KR910006171B1 - 고주파 가열장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고주파 가열장치

제1도는 인버어터방식전원에 기초한 종래의 고주파 가열장치의 일실시예를 설명하는 개략회로도.

제2도는 본 발명의 일실시예의 설명도.

제3a∼c도는 제2도에 나타낸 실시예의 작동설명도.

제4도는 본 발명의 일실시예의 설명도.

제5도는 종래기술의 설명도.

제6도는 종래 실시예의 작동을 나타내는 설명도.

제7도는 본 발명의 실시예를 나타내는 특성도.

제8도는 실시예의 작동을 기술하는 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상용교류전원 10 : 정류회로

20 : 변압기 30 : 스위칭소자

40 : 축전기 50 : 다이오드

60 : 변류기 70 : 전압비교기

80 : 마그네트론 90 : 전류값 검출회로

100 : 전류값 검출회로

본 발명은 일반적으로 비용을 절감하기 위해서, 중량을 감소시켜 전원부를 최소화하고 출력제어부를 단순화하여 크기를 축소하여 전자 레인지에 적합한 마그네트론용 전원, 특히 마그네트론의 출력이 간헐적 정지를 포함하여 넓은 범위내에 변동할때에도 마그네트론의 음극(필라멘트)의 수명이 단축되지 않는 마그네트론 전원에 관한 것이다.

마이크로파 가열장치용 고주파를 발생하는 마그네트론의 양극에 인가되는 직류고압을 얻기 위한 목적으로 상용교류주파수의 전압을 변압기로 승압하고 정류하는 방법에서, 변압기를 크고 무거워지려는 경향이 있다.

최근, 직류전압을 얻기위해 상용교류전압을 정류하고, 직류전압은 스위칭소자를 개폐하여 상용교류 주파수보다 높은 주파수전압으로 변환하고, 크기와 중량이 둘다 작은 변압기로 승압하고, 이 교류전압을 다시 한 번 정류하여 얻은 교직류전압을 마그네트론의 양극에 인가하는 방식으로 구성된 소위 인버어터방식전원을 사용하는 고주파수 가열장치가 활용되어 있다. 인버어터방식 전원에 따라서, 스위칭소자의 온/오프 시간비(충격비)를 제어하여 고효율로 출력을 쉽게 제어하는 것이 가능하다.

인버어터방식 전원을 사용하는 종래의 고주파 가열장치가 예를들면 일본국 특개소 제79345/1977에 공보되어 있다. 이런 형태의 고주파 가열장치에는 마그네트론의 양극 전류를 검출하는 양극 전류 검출기와 양극 전류검출기에서 전송된 신호에 따라 스위칭소자의 개폐충격비를 제어하는 충격제어부가 결합되어 있다.

전자레인지 등에 사용하는 고주파가열장치의 경우에 있어서, 대부분의 경우, 변압기의 2차권선을 가로지르는 교류고전압출력은 다이오드와 축전기의 조합으로 구성된 반파 또는 전파전압 이중정류기에 의해 출력을 직류전압으로 변환하여 마그네트론의 양극전원으로 사용한다. 이런 회로의 마그네트론 양극전류값이 상기 기술한 종래의 기술을 기초로 하여 검출하는 경우, 직류상태에도 불구하고 전류값으로 시간적으로 급격히 변동한다. 그러므로 통상, 측정되는 고압회로와 전류값 검출회로사이의 절연을 비교적 쉽게 설정하고 전력손실이 적은 변류기를 사용한다.

그러나, 변류기의 1차측면에 흐르는 마그네트론 양극전류는 이미 정류되었고 단향전류로 되므로, 변류기의 자기회로를 형성하는 코어를 포화하지 않기 위해 코어단면을 충분히 크게해야 한다. 이 구성은 전파정류회로를 사용하는 경우에 특히 필요하다.

전류값 검출회로의 일부상에서 변류기출력에는 직류성분이 존재하지 않으므로 직류재생회로로 제로수준조정을 실행해야 하므로 성분수의 증가를 초래한다.

제1도는 인버어터 방식전원으로 주어진 고주파를 변압기의 입력으로 제공하고 변압기의 2차측면상에 반파전압이중 정류회로를 사용하는 종래 고주파 가열장치의 일실시예를 설명하는 개략회로도이다. 참고숫자(1)은 상용교류전원, (10)은 정류회로, (20)은 변압기, (30)은 스위칭소자, (31)은 구동회로, (40)은 축전기, (50)은 다이오드, (60)은 변류기, (70)은 마그네트론에 대한 전류를 검출하는 전류값 검출회로(90)의 출력전압을 소정출력에 대응하여 미리 설정된 기준전압값과 비교하는 전압비교기, (80)은 마그네트론, (81)은 마그네트론용 가열장치전원, R1∼R5는 저항, D1은 다이오드, Q1과 Q2는 트랜지스터, 그리고 C1은 축전기를 표시한다. 변류기가 검출수단으로 사용되면 측정대상이 정류된 마그네트론 양극전류(직류)일지라도 출력 즉, 전류값 검출회로의 전류에는 직류성분이 존재하지 않는다. 이런 이유로 해서, 직류재생 회로로 제로수준조정을 실행한 후, 양극전류는 이것을 다이오드 D1로 클립핑하여 검출된다. 그결과 회로는 Q2, Q4, C1 등을 포함하는 다수의 성분을 요한다.

변류기의 1차측면에 흐르는 전류는 맥동하지만 단향전류이므로 변류기의 자기회로의 단면을 크게하여 포화된 자속이 없이 2차권선과 연결하는 자속은 충분히 변동한다. 이런이유로 해서 변류기의 코어는 출력에 대해 크게되고 결국 변압기는 무겁고 크기가 대형으로 되어 이것은 비용을 증대시킨다.

전류값 검출회로의 출력전압은 소정의 마그네트론 양극전류값이 대응하여 미리 정한 기준전압값에 전압비교기(70)로 비교한다. 소정값보다 높은 전류값의 전류가 흐르면 구동회로(31)는 전압비교기(70)의 출력으로 제어되어 스위칭소자의 충격비를 감소시키고 소정값보다 작으면 구동회로(31)는 충격비를 증가시키기 위해 제어된다. 즉, 구동회로(31)와 전압비교기(70)는 스위칭소자(30)용 제어회로를 형성하기 위해 조합된다.

상용 주파수변압기를 사용하여 마그네트론의 고양극전압을 얻기위해 종래의 마그네트론 전원을 사용할 경우, 지금까지 마그네트론의 출력은 전원을 간헐적으로 절연하여 조정되었다. 그러나, 마그네트론의 음극 필라멘트가 온, 오프될 때 특히, 간헐적작동주기가 감소될 경우에 필라멘트의 수명을 현저하게 감소되며, 일반적으로, 필라멘트용 변압기를 필라멘트를 일정하게 가열하기 위해 분리구성되어 상용주파수변압기는 무겁고 거대하다. 이것은 극복하기 위해 예를들면 일본 실용공개소 제107396호/1987에 공보된 바와같이, 최근에, 상용주파수전압을 정류하여 얻은 직류전압을 스위칭소자를 사용하여 고주파전압으로 변환하고, 직류전압을 상용주파수보다 고주파수를 지니는 교류전압으로 전환하는 인버어터회로를 사용하여 변압기의 중량과 배열을 감소시키고, 동시에 마그네트론의 마이크로파출력을 스위칭소자의 개폐시간비를 변화시켜 조정하는 방식으로 구성된 경량 인버어터방식 마그네트론 전원이 개발되어왔다.

상기 기술한 종래기술은 전자레인지 등의 고주파 가열에 마그네트론을 적용시키는 것을 목적으로 하며, 이 목적은 상용주파수전원을 사용하여 수십초 간격의 간헐적 작동을 기초로하여 가열되려는 물질에 주어지는 마이크로파출력을 제어하거나, 인버어터방식 전원을 사용하여 스위칭소자의 개폐시간비를 변화시키는 마이크로파출력을 제어하여 성취된다.

전자레인지 외에, 마그네트론을 사용하는 마이크로파 발생장치는 플라즈마 에칭장치, 스트로보스코프형태 고휘동발광 방출장치, 반도체 가공내 극점가열장치와 같은 공업장치를 포함한다. 몇몇 이들 장치는 마이크로파출력값의 정밀지에외에 출력의 고속스위칭을 요한다.

필라멘트 변압기가 분리 구성된, 마그네트론의 고양극 전압만을 스위칭하도록 설계된 전원은 이미 실사용되고 있으나 이런 형태의 전원은 크기가 거대하며 값비싸다.

본 발명의 일차적인 목적은 전류검출수단이 크기와 중량이 모두 크며 전류값 검출회로에 대한 다수의 성분을 필요로하는 종래의 인버어터 방식 마그네트론 전원내의 근본적인 문제점을 제거하여, 소형의 경량 전류검출수단과 구성이 단순하고 작은수의 성분을 요하는 전류값 검출회로를 사용하는 신규의 마그네트론 전원을 제공한다.

이것을 위해 본 발명의 한측면에 따라서, 마이크로파출력을 고속으로 간헐하고 또한 마이크로파출력의 양을 제어하는 기능의 마그네트론 전원을 제공한다.

상기 기술한 문제점을 제거하기 위해 본 발명의 다른측면에 따라서, 마그네트론의 소정의 제어된 출력을 얻기위해 마그네트론의 양극전류(정류된 후)를 검출하는 대신 변압기의 고전압 2차권선의 교류출력전류를 검출하는 수단을 설치하여 이 검출수단의 출력의 정 또는 부측면상에 클립핑 과정을 실행하여 구성을 단순화하고 전류값 검출회로의 성분수를 감소시키는 특징이 있는 마그네트론 전원을 제공한다.

상기 기술한 문제점을 해결하기 위한 관점으로 본 발명의 또 다른 측면에 따라서, 상용주파수의 전압을 정류하여 얻은 직류전압을 스위칭소자의 개폐작동으로 상용주파수보다 고주파수를 지니는 교류전압으로 전환하는 인버어터회로, 상기 교류전압을 1차권선에 입력하여 2차측면상의 마그네트론용 필라멘트에 대한 저전압출력과 양극용 고전압출력을 얻기위한 변압기, 스위칭소자의 개폐상태 동안의 시간을 제어하는 제어회로를 포함하는 마그네트론 전원을 제공한다. 이런 구성을 기초로하여, 마그네트론의 마이크로파출력의 조정은 크기조정뿐만 아니라 간헐적 작동조정을 포함하여 스위칭소자의 개폐시간비를 변화시킴으로서 실행된다. 전원은 마이크로파출력이 오프될때에도 변압기의 1차측면에 연속적으로 공급된다. 더욱 상세하게, 인버어터회로의 스위칭소자의 개방회로 주기가 비교적 증가하고 폐쇄회로주기가 비교적 감소할때에도, 마그네트론의 양극에 적용된 고전압 값은 일정임계값으로 감소하고 흐르는 양극전류는 없으며 마이크로파출력은 오프이다. 그러므로, 마이크로파출력의 고속간헐작동은 인버어터회로의 스위칭소자의 개폐시간비를 변화시켜 단순하게 실행될 수 있다.

본 발명의 다른 목적과 이점은 첨부한 도면과 관련한 다음의 설명동안 명확해진다.

고전압회로의 전류를 검출하는 검출수단으로서 본 발명에 따라, 1차 회로와 2차 회로 사이의 절연을 용이하게 하고 2차측면상의 전압기준점(예를들면 접지점)을 임의적으로 결정할 수 있는 변류기를 사용한다. 그러나, 변류기의 1차측면상에 흐르는 전류는 교류이므로, 변류기의 자기회로의 포화를 고려하는 필요성이 제거되어 소형, 경량의 변류기를 사용할 수 있다.

이 경우, 당연히 교류전압은 전류기의 2차측면상에서 발생한다. 그러나, 출력의 정 또는 부측면이 2차권선의 양단에 다이오드를 각각 접속시켜 클립핑되면, 전류값 검출회로는 단순화된다.

양극에 적용된 전압내의 비교적 작은 변동에 의해 마그네트론의 양극전류는 급격히 변동하고 양극에 적용된 전압값이 일정 임계값보다 작을 때 흐르는 것을 중단한다. 그결과 마이크로파출력은 얻어지지 않는다. 이 임계값은 상당히 크고, 마이크로파출력전류가 오프될때에도 상당한 전압이 음극필라멘트에 계속 적용된다. 즉, 마이크로파출력은 필라멘트 가열전압이 그렇게 작지 않은 상태에서 중단된다.

그러므로, 마이크로파출력의 고속간헐작동은 인버어터회로의 스위칭소자의 개폐시간비를 변화시켜 단순하게 실행가능하다. 이경우, 마그네트론의 필라멘트 가열조건내 변동은 그리 크지 않고 음극을 가열하는 변압기가 독립적으로 설치되지 않아도 문제점은 없다.

제2도는 본 발명의 일실시예를 설명하는 그림이다. (60)으로 일반적으로 표시된 변류기는 변압기(20)의 고전압 2차권선의 교류출력전류가 측정될 수 있으므로, 다이오드(50)보다 변압기(20)에 인접한 위치에 접속된다. 이런 이유로, 교류는 변류기(60)의 1차권선(이런 측정용 변압기에서, 1차권선의 암페어터언은 2차권선보다 현저하게 크고 자기회로의 자속상태는 1차측면 암페어터언으로 결정된다)을 통해 흐르므로, 자기회로코어의 포화에 대한 염려는 제거된다. 더욱이, 정류된 마그네트론 양극전류를 검출하는 종래의 장치와 비교할 때 변류기는 중량과 구성이 둘도 작다.

전류값 검출회로(100)에서, 다이오드(11), (12)는 변류기의 2차권선의 양단에 접속되고 출력전압의 부측면은 클립되어, 직류재생회로가 생략되어 구성을 단순화 한다.

상기 기술한 것 이외의 참고부호와 성분의 작동은 제1도의 경우와 동일하다.

제3도는 제2도에 나타낸 실시예의 작동을 설명하는 보조도이다. 제3(a)도는 스위칭소자(30)의 온/오프 작동을 나타낸다. 오프기간은, 회로를 구성하는 권선의 인덕턴스와 설명안된 공명용 축전기에 의해서 본질적으로 일정하고(그러나, 파고값은출력이 증대할 때 증가한다), 출력제어는 온기간을 제어하여 주로 실행된다. 제3(b)도는 변류기의 2차권선의 전류를 설명하며 제3(c)도는 전류값 검출회로의 검출된 전압을 나타낸다.

제4도는 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 제4도와 관련하여, 숫자(21)은 마그네트론의 양극 고전압권선과 필라멘트 저전압권선을 포함하는 고주파변압기를 표시하고 (32)는 스위칭소자, (13)은 정류기, (4)는 인버어터회로의 스위칭소자의 개폐시간비를 변화시켜 조정범위를 마이크로파출력 오프상태에서 최대출력상태까지 실행할 수 있는 출력 조정회로를 표시하며, (5)는 간헐작동시에 마이크로파출력시간과 오프시간을 결정하는 간헐작동회로, (80)은 마그네트론을 표시한다.

제5도와 관련하여, 이것은 1차측면상의 전원의 공급을 간헐하여 마이크로파출력을 조정하는 회로를 설명한다. 이 방법에서, 1차측면의 온되면 마그네트론은 작동하여 마이크로파출력을 발생하고, 1차측면이 오프되면 마그네트론은 작동하지 않는다. 이 방법에서 제6도에 서술한 바와같이, 마그네트론의 필라멘트는 에너지화상태 또는 비에너지화 상태로 되어 필라멘트온도는 크게 변동한다. 필라멘트 온도가 여러번 되풀이하여 변하면, 필라멘트의 수명, 즉, 마그네트론의 수명을 현저하게 감소된다. 일반적으로, 마그네트론의 필라멘트는 필라멘트의 일정한 최소의 개폐작동의 주어진 품질상태하에 보장되도록 제조된다. 간헐작동의 수가 크면 수명은 필라멘트의 열적주기에 의해 감소된다. 이런 이유로해서, 간헐작동 기간은 동일 변압기의 필라멘트권선과 고전압 권선을 설치하는 방법에서 최소한 대략 10초이다. 간헐작동이 10초보다 짧은 기간으로 실행되면, 주기수는 증가하고 그결과 수명은 감소한다. 그러므로, 마이크로파출력을 간헐할때에도 필라멘트는 필라멘트를 위해 준비된 다른 변압기상에 유지되어야 한다.

제4도에 나타낸 실시예에 따라서, 제7도에 나타낸(도면의 숫자값은 실시예로서 그속에 기입되며 제한되지 않는다) 특성은 인버어터회로의 스위칭소자의 동전시간을변화시켜 얻을수 있다. 스위칭소자의 통전시간이 25㎲이면, 500W의 출력이 얻어진다. 통전시간이 짧아짐에 따라 출력은 감소한다. 통전시간의 10㎲이면 출력은 0이 된다. 이때의 변압기의 출력전압은 마그네트론의 작동을 개시할때의 전압(이 실시예에서, 마그네트론의 기하학에 의해 대략 3.8KV로 결정됨)하에서 단지 감소하여 그리 낮지 않다. 반면에, 마그네트론의 필라멘트 전류는 본질적으로 필라멘트전압에 비례적이므로, 마그네트론의 양극 전압이 작동개시전압하에서 낮아진다해도 상당한 양의 필라멘트전류가 흐른다.

이런 상황하에서, 소정마이크로파출력을 얻기위해 스위칭소자의 동전시간을 조정하거나 대신에 변압기의 고전압출력이 마그네트론의 작동이 시작되고 마이크로파출력이 중지하는 전압 이하로 감소될때까지 감소시킨다. 이런방법에 의해, 필라멘트의 온도내 변동을 최소화하여 마그네트론의 수명을 조금도 감소시키지 않는 제8도에 설명된 간헐작동을 실행하는 것이 가능하다. 따라서, 상용주파수용 변압기의 1차권선상의 입력을 간헐하여 마이크로파출력을 조정하는 종래의 방법에서, 10초이내의 간헐작동의 기간은 얻을 수 없다. 그러나, 본 발명에 따라서, 1초이내 기간의 간헐작동을 충분히 실행할 수 있다.

상기 기술한 바, 본 발명에 따라서 마그네트론에 대한 입력전류를 검출하는 변류기의 크기와 중량이 작고 변류기의 2차측면상의 접속된 전류값 검출회로를 단순화한 저렴한 마그네트론 전원을 얻는 것이 가능하다.

본 발명에 따라서, 인버어터 회로 기부 마그네트론전원에서, 1초이내 기간의 간헐작동이 달성되어 마이크로파출력은 연속적으로 변화될 수 있으며 또한 소정 마이크로파출력과 결합된 소정간헐작동을 실행할 수 있다. 그러므로, 전자레인지 또는 공업적 작업상태에 요구된 요리상태에 부합할 수 있는 고성능의 소형경량 마그네트론전원을 얻는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예는 첨부한 도면과 관련하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이들 정밀 실시예에만 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위와 정신에 동떨어지지 않고 기술상의 숙련으로 다양한 변화와 변형을 실행할 수 있다.

Claims (5)

1. 상용교류주파수의 전압을 교류하여 얻은 직류를 스위칭소자에 의해 상기 상용주파수보다 고주파수의 교류전압으로 전환하여 변압기의 1차측면에 입력되고, 상기 변압기의 2차측면 고전압권선의 출력은 상기 출력을 정류한 후 마그네트론의 양극에 적용되는 마그네트론용 전원에 있어서, 상기 변압기의 상기 고전압 2차권선의 교류출력전류를 검출하는 검출수단을 포함하여 상기 검출수단의 출력의 정 또는 부측면을 클립핑하여 얻은 신호를 상기 스위칭소자의 제어회로에 적용하고 상기 마그네트론에 대한 전류를 소정의 미리 설정된 값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
2. 제1항에 있어서, 여기서, 상기 변압기의 상기 고전압교류 출력전류를 검출하는 상기 검출수단은 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
3. 제2항에 있어서, 여기서, 상기 출력의 상기 정 또는 부측면은 상기 변류기의 출력권선 양단에 접속된 다이오드에 의해 클립되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
4. 마그네트론용 전원은, 상용주파수 전압을 정류하여 얻는 직류전압을 스위칭소자의 개폐작동을 기초로 하여 상기 상용주파수보다 고주파수의 교류전압으로 전환하는 인버어터회로와, 상기 교류전압을 1차권선에 입력하여 2차 측면상의 상기 마그네트론에 대해 양극용 고전압출력과 필라멘트용 저전압출력을 얻기 위한 변압기와, 상기 스위칭소자의 개폐상태와 결합된 시간을 제어하는 제어회로와, 상기 마그네트론의 마이크로파출력의 온-오프상태뿐만 아니라 크기를 상기 스위칭소자의 개폐시간비를 변화시켜 조정하며 상기 마이크로파출력이 중단될때에도 상기 변압기의 1차측면에 전력이 연속적으로 공급되도록 하는 특징의 향상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 변압기의 2차측면 고전압권선의 교류출력전류를 검출하는 검출수단을 더욱 포함하며, 상기 검출수단의 출력의 정 또는 부측면을 클립핑하여 얻은 신호가 상기 스위칭소자의 제어회로에 적용되고 상기 마그네트론용 전류가 미리 설정된 소정값으로 제어되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열장치.

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