KR100210069B1

KR100210069B1 - 마그네트론

Info

Publication number: KR100210069B1
Application number: KR1019960023608A
Authority: KR
Inventors: 김권집
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR980005195A

Abstract

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 마그네트론의 외부에 별도로 트랜스포머를 설치하고, 상기 트랜스포머의 2차 전압측 단자를 필라멘트에 연결함과 동시에 2차 고압측 단자를 전파 정류 회로에 연결하여, 상기 전파 정류 회로에 출력되는 전압 중 양의 전압을 발생하는 단자를 베인과 연결되어 있는 자속 보상용 코일에 접속함과 동시에 음의 전압을 발생하는 단자를 필라멘트에 접속함으로서 마그네트론의 동작 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

마그네트론

제1도는 본 발명의 마그네트론 구동용 전파정류회로도.

제2도는 전파정류회로에서 동작시 양극전압(Va)의 파형도.

제3도는 마그네트론에서의 자속 밀도에 대한 동작 전압의 그래프.

제4도는 시간에 따른 영구자석 온도(T_M)의 증가와 작용 공간 내에서의 자속 밀도(B)의 그래프.

제5도는 전파 정류 회로에서 양극 전류(I_a)와 코일 자속(B_c)의 그래프.

제6도는 양극 전류(I_a)의 증가와 작용 공간 내에서의 자속 밀도(B)의 그래프.

제7도는 본 발명의 일실시예에 의한 마그네트론의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 고압 트랜스포머 20 : 전파정류다이오드

30 : 자속 보상용 코일 40 : 마그네트론

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 특히 전파 정류 회로를 이용하여 마그네트론의 동작시 높은 효율을 유지하면서 안정된(일정한) 출력을 낼 수 있고 열적으로 안정한 회로를 구현하는 마그네트론에 관한 것이다.

제7도에 도시된 바와 같이 종래 마그네트론 내의 영구자석(6164)으로부터 발생한 강한 자력선이 폴피스(6669)를 따라 인도되어 작용 공간(70)을 통과하면서 작용공간(70) 내에 강한 자장을 형성시킨다. 이 자장의 세기는 마그네트론(40)의 동작 전압에 영향을 준다. 자속 밀도와 동작 전압의 관계는 제3도와 같이 자기장의 세기(자속밀도)가 클수록 증가하는 것은 잘 알려져 있다. 따라서 영구자석의 조건이 결정되면 마그네트론의 동작 전압은 결정된다.

그러나 실제 마그네트론은 동작을 하면서 온도가 상승하게 된다. 초기 수분동안은 급격한 온도 증가를 가져오다가 증가 속도는 급격히 감소하면서 곧 온도가 안정되게 된다.

마그네트론(40) 내의 영구 자석(6164)도 따라서 열을 받아 온도가 증가한다. 전자렌지용 마그네트론에서 사용되는 영구자석(6164)의 재질은 패라이트로써 온도가 1℃ 상승시 0.2%의 자력을 상실한다. 따라서 마그네트론이 동작하면서 영구자석의 온도가 증가하여 영구자석(6164)의 자력은 점차 감소하는데 그 모양은 제4도의 자속 밀도 그래프 곡선과 같다. 영구 자석의 자력이 떨어지면 작용공간(70) 내의 자속 밀도(자기장의 세기)가 떨어져 제3도의 그래프에서 알 수 있듯이 동작 전압이 감소하게 된다. 마그네트론의 동작 전압이 떨어지게 되면, 고압트랜스의 코일(12)에서 발생하는 전압의 세기는 일정하므로, 결과적으로 마그네트론의 음극 필라멘트로(71)부터 베인(81,82)으로 이동하는 전자가 많아져 양극 전류가 증가하게 된다. 마그네트론이 처음 설계되어졌을 때 정해진 동작 전압보다 낮은 전압으로 동작하면서 효율이 떨어지고, 마그네트론의 전체 소비 전력은 증가하게 된다. 이 결과, 효율은 낮아지고 소비 전력은 증가하여 마그네트론에서 발생하는 열은 더욱 증가하여 온도 상승을 가속시킬 수 있다. 이러한 악순환은 계속되어질 수 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 전파 정류 회로를 이용하여 마그네트론의 동작시 높은 효율을 유지하면서 안정된(일정한) 출력을 낼 수 있고 열적으로 안정한 회로를 구현하는 마그네트론을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 마그네트론은 마그네트론의 외부에 별도로 트랜스포머를 설치하고, 상기 트랜스포머의 2차 전압측 단자를 필라멘트에 연결함과 동시에 2차 고압측 단자를 전파 정류 회로에 연결하여, 상기 전파 정류 회로에 출력되는 전압 중 양의 전압을 발생하는 단자를 베인과 연결되어 있는 자속 보상용 코일에 접속함과 동시에 음의 전압을 발생하는 단자를 필라멘트에 접속함으로서 마그네트론의 동작 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도와 제7도에 도시된 바와 같이, 마그네트론(40)을 구동시키기 위해서는 두 개의 전(압)원이 필요하다. 하나의 전압원(源)은 마그네트론(40) 내의 음극필라멘트(71)에 인가되어 필라멘트(71)를 가열시키기 위한 것으로, 코일(11)과 코일(13)으로 구성되는 저압트랜스이다. 다른 하나의 전(압)원은 마그네트론(40)의 양단간(A-B간)에 인가되어 마그네트론을 동작시키는 고압트랜스이다. 고압트랜스는 코일(11)와 코일(12)로 구성된다. 저압트랜스의 2차측 단자3과 4는 마그네트론의 필라멘트 양단에 연결된다. 고압 트랜스 2차측 단자 5와 6은 4개의 전파 정류 다이오드(21, 22, 23, 24) 회로에 연결되고, 전파 정류 다이오드 회로의 출력단자 7과 8은 각각 마그네트론(40)의 양단A와 그리고 자속 보상용 코일(30)을 통하여 B점간에 인가된다.

고압트랜스는 하나의 철심에 저압 트랜스와 묶일 수도 있고, 각각 별도의 트랜스로 분류하여 2개의 철심을 사용할 수 있다. 자속 보상용 코일(30)은 회로적으로는 마그네트론과(40) 떨어져서 그려져 있으나 실제 구성에 있어서는 그림 제7도와 같이 마그네트론(40) 내에 위치하게 된다.

고압의(1KV 이상) 직류 또는 교류 전원을 이용하여 구동시키는 회로에 있어서 전파 정류를 사용한다.

제1도의 마그네트론 구동용 전파 정류 회로에서 트랜스포머 1차측 단자 1과 2사이에 가정용 교류 전원을 인가하면 전류(1차측) i1이 코일(11)을 흐르면서 2차측 코일인 13과 12에 각각 저압과 고압을 유기시킨다. 코일 13의 단자, 즉 저압 트랜스의 단자 3과 4는 마그네트론(40) 내의 음극 필라멘트(71) 양단에 연결되어 유기된 전압에 의해 음극 필라멘트(71)에 전류가 흐르면서 발생하는 저항열로 필라멘트(71)를 고온으로 만든다. 필라멘트(71)가 고온으로 되면 필라멘트로부터 많은 전자가 필라멘트의 외부공간(70), 즉 작용 공간(70)으로 나올 수 있는 여건이 된다. 한편, 코일12의 단자, 즉 고압트랜스의 단자 5와 6은 4개의 브릿지회로(21, 22, 23, 24)로 연결된다. 코일12에서 유기되는 고압의 전압파형은 정현파(사인파) 형태가 있다. 이 고압의 정현 전압 파형이 전파 정류 다이오드를 거쳐서 출력단자 7과 8 사이에는 전파 정류되어 제2도와 같은 전압파형(Va)이 된다. 고압단자 중 하나인 7은 저압트랜스 단자 중 하나인 4와 연결되어 A점을 통하여 필라멘트로 연결되고 다른 하나의 고압단자인 8은 자속 보상용 코일(30)과 연결되어 B점을 통하여 마그네트론(40)의 양극(몸체)에 연결된다. 전파 정류된 고압이 마그네트론(40)의 양단 점A와 B에 인가되면서 A지점은 항상 음(-)이 되고 B지점은 항상 양(+)이 되도록 한다. 그러면 그 사이에는 제2도의 전압 파형이 인가된다. 이 인가된 고전압에 의해 작용 공간(70)에 강한 전계가 형성되어 고온이 된 음극 필라멘트(71)로부터 발생한 열전자를 베인(81, 82) 쪽으로 강하게 끌어 당기게 된다. 즉, 마그네트론이 동작할 수 있게 된다.

본 발명에서는 마그네트론과 직렬로 자속 보상 코일(30)을 연결하여 이 자속 보상 코일에서 발생하는 자력선을 마그네트론의 작용공간(70)에 공급하여, 영구 자석(6164)이 열에 의해 감소되는 자력의 세기를 보상하도록 하고 있다.

또한, 높은 효율을 유지하면서 안정적으로 발진시키기 위해서 (고압)트랜스포머와 전파 정류 다이오드를 사용하는 마그네트론 구동용으로 사용코자 한다.

제5도에 도시된 바와 같이 양극전류Ia에 의해서 자속 보상용 코일(30)에서 발생되는 자속의 양(Bc)은 양극 전류에 비례한다. 본 회로는 영구자석(6164)에서 발생되는 자속의 양과 자속 보상 코일(30)에서 발생하는 자속의 양이 합쳐져서 작용 공간(70)에 공급되도록 하고 있어 마그네트론이 동작하면서 온도 상승과 더불어 효율이 감소되고 열적으로 불안정한 것을 방지할 수 있도록 하고 있다.

제6도에는 극단적으로 양극전류가(Ia) 계속 증가했을 때 실제 작용 공간(70) 내에서의 자속 밀도(자기장의 세기)는 양극전류가 흐르는 동안 자속 밀도는 감소하지 않음을 보여준다. 따라서 지속적인 양극전류(Ia)의 증가는 불가능해진다.

즉 양극전류(Ia)는 초기에 약간의 증가를 가져오다가 일정하게 포화되는 경향을 보이게 된다. 동시에 마그네트론의 동작 전압을 처음과 동일하게 유지 (왜냐하면 제3도에서 자속 밀도가 변화가 없으면 동작전압변화도 없으므로) 하면서 안정된 동작을 하게 된다. 즉, 소비 전력의 증가나 온도의 증가가 없어 마그네트론의 동작을 안정하게 한다.

제7도는 자속 보상 코일(30)에서 발생하는 자속선을 작용 공간(70)에 공급하기 위한 일 실시예를 보여 주고 있다.

상기에서 언급한 양극 전류, 온도, 동작 전압의 관계와 어떻게 안정된 동작특성을 보이는가를 정리하면 다음과 같다.

마그네트론이 동작을 시작하여 초기 온도가 상승하다가 곧 안정 상태(정지 상태)에 이르게 된다. 그렇지만 온도 상승은 미약하나마 계속 증가하고 이는 영구 자석(마그네트론의의 온도를 증가시켜 영구자석의 자력을 약화시킨다. 영구 자석의 자력세기 약화는 곧 작용 공간(70) 내의 자속밀도를 감소시킨다. 작용 공간(70) 내 자속 밀도 감소는 마그네트론의 동작 전압을 감소시켜 효율 감소와 양극 전류 증가를 가져온다. 그런데 양극 전류(Ia)의 증가는, 제6도에서 볼 수 있듯이, 자속 보상 코일(30)에서 발생한 자속과 영구 자석(6164)에서 발생한 자속이 합해져서 작용 공간(70)에 가해져 작용공간 내의 자속 밀도는 증가한다. 작용 공간에서의 자속밀도 증가는 다시 전압을 증가시켜서 효율 증가와 양극 전류(Ia)의 감소를 가져온다. 이것은 마그네트론의 소비전력을 감속시키면서 안정화를 가져온다. 반대로 양극 전류(Ia)가 감소하여 소비 전력과 RF출력이 감소할 경우는 자속 보상용 코일(30)에서 발생하는 자력선이 감소하여 작용 공간(70) 내의 자속밀도가 감소하여 동작 전압을 감소시킨다. 동작 감소는 다시 양극 전류(Ia) 증가를 야기한다. 따라서 일정한 출력을 낼 수 있으며 코일에 흐르는 전류 즉 양극 전류(Ia)의 증가에 의해 발생되는 자속의 증가가 작용공간(70) 내의 자속밀도를 증가시키면 결국 양극 전류가 재차 감소하게 됨으로서 양극 전류는 제한받게 되는 것이다.

이와 별도로 마그네트론에 직렬로 연결된 자속 보상용 코일로, 마그네트론 내의 영구자석을 대체할 수도 있다.

본 발명의 마그네트론 구동용 전파 정류 회로는 간단한 구성으로 마그네트론이 동작하면서 나타나는 효율 감소 문제를 해결할 수 있으며 온도 상승을 억제하여 제품을 열적으로 안정시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

마그네트론(40)의 외부에 별도로 트랜스포머를 설치하고, 상기 트랜스포머의 2차 저압측 단자(3, 4)를 필라멘트(71)에 연결함과 동시에 2차 고압측 단자(5, 6)를 전파정류회로(20)에 연결하며, 상기 전파정류회로(20)의 양의 전압단자(8)를 베인(82)에 접속함과 동시에 음의 전압단자(7)를 필라멘트(71)에 접속하는 마그네트론에 있어서, 상기 전파정류회로(20)의 양의 전압단자(8)와 베인(82) 사이에 자속 보상용 코일(30)이 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론.