KR20200077446A - 복합형 rf 및 열적 가열 시스템과 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
가열 시스템의 실시형태는 적재물을 내포하도록 구성되는 캐비티, 캐비티와 유체 연통하며 공기를 가열하도록 구성되는 열적 가열 시스템(예컨대, 컨벡션, 복사, 및/또는 가스 가열 시스템), 및 RF 가열 시스템을 포함한다. RF 가열 시스템은 RF 신호를 생성하도록 구성되는 RF 신호원, 캐비티를 가로질러 위치하며 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 전극, RF 신호원과 제1 및 제2 전극 중 하나 이상의 전극 사이에 전기적으로 결합되는 전송 경로, 및 전송 경로를 따라 RF 신호원과 하나 이상의 전극 사이에 전기적으로 결합되는 가변 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 RF 신호를 수신하고 RF 신호를 캐비티 내로 복사되는 전자기 에너지로 변환한다.
Description
본 명세서에서 설명되는 청구 대상의 실시형태들은 일반적으로 다수의 가열원을 사용해서 캐비티 내의 적재물(load)을 가열하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 식품 가열 시스템은, 시스템 캐비티 내의 식품을 가열하는 데 사용되는 가열원이 주된 차별화 요소가 되는, 몇 가지 형태가 유행한다. 가장 일반적인 식품 가열 시스템은 종래의 오븐, 컨벡션 오븐, 및 마이크로파 오븐을 포함한다. 종래의 오븐은 하나 이상의 복사 가열 요소가 배치된 오븐 캐비티를 포함한다. 전류는 가열 요소(들)를 통과하고, 요소 저항은 각각의 요소 및 요소 주위의 주변 공기가 가열되게 한다. 컨벡션 오븐은 오븐 캐비티, 가열 요소, 및/또는 팬 조립체를 포함하고, 가열 요소는 팬 조립체에 포함될 수 있거나 오븐 캐비티 내에 배치될 수 있다. 기본적으로, 팬 조립체는 오븐 캐비티 전체에 걸쳐 가열 요소에 의해 가온된(데워진) 공기를 순환시키는 데 사용되고, 결국 캐비티 전체에 걸친 온도 분포가 더욱 균일해지고, 그에 따라 종래의 오븐보다 빠르고 균일한 조리가 가능해진다. 마지막으로, 마이크로파 오븐은 오븐 캐비티, 캐비티 마그네트론, 및 도파관을 포함한다. 캐비티 마그네트론은 도파관을 통해 오븐 캐비티로 지향되는 전자기 에너지를 생성한다. 전자기 에너지(또는 마이크로파 방사선)는 식품 적재물에 부딪쳐서 식품의 외층을 가열한다. 예를 들어, 2.54 GHz의 전형적인 마이크로파 오븐 주파수에서는, 균질한 고수분 식품 덩어리의 외측 30 mm 정도가 마이크로파 가열을 사용해서 균일하게 가열될 수 있다.
전술한 종래의 식품 가열 시스템들 각각은 식품을 가열 및/또는 조리하게 될 때 장점과 단점을 갖는다. 예를 들어, 종래의 오븐들은 구성이 간단하고, 신뢰할 수 있으며, 비교적 저렴하다. 또한, 이들은, 브라우닝(browning) 및 크리스핑(crisping)을 위해 필수적인, 식품의 외면에서의 메일라드 반응(Maillard reaction)을 생성하는 것에 매우 뛰어나다. 그러나, 종래의 오븐들은 식품의 조리가 상대적으로 느리다. 컨벡션 오븐은 종래의 오븐과 유사한 조리 성능을 가질 수 있지만, 조리 시간은 더 빠르다. 그러나, 컨벡션 오븐 팬 조립체 때문에, 오븐의 제조 및 수리에 더욱 많은 비용이 들게 된다. 마지막으로, 마이크로파 오븐은 종래의 오븐 및 컨벡션 오븐보다 훨씬 더 빠르게 식품을 조리할 수 있다. 그러나, 마이크로파 에너지는 식품에서 원하는 메일라드 반응을 생성하는 경향이 없으며, 결과적으로 마이크로파 오븐은 브라우닝 및 크리스핑에는 좋지 않다. 위에 열거한 종래의 식품 가열 시스템의 특징들을 고려해서, 기기 제조사들은 다양한 시스템의 장점을 가지면서 결점을 극복하는 개선된 시스템을 개발하려고 노력하고 있다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 청구범위를 하기의 도면들과 함께 고려하여 참조함으로써 청구 대상이 더욱 완전하게 이해될 것이고, 도면 전반에서는 유사한 참조 번호가 유사한 요소를 가리킨다.
도 1은 예시적인 실시형태에 따른, 무선 주파수(RF) 가열 시스템 및 컨벡션 가열 시스템을 갖는 가열 기기의 사시도이고;
도 2는 예시적인 실시형태에 따른, 평탄한 구조체(예컨대, 선반 또는 전극)의 평면도이고;
도 3은 예시적인 실시형태에 따른, 격자형 구조체(예컨대, 선반 또는 전극)의 평면도이고;
도 4는 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 기기에서 사용될 수 있는 통합형 가열 요소를 갖는 컨벡션 송풍기의 사시도이고;
도 5는 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 기기에서 사용될 수 있는 컨벡션 팬의 사시도이고;
도 6은 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 복사 가열 시스템을 갖는 가열 기기의 사시도이고;
도 7은 예시적인 실시형태에 따른, 도 6의 기기에서 사용될 수 있는 가열 요소의 평면도이고;
도 8은 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 가스 가열 시스템을 갖는 가열 기기의 사시도이고;
도 9는 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 열적(thermal) 가열 시스템을 갖는 언밸런스형 가열 장치의 간략화된 블록도이고;
도 10은 예시적인 실시형태에 따른, 싱글-엔드형 가변 인덕턴스 정합 회로망의 개략도이고;
도 11은 예시적인 실시형태에 따른, 싱글-엔드형 가변 용량성 정합 회로망의 개략도이고;
도 12는 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 갖는 밸런스형 가열 장치의 간략화된 블록도이고;
도 13은 예시적인 실시형태에 따른, 더블-엔드형 가변 인덕턴스 정합 회로망의 개략도이고;
도 14는 예시적인 실시형태에 따른, 더블-엔드형 가변 커패시턴스 정합 회로망의 개략도이고;
도 15는 예시적인 실시형태에 따른, RF 모듈의 사시도이고;
도 16은 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 갖는 가열 기기를 동작시키는 방법의 흐름도이고;
도 17은 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템 도어의 상태와 연관되는 일시적인 중단 프로세스를 수행하는 방법의 흐름도이고;
도 18은 예시적인 실시형태에 따른, 가변 정합 회로망 보정 프로세스를 수행하는 방법의 흐름도이고;
도 19는 컨벡션-전용 가열 기기와, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 포함하는 가열 기기의 실시형태에 대한 초기 냉동 상태의 식품 적재물의 내부 온도 대 처리 시간을 나타내는 차트이고;
도 20은 컨벡션-전용 가열 기기와, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 포함하는 가열 기기의 실시형태에 대한 초기 냉장 상태의 식품 적재물의 내부 온도 대 처리 시간을 나타내는 차트이다.
도 1은 예시적인 실시형태에 따른, 무선 주파수(RF) 가열 시스템 및 컨벡션 가열 시스템을 갖는 가열 기기의 사시도이고;
도 2는 예시적인 실시형태에 따른, 평탄한 구조체(예컨대, 선반 또는 전극)의 평면도이고;
도 3은 예시적인 실시형태에 따른, 격자형 구조체(예컨대, 선반 또는 전극)의 평면도이고;
도 4는 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 기기에서 사용될 수 있는 통합형 가열 요소를 갖는 컨벡션 송풍기의 사시도이고;
도 5는 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 기기에서 사용될 수 있는 컨벡션 팬의 사시도이고;
도 6은 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 복사 가열 시스템을 갖는 가열 기기의 사시도이고;
도 7은 예시적인 실시형태에 따른, 도 6의 기기에서 사용될 수 있는 가열 요소의 평면도이고;
도 8은 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 가스 가열 시스템을 갖는 가열 기기의 사시도이고;
도 9는 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 열적(thermal) 가열 시스템을 갖는 언밸런스형 가열 장치의 간략화된 블록도이고;
도 10은 예시적인 실시형태에 따른, 싱글-엔드형 가변 인덕턴스 정합 회로망의 개략도이고;
도 11은 예시적인 실시형태에 따른, 싱글-엔드형 가변 용량성 정합 회로망의 개략도이고;
도 12는 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 갖는 밸런스형 가열 장치의 간략화된 블록도이고;
도 13은 예시적인 실시형태에 따른, 더블-엔드형 가변 인덕턴스 정합 회로망의 개략도이고;
도 14는 예시적인 실시형태에 따른, 더블-엔드형 가변 커패시턴스 정합 회로망의 개략도이고;
도 15는 예시적인 실시형태에 따른, RF 모듈의 사시도이고;
도 16은 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 갖는 가열 기기를 동작시키는 방법의 흐름도이고;
도 17은 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템 도어의 상태와 연관되는 일시적인 중단 프로세스를 수행하는 방법의 흐름도이고;
도 18은 예시적인 실시형태에 따른, 가변 정합 회로망 보정 프로세스를 수행하는 방법의 흐름도이고;
도 19는 컨벡션-전용 가열 기기와, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 포함하는 가열 기기의 실시형태에 대한 초기 냉동 상태의 식품 적재물의 내부 온도 대 처리 시간을 나타내는 차트이고;
도 20은 컨벡션-전용 가열 기기와, RF 가열 시스템 및 열적 가열 시스템을 포함하는 가열 기기의 실시형태에 대한 초기 냉장 상태의 식품 적재물의 내부 온도 대 처리 시간을 나타내는 차트이다.
하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 사실상 예시적인 것일 뿐이며, 청구 대상의 실시형태들 또는 그러한 실시형태들의 적용 및 사용을 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 "예시적인" 및 "예시의"라는 용어는 "실시예, 적용예, 또는 설명예로서 기능하는" 것을 의미한다. 본 명세서에서 예시적인 것으로서 또는 예시로서 설명되는 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되는 것은 아니다. 더욱이, 상기의 기술분야, 배경기술, 또는 하기의 발명의 상세한 설명에서 제시되는 어떠한 명시적인 또는 암시적인 이론에 구속되게 하려는 것도 아니다.
본 명세서에서 설명되는 청구 대상의 실시형태들은 시스템 캐비티 내의 적재물(예컨대, 식품 적재물)을 가열하기 위해 동시에 동작할 수 있는 다수의 가열 시스템을 포함하는 가열 기기, 장치, 및/또는 시스템에 관한 것이다. 다수의 가열 시스템은 무선 주파수(RF) 가열 시스템 및 "열적(thermal)" 가열 시스템을 포함한다. RF 가열 시스템은 고체 RF 신호원, 가변 임피던스 정합 회로망, 및 2개의 전극을 포함하고, 2개의 전극은 시스템 캐비티에 의해 분리된다. 보다 구체적으로, RF 가열 시스템은 2개의 전극이 커패시터의 전극(또는 플레이트)으로서 기능하고 커패시터 유전체가 본질적으로 2개의 전극 사이의 시스템 캐비티의 부분 및 그 안에 내포되는 임의의 적재물을 포함하는 "용량성(capacitive)" 가열 시스템이다. 열적 가열 시스템은, 다른 무엇보다도, 하나 이상의 저항 가열 요소, 컨벡션 송풍기, 저항 가열 요소 겸용 컨벡션 팬, 가스 가열 시스템과 같이, 캐비티 내의 공기를 가열하는 어느 하나 이상의 시스템을 포함할 수 있다. RF 가열 시스템은 캐비티 내에 및 전극들 사이에 전자기장을 생성해서 적재물을 용량적으로 가열한다. 열적 가열 시스템은 캐비티 내의 공기를 가열한다. 복합형 RF 및 열적 가열 시스템은 열적 가열 시스템 단독으로 할 수 있는 것보다 더 빠르게 적재물을 가열할 수 있다. 또한, 캐비티에서 복사되는 RF 에너지는 적재물의 중심을 더욱 균일하게 가열할 수 있고, 그에 따라 조리 시간을 단축할 수 있다. 본 발명의 청구 대상의 실시형태들을 사용해서 생성되는 전자기장은 종래의 마이크로파 에너지장 및 종래의 열적 가열 시스템을 단독으로 사용해서 이룰 수 있는 것보다 더욱 깊숙히 식품 적재물에 침투하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 복합형 RF 및 열적 가열 시스템은 종래의 마이크로파 오븐 시스템을 단독으로 사용해서는 쉽게 달성할 수 없는 적재물의 브라우닝 및 크리스핑을 달성할 수 있다.
열적 가열 시스템의 실시형태들은 적어도 가열 요소 및 캐비티 온도 제어 시스템을 포함한다. 열적 가열 시스템은, 예를 들어, 컨벡션 가열 시스템, 복사 가열 시스템, 및 가스 가열 시스템을 포함할 수 있다. 컨벡션 가열 시스템은 시스템 캐비티 내에서 공기를 순환시키도록 구성된 팬을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 컨벡션 가열 시스템은 공기를 가열하는 가열 요소를 또한 포함한다(예컨대, 컨벡션 가열 시스템은 통합형 가열 요소를 갖는 컨벡션 송풍기를 포함할 수 있다). 다른 실시형태들에 있어서는, 별개의 가열 요소가 시스템 캐비티 내의 공기를 가열하는 데 사용될 수 있으며, 컨벡션 시스템은 가열된 공기를 단순히 순환시킬 수 있다. 복사 가열 시스템은 시스템 캐비티 내에 배치되어 캐비티 내의 공기를 가열하도록 구성되는 하나 이상의 가열 요소(예컨대, 가열 코일)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 가스 가열 시스템은 가스 노즐 서브시스템 및 가스 노즐 서브시스템을 통해 방출되는 천연 가스를 점화하도록 구성되는 파일럿 점화 서브시스템을 포함한다. 천연 가스를 연소하면 캐비티 내의 공기가 가열된다. 이들 열적 가열 시스템 각각은 또한, 캐비티 내의 온도 범위를 규정된 처리 온도(예컨대, 사용자 인터페이스를 통해 사용자에 의해 지정되는 캐비티 온도 설정점)를 포함하는 상대적으로 작은 온도 범위 내로 유지하기 위해 시스템 캐비티 내의 공기의 온도를 감지하고, 열적 가열 시스템의 가열 요소의 기능을 활성화, 비활성화, 또는 조정하도록 구성된 캐비티 온도 제어 시스템을 포함한다.
가열 기기에 열적 가열 시스템과 함께 포함되는 RF 가열 시스템의 실시형태들은 몇 가지 관점에서 종래의 마이크로파 오븐 시스템과 상이하다. 예를 들어, RF 가열 시스템의 실시형태들은 종래의 마이크로파 오븐 시스템에서 이용된 마그네트론과는 대조적으로 고체 RF 신호원을 포함한다. 고체 RF 신호원을 이용하면, 고체 RF 신호원이 현저하게 소형 경량일 수 있고, 시간에 따른 성능 열화(예컨대, 전력 출력 손실)가 덜 나타날 수 있다는 점에서, 마그네트론에 비해 유리할 수 있다. 또한, RF 가열 시스템의 실시형태들은 일반적으로 종래의 마이크로파 오븐 시스템에서 사용되는 2.54 GHz보다 현저히 낮은 주파수에서 시스템 캐비티에 전자기 에너지를 발생시킨다. 일부 실시형태에 있어서, 예를 들어, RF 가열 시스템의 실시형태들은 VHF(very high frequency) 범위(예컨대, 30 MHz 내지 300 MHz) 내의 주파수에서 시스템 캐비티에 전자기 에너지를 발생시킨다. 다양한 실시형태들에서 이용되는 주파수가 현저하게 낮을수록, 적재물 내로의 에너지 침투가 더욱 깊어질 수 있고, 그에 따라 잠재적으로 더욱 빠르고 균일하게 가열될 수 있다. 또한, RF 가열 시스템의 실시형태들은 반사된 RF 전력의 크기에 기초하여 동적으로 제어되는 싱글-엔드형 또는 더블-엔드형 가변 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 이러한 동적 제어는 시스템이 가열 프로세스 내내 RF 신호 발생기와 시스템 캐비티(적재물 포함) 사이의 양호한 정합을 제공할 수 있게 해서, 결국 시스템 효율이 증가되고 가열 시간이 감소될 수 있다.
일반적으로, "가열(heating)"이라는 용어는 적재물(예컨대, 식품 적재물 또는 다른 유형의 적재물)의 온도를 상승시킨다는 것을 의미한다. 마찬가지로, "가열" 동작으로 간주될 수도 있는 "해동(defrosting)"이라는 용어는 냉동 상태의 적재물(예컨대, 냉동 상태의 식품 적재물 또는 다른 유형의 적재물)의 온도를 적재물이 더 이상 냉동 상태가 아닌 온도(예컨대, 섭씨 0도 또는 그 근처의 온도)로 상승시킨다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 "가열"이라는 용어는, 보다 넓게는, 적재물(예컨대, 식품 적재물 또는 다른 유형의 적재물)의 열 에너지 또는 온도가 적재물에 대한 공기 입자 및/또는 RF 전자기 에너지의 열 복사의 제공을 통해 증가되는 프로세스를 의미한다. 따라서, 다양한 실시형태에 있어서, "가열 동작"은 임의의 초기 온도(예컨대, 섭씨 0도보다 높거나 낮은 임의의 초기 온도)를 갖는 적재물에 대하여 수행될 수 있고, 이 가열 동작은 초기 온도보다 높은 임의의 최종 온도(예컨대, 섭씨 0도보다 높거나 낮은 최종 온도를 포함)에서 중단될 수 있다. 그렇기는 하지만, 본 명세서에서 설명되는 "가열 동작" 및 "가열 시스템"을 대신 "열 증가 동작" 및 "열 증가 시스템"이라고 할 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템(100)(또는 기기)의 사시도이다. 가열 시스템(100)은 가열 캐비티(110)(예컨대, 도 9, 도 12의 캐비티(960, 1260)), 제어 패널(120), RF 가열 시스템(150)(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210)), 및 컨벡션 가열 시스템(160)(예컨대, 도 9, 도 12의 열적 가열 시스템(950, 1250)의 실시형태)을 포함하고, 이들은 모두 시스템 하우징(102) 내에 고정된다. 가열 캐비티(110)는 상부, 하부, 측부, 및 후부 캐비티 벽들(111, 112, 113, 114, 115)의 내부면들과 도어(116)의 내부면에 의해 규정된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도어(116)는 도어(116)를 닫힌 상태로 유지하도록 시스템 하우징(102)의 상응하는 고정 구조물(119)과 맞물리는 래칭 기구(118)를 포함할 수 있다. 도어(116)가 닫히면, 가열 캐비티(110)가 밀폐된 공기 캐비티를 규정한다. 본 명세서에서 사용되는 "공기 캐비티(air cavity)" 또는 "오븐 캐비티(oven cavity)"라는 용어들은 공기 또는 다른 가스들을 내포하는 밀폐된 영역(예컨대, 가열 캐비티(110))을 의미할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 선반 지지 구조물(130, 132)은 가열 캐비티(110) 내에서 접근 가능하고, 선반 지지 구조물(130, 132)은 제거 가능하며 재위치설정 가능한 선반(134)(선반이 삽입되어 있지 않은 도 1에서는 점선으로 도시됨)을 하부 캐비티 벽(112)보다 어느 정도 높은 높이에 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 선반 지지 구조물(130)은 하부 캐비티 벽(112)보다 높은 제1 높이에서 대향된 캐비티 벽들(113, 114)에 부착되는 제1 레일 세트를 포함하고, 제2 선반 지지 구조물(132)은 하부 캐비티 벽(112)보다 높은 제2 높이에서 대향된 캐비티 벽들(113, 114)에 부착되는 제2 레일 세트를 포함한다. 레일들은 대향된 캐비티 벽들(113, 114) 각각의 주면으로부터 캐비티(110) 내로 돌출한다. 사용자는 선반(134)을 캐비티(110) 내로 슬라이드시키고 선반 지지 구조물(130, 132) 중 하나의 레일들의 상부에 선반(134)의 좌측 및 우측 하부 에지를 얹어서 캐비티(110) 내에 선반(134)을 삽입할 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 선반 지지 구조물(130, 132)은 대안으로서, 캐비티(110) 내로 짧은 거리로 연장되는 돌출부 세트(예컨대, 대향된 캐비티 벽들(113, 114) 각각에 2개의 돌출부)로서 구성될 수 있다. 대안적인 다른 실시형태에 있어서, 선반 지지 구조물(130, 132)은 대안으로서, 대향된 캐비티 벽들(113, 114) 각각의 주면보다 밑으로 오목해져서 그 안으로 선반(134)이 슬라이드될 수 있는 홈 세트로서 구성될 수 있다. 어떤 식으로든 선반 지지 구조물(130, 132)이 (예컨대, 레일, 돌출부, 홈, 또는 그 외의 구조로) 구성되고, 선반 지지 구조물(130, 132)은 선반(134)을 하부 캐비티 벽(112)과 평행하되 그보다 높게 상승된 상태로 유지하도록 위치된다. 일부 실시형태에 있어서, 선반 지지 구조물(130, 132)은 선반(134)(예컨대, 선반에 구현된 전극)과 RF 가열 시스템의 다른 부분들 또는 접지 기준 사이에 전기 접속을 제공하도록 구성된다. 다른 실시형태들에 있어서, 선반 지지 구조물(130, 132)은 선반(134)을 캐비티 벽들 및/또는 시스템의 다른 부분들로터 전기적으로 절연시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 선반(134)은 적재물(예컨대, 식품 적재물)을 하부 캐비티 벽(112)보다 높은 원하는 높이에 유지하도록 단순하게 구성될 수 있다. 다른 실시형태들에 있어서, 선반(134)은 RF 가열 시스템과 연관되는 전극(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(942, 1450))으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 선반 지지 구조물(130, 132)은 대안으로서, 제거 가능하며 재위치설정 가능한 전극을 하부 캐비티 벽(112)보다 어느 정도 높은 높이에 유지하도록 구성되는 전극 지지 구조물인 것으로 간주될 수도 있다. 이러한 실시형태들에 있어서, 선반(134) 및/또는 그 통합형 전극은 전술한 바와 같이, 선반 지지 구조물(130, 132)의 전도성 특징구조(도시되지 않음)를 통해 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속될 수 있다. 대안으로서, 선반(134) 및/또는 그 통합형 전극은 캐비티 측벽들 중 하나(예컨대, 도 1에 도시된 후부 캐비티 벽(115)과 같이, 벽들(113-115) 중 하나)에서 전도성 커넥터(136, 138)를 통해 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에 있어서, 전극-내포형 선반(134)은 후술하는 하부(또는 제2) 전극(172)을 대체할 수 있다. 다시 말해, 전극-내포형 선반(134) 내에 통합되는 전극은 시스템 내에 접속되어 후술하는 하부 전극(172)의 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 예시적인 실시형태에 따른, 시스템(100)(및/또는 도 6, 도 8의 시스템(600, 800))에서 선반 및/또는 전극으로서 사용될 수 있는 평탄한 구조체(200)의 평면도이다. 구조체(200)는 평탄한 상부 및 하부 표면(202, 204)을 갖는다. 표면들(202, 204) 사이의 두께는, 실시형태에 있어서, 1 cm 내지 3 cm 범위일 수 있지만, 해당 두께는 더 작거나 클 수도 있다. 구조체(200)는, 구조체(200)가 안으로 삽입되는 캐비티(예컨대, 도 1의 캐비티(110))의 폭과 대략 동일할 수 있는(또는 다양한 실시형태들에 있어서는 그보다 약간 작거나 클 수 있는) 폭(206)을 갖는다. 또한, 구조체(200)는 캐비티의 깊이(예컨대, 도 1의 닫힌 도어(116)와 캐비티(110)의 후부 벽(115) 사이의 거리)와 대략 동일할 수 있는(또는 그보다 약간 작을 수 있는) 깊이(208)를 갖는다.
전극으로서 기능하지 않거나 또는 전극을 포함하지 않는 선반(예컨대, 도 1의 선반(134))으로서 단순하게 구성되는 경우, 구조체(200)는 동작 중에 캐비티에서 생성되는 전자기장에 크게 영향을 미치지 않는 하나 이상의 재료(예컨대, 플라스틱 또는 다른 유전체 재료)로 형성되는 것이 바람직하다. 대안으로서, 전술한 바와 같이, 구조체(200)는 전극으로서 구성될 수 있으며, 이 경우 구조체(200)는 보호용 유전체 재료(예컨대, 플라스틱 또는 다른 유전체 재료)로 코팅되거나 또는 그 안에 매설될 수 있는(또는 그렇지 않을 수도 있음) 하나 이상의 평탄한 전기 전도성 재료(예컨대, 구리, 알루미늄 등)로 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 전극(272)(도 2에서는 점선으로 표시됨)은 구조체(200) 내에 포함될 수 있고, 이 경우, 전극은 하나 이상의 평탄한 전기 전도성 재료(예컨대, 구리, 알루미늄 등)로 형성된다. 이러한 실시형태에 있어서, 전극(272)은, 해당 전극(272)을 지지하고 구조체(200)의 나머지 평탄한 부분을 형성하는 보호용 유전체 재료 내에 매설될 수 있다.
전체 구조체(200)가 전극으로서 구성되는 실시형태, 또는 전극(272)이 구조체(200)의 일부로서 포함되는 실시형태에 있어서는, 구조체(200)가 RF 가열 시스템의 다른 부분들과 또는 접지 기준과 전기적으로 접속되도록 구성된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 구조체(200)는 선반 지지 구조물(예컨대, 도 1의 선반 지지 구조물(130, 132))의 상응하는 전도성 특징구조와 접촉하는 전도성 특징구조를 해당 구조체의 하부 에지에 포함할 수 있다.
대안으로서, 구조체(200)는 캐비티 측벽(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같은 후부 캐비티 벽(115)과 같이, 벽들(113-115) 중 하나)에서 상응하는 커넥터(예컨대, 도 1의 전도성 커넥터(136, 138) 중 어느 하나)와 맞물리도록 구성된 전도성 커넥터(230)를 포함할 수 있다. 전체 구조체(200)가 전극으로서 구성되는 경우, 커넥터(230)는 단순히 구조체(200)의 일체형 돌출부일 수 있다. 대안으로서, 구조체(200)가 별개의 전극(272)을 포함하는 경우에는, 커넥터(230)가 전극(272)의 일체형 돌출부일 수 있거나, 아니면 커넥터(230)가 전극(272)에 전기적으로 접속될 수 있다. 어느 쪽이든, 구조체(200)가 캐비티 내로 슬라이드되거나 아니면 캐비티에 삽입될 때, 커넥터(230)는 캐비티 측벽에 있는 상응하는 커넥터(예컨대, 도 1의 전도성 커넥터(136, 138) 중 어느 하나)와 맞물려서 구조체(200) 또는 전극(272)을 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 구조체(200)는, 구조체(200)가 안으로 삽입되는 캐비티(예컨대, 도 1의 캐비티(110))의 하나 이상의 벽에 구조체(200)를 고정하는 것을 용이하게 하는 추가적인 개구(220) 또는 다른 특징구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 개구(220)는 그것을 통해서 나사 또는 다른 결합 수단을 수용하도록 구성될 수 있으며, 나사 또는 다른 결합 수단은 캐비티 내의 다른 특징구조에 연결될 수 있다. 경우에 따라, 구조체(200) 또는 구조체(200) 내의 전극(272)의 전기 접속은 나사 또는 다른 결합 수단을 통해 전기적으로 접지될 수 있다.
도 2의 구조체(200)는 평탄한 구조이며, 그에 따라 상당한 양의 공기 흐름 또는 전자기 에너지가 구조체(200)를 통과할 수 있게 되어 있지 않다. 일부 실시형태에 있어서는, 상당한 양의 공기 흐름 또는 전자기 에너지가 선반 또는 지지 구조물을 통과하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에 있어서는, 선반(예컨대, 도 1의 선반(134)) 또는 전극이 선반 또는 전극의 상부 표면과 하부 표면 사이에 개구를 가질 수 있다. 이러한 개구는 세장형 채널, 원형 개구, 직사각형 개구, 또는 서로 다르게 구성된 다수의 개구 중 하나일 수 있다. 한정이 아닌 실시예로서, 격자형 구조체를 아래에서 설명한다. 당업자라면, 본 명세서에서의 설명에 기초하여, 다른 유형의 개구를 갖는 "천공된" 구조가 대안으로서 사용될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
도 3은 예시적인 실시형태에 따른, 시스템(100)(및/또는 도 6, 도 8의 시스템(600, 800))에서 선반 또는 전극으로서 사용될 수 있는 격자형 구조체(300)의 평면도이다. 구조체(300)는 평탄한 상부 및 하부 표면(302, 304)과, 구조체(300)보다 아래쪽 및 위쪽의 영역들간의 유체 연통을 제공하도록 상부 및 하부 표면(302, 304) 사이로 연장되는 복수의 개구(310)를 갖는다. 도 3의 실시형태에 있어서, 구조체(300)는 개구(310)들이 직사각형 형상이고 2차원 배열로 배치된 격자형 구성을 갖는다. 다른 실시형태들에 있어서, 개구들은 세장형일 수 있고/있거나 서로 다른 형상 및 배치구조를 가질 수 있다.
표면들(302, 304) 사이의 두께는, 실시형태에 있어서, 1 cm 내지 3 cm 범위일 수 있지만, 해당 두께는 더 작거나 클 수도 있다. 구조체(300)는, 구조체(300)가 안으로 삽입되는 캐비티(예컨대, 도 1의 캐비티(110))의 폭과 대략 동일할 수 있는(또는 다양한 실시형태들에 있어서는 그보다 약간 작거나 클 수 있는) 폭(306)을 갖는다. 또한, 구조체(300)는 캐비티의 깊이(예컨대, 도 1의 닫힌 도어(116)와 캐비티(110)의 후부 벽(115) 사이의 거리)와 대략 동일할 수 있는(또는 그보다 약간 작을 수 있는) 깊이(308)를 갖는다.
전극으로서 기능하지 않거나 또는 전극을 포함하지 않는 선반(예컨대, 도 1의 선반(134))으로서 단순하게 구성되는 경우, 구조체(300)는 동작 중에 캐비티에서 생성되는 전자기장에 크게 영향을 미치지 않는 하나 이상의 재료(예컨대, 플라스틱 또는 다른 유전체 재료)로 형성되는 것이 바람직하다. 대안으로서, 전술한 바와 같이, 구조체(300)는 전극으로서 구성될 수 있으며, 이 경우 구조체(300)는 보호용 유전체 재료(예컨대, 플라스틱 또는 다른 유전체 재료)로 코팅되거나 또는 그 안에 매설될 수 있는(또는 그렇지 않을 수도 있음) 하나 이상의 천공된 전기 전도성 재료(예컨대, 구리, 알루미늄 등)로 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 전극(372)(도 3에서는 점선으로 표시됨)은 구조체(300) 내에 포함될 수 있고, 이 경우, 전극은 하나 이상의 천공된 전기 전도성 재료(예컨대, 구리, 알루미늄 등)로 형성된다. 이러한 실시형태에 있어서, 전극(372)은, 해당 전극(372)을 지지하고 구조체(300)의 나머지 평탄한 부분을 형성하는 보호용 유전체 재료 내에 매설될 수 있다.
전체 구조체(300)가 전극으로서 구성되는 실시형태, 또는 전극(372)이 구조체(300)의 일부로서 포함되는 실시형태에 있어서는, 구조체(300)가 RF 가열 시스템의 다른 부분들과 또는 접지 기준과 전기적으로 접속되도록 구성된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 구조체(300)는 선반 지지 구조물(예컨대, 도 1의 선반 지지 구조물(130, 132))의 상응하는 전도성 특징구조와 접촉하는 전도성 특징구조를 해당 구조체의 하부 에지에 포함할 수 있다.
대안으로서, 구조체(300)는 캐비티 측벽(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같은 후부 캐비티 벽(115)과 같이, 벽들(113-115) 중 하나)에서 상응하는 커넥터(예컨대, 도 1의 전도성 커넥터(136, 138) 중 어느 하나)와 맞물리도록 구성된 전도성 커넥터(330)를 포함할 수 있다. 전체 구조체(300)가 전극으로서 구성되는 경우, 커넥터(330)는 단순히 구조체(300)의 일체형 돌출부일 수 있다. 대안으로서, 구조체(300)가 별개의 전극(372)을 포함하는 경우에는, 커넥터(330)가 전극(372)의 일체형 돌출부일 수 있거나, 아니면 커넥터(330)가 전극(372)에 전기적으로 접속될 수 있다. 어느 쪽이든, 구조체(300)가 캐비티 내로 슬라이드되거나 아니면 캐비티에 삽입될 때, 커넥터(330)는 캐비티 측벽에 있는 상응하는 커넥터(예컨대, 도 1의 전도성 커넥터(136, 138) 중 어느 하나)와 맞물려서 구조체(300) 또는 전극(372)을 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 구조체(300)는, 구조체(300)가 안으로 삽입되는 캐비티(예컨대, 도 1의 캐비티(110))의 하나 이상의 벽에 구조체(300)를 고정하는 것을 용이하게 하는 추가적인 개구(320) 또는 다른 특징구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 개구(320)는 그것을 통해서 나사 또는 다른 결합 수단을 수용하도록 구성될 수 있으며, 나사 또는 다른 결합 수단은 캐비티 내의 다른 특징구조에 연결될 수 있다. 경우에 따라, 구조체(300) 또는 구조체(300) 내의 전극(372)의 전기 접속은 나사 또는 다른 결합 수단을 통해 전기적으로 접지될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 전술한 바와 같이, 가열 시스템(100)은 RF 가열 시스템(150)(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210)) 및 컨벡션 가열 시스템(160)(예컨대, 도 9, 도 12의 컨벡션 가열 시스템(950, 1250))을 모두 포함한다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, RF 가열 시스템(150)은 하나 이상의 무선 주파수(RF) 신호원(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 신호원(920, 1220)), 전원 장치(예컨대, 도 9, 도 12의 전원 장치(926, 1226)), 제1 전극(170)(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(940, 1240)), 제2 전극(172)(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(942, 1242)), 임피던스 정합 회로(예컨대, 도 9 내지 도 14의 회로(934, 970, 1000, 1100, 1234, 1272, 1300, 1400)), 전력 검출 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230)), 및 RF 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 시스템 제어기(912, 1212))를 포함한다.
제1 전극(170)은 캐비티 벽(예컨대, 상부 벽(111))에 근접하게 배치되고, 제2 전극(172)은 맞은편의 제2 캐비티 벽(예컨대, 하부 벽(112))에 근접하게 배치된다. 대안으로서, 선반(134)의 설명과 함께 전술한 바와 같이, 제2 전극(172)은 선반 구조체(예컨대, 도 2, 도 3의 선반(200, 300)) 또는 이러한 선반 구조체 내의 전극(예컨대, 도 2, 도 3의 전극(272, 372))으로 대체될 수 있다. 어느 쪽이든, 제1 및 제2 전극(170, 172)(및/또는 도 2, 도 3의 선반(200, 300), 또는 전극(272, 372))은 나머지 캐비티 벽들(예컨대, 벽들(113-115) 및 도어(116))과 전기적으로 절연되고, 해당 캐비티 벽들은 접지된다. 어느 구성에서든, 시스템은 극단적으로 단순화해서 커패시터로서 모델링될 수 있으며, 여기서 제1 전극(170)은 하나의 전도성 플레이트(또는 전극)로서 기능하고, 제2 전극(172)(또는 도 2, 도 3의 구조체(200, 300) 또는 전극(272, 372))은 제2 전도성 플레이트(또는 전극)로서 기능하고, 전극들 사이의 공기 캐비티(그 안에 내포되는 임의의 적재물을 포함함)는 제1 전도성 플레이트와 제2 전도성 플레이트 사이의 유전체 매체로서 기능한다. 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 비-전기 전도성 배리어(예컨대, 도 9, 도 12의 배리어(962, 1262))가 시스템(100)에 포함될 수도 있고, 비-전도성 배리어는 적재물을 제2 전극(172) 및/또는 하부 캐비티 벽(112)으로부터 전기적으로 및 물리적으로 격리시키도록 기능할 수 있다.
RF 가열 시스템(150)은 다양한 실시형태들에 있어서 "언밸런스형(unbalanced)" RF 가열 시스템 또는 "밸런스형(balanced)" RF 가열 시스템일 수 있다. 도 9와 함께 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, "언밸런스형" RF 가열 시스템으로 구성되는 경우, 시스템(150)은 싱글-엔드형 증폭기 배치구조(예컨대, 도 9의 증폭기 배치구조(920)), 및 증폭기 배치구조의 출력과 제1 전극(170) 사이에 연결되는 싱글-엔드형 임피던스 정합 회로망(예컨대, 도 9의 회로망(934, 970)을 포함함)을 포함하고, 제2 전극(172)(또는 도 2, 도 3의 구조체(200, 300) 또는 전극(272, 372))은 접지된다. 그러나, 대안으로서, 제1 전극(170)이 접지될 수 있고, 제2 전극(172)은 증폭기 배치구조에 연결될 수 있다. 대조적으로, 도 12와 함께 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, "밸런스형" RF 가열 시스템으로 구성되는 경우, 시스템(150)은 싱글-엔드형 또는 더블-엔드형 증폭기 배치구조(예컨대, 도 12의 증폭기 배치구조(1220 또는 1220')), 및 증폭기 배치구조의 출력과 제1 및 제2 전극(170, 172) 사이에 연결되는 더블-엔드형 임피던스 정합 회로망(예컨대, 도 12의 회로망(1234, 1272)을 포함함)을 포함한다. 밸런스형 실시형태 또는 언밸런스형 실시형태의 어느 실시형태에서든, 임피던스 정합 회로망은 증폭기 배치구조와 캐비티(적재물 포함) 사이의 정합을 향상시키기 위해 가열 동작 동안 조정될 수 있는 가변 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 또한, 측정 및 제어 시스템은 가열 동작과 관련되는 특정 조건(예컨대, 비어 있는 시스템 캐비티, 열악한 임피던스 정합, 및/또는 가열 동작의 완료)을 검출할 수 있다.
컨벡션 시스템(160)은, 실시형태에 있어서, 열적 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 열적 시스템 제어기(952, 1252)), 전원 장치, 가열 요소, 팬, 및 서모스탯을 포함한다. 가열 요소는, 예를 들어, 전원 장치로부터의 전류가 가열 요소를 통과할 때 가열 요소 주변의 공기를 가열하도록 구성된 저항 가열 요소일 수 있다. 서모스탯(또는 오븐 센서)은 시스템 캐비티 내의 공기의 온도를 감지하고, 감지된 캐비티 온도에 기초하여, 전원 장치를 제어해서 가열 요소에 전류를 공급한다. 보다 구체적으로, 서모스탯은 캐비티 공기 온도를 온도 설정점으로 또는 온도 설정점 근처로 유지하도록 동작한다. 또한, 열적 시스템 제어기는 시스템 캐비티(110) 내의 가열 요소에 의해 가온된 공기를 순환시키기 위해 컨벡션 팬을 선택적으로 활성화 및 비활성화할 수 있다. 도 1에 예시되는 시스템(100)에 있어서, 팬은 시스템 캐비티(110) 외부의 팬 격실에 위치하고, 팬과 시스템 캐비티(110) 사이의 유체(공기) 연통은 하나 이상의 캐비티 벽에 있는 하나 이상의 개구를 통해 제공된다. 예를 들어, 도 1은 팬 격실과 시스템 캐비티(110) 사이의 캐비티 벽(115)에 있는 공기 출구에 대응하는 개구(162)를 예시한다.
일부 실시형태에 있어서, 가열 요소 및 팬은 공기를 가열하고 가열된 공기를 순환시키도록 구성된 완전한 컨벡션 유닛("컨벡션 송풍기(convection blower)"라고 함)의 부분을 형성한다. 예를 들어, 도 4는 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 기기에서 사용될 수 있는 팬 및 통합형 가열 요소를 갖는 컨벡션 송풍기(400)의 사시도이다. 컨벡션 송풍기(400)의 컴포넌트들은, 송풍기(400)가 가열 시스템(예컨대, 도 1의 시스템(100))의 팬 격실 내에 견고하게 장착될 수 있게 하는 특징구조를 갖는 하우징(402) 내에 포함된다. 송풍기(400)는 (도시되지 않은 전원 장치로부터의) 전력 입력에 응답하여 내부 팬(도 4에서는 가려져 있음)을 동작시키도록 구성되는 팬 모터(410)를 포함한다. 또한, 내부 가열 요소(마찬가지로 도 4에서는 가려져 있음)를 사용해서 내부 격실 내의 공기를 가열한다. 동작하는 동안, 팬은 (예컨대, 도 1의 시스템 캐비티(110)로부터) 공기가 공기 흡입구(420)를 통해 내부 격실로 유입되게 하고, 내부 격실 내의 가열된 공기가 공기 출구(430)를 통해 송풍기(400) 밖으로(예컨대, 다시 도 1의 시스템 캐비티(110) 내로) 강제되게 한다. 시스템(예컨대, 도 1의 시스템(100))에 설치될 경우, 공기 출구(430)는 송풍기(400)와 시스템 캐비티 사이의 유체 연통을 제공하기 위해 캐비티 벽(들)에 있는 개구에 연결된다.
도 6 및 도 8의 시스템(600, 800)과 같은 다른 실시형태들에 있어서, 컨벡션 시스템에 의해 순환되는 공기는 캐비티 내의 별개의 가열 요소(예컨대, 도 6의 가열 요소(682, 684)) 또는 활성화된 버너(예컨대, 도 8의 가스 버너(882, 884))와 같이, 컨벡션 시스템 내부에 있지 않은 가열원에 의해 가열될 수 있다. 이러한 실시형태들에 있어서, 컨벡션 시스템은, 공기 흡입구 및 공기 출구를 통해 시스템 캐비티(예컨대, 도 6, 도 8의 캐비티(610, 810))와 유체 연통하는, 가열 시스템(예컨대, 도 6, 도8의 시스템(600, 800))의 팬 격실 내에 포함되는 단순한 팬을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5는 시스템이 외부 가열원을 포함할 경우 가열 시스템에서, 예를 들면 다른 예시적인 실시형태들에 따른, 도 6 및 도 8의 기기(600, 800)에서, 사용될 수 있는 컨벡션 팬(500)의 사시도이다. 컨벡션 팬(500)은 단순히 팬(512)에 연결되는 팬 모터(510)를 포함하고, 팬 모터(510)는 (도시되지 않은 전원 장치로부터의) 전력 입력에 응답하여 팬(512)을 동작시키도록 구성된다. 동작하는 동안, 팬은 가열된 공기(예컨대, 도 6, 도 8의 시스템 캐비티(610, 810) 내의 가열원에 의해 가열된 공기)가 시스템 캐비티와 팬 격실 사이의 공기 흡입구를 통해 팬 격실로 유입되게 하고, 가열된 공기가 팬 격실과 시스템 캐비티 사이의 공기 출구(예컨대, 도 6, 도 8의 개구(662, 862))를 통해 팬 격실로부터 다시 시스템 캐비티 내로 강제되게 한다.
다시 도 1을 참조하고, 실시형태에 따르면, 가열 시스템(100)의 동작 중에, 사용자(예시되지 않음)는 먼저 하나 이상의 적재물(예컨대, 식품 및/또는 음료)을 가열 캐비티(110) 내에 배치하고, 도어(116)를 닫을 수 있다. 전술한 바와 같이, 사용자는 적재물(들)을 하부 캐비티 벽(112) 상에, 하부 캐비티 벽 위의 절연층 상에, 또는 회전 플레이트(예시되지 않음) 상에 배치할 수 있다. 대안으로서, 전술한 바와 같이, 사용자는 임의의 지지 위치에서 캐비티(110)에 삽입된 선반(134) 상에 적재물(들)을 배치할 수 있다. 조리 동작 동안 RF 가열 시스템을 이용할 경우, 또한 선반(134)(또는 선반 내의 도 2, 도 3의 전극(272, 372))이 하부 전극(예컨대, 전극(172)을 대체함)으로서 기능할 경우, 적재물의 상부와 제1 전극(170)(또는 상부 캐비티 벽(111)) 사이가 최소 거리가 되는 위치에 선반(134)을 삽입하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 RF 가열 시스템에 의해 제공되는 용량성 조리가 적재물의 상부가 제1 전극(170)(또는 상부 캐비티 벽(111))으로부터 더 멀리 있는 경우보다 더욱 효율적으로 동작하게 할 수 있다.
도 16과 함께 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 사용자는, 조리 프로세스를 개시하기 위해, 사용자가 시스템(100)으로 구현하고 싶어하는 조리의 유형(또는 조리 모드)을 지정할 수 있다. 사용자는 제어 패널(120)을 통해 (예컨대, 버튼을 누르거나 또는 조리 모드 메뉴를 선택함으로써) 조리 모드를 지정할 수 있다. 실시형태에 따르면, 시스템(100)은 적어도 하기의 별개의 조리 모드: 즉, 1) 컨벡션-전용 조리 모드; 2) RF-전용 조리 모드; 및 3) 복합형 컨벡션 및 RF 조리 모드를 구현할 수 있다. 컨벡션-전용 조리 모드(상기의 모드 1)의 경우에는, 조리 프로세스 동안 컨벡션 시스템(160)이 활성화되고, RF 가열 시스템(150)은 유휴 또는 비활성화된다. RF-전용 조리 모드(상기의 모드 2로서, RF-전용 해동 모드를 포함함)의 경우에는, 조리 프로세스 동안 RF 가열 시스템(150)이 활성화되고, 컨벡션 시스템(160)은 유휴 또는 비활성화된다. 마지막으로, 복합형 컨벡션 및 RF 조리 모드(상기의 모드 3)의 경우에는, 조리 프로세스 동안 컨벡션 시스템(160) 및 RF 가열 시스템(150)이 모두 활성화된다. 이 모드에서는, 컨벡션 시스템(160) 및 RF 가열 시스템(150)이 모두 동시에 및 연속적으로 활성화될 수 있거나, 또는 해당 프로세스의 일부분 동안 어느 하나의 시스템이 비활성화될 수 있다.
컨벡션-전용 조리 모드(상기의 모드 1) 또는 복합형 컨벡션 및 RF 조리 모드(상기의 모드 3)를 구현할 경우, 시스템(100)은 사용자가 조리 프로세스 동안 (예컨대, 약 섭씨 65도 내지 섭씨 260도(또는 화씨 150도 내지 화씨 500도)의 범위에서) 캐비티 온도 설정점(또는 목표 오븐 온도)을 지정하는 입력을 제어 패널(120)을 통해 제공하게 할 수 있다. 대안으로서, 캐비티 온도 설정점은 시스템(100)에 의해 달리 취득되거나 결정될 수도 있다. 일부 실시형태에 있어서, 캐비티 온도 설정점은 프로세스 전체에 걸쳐 달라질 수 있다(예컨대, 시스템(100)은 조리 프로세스 전체에 걸쳐 오븐 온도를 변화시키는 소프트웨어 프로그램을 실행할 수 있음). 캐비티 온도 설정점을 지정하는 것에 더하여, 시스템(100)은 사용자가 조리 시작 시간, 정지 시간, 및/또는 지속 시간을 지정하는 입력을 제어 패널(120)을 통해 제공하게 할 수도 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 시스템(100)은 RF 및 컨벡션 가열 시스템(150, 160)을 활성화 및 비활성화하는 시기를 결정하기 위해 시스템 클록을 모니터링할 수 있다.
RF-전용 조리 모드는 해동 동작과 같이 적재물의 완만한 가온이 요망될 때 특히 유용할 수 있다. RF-전용 조리 모드를 구현하는 경우, 시스템(100)은 사용자가 수행될 동작의 유형(예컨대, 해동 동작, 또는 다른 RF-전용 가온 동작)을 지정하는 입력을 제어 패널(120)을 통해 제공하게 할 수 있다. 해동 동작의 경우, 시스템(100)은 적재물이 원하는 온도(예컨대, 섭씨 -2도, 또는 몇몇 다른 온도)에 도달한 시기를 나타낼 수 있는 RF 시스템으로부터의 피드백을 모니터링하도록 구성될 수 있으며, 시스템(100)은 원하는 적재물 온도에 도달했을 때 동작을 종료할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 시스템은 사용자가 적재물(들)의 특성을 지정하는 입력을 제어 패널(120)을 통해 선택적으로 제공하게 할 수도 있다. 예를 들어, 지정된 특성은 적재물의 대략적인 중량을 포함할 수 있다. 또한, 지정된 적재물 특성은 적재물을 형성하는 재료(들)(예컨대, 육류, 빵, 음료)를 나타낼 수 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 적재물 특성은 다른 방식으로, 예를 들면, 적재물 포장재에 있는 바코드를 스캐닝함으로써, 또는 적재물 상의 또는 그 안에 매설되는 무선 주파수 식별(RFID) 태그로부터 RFID 신호를 수신함으로써 취득될 수 있다. 어느 쪽이든, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 이러한 적재물 특성에 관한 정보는 RF 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템 제어기(912, 1212))가 가열 동작의 시작시에 시스템의 임피던스 정합 회로망에 대한 초기 상태를 설정하게 할 수 있으며, 이 경우, 초기 상태는 최대 RF 전력을 적재물에 전달하게 할 수 있는 최적 상태에 비교적 가까운 상태일 수 있다. 대안으로서, 적재물 특성은 가열 동작의 시작 전에는 입력 또는 수신되지 않을 수 있으며, RF 가열 시스템 제어기는 임피던스 정합 회로망에 대하여 디폴트 초기 상태를 설정할 수 있다.
가열 동작을 시작하기 위해, 사용자는 제어 패널(120)을 통해 "시작(start)" 입력을 제공할 수 있다(예컨대, 사용자는 "시작" 버튼을 누를 수 있음). 이에 응하여, 호스트 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252))는 구현되고 있는 조리 모드에 따라 조리 프로세스 전체에 걸쳐 적절한 제어 신호를 컨벡션 시스템(160) 및/또는 RF 가열 시스템(150)에 송신한다. 시스템 동작의 세부 내용은 도 16 내지 도 18과 함께 보다 상세하게 후술된다.
본질적으로, 컨벡션-전용 조리 또는 복합형 컨벡션 및 RF 조리를 수행하는 경우, 시스템(100)은 시스템 캐비티(110)를 캐비티 온도 설정점까지 예열하고 시스템 캐비티(110) 내의 온도를 캐비티 온도 설정점으로 또는 그 근처로 유지하도록 컨벡션 가열 시스템(160)을 선택적으로 활성화, 비활성화, 및 달리 제어한다. 시스템(100)은 캐비티(110) 내의 온도를 서모스탯 신호에 기초하여 및/또는 컨벡션 가열 시스템(160)으로부터의 피드백에 기초하여 설정 및 유지할 수 있다.
RF-전용 조리 또는 복합형 컨벡션 및 RF 조리를 수행하는 경우, 시스템은 최대 RF 전력 전달이 조리 프로세스 전체에 걸쳐 적재물에 의해 흡수될 수 있는 방식으로 RF 가열 시스템(150)을 선택적으로 활성화 및 제어한다. 가열 동작 동안, 적재물의 임피던스(및 그에 따른 적재물을 포함한 캐비티(110)의 총 입력 임피던스)는 적재물의 열 에너지가 증가함에 따라 변한다. 임피던스 변화는 적재물로의 RF 에너지의 흡수를 변경해서, 반사 전력(reflected power)의 크기를 변경한다. 실시형태에 따르면, 전력 검출 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230))는 RF 신호원과 시스템 전극(들)(170 및/또는 172)(또는 선반(134) 또는 선반(134) 내의 전극(272, 372)) 사이의 전송 경로를 따라 반사 전력을 연속적으로 또는 주기적으로 측정한다. 이러한 측정에 기초하여, RF 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템 제어기(912, 1212))는 가열 동작 동안 가변 임피던스 정합 회로망(예컨대, 도 9, 도 12의 회로망(970, 1272))의 상태를 변경해서 적재물에 의한 RF 전력의 흡수를 증가시킬 수 있다. 또한, 일부 실시형태에 있어서, RF 시스템 제어기는 전력 검출 회로로부터의 피드백에 기초하여 가열 동작의 완료(예컨대, 적재물 온도가 목표 온도에 도달한 경우)를 검출할 수 있다.
가열 시스템(100)은 RF 가열 시스템(150)과 컨벡션 가열 시스템(160) 형태의 열적 가열 시스템의 조합으로서 설명된다. 다른 실시형태들에 있어서, RF 가열 시스템은 또한, 또는 대안으로서, 모두 "열적 가열 시스템"으로서 특정될 수도 있는 복사 가열 시스템 또는 가스 가열 시스템과 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 예시적인 다른 실시형태에 따른, RF 가열 시스템(650) 및 복사 가열 시스템(680)을 갖는 가열 기기(600)의 사시도이다. 가열 시스템(600)은, 가열 시스템(600)의 컴포넌트들이 시스템 하우징(602) 내에 고정되고, 가열 시스템(600)이 가열 캐비티(610)(예컨대, 도 9, 도 12의 캐비티(960, 1260)), 제어 패널(620), 및 RF 가열 시스템(650)(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210))을 포함한다는 점에서, 가열 시스템(100)(도 1 참조)과 유사하다. 또한, 실시형태에 있어서, 가열 시스템(600)은 컨벡션 가열 시스템(660)을 포함할 수도 있지만, 컨벡션 가열 시스템(660)은 선택적인 것이다. 그러나, 가열 시스템(100)(도 1 참조)과 달리, 시스템(600)은 가열 캐비티(610)에 배치되는 가열 요소(682, 684)를 갖는 복사 가열 시스템(680)(예컨대, 도 9, 도 12의 열적 가열 시스템(950, 1250)의 일 실시형태)을 포함한다.
가열 캐비티(610)는 상부, 하부, 측부, 및 후부 캐비티 벽들(611, 612, 613, 614, 615)의 내부면들과 도어(616)의 내부면에 의해 규정된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도어(616)는 도어(616)를 닫힌 상태로 유지하도록 시스템 하우징(602)의 상응하는 고정 구조물(619)과 맞물리는 래칭 기구(618)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 선반 지지 구조물(630, 632)은 가열 캐비티(610) 내에서 접근 가능하고, 선반 지지 구조물(630, 632)은 제거 가능하며 재위치설정 가능한 선반(634)(선반이 삽입되어 있지 않은 도 6에서는 점선으로 도시됨)을 하부 캐비티 벽(612)보다 높은 다양한 높이에 유지하도록 구성된다. 도 1과 함께 전술한 바와 같이, 선반(634)은 전극으로서 구성될 수 있거나, 또는 전극을 내포할 수 있다. 또한, 선반(634)은 단순한 평탄한 구조(예컨대, 도 2의 구조체(200)와 유사함)를 가질 수 있거나, 또는 선반(634)은 격자형 구조(예컨대, 도 3의 구조체(300)와 유사함)를 가질 수 있다. 이러한 실시형태들에 있어서, 선반(634)(또는 선반 내에 통합되는 전극)은 선반 지지 구조물(630, 632)의 전도성 특징구조(도시되지 않음)를 통해 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속될 수 있다. 대안으로서, 선반(634) 및/또는 그 통합형 전극은 캐비티 측벽들 중 하나에서 전도성 커넥터(636, 638)를 통해 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속될 수 있다.
캐비티 벽들(611-615), 도어(616), 래칭 기구(618), 고정 구조물(619), 제어 패널(620), 선반 지지 구조물(630, 632), 및 재위치설정 가능한 선반(634)은, 제각기, 이들 시스템 컴포넌트들의 다양한 대안적인 실시형태들을 모두 포함하는 도 1과 함께 전술한, 캐비티 벽들(111-115), 도어(116), 래칭 기구(118), 고정 구조물(119), 제어 패널(120), 선반 지지 구조물(130, 132), 및 재위치설정 가능한 선반(134)과 실질적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 따라서, 캐비티 벽들(111-115), 도어(116), 래칭 기구(118), 고정 구조물(119), 제어 패널(120), 선반 지지 구조물(130, 132), 및 재위치설정 가능한 선반(134)과 관련된 설명은 캐비티 벽들(611-615), 도어(616), 래칭 기구(618), 고정 구조물(619), 제어 패널(620), 선반 지지 구조물(630, 632), 및 재위치설정 가능한 선반(634)에도 적용하도록 의도되지만, 간략화를 위해, 여기서는 그 설명을 반복하지 않는다.
전술한 바와 같이, 가열 시스템(600)은 RF 가열 시스템(650)(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210)) 및 복사 가열 시스템(680)(예컨대, 도 9, 도 12의 복사 가열 시스템(950, 1250))을 모두 포함한다. 복사 가열 시스템(680)은, 실시형태에 있어서, 열적 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252)), 전원 장치, 하나 이상의 복사 가열 요소(682, 684), 및 서모스탯(또는 오븐 센서)을 포함한다. 더 상세하게 후술되는 바와 같이, 각각의 가열 요소(682, 684)는, 예를 들어, 전원 장치로부터의 전류가 가열 요소를 통과할 때 가열 요소 주변의 공기를 가열하도록 구성된 저항 가열 요소일 수 있다. 서모스탯(또는 오븐 센서)은 시스템 캐비티(610) 내의 공기의 온도를 감지한다. 감지된 캐비티 온도에 기초하여, 서모스탯(또는 열적 시스템 제어기)은 전원 장치에 의해 가열 요소(들)(682, 684)에 제공되는 전류의 공급을 제어한다. 보다 구체적으로, 서모스탯(또는 열적 시스템 제어기)은 캐비티 공기 온도를 온도 설정점으로 또는 온도 설정점 근처로 유지하도록 동작한다.
실시형태에 따르면, 가열 요소들(682, 684)은 제각기 시스템 캐비티(610)의 하부 및/또는 상부에 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 다른 실시형태들에 있어서, 하나 이상의 가열 요소는 다른 곳에(예컨대, 시스템 캐비티(610)의 측부들에 또는 그 근처에, 및/또는 시스템 캐비티(610)와는 별도의 격실들에) 배치될 수 있다. 어느 쪽이든, 가열 요소(682, 684)는 시스템 캐비티(610)와 유체 연통하고, 이는 가열 요소(682, 684)에 의해 가열된 공기가 시스템 캐비티(610) 전체에 걸쳐 유동할 수 있음을 의미한다. 시스템 캐비티(610)의 하부에 배치되는 가열 요소(682)는 캐비티(610) 내의 적재물에 (예컨대, 가온 및 베이킹을 위해) 밑에서부터 열을 제공하고, 시스템 캐비티(610)의 상부에 배치되는 가열 요소(684)는 캐비티(610) 내의 적재물에 (예컨대, 가온, 베이킹, 브로일링(broiling), 및/또는 브라우닝을 위해) 위에서부터 열을 제공한다.
각각의 가열 요소(682, 684)는 전류가 해당 요소를 통과할 때 가열 요소(682, 684) 주변의 공기를 가열하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 가열 요소(682, 684)는 저항 가열 또는 줄(Joule) 가열의 프로세스를 통해 주변 공기를 가열하도록 구성된 시스(sheath) 가열 요소를 포함할 수 있다. 이러한 가열 요소의 일례는 예시적인 실시형태에 따른, 도 6의 기기(예컨대, 도 6의 가열 요소들(682, 684) 중 하나 또는 둘 모두)에서 사용될 수 있는 가열 요소(700)의 평면도인 도 7에 예시된다. 가열 요소(700)는 2차원 영역(또는 평면) 내에서 기복(undulating) 형상을 갖는 관형 가열 요소(710)를 포함하고, 관형 가열 요소(710)의 외부 경계는 정해진 공간의 경계 내에(예컨대, 상부 또는 하부 캐비티 벽(611, 612)의 경계 내에) 끼워맞춰진다. 관형 가열 요소(710)는 전기-전도성 및 전기-저항성 재료(예컨대, 니크롬(NiCr))로 형성되는 와이어 또는 코일로 구성되는 내부 전도체, 주변 금속 튜브(예컨대, 구리 또는 스테인리스 스틸 합금으로 형성됨), 및 외부 절연 코팅(예컨대, 산화 마그네슘 분말)을 포함할 수 있다. 가열 요소(710)의 단부들은 일부 실시형태에 있어서 브래킷(720)에 의해 제자리에 유지될 수 있고, 내부 전도체의 노출된 단부들(712, 714)은 복사 가열 시스템에서의 상응하는 커넥터 쌍(예컨대, 시스템의 하나 이상의 벽(611-615)에 있는 커넥터 쌍)에 삽입될 수 있다. 전류가 가열 요소(710)의 와이어를 통과할 때, 전류는 저항에 직면하고, 결국 해당 요소(710) 및 주변 공기가 가열된다.
도 6을 다시 참조하면, RF 가열 시스템(650)은 하나 이상의 RF 신호원(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 신호원(920, 1220)), 전원 장치(예컨대, 도 9, 도 12의 전원 장치(926, 1226)), 제1 전극(670)(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(940, 1240)), 제2 전극(672)(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(942, 1242)), 임피던스 정합 회로(예컨대, 도 9 내지 도 14의 회로(934, 970, 1000, 1100, 1234, 1272, 1300, 1400)), 전력 검출 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230)), 및 RF 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 시스템 제어기(912, 1212))를 포함한다.
RF 가열 시스템(650)의 RF 신호원(들), 전원 장치, 제1 전극(670), 제2 전극(672), 임피던스 정합 회로, 전력 검출 회로, 및 RF 가열 시스템 제어기는, 제각기, 이들 시스템 컴포넌트들의 다양한 대안적인 실시형태들을 모두 포함하는 도 1과 함께 전술한, RF 신호원(들), 전원 장치, 제1 전극(170), 제2 전극(172), 임피던스 정합 회로, 전력 검출 회로, 및 RF 가열 시스템 제어기와 실질적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 따라서, 도 1과 함께 이들 컴포넌트들과 연관되는 설명은 RF 가열 시스템(650)의 유사한 컴포넌트들에도 적용되지만, 여기서는 간략화를 위해 설명을 반복하지 않는다.
즉, 제1 전극(670) 및/또는 제2 전극(672)(및/또는 선반(634))은 특히 가열 요소(682, 684)에 의해 가열되는 공기의 이동을 실질적으로 제한하거나 간섭하지 않도록 설계될 수 있다. 또한, 가열 요소(682, 684)와 제1 및 제2 전극(670, 672)은, 가열 요소(682, 684)가 전극(670, 672) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해 생성되는 전자기장을 실질적으로 변경하거나 간섭하지 않도록 서로에 대하여 배향될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 가열 요소 및 전극이 모두 동일한 캐비티 벽에 근접해 있을 경우, 가열 요소는 전극과 캐비티 벽 사이에 위치된다. 예를 들어, 도 6의 실시형태에 있어서는, 캐비티(610)의 상부측에서 전극(670)이 캐비티 벽(611)에 근접하여 위치하고, 가열 요소(684)가 전극(670)과 캐비티 벽(611) 사이에 위치된다. 캐비티(610)의 하부측에서는, 전극(672)이 캐비티 벽(612)에 근접하여 위치하고, 가열 요소(682)가 전극(672)과 캐비티 벽(612) 사이에 위치된다. 전극(670, 672) 및 가열 요소(682, 684)를 서로에 대하여 및 캐비티 벽들(611, 612)에 대하여 원하는 방위로 유지하기 위해 기둥 또는 다른 구조물을 이용할 수 있다. 실시형태에 있어서, 그리고 도 6에 예시된 바와 같이, 전극(670, 672)은 각각, 제각기 가열 요소(684, 682)에 근접하는 영역과 시스템 캐비티(610) 사이에서 유체 연통을 제공하는 복수의 개구를 포함한다. 예를 들어, 각각의 전극(670, 672)은, 실시형태에 있어서, 구조체(300)(도 3 참조)와 유사한 격자형 구조를 가질 수 있다.
다른 실시형태들에 있어서, 가열 요소(682, 684) 중 어느 하나는 시스템(600)으로부터 배제될 수 있다. 가열 요소(682)가 배제된 실시형태에 있어서, 전극(672)은 대안으로서, 단순한 평탄한 전극(예컨대, 도 2의 구조체(200)와 유사함)일 수 있다. 가열 요소(684)가 배제된 다른 실시형태에 있어서, 전극(670)은 대안으로서, 단순한 평탄한 전극(예컨대, 도 2의 구조체(200)와 유사함)일 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태들에 있어서, 전극들(670, 672) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 그들의 상응하는 가열 요소(684, 682)와 근위의 캐비티 벽(611, 612) 사이에 위치될 수 있고, 이러한 실시형태들에 있어서, 전극(670, 672)은 단순한 평탄한 전극(도 2의 구조체(200)와 유사함)일 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(600)은 선택적으로 컨벡션 시스템(660)도 포함할 수 있다. 컨벡션 시스템(660)은, 포함될 경우, 캐비티(610) 내의 공기의 가열이 가열 요소(682, 684)에 의해 달성될 수 있기 때문에, 단순히 전원 장치 및 팬을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 실시형태에 있어서는, 컨벡션 시스템(660)도 통합형 가열 요소 및 서모스탯을 포함할 수 있다. 어느 쪽이든, 컨벡션 시스템 팬은 시스템 제어기에 의해 선택적으로 활성화 및 비활성화되어서 시스템 캐비티(610) 내를 순환시킬 수 있다. 도 6에 예시되는 시스템(600)에 있어서, 팬은 시스템 캐비티(610) 외부의 팬 격실에 위치하고, 팬과 시스템 캐비티(610) 사이의 유체(공기) 연통은 하나 이상의 캐비티 벽에 있는 하나 이상의 개구(예컨대, 캐비티 벽(615)에 있는 관통 개구(662))를 통해 제공된다.
가열 시스템(600)의 동작 중에, 사용자(예시되지 않음)는 먼저 하나 이상의 적재물(예컨대, 식품 및/또는 음료)을 가열 캐비티(610) 내에 배치하고, 도어(616)를 닫을 수 있다. 사용자는 적재물을 하부 전극(672) 상에(또는 전극(672) 및 가열 요소(682)가 배제되는 경우에는, 하부 캐비티 벽(612) 상에) 배치할 수 있거나, 또는 하부 전극(672), 가열 요소(682), 및/또는 캐비티 벽(612) 위의 절연 구조물 상에 배치할 수 있다. 대안으로서, 전술한 바와 같이, 사용자는 임의의 지지 위치에서 캐비티(610)에 삽입된 선반(634) 상에 적재물을 배치할 수 있다.
도 16과 함께 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 사용자는, 조리 프로세스를 개시하기 위해, 사용자가 시스템(600)으로 구현하고 싶어하는 조리의 유형(또는 조리 모드)을 지정할 수 있다. 사용자는 제어 패널(620)을 통해 (예컨대, 버튼을 누르거나 또는 조리 모드 메뉴를 선택함으로써) 조리 모드를 지정할 수 있다. 실시형태에 따르면, 시스템(600)은 적어도 하기의 별개의 조리 모드: 즉, 1) 복사-전용 조리 모드; 2) RF-전용 조리 모드; 및 3) 복합형 복사 및 RF 조리 모드를 구현할 수 있다. 시스템(600)이 컨벡션 가열 시스템(660)을 또한 포함하는 경우, 시스템(600)은 하기의 추가적인 조리 모드: 즉, 4) 복합형 컨벡션 및 복사 조리 모드; 및 5) 복합형 컨벡션, 복사, 및 RF 조리 모드를 구현할 수도 있다.
복사-전용 조리 모드(상기의 모드 1), 복합형 복사 및 RF 조리 모드(상기의 모드 3), 컨벡션 및 복사 조리 모드(상기의 모드 4), 또는 복합형 컨벡션, 복사, 및 RF 조리 모드(상기의 모드 5)를 구현할 경우, 시스템(600)은 사용자가 조리 프로세스 동안 (예컨대, 약 섭씨 65도 내지 섭씨 260도(또는 화씨 150도 내지 화씨 500도)의 범위에서) 캐비티 온도 설정점을 지정하는 입력을 제어 패널(620)을 통해 제공하게 할 수 있다. 대안으로서, 캐비티 온도 설정점은 시스템(600)에 의해 달리 취득되거나 결정될 수도 있다. 일부 실시형태에 있어서, 캐비티 온도 설정점은 프로세스 전체에 걸쳐 달라질 수 있다(예컨대, 시스템(600)은 조리 프로세스 전체에 걸쳐 오븐 온도를 변화시키는 소프트웨어 프로그램을 실행할 수 있음). 캐비티 온도 설정점을 지정하는 것에 더하여, 시스템(600)은 사용자가 조리 시작 시간, 정지 시간, 및/또는 지속 시간을 지정하는 입력을 제어 패널(620)을 통해 제공하게 할 수도 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 시스템(600)은 RF 및 복사 가열 시스템(650, 680)을 활성화 및 비활성화하는 시기를 결정하기 위해 시스템 클록을 모니터링할 수 있다.
RF-전용 조리 모드(상기의 모드 2로서, RF-전용 해동 모드를 포함함)의 경우에는, 조리 프로세스 동안 RF 가열 시스템(650)이 활성화되고, 복사 가열 시스템(680) 및 컨벡션 시스템(660)은 유휴 또는 비활성화된다. 반대로, 복합형 복사 및 RF 조리 모드(상기의 모드 3), 및 복합형 컨벡션, 복사, 및 RF 조리 모드(상기의 모드 5)의 경우에는, 조리 프로세스 동안 RF 가열 시스템(650) 및 복사 가열 시스템(680) 및/또는 컨벡션 시스템(660)이 활성화된다. 이들 모드에 있어서, RF 가열 시스템(650) 및 복사 가열 시스템(680) 및/또는 컨벡션 시스템(660)은 동시에 및 연속적으로 활성화될 수 있거나, 또는 해당 프로세스의 일부분 동안 어느 하나의 시스템이 비활성화될 수 있다.
가열 동작을 시작하기 위해, 사용자는 제어 패널(620)을 통해 "시작(start)" 입력을 제공할 수 있다(예컨대, 사용자는 "시작" 버튼을 누를 수 있음). 이에 응하여, 호스트 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252))는 구현되고 있는 조리 모드에 따라 조리 프로세스 전체에 걸쳐 적절한 제어 신호를 복사 가열 시스템(680), RF 가열 시스템(650), 및/또는 컨벡션 시스템(660)(포함될 경우)에 송신한다. 시스템 동작의 세부 내용은 도 16 내지 도 18과 함께 보다 상세하게 후술된다.
본질적으로, 복사-전용 조리 또는 복합형 복사 및 RF 조리를 수행하는 경우, 시스템(600)은 시스템 캐비티(610)를 캐비티 온도 설정점까지 예열하고 시스템 캐비티(610) 내의 온도를 캐비티 온도 설정점으로 또는 그 근처로 유지하도록 복사 가열 시스템(680)을 선택적으로 활성화, 비활성화, 및 달리 제어한다. 시스템(600)은 캐비티(610) 내의 온도를 서모스탯 판독치에 기초하여 및/또는 복사 가열 시스템(680)으로부터의 피드백에 기초하여 설정 및 유지할 수 있다. RF-전용 조리 또는 복합형 복사 및 RF 조리를 수행하는 경우, 시스템은 최대 RF 전력 전달이 조리 프로세스 전체에 걸쳐 적재물에 의해 흡수될 수 있는 방식으로 RF 가열 시스템(650)을 선택적으로 활성화 및 제어한다.
또 다른 실시형태에 있어서, RF 가열 시스템은 또한 또는 부가적으로, 전술한 바와 같이, 가스 가열 시스템과 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 8은 예시적인 다른 실시형태에 따른, RF 가열 시스템(850) 및 가스 가열 시스템(880)을 갖는 가열 기기(800)의 사시도이다. 가열 시스템(800)은, 가열 시스템(800)의 컴포넌트들이 시스템 하우징(802) 내에 고정되고, 가열 시스템(800)이 가열 캐비티(810)(예컨대, 도 9, 도 12의 캐비티(960, 1260)), 제어 패널(820), 및 RF 가열 시스템(850)(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210))을 포함한다는 점에서, 가열 시스템(100, 600)(도 1, 도 6 참조)과 유사하다. 또한, 실시형태에 있어서, 가열 시스템(800)은 컨벡션 가열 시스템(860)을 포함할 수도 있지만, 컨벡션 가열 시스템(860)은 선택적인 것이다. 그러나, 가열 시스템(100, 600)(도 1, 도 6 참조)과 달리, 시스템(800)은 가열 캐비티(810)와 유체(공기) 연통하는 가스 버너(882, 884)를 갖는 가스 가열 시스템(880)(예컨대, 도 9, 도 12의 열적 가열 시스템(950, 1250)의 일 실시형태)을 포함한다.
가열 캐비티(810)는 상부, 하부, 측부, 및 후부 캐비티 벽들(811, 812, 813, 814, 815)의 내부면들과 도어(816)의 내부면에 의해 규정된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 도어(816)는 도어(816)를 닫힌 상태로 유지하도록 시스템 하우징(802)의 상응하는 고정 구조물(819)과 맞물리는 래칭 기구(818)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 선반 지지 구조물(830, 832)은 가열 캐비티(810) 내에서 접근 가능하고, 선반 지지 구조물(830, 832)은 제거 가능하며 재위치설정 가능한 선반(834)(선반이 삽입되어 있지 않은 도 8에서는 점선으로 도시됨)을 하부 캐비티 벽(812)보다 높은 다양한 높이에 유지하도록 구성된다. 도 1과 함께 전술한 바와 같이, 선반(834)은 전극으로서 구성될 수 있거나, 또는 전극을 내포할 수 있다. 또한, 선반(834)은 단순한 평탄한 구조(예컨대, 도 2의 구조체(200)와 유사함)를 가질 수 있거나, 또는 선반(834)은 격자형 구조(예컨대, 도 3의 구조체(300)와 유사함)를 가질 수 있다. 이러한 실시형태들에 있어서, 선반(834)(또는 선반 내에 통합되는 전극)은 선반 지지 구조물(830, 832)의 전도성 특징구조(도시되지 않음)를 통해 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속될 수 있다. 대안으로서, 선반(834) 및/또는 그 통합형 전극은 캐비티 측벽들 중 하나에서 전도성 커넥터(836, 838)를 통해 RF 가열 시스템의 다른 부분들에 또는 접지 기준에 전기적으로 접속될 수 있다.
캐비티 벽들(811-815), 도어(816), 래칭 기구(818), 고정 구조물(819), 제어 패널(820), 선반 지지 구조물(830, 832), 및 재위치설정 가능한 선반(834)은, 제각기, 이들 시스템 컴포넌트들의 다양한 대안적인 실시형태들을 모두 포함하는 도 1과 함께 전술한, 캐비티 벽들(111-115), 도어(116), 래칭 기구(118), 고정 구조물(119), 제어 패널(120), 선반 지지 구조물(130, 132), 및 재위치설정 가능한 선반(134)과 실질적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 따라서, 캐비티 벽들(111-115), 도어(116), 래칭 기구(118), 고정 구조물(119), 제어 패널(120), 선반 지지 구조물(130, 132), 및 재위치설정 가능한 선반(134)과 관련된 설명은 캐비티 벽들(811-815), 도어(816), 래칭 기구(818), 고정 구조물(819), 제어 패널(820), 선반 지지 구조물(830, 832), 및 재위치설정 가능한 선반(834)에도 적용하도록 의도되지만, 간략화를 위해, 여기서는 그 설명을 반복하지 않는다.
전술한 바와 같이, 가열 시스템(800)은 RF 가열 시스템(850)(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210)) 및 가스 가열 시스템(880)(예컨대, 도 9, 도 12의 가스 가열 시스템(950, 1250))을 모두 포함한다. 가스 가열 시스템(880)은, 실시형태에 있어서, 가스 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252)), 점화원(예컨대, 고온 가스 또는 글로우 바 점화기(glow bar ignitor)), 가스 밸브, 하나 이상의 버너(882, 884), 및 서모스탯(또는 오븐 센서)를 포함한다. 서모스탯(또는 오븐 센서)은 시스템 캐비티(810) 내의 공기의 온도를 감지한다. 감지된 캐비티 온도에 기초하여, 서모스탯(또는 가스 가열 시스템 제어기)은 가스 밸브를 제어해서 버너(들)(882, 884)에 의해 제공되는 가스의 공급을 증가 또는 감소시킨다. 보다 구체적으로, 서모스탯(또는 가스 가열 시스템 제어기)은 캐비티 공기 온도를 온도 설정점으로 또는 온도 설정점 근처로 유지하도록 동작한다.
실시형태에 따르면, 버너(882, 884)는 제각기 시스템 캐비티(810)의 하부 및/또는 상부에 또는 그 근처에(예컨대, 시스템 캐비티(810)와는 별도의 격실들에) 위치될 수 있다. 버너(882, 884)는 시스템 캐비티(810)와 유체 연통하고, 이는 버너(882, 884)에서 점화된 가스에 의해 가열되는 공기가 시스템 캐비티(810) 전체에 걸쳐 흐를 수 있다는 것을 의미한다. 시스템 캐비티(810)의 하부에 배치되는 버너(882)는 캐비티(810) 내의 적재물에 (예컨대, 가온 및 베이킹을 위해) 밑에서부터 열을 제공하고, 시스템 캐비티(810)의 상부에 배치되는 버너(884)는 캐비티(810) 내의 적재물에 (예컨대, 가온, 베이킹, 브로일링, 및/또는 브라우닝을 위해) 위에서부터 열을 제공한다.
RF 가열 시스템(850)은 하나 이상의 RF 신호원(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 신호원(920, 1220)), 전원 장치(예컨대, 도 9, 도 12의 전원 장치(926, 1226)), 제1 전극(870)(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(940, 1240)), 제2 전극(872)(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(942, 1242)), 임피던스 정합 회로(예컨대, 도 9 내지 도 14의 회로(934, 970, 1000, 1100, 1234, 1272, 1300, 1400)), 전력 검출 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230)), 및 RF 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 시스템 제어기(912, 1212))를 포함한다.
RF 가열 시스템(850)의 RF 신호원(들), 전원 장치, 제1 전극(870), 제2 전극(872), 임피던스 정합 회로, 전력 검출 회로, 및 RF 가열 시스템 제어기는, 제각기, 이들 시스템 컴포넌트들의 다양한 대안적인 실시형태들을 모두 포함하는 도 1과 함께 전술한, RF 신호원(들), 전원 장치, 제1 전극(170), 제2 전극(172), 임피던스 정합 회로, 전력 검출 회로, 및 RF 가열 시스템 제어기와 실질적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 따라서, 도 1과 함께 이들 컴포넌트들과 연관되는 설명은 RF 가열 시스템(850)의 유사한 컴포넌트들에도 적용되지만, 여기서는 간략화를 위해 설명을 반복하지 않는다.
즉, 제1 전극(870) 및/또는 제2 전극(872)(및/또는 선반(834))은 특히 버너(882, 884)에 의해 가열되는 공기의 이동을 실질적으로 제한하거나 간섭하지 않도록 설계될 수 있다. 또한, 버너(882, 884)와 제1 및 제2 전극(870, 872)은, 버너(882, 884)가 전극(870, 872) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해 생성되는 전자기장을 실질적으로 변경하거나 간섭하지 않도록 서로에 대하여 배향될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 버너와 전극이 모두 동일한 캐비티 벽에 근접하면, 전극은 버너와 캐비티(810) 사이에 위치된다. 예를 들어, 도 8의 실시형태에 있어서, 캐비티(810)의 상부측에서, 전극(870)은 캐비티 벽(811)에 근접하여 위치하고, 버너(882)는 캐비티 벽(811) 뒤에(위에) 별도의 버너 캐비티에 위치된다. 캐비티(810)의 하부측에서, 전극(872)은 캐비티 벽(812)에 근접하여 위치하고, 버너(884)는 캐비티 벽(812) 뒤에(밑에) 별도의 버너 캐비티에 위치된다. 버너(882, 884)에서 점화된 가스에 의해 가열되는 공기는 슬롯(883, 885)을 통해 시스템 캐비티(810)에 진입할 수 있다. 다른 실시형태들에 있어서, 버너들(882, 884) 중 어느 하나는 시스템(800)으로부터 배제될 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(800)은 선택적으로 컨벡션 시스템(860)도 포함할 수 있다. 컨벡션 시스템(860)은, 포함될 경우, 캐비티(810) 내의 공기의 가열이 버너(882, 884)에서 점화된 가스에 의해 달성될 수 있기 때문에, 단순히 전원 장치 및 팬을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 실시형태에 있어서는, 컨벡션 시스템(860)도 통합형 가열 요소 및 서모스탯을 포함할 수 있다. 어느 쪽이든, 컨벡션 시스템 팬은 시스템 제어기에 의해 선택적으로 활성화 및 비활성화되어서 시스템 캐비티(810) 내를 순환시킬 수 있다. 도 8에 예시되는 시스템(800)에 있어서, 팬은 시스템 캐비티(810) 외부의 팬 격실에 위치하고, 팬과 시스템 캐비티(810) 사이의 유체(공기) 연통은 하나 이상의 캐비티 벽에 있는 하나 이상의 개구(예컨대, 캐비티 벽(815)에 있는 관통 개구(862))를 통해 제공된다.
가열 시스템(800)의 동작 중에, 사용자(예시되지 않음)는 먼저 하나 이상의 적재물(예컨대, 식품 및/또는 음료)을 가열 캐비티(810) 내에 배치하고, 도어(816)를 닫을 수 있다. 사용자는 적재물을 하부 전극(872)(또는 하부 캐비티 벽(812)) 상에 배치할 수 있거나, 또는 하부 전극(872) 및/또는 캐비티 벽(812) 위의 절연 구조물 상에 배치할 수 있다. 대안으로서, 전술한 바와 같이, 사용자는 임의의 지지 위치에서 캐비티(810)에 삽입된 선반(834) 상에 적재물을 배치할 수 있다.
도 16과 함께 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 사용자는, 조리 프로세스를 개시하기 위해, 사용자가 시스템(800)으로 구현하고 싶어하는 조리의 유형(또는 조리 모드)을 지정할 수 있다. 사용자는 제어 패널(820)을 통해 (예컨대, 버튼을 누르거나 또는 조리 모드 메뉴를 선택함으로써) 조리 모드를 지정할 수 있다. 실시형태에 따르면, 시스템(800)은 적어도 하기의 별개의 조리 모드: 즉, 1) 가스-전용 조리 모드; 2) RF-전용 조리 모드; 및 3) 복합형 가스 및 RF 조리 모드를 구현할 수 있다. 시스템(800)이 컨벡션 가열 시스템(860)을 또한 포함하는 경우, 시스템(800)은 하기의 추가적인 조리 모드: 즉, 4) 복합형 컨벡션 및 가스 조리 모드; 및 5) 복합형 컨벡션, 가스, 및 RF 조리 모드를 구현할 수도 있다.
가스-전용 조리 모드(상기의 모드 1), 복합형 가스 및 RF 조리 모드(상기의 모드 3), 컨벡션 및 가스 조리 모드(상기의 모드 4), 또는 복합형 컨벡션, 가스, 및 RF 조리 모드(상기의 모드 5)를 구현할 경우, 시스템(800)은 사용자가 조리 프로세스 동안 (예컨대, 약 섭씨 65도 내지 섭씨 260도(또는 화씨 150도 내지 화씨 500도)의 범위에서) 캐비티 온도 설정점을 지정하는 입력을 제어 패널(820)을 통해 제공하게 할 수 있다. 대안으로서, 캐비티 온도 설정점은 시스템(800)에 의해 달리 취득되거나 결정될 수도 있다. 일부 실시형태에 있어서, 캐비티 온도 설정점은 프로세스 전체에 걸쳐 달라질 수 있다(예컨대, 시스템(800)은 조리 프로세스 전체에 걸쳐 오븐 온도를 변화시키는 소프트웨어 프로그램을 실행할 수 있음). 캐비티 온도 설정점을 지정하는 것에 더하여, 시스템(800)은 사용자가 조리 시작 시간, 정지 시간, 및/또는 지속 시간을 지정하는 입력을 제어 패널(820)을 통해 제공하게 할 수도 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 시스템(800)은 RF 및 가스 가열 시스템(850, 880)을 활성화 및 비활성화하는 시기를 결정하기 위해 시스템 클록을 모니터링할 수 있다.
RF-전용 조리 모드(상기의 모드 2로서, RF-전용 해동 모드를 포함함)의 경우에는, 조리 프로세스 동안 RF 가열 시스템(850)이 활성화되고, 가스 가열 시스템(880) 및 컨벡션 시스템(860)은 유휴 또는 비활성화된다. 반대로, 복합형 가스 및 RF 조리 모드(상기의 모드 3), 및 복합형 컨벡션, 가스, 및 RF 조리 모드(상기의 모드 5)의 경우에는, 조리 프로세스 동안 RF 가열 시스템(850) 및 가스 가열 시스템(880) 및/또는 컨벡션 시스템(860)이 활성화된다. 이들 모드에 있어서, RF 가열 시스템(850) 및 가스 가열 시스템(880) 및/또는 컨벡션 시스템(860)은 동시에 및 연속적으로 활성화될 수 있거나, 또는 해당 프로세스의 일부분 동안 어느 하나의 시스템이 비활성화될 수 있다.
가열 동작을 시작하기 위해, 사용자는 제어 패널(820)을 통해 "시작(start)" 입력을 제공할 수 있다(예컨대, 사용자는 "시작" 버튼을 누를 수 있음). 이에 응하여, 호스트 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252))는 구현되고 있는 조리 모드에 따라 조리 프로세스 전체에 걸쳐 적절한 제어 신호를 가스 가열 시스템(880), RF 가열 시스템(850), 및/또는 컨벡션 시스템(860)(포함될 경우)에 송신한다. 시스템 동작의 세부 내용은 도 16 내지 도 18과 함께 보다 상세하게 후술된다.
본질적으로, 가스-전용 조리 또는 복합형 가스 및 RF 조리를 수행하는 경우, 시스템(800)은 시스템 캐비티(810)를 캐비티 온도 설정점까지 예열하고 시스템 캐비티(810) 내의 온도를 캐비티 온도 설정점으로 또는 그 근처로 유지하도록 가스 가열 시스템(880)을 선택적으로 활성화, 비활성화, 및 달리 제어한다. 시스템(800)은 캐비티(810) 내의 온도를 서모스탯 판독치에 기초하여 및/또는 가스 가열 시스템(880)으로부터의 피드백에 기초하여 설정 및 유지할 수 있다. RF-전용 조리 또는 복합형 가스 및 RF 조리를 수행하는 경우, 시스템은 최대 RF 전력 전달이 조리 프로세스 전체에 걸쳐 적재물에 의해 흡수될 수 있는 방식으로 RF 가열 시스템(850)을 선택적으로 활성화 및 제어한다.
도 1, 도 6, 도 8 각각의 가열 시스템(100, 600, 800)은 카운터-톱(counter-top) 타입의 기기로서 구체화된다. 당업자라면, 본 명세서에서의 설명에 기초하여, 가열 시스템의 실시형태들이 다른 구성들을 갖는 시스템 또는 기기에도 마찬가지로 포함될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 독립형 기기에서의 가열 시스템의 전술한 구현예들은 실시형태들의 사용을 이러한 유형의 시스템에만 제한하도록 의도되지 않는다. 대신에, 가열 시스템의 다양한 실시형태들은 벽-캐비티 설치형 기기에, 및 공통 하우징에 포함되는 다양한 유형의 기기를 포함하는 시스템에 포함될 수 있다.
또한, 가열 시스템(100, 600, 800)이 서로에 대하여 특정한 상대적인 방위의 컴포넌트들과 함께 도시되어 있지만, 다양한 컴포넌트들이 상이하게 배향될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 다양한 컴포넌트들의 물리적인 구성들은 다를 수 있다. 예를 들어, 제어 패널(120, 620, 820)은 보다 많은, 보다 적은, 또는 상이한 사용자 인터페이스 요소를 가질 수 있거나, 및/또는 사용자 인터페이스 요소들은 상이하게 배치될 수 있다. 또한, 도 1, 도 6, 및 도 8에서는 실질적으로 입방형 가열 캐비티(110)가 예시되지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 가열 캐비티가 다른 형상(예컨대, 원통형 등)을 가질 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 가열 시스템(100, 600, 800)은 도 1, 도 6, 및 도 8에서는 구체적으로 묘사되어 있지 않은 추가적인 컴포넌트들(예컨대, 캐비티 내의 고정식 또는 회전식 플레이트, 전기 코드 등)을 포함할 수 있다.
도 9는 예시적인 실시형태에 따른 언밸런스형 가열 시스템(900)(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 가열 시스템(100, 600, 800))의 간략화된 블록도이다. 가열 시스템(900)은 실시형태에 있어서, 호스트/열적 시스템 제어기(952), RF 가열 시스템(910), 열적 가열 시스템(950), 사용자 인터페이스(992), 및 오븐 캐비티(960)를 규정하는 격납 구조체(966)를 포함한다. 도 9는 설명 및 기술의 편의를 위한 가열 시스템(900)의 간략화된 표현이고, 실제 실시형태들은 추가적인 기능 및 특징을 제공하기 위해 다른 장치 및 컴포넌트를 포함할 수 있거나, 및/또는 기열 시스템(900)은 대형 전기 시스템의 일부일 수 있다는 점을 이해해야 한다.
격납 구조체(966)는 하부, 상부, 및 측부 벽들을 포함할 수 있으며, 그 내부면들은 캐비티(960)(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 캐비티(110, 610, 810))를 규정한다. 실시형태에 따르면, 캐비티(960)는 가열 동작 동안 캐비티(960)에 도입된 열 및 전자기 에너지를 내포하도록 (예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 도어(116, 616, 816)에 의해) 밀폐될 수 있다. 시스템(900)은 가열 동작 동안 밀폐를 온전하게 유지할 수 있게 하는 하나 이상의 인터로크 기구(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 래칭 기구 및 고정 구조물(118, 119, 618, 619, 818, 819))를 포함할 수 있다. 하나 이상의 인터로크 기구가 밀폐가 해제되었다는 것을 나타내면, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 가열 동작을 중단할 수 있다.
사용자 인터페이스(992)는, 예를 들어, 사용자가 가열 동작을 위한 파라미터에 관한 입력(예컨대, 조리 모드, 가열될 적재물의 특성 등)을 시스템에 제공할 수 있게 하는 제어 패널(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 제어 패널(120, 620, 820)), 시작 및 취소 버튼, 기계식 제어부(예컨대, 도어/서랍 열기 래치) 등에 대응할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스는 가열 동작의 상태를 나타내는 사용자-인지 가능 출력(예컨대, 카운트다운 타이머, 가열 동작의 진행 또는 완료를 나타내는 가시적인 표시, 및/또는 가열 동작의 완료를 나타내는 가청음) 및 그 밖의 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 16 및 도 18과 함께 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 전체 시스템(900)과 연관되는 기능(예컨대, "호스트 제어 기능"), 및 특히 열적 가열 시스템(950)과 연관되는 기능(예컨대, "열적 시스템 제어 기능")을 수행할 수 있다. 실시형태에 있어서, 호스트 제어 기능 및 열적 시스템 제어 기능은 하나의 하드웨어 제어기에 의해 수행될 수 있기 때문에, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 이중-기능 제어기로서 도시된다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 호스트 제어기 및 열적 시스템 제어기는 통신 가능하게 결합되는 별개의 제어기일 수 있다.
열적 가열 시스템(950)은 호스트/열적 시스템 제어기(952), 하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(954), 서모스탯(956), 및 일부 실시형태에 있어서는, 팬(958)을 포함한다. 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리(예컨대, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시, 다양한 레지스터 등), 하나 이상의 통신 버스, 및 그 밖의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 사용자 인터페이스(992), RF 가열 시스템 제어기(912), 열적 가열 컴포넌트(954), 서모스탯(956), 팬(958), 및 센서(994)(포함될 경우)에 결합된다. 일부 실시형태들에 있어서, 호스트/열적 시스템 제어기(952) 및 사용자 인터페이스(992)의 일부는 호스트 모듈(990)에 함께 포함될 수 있다.
호스트/열적 시스템 제어기(952)는 사용자 인터페이스(992)를 통해 수신되는 사용자 입력을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되는 한편, 사용자 인터페이스(992)가 시스템 동작의 다양한 양태를 나타내는 사용자-인지 가능 출력을 (예컨대, 디스플레이, 스피커 등을 통해) 생성할 수 있게 하는 신호를 사용자 인터페이스(992)에 제공하도록 구성된다. 또한, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 원하는 시스템 동작에 따라 열적 가열 시스템(950)의 다른 컴포넌트들에(예컨대, 열적 가열 컴포넌트(954) 및 팬(958)에) 제어 신호를 송신해서 해당 다른 컴포넌트들을 선택적으로 활성화, 비활성화, 및 달리 제어한다. 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 또한 열적 가열 시스템 컴포넌트(954), 서모스탯(956), 및 센서(994)(포함될 경우)로부터, 이들 컴포넌트의 동작 파라미터를 나타내는 신호를 수신할 수 있고, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는, 후술되는 바와 같이, 그에 상응하여 시스템(900)의 동작을 수정할 수 있다. 또한, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 RF 가열 시스템 제어기(912)로부터 RF 가열 시스템(910)의 동작에 관한 신호를 수신한다. 사용자 인터페이스(992)로부터 및 RF 가열 시스템 제어기(912)로부터 수신된 신호 및 측정치에 응하여, 호스트/열적 시스템 제어기(952)는 RF 가열 시스템(910)의 동작에 영향을 미치는 추가적인 제어 신호를 RF 가열 시스템 제어기(912)에 제공할 수 있다.
하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(954)는, 예를 들어, 하나 이상의 가열 요소(예컨대, 도 6의 가열 요소(682, 684), 및/또는 도 1, 도 6, 도 8의 컨벡션 시스템(160, 660, 860) 내의 가열 요소(들)), 하나 이상의 가스 버너(예컨대, 도 8의 가스 버너(882, 884)), 및/또는 오븐 캐비티(960) 내의 공기를 가열하도록 구성된 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 서모스탯(956)(또는 오븐 센서)은 오븐 캐비티(960) 내의 공기 온도를 감지하도록 구성되는 한편, 하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(954)의 동작을 제어해서 오븐 캐비티 내의 공기 온도를 온도 설정점(예컨대, 사용자 인터페이스(992)를 통해 사용자에 의해 설정되는 온도 설정점)으로 또는 그 근처로 유지하도록 구성된다. 이 온도 제어 프로세스는 열적 가열 컴포넌트(954)를 갖는 폐루프 시스템에서 서모스탯(956)에 의해 수행될 수 있거나, 또는 서모스탯(956)은 하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(954)의 동작을 제어하는 데에도 참여하는 호스트/열적 시스템 제어기(952)와 통신할 수 있다. 마지막으로, 팬(958)은 시스템(900)이 컨벡션 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 컨벡션 시스템(160, 660, 860))을 포함하는 경우에 포함되고, 팬(958)은 오븐 캐비티(960) 내의 공기를 순환시키기 위해 선택적으로 활성화 및 비활성화된다.
RF 가열 시스템(910)은, 실시형태에 있어서, RF 가열 시스템 제어기(912), RF 신호원(920), 전원 및 바이어스 회로(926), 제1 임피던스 정합 회로(934)(본 명세서에서는, "제1 정합 회로"), 가변 임피던스 정합 회로망(970), 제1 및 제2 전극(940, 942), 및 전력 검출 회로(930)를 포함한다. RF 가열 시스템 제어기(912)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC 등), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리(예컨대, RAM, ROM, 플래시, 다양한 레지스터 등), 하나 이상의 통신 버스, 및 그 밖의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, RF 가열 시스템 제어기(912)는 호스트/열적 시스템 제어기(952), RF 신호원(920), 가변 임피던스 정합 회로망(970), 전력 검출 회로(930), 및 센서(994)(포함될 경우)에 결합된다. RF 가열 시스템 제어기(912)는 호스트/열적 시스템 제어기(952)로부터 다양한 동작 파라미터를 나타내는 제어 신호를 수신하도록 구성되는 한편, 전력 검출 회로(930)로부터 RF 신호 반사 전력(및 가능하게는 RF 신호 순방향 전력)을 나타내는 신호를 수신하도록 구성된다. 수신된 신호 및 측정치에 응하여, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, RF 가열 시스템 제어기(912)는 제어 신호를 전원 및 바이어스 회로(926)에 및 RF 신호원(920)의 RF 신호 발생기(922)에 제공한다. 또한, RF 가열 시스템 제어기(912)는 가변 임피던스 정합 회로망(970)으로 하여금 그 상태 또는 구성을 변경하게 하는 제어 신호를 가변 임피던스 정합 회로망(970)에 제공한다.
오븐 캐비티(960)는 가열될 적재물(964)이 배치될 수 있는 공기 캐비티(960)에 의해 분리되는 제1 및 제2 평행 플레이트 전극(940, 942)을 갖는 용량성 가열 배치구조를 포함한다. 예를 들어, 제1 전극(940)은 공기 캐비티(960)보다 위에 위치될 수 있고, 제2 전극(942)은 공기 캐비티(960)보다 밑에 위치될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 제2 전극(942)은 전술한 바와 같이 캐비티(960)에 삽입된 선반 형태로 구현될 수 있거나 또는 선반에 내포될 수 있다(예컨대, 도 1 내지 도 3, 도 6, 도 8의 선반(134, 200, 300, 634, 834)). 다른 실시형태들에 있어서, 별개의 제2 전극(942)은 배제될 수 있으며, 제2 전극의 기능은 격납 구조체(966)의 일부분에 의해 제공될 수 있다(즉, 이러한 실시형태에 있어서는, 격납 구조체(966)가 제2 전극인 것으로 간주될 수 있음).
실시형태에 따르면, 격납 구조체(966) 및/또는 제2 전극(942)은 접지 기준 전압에 연결된다(즉, 격납 구조체(966)와 제2 전극(942)은 접지됨). 대안으로서, 적어도 캐비티(960)의 하부면에 대응하는 격납 구조체(966)의 부분은 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 격납 구조체(966)(또는 적어도 제1 전극(940)과 평행한 격납 구조체(966)의 부분)가 용량성 가열 배치구조의 제2 전극으로서 기능할 때 접지될 수 있다. 적재물(964)과 제2 전극(942)(또는 캐비티(960)의 접지된 하부면) 사이의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 비-전도성 배리어(962)가 제2 전극(942) 또는 캐비티(960)의 하부면 위에 위치될 수 있다.
다시, 오븐 캐비티(960)는 가열될 적재물(964)이 배치될 수 있는 공기 캐비티(960)에 의해 분리되는 제1 및 제2 평행 플레이트 전극(940, 942)을 갖는 용량성 가열 배치구조를 포함한다. 제1 및 제2 전극(940, 942)은 격납 구조체(966) 내에 위치하여 전극들(940, 942) 사이의 거리(946)를 규정하고, 여기서 거리(946)는, 실시형태에 있어서, 캐비티(960)를 준-공진(sub-resonant) 캐비티로 만든다.
다양한 실시형태에 있어서, 거리(946)는 약 0.10 미터 내지 약 1.0 미터의 범위이지만, 이 거리는 더 작아지거나 또는 커질 수도 있다. 실시형태에 따르면, 거리(946)는 RF 서브시스템(910)에 의해 생성되는 RF 신호의 일 파장보다 작다. 다시 말해, 전술한 바와 같이, 캐비티(960)는 준-공진 캐비티이다. 일부 실시형태에 있어서, 거리(946)는 RF 신호의 일 파장의 약 절반보다 작다. 다른 실시형태들에 있어서, 거리(946)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/4보다 작다. 또 다른 실시형태들에 있어서, 거리(946)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/8보다 작다. 또 다른 실시형태들에 있어서, 거리(946)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/50보다 작다. 또 다른 실시형태들에 있어서, 거리(946)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/100보다 작다.
일반적으로, 낮은 동작 주파수(예컨대, 10 MHz와 100 MHz 사이의 주파수)에 대하여 설계되는 RF 가열 시스템(910)은 일 파장의 보다 작은 분율인 거리(946)를 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 시스템(910)이 약 10 MHz의 동작 주파수(약 30 미터의 파장에 대응)를 갖는 RF 신호를 생성하도록 설계되고, 거리(946)가 약 0.5 미터로 선택될 경우, 거리(946)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/60이다. 반대로, 시스템(910)이 약 300 MHz의 동작 주파수(약 1 미터의 파장에 대응)에 대하여 설계되고, 거리(946)가 약 0.5 미터로 선택될 경우, 거리(946)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/2이다.
준-공진 내부 캐비티(960)를 규정하도록 선택되는 전극들(940, 942)간의 동작 주파수 및 거리(946)에 의하면, 제1 및 제2 전극(940, 942)은 용량적으로 결합된다. 보다 구체적으로, 제1 전극(940)은 커패시터의 제1 플레이트에 비유될 수 있고, 제2 전극(942)은 커패시터의 제2 플레이트에 비유될 수 있고, 캐비티(960) 내의 적재물(964), 배리어(962)(포함될 경우), 및 공기는 커패시터 유전체에 비유될 수 있다. 따라서, 제1 전극(940)은 본 명세서에서는 대안으로서 "애노드(anode)"로서 인용될 수 있으며, 제2 전극(942)은 본 명세서에서는 대안으로서 "캐소드(cathode)"로서 인용될 수 있다.
본질적으로, 제1 전극(940)과 제2 전극(942)을 가로지르는 전압은 캐비티(960) 내의 적재물(964)을 가열하는 데 기여한다. 다양한 실시형태들에 따르면, RF 가열 시스템(910)은 RF 신호를 발생시켜서 전극들(940, 942) 사이에 일 실시형태에 있어서는 약 90 볼트 내지 약 3,000 볼트 범위의 전압을 생성하도록, 또는 다른 실시형태에 있어서는 약 3,000 볼트 내지 약 10,000 볼트 범위의 전압을 생성하도록 구성되지만, 해당 시스템(910)은 전극들(940, 942) 사이에 보다 낮은 전압 또는 보다 높은 전압을 생성하도록 구성될 수도 있다.
제1 전극(940)은 실시형태에 있어서 제1 정합 회로(934), 가변 임피던스 정합 회로망(970), 및 전도성 전송 경로를 통해 RF 신호원(920)에 전기적으로 결합된다. 제1 정합 회로(934)는 RF 신호원(920)의 임피던스(예컨대, 약 10 오옴 미만)로부터 중간 임피던스(예컨대, 50 오옴, 75 오옴, 또는 일부 다른 값)로 임피던스 변환을 수행하도록 구성된다. 실시형태에 따르면, 전도성 전송 경로는 직렬로 연결되는 복수의 전도체(928-1, 928-2, 및 928-3)를 포함하고, 총괄하여 전송 경로(928)라고 한다. 실시형태에 따르면, 전도성 전송 경로(928)는 언밸런스형 RF 신호(즉, 접지에 대하여 참조되는 단일의 RF 신호)를 반송하도록 구성된 "언밸런스형" 경로이다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 커넥터(도시되어 있지 않지만, 각각 수형 및 암형 커넥터부를 가짐)가 전송 경로(928)를 따라 전기적으로 결합될 수 있으며, 커넥터들 사이의 전송 경로(928)의 부분은 동축 케이블 또는 다른 적절한 커넥터를 포함할 수 있다. 이러한 연결부(예컨대, 커넥터들(1236, 1238) 및 커넥터들(1236, 1238) 사이의 동축 케이블과 같은 전도체(1228-3)를 포함함)는 도 12에 도시되며 후술된다.
보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 가변 임피던스 정합 회로(970)는 전술한 중간 임피던스로부터 적재물(964)에 의해 수정되는 오븐 캐비티(960)의 입력 임피던스(예컨대, 약 1,000 오옴 내지 약 4,000 오옴 또는 그 이상과 같이, 수백 또는 수천 오옴 정도)로의 임피던스 변환을 수행하도록 구성된다. 실시형태에 있어서, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 수동 컴포넌트들(예컨대, 인덕터, 커패시터, 레지스터)의 회로망을 포함한다.
보다 구체적인 일 실시형태에 따르면, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 캐비티(960) 내에 위치하며 제1 전극(940)에 전기적으로 결합되는 복수의 고정값 집중 인덕터(fixed-value lumped inductors)(예컨대, 도 10, 도 11의 인덕터(1012-1015, 1154))를 포함한다. 또한, 일 실시형태에 있어서, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 캐비티(960)의 내부에 또는 외부에 배치될 수 있는 복수의 가변 인덕턴스 회로망(예컨대, 도 10의 회로망(1010, 1011))을 포함한다. 다른 실시형태에 따르면, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 캐비티(960)의 내부에 또는 외부에 배치될 수 있는 복수의 가변 커패시턴스 회로망(예컨대, 도 11의 회로망(1142, 1146))을 포함한다. 가변 인덕턴스 회로망 또는 가변 커패시턴스 회로망 각각에 의해 제공되는 인덕턴스 또는 커패시턴스 값은, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, RF 가열 시스템 제어기(912)로부터의 제어 신호를 사용해서 설정된다. 어떤 경우이든 간에, 끊임없이 변화되는 적재물 포함 캐비티 임피던스에 동적으로 정합하도록 가열 동작의 과정에 걸쳐 가변 임피던스 정합 회로망(970)의 상태를 변경함으로써, 가열 동작 동안 적재물 임피던스의 변화에도 불구하고 적재물(964)에 의해 흡수된 RF 전력의 양은 높은 수준으로 유지될 수 있다.
실시형태에 따르면, RF 신호원(920)은 RF 신호 발생기(922) 및 전력 증폭기(예컨대, 하나 이상의 전력 증폭기 스테이지(924, 925)를 포함함)를 포함한다. 연결부(914)를 통해 RF 가열 시스템 제어기(912)에 의해 제공되는 제어 신호에 응답하여, RF 신호 발생기(922)는 ISM(공업용, 과학용, 및 의료용) 대역의 주파수를 갖는 진동 전기 신호를 생성하도록 구성되지만, 해당 시스템은 다른 주파수 대역에서의 동작도 지원하도록 수정될 수 있다. RF 신호 발생기(922)는 다양한 실시형태들에 있어서 상이한 전력 레벨들 및/또는 상이한 주파수들의 진동 신호를 생성하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, RF 신호 발생기(922)는 VHF(very high frequency) 범위(즉, 약 30.0 MHz와 약 300 MHz 사이의 범위)에서, 및/또는 약 10.0 MHz 내지 약 100 MHz 범위에서, 및/또는 약 100 MHz 내지 약 3.0 GHz 범위에서 진동하는 신호를 생성할 수 있다. 일부 바람직한 주파수는, 예를 들어, 13.56 MHz(+/- 5 퍼센트), 27.125 MHz(+/- 5 퍼센트), 40.68 MHz(+/- 5 퍼센트), 및 2.45 GHz(+/- 5 퍼센트)일 수 있다. 특정한 일 실시형태에 있어서, 예를 들어, RF 신호 발생기(922)는 약 40.66 MHz 내지 약 40.70 MHz 범위에서, 약 10 dBm(decibel-milliwatts) 내지 약 15 dBm 범위의 전력 레벨로 진동하는 신호를 생성할 수 있다. 대안으로서, 진동 주파수 및/또는 전력 레벨은 더 낮거나 또는 더 높을 수 있다.
도 9의 실시형태에 있어서, 전력 증폭기는 드라이버 증폭기 스테이지(924) 및 최종 증폭기 스테이지(925)를 포함한다. 전력 증폭기는 RF 신호 발생기(922)로부터 진동 신호를 수신하고, 해당 신호를 증폭해서 전력 증폭기의 출력에서 현저하게 높은 전력 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 출력 신호는 약 100 와트 내지 약 400 와트 또는 그 이상의 범위의 전력 레벨을 가질 수 있다. 전력 증폭기에 의해 인가되는 이득은 전원 및 바이어스 회로(926)에 의해 증폭기 스테이지(924, 925) 각각에 제공되는 게이트 바이어스 전압 및/또는 드레인 공급 전압을 사용해서 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 전원 및 바이어스 회로(926)는 RF 가열 시스템 제어기(912)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 각각의 RF 증폭기 스테이지(924, 925)에 바이어스 및 공급 전압을 제공한다.
실시형태에 있어서, 각각의 증폭기 스테이지(924, 925)는 입력 단자(예컨대, 게이트 또는 제어 단자) 및 2개의 통전 단자(예컨대, 소스 및 드레인 단자)를 갖는 전계 효과 트랜지스터(FET)와 같은 전력 트랜지스터로서 구현된다. 임피던스 정합 회로(예시되지 않음)는, 다양한 실시형태들에 있어서, 드라이버와 최종 증폭기 스테이지(925) 사이의 드라이버 증폭기 스테이지(924)의 입력(예컨대, 게이트)에, 및/또는 최종 증폭기 스테이지(925)의 출력(예컨대, 드레인 단자)에 결합될 수 있다. 실시형태에 있어서, 증폭기 스테이지(924, 925)의 각각의 트랜지스터는 측방향 확산 금속 산화물 반도체 FET(LDMOSFET) 트랜지스터를 포함한다. 그러나, 트랜지스터는 임의의 특정한 반도체 기술에 한정되는 것으로 의도되지 않으며, 다른 실시형태들에 있어서는, 각각의 트랜지스터가 갈륨 니트라이드(GaN) 트랜지스터, 다른 유형의 MOSFET 트랜지스터, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT), 또는 다른 반도체 기술을 이용한 트랜지스터로서 실현될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 9에서는, 전력 증폭기 배치구조가 특정한 방식으로 다른 회로 컴포넌트들에 결합되는 2개의 증폭기 스테이지(924, 925)를 포함하는 것으로 묘사된다. 다른 실시형태들에 있어서는, 전력 증폭기 배치구조가 다른 증폭기 토폴로지를 포함할 수 있거나, 및/또는 증폭기 배치구조가 하나의 증폭기 스테이지(예컨대, 도 12의 증폭기(1224)의 실시형태에 도시된 바와 같음)만을 포함할 수 있거나, 또는 2개보다 많은 증폭기 스테이지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기 배치구조는 싱글-엔드형 증폭기, 도허티(Doherty) 증폭기, 스위치 모드 전력 증폭기(Switch Mode Power Amplifier)(SMPA), 또는 다른 유형의 증폭기의 다양한 실시형태들을 포함할 수 있다.
오븐 캐비티(960) 및 오븐 캐비티(960)에 위치하는 임의의 적재물(964)(예컨대, 식품, 음료 등)은 제1 전극(940)에 의해 캐비티(960) 내로 복사되는 전자기 에너지(또는 RF 전력)에 대한 누적 부하를 나타낸다. 보다 구체적으로, 캐비티(960) 및 적재물(964)은 본 명세서에서는 "적재물 포함 캐비티 임피던스(cavity plus load impedance)"라고도 하는, 시스템에 대한 임피던스를 나타낸다. 적재물 포함 캐비티 임피던스는 가열 동작 동안 적재물(964)의 온도가 증가됨에 따라 변화된다. 적재물 포함 캐비티 임피던스는 RF 신호원(920)과 전극(940) 사이의 전도성 전송 경로(928)를 따라 반사 신호 전력의 크기에 직접적인 영향을 미친다. 대부분의 경우, 캐비티(960)에 전달되는 신호 전력의 크기를 최대화하거나, 및/또는 전도성 전송 경로(928)를 따라 반사-대-순방향 신호 전력비를 최소화하는 것이 바람직하다.
RF 신호 발생기(920)의 출력 임피던스를 적재물 포함 캐비티 임피던스에 적어도 부분적으로 정합시키기 위해, 실시형태에 있어서, 제1 정합 회로(934)가 전송 경로(928)를 따라 전기적으로 결합된다. 제1 정합 회로(934)는 임의의 다양한 구성을 가질 수 있다. 실시형태에 따르면, 제1 정합 회로(934)는 고정 컴포넌트들(즉, 비-가변 컴포넌트 값을 갖는 컴포넌트들)을 포함하지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 제1 정합 회로(934)가 하나 이상의 가변 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 정합 회로(934)는 다양한 실시형태들에 있어서, 인덕턴스/커패시턴스(LC) 회로망, 직렬 인덕턴스 회로망, 션트(shunt) 인덕턴스 회로망, 또는 밴드패스, 하이-패스 및 로우-패스 회로의 조합으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 본질적으로, 고정 정합 회로(934)는 임피던스를 RF 신호 발생기(920)의 출력 임피던스와 적재물 포함 캐비티 임피던스 사이의 중간 레벨로 상승시키도록 구성된다.
실시형태에 따르면, 전력 검출 회로(930)는 RF 신호원(920)의 출력과 전극(940) 사이의 전송 경로(928)를 따라 결합된다. 구체적인 실시형태에 있어서, 전력 검출 회로(930)는 RF 서브시스템(910)의 일부를 형성하고, 실시형태에 있어서, 제1 정합 회로(934)의 출력과 가변 임피던스 정합 회로망(970)에 대한 입력 사이의 전도체(928-2)에 결합된다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 전력 검출 회로(930)는 RF 신호원(920)의 출력과 제1 정합 회로(934)에 대한 입력 사이의 전송 경로(928)의 부분(928-1)에, 또는 가변 임피던스 정합 회로망(970)의 출력과 제1 전극(940) 사이의 전송 경로(928)의 부분(928-3)에 결합될 수 있다.
어디에 결합되든, 전력 검출 회로(930)는 RF 신호원(920)과 전극(940) 사이의 전송 경로(928)를 따라 이동하는 반사 신호(즉, 전극(940)으로부터 RF 신호원(920)을 향하는 방향으로 이동하는 반사된 RF 신호)의 전력을 모니터링, 측정, 내지는 검출하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 전력 검출 회로(930)는 또한, RF 신호원(920)과 전극(940) 사이의 전송 경로(928)를 따라 이동하는 순방향 신호(즉, RF 신호원(920)으로부터 전극(940)을 향하는 방향으로 이동하는 순방향 RF 신호)의 전력을 검출하도록 구성된다. 전력 검출 회로(930)는, 연결부(932)를 통해, 반사 신호 전력(및 일부 실시형태에 있어서는, 순방향 신호 전력)의 크기를 전달하는 신호를 RF 가열 시스템 제어기(912)에 공급한다. 순방향 및 반사 신호 전력 크기가 모두 전달되는 실시형태들에 있어서, RF 가열 시스템 제어기(912)는 반사-대-순방향 신호 전력비, 또는 S11 파라미터, 또는 전압 정재파 비(VSWR) 값을 계산할 수 있다. 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 반사 신호 전력 크기가 반사 신호 전력 임계치를 초과하는 경우, 또는 반사-대-순방향 신호 전력비가 S11 파라미터 임계치를 초과하는 경우, 또는 VSWR 값이 VSWR 임계치를 초과하는 경우에는, 시스템(900)이 적재물 포함 캐비티 임피던스에 적절하게 정합되지 않고, 캐비티(960) 내의 적재물(964)에 의한 에너지 흡수가 차선일 수 있음을 나타낸다. 이러한 상황에서는, RF 가열 시스템 제어기(912)가 가변 정합 회로망(970)의 상태를 변경하는 프로세스를 조정해서 반사 신호 전력 또는 S11 파라미터 또는 VSWR 값을 원하는 레벨을 향해 또는 그보다 낮게(예컨대, 반사 신호 전력 임계치, 및/또는 반사-대-순방향 신호 전력비 임계치, 및/또는 S11 파라미터 임계치, 및/또는 VSWR 임계치보다 낮게) 구동하고, 그에 따라 허용 가능한 정합이 재설정되고 적재물(964)에 의한 보다 최적의 에너지 흡수가 가능해진다.
예를 들어, RF 가열 시스템 제어기(912)는 제어 경로(916)를 통해 제어 신호를 가변 정합 회로(970)에 제공할 수 있고, 이는 가변 정합 회로(970)로 하여금 회로 내의 하나 이상의 컴포넌트의 유도, 용량, 및/또는 저항 값을 변경하게 하고, 그에 따라 회로(970)에 의해 제공되는 임피던스 변환이 조정된다. 가변 정합 회로(970)의 구성의 조정은 바람직하게는 반사 신호 전력의 크기를 감소시키며, 이는 S11 파라미터 및/또는 VSWR의 크기를 감소시키는 것 및 적재물(964)에 의해 흡수되는 전력을 증가시키는 것에 대응한다.
전술한 바와 같이, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 적재물(964)을 포함한 오븐 캐비티(960)의 적재물 포함 캐비티 임피던스에 정합해서 적재물(964)로의 RF 전력 전달을 가능한 범위까지 최대화하는 데 사용된다. 오븐 캐비티(960) 및 적재물(964)의 초기 임피던스는 가열 동작의 시작시에는 정확하게 알려지지 않을 수도 있다. 또한, 적재물(964)의 임피던스는 가열 동작 동안 적재물(964)이 가온됨에 따라 변화된다. 실시형태에 따르면, RF 가열 시스템 제어기(912)는 가변 임피던스 정합 회로망(970)의 상태를 수정하게 하는 제어 신호를 가변 임피던스 정합 회로망(970)에 제공할 수 있다. 이는 가열 동작의 시작시에 상대적으로 낮은 반사-대-순방향 전력비, 및 그에 따른 적재물(964)에 의한 상대적으로 높은 RF 전력의 흡수를 갖는 가변 임피던스 정합 회로망(970)의 초기 상태를 RF 가열 시스템 제어기(912)가 설정할 수 있게 한다. 또한, 이는 적재물(964)의 임피던스의 변화에도 불구하고 가열 동작 전체에 걸쳐 적절한 정합이 유지될 수 있도록 RF 가열 시스템 제어기(912)가 가변 임피던스 정합 회로망(970)의 상태를 수정할 수 있게 한다.
가변 정합 회로망(970)에 대한 구성의 비제한적인 실시예들은 도 10 및 도 11에 도시된다. 예를 들어, 회로망(970)은 다양한 실시형태들에 있어서, 인덕턴스/커패시턴스(LC) 회로망, 인덕턴스-전용 회로망, 커패시턴스-전용 회로망, 또는 밴드패스, 하이-패스 및 로우-패스 회로의 조합으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 실시형태에 있어서, 가변 정합 회로망(970)은 싱글-엔드형 회로망(예컨대, 도 10, 도 11의 회로망(1000, 1100))을 포함한다. 회로망(970)에 의해 제공되는 임피던스 변환에 영향을 미치게 되는, 가변 정합 회로망(970)에 의해 제공되는 인덕턴스, 커패시턴스, 및/또는 저항 값은, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, RF 가열 시스템 제어기(912)로부터의 제어 신호를 사용해서 설정된다. 어떤 경우이든 간에, 캐비티(960) 내에 적재물(964)을 포함한 캐비티(960)의 끊임없이 변화되는 임피던스에 동적으로 정합하도록 가열 동작의 과정에 걸쳐 가변 정합 회로망(970)의 상태를 변경함으로써, 가열 동작 전체에 걸쳐 시스템 효율이 높은 수준으로 유지될 수 있다.
가변 정합 회로망(970)은 임의의 광범위한 회로 구성을 가질 수 있으며, 이러한 구성의 비제한적인 실시예들은 도 10 및 도 11에 도시된다. 실시형태에 따르면, 도 10에 예시된 바와 같이, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 수동 컴포넌트들의 싱글-엔드형 회로망, 및 보다 구체적으로는 고정값 인덕터들(예컨대, 집중 유도 컴포넌트들) 및 가변 인덕터들(또는 가변 인덕턴스 회로망)의 회로망을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 도 11에 예시된 바와 같이, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 수동 컴포넌트들의 싱글-엔드형 회로망, 및 보다 구체적으로는 가변 커패시터들의 회로망(또는 가변 커패시턴스 회로망)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "인덕터(inductor)"라는 용어는 개별 인덕터 또는 다른 유형의 컴포넌트(예컨대, 레지스터 또는 커패시터)를 개재하지 않고 전기적으로 함께 결합된 유도 컴포넌트 세트를 의미한다. 유사하게, "커패시터(capacitor)"라는 용어는 개별 커패시터 또는 다른 유형의 컴포넌트(예컨대, 레지스터 또는 인덕터)를 개재하지 않고 전기적으로 함께 결합된 용량성 컴포넌트 세트를 의미한다.
먼저, 가변-인덕턴스 임피던스 정합 회로망 실시형태를 참조하면, 도 10은 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9의 시스템(100, 600, 800, 900))에 포함될 수 있는 싱글-엔드형 가변 임피던스 정합 회로망(1000)(예컨대, 도 9의 가변 임피던스 정합 회로망(970))의 개략도이다. 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 가변 임피던스 정합 회로망(970)은 본질적으로 두 부분: 즉, RF 신호원(또는 최종 스테이지 전력 증폭기)과 정합하는 한 부분, 및 적재물을 포함한 캐비티와 정합하는 다른 부분을 갖는다.
가변 임피던스 정합 회로망(1000)은 실시형태에 따라, 입력 노드(1002), 출력 노드(1004), 제1 및 제2 가변 인덕턴스 회로망(1010, 1011), 및 복수의 고정값 인덕터(1012-1015)를 포함한다. 가열 시스템(예컨대, 도 9의 시스템(900))에 포함될 경우, 입력 노드(1002)는 RF 신호원(예컨대, 도 9의 RF 신호원(920))의 출력에 전기적으로 결합되고, 출력 노드(1004)는 가열 캐비티(예컨대, 도 9의 오븐 캐비티(960)) 내의 전극(예컨대, 도 9의 제1 전극(940))에 전기적으로 결합된다.
가변 임피던스 정합 회로망(1000)은, 실시형태에 있어서, 입력 노드(1002)와 출력 노드(1004) 사이에, 제1 및 제2의 직렬 결합된 집중 인덕터(1012, 1014)를 포함한다. 제1 및 제2 집중 인덕터(1012, 1014)는, 실시형태에 있어서, 비교적 낮은 주파수(예컨대, 약 40.66 MHz 내지 약 40.70 MHz) 및 높은 전력(예컨대, 약 50 W 내지 약 500 W) 동작에 대하여 설계될 수 있기 때문에, 사이즈 및 인덕턴스 값이 모두 비교적 크다. 예를 들어, 인덕터(1012, 1014)는 약 200 nH(나노헨리) 내지 약 600 nH 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 그 값이 더 낮거나 및/또는 높을 수 있다.
제1 가변 인덕턴스 회로망(1010)은 입력 노드(1002)와 접지 기준 단자(예컨대, 도 9의 접지된 격납 구조체((966)) 사이에 결합된 제1 션트 유도 회로망이다. 실시형태에 따르면, 제1 가변 인덕턴스 회로망(1010)은 제1 정합 회로(예컨대, 도 9의 회로(934))에 의해 수정되는 바와 같이 RF 신호원(예컨대, 도 9의 RF 신호원(920))의 임피던스에 정합하도록 구성될 수 있으며, 특히 제1 정합 회로(예컨대, 도 9의 회로(934))에 의해 수정되는 바와 같이 최종 스테이지 전력 증폭기(예컨대, 도 9의 증폭기(925))의 임피던스에 정합하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 가변 인덕턴스 회로망(1010)을 가변 임피던스 정합 회로망(1000)의 "RF 신호원 정합부"라고 할 수 있다. 실시형태에 따르면, 제1 가변 인덕턴스 회로망(1010)은 약 10 nH 내지 약 400 nH 범위의 인덕턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 유도 컴포넌트들의 회로망을 포함하지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 인덕턴스 값으로 확장될 수도 있다.
대조적으로, 가변 임피던스 정합 회로망(1000)의 "캐비티 정합부"는 제1 및 제2 집중 인덕터(1012, 1014) 사이의 노드(1021)와 접지 기준 단자 사이에 결합된 제2 션트 유도 회로망(1016)에 의해 제공된다. 실시형태에 따르면, 제2 션트 유도 회로망(1016)은 제3 집중 인덕터(1013)와 제2 가변 인덕턴스 회로망(1011) 사이에 중간 노드(1022)를 두고 직렬로 결합되는 제3 집중 인덕터(1013) 및 제2 가변 인덕턴스 회로망(1011)을 포함한다. 제2 가변 인덕턴스 회로망(1011)의 상태가 다수의 인덕턴스 값을 제공하도록 변화될 수 있기 때문에, 제2 션트 유도 회로망(1016)은 적재물 포함 캐비티(예컨대, 도 9의 적재물(964)을 포함한 캐비티(960))의 임피던스에 최적으로 정합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인덕터(1013)는 약 400 nH 내지 약 800 nH 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 그 값이 더 낮거나 및/또는 높을 수 있다. 실시형태에 따르면, 제2 가변 인덕턴스 회로망(1011)은 약 50 nH 내지 약 800 nH 범위의 인덕턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 유도 컴포넌트들의 회로망을 포함하지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 인덕턴스 값으로 확장될 수도 있다.
마지막으로, 가변 임피던스 정합 회로망(1000)은 출력 노드(1004)와 접지 기준 단자 사이에 결합되는 제4 집중 인덕터(1015)를 포함한다. 예를 들어, 인덕터(1015)는 약 400 nH 내지 약 800 nH 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 그 값이 더 낮거나 및/또는 높을 수 있다.
집중 인덕터들(1012-1015)의 세트(1030)는 적어도 부분적으로 캐비티(예컨대, 도 9의 캐비티(960)) 내에, 또는 적어도 격납 구조체(예컨대, 도 9의 격납 구조체(966))의 경계 내에 물리적으로 배치된 모듈의 일부를 형성할 수 있다. 이는 집중 인덕터(1012-1015)에 의해 생성되는 복사가 주변 환경으로 방출되는 것이 아니라 시스템에 안전하게 내포될 수 있게 한다. 대조적으로, 가변 인덕턴스 회로망(1010, 1011)은 다양한 실시형태들에 있어서, 캐비티 또는 격납 구조체에 내포될 수 있거나 내포되지 않을 수 있다.
실시형태에 따르면, 도 10의 가변 임피던스 정합 회로망(1000) 실시형태는 적재물(964)을 포함한 오븐 캐비티(960)의 입력 임피던스에 대한 정합을 제공하도록 "인덕터만(only inductors)"을 포함한다. 따라서, 회로망(1000)은 "인덕터-전용(inductor-only)" 정합 회로망으로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 가변 임피던스 정합 회로망의 컴포넌트들을 설명할 때 사용되는 "인덕터만" 또는 "인덕터-전용"이라는 문구는 회로망이 상당한 저항 값을 갖는 개별 레지스터 또는 상당한 커패시턴스 값을 갖는 개별 커패시터를 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 경우에 따라, 정합 회로망의 컴포넌트들 사이의 전도성 전송 라인이 최소 저항을 가질 수 있거나, 및/또는 최소 기생 커패시턴스가 회로망 내에 존재할 수 있다. 이러한 최소 저항 및/또는 최소 기생 커패시턴스는 "인덕터-전용" 회로망의 실시형태들을 레지스터 및/또는 커패시터도 포함하는 정합 회로망으로 전환하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 그러나, 당업자라면, 가변 임피던스 정합 회로망의 다른 실시형태들이 상이하게 구성된 인덕터-전용 정합 회로망, 및 개별 인덕터, 개별 커패시터, 및/또는 개별 레지스터의 조합을 포함하는 정합 회로망을 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
도 11은 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9의 시스템(100, 600, 800, 900))에 포함될 수 있으며, 가변-인덕턴스 임피던스 정합 회로망(1000)(도 10 참조) 대신 구현될 수 있는 싱글-엔드형 가변 용량성 정합 회로망(1100)(예컨대, 도 9의 가변 임피던스 정합 회로망(970))의 개략도이다. 가변 임피던스 정합 회로망(1100)은 실시형태에 따라, 입력 노드(1102), 출력 노드(1104), 제1 및 제2 가변 커패시턴스 회로망(1142, 1146), 및 적어도 하나의 인덕터(1154)를 포함한다. 가열 시스템(예컨대, 도 9의 시스템(900))에 포함될 경우, 입력 노드(1102)는 RF 신호원(예컨대, 도 9의 RF 신호원(920))의 출력에 전기적으로 결합되고, 출력 노드(1104)는 가열 캐비티(예컨대, 도 9의 오븐 캐비티(960)) 내의 전극(예컨대, 도 9의 제1 전극(940))에 전기적으로 결합된다.
입력 노드(1102)와 출력 노드(1104) 사이에서, 가변 임피던스 정합 회로망(1100)은 실시형태에 있어서, 인덕터(1154)와 직렬로 결합되는 제1 가변 커패시턴스 회로망(1142), 및 중간 노드(1151)와 접지 기준 단자(예컨대, 도 9의 접지된 격납 구조체(966)) 사이에 결합되는 제2 가변 커패시턴스 회로망(1146)을 포함한다. 인덕터(1154)는 실시형태에 있어서, 비교적 낮은 주파수(예컨대, 약 40.66 MHz 내지 약 40.70 MHz) 및 높은 전력(예컨대, 약 50 W 내지 약 500 W) 동작에 대하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 인덕터(1154)는 약 200 nH 내지 약 600 nH 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 그 값이 더 낮거나 및/또는 높을 수 있다. 실시형태에 따르면, 인덕터(1154)는 고정값 집중 인덕터(예컨대, 코일)이다. 다른 실시형태들에 있어서, 인덕터(1154)의 인덕턴스 값은 가변적일 수 있다.
제1 가변 커패시턴스 회로망(1142)은 입력 노드(1102)와 중간 노드(1151) 사이에 결합되고, 제1 가변 커패시턴스 회로망(1142)을 가변 임피던스 정합 회로망(1100)의 "직렬 정합부"라고 할 수 있다. 실시형태에 따르면, 제1 가변 커패시턴스 회로망(1142)은 제1 가변 커패시터(1144)와 병렬로 결합되는 제1 고정값 커패시터(1143)를 포함한다. 제1 고정값 커패시터(1143)는 실시형태에 있어서, 약 1 pF(피코패러드) 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 제1 가변 커패시터(1144)는 0 pF 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 용량성 컴포넌트들의 회로망을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 가변 커패시턴스 회로망(1142)에 의해 제공되는 총 커패시턴스 값은 약 1 pF 내지 약 200 pF 범위일 수 있지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 커패시턴스 값으로 확장될 수도 있다.
가변 임피던스 정합 회로망(1100)의 "션트 정합부"는 노드(1151)(제1 가변 커패시턴스 회로망(1142)과 집중 인덕터(1154) 사이에 배치됨)와 접지 기준 단자 사이에 결합된 제2 가변 커패시턴스 회로망(1146)에 의해 제공된다. 실시형태에 따르면, 제2 가변 커패시턴스 회로망(1146)은 제2 가변 커패시터(1148)와 병렬로 결합되는 제2 고정값 커패시터(1147)를 포함한다. 제2 고정값 커패시터(1147)는 실시형태에 있어서, 약 1 pF 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 제2 가변 커패시터(1148)는 0 pF 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 용량성 컴포넌트들의 회로망을 포함할 수 있다. 따라서, 제2 가변 커패시턴스 회로망(1146)에 의해 제공되는 총 커패시턴스 값은 약 1 pF 내지 약 200 pF 범위일 수 있지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 커패시턴스 값으로 확장될 수도 있다. 제1 및 제2 가변 커패시턴스 회로망(1142, 1146)의 상태들은 다수의 커패시턴스 값을 제공하도록 변화될 수 있고, 그에 따라 RF 신호원(예컨대, 도 9의 RF 신호원(920))에 대하여 적재물 포함 캐비티(예컨대, 도 9의 적재물(964)을 포함한 캐비티(960))의 임피던스에 최적으로 정합하도록 구성될 수 있다.
도 9를 다시 참조하면, 가열 시스템(900)의 일부 실시형태는 온도 센서(들), IR 센서(들), 및/또는 중량 센서(들)(994)를 포함할 수 있다. 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)는 가열 동작 동안 적재물(964)의 온도가 감지될 수 있게 하는 장소에 위치될 수 있다. 온도 정보는, 예를 들어, 호스트/열적 시스템 제어기(952) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(912)에 제공될 경우, 호스트/열적 시스템 제어기(952) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(912)가 열적 가열 컴포넌트(954)에 의해 생성되는 열 에너지의 전력 및/또는 (예컨대, 전원 및 바이어스 회로(926)에 의해 제공되는 바이어스 및/또는 공급 전압을 제어함으로써) RF 신호원(920)에 의해 공급되는 RF 신호를 변경할 수 있게 하거나, 및/또는 가열 동작이 종료되어야 하는 시기를 결정할 수 있게 한다. 또한, RF 가열 시스템 제어기(912)는 온도 정보를 사용해서 가변 임피던스 정합 회로망(970)의 상태를 조정할 수 있다. 중량 센서(들)는 적재물(964) 아래에 위치하고, 적재물(964)의 중량의 추정치를 호스트/열적 시스템 제어기(952) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(912)에 제공하도록 구성된다. 호스트/열적 시스템 제어기(952) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(912)는, 예를 들어, 이 정보를 사용해서 가열 동작에 대한 대략적인 지속 시간을 결정할 수 있다. 또한, RF 가열 시스템 제어기(912)는 이 정보를 사용해서 RF 신호원(920)에 의해 공급되는 RF 신호에 대한 바람직한 전력 레벨을 결정하거나, 및/또는 가변 임피던스 정합 회로망(970)에 대한 초기 설정을 결정할 수 있다.
도 9 내지 도 11과 연관되는 설명은, RF 신호가 하나의 전극(예컨대, 도 9의 전극(940))에 인가되고, 다른 전극(예컨대, 도 9의 전극(942) 또는 격납 구조체(966))이 접지되는 "언밸런스형" 가열 장치에 대하여 상세하게 논의한다. 전술한 바와 같이, 가열 장치의 대안적인 실시형태는 "밸런스형" 가열 장치를 포함한다. 이러한 장치에 있어서는, 밸런스형 RF 신호가 두 전극에 제공된다.
예를 들어, 도 12는 예시적인 실시형태에 따른 밸런스형 가열 시스템(1200)(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 가열 시스템(100, 600, 800))의 간략화된 블록도이다. 가열 시스템(1200)은 실시형태에 있어서, 호스트/열적 시스템 제어기(1252), RF 가열 시스템(1210), 열적 가열 시스템(1250), 사용자 인터페이스(1292), 및 오븐 캐비티(1260)를 규정하는 격납 구조체(1266)를 포함한다. 도 12는 설명 및 기술의 편의를 위한 가열 시스템(1200)의 간략화된 표현이고, 실제 실시형태들은 추가적인 기능 및 특징을 제공하기 위해 다른 장치 및 컴포넌트를 포함할 수 있거나, 및/또는 기열 시스템(1200)은 대형 전기 시스템의 일부일 수 있다는 점을 이해해야 한다.
격납 구조체(1266)는 하부, 상부, 및 측부 벽들을 포함할 수 있으며, 그 내부면들은 캐비티(1260)(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 캐비티(110, 610, 810))를 규정한다. 실시형태에 따르면, 캐비티(1260)는 가열 동작 동안 캐비티(1260)에 도입된 열 및 전자기 에너지를 내포하도록 (예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 도어(116, 616, 816)에 의해) 밀폐될 수 있다. 시스템(1200)은 가열 동작 동안 밀폐를 온전하게 유지할 수 있게 하는 하나 이상의 인터로크 기구(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 래칭 기구 및 고정 구조물(118, 119, 618, 619, 818, 819))를 포함할 수 있다. 하나 이상의 인터로크 기구가 밀폐가 해제되었다는 것을 나타내면, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 가열 동작을 중단할 수 있다.
사용자 인터페이스(1292)는, 예를 들어, 사용자가 가열 동작을 위한 파라미터에 관한 입력(예컨대, 조리 모드, 가열될 적재물의 특성 등)을 시스템에 제공할 수 있게 하는 제어 패널(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 제어 패널(120, 620, 820)), 시작 및 취소 버튼, 기계식 제어부(예컨대, 도어/서랍 열기 래치) 등에 대응할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스는 가열 동작의 상태를 나타내는 사용자-인지 가능 출력(예컨대, 카운트다운 타이머, 가열 동작의 진행 또는 완료를 나타내는 가시적인 표시, 및/또는 가열 동작의 완료를 나타내는 가청음) 및 그 밖의 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 16 및 도 18과 함께 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 전체 시스템(1200)과 연관되는 기능(예컨대, "호스트 제어 기능"), 및 특히 열적 가열 시스템(1250)과 연관되는 기능(예컨대, "열적 시스템 제어 기능")을 수행할 수 있다. 실시형태에 있어서, 호스트 제어 기능 및 열적 시스템 제어 기능은 하나의 하드웨어 제어기에 의해 수행될 수 있기 때문에, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 이중-기능 제어기로서 도시된다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 호스트 제어기 및 열적 시스템 제어기는 통신 가능하게 결합되는 별개의 제어기일 수 있다.
열적 가열 시스템(1250)은 호스트/열적 시스템 제어기(1252), 하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(1254), 서모스탯(1256), 및 일부 실시형태에 있어서는, 팬(1258)을 포함한다. 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC 등), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리(예컨대, RAM, ROM, 플래시, 다양한 레지스터 등), 하나 이상의 통신 버스, 및 그 밖의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 사용자 인터페이스(1292), RF 가열 시스템 제어기(1212), 열적 가열 컴포넌트(1254), 서모스탯(1256), 팬(1258), 및 센서(1294)(포함될 경우)에 결합된다. 일부 실시형태들에 있어서, 호스트/열적 시스템 제어기(1252) 및 사용자 인터페이스(1292)의 일부는 호스트 모듈(1290)에 함께 포함될 수 있다.
호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 사용자 인터페이스(1292)를 통해 수신되는 사용자 입력을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되는 한편, 사용자 인터페이스(1292)가 시스템 동작의 다양한 양태를 나타내는 사용자-인지 가능 출력을 (예컨대, 디스플레이, 스피커 등을 통해) 생성할 수 있게 하는 신호를 사용자 인터페이스(1292)에 제공하도록 구성된다. 또한, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 원하는 시스템 동작에 따라 열적 가열 시스템(1250)의 다른 컴포넌트들에(예컨대, 열적 가열 컴포넌트(1254) 및 팬(1258)에) 제어 신호를 송신해서 해당 다른 컴포넌트들을 선택적으로 활성화, 비활성화, 및 달리 제어한다. 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 또한 열적 가열 시스템 컴포넌트(1254), 서모스탯(1256), 및 센서(1294)(포함될 경우)로부터, 이들 컴포넌트의 동작 파라미터를 나타내는 신호를 수신할 수 있고, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는, 후술되는 바와 같이, 그에 상응하여 시스템(1200)의 동작을 수정할 수 있다. 또한, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 RF 가열 시스템 제어기(1212)로부터 RF 가열 시스템(1210)의 동작에 관한 신호를 수신한다. 사용자 인터페이스(1292)로부터 및 RF 가열 시스템 제어기(1212)로부터 수신된 신호 및 측정치에 응하여, 호스트/열적 시스템 제어기(1252)는 RF 가열 시스템(1210)의 동작에 영향을 미치는 추가적인 제어 신호를 RF 가열 시스템 제어기(1212)에 제공할 수 있다.
하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(1254)는, 예를 들어, 하나 이상의 가열 요소(예컨대, 도 6의 가열 요소(682, 684), 및/또는 도 1, 도 6, 도 8의 컨벡션 시스템(160, 660, 860) 내의 가열 요소(들)), 하나 이상의 가스 버너(예컨대, 도 8의 가스 버너(882, 884)), 및/또는 오븐 캐비티(1260) 내의 공기를 가열하도록 구성된 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 서모스탯(1256)(또는 오븐 센서)은 오븐 캐비티(1260) 내의 공기 온도를 감지하도록 구성되는 한편, 하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(1254)의 동작을 제어해서 오븐 캐비티 내의 공기 온도를 온도 설정점(예컨대, 사용자 인터페이스(1292)를 통해 사용자에 의해 설정되는 온도 설정점)으로 또는 그 근처로 유지하도록 구성된다. 이 온도 제어 프로세스는 열적 가열 컴포넌트(1254)를 갖는 폐루프 시스템에서 서모스탯(1256)에 의해 수행될 수 있거나, 또는 서모스탯(1256)은 하나 이상의 열적 가열 컴포넌트(1254)의 동작을 제어하는 데에도 참여하는 호스트/열적 시스템 제어기(1252)와 통신할 수 있다. 마지막으로, 팬(1258)은 시스템(1200)이 컨벡션 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 컨벡션 시스템(160, 660, 860))을 포함하는 경우에 포함되고, 팬(1258)은 오븐 캐비티(1260) 내의 공기를 순환시키기 위해 선택적으로 활성화 및 비활성화된다.
RF 서브시스템(1210)은, 실시형태에 있어서, RF 가열 시스템 제어기(1212), RF 신호원(1220), 제1 임피던스 정합 회로(1234)(본 명세서에서는, "제1 정합 회로"), 전원 및 바이어스 회로(1226), 및 전력 검출 회로(1230)를 포함한다. RF 가열 시스템 제어기(1212)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC 등), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리(예컨대, RAM, ROM, 플래시, 다양한 레지스터 등), 하나 이상의 통신 버스, 및 그 밖의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, RF 가열 시스템 제어기(1212)는 호스트/열적 시스템 제어기(1252), RF 신호원(1220), 가변 임피던스 정합 회로망(1270), 전력 검출 회로(1230), 및 센서(1294)(포함될 경우)에 결합된다. RF 가열 시스템 제어기(1212)는 호스트/열적 시스템 제어기(1252)로부터 다양한 동작 파라미터를 나타내는 제어 신호를 수신하도록 구성되는 한편, 전력 검출 회로(1230)로부터 RF 신호 반사 전력(및 가능하게는 RF 신호 순방향 전력)을 나타내는 신호를 수신하도록 구성된다. 수신된 신호 및 측정치에 응하여, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, RF 가열 시스템 제어기(1212)는 제어 신호를 전원 및 바이어스 회로(1226)에 및 RF 신호원(1220)의 RF 신호 발생기(1222)에 제공한다. 또한, RF 가열 시스템 제어기(1212)는 가변 임피던스 정합 회로망(1270)으로 하여금 그 상태 또는 구성을 변경하게 하는 제어 신호를 가변 임피던스 정합 회로망(1270)에 제공한다.
오븐 캐비티(1260)는 가열될 적재물(1264)이 배치될 수 있는 공기 캐비티(1260)에 의해 분리되는 제1 및 제2 평행 플레이트 전극(1240, 1242)을 갖는 용량성 가열 배치구조를 포함한다. 예를 들어, 제1 전극(1240)은 공기 캐비티(1260)보다 위에 위치될 수 있고, 제2 전극(1242)은 공기 캐비티(1260)보다 밑에 위치될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 제2 전극(1242)은 전술한 바와 같이 캐비티(1260)에 삽입된 선반 형태로 구현될 수 있거나 또는 선반에 내포될 수 있다(예컨대, 도 1 내지 도 3, 도 6, 도 8의 선반(134, 200, 300, 634, 834)). 적재물(1264)과 제2 전극(1242)(또는 캐비티(1260)의 접지된 하부면) 사이의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 비-전도성 배리어(1262)가 제2 전극(1242) 위에 위치될 수 있다.
다시, 오븐 캐비티(1260)는 가열될 적재물(1264)이 배치될 수 있는 공기 캐비티(1260)에 의해 분리되는 제1 및 제2 평행 플레이트 전극(1240, 1242)을 갖는 용량성 가열 배치구조를 포함한다. 제1 및 제2 전극(1240, 1242)은 격납 구조체(1266) 내에 위치하여 전극들(1240, 1242) 사이의 거리(1246)를 규정하고, 여기서 거리(1246)는, 실시형태에 있어서, 캐비티(1260)를 준-공진 캐비티로 만든다.
다양한 실시형태에 있어서, 거리(1246)는 약 0.10 미터 내지 약 1.0 미터의 범위이지만, 이 거리는 더 작아지거나 또는 커질 수도 있다. 실시형태에 따르면, 거리(1246)는 RF 서브시스템(1210)에 의해 생성되는 RF 신호의 일 파장보다 작다. 다시 말해, 전술한 바와 같이, 캐비티(1260)는 준-공진 캐비티이다. 일부 실시형태에 있어서, 거리(1246)는 RF 신호의 일 파장의 약 절반보다 작다. 다른 실시형태들에 있어서, 거리(1246)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/4보다 작다. 또 다른 실시형태들에 있어서, 거리(1246)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/8보다 작다. 또 다른 실시형태들에 있어서, 거리(1246)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/50보다 작다. 또 다른 실시형태들에 있어서, 거리(1246)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/100보다 작다.
일반적으로, 낮은 동작 주파수(예컨대, 10 MHz와 100 MHz 사이의 주파수)에 대하여 설계되는 RF 가열 시스템(1210)은 일 파장의 보다 작은 분율인 거리(1246)를 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 시스템(1210)이 약 10 MHz의 동작 주파수(약 30 미터의 파장에 대응)를 갖는 RF 신호를 생성하도록 설계되고, 거리(1246)가 약 0.5 미터로 선택될 경우, 거리(1246)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/60이다. 반대로, 시스템(1210)이 약 300 MHz의 동작 주파수(약 1 미터의 파장에 대응)에 대하여 설계되고, 거리(1246)가 약 0.5 미터로 선택될 경우, 거리(1246)는 RF 신호의 일 파장의 약 1/2이다.
준-공진 내부 캐비티(1260)를 규정하도록 선택되는 전극들(1240, 1242)간의 동작 주파수 및 거리(1246)에 의하면, 제1 및 제2 전극(1240, 1242)은 용량적으로 결합된다. 보다 구체적으로, 제1 전극(1240)은 커패시터의 제1 플레이트에 비유될 수 있고, 제2 전극(1242)은 커패시터의 제2 플레이트에 비유될 수 있고, 캐비티(1260) 내의 적재물(1264), 배리어(1262)(포함될 경우), 및 공기는 커패시터 유전체에 비유될 수 있다. 따라서, 제1 전극(1240)은 본 명세서에서는 대안으로서 "애노드"로서 인용될 수 있으며, 제2 전극(1242)은 본 명세서에서는 대안으로서 "캐소드"로서 인용될 수 있다.
본질적으로, 제1 전극(1240)과 제2 전극(1242)을 가로지르는 전압은 캐비티(1260) 내의 적재물(1264)을 가열하는 데 기여한다. 다양한 실시형태들에 따르면, RF 가열 시스템(1210)은 RF 신호를 발생시켜서 전극들(1240, 1242) 사이에 일 실시형태에 있어서는 약 90 볼트 내지 약 3,000 볼트 범위의 전압을 생성하도록, 또는 다른 실시형태에 있어서는 약 3,000 볼트 내지 약 10,000 볼트 범위의 전압을 생성하도록 구성되지만, 해당 시스템(1210)은 전극들(1240, 1242) 사이에 보다 낮은 전압 또는 보다 높은 전압을 생성하도록 구성될 수도 있다.
RF 서브시스템(1210)의 출력, 특히 RF 신호원(1220)의 출력은, 직렬로 연결되는 복수의 전도체(1228-1, 1228-2, 1228-3, 1228-4, 및 1228-5)를 포함하며 총괄하여 전송 경로(1228)라고 하는, 전도성 전송 경로를 통해 가변 정합 서브시스템(1270)에 전기적으로 결합된다. 실시형태에 따르면, 전도성 전송 경로(1228)는 "언밸런스형" 부분 및 "밸런스형" 부분을 포함하고, "언밸런스형" 부분은 언밸런스형 RF 신호(즉, 접지에 대하여 참조되는 단일의 RF 신호)를 반송하도록 구성되고, "밸런스형" 부분은 밸런스형 RF 신호(즉, 서로에 대하여 참조되는 2개의 신호)를 반송하도록 구성된다. 전송 경로(1228)의 "언밸런스형" 부분은 RF 서브시스템(1210) 내의 언밸런스형 제1 및 제2 전도체(1228-1, 1228-2), 하나 이상의 커넥터(1236, 1238)(각각 수형 및 암형 커넥터부를 가짐), 및 커넥터들(1236, 1238) 사이에 전기적으로 결합되는 언밸런스형 제3 전도체(1228-3)를 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, 제3 전도체(1228-3)는 동축 케이블을 포함하지만, 전기 길이는 더 짧아지거나 또는 길어질 수도 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 가변 정합 서브시스템(1270)은 RF 서브시스템(1210)에 수용될 수 있고, 이러한 실시형태에 있어서는, 전도성 전송 경로(1228)가 커넥터(1236, 1238) 및 제3 전도체(1228-3)를 배제할 수 있다. 어느 쪽이든, 전도성 전송 경로(1228)의 "밸런스형" 부분은 실시형태에 있어서, 가변 정합 서브시스템(1270) 내의 밸런스형 제4 전도체(1228-4), 및 가변 정합 서브시스템(1270)과 전극(1240, 1242) 사이에 전기적으로 결합되는 밸런스형 제5 전도체(1228-5)를 포함한다.
도 12에 나타나 있는 바와 같이, 가변 정합 서브시스템(1270)은 RF 신호원(1220)으로부터의 언밸런스형 RF 신호를 전송 경로의 언밸런스형 부분(즉, 언밸런스형 전도체(1228-1, 1228-2, 및 1228-3)를 포함하는 부분)을 통해 장치의 입력에서 수신해서, 언밸런스형 RF 신호를 2개의 밸런스형 RF 신호(예컨대, 120도와 340도 사이의, 예를 들면 약 180도의 위상차를 갖는 2개의 RF 신호)로 변환하고, 2개의 밸런스형 RF 신호를 장치의 2개의 출력에서 생성하도록 구성되는 장치를 수용한다. 예를 들어, 변환 장치는 실시형태에 있어서 발룬(balun)(1274)일 수 있다. 밸런스형 RF 신호는 밸런스형 전도체(1228-4)를 통해 가변 정합 회로(1272)에, 그리고, 궁극적으로는 밸런스형 전도체(1228-5)를 통해 전극(1240, 1242)에 전달된다.
대안적인 실시형태에 있어서, 도 12의 중앙에 점선 박스로 표시된 바와 같이, 그리고 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 대안적인 RF 신호 발생기(1220')는 가변 정합 회로(1272)에 직접 결합될 수 있는(또는 다양한 중간 전도체 및 커넥터를 통해 결합될 수 있는) 밸런스형 전도체(1228-1') 상에 밸런스형 RF 신호를 생성할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서는, 발룬(1274)이 시스템(1200)으로부터 배제될 수 있다. 어느 쪽이든, 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 더블-엔드형 가변 정합 회로(1272)(예컨대, 도 13, 도 14의 가변 정합 회로(1300, 1400))는 (예컨대, 접속부(1228-4 또는 1228-1')를 통해) 밸런스형 RF 신호를 수신해서 더블-엔드형 가변 정합 회로(1272)의 해당 구성에 대응하는 임피던스 변환을 수행하고, 밸런스형 RF 신호를 접속부(1228-5)를 통해 제1 및 제2 전극(1240, 1242)에 제공하도록 구성된다.
실시형태에 따르면, RF 신호원(1220)은 RF 신호 발생기(1222) 및 전력 증폭기(1224)(예컨대, 하나 이상의 전력 증폭기 스테이지를 포함함)를 포함한다. 연결부(1214)를 통해 RF 가열 시스템 제어기(1212)에 의해 제공되는 제어 신호에 응답하여, RF 신호 발생기(1222)는 ISM(공업용, 과학용, 및 의료용) 대역의 주파수를 갖는 진동 전기 신호를 생성하도록 구성되지만, 해당 시스템은 다른 주파수 대역에서의 동작도 지원하도록 수정될 수 있다. RF 신호 발생기(1222)는 다양한 실시형태들에 있어서 상이한 전력 레벨들 및/또는 상이한 주파수들의 진동 신호를 생성하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, RF 신호 발생기(1222)는 VHF 범위(즉, 약 30.0 MHz와 약 300 MHz 사이의 범위)에서, 및/또는 약 10.0 MHz 내지 약 100 MHz 범위에서, 및/또는 약 100 MHz 내지 약 3.0 GHz 범위에서 진동하는 신호를 생성할 수 있다. 일부 바람직한 주파수는, 예를 들어, 13.56 MHz(+/- 12 퍼센트), 27.125 MHz(+/- 12 퍼센트), 40.68 MHz(+/- 12 퍼센트), 및 2.45 GHz(+/- 12 퍼센트)일 수 있다. 대안으로서, 진동 주파수는 상기에 주어진 범위 또는 값보다 낮거나 또는 높을 수 있다.
전력 증폭기(1224)는 RF 신호 발생기(1222)로부터 진동 신호를 수신하고, 해당 신호를 증폭해서 전력 증폭기(1224)의 출력에서 현저하게 높은 전력 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 출력 신호는 약 100 와트 내지 약 400 와트 또는 그 이상의 범위의 전력 레벨을 가질 수 있지만, 전력 레벨은 더 낮거나 또는 높을 수도 있다. 전력 증폭기(1224)에 의해 인가되는 이득은 전원 및 바이어스 회로(1226)에 의해 증폭기(1224)의 하나 이상의 스테이지에 제공되는 게이트 바이어스 전압 및/또는 드레인 바이어스 전압을 사용해서 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 전원 및 바이어스 회로(1226)는 RF 가열 시스템 제어기(1212)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 각각의 RF 증폭기 스테이지의 입력 및/또는 출력(예컨대, 게이트 및/또는 드레인)에 바이어스 및 공급 전압을 제공한다.
전력 증폭기는 하나 이상의 증폭 스테이지를 포함할 수 있다. 실시형태에 있어서, 증폭기(1224)의 각각의 스테이지는 입력 단자(예컨대, 게이트 또는 제어 단자) 및 2개의 통전 단자(예컨대, 소스 및 드레인 단자)를 갖는 FET와 같은 전력 트랜지스터로서 구현된다. 임피던스 정합 회로(예시되지 않음)는 다양한 실시형태들에 있어서, 증폭기 스테이지들 중 일부 또는 전부의 입력(예컨대, 게이트) 및/또는 출력(예컨대, 드레인 단자)에 결합될 수 있다. 실시형태에 있어서, 증폭기 스테이지들의 각각의 트랜지스터는 LDMOSFET를 포함한다. 그러나, 트랜지스터는 임의의 특정한 반도체 기술에 한정되는 것으로 의도되지 않으며, 다른 실시형태들에 있어서는, 각각의 트랜지스터가 GaN 트랜지스터, 다른 유형의 MOSFET 트랜지스터, BJT, 또는 다른 반도체 기술을 이용한 트랜지스터로서 실현될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 12에서는, 전력 증폭기 배치구조(1224)가 특정한 방식으로 다른 회로 컴포넌트들에 결합되는 1개의 증폭기 스테이지를 포함하는 것으로 묘사된다. 다른 실시형태들에 있어서, 전력 증폭기 배치구조(1224)는 다른 증폭기 토폴로지를 포함할 수 있거나, 및/또는 증폭기 배치구조는 2개 이상의 증폭기 스테이지를 포함할 수 있다(예컨대, 도 9의 증폭기(924/925)의 실시형태에 도시된 바와 같음). 예를 들어, 전력 증폭기 배치구조는 싱글-엔드형 증폭기, 더블-엔드형(밸런스형) 증폭기, 푸시-풀(push-pull) 증폭기, 도허티 증폭기, SMPA, 또는 다른 유형의 증폭기의 다양한 실시형태들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 12의 중앙에 점선 박스로 표시된 바와 같이, 대안적인 RF 신호 발생기(1220')는 푸시-풀 또는 밸런스형 증폭기(1224')를 포함할 수 있고, 이 증폭기는 입력에서 RF 신호 발생기(1222)로부터 언밸런스형 RF 신호를 수신해서 해당 언밸런스형 RF 신호를 증폭하고, 증폭기(1224')의 2개의 출력에서 2개의 밸런스형 RF 신호를 생성하도록 구성되며, 여기서 2개의 밸런스형 RF 신호는 이후에 전도체(1228-1')를 통해 전극(1240, 1242)에 전달된다. 이러한 실시형태에 있어서는, 발룬(1274)이 시스템(1200)으로부터 배제될 수 있으며, 전도체(1228-1')는 가변 정합 회로(1272)에 직접 연결(또는 다수의 동축 케이블 및 커넥터 또는 다심 구조체를 통해 연결)될 수 있다.
가열 캐비티(1260) 및 가열 캐비티(1260)에 위치하는 임의의 적재물(1264)(예컨대, 식품, 음료 등)은 전극(1240, 1242)에 의해 내부 챔버(1262) 내로 복사되는 전자기 에너지(또는 RF 전력)에 대한 누적 부하를 나타낸다. 보다 구체적으로, 전술한 바와 같이, 가열 캐비티(1260) 및 적재물(1264)은 본 명세서에서는 "적재물 포함 캐비티 임피던스"라고도 하는, 시스템에 대한 임피던스를 나타낸다. 적재물 포함 캐비티 임피던스는 가열 동작 동안 적재물(1264)의 온도가 증가됨에 따라 변화된다. 적재물 포함 캐비티 임피던스는 RF 신호원(1220)과 전극(1240, 1242) 사이의 전도성 전송 경로(1228)를 따라 반사 신호 전력의 크기에 직접적인 영향을 미친다. 대부분의 경우, 캐비티(1260)에 전달되는 신호 전력의 크기를 최대화하거나, 및/또는 전도성 전송 경로(1228)를 따라 반사-대-순방향 신호 전력비를 최소화하는 것이 바람직하다.
RF 신호 발생기(1220)의 출력 임피던스를 적재물 포함 캐비티 임피던스에 적어도 부분적으로 정합시키기 위해, 실시형태에 있어서, 제1 정합 회로(1234)가 전송 경로(1228)를 따라 전기적으로 결합된다. 제1 정합 회로(1234)는 RF 신호원(1220)의 임피던스(예컨대, 약 10 오옴 미만)로부터 중간 임피던스(예컨대, 120 오옴, 75 오옴, 또는 일부 다른 값)로 임피던스 변환을 수행하도록 구성된다. 제1 정합 회로(1234)는 임의의 다양한 구성을 가질 수 있다. 실시형태에 따르면, 제1 정합 회로(1234)는 고정 컴포넌트들(즉, 비-가변 컴포넌트 값을 갖는 컴포넌트들)을 포함하지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 제1 정합 회로(1234)가 하나 이상의 가변 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 정합 회로(1234)는 다양한 실시형태들에 있어서, 인덕턴스/커패시턴스(LC) 회로망, 직렬 인덕턴스 회로망, 션트 인덕턴스 회로망, 또는 밴드패스, 하이-패스 및 로우-패스 회로의 조합으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 본질적으로, 제1 정합 회로(1234)는 임피던스를 RF 신호 발생기(1220)의 출력 임피던스와 적재물 포함 캐비티 임피던스 사이의 중간 레벨로 상승시키도록 구성된다.
실시형태에 따르면, 전술한 바와 같이, 전력 검출 회로(1230)는 RF 신호원(1220)의 출력과 전극(1240, 1242) 사이의 전송 경로(1228)를 따라 결합된다. 구체적인 실시형태에 있어서, 전력 검출 회로(1230)는 RF 서브시스템(1210)의 일부를 형성하고, RF 신호원(1220)과 커넥터(1236) 사이의 전도체(1228-2)에 결합된다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 전력 검출 회로(1230)는 전송 경로(1228)의 임의의 다른 부분에 결합될 수 있으며, 예를 들면, RF 신호원(1220)(또는 발룬(1274))과 가변 정합 회로(1272) 사이의 전도체(1228-1)에, 전도체(1228-3)에, 전도체(1228-4)에 결합될 수 있거나(즉, 전력 검출 회로(1230')로 표시됨), 또는 가변 정합 회로(1272)와 전극(들)(1240, 1242) 사이의 전도체(1228-5)에 결합될 수 있다(즉, 전력 검출 회로(1230")로 표시됨). 간략화를 위해, 전력 검출 회로가 본 명세서에서는 참조 번호 1230으로 인용되지만, 이 회로는 참조 번호 1230' 및 1230"에 의해 지시되는 바와 같이, 다른 장소들에 위치될 수 있다.
어디에 결합되든, 전력 검출 회로(1230)는 RF 신호원(1220)과 전극(들)(1240, 1242) 중 하나 또는 둘 모두와의 사이의 전송 경로(1228)를 따라 이동하는 반사 신호(즉, 전극(들)(1240, 1242)으로부터 RF 신호원(1220)을 향하는 방향으로 이동하는 반사된 RF 신호)의 전력을 모니터링, 측정, 내지는 검출하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 전력 검출 회로(1230)는 또한, RF 신호원(1220)과 전극(들)(1240, 1242) 사이의 전송 경로(1228)를 따라 이동하는 순방향 신호(즉, RF 신호원(1220)으로부터 전극(들)(1240, 1242)을 향하는 방향으로 이동하는 순방향 RF 신호)의 전력을 검출하도록 구성된다.
전력 검출 회로(1230)는, 연결부(1232)를 통해, 반사 신호 전력의 측정된 크기를 전달하는, 및 일부 실시형태에 있어서는, 순방향 신호 전력의 측정된 크기도 전달하는 신호를 RF 가열 시스템 제어기(1212)에 공급한다. 순방향 및 반사 신호 전력 크기가 모두 전달되는 실시형태들에 있어서, RF 가열 시스템 제어기(1212)는 반사-대-순방향 신호 전력비, 또는 S11 파라미터, 및/또는 VSWR 값을 계산할 수 있다. 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 반사 신호 전력 크기가 반사 신호 전력 임계치를 초과하는 경우, 또는 반사-대-순방향 신호 전력비가 S11 파라미터 임계치를 초과하는 경우, 또는 VSWR 값이 VSWR 임계치를 초과하는 경우에는, 시스템(1200)이 적재물 포함 캐비티 임피던스에 적절하게 정합되지 않고, 캐비티(1260) 내의 적재물(1264)에 의한 에너지 흡수가 차선일 수 있음을 나타낸다. 이러한 상황에서는, RF 가열 시스템 제어기(1212)가 가변 정합 회로(1272)의 상태를 변경하는 프로세스를 조정해서 반사 신호 전력 또는 S11 파라미터 또는 VSWR 값을 원하는 레벨을 향해 또는 그보다 낮게(예컨대, 반사 신호 전력 임계치, 및/또는 반사-대-순방향 신호 전력비 임계치, 및/또는 VSWR 임계치보다 낮게) 구동하고, 그에 따라 허용 가능한 정합이 재설정되고 적재물(1264)에 의한 보다 최적의 에너지 흡수가 가능해진다.
보다 구체적으로, 시스템 제어기(1212)는 제어 경로(1216)를 통해 제어 신호를 가변 정합 회로(1272)에 제공할 수 있고, 이는 가변 정합 회로(1272)로 하여금 회로 내의 하나 이상의 컴포넌트의 유도, 용량, 및/또는 저항 값을 변경하게 하고, 그에 따라 회로(1272)에 의해 제공되는 임피던스 변환이 조정된다. 가변 정합 회로(1272)의 구성의 조정은 바람직하게는 반사 신호 전력의 크기를 감소시키며, 이는 S11 파라미터 및/또는 VSWR 값의 크기를 감소시키는 것 및 적재물(1264)에 의해 흡수되는 전력을 증가시키는 것에 대응한다.
전술한 바와 같이, 가변 정합 회로(1272)는 적재물(1264)을 포함한 가열 캐비티(1260)의 입력 임피던스에 정합해서 적재물(1264)로의 RF 전력 전달을 가능한 범위까지 최대화하는 데 사용된다. 오븐 캐비티(1260) 및 적재물(1264)의 초기 임피던스는 가열 동작의 시작시에는 정확하게 알려지지 않을 수도 있다. 또한, 적재물(1264)의 임피던스는 가열 동작 동안 적재물(1264)이 가온됨에 따라 변화된다. 실시형태에 따르면, 시스템 제어기(1212)는 가변 정합 회로(1272)의 상태를 수정하게 하는 제어 신호를 가변 정합 회로(1272)에 제공할 수 있다. 이는 가열 동작의 시작시에 상대적으로 낮은 반사-대-순방향 전력비, 및 그에 따른 적재물(1264)에 의한 상대적으로 높은 RF 전력의 흡수를 갖는 가변 정합 회로(1272)의 초기 상태를 시스템 제어기(1212)가 설정할 수 있게 한다. 또한, 이는 적재물(1264)의 임피던스의 변화에도 불구하고 가열 동작 전체에 걸쳐 적절한 정합이 유지될 수 있도록 시스템 제어기(1212)가 가변 정합 회로(1272)의 상태를 수정할 수 있게 한다.
가변 정합 회로(1272)는 임의의 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 회로(1272)는 다양한 실시형태들에 있어서, 인덕턴스/커패시턴스(LC) 회로망, 인덕턴스-전용 회로망, 커패시턴스-전용 회로망, 또는 밴드패스, 하이-패스 및 로우-패스 회로의 조합으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 가변 정합 회로(1272)가 전송 경로(1228)의 밸런스형 부분에서 구현되는 실시형태에 있어서, 가변 정합 회로(1272)는 2개의 입력 및 2개의 출력을 갖는 더블-엔드형 회로이다. 가변 정합 회로가 전송 경로(1228)의 언밸런스형 부분에서 구현되는 대안적인 실시형태에 있어서, 가변 정합 회로는 단일의 입력 및 단일의 출력을 갖는 싱글-엔드형 회로(예컨대, 도 10, 도 11의 정합 회로(1000 또는 1100)와 유사함)일 수 있다. 보다 구체적인 실시형태에 따르면, 가변 정합 회로(1272)는 가변 인덕턴스 회로망(예컨대, 도 13의 더블-엔드형 회로망(1300))을 포함한다. 보다 구체적인 다른 실시형태에 따르면, 가변 정합 회로(1272)는 가변 커패시턴스 회로망(예컨대, 도 14의 더블-엔드형 회로망(1400))을 포함한다. 또 다른 실시형태들에 있어서, 가변 정합 회로(1272)는 가변 인덕턴스 요소 및 가변 커패시턴스 요소를 모두 포함할 수 있다. 회로(1272)에 의해 제공되는 임피던스 변환에 영향을 미치게 되는, 가변 정합 회로(1272)에 의해 제공되는 인덕턴스, 커패시턴스, 및/또는 저항 값은, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, RF 가열 시스템 제어기(1212)로부터의 제어 신호를 사용해서 설정된다. 어떤 경우이든 간에, 캐비티(1260) 내에 적재물(1264)을 포함한 캐비티(1260)의 끊임없이 변화되는 임피던스에 동적으로 정합하도록 가열 동작의 과정에 걸쳐 가변 정합 회로(1272)의 상태를 변경함으로써, 가열 동작 전체에 걸쳐 시스템 효율이 높은 수준으로 유지될 수 있다.
가변 정합 회로(1272)는 임의의 광범위한 회로 구성을 가질 수 있으며, 이러한 구성의 비제한적인 실시예들은 도 13 및 도 14에 도시된다. 예를 들어, 도 13은 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 12의 시스템(100, 600, 800, 1200))에 포함될 수 있는 더블-엔드형 가변 임피던스 정합 회로(1300)(예컨대, 도 12의 정합 회로(1272))의 개략도이다. 실시형태에 따르면, 가변 정합 회로(1300)는 고정값 및 가변 수동 컴포넌트들의 회로망을 포함한다.
회로(1300)는 더블-엔드형 입력(1301-1, 1301-2)(입력(1301)이라고 인용됨), 더블-엔드형 출력(1302-1, 1302-2)(출력(1302)이라고 인용됨), 및 입력(1301)과 출력(1302) 사이에 사다리 배열로 연결되는 수동 컴포넌트들의 회로망을 포함한다. 예를 들어, 시스템(1200)에 연결되는 경우, 제1 입력(1301-1)은 밸런스형 전도체(1228-4)의 제1 전도체에 연결될 수 있고, 제2 입력(1301-2)은 밸런스형 전도체(1228-4)의 제2 전도체에 연결될 수 있다. 유사하게, 제1 출력(1302-1)은 밸런스형 전도체(1228-5)의 제1 전도체에 연결될 수 있고, 제2 출력(1302-2)은 밸런스형 전도체(1228-5)의 제2 전도체에 연결될 수 있다.
도 13에 예시된 구체적인 실시형태에 있어서, 회로(1300)는 입력(1301-1)과 출력(1302-1) 사이에 직렬로 연결되는 제1 가변 인덕터(1311) 및 제1 고정 인덕터(1315), 입력(1301-2)과 출력(1302-2) 사이에 직렬로 연결되는 제2 가변 인덕터(1316) 및 제2 고정 인덕터(1320), 입력들(1301-1 및 1301-2) 사이에 연결되는 제3 가변 인덕터(1321), 및 노드들(1325 및 1326) 사이에 연결되는 제3 고정 인덕터(1324)를 포함한다.
실시형태에 따르면, 제3 가변 인덕터(1321)는 제1 정합 회로(예컨대, 도 12의 회로(1234))에 의해 수정되는 바와 같이 RF 신호원(예컨대, 도 12의 RF 신호원(1220))의 임피던스에 정합하도록 구성될 수 있으며, 특히 제1 정합 회로(예컨대, 도 12의 회로(1234))에 의해 수정되는 바와 같이 최종 스테이지 전력 증폭기(예컨대, 도 12의 증폭기(1224))의 임피던스에 정합하도록 구성될 수 있는 "RF 신호원 정합부"에 대응한다. 실시형태에 따르면, 제3 가변 인덕터(1321)는 약 5 nH 내지 약 200 nH 범위의 인덕턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 유도 컴포넌트들의 회로망을 포함하지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 인덕턴스 값으로 확장될 수도 있다.
대조적으로, 가변 임피던스 정합 회로망(1300)의 "캐비티 정합부"는 제1 및 제2 가변 인덕터(1311, 1316), 및 고정 인덕터(1315, 1320, 및 1324)에 의해 제공된다. 제1 및 제2 가변 인덕터(1311, 1316)의 상태가 다수의 인덕턴스 값을 제공하도록 변화될 수 있기 때문에, 제1 및 제2 가변 인덕터(1311, 1316)는 적재물 포함 캐비티(예컨대, 도 12의 적재물(1264)을 포함한 캐비티(1260))의 임피던스에 최적으로 정합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인덕터(1311, 1316)는 각각 약 10 nH 내지 약 200 nH 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 그 값이 더 낮거나 및/또는 높을 수 있다.
또한, 고정 인덕터(1315, 1320, 1324)는 약 50 nH 내지 약 800 nH 범위의 인덕턴스 값을 가질 수 있지만, 인덕턴스 값은 더 낮거나 또는 높을 수도 있다. 인덕터(1311, 1315, 1316, 1320, 1321, 1324)는 다양한 실시형태들에 있어서, 이산 인덕터, 분산 인덕터(예컨대, 인쇄 코일), 와이어본드, 전송 라인, 및/또는 그 밖의 유도 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실시형태에 있어서, 가변 인덕터(1311 및 1316)는 쌍을 이루어 동작되고, 이는, 출력(1302-1 및 1302-2)에 전달되는 RF 신호들이 균형을 이루게 하기 위해, 동작 동안 그 인덕턴스 값들이 임의의 정해진 시간에 서로 동일해지도록 제어된다는 것을 의미한다.
전술한 바와 같이, 가변 정합 회로(1300)는 전송 경로(1228)의 밸런스형 부분(예컨대, 커넥터들(1228-4 및 1228-5) 사이)을 따라 연결되도록 구성된 더블-엔드형 회로이고, 다른 실시형태들은 전송 경로(1228)의 언밸런스형 부분을 따라 연결되도록 구성된 싱글-엔드형(즉, 1개의 입력 및 1개의 출력) 가변 정합 회로를 포함할 수 있다.
회로(1300)에서 인덕터(1311, 1316, 1321)의 인덕턴스 값을 변경함으로써, 시스템 제어기(1212)는 회로(1300)에 의해 제공되는 임피던스 변환을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 인덕턴스 값 변경은 RF 신호원(1220)과 적재물 포함 캐비티 임피던스 사이의 전체 임피던스 정합을 향상시키며, 이는 결국 반사 신호 전력 및/또는 반사-대-순방향 신호 전력비를 감소시키게 된다. 대부분의 경우, 시스템 제어기(1212)는, 캐비티(1260)에서 최대 전자기장 세기가 달성되거나, 및/또는 최대 전력량이 적재물(1264)에 의해 흡수되거나, 및/또는 최소 전력량이 적재물(1264)에 의해 반사되는 상태로 회로(1300)를 구성하려고 할 수 있다.
도 14는 다른 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 12의 시스템(100, 600, 800, 1200))에 포함될 수 있으며, 가변-인덕턴스 임피던스 정합 회로망(1300)(도 13 참조) 대신 구현될 수 있는 더블-엔드형 가변 임피던스 정합 회로(1400)(예컨대, 도 12의 정합 회로(1272))의 개략도이다. 실시형태에 따르면, 정합 회로(600)(도 6 참조)에서와 같이, 가변 정합 회로(1400)는 고정값 및 가변 수동 컴포넌트들의 회로망을 포함한다.
회로(1400)는 더블-엔드형 입력(1401-1, 1401-2)(입력(1401)이라고 인용됨), 더블-엔드형 출력(1402-1, 1402-2)(출력(1402)이라고 인용됨), 및 입력(1401)과 출력(1402) 사이에 연결되는 수동 컴포넌트들의 회로망을 포함한다. 예를 들어, 시스템(1200)에 연결되는 경우, 제1 입력(1401-1)은 밸런스형 전도체(1228-4)의 제1 전도체에 연결될 수 있고, 제2 입력(1401-2)은 밸런스형 전도체(1228-4)의 제2 전도체에 연결될 수 있다. 유사하게, 제1 출력(1402-1)은 밸런스형 전도체(1228-5)의 제1 전도체에 연결될 수 있고, 제2 출력(1402-2)은 밸런스형 전도체(1228-5)의 제2 전도체에 연결될 수 있다.
도 14에 예시된 구체적인 실시형태에 있어서, 회로(1400)는 입력(1401-1)과 출력(1402-1) 사이에 직렬로 연결되는 제1 가변 커패시턴스 회로망(1411) 및 제1 인덕터(1415), 입력(1401-2)과 출력(1402-2) 사이에 직렬로 연결되는 제2 가변 커패시턴스 회로망(1416) 및 제2 인덕터(1420), 및 노드들(1425 및 1426) 사이에 연결되는 제3 가변 커패시턴스 회로망(1421)을 포함한다. 인덕터(1415, 1420)는, 실시형태에 있어서, 비교적 낮은 주파수(예컨대, 약 40.66 MHz 내지 약 40.70 MHz) 및 높은 전력(예컨대, 약 120 W 내지 약 1200 W) 동작에 대하여 설계될 수 있기 때문에, 사이즈 및 인덕턴스 값이 모두 비교적 크다. 예를 들어, 인덕터(1415, 1420)는 각각 약 100 nH 내지 약 1000 nH 범위의 값(예컨대, 약 200 nH 내지 약 600 nH 범위의 값)을 가질 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서는, 그 값이 더 낮거나 및/또는 높을 수 있다. 실시형태에 따르면, 인덕터(1415, 1420)는 고정값 집중 인덕터(다양한 실시형태들에 있어서, 예컨대, 코일, 이산 인덕터, 분산 인덕터(예컨대, 인쇄 코일), 와이어본드, 전송 라인, 및/또는 그 밖의 유도 컴포넌트들)이다. 다른 실시형태들에 있어서, 인덕터(1415, 1420)의 인덕턴스 값은 가변적일 수 있다. 어떤 경우이든 간에, 인덕터(1415, 1420)의 인덕턴스 값들은 실시형태에 있어서, 영구적으로(인덕터(1415, 1420)가 고정값일 경우) 또는 임의의 정해진 시간에(인덕터(1415, 1420)가 가변적일 경우, 쌍을 이루어 동작됨) 실질적으로 동일하다.
제1 및 제2 가변 커패시턴스 회로망(1411, 1416)은 회로(1400)의 "직렬 정합부"에 대응한다. 실시형태에 따르면, 제1 가변 커패시턴스 회로망(1411)은 제1 가변 커패시터(1413)와 병렬로 결합되는 제1 고정값 커패시터(1412)를 포함한다. 제1 고정값 커패시터(1412)는 실시형태에 있어서, 약 1 pF 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 제1 가변 커패시터(1413)는 0 pF 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 용량성 컴포넌트들의 회로망을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 가변 커패시턴스 회로망(1411)에 의해 제공되는 총 커패시턴스 값은 약 1 pF 내지 약 200 pF 범위일 수 있지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 커패시턴스 값으로 확장될 수도 있다.
유사하게, 제2 가변 커패시턴스 회로망(1416)은 제2 가변 커패시터(1418)와 병렬로 결합되는 제2 고정값 커패시터(1417)를 포함한다. 제2 고정값 커패시터(1417)는 실시형태에 있어서, 약 1 pF 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 제2 가변 커패시터(1418)는 0 pF 내지 약 100 pF 범위의 커패시턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 용량성 컴포넌트들의 회로망을 포함할 수 있다. 따라서, 제2 가변 커패시턴스 회로망(1416)에 의해 제공되는 총 커패시턴스 값은 약 1 pF 내지 약 200 pF 범위일 수 있지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 커패시턴스 값으로 확장될 수도 있다.
어떤 경우이든 간에, 출력(1402-1 및 1402-2)에 제공되는 신호의 균형을 확보하기 위해, 제1 및 제2 가변 커패시턴스 회로망(1411, 1416)의 커패시턴스 값들은 실시형태에 있어서, 임의의 정해진 시간에 실질적으로 동일하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 가변 커패시터(1413, 1418)의 커패시턴스 값들은 제1 및 제2 가변 커패시턴스 회로망(1411, 1416)의 커패시턴스 값들이 임의의 정해진 시간에 실질적으로 동일해지도록 제어될 수 있다. 제1 및 제2 가변 커패시터(1413, 1418)는 쌍을 이루어 동작되고, 이는 출력(1402-1 및 1402-2)에 전달되는 RF 신호들이 균형을 이루게 하기 위해, 동작 동안 그 커패시턴스 값들이 임의의 정해진 시간에 제어된다는 것을 의미한다. 제1 및 제2 고정값 커패시터(1412, 1417)의 커패시턴스 값들은 일부 실시형태에 있어서, 실질적으로 동일할 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서는 서로 다를 수도 있다.
가변 임피던스 정합 회로망(1400)의 "션트 정합부"는 제3 가변 커패시턴스 회로망(1421) 및 고정 인덕터(1415, 1420)에 의해 제공된다. 실시형태에 따르면, 제3 가변 커패시턴스 회로망(1421)은 제3 가변 커패시터(1424)와 병렬로 결합되는 제3 고정값 커패시터(1423)를 포함한다. 제3 고정값 커패시터(1423)는 실시형태에 있어서, 약 1 pF 내지 약 500 pF 범위의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 제3 가변 커패시터(1424)는 0 pF 내지 약 200 pF 범위의 커패시턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 결합될 수 있는 용량성 컴포넌트들의 회로망을 포함할 수 있다. 따라서, 제3 가변 커패시턴스 회로망(1421)에 의해 제공되는 총 커패시턴스 값은 약 1 pF 내지 약 700 pF 범위일 수 있지만, 해당 범위는 더 낮거나 또는 높은 커패시턴스 값으로 확장될 수도 있다.
가변 커패시턴스 회로망(1411, 1416, 1421)의 상태들은 다수의 커패시턴스 값을 제공하도록 변화될 수 있기 때문에, 가변 커패시턴스 회로망(1411, 1416, 1421)은 RF 신호원(예컨대, 도 12의 RF 신호원(1220, 1220'))에 대하여 적재물 포함 캐비티(예컨대, 도 12의 적재물(1264)을 포함한 캐비티(1260))의 임피던스에 최적으로 정합하도록 구성될 수 있다. 회로(1400)에서 커패시터(1413, 1418, 1424)의 커패시턴스 값을 변경함으로써, RF 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 12의 RF 가열 시스템 제어기(1212))는 회로(1400)에 의해 제공되는 임피던스 변환을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 커패시턴스 값 변경은 RF 신호원(1220)과 적재물 포함 캐비티의 임피던스 사이의 전체 임피던스 정합을 향상시키며, 이는 결국 반사 신호 전력 및/또는 반사-대-순방향 신호 전력비를 감소시키게 된다. 대부분의 경우, RF 가열 시스템 제어기(1212)는, 캐비티(1260)에서 최대 전자기장 세기가 달성되거나, 및/또는 최대 전력량이 적재물(1264)에 의해 흡수되거나, 및/또는 최소 전력량이 적재물(1264)에 의해 반사되는 상태로 회로(1400)를 구성하려고 할 수 있다.
도 13 및 도 14에서 예시된 가변 임피던스 정합 회로(1300, 1400)는 바람직한 더블-엔드형 가변 임피던스 변환을 수행할 수 있는 2가지의 가능한 회로 구성이라는 점을 이해해야 한다. 더블-엔드형 가변 임피던스 정합 회로의 다른 실시형태들은 상이하게 배열된 유도 또는 용량성 회로망을 포함할 수 있거나, 또는 인덕터, 커패시터, 및/또는 레지스터의 다양한 조합을 포함하는 수동 회로망을 포함할 수 있으며, 이 경우, 수동 컴포넌트들 중 일부는 고정값 컴포넌트일 수 있고, 수동 컴포넌트들 중 일부는 가변값 컴포넌트(예컨대, 가변 인덕터, 가변 커패시터, 및/또는 가변 레지스터)일 수 있다. 또한, 더블-엔드형 가변 임피던스 정합 회로는 해당 회로에 의해 제공되는 전체 임피던스 변환을 변경하기 위해 회로망에 대하여 수동 컴포넌트를 전환하는 능동 소자(예컨대, 트랜지스터)를 포함할 수 있다.
도 12를 다시 참조하면, 가열 시스템(1200)의 일부 실시형태는 온도 센서(들), IR 센서(들), 및/또는 중량 센서(들)(1294)를 포함할 수 있다. 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)는 가열 동작 동안 적재물(1264)의 온도가 감지될 수 있게 하는 장소에 위치될 수 있다. 온도 정보는, 예를 들어, 호스트/열적 시스템 제어기(1252) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(1212)에 제공될 경우, 호스트/열적 시스템 제어기(1252) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(1212)가 열적 가열 컴포넌트(1254)에 의해 생성되는 열 에너지의 전력 및/또는 (예컨대, 전원 및 바이어스 회로(1226)에 의해 제공되는 바이어스 및/또는 공급 전압을 제어함으로써) RF 신호원(1220)에 의해 공급되는 RF 신호를 변경할 수 있게 하거나, 및/또는 가열 동작이 종료되어야 하는 시기를 결정할 수 있게 한다. 또한, RF 가열 시스템 제어기(1212)는 온도 정보를 사용해서 가변 임피던스 정합 회로망(1270)의 상태를 조정할 수 있다. 중량 센서(들)는 적재물(1264) 아래에 위치하고, 적재물(1264)의 중량의 추정치를 호스트/열적 시스템 제어기(1252) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(1212)에 제공하도록 구성된다. 호스트/열적 시스템 제어기(1252) 및/또는 RF 가열 시스템 제어기(1212)는, 예를 들어, 이 정보를 사용해서 가열 동작에 대한 대략적인 지속 시간을 결정할 수 있다. 또한, RF 가열 시스템 제어기(1212)는 이 정보를 사용해서 RF 신호원(1220)에 의해 공급되는 RF 신호에 대한 바람직한 전력 레벨을 결정하거나, 및/또는 가변 임피던스 정합 회로망(1270)에 대한 초기 설정을 결정할 수 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 본 명세서에서 논의되는 싱글-엔드형 또는 더블-엔드형 가변 임피던스 정합 회로망(예컨대, 도 10, 도 11, 도 13, 도 14의 회로망(1000, 1100, 1300, 1400))과 연관되는 회로는 하나 이상의 모듈의 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우, "모듈"은 본 명세서에서는 공통 기판(예컨대, 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 다른 기판)에 결합되는 전기 컴포넌트들의 어셈블리로서 정의된다. 또한, 전술한 바와 같이, 호스트/열적 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 제어기(952, 1252)) 및 사용자 인터페이스(예컨대, 도 9, 도 12의 사용자 인터페이스(992, 1292))의 부분들은 호스트 모듈(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트 모듈(990, 1290))의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 다양한 실시형태들에 있어서, RF 가열 시스템(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210))의 처리부 및 RF 신호 생성부와 연관되는 회로도 하나 이상의 모듈의 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 15는 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템(910, 1210))의 RF 서브시스템을 포함하는 RF 모듈(1500)의 사시도이다. RF 모듈(1500)은 접지 기판(1504)에 결합되는 PCB(1502)를 포함한다. 접지 기판(1504)은 PCB(1502)에 구조적인 지지부를 제공하는 한편, PCB(1502)에 결합되는 다양한 전기 컴포넌트들에 전기 접지 기준 및 히트 싱크 기능을 제공한다.
실시형태에 따르면, PCB(1502)는 시스템 제어기 회로(1512)(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 가열 시스템 제어기(912, 1212)에 대응함), RF 신호원 회로(1520)(예컨대, RF 신호 발생기(922, 1222) 및 전력 증폭기(924, 925, 1224)를 포함하는 도 9, 도 12의 RF 신호원(920, 1220)에 대응함), 전력 검출 회로(1530)(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230)에 대응함), 및 임피던스 정합 회로(1534)(예컨대, 도 9, 도 12의 제1 정합 회로(934, 1234)에 대응함)를 수용한다.
도 15의 실시형태에 있어서, 시스템 제어기 회로(1512)는 프로세서 집적 회로(IC) 및 메모리 IC를 포함하고, RF 신호원 회로(1520)는 신호 발생기 IC 및 하나 이상의 전력 증폭기 장치를 포함하고, 전력 검출 회로(1530)는 전력 커플러 장치를 포함하고, 임피던스 정합 회로(1534)는 임피던스 정합 회로망을 형성하도록 함께 연결되는 복수의 수동 컴포넌트(예컨대, 인덕터(1535, 1536) 및 커패시터(1537))를 포함한다. 회로(1512, 1520, 1530, 1534) 및 다양한 서브-컴포넌트들은 도 9 및 도 12와 함께 논의된 다양한 전도체 및 연결부를 참조하여 전술된 바와 같이 PCB(1502) 상의 전도성 트레이스를 통해 전기적으로 함께 결합될 수 있다.
또한, RF 모듈(1500)은 실시형태에 있어서, 복수의 커넥터(1516, 1526, 1538, 1580)를 포함한다. 예를 들어, 커넥터(1580)는 호스트/열적 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252)) 및 그 밖의 기능부를 포함하는 호스트 시스템과 연결하도록 구성될 수 있다. 커넥터(1516)는 전술한 바와 같이, 제어 신호를 회로에 제공하기 위해 다양한 정합 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 회로(970, 1272))와 연결하도록 구성될 수 있다. 커넥터(1526)는 시스템 전력을 수신하기 위해 전원 장치에 연결하도록 구성될 수 있다. 마지막으로, 커넥터(1538)(예컨대, 도 12의 커넥터(1236))는 RF 모듈(1500)이 (예컨대, 도 9, 도 12의 전도체(928-2, 1228-3)의 동축 케이블 구현을 통해) 가변 정합 회로 또는 서브시스템(예컨대, 도 9, 도 12의 회로 또는 서브시스템(970, 1270, 1272))에 전기적으로 연결될 수 있게 하는 동축 케이블 또는 다른 전송 라인에 연결하도록 구성될 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 가변 정합 서브시스템(예컨대, 도 9, 도 12의 가변 정합 회로망(970), 발룬(1274), 및/또는 가변 정합 회로(1272))의 컴포넌트들은 케이스 커넥터(1536)가 모듈(1500)로부터 배제될 수 있는 PCB(1502) 상으로 통합될 수도 있다. RF 모듈(1500)의 레이아웃, 서브시스템, 및 컴포넌트에서의 다른 변경이 이루어질 수도 있다.
RF 모듈(예컨대, 도 15의 모듈(1500)), 호스트 모듈(예컨대, 도 9, 도 12의 모듈(990, 1290)), 및 가변 임피던스 정합 회로망 모듈(예시되지 않음)의 실시형태들은 함께 전기적으로 연결될 수 있으며, 다른 컴포넌트들과 연결되어서 복합형 장치 또는 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 장치(100, 600, 800, 900, 1200))을 형성할 수 있다. 예를 들어, RF 신호 연결은 RF 커넥터(1538)(도 15 참조)와 가변 임피던스 정합 회로망 모듈 사이의 동축 케이블과 같은 연결부(예컨대, 도 9, 도 12의 전도체(928-2, 1228-3))를 통해 이루어질 수 있고, 제어 연결은 커넥터(1516)(도 15 참조)와 가변 임피던스 정합 회로망 모듈 사이의 다심 케이블과 같은 연결부(예컨대, 도 9, 도 12의 전도체(916, 1216))를 통해 이루어질 수 있다. 시스템을 더 조립하기 위해, 호스트 시스템 모듈(예컨대, 도 9, 도 12의 모듈(990, 1290))은 커넥터(1580)를 통해 RF 모듈(1500)에 연결될 수 있고, 전원 장치는 커넥터(1526)를 통해 RF 모듈(1500)에 연결될 수 있고, 전극(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(940, 942, 1240, 1242))은 가변 임피던스 정합 회로망 모듈의 출력에 연결될 수 있다. 물론, 전술한 어셈블리는, 전극들이 해동 캐비티(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 캐비티(110, 610, 810, 960, 1260))를 가로질러 서로 고정된 관계로 유지되고, 해동 장치가 더 큰 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 시스템(100, 600, 800)) 내에 통합될 수 있도록, 다양한 지지 구조체 및 다른 시스템 컴포넌트에 물리적으로 연결될 수도 있다.
가열 시스템의 전기적 및 물리적 양태들의 실시형태들을 설명했기 때문에, 이러한 가열 시스템을 동작하는 방법의 다양한 실시형태들을 도 16 내지 도 18과 함께 설명한다. 보다 구체적으로, 도 16은 예시적인 실시형태에 따른, RF 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 시스템(150, 650, 850, 910, 1210)) 및 열적 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 시스템(160, 660, 680, 860, 880, 910, 1210))을 갖는 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 시스템(100, 600, 800, 900, 1200))을 동작하는 방법의 흐름도이다.
방법은, 블록(1602)에서, 호스트 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252))가 가열 동작을 시작해야 한다는 지시를 수신할 때 시작할 수 있다. 이러한 지시는, 예를 들어, 사용자가 적재물(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 적재물(964, 1264))을 시스템의 가열 캐비티(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 캐비티(110, 610, 810, 960, 1260)) 내에 배치하고, (예컨대, 도어 또는 서랍을 닫음으로써) 캐비티를 밀폐하고, 시작 버튼(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 제어 패널(120, 620, 820), 또는 사용자 인터페이스(992, 1282)의 시작 버튼)을 누른 후에, 수신될 수 있다.
전술한 바와 같이, 적재물을 시스템의 가열 캐비티 내에 배치하기 전에, 사용자는 선반(예컨대, 도 1, 도 2, 도 3, 도 6, 도 8의 선반(134, 200, 300, 634, 834))을 가열 캐비티 내에 설치할 수 있으며, 이 경우, 선반은 RF 가열 시스템의 전극(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(942, 1242))을 구현하거나 또는 포함할 수 있다. 실시형태에 있어서, 캐비티의 밀폐는 하나 이상의 안전 인터로크 기구를 맞물리게 할 수 있으며, 이는, 맞물릴 때, 캐비티에 공급되는 RF 전력이 실질적으로 캐비티 외부의 환경으로 누설되지 않게 됨을 나타낸다. 후술하는 바와 같이, 안전 인터로크 기구의 분리는 시스템 제어기로 하여금 가열 동작을 즉시 중지 또는 종료하게 할 수 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 호스트 시스템 제어기는 적재물 유형(예컨대, 육류, 음료, 또는 그 밖의 재료), 초기 적재물 온도, 및/또는 적재물 중량을 나타내는 추가적인 입력을 선택적으로 수신할 수 있다. 예를 들어, 적재물 유형에 관한 정보는 사용자 인터페이스와의 상호작용을 통해 사용자로부터(예컨대, 공인된 적재물 유형 목록으로부터의 사용자 선택에 의해) 수신될 수 있다. 대안으로서, 시스템은 적재물의 외부 상에 보이는 바코드를 스캔하거나, 또는 적재물 상의 또는 그 안에 매설되는 RFID 장치로부터 전자 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 초기 적재물 온도에 관한 정보는, 예를 들어, 시스템의 하나 이상의 온도 센서 및/또는 IR 센서(예컨대, 도 9, 도 12의 센서(994, 1294))로부터 수신될 수 있다. 적재물 중량에 관한 정보는 사용자 인터페이스와의 상호작용을 통해 사용자로부터, 또는 시스템의 중량 센서(예컨대, 도 9, 도 12의 센서(994, 1294))로부터 수신될 수 있다. 전술한 바와 같이, 적재물 유형, 초기 적재물 온도, 및/또는 적재물 중량을 나타내는 입력의 수신은 선택사항이고, 시스템은 대안으로서 이들 입력 중 일부 또는 전부를 수신하지 않을 수도 있다.
사용자는, 시작 버튼을 누르기 전에, 가열 프로세스 동안 어느 가열 시스템을 활성화할 것인지를 나타내는 조리 모드를 선택할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 (예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 제어 패널(120, 620, 820), 또는 사용자 인터페이스(992, 1282)의) 전용 조리 모드 버튼을 누름으로써, 또는 제어 패널을 통해 조리 모드 메뉴에 액세스해서 선택을 함으로써, 조리 모드를 지정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 어떤 유형의 열적 가열 시스템이 RF 가열 시스템과 결합되는지에 따라, 다수의 상이한 조리 모드를 선택에 이용할 수 있고, 이 경우, 상이한 조리 모드들은 일반적으로, 열적-전용 조리 모드, RF-전용 조리 모드, 및 복합형 열적 및 RF 조리 모드로 분류될 수 있다. 예를 들어, 열적-전용 모드는 하기의, 전술한 모드들: 즉, 1) 시스템(100, 600, 800)(도 1, 도 6, 도 8 참조) 중 어느 하나의 컨벡션 시스템(160, 660, 860)을 이용할 수 있는 컨벡션-전용 조리 모드; 2) 시스템(600)(도 6 참조)의 복사 가열 시스템(680)을 이용할 수 있는 복사-전용 조리 모드; 및 3) 시스템(800)(도 8 참조)의 가스 가열 시스템(880)을 이용할 수 있는 가스-전용 조리 모드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들로서, 복합형 열적 및 RF 조리 모드는 하기의, 전술한 모드들: 즉, 1) 복합형 컨벡션 및 RF 조리 모드; 2) 복합형 복사 및 RF 조리 모드; 3) 복합형 컨벡션, 복사, 및 RF 조리 모드; 4) 복합형 가스 및 RF 조리 모드; 및 5) 복합형 컨벡션, 가스, 및 RF 조리 모드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기의 모드들 외에, 컨벡션 시스템이 다른 유형의 열적 조리 시스템과 결합되는 경우, 하기의 추가적인 모드들: 즉, 1) 복합형 컨벡션 및 복사 조리 모드; 및 2) 복합형 컨벡션 및 가스 조리 모드도 이용 가능할 수 있다.
사용자가 열적 가열 시스템(예컨대, 컨벡션 시스템(160, 660 또는 860), 복사 가열 시스템(680), 또는 가스 가열 시스템(880))을 이용하는 조리 모드를 선택하는 경우, 사용자는 제어 패널 또는 사용자 인터페이스와의 상호작용을 통해 바람직한 캐비티(오븐) 온도(또는 온도 설정점)를 입력하도록 유도되거나 또는 입력하는 것이 가능해질 수 있다. 대안으로서, 캐비티 온도 설정점은 시스템에 의해 달리 취득되거나 결정될 수도 있다.
조리 모드, 및 가능할 경우, 온도 설정점을 선택하고, 시작 지시를 수신한 후에, 수행되는 나머지 프로세스 단계는 어느 조리 모드가 선택되었는지에 따른다. 열적-전용 조리 모드 선택(예컨대, 컨벡션-전용, 복사-전용, 및 가스-전용 조리 모드)으로 시작해서, 블록(1630)에서, 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 호스트/열적 시스템 제어기(952, 1252))는 열적 가열 시스템(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8, 도 9, 도 12의 컨벡션 시스템(160), 복사 가열 시스템(680), 가스 가열 시스템(880), 열적 조리 시스템(950, 1250))의 열적 가열 컴포넌트(예컨대, 도 9, 도 12의 열적 가열 컴포넌트(954, 1254))를 활성화한다. 열적 가열 컴포넌트는, 활성화되면, 오븐 캐비티 내의 공기를 가열하기 시작한다. 컨벡션 조리 모드가 선택될 경우, 시스템 제어기는 컨벡션 시스템의 팬(예컨대, 도 9, 도 12의 팬(958, 1258))을 또한 활성화한다. 일정 시간이 지나면, 오븐 캐비티가 온도 설정점까지 예열될 것이다.
블록(1632)에서, 오븐 온도는 온도 설정점으로 유지된다. 예를 들어, 실시형태에 있어서, 열적 가열 컴포넌트 및 시스템 서모스탯(예컨대, 도 9, 도 12의 서모스탯(956, 1256)), 그리고 가능하게는 호스트/열적 시스템 제어기를 포함하는 폐루프 또는 피드백 기반 시스템은 지속적으로 또는 주기적으로 오븐 캐비티 내의 공기 온도를 모니터링할 수 있고, 공기 온도가 온도 설정점보다 낮을 경우, 열적 가열 시스템을 활성화된 상태로 유지할 수 있다. 반대로, 공기 온도가 온도 설정점보다 높을 경우, 시스템은 열적 가열 컴포넌트를 일시적으로 비활성화할 수 있으며, 이후, 공기 온도를 계속해서 모니터링할 수 있다. 공기 온도가 온도 설정점보다 낮게 떨어졌을 때, 열적 가열 컴포넌트가 다시 활성화되어 공기 온도를 다시 높일 수 있다. 이후, 이 프로세스는 히스테리시스 루프로 계속될 수 있다.
오븐 온도가 유지됨에 따라, 호스트/열적 시스템 제어기는 블록(1634)에서, 중단 또는 종료 조건이 발생했는지의 여부를 평가할 수 있다. 실제로, 중단 또는 종료 조건이 발생했는지의 여부에 대한 결정은 가열 프로세스 동안 임의의 시점에 발생할 수 있는 인터럽트 구동 프로세스일 수 있다. 그러나, 이를 도 16의 흐름도에 포함시키기 위해, 해당 프로세스는 블록(1632) 이후에 발생하는 것으로 도시된다.
어떤 경우이든 간에, 일부 조건은 가열 동작의 일시적인 중단을 보증할 수 있으며, 그 밖의 조건들은 가열 동작의 완전한 종료를 보증할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 가열 프로세스 동안 시스템 도어(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 도어(116, 616, 816))가 열렸을 경우에 일시적인 중단 조건이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 17은 예시적인 실시형태에 따른, 가열 시스템 도어의 상태와 연관되는 일시적인 중단 프로세스를 수행하는 방법의 흐름도이다. 해당 프로세스는, 예를 들어, 호스트/열적 시스템 제어기가 블록(1702)에서 시스템 도어가 열렸다는 것을 검출할 경우, 인터럽트에 의해 트리거될 수 있다. 예를 들어, 도어의 열림은 안전 인터로크가 해제될 경우(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 래칭 기구(118, 618, 818)가 상응하는 고정 구조물(119, 619, 819)로부터 분리될 경우)에 검출될 수 있다.
시스템 도어가 열렸다는 것을 시스템이 검출할 경우, 블록(1704)에서, 호스트/열적 시스템 제어기가 가열 시스템 컴포넌트들 중 일부를 일시적으로 비활성화할 수 있다. 예를 들어, 선택된 조리 모드 동안 컨벡션 시스템이 활성화된 상태이면, 호스트/열적 시스템 제어기는 제어 신호를 컨벡션 팬에 송신해서 팬(및 가능하게는 컨벡션 팬 내의 통합 가열 요소)을 비활성화할 수 있다. 또한, 선택된 조리 모드 동안 복사 가열 시스템 또는 가스 가열 시스템이 활성화된 상태이면, 호스트/열적 시스템 제어기는 상응하는 복사 가열 요소(들) 또는 가스 버너(들)를 비활성화할 수 있다. 또한, 선택된 조리 모드 동안 RF 가열 시스템이 활성화된 상태이면, 호스트/열적 시스템 제어기는 시스템 전극(들)에 대한 RF 신호의 생성 및 제공을 중단하도록 RF 시스템 제어기를 호출하는 제어 신호를 RF 시스템 제어기에 송신할 수 있다.
블록(1704)에서 비활성화된 가열 시스템 컴포넌트는, 블록(1706)에서 결정되는 바와 같이, 시스템 도어가 후속하여 닫힐 때까지 비활성화된 상태를 유지한다. 예를 들어, 도어의 닫힘은 안전 인터로크가 다시 맞물리게 될 때(예컨대, 도 1, 도 6, 도 8의 래칭 기구(118, 618, 818)가 상응하는 고정 구조물(119, 619, 819)과 다시 맞물리게 될 때) 호스트/열적 시스템 제어기에 의해 검출될 수 있다. 시스템 도어가 닫히기 전에 선제적인 영구 종료 조건이 발생하지 않는 한, 호스트/열적 시스템 제어기는 시스템 도어가 닫혔다는 것을 검출한 후에 블록(1708)에서 가열 시스템 컴포넌트(예컨대, 컨벡션 팬, 복사 가열 요소(들), 가스 버너(들))를 다시 활성화하고, 프로세스가 블록(1634)(도 16 참조)으로 복귀한다.
블록(1634)을 다시 참조하면, 호스트/열적 시스템 제어기는 대안적으로 영구 중단(또는 종료) 조건이 발생했다고 결정할 수 있다. 예를 들어, 호스트/열적 시스템 제어기는, 사용자가 (예컨대, 도 9, 도 12의 사용자 인터페이스(992, 1292)를 통해) 설정한 타이머의 만료시에, 또는 가열 동작이 얼마나 오래 수행되어야 하는지에 대한 시스템 제어기의 추정치에 기초하여 호스트/열적 시스템 제어기에 의해 설정된 타이머의 만료시에, 종료 조건이 발생했다는 결정을 할 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태에 있어서, 그렇지 않으면, 호스트/열적 시스템 제어기가 가열 동작의 완료를 검출할 수 있다(예컨대, 적재물이 조리되었거나 원하는 온도에 도달했다는 결정이 이루어질 수 있음).
일시적인 중단 조건이 해결되었거나 또는 영구 중단(종료) 조건이 발생하지 않았으면, 가열 동작은 블록(1632 및 1634)을 반복적으로 수행함으로써 계속될 수 있다. 영구 중단(종료) 조건이 발생했을 경우에는, 블록(1636)에서, 호스트/열적 시스템 제어기가 열적 가열 시스템을 비활성화(턴 오프)한다. 또한, 호스트/열적 시스템 제어기는, 사용자 인터페이스로 하여금 (예컨대, 디스플레이 장치에 "완료(done)"를 디스플레이하거나, 또는 가청음을 제공함으로써) 종료 조건의 사용자-인지 가능 표시를 생성하게 하는 신호를 사용자 인터페이스(예컨대, 도 9, 도 12의 사용자 인터페이스(992, 1292))에 송신할 수 있다. 이후, 방법은 종료될 수 있다.
블록(1602)을 다시 참조하고, RF-전용 조리 모드 선택이 이루어졌을 경우의 프로세스 설명 다음으로 가면, 블록(1604)에서, 오븐 캐비티가 비어 있는지의 여부에 대한 결정이 먼저 이루어질 수 있다. 이 결정은, 이러한 조건 하에서의 RF 가열 시스템의 활성화는 시스템을 손상시킬 수 있기 때문에, 오븐 캐비티가 비어 있을 때에는(예컨대, 오븐 캐비티에 적재물이 배치되어 있지 않을 경우) RF 가열 시스템이 활성화되지 않도록 하기 위해, RF 가열 시스템 제어기(예컨대, 도 9, 도 12의 제어기(912, 1212))에 의해 이루어질 수 있다.
실시형태에 따르면, RF 가열 시스템 제어기는, 비교적 저전력 RF 신호를 RF 시스템 전극(들)(예컨대, 도 9, 도 12의 전극(940, 1240, 1242))에 제공하도록 RF 신호원(예컨대, 도 9, 도12의 RF 신호원(920, 1220))을 제어함으로써, 또한 비어 있는 캐비티 상태를 나타내는 신호를 전력 검출 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230, 1230', 1230"))로부터 수신함으로써, 캐비티가 비어 있는 상태라고 결정할 수 있다. 예를 들어, 비어 있는 캐비티 상태는 전력 검출 회로가 소정의 임계치를 초과하는 반사 전력을 검출할 때 표시될 수 있다. 또한 또는 대안으로서, RF 가열 시스템 제어기는 특정 정합 조건이 존재할 때(예컨대, 보정 프로세스 동안, 가변 임피던스 정합 회로망이 비어 있는 캐비티 상태와 연관된 특정 상태로 설정될 때) 비어 있는 캐비티 상태가 표시된다고 결정할 수 있다. 블록(1604)에서, 비어 있는 캐비티 상태가 검출되면, 블록(1606)에서, 비어 있는 캐비티 상태의 사용자-인지 가능 표시가 사용자 인터페이스를 통해 출력될 수 있고(예컨대, 메시지가 디스플레이될 수 있음), 저전력 RF 신호가 중단되고, RF 가열 시스템이 비활성화될 수 있다. RF 가열 시스템은 적어도 사용자가 캐비티에 적재물을 배치하는 것과 일치할 수 있는 시스템 도어가 열렸다가 다시 닫힐 때까지 비활성화된 상태를 유지할 수 있다. 이러한 시나리오에서는, 사용자가 다시 시작 지시를 제공했을 때, 블록(1604)이 반복될 수 있다.
블록(1604)에서 비어 있는 캐비티 상태가 검출되지 않으면(예컨대, 반사 전력이 캐비티 내에 적재물이 존재한다는 것을 나타냄), 블록(1608)에서, 가변 정합 회로망 보정 프로세스가 수행된다. 도 16의 흐름도를 복잡하게 만드는 것을 피하기 위해, 가변 회로망 보정 프로세스의 실시형태는 도 18에 도시된다.
가변 회로망 보정 프로세스는, 블록(1802)에서, RF 가열 시스템 제어기가 가변 정합 회로망(예컨대, 도 9 내지 도 14의 회로망(970, 1000, 1100, 1272, 1300, 1400))에 제어 신호를 제공해서 가변 정합 회로망에 대한 초기 구성 또는 상태를 설정할 때 시작한다. 제어 신호는 가변 정합 회로망 내에서 가변 인덕턴스 및/또는 커패시턴스(예컨대, 도 10, 도 13의 인덕턴스(1010, 1011, 1311, 1316, 1321), 및 도 11, 도 14의 커패시턴스(1144, 1148, 1413, 1418, 1424))의 값들에 영향을 준다. 예를 들어, 제어 신호는, RF 가열 시스템 제어기로부터의 제어 신호에 응답하는 한편, 가변 컴포넌트들의 인덕턴스 및 커패시턴스 값들을 증가 또는 감소시키기 위해 회로망에 대하여 서브-인덕턴스 및 서브-커패시턴스를 전환하도록 동작 가능한, 다양한 인덕턴스 및 커패시턴스에 걸친 바이패스 스위치의 상태에 영향을 줄 수 있다. 바람직하게는, 가변 정합 회로망의 초기 구성은 RF 신호원과 적재물 포함 캐비티 사이의 최적의 정합을 제공하도록 설정된다.
초기 가변 정합 회로망 구성이 설정되면, 시스템 제어기는, 필요에 따라, 정합의 품질을 나타내는 실제 측정치에 기초하여 수용 가능한 또는 최상의 정합을 찾도록 가변 임피던스 정합 회로망의 구성을 조정하는 프로세스(1810)를 수행할 수 있다. 실시형태에 따르면, 이 프로세스는, 블록(1812)에서, RF 신호원(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 신호원(920, 1220))으로 하여금 가변 임피던스 정합 회로망을 통해 비교적 저전력 RF 신호를 전극(들)(예컨대, 도 9, 도 12의 제1 전극(940) 또는 두 전극(1240, 1242))에 공급하게 하는 것을 포함한다. 시스템 제어기는 전원 및 바이어스 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 회로(926, 1226))로의 제어 신호를 통해 RF 신호 전력 레벨을 제어할 수 있고, 이 경우, 제어 신호는 전원 및 바이어스 회로로 하여금 바람직한 신호 전력 레벨과 일치하는 공급 및 바이어스 전압을 증폭기(예컨대, 도 9, 도 12의 증폭기 스테이지(924, 925, 1224))에 제공하게 한다. 예를 들어, 비교적 저전력 RF 신호는 약 10 W 내지 약 20 W 범위의 전력 레벨을 갖는 신호일 수 있지만, 다른 전력 레벨들이 대안으로서 사용될 수도 있다. 정합 조정 프로세스(1810) 동안의 비교적 저전력 레벨의 신호는 캐비티 또는 적재물을 손상시킬 위험(예컨대, 초기 정합이 높은 반사 전력을 야기하는 경우)을 줄이고, 가변 인덕턴스 회로망의 전환 컴포넌트들을 손상시킬 위험(예컨대, 스위치 접점들에 걸친 아크 발생에 기인함)을 줄이는 것이 바람직하다.
이후, 블록(1814)에서, 전력 검출 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230, 1230', 1230"))는 RF 신호원과 전극(들) 사이의 전송 경로(예컨대, 도 9, 도 12의 경로(928, 1228))를 따라 반사 및 (일부 실시형태에 있어서는) 순방향 전력을 측정하고, 이 측정치를 RF 가열 시스템 제어기에 제공한다. 이후, RF 가열 시스템 제어기는 반사 신호 전력과 순방향 신호 전력간의 비를 결정할 수 있으며, 해당 전력비에 기초하여 시스템에 대한 S11 파라미터 및/또는 VSWR 값을 결정할 수 있다. 시스템 제어기는 실시형태에 있어서, 장래의 평가 또는 비교를 위해, 수신된 전력 측정치(예컨대, 수신된 반사 전력 측정치, 수신된 순방향 전력 측정치, 또는 두 측정치 모두), 및/또는 계산된 비, S11 파라미터, 및/또는 VSWR 값을 저장할 수 있다.
블록(1816)에서, 시스템 제어기는 반사 전력 측정치, 및/또는 반사-대-순방향 신호 전력비, 및/또는 S11 파라미터, 및/또는 VSWR 값에 기초하여, 가변 임피던스 정합 회로망에 의해 제공되는 정합이 수용 가능한지의 여부(예컨대, 반사 전력이 임계치보다 낮거나, 또는 전력비가 10 % 이하이거나, 또는 측정치들 또는 값들이 일부 다른 기준들과 적절하게 비교됨)를 결정할 수 있다. 대안으로서, 시스템 제어기는 정합이 "최상의" 정합인지의 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. "최상의" 정합은, 예를 들어, 모든 가능한 임피던스 정합 회로망 구성에 대하여(또는 적어도 임피던스 정합 회로망 구성의 규정된 서브세트에 대하여) 반사 RF 전력(및 일부 실시형태에 있어서는 순방향 반사 RF 전력)을 반복적으로 측정하고, 어느 구성이 최저 반사 RF 전력 및/또는 최저 반사-대-순방향 전력비를 초래하는 구성인지를 결정함으로써 결정될 수 있다.
RF 가열 시스템 제어기가 정합이 수용 가능하지 않거나 촤상의 정합이 아니라고 결정하면, RF 가열 시스템 제어기는 블록(1818)에서 가변 임피던스 정합 회로망을 재구성함으로써 정합을 조정할 수 있다. 예를 들어, 이는 (예컨대, 가변 인덕턴스 회로망(1010, 1011, 1311, 1316, 1321)(도 10, 도 13 참조) 또는 가변 커패시턴스 회로망(1142, 1146, 1411, 1416, 1421)(도 11, 도 14 참조)으로 하여금 상이한 인덕턴스 또는 커패시턴스 상태를 갖게 함으로써, 또는 회로에 대하여 인덕터 또는 커패시터를 전환함으로써) 회로망으로 하여금 회로망 내의 가변 인덕턴스를 증가 및/또는 감소시키게 하는 제어 신호를 가변 임피던스 정합 회로망에 송신하는 것에 의해 달성될 수 있다. 가변 인덕턴스 회로망을 재구성한 후에, 블록(1816)에서 수용 가능한 또는 최상의 정합이 결정될 때까지 블록들(1814, 1816, 및 1818)이 반복적으로 수행될 수 있다.
수용 가능한 또는 최상의 정합이 결정되면, 흐름은 도 16으로 복귀하고, RF 가열 동작이 시작될 수 있다. RF 가열 동작의 시작은 블록(1610)에서, RF 신호원(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 신호원(920, 1220))에 의해 공급되는 RF 신호의 전력을 비교적 고전력 RF 신호로 증가시키는 것을 포함한다. 다시 한번, RF 가열 시스템 제어기는 전원 및 바이어스 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 회로(926, 1226))로의 제어 신호를 통해 RF 신호 전력 레벨을 제어할 수 있고, 이 경우, 제어 신호는 전원 및 바이어스 회로로 하여금 바람직한 신호 전력 레벨과 일치하는 공급 및 바이어스 전압을 증폭기(예컨대, 도 9, 도 12의 증폭기 스테이지(924, 925, 1224))에 제공하게 한다. 예를 들어, 비교적 고전력 RF 신호는 약 50 W 내지 약 500 W 범위의 전력 레벨을 갖는 신호일 수 있지만, 다른 전력 레벨들이 대안으로서 사용될 수도 있다.
이후, 블록(1614)에서, 측정 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 전력 검출 회로(930, 1230, 1230', 1230"))가 하나 이상의 전류, 하나 이상의 전압, RF 신호원과 전극(들) 사이의 전송 경로(예컨대, 도 9, 도 12의 경로(928, 1228))를 따르는 반사 전력 및/또는 순방향 전력과 같은 시스템 파라미터를 주기적으로 측정하고, 이들 측정치를 RF 가열 시스템 제어기에 제공한다. RF 가열 시스템 제어기는 반사 신호 전력과 순방향 신호 전력간의 비를 결정할 수 있으며, 해당 전력비에 기초하여 시스템에 대한 S11 파라미터 및/또는 VSWR 값을 결정할 수 있다. RF 가열 시스템 제어기는 실시형태에 있어서, 장래의 평가 또는 비교를 위해, 수신된 전력 측정치, 및/또는 계산된 비, 및/또는 S11 파라미터, 및/또는 VSWR 값을 저장할 수 있다. 실시형태에 따르면, 순방향 및 반사 전력의 주기적인 측정은 상당히 높은 주파수(예컨대, 밀리초 정도)에서 또는 상당히 낮은 주파수(예컨대, 초 정도)에서 취해질 수 있다. 예를 들어, 주기적인 측정을 취하기 위한 상당히 낮은 주파수는 10 초 내지 20 초마다 한 번 측정하는 비율일 수 있다.
블록(1616)에서, RF 가열 시스템 제어기는, 하나 이상의 반사 신호 전력 측정치, 하나 이상의 계산된 반사-대-순방향 신호 전력비, 하나 이상의 계산된 S11 파라미터, 및/또는 하나 이상의 VSWR 값에 기초하여, 가변 임피던스 정합 회로망에 의해 제공되는 정합이 수용 가능한 것인지의 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, RF 가열 시스템 제어기는 이러한 결정을 함에 있어서 단일의 반사 신호 전력 측정치, 단일의 계산된 반사-대-순방향 신호 전력비, 단일의 계산된 S11 파라미터, 또는 단일의 VSWR 값을 사용할 수 있거나, 또는 이러한 결정을 함에 있어서 다수의 이전에 수신된 반사 신호 전력 측정치, 이전에 계산된 반사-대-순방향 전력비, 이전에 계산된 S11 파라미터, 또는 이전에 계산된 VSWR 값의 평균(또는 다른 계산)을 취할 수 있다. 정합이 수용 가능한 것인지의 여부를 결정하기 위해, RF 가열 시스템 제어기는 수신된 반사 신호 전력, 계산된 비, S11 파라미터, 및/또는 VSWR 값을, 예를 들어, 하나 이상의 상응하는 임계치와 비교할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, RF 가열 시스템 제어기는 수신된 반사 신호 전력을, 예를 들어, 순방향 신호 전력의 5 %(또는 일부 다른 값)의 임계치와 비교할 수 있다. 순방향 신호 전력의 5 %보다 낮은 반사 신호 전력은 정합이 수용 가능한 상태임을 나타낼 수 있고, 5 %보다 높은 비는 정합이 더 이상 수용 가능하지 않다는 것을 나타낼 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, RF 가열 시스템 제어기는 계산된 반사-대-순방향 신호 전력비를 10 %(또는 일부 다른 값)의 임계치와 비교할 수 있다. 10 %보다 낮은 비는 정합이 수용 가능한 상태임을 나타낼 수 있고, 10 %보다 높은 비는 정합이 더 이상 수용 가능하지 않다는 것을 나타낼 수 있다. 측정된 반사 전력, 계산된 비 또는 S11 파라미터, 또는 VSWR 값이 수용 불가능한 정합을 나타내는 상응하는 임계치보다 크면(즉, 비교가 부적절함), RF 가열 시스템 제어기는 프로세스(1608)(예컨대, 도 17의 프로세스)를 다시 수행함으로써 가변 임피던스 정합 회로망의 재구성을 개시할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가변 임피던스 정합 회로망에 의해 제공되는 정합은 적재물이 가온되는 데 따른 적재물(예컨대, 도 9, 도 12의 적재물(964, 1264))의 임피던스 변화로 인해 가열 동작의 과정에 걸쳐 저하될 수 있다. 가열 동작의 과정에 걸쳐, 캐비티 정합 인덕턴스 또는 커패시턴스를 조정하는 한편, RF 신호원 인덕턴스 또는 커패시턴스를 조정함으로써 최적의 캐비티 정합이 유지될 수 있다는 점이 관찰되었다.
실시형태에 따르면, 가변 임피던스 정합 회로망을 재구성하는 반복 프로세스에 있어서, RF 가열 시스템 제어기는 이러한 경향을 고려할 수 있다. 특히, 블록(1608)에서 가변 임피던스 정합 회로망을 재구성하는 것에 의해 정합을 조정할 때, RF 가열 시스템 제어기는 초기에 (캐비티 정합에 대한) 보다 낮은 인덕턴스 및 (RF 신호원 정합에 대한) 보다 높은 인덕턴스에 대응하는 캐비티 및 RF 신호원 정합에 대한 가변 인덕턴스 회로망의 상태를 선택할 수 있다. 실시형태들에 있어서, 캐비티 및 RF 신호원에 대한 가변 커패시턴스 회로망을 이용하는 유사한 프로세스가 수행될 수 있다. 예상 최적 정합 궤적을 따르는 경향이 있는 임피던스를 선택함으로써, 가변 임피던스 정합 회로망 재구성 프로세스(1608)를 수행하는 시간이, 이러한 경향을 고려하지 않는 재구성 프로세스에 비해 감소될 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 대신에 RF 가열 시스템 제어기는 수용 가능한 구성을 결정하기 위해 인접 구성을 반복적으로 테스트할 수 있다.
실제로, 모든 가능한 가변 임피던스 정합 회로망 구성을 테스트하는 것을 포함하여, 수용 가능한 임피던스 정합을 갖도록 RF 가열 시스템 제어기가 시스템을 재구성하는 데 사용할 수 있는 다양한 상이한 검색 방법이 존재한다. 수용 가능한 구성을 검색하는 임의의 합리적인 방법은 본 발명의 청구 대상의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다. 어떤 경우이든 간에, 수용 가능한 정합이 다시 블록(1608)에서 설정되면, 가열 동작이 블록들(1610 및 1614)에서 재개되고, 프로세스가 계속 반복된다.
블록(1616)을 다시 참조하면, RF 가열 시스템 제어기가 하나 이상의 반사 전력 측정치, 하나 이상의 계산된 반사-대-순방향 신호 전력비, 하나 이상의 계산된 S11 파라미터, 및/또는 하나 이상의 VSWR 값에 기초하여, 가변 임피던스 정합 회로망에 의해 제공되는 정합이 여전히 수용 가능하다고 결정하면(예컨대, 반사 전력 측정치, 계산된 비, S11 파라미터, 또는 VSWR 값이 상응하는 임계치보다 작거나, 또는 비교가 적절함), RF 가열 시스템 제어기 및/또는 호스트/열적 시스템 제어기는 블록(1618)에서 중단 또는 종료 조건이 발생했는지의 여부를 평가할 수 있다. 실제로, 중단 또는 종료 조건이 발생했는지의 여부에 대한 결정은 가열 프로세스 동안 임의의 시점에 발생할 수 있는 인터럽트 구동 프로세스일 수 있다. 그러나, 이를 도 16의 흐름도에 포함시키기 위해, 해당 프로세스는 블록(1616) 이후에 발생하는 것으로 도시된다. 블록(1618)은 앞서 논의되었던 도 17의 흐름도에서의 일시적인 중단 조건에 대한 관련 논의 및 블록(1636)과 실질적으로 동일할 수 있다. 간략화를 위해, 해당 논의를 여기서는 반복하지 않지만, 동일하게 적용되도록 의도된다.
일시적인 중단 조건이 해결되었거나 또는 영구 중단 조건이 발생하지 않았으면, 블록들(1614 및 1616)(및 필요에 따라, 정합 회로망 재구성 프로세스(1608))을 반복적으로 수행함으로써 가열 동작을 계속할 수 있다. 영구 중단(종료) 조건이 발생하면, 블록(1620)에서, RF 가열 시스템 제어기는 RF 신호원에 의한 RF 신호의 공급이 중단되게 한다. 예를 들어, RF 가열 시스템 제어기는 RF 신호 발생기(예컨대, 도 9, 도 12의 RF 신호 발생기(922, 1222))를 비활성화할 수 있거나, 및/또는 전원 및 바이어스 회로(예컨대, 도 9, 도 12의 회로(926, 1226))가 공급 전류를 제공하는 것을 중단시킬 수 있다. 또한, 호스트/열적 시스템 제어기는, 사용자 인터페이스로 하여금 (예컨대, 디스플레이 장치에 "완료(done)"를 디스플레이하거나, 또는 가청음을 제공함으로써) 종료 조건의 사용자-인지 가능 표시를 생성하게 하는 신호를 사용자 인터페이스(예컨대, 도 9, 도 12의 사용자 인터페이스(992, 1292))에 송신할 수 있다. 이후, 방법은 종료될 수 있다.
블록(1602)을 다시 한번 참조하면, 열적 가열 시스템 및 RF 가열 시스템 모두의 활성화를 포함하는 복합형 열적 및 RF 조리 모드가 선택되었을 경우, 전술한 열적 조리 프로세스(즉, 블록(1630, 1632, 1634)을 포함) 및 RF 조리 프로세스(즉, 블록(1604, 1606, 1608, 1610, 1614, 1616, 1618))가 병행하여 동시에 수행된다. 보다 구체적으로, 호스트/열적 시스템 제어기가 적절한 열적 가열 시스템을 제어해서 오븐 캐비티 내의 공기를 가열하는 동시에, RF 시스템 제어기가 RF 가열 시스템을 제어해서 RF 에너지를 오븐 캐비티 내로 복사한다. 조리 프로세스의 일부 기간 동안, 열적 가열 시스템 또는 RF 가열 시스템의 어느 하나는 일시적으로 비활성화될 수 있는 반면, 나머지 시스템은 활성화된 상태를 유지한다. 열적 가열 시스템 및 RF 가열 시스템의 활성화 상태의 전체적인 제어는 실시형태에 있어서, 호스트/열적 시스템 제어기에 의해 수행될 수 있다.
열적 가열 시스템에 의한 열적 조리와 함께 RF 가열 시스템에 의한 RF 용량성 조리를 결합하는 시스템의 실시형태의 구현은 종래의 시스템에 비해 상당한 성능상의 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 19 및 도 20은 제각기 컨벡션-전용 조리 프로세스 동안 및 복합형 컨벡션 및 RF 조리 프로세스 동안 초기에 냉동 및 냉장된 식품 적재물의 내부 온도를 나타내는 차트이다.
먼저, 도 19를 참조하면, 차트(1900)는 초기 냉동 상태의 닭에 대하여 조리 시간(수평 축선을 따라 분 단위로)에 대한 내부 적재물 온도(수직 축선을 따라 섭씨 온도로)를 나타낸다. 구체적으로, 트레이스(1910)는 컨벡션-전용 가열 프로세스를 사용해서 적재물을 가열했을 때의 시간에 대한 내부 적재물 온도를 나타내고, 트레이스(1920)는 RF 가열 시스템 및 컨벡션 가열 시스템(예컨대, 도 1의 시스템(100))을 모두 포함하는 가열 장치의 실시형태를 사용해서 적재물을 가열했을 때의 시간에 대한 내부 적재물 온도를 나타낸다. 트레이스(1910)는 컨벡션-전용 가열 프로세스가 적재물의 내부 온도를 약 섭씨 -20도로부터 약 108분에 약 섭씨 80도까지 상승시킨 것을 도시한다. 대조적으로, 트레이스(1920)는 복합형 RF 및 컨벡션 가열 프로세스가 적재물의 내부 온도를 약 섭씨 -20도로부터 약 62분에 약 섭씨 80도까지 상승시킨 것을 도시하며, 이는 초기 냉동 상태의 적재물에 대하여 상당한 조리 시간의 감소를 나타낸다.
다음으로, 도 20을 참조하면, 차트(2000)는 초기 냉장 상태의 닭에 대하여 조리 시간(수평 축선을 따라 분 단위로)에 대한 내부 적재물 온도(수직 축선을 따라 섭씨 온도로)를 나타낸다. 구체적으로, 트레이스(2010)는 컨벡션-전용 가열 프로세스를 사용해서 적재물을 가열했을 때의 시간에 대한 내부 적재물 온도를 나타내고, 트레이스(2020)는 RF 가열 시스템 및 컨벡션 가열 시스템(예컨대, 도 1의 시스템(100))을 모두 포함하는 가열 장치의 실시형태를 사용해서 적재물을 가열했을 때의 시간에 대한 내부 적재물 온도를 나타낸다. 트레이스(2010)는 컨벡션-전용 가열 프로세스가 적재물의 내부 온도를 약 섭씨 5도로부터 약 75분에 약 섭씨 75도까지 상승시킨 것을 도시한다. 대조적으로, 트레이스(2020)는 복합형 RF 및 컨벡션 가열 프로세스가 적재물의 내부 온도를 약 섭씨 5도로부터 약 36분에 약 섭씨 75도까지 상승시킨 것을 도시하며, 이는 마찬가지로 상당한 조리 시간의 감소를 나타낸다.
따라서, 도 19 및 도 20에서 묘사되는 결과를 고려해 볼 때, 복합형 RF 및 열적 가열 시스템을 포함하는 본 발명의 청구 대상의 실시형태들의 구현이 종래의 시스템에 비해 상당히 감소된 조리 시간을 달성할 수 있음이 자명하다.
본 명세서에 포함되는 다양한 도면들에 도시되는 연결 라인들은 다양한 요소들 사이의 예시적인 기능적 관계 및/또는 물리적 결합을 나타내기 위한 것이다. 본 청구 대상의 실시형태에 있어서는 많은 대안적인 또는 추가적인 기능적 관계 또는 물리적 연결이 존재할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 특정 용어는 본 명세서에서는 단지 참조를 위해 사용될 수도 있기 때문에, 한정하려는 것이 아니고, 구조를 지칭하는 "제1", "제2" 및 그 밖의 이러한 수치로 나타낸 용어는 문맥상 명확하게 지시되지 않는 한 계열성 또는 순서를 의미하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "노드"는 정해진 신호, 논리 레벨, 전압, 데이터 패턴, 전류, 또는 수량이 존재하는 임의의 내부 또는 외부 기준점, 연결점, 접합부, 신호 라인, 전도성 요소 등을 의미한다. 더욱이, 2개 이상의 노드는 하나의 물리적 요소에 의해 실현될 수 있다(그리고, 2개 이상의 신호가 공통 노드에서 수신 또는 출력되더라도 다중화, 변조, 내지는 구별될 수 있음).
전술한 설명은 요소들 또는 노드들 또는 특징구조들이 함께 "연결"되거나 또는 "결합"됨을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 명확하게 언급되지 않는 한, "연결"된다는 것은 하나의 요소가 다른 요소에 직접적으로 연결된다는 것(또는 직접적으로 통신된다는 것)을 의미하며, 반드시 기계적으로 연결된다는 것은 아니다. 마찬가지로, 달리 명확하게 언급되지 않는 한, "결합"된다는 것은 하나의 요소가 다른 요소에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다는 것(또는 직접적으로 또는 간접적으로 통신된다는 것)을 의미하며, 반드시 기계적으로 연결된다는 것은 아니다. 따라서, 도면에 도시된 개략도는 요소들의 예시적인 일 배치구조를 묘사하고 있지만, 묘사된 청구 대상의 실시형태에는 추가적인 개재 요소들, 장치들, 특징구조들, 또는 컴포넌트들이 존재할 수 있다.
가열 시스템의 실시형태는 적재물을 내포하도록 구성되는 캐비티, 캐비티와 유체 연통하며 공기를 가열하도록 구성되는 열적 가열 시스템, 및 RF 가열 시스템을 포함한다. RF 가열 시스템은 RF 신호를 생성하도록 구성되는 RF 신호원, 캐비티를 가로질러 위치하며 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 전극, RF 신호원과 제1 및 제2 전극 중 하나 이상의 전극 사이에 전기적으로 결합되는 전송 경로, 및 전송 경로를 따라 RF 신호원과 하나 이상의 전극 사이에 전기적으로 결합되는 가변 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 RF 신호를 수신하고 RF 신호를 캐비티 내로 복사되는 전자기 에너지로 변환한다.
적재물을 내포하도록 구성되는 캐비티를 포함하는 가열 시스템을 동작하는 방법의 실시형태는 캐비티와 유체 연통하는 열적 가열 시스템에 의해 캐비티 내의 공기를 가열하는 단계를 포함한다. 방법은, 캐비티 내의 공기를 가열함과 동시에, RF 신호원에 의해, 캐비티를 가로질러 위치하며 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 전극과 RF 신호원 사이에 전기적으로 결합되는 전송 경로에 하나 이상의 RF 신호를 공급하는 단계를 더 포함한다. 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 RF 신호를 수신하고 RF 신호를 캐비티 내로 복사되는 전자기 에너지로 변환한다. 방법은 전력 검출 회로에 의해, 전송 경로를 따라 반사 신호 전력을 검출하는 단계, 및 제어기에 의해, 가변 임피던스 정합 회로망의 하나 이상의 컴포넌트의 하나 이상의 컴포넌트 값을 수정해서 반사 신호 전력을 감소시키는 단계를 더 포함한다.
전술한 상세한 설명에서는 적어도 하나의 예시적인 실시형태가 제시되었지만, 다양한 변현이 존재한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시형태 또는 실시형태들은 어떤 식으로든 청구항의 청구 대상의 범위, 적용 가능성, 또는 구성을 제한하려는 것이 아님을 또한 이해해야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 당업자에게 전술한 실시형태 또는 실시형태들을 구현하기 위한 편리한 지침을 제공할 것이다. 청구항들에 의해 규정되는 범위로부터 일탈함이 없이, 요소들의 기능 및 배치구조에 있어서 본 특허 출원의 출원시의 기지의 등가물 및 예측 가능한 등가물을 포함하는 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
Claims (19)
- 가열 시스템으로서,
적재물을 내포하도록 구성되는 캐비티;
상기 캐비티와 유체 연통하는 열적(thermal) 가열 시스템― 상기 열적 가열 시스템은 공기를 가열하도록 구성됨 ―; 및
무선 주파수(RF) 가열 시스템을 포함하고,
상기 RF 가열 시스템은:
RF 신호를 생성하도록 구성되는 RF 신호원,
상기 캐비티를 가로질러 위치하며 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 전극― 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 상기 캐비티 내로 복사되는 전자기 에너지로 변환함 ―,
상기 RF 신호원과 상기 제1 및 제2 전극 중 하나 이상의 전극 사이에 전기적으로 결합되는 전송 경로, 및
상기 전송 경로를 따라 상기 RF 신호원과 상기 하나 이상의 전극 사이에 전기적으로 결합되는 가변 임피던스 정합 회로망을 포함하는
가열 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 RF 신호원은 고체 전력 증폭기를 포함하고, 상기 RF 신호는 10.0 MHz 내지 100 MHz 범위의 주파수를 갖는
가열 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 RF 가열 시스템은:
상기 전송 경로를 따라 반사 신호 전력을 검출하도록 구성되는 전력 검출 회로; 및
상기 전력 검출 회로 및 상기 가변 임피던스 정합 회로망에 전기적으로 결합되는 RF 가열 시스템 제어기를 더 포함하고, 상기 RF 가열 시스템 제어기는 상기 반사 신호 전력에 기초하여, 상기 임피던스 정합 회로망의 가변 컴포넌트 값들을 수정해서 상기 반사 신호 전력을 감소시키도록 구성되는
가열 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 전력 검출 회로는 상기 전송 경로를 따라 순방향 신호 전력을 검출하도록 더 구성되고;
상기 RF 가열 시스템 제어기는 상기 임피던스 정합 회로망의 상기 가변 컴포넌트 값들을 수정해서 상기 반사 신호 전력을 감소시키고 상기 순방향 신호 전력을 증가시키도록 구성되는
가열 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 RF 가열 시스템은 언밸런스형(unbalanced) 시스템이고,
상기 전송 경로는 상기 RF 신호원과 상기 제1 전극 사이에 전기적으로 결합되고;
상기 제2 전극은 접지 기준에 결합되는
가열 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 가변 임피던스 정합 회로망은 하나 이상의 가변 인덕터를 포함하는 싱글-엔드형(single-ended) 회로망이고, 상기 RF 가열 시스템 제어기는 상기 반사 신호 전력에 기초하여 상기 하나 이상의 가변 인덕터의 인덕턴스 값들을 수정해서 상기 반사 신호 전력을 감소시키도록 구성되는
가열 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 가변 임피던스 정합 회로망은 하나 이상의 가변 커패시터를 포함하는 싱글-엔드형 회로망이고, 상기 RF 가열 시스템 제어기는 상기 반사 신호 전력에 기초하여 상기 하나 이상의 가변 커패시터의 커패시턴스 값들을 수정해서 상기 반사 신호 전력을 감소시키도록 구성되는
가열 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 RF 가열 시스템은 밸런스형(balanced) 시스템이고,
상기 전송 경로는 상기 RF 신호원과 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 모두와의 사이에 전기적으로 결합되는
가열 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 가변 임피던스 정합 회로망은 하나 이상의 가변 인덕터를 포함하는 더블-엔드형(double-ended) 회로망이고, 상기 RF 가열 시스템 제어기는 상기 반사 신호 전력에 기초하여 상기 하나 이상의 가변 인덕터의 인덕턴스 값들을 수정해서 상기 반사 신호 전력을 감소시키도록 구성되는
가열 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 가변 임피던스 정합 회로망은 하나 이상의 가변 커패시터를 포함하는 더블-엔드형 회로망이고, 상기 RF 가열 시스템 제어기는 상기 반사 신호 전력에 기초하여 상기 하나 이상의 가변 커패시터의 커패시턴스 값들을 수정해서 상기 반사 신호 전력을 감소시키도록 구성되는
가열 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열적 가열 시스템은 컨벡션 가열 시스템을 포함하는
가열 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열적 가열 시스템은 하나 이상의 복사 가열 요소를 포함하는 복사 가열 시스템을 포함하는
가열 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 캐비티와 상기 하나 이상의 가열 요소 중 제1 복사 가열 요소 사이에 물리적으로 위치하고, 상기 제1 전극은 상기 복사 가열 요소와 상기 캐비티 사이에서 공기가 흐를 수 있게 하는 하나 이상의 개구를 포함하는
가열 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 열적 가열 시스템은:
상기 캐비티 내에서 상기 하나 이상의 복사 가열 요소에 의해 가열되는 상기 공기를 순환시키는 컨벡션 팬을 더 포함하는
가열 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열적 가열 시스템은 하나 이상의 가스 버너를 포함하는
가열 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 하부 캐비티 표면보다 높은 높이에서 상기 캐비티에 삽입된 선반의 적어도 일부를 형성하는
가열 시스템.
- 적재물을 내포하도록 구성되는 캐비티를 포함하는 가열 시스템을 동작하는 방법으로서,
상기 캐비티와 유체 연통하는 열적 가열 시스템에 의해 상기 캐비티 내의 공기를 가열하는 단계;
상기 캐비티 내의 공기를 가열함과 동시에, 무선 주파수(RF) 신호원에 의해, 상기 캐비티를 가로질러 위치하며 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 전극과 상기 RF 신호원 사이에 전기적으로 결합되는 전송 경로에 하나 이상의 RF 신호를 공급― 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 상기 캐비티 내로 복사되는 전자기 에너지로 변환함 ―하는 단계;
전력 검출 회로에 의해, 상기 전송 경로를 따라 반사 신호 전력을 검출하는 단계; 및
제어기에 의해, 가변 임피던스 정합 회로망의 하나 이상의 컴포넌트의 하나 이상의 컴포넌트 값을 수정해서 상기 반사 신호 전력을 감소시키는 단계를 포함하는
방법.
- 제17항에 있어서,
상기 열적 가열 시스템은 컨벡션 가열 시스템, 복사 가열 시스템, 및 가스 가열 시스템으로부터 선택되는
방법.
- 제17항에 있어서,
상기 하나 이상의 컴포넌트 값을 수정하는 것은 하나 이상의 가변 인덕터 및 하나 이상의 가변 커패시터로부터 선택되는 하나 이상의 컴포넌트의 하나 이상의 컴포넌트 값을 수정하는 것을 포함하는
방법.
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