzeugt wird. Die zweite Zwischenspannung Uz' wird einem Heizstromgenerator 12 zugeführt, mit welchem wie unten beschrieben der Heizstrom für die Kathodenheizung des Magnetrons 3 erzeugt wird.
  • Der Betrieb des Hochspannungsgenerators 11 und des Heizstromgenerators 12 wird von einer Steuereinheit 13, z.B. in Form eines Mikroprozessors, gesteuert.
  • Einem Analog-Digital-Konverter der Steuereinheit 13 wird über einen Spannungsteiler R5, R6 ein zur Zwischenspannung Uz proportionaler Wert zugeführt, so dass diese die Zwischenspannung Uz bestimmen kann.
    • Hochspannungsgenerator:
  • Der Hochspannungsgenerator 11 umfasst eine Vollbrückenschaltung mit vier elektronischen Schaltelementen T3 - T6, insbesondere in Form von IGBT-Transistoren. Über jedem Schaltelement T3 - T6 ist jeweils eine Freilaufdiode 30 angeordnet. Die Freilaufdiode 30 ist parallel zum jeweiligen Schaltelement angeschlossen und so gerichtet, dass sie jeweils Strom nur durchlässt, wenn er in eine Richtung umgekehrt zur normalen Durchflussrichtung des Schaltelements fliesst.
  • Die Schaltelemente T3 - T6 sind in bekannter Weise in zwei Zweigen bzw. Gegentakt-Endstufen T3 und T4 bzw. T5 und T6 angeordnet, wobei die Schaltelemente jedes Zweigs jeweils in Serie zwischen der ersten Zwischenspannung Uz und Masse angeordnet sind. Zwischen den Schaltelementen jedes Zweigs ist jeweils ein Mittelabgriff vorgesehen, wobei die beiden Mittelabgriffe mit den beiden Anschlüssen der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators 14 verbunden sind. Somit bilden die Schaltelemente T3 - T6 einen Wechselrichter, welcher eine Wechselspannung in die Primärwicklung des Hochspannungstransformators einspeist.
  • Der Hochspannungstransformator 14 besitzt eine Sekundärwicklung mit wesentlich höherer Wicklungszahl als die Primärwicklung zur Erzeugung der Hochspannung. Die Hochspannung wird über zwei Dioden D2 und D3 gleichgerichtet, verdoppelt und mittels zwei Kondensatoren C3 und C4 gefiltert. Die so erzeugte Hochspannung Uh wird zwischen der Kathode K und der Anode A des Magnetrons 3 angelegt.
  • Zum Ansteuern der Schaltelemente T3 - T6 ist eine Ansteuerschaltung 16 vorgesehen, welche von der Steuereinheit 13 gesteuert wird. Die Ansteuerschaltung 16 erzeugt die Steuerspannungen (Gate- oder Basisspannungen) UG3 - UG6 für die Schaltelemente T3 - T6. Die Steuereinheit 13 ist dazu ausgestaltet, die beiden Zweige der Vollbrückenschaltung T3 - T6 alternierend zu schalten. Die Ansteuerung geschieht so, dass während eines Schaltzyklus die Primärwicklung von Hochspannungstransformator 14 nicht dauernd zwischen der ersten Zwischenspannung Uz und Masse liegt, sondern dass die Primärwicklung während einer von der Steuereinheit 13 zu wählenden Zeitspanne von der Zwischenspannung Uz abgekoppelt wird, d.h. die Schaltung wird mit Pulsbreitenmodulation getaktet, so dass der Wert der Hochspannung Uh gesteuert werden kann.
  • Zur Überwachung der Hochspannung Uh kann diese über einen Spannungsteiler R10 - R13 und R14 geteilt und einem Optokoppler 17 zugeführt, dessen Ausgangssignal an die Steuereinheit 13 weitergeleitet wird. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Fehlen oder Nichtzünden des Magnetrons detektiert werden.
  • Weiter ist zwischen den beiden Zweigen T3, T4 bzw. T5, T6 und einem fixen Referenzpotenzial, insbesondere Masse, ein Widerstand R20 vorgesehen. Der Anfangsanstieg des Spannungsabfalls Ur über diesem Widerstand zu Beginn eines Strompulses ist ein Mass für den Anodenstrom des Magnetrons 3 und wird über einen Verstärker 18 zu Messzwecken der Steuereinheit 13 zugeführt. Auf diese Weise kann der Anodenstrom überwacht werden.
    • Heizstromgenerator:
  • Der Heizstromgenerator 12 wird in der vorliegenden Ausführung von einer Halbbrücke mit zwei als Gegentakt-Endstufe betriebenen Schaltelementen T1 und T2 gebildet. Die Schaltelemente T1 und T2, welche wiederum z.B. als IGBT-Transistoren ausgestaltet sein können und die jeweils mit einer Freilaufdiode 30 ausgestattet sind, sind in Serie zwischen der zweiten Zwischenspannung Uz' und Masse angeordnet.
  • Der Mittelabgriff zwischen den beiden Schaltelementen T1, T2 ist mit dem einen Anschluss der Primärwicklung eines Heiztransformators 15 verbunden. Der zweite Anschluss der Primärwicklung des Heiztransformators 15 ist mit dem Mittelabgriff eines kapazitiven Spannungsteilers aus zwei Kondensatoren C5 und C6 verbunden. Die beiden Kondensatoren C5 und C6 liegen in Serie zwischen der zweiten Zwischenspannung Uz' und Masse.
  • Die Diode D1 verhindert, dass Strom aus den Kondensatoren C5, C6 abgeleitet wird, wenn der an der Zwischenspannung Uz angeschlossene Hochspannungsgenerator 11 Strom zieht.
  • Die Sekundärwicklung des Heiztransformators 15 ist mit der Kathodenheizung, d.h. dem Filament, des Magnetrons 3 verbunden und versorgt diese mit Strom.
  • Zum Ansteuern der Schaltelemente T1 und T2 ist eine Ansteuerschaltung 20 vorgesehen, welche von der Steuereinheit 13 gesteuert wird. Die Ansteuerschaltung 20 erzeugt die Steuerspannungen (Gate- oder Basisspannungen) UG1, UG2 für die Schaltelemente T1 bzw. T2. Die Art der Ansteuerung wird weiter unten im Detail beschrieben.
  • Zwischen der Gegentakt-Endstufe, gebildet von den Schaltelementen T1, T2, und der Masse (oder einem anderen festen Referenzpotenzial) ist ein Widerstand R21 angeordnet, durch welchen der Strom von der Gegentakt-Endstufe T1, T2 durch den Heiztransformator gegen Masse (bzw. das Referenzpotenzial) abfliesst. Der Spannungsabfall über diesem Widerstand ist ein Mass für den Strom, der von der zweiten Zwischenspannung Uz' durch die Primärspule des Hochspannungstransformators 15 gegen Masse (bzw. Referenzpotenzial) fliesst. Er wird von einem Verstärker 21 abgegriffen und der einem Analog-Digital-Konverter der Steuereinheit 13 zugeführt.
    • Ansteuerung des Heizstromgenerators:
  • Im Folgenden wird anhand von Fig. 3 beschrieben, wie die Steuereinheit 13 die Schaltelemente des Heizstromgenerators 12 ansteuert. Die Figur zeigt den Verlauf der Spannungen UG1 und UG2, welche an den Steuereingängen der Schaltelemente T1 und T2 anliegen, sowie den Verlauf der Spannung Uih, welche über dem Widerstand R21 abfällt.
  • Die Steuereinheit 13 ist dazu ausgestaltet, die beiden Schaltelemente T1 und T2 zyklisch alternierend einzuschalten. Eine typische Zyklusperiode Tz liegt vorteilhaft im Bereich von 10 - 50 µs.
  • Die Zeitspannen, in denen eines der Schaltelemente T1 oder T2 eingeschaltet ist, werden im Folgenden als Heizphasen H1 bzw. H2 bezeichnet und sind in Fig. 3 eingezeichnet, wobei in Heizphase H1 das erste Schaltelement T1 und in Heizphase H2 das zweite Schaltelement T2 eingeschaltet ist. Zwischen den Heizphasen H1 und H2 bzw. H2 und H1 sind beide Schaltelemente T1, T2 abgeschaltet. Die Phasen, in denen beide Schaltelemente T1 und T2 abgeschaltet sind, werden als Ruhephasen R1 und R2 bezeichnet und sind in Fig. 3 ebenfalls eingezeichnet. Die Heizphasen besitzen eine Dauer th, die Ruhephasen eine Dauer tr.
  • Die Zeit th kann in einer einfachen Ausführung für beide Schaltelemente T1 und T2 identisch gewählt werden, ebenso tr.
  • Auf diese Weise wird in der Primärwicklung des Heiztransformators 15 ein Wechselstrom erzeugt, der (bis auf Verluste in den Komponenten, insbesondere im Heiztransformator 15) als Heizleistung der Kathodenheizung des Magnetrons 3 zugeführt wird. Die gemittelte Grösse der Heizleistung ist eine Funktion des Tastverhältnisses, d.h. des Quotienten th/Tz.
  • Wie aus Fig. 3 ersichtlich, steigt nach dem Einschalten eines der Schaltelemente T1, T2 der Strom durch die Primärwicklung des Heiztransformators 15 und somit der Spannungsabfall Uih über Widerstand R21 an und kann über den Verstärker 21 von der Steuereinheit 13 gemessen werden.
  • Der Spannungsabfall Uih bildet einen Parameter, der vom Widerstand der Kathodenheizung des Magnetrons 3 abhängt. Unter der Annahme, dass keine Verluste im Heiztransformator 15 auftreten, ist Uih gegen Ende des Heizpulses umgekehrt proportional zum Widerstand der Kathodenheizung. Somit bilden Widerstand R21 zusammen mit Verstärker 21 eine Messschaltung, welche dazu ausgestaltet ist, einen vom Widerstand der Kathodenheizung abhängigen Parameter zu bestimmen.
  • In Fig. 3 ist ein Zeitpunkt tm eingezeichnet, zu welchem die Steuerung 13 den Spannungsabfall Uih misst. Dieser Zeitpunkt tm liegt vorzugweise kurz vor dem Ende tx der jeweiligen Heizphase H1 bzw. H2, z.B. höchstens 1 µs vor dem Ende tx der Heizphase. Vorteilhaft findet in jeder Heizphase eine Messung statt.
  • Die Steuereinheit 13 ist dazu ausgestaltet, den das Produkt P = Uz' · Uih(tm) · th konstant zu halten, indem die Dauer th der Heizphasen abhängig von den Werten von Uih(tm) und Uz' variiert wird. Das Produkt P ist zumindest näherungsweise proportional zur Leistung, welche der Kathodenheizung zugeführt wird.
  • Für den Wert der Zwischenspannung Uz' kann näherungsweise der Wert der Zwischenspannung Uz benutzt werden, wie er von der Steuereinheit über den Spannungsteiler R5, R6 ermittelt wird. Solange (in der Vorheizphase) der Hochspannungsgenerator 11 nicht in Betrieb ist, entspricht Uz' bis auf den Spannungsabfall über D1 dem Wert von Uz. Danach ist Uz' zwar teilweise etwas grösser als Uz, doch bleibt bei geeigneter Dimensionierung der Komponenten der Unterschied klein. Falls Uz' genau bestimmt werden soll, kann zusätzlich oder alternativ zu R5, R6 ein zweiter Spannungsteiler vorgesehen sein, der die zweite Zwischenspannung Uz' zur Messung der Steuereinheit 13 zuführt.
  • Vorzugsweise wird P über eine Filterzeit gemittelt, welche mindestens eine halbe Taktperiode der Netzspannung, d.h. mindestens 10 ms, beträgt. Eine Anpassung der Pulsweite th erfolgt erst nach Ablauf der Filterzeit.
  • P ist ein direktes Mass für die Leistung, welche die Gegentakt-Endstufe T1, T2 abgibt, und somit (unter Vernachlässigung der Verlustleistungen, insbesondere im Heiztransformator 15) auch ein Mass für die Heizleistung der Kathodenheizung des Magnetrons 3. Somit bildet die Steuereinheit 13 also einen Leistungsregler, mit welchem die von der Kathodenheizung aufgenommene Leistung auf einen Sollwert geregelt werden kann.
    • Ansteuerung des Hochspannungsgenerators:
  • Im Folgenden wird anhand von Fig. 4 beschrieben, wie die Steuereinheit 13 die Schaltelemente T3 - T6 des Hochspannungsgenerators 11 ansteuert. Die Figur zeigt den Verlauf der Spannungen UG3 - UG6, welche an den Steuereingängen der Schaltelemente T3 - T6 anliegen, sowie den Verlauf des Stroms Ip in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators und der Spannung Ur, welche über dem Widerstand R20 abfällt.
  • Die Steuereinheit 13 ist dazu ausgestaltet, die vier Schaltelemente T3 - T6 zyklisch zu betreiben. Eine typische Zyklusperiode tc liegt vorteilhaft im Bereich von 10 - 50 µs.
  • Jede Zyklusperiode umfasst vier Phasen P1 - P4. In der Variante nach Fig. 4 sind diese vier Phasen wie folgt:
    • In der Phase P1 sind die Schaltelemente T3 und T6 eingeschaltet und die Schaltelemente T4 und T5 ausgeschaltet, so dass sich ein positiver Storm Ip von der Zwischenspannung Uz durch die Brückenschaltung gegen Masse aufbaut.
    • In der Phase P2 bleibt Schaltelement T6 eingeschaltet. Schaltelement T3 wird ausgeschaltet und sodann Schaltelement T4 eingeschaltet. Der Strom durch den Hochspannungstransformator 14 baut sich wieder ab, indem er das Schaltelement T6 und die Freilaufdiode des Schaltelements T4 durchfliesst.
    • In der Phase P3 wird das Schaltelement T6 abgeschaltet und das Schaltelement T5 eingeschaltet. Es baut sich nun ein negativer Strom Ip von der Zwischenspannung Uz durch die Brückenschaltung und die Primärwicklung gegen Masse auf.
    • In der Phase P4 bleibt Schaltelement T4 eingeschaltet. Schaltelement T5 wird ausgeschaltet und sodann Schaltelement T6 eingeschaltet. Der Strom durch den Hochspannungstransformator 14 baut sich wieder ab, indem er das Schaltelement T4 und die Freilaufdiode des Schaltelements T6 durchfliesst.
  • Im Betrieb sind die Phasen P1 und P3 vorzugsweise gleich lang. Ebenso sind die Phasen P2 und P4 vorzugsweise gleich lang. Die Phasen P1 und P3 sind in der Regel jedoch kürzer oder höchstens gleich lang wie die Phasen P2 und P4. Durch das Verhältnis der Summe der Dauern der Phasen P1 und P3 zur Zykluszeit tc kann die vom Magnetron abzugebende Leistung eingestellt werden. Dieses Verhältnis wird von der Steuerung 13 z.B. entsprechend Vorgaben des Benutzers eingestellt.
    • Betrieb:
  • Wenn der Benutzer den Mikrowellenofen aktiviert, d.h. den Befehl gegeben hat, den Lebensmitteln im Garraum Energie zuzuführen, startet die Steuerung 13 zunächst eine Vorheizphase. In dieser Vorheizphase bleiben die Schaltelemente T3 - T6 alle ausgeschaltet, so dass keine Hochspannung am Magnetron 3 anliegt. An die Vorheizphase schliesst sodann eine Betriebsphase an, in welcher auch die Schaltelemente T3 - T6 alternierend in Betrieb genommen werden, um die Hochspannung an das Magnetron anzulegen und die gewünschte Mikrowellenstrahlung zu erzeugen. Im Folgenden wird die Betriebsphase genauer beschrieben.
  • Zunächst betreibt die Steuereinheit 13 das Gerät z.B. mit der in Fig. 4 gezeigten Pulsfolge. In den ersten beiden Phasen P1 und P2 sind demnach zunächst (in Phase P1) das erste Schaltelement T3 der ersten Gegentakt-Endstufe T3, T4 eingeschaltet, sowie auch das zweite Schaltelement T6 der zweiten Gegentakt-Endstufe T5, T6. Der Strom fliesst also von der Zwischenspannung Uz durch T3, die Primärwicklung und T6 gegen Masse. Nun wird das erste Schaltelement T3 der ersten Gegentakt-Endstufe T3, T4 ausgeschaltet, während das zweite Schaltelement T6 der zweiten Gegentakt-Endstufe eingeschaltet bleibt. Dies erfolgt unter Last, so dass während der Schalttransiente im Schaltelement T3 ein relativ grosser thermischer Verlust entsteht.
  • In den beiden Phasen P3 und P4 wird nun das erste Schaltelement T5 der zweiten Gegentakt-Endstufe T5, T6 eingeschaltet, während das zweite Schaltelement T4 der ersten Gegentakt-Endstufe T3, T4 bereits eingeschaltet ist. Am Schluss der Phase P3 wird das Schaltelement T5 wieder ausgeschaltet, währen das Schaltelement T4 noch eingeschaltet bleibt. Dieser Schaltvorgang erfolgt wiederum unter Last, so dass im Schaltelement T5 ein relativ grosser thermischer Verlust entsteht.
  • Nun beginnt der Zyklus von vorne.
  • Wie ersichtlich, werden jeweils die Schaltelemente T3 und T5 unter Last geschaltet, so dass in diesen Schaltverluste anfallen. Dies führt zu einer unerwünschten asymmetrischen Erwärmung der Schaltelemente T3 und T5, während die Schaltelemente T4 und T6 sich nur gering erwärmen.
  • Deshalb ist die Steuereinheit 13 dazu ausgestaltet, den Vollrichter nicht nur mit der in Fig. 4 gezeigten Impulsfolge anzusteuern.
  • Fig. 5 zeigt eine alternative Impulsfolge. In dieser Impulsfolge werden die Schaltelemente T4 bzw. T6 ausgeschaltet, während durch die Schaltelemente T3 bzw. T5 noch eingeschaltet sind. Damit entstehen die primären Verlustleistungen in den Schaltelementen T4 und T6, während die Erwärmung der Schaltelemente T3 und T5 gering bleibt.
  • Fig. 6 und 7 zeigen zwei weitere Varianten:
    • In der Abfolge gemäss Fig. 6 werden die Schaltelemente T3 und T4 abgeschaltet, während die Schaltelemente T6 bzw. T5 noch eingeschaltet sind. Somit entsteht die meiste Verlustleistung in den Schaltelementen T3 und T4.
    • In der Abfolge gemäss Fig. 7 werden die Schaltelemente T5 und T6 abgeschaltet, während die Schaltelemente T4 bzw. T3 noch eingeschaltet sind. Somit entsteht die meiste Verlustleistung in den Schaltelementen T5 und T6.
  • Um die thermischen Verluste in den Schaltelementen auszugleichen, ist die Steuereinheit 13 nun dazu ausgestaltet, mindestens zwei der Abfolgen gemäss Fig. 4 - 7 einzusetzen.
  • Wie eine Analyse der Figuren zeigt, kann unterschieden werden zwischen dem Schaltvorgang in den Phasen P1 und P2 und jenem in den Phasen P3 und P4.
  • In den Phasen P1 und P2 wird der Strom ausgeschaltet, welcher durch die Schaltelemente T3 und T6 fliesst. Je nach Pulsabfolge kann der entsprechende Schaltverlust entweder T3 und T6 zugeführt werden. Entsprechend können zwei Betriebsmoden A und A' unterschieden werden:
    • Im Betriebsmodus A (Fig. 4, Fig. 6) wird T3 ausgeschaltet, während T6 noch eingeschaltet ist. In diesem Falle fällt die Verlustleistung primär in T3 an.
    • Im Betriebsmodus A' wird T6 ausgeschaltet, während T3 noch eingeschaltet ist. In diesem Falle fällt die Verlustleistung primär in T6 an.
  • Ebenso wird in den Phasen P3 und P4 der Strom ausgeschaltet, welcher durch die Schaltelemente T4 und T5 fliesst. Auch hier können zwei Betriebsmoden B und B` unterschieden werden:
    • Im Betriebsmodus B (Fig. 4, Fig. 7) wird T5 ausgeschaltet, während T4 noch eingeschaltet ist. In diesem Falle fällt die Verlustleistung primär in T5 an.
    • Im Betriebsmodus B' wird T4 ausgeschaltet, während T5 noch eingeschaltet ist. In diesem Falle fällt die Verlustleistung primär in T4 an.
  • Um die Leistung zwischen den Schaltelementen T3 und T6 auszugleichen, sollte die Steuereinheit 13 somit zwischen den Betriebsmoden A und A' umschalten. Um die Leistung zwischen den Schaltelementen T4 und T5 auszugleichen, sollte sie zwischen den Betriebsmoden B und B' umschalten.
  • Das Umschalten zwischen verschiedenen Betriebsmoden kann grundsätzlich z.B. nach jedem Zyklus tc erfolgen. Vorteilhaft ist die Steuereinheit 13 jedoch dazu ausgestaltet, die Betriebsmoden synchron mit der doppelten Netzfrequenz umzuschalten. Mit anderen Worten erfolgt das Umschalten zwischen Betriebsmoden also vorzugsweise alle 10 ms, oder alle 20 ms, 30ms, etc. Auf diese Weise wird die Verlustleistung über eine Halbperiode der Netzspannung gemittelt - da die Zwischenspannung Uz eine hohe Restwelligkeit aufweist, kann auf diese Weise über die während einer Halbperiode auftretende Schwankung der Leistung gemittelt werden.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit 13 dazu ausgestaltet, den Betriebsmodus A mit dem Betriebsmodus B zu kombinieren, und den Betriebsmodus A' mit dem Betriebsmodus B'. Mit anderen Worten wird also gleichzeitig von A nach A' umgeschaltet, wenn von B nach B' umgeschaltet wird, und von B' nach B zurückgeschaltet, wenn von A' nach A umgeschaltet wird, so dass der Betrieb zwischen den beiden ähnlichen Impulsfolgen gemäss Fig. 4 und 5 hin- und hergewechselt wird. Dadurch kann der Schaltungsaufwand reduziert werden.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführung ist die Steuereinheit 13 dazu ausgestaltet die Betriebsmoden A und B' zu kombinieren, sowie die Betriebsmoden A' und B, d.h. zwischen den beiden ähnlichen Impulsfolgen gemäss Fig. 6 und 7 hin- und herzuwechseln, insbesondere periodisch hin- und herzuwechseln. Wiederum kann dadurch der Schaltungsaufwand reduziert werden.
    • Bemerkungen :
  • Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei getrennte Transformatoren 14 und 15 für Hochspannung und Heizleistung vorgesehen. Die beschriebene Impulsabfolge für die Vollbrücke kann jedoch auch in einem Gerät eingesetzt werden, bei welchem nur ein Transformator mit zwei Sekundärwicklungen (für Heizung und für Hochspannung) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung von der Vollbrücke gespeist wird.
  • Zusammenfassend wird also eine Steuerschaltung für einen Mikrowellenofen beschrieben, welche eine Vollbrücke T3 - T6 zum Versorgen des Hochspannungstransformators 14 mit Wechselstrompulsen besitzt. Die Steuereinheit 13 des Geräts ist dazu ausgestaltet, die Abfolge der Steuerpulse für die Schaltelemente der Vollbrücke T3 - T6 zu variieren, um so die Schaltverluste möglichst gleichmässig auf die verschiedenen Schaltelemente zu verteilen.
  • Die Ablaufsteuerung der beschriebenen Verfahrensschritte kann als Hard- und/oder Software in der Steuereinheit 13 implementiert sein.
  • Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (11)

  1. Mikrowellenofen mit einem Magnetron (3) und mit einer Ansteuerschaltung für das Magnetron (3), wobei die Ansteuerschaltung aufweist:
    einen Hochspannungsgenerator (11) zum Erzeugen einer Hochspannung für das Magnetron (3), wobei der Hochspannungsgenerator (11) einen Hochspannungstransformator (14) und eine Vollbrücke (T3 - T6) mit einer ersten und einer zweiten Gegentakt-Endstufe aufweist, wobei die Gegentakt-Endstufen parallel zueinander geschaltet sind und jede Gegentakt-Endstufe ein erstes Schaltelement (T3, T5) in Serie zu einem zweiten Schaltelement (T4, T6) aufweist, und wobei eine Primärwicklung des Hochspannungstransformators (14) zwischen den beiden Gegentakt-Endstufen angeordnet ist, und
    eine Steuerung (13),
    wobei die Steuerung (13) dazu ausgestaltet ist, in Schaltzyklen (tc) alternierend
    - das erste Schaltelement (T3) der ersten Gegentakt-Endstufe (T3, T4) und das zweite Schaltelement (T6) der zweiten Gegentakt-Endstufe (T5, T6) einzuschalten und
    - das zweite Schaltelement (T4) der ersten Gegentakt-Endstufe (T3, T4) und das erste Schaltelement (T5) der zweiten Gegentakt-Endstufe (T5, T6) einzuschalten,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (13) dazu ausgestaltet ist,
    - in einem Betriebsmodus A das erste Schaltelement (T3) der ersten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das zweite Schaltelement (T6) der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    - in einem Betriebsmodus A' das zweite Schaltelement (T6) der zweiten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das erste Schaltelement (T3) der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist,
    wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, zwischen den Betriebsmoden A und A' hin- und herzuwechseln.
  2. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (13) dazu ausgestaltet ist,
    - in einem Betriebsmodus B das erste Schaltelement (T5) der zweiten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das zweite Schaltelement (T4) der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    - in einem Betriebsmodus B' das zweite Schaltelement (T4) der ersten Gegentakt-Endstufe auszuschalten, während das erste Schaltelement (T5) der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist,
    wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, zwischen den Betriebsmoden B und B' hin- und herzuwechseln.
  3. Mikrowellenofen nach Anspruch 2 wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, den Betriebsmodus A mit dem Betriebsmodus B zu kombinieren und den Betriebsmodus A' mit dem Betriebsmodus B' zu kombinieren.
  4. Mikrowellenofen nach Anspruch 2 wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, den Betriebsmodus A mit dem Betriebsmodus B' zu kombinieren und den Betriebsmodus A' mit dem Betriebsmodus B zu kombinieren.
  5. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, die Betriebsmoden B und B' alternierend während jeweils gleicher Zeitdauer einzusetzen.
  6. Mikrowellenofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, die Betriebsmoden A und A' alternierend während jeweils gleicher Zeitdauer einzusetzen.
  7. Mikrowellenofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vollbrücke von einer gleichgerichteten Netzspannung gespeist wird, welche mit einer doppelten Netzfrequenz variiert, und wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, die Betriebsmoden synchron mit der doppelten Netzfrequenz umzuschalten.
  8. Mikrowellenofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei über jedem Schaltelement eine Freilaufdiode (30) angeordnet ist.
  9. Mikrowellenofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Schaltelement (T3) der ersten Gegentakt-Endstufe einen gleichgerichtete Zwischenspannung (Uz) mit einem Mittelabgriff der ersten Gegentakt-Endstufe verbindet, das erste Schaltelement (T5) der zweiten Gegentakt-Endstufe die gleichgerichtete Zwischenspannung (Uz) mit einem Mittelabgriff der zweiten Gegentaktendstufe verbindet, das zweite Schaltelement (T4) der ersten Gegentakt-Endstufe den Mittelabgriff der ersten Gegentakt-Endstufe mit einem Referenzpotenzial verbindet und das zweite Schaltelement (T6) der zweiten Gegentakt-Endstufe den Mittelabgriff der zweiten Gegentakt-Endstufe mit dem Referenzpotenzial verbindet, und wobei eine Primärwicklung des Hochspannungstransformators (14) zwischen den Mittelabgriffen angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Betrieb eines Mikrowellenofens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    in einem Betriebsmodus A das erste Schaltelement (T3) der ersten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das zweite Schaltelement (T6) der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    in einem Betriebsmodus A' das zweite Schaltelement (T6) der zweiten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das erste Schaltelement (T3) der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist,
    wobei zwischen den Betriebsmoden A und A' hin- und hergewechselt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei
    - in einem Betriebsmodus B das erste Schaltelement (T5) der zweiten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das zweite Schaltelement (T4) der ersten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist, und
    - in einem Betriebsmodus B' das zweite Schaltelement (T4) der ersten Gegentakt-Endstufe ausgeschaltet wird, während das erste Schaltelement (T5) der zweiten Gegentakt-Endstufe noch eingeschaltet ist,
    wobei zwischen den Betriebsmoden B und B' gewechselt wird.
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