TWI589189B - 模組化微波電源供應器 - Google Patents

Description

模組化微波電源供應器

本案係關於一種微波電源供應器。

微波電源供應器的技術關鍵之一在於積熱冷卻，其目的在使變壓器及其他元件常處於較低溫之工作狀態，避免過熱燒毀並確保其效率。但隨著電源供應器之額定輸出功率的升級，其積熱隨之增加，而體積與表面積的比值(其後簡稱「體面比」)卻隨之減小，因此越發提高積熱冷卻的難度。

本案提供一種模組化微波電源供應器，該模組化微波電源供應器包含：複數個微波電源供應器模組；複數個隔離二極體。複數個微波電源供應器模組各包含：一磁共振變壓器；一共振電容器，耦接該磁共振變壓器；以及一整流二極體，耦接該共振電容器。各該複數個微波電源供應器模組分別與各該複數個隔離二極體之其中一極個別連接，而各該複數個隔離二極體之其中另一極互相共同連接，並且連接至一磁控管負載。

本案採多個單一微波電源供應器模組隔離並聯技術，組合升級成為一個可高功率輸出之微波電源供應器。

前文已頗為廣泛地概述本發明之特徵及技術優勢以便可更好地理解隨後的本發明之詳細描述。本發明之額外特徵及優勢將在下文中加以描述，且形成本發明之申請專利範圍的主題。熟習此項技術者應瞭解，所揭示之概念及特定實施例可易於用作修改或設計其他結構或程序以用於進行本發明之同樣目的之基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此等等效構造並不脫離如隨附申請專利範圍中所闡明之本發明之精神及範疇。

以下揭示內容提供許多不同的實施方式或範例，用於實施本申請案之不同特徵。元件與配置的特定範例之描述如下，以簡化本申請案之揭示內容。當然，這些僅為範例，並非用於限制本申請案。例如，以下描述在第二特徵上或上方形成第一特徵可包含形成直接接觸的第一與第二特徵之實施方式，亦可包含在該第一與第二特徵之間形成其他特徵的實施方式，因而該第一與第二特徵可並非直接接觸。此外，本申請案可在不同範例中重複元件符號與/或字母。此重複係為了簡化與清楚之目的，而非支配不同實施方式與/或所討論架構之間的關係。

再者，本申請案可使用空間對應語詞，例如「之下」、「低於」、「較低」、「高於」、「較高」等類似語詞之簡單說明，以描述圖式中一元件或特徵與另一元件或特徵的關係。空間對應語詞係用以包括除了圖式中描述的位向之外，裝置於使用或操作中之不同位向。裝置或可被定位(旋轉90度或是其他位向)，並且可相應解釋本申請案使用的空間對應描述。

本案為有效解決高功率微波電源供應器的積熱冷卻問題，乃採用多個單一微波電源供應器模組，使之組合升級而成高功率微波電源供應器。此舉將不改變電源供應器功率升級後之體面比，進而確保冷卻效果。另一方面，單一微波電源供應器模組適合量產，故其性價比可以得到優化。故當微波電源供應器的輸出功率以本案之方法予以升級後，單一微波電源供應器模組的優化性價比將得以保有。

為實現微波加熱工業化應用，茲利用單一微波電源供應器模組之諸元件的優化性價比，達成微波輸出功率升級的目的。本案乃採多個單一微波電源供應器模組隔離並聯技術，組合升級成為一個可高功率輸出之微波電源供應器。

如圖1A、1B所示，量產型微波電源供應器100、101的電路主要由一個磁共振變壓器以及一個半波倍壓共振電路所組成。如圖1A，微波電源供應器100包含微波電源供應器模組10、交流電源11(220V/60Hz)、磁控管負載12。如圖1B，微波電源供應器101包含微波電源供應器模組20、交流電源21(220V/60Hz)、磁控管負載22、磁控管燈絲電源27。微波電源供應器模組20包含磁共振變壓器23、半波倍壓共振電路24。半波倍壓共振電路24係由共振電容器25、整流二極體26所組成，共振電容器25連接整流二極體26的其中一極，該整流二極體26的另一極接地。其功率輸出隨時間變化如圖1C所示，橫軸為時間(單位為秒)，縱軸為輸出功率。其中磁共振變壓器23以及共振電容器25具有穩定功率輸出及提高功因(效率)之效果。

為求更大之微波功率輸出，將兩個單一微波電源供應器模組33、34之負載端直接予以並聯，其微波電源供應器102電路結構如圖2A所示。微波電源供應器102另包含兩組交流電源31、32、磁控管負載41、磁控管燈絲電源42。其中R及S為交流電源31、32兩個輸出端點之代號。微波電源供應器模組33包含磁共振變壓器35、共振電容器36、整流二極體37。微波電源供應器模組34包含磁共振變壓器38、共振電容器39、整流二極體40。並聯前後之輸出功率的時間變化如圖2B所示，橫軸為時間(單位為秒)，縱軸為功率輸出，其中並聯前兩個單一微波電源供應器模組33、34之輸出功率的時間變化分別以短虛線與長虛線表示，並聯後總輸出功率的時間變化則以實線表示。

並聯前後之效率量測結果顯示：並聯前，單一微波電源供應器模組33、34之效率為90%，並聯後整體電源供應器102效率為72%，效率損失18%。其原因肇始於兩個微波電源供應器模組33、34在時序上之相位不盡相同，其相位相異部份將構成短路，進而造成電路熱耗損，故效率損失，如圖2B所示。

如圖3A所示，本案之一實施例中，關鍵技術即在於消除功率疊加後的效率損失。關鍵技術在於將多個單一微波電源供應器模組53、54之負載端各裝置一枚隔離二極體58、62後，再予以並聯，該隔離二極體58、62之功能在於隔離兩個乃至多個單一微波電源供應器模組53、54，使之互不干擾，故其相位相異部份不會造成短路而依舊對負載做功，進而排除並聯後的效率損失。微波電源供應器103另包含兩組交流電源51、52、磁控管負載63、磁控管燈絲電源64。其中R及S為交流電源兩個輸出端點之代號。微波電源供應器模組53包含磁共振變壓器55、共振電容器56、整流二極體57。微波電源供應器模組54包含磁共振變壓器59、共振電容器60、整流二極體61。

依據以上論述，茲以二個單一微波電源供應器模組53、54並聯為例。並聯前後之效率量測結果顯示：並聯前單一微波電源供應器模組效率為90%，並聯後整體效率為89.5%，效率損失僅0.5%。顯示本案技術大幅降低前述之效率損失(由18%降低至0.5%)。藉由圖3B之解析可知，橫軸為時間(單位為秒)，縱軸為功率輸出，長短虛線分別為微波電源供應器模組53、54的功率輸出，實線為疊加後的總功率輸出。兩個單一微波電源供應器模組53、54的時域相位雖有些許差異，但每一單一微波電源供應器模組53、54之負載端各有一個隔離二極體58、62予以隔離，故相位交錯部份並不形成短路，進而排除效率損失，達到功率輸出加成的目的。

在另一實施例中，根據上述技術之原理原則，本案可依據圖4A所示方法予以實施。其中假設兩個單一微波電源供應器模組75、76之額定交流電源71、72為220V/60Hz(輸出端點代號為R及S)。特別地，為使兩個單一微波電源供應器模組75、76電路在時域輸出相位相差180度，故其接點順序分別設定為R-S與S-R，使峰值功率不變而總功率得以加成，即全波輸出配置，有別於前例之半波輸出配置。如圖4B所示，橫軸為時間(單位為秒)，縱軸為功率輸出，實、虛線分別代表微波電源供應器模組75、76的功率輸出。另一方面，為調整微波功率輸出，可在單一電源供應器模組75、76前加裝可控繼電器73、74、斷路器或其他功率控制元件，藉由獨立調控每一單一微波電源供應器模組75、76之功率輸出功率，進而達到調控總功率輸出的目的。微波電源供應器104另包含磁控管負載79、磁控管燈絲電源80、隔離二極體77、78。特別地，多個單一微波電源供應器模組75、76之負載端各裝置一枚隔離二極體77、78後，再予以並聯。微波電源供應器模組75包含磁共振變壓器81、共振電容器82、整流二極體83。微波電源供應器模組76包含磁共振變壓器84、共振電容器85、整流二極體86。

在另一實施例中，本案可以實現三個微波電源供應器模組91、92、93隔離並聯電路，如圖5所示。其中R、S及T為220V/60Hz三相交流電源88、89、90之三個輸出端點之代號。另一方面，為調整微波功率輸出，可在單一微波電源供應器模組91、92、93前加裝可控繼電器94、95、96，或斷路器或其他功率控制元件，藉由獨立調控每一單一微波電源供應器模組91、92、93之功率輸出功率，而達到調控總功率輸出的目的。微波電源供應器105另包含磁控管負載110、磁控管燈絲電源111、隔離二極體97、98、99。特別地，多個單一微波電源供應器模組91、92、93之負載端各裝置一枚隔離二極體97、98、99後，再予以並聯。微波電源供應器模組91包含磁共振變壓器112、共振電容器113、整流二極體114。另外，微波電源供應器模組91、92、93彼此具有相同組成元件，故不重複論述。

在另一實施例中，本案可以實現四個單一微波電源供應器模組隔離並聯電路，如圖6A、6B所示。特別地，其中R、S及T為三相220V/60Hz交流電源之三個輸出端點之代號。其中圖6A之實施例為合併兩個圖4A之實施例為一組，微波電源供應器106包含交流電源116、117、118、119、微波電源供應器模組120、121、122、123、繼電器130、131、132、133、隔離二極體124、125、126、127、磁控管負載128、磁控管燈絲電源129。微波電源供應器模組120、121、122、123與前述之微波電源供應器模組91之結構相同。特別地，接點順序分別設定為R-S、S-R、R-S、S-R，並藉由繼電器130、131、132、133的調控，用以降低效率損失，獲得高功率輸出的微波電源供應器106。

圖6B則為圖5之實施例微波電源供應器105再與一個單一微波電源供應器模組的隔離並聯電路。微波電源供應器107包含交流電源141、142、143、144、微波電源供應器模組145、146、147、148、繼電器155、156、157、158、隔離二極體149、150、151、152、磁控管負載153、磁控管燈絲電源154。微波電源供應器模組145、146、147、148與前述之微波電源供應器模組91之結構相同。特別地，交流電源141、142、143、144的接點順序分別設定為R-S、S-T、T-R、R-S，並藉由繼電器155、156、157、158的調控，用以降低效率損失，獲得高功率輸出的微波電源供應器107。

在另一實施例中，如圖7所示，合併兩個圖5之實施例微波電源供應器105，本實施例可實現六個單一微波電源供應器隔模組離並聯電路。微波電源供應器108包含交流電源161、162、163、164、165、166微波電源供應器模組173、174、175、176、177、178、繼電器167、168、169、170、171、172、隔離二極體179、180、181、182、183、184、磁控管負載185、磁控管燈絲電源186。微波電源供應器模組173、174、175、176、177、178與前述之微波電源供應器模組91之結構相同。特別地，交流電源161、162、163、164、165、166的接點順序分別設定為R-S、S-T、T-R、S-R、T-S、R-T，並藉由繼電器167、168、169、170、171、172的調控，用以降低效率損失，獲得高功率輸出的微波電源供應器108。

總結，本案能有效解決高功率微波電源供應器的積熱冷卻問題，並且使單一微波電源供應器模組組合升級，而成高功率微波電源供應器。此外，本案達到不改變電源供應器功率升級後之體面比，進而確保冷卻效果。

在另一實施例中，適當合併上述諸實施例，本案可實現任意個單一微波電源供應器模組的隔離並聯電路。

在另一實施例中，本案可以複數個模組化微波電源供應器的隔離並聯電路實現工業用微波爐之規格，其總輸出功率並無上限。圖8A及圖8B所示者，乃採用複數個模組化微波電源供應器109針對一個加熱腔室中之待加熱物實施微波加熱。圖8B所示，複數個模組化微波電源供應器109係供應熱源至加熱腔室194，捲軸191與輸送帶195的配置係用來輸送被加熱物192，濾波器193係配置於輸送帶195之上下側。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器模組之個數為2；該複數個隔離二極體之個數為2。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器模組之個數為3；該複數個隔離二極體之個數為3。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器模組之個數為4；該複數個隔離二極體之個數為4。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器模組之個數為5；該複數個隔離二極體之個數為5。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器模組之個數為6；該複數個隔離二極體之個數為6。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器模組之個數為N；該複數個隔離二極體之個數為N，其中N為大於或等於7的正整數。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器與該複數個隔離二極體經配置為全波整流或半波整流。

在一實施例中，各該複數個微波電源供應器之輸出功率係為個別且獨立控制。

在一實施例中，該複數個微波電源供應器係對應一加熱腔室，經配置能對該加熱腔室內之待加熱物進行微波加熱。

前述內容概述一些實施方式的特徵，因而熟知此技藝之人士可更加理解本申請案揭示內容之各方面。熟知此技藝之人士應理解可輕易使用本申請案揭示內容作為基礎，用於設計或修飾其他製程與結構而實現與本申請案所述之實施方式具有相同目的與/或達到相同優點。熟知此技藝之人士亦應理解此均等架構並不脫離本申請案揭示內容的精神與範圍，以及熟知此技藝之人士可進行各種變化、取代與替換，而不脫離本申請案揭示內容之精神與範圍。

10、20、33、34、53、54、75、76、91、92、93、120、121、122、123、145、146、147、148、173、174、175、176、177、178‧‧‧微波電源供應器模組

11、21、31、32、51、52、71、72、88、89、90、116、117、118、119、141、142、143、144、161、162、163、164、165、166‧‧‧交流電源

12、22、41、63、79、110、128、153、185‧‧‧磁控管負載

23、35、38、55、59、81、84、112‧‧‧磁共振變壓器

24‧‧‧半波倍壓共振電路

25、36、39、56、60、82、85、113‧‧‧共振電容器

26、37、40、57、61、83、86、114、179、180、181、182、183、184‧‧‧整流二極體

58、62、77、78、97、98、99、124、125、126、127、149、150、151、152‧‧‧隔離二極體

27、42、64、80、111、129、154、186‧‧‧磁控管燈絲電源

73、74、94、95、96、130、131、132、133、155、156、157、158、167、168、169、170、171、172‧‧‧繼電器

100、101、102、103、104、105、106、107、108‧‧‧微波電源供應器

109‧‧‧複數個模組化微波電源供應器

191‧‧‧捲軸

192‧‧‧被加熱物

193‧‧‧濾波器

194‧‧‧加熱腔室

195‧‧‧輸送帶

由以下詳細說明與附隨圖式得以最佳了解本申請案揭示內容之各方面。注意，根據產業之標準實施方式，各種特徵並非依比例繪示。實際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特徵的尺寸。

圖1A、1B係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

圖1C係根據一些實施例說明微波電源供應器的功率輸出波形圖。

圖2A係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

圖2B係根據一些實施例說明微波電源供應器的功率輸出波形圖。

圖3A係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

圖3B係根據一些實施例說明微波電源供應器的功率輸出波形圖。

圖4A係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

圖4B係根據一些實施例說明微波電源供應器的功率輸出波形圖。

圖5係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

圖6A、6B係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

圖7係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

圖8A、8B係根據一些實施例說明微波電源供應器的電路圖。

上文已經概略地敍述本揭露之圖式，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應可瞭解，下文揭示之概念與特定實施例可作為基礎而相當輕易地予以修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應可瞭解，這類等效的建構並無法脫離後附之申請專利範圍所提出之本揭露的精神和範圍。

51、52‧‧‧交流電源

53、54‧‧‧微波電源供應器模組

55、59‧‧‧磁共振變壓器

56、60‧‧‧共振電容器

57、61‧‧‧整流二極體

58、62‧‧‧隔離二極體

63‧‧‧磁控管負載

64‧‧‧磁控管燈絲電源

103‧‧‧微波電源供應器

Claims (10)

1. 一種模組化微波電源供應器，包含：複數個微波電源供應器模組，各包含：一磁共振變壓器；一共振電容器，耦接該磁共振變壓器；一整流二極體，耦接該共振電容器；以及複數個隔離二極體；其中各該複數個微波電源供應器模組分別與各該複數個隔離二極體之其中一極個別連接，而各該複數個隔離二極體之其中另一極互相共同連接，並且連接至一磁控管負載。
2. 如申請專利範圍第1項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器模組之個數為2；該複數個隔離二極體之個數為2。
3. 如申請專利範圍第1項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器模組之個數為3；該複數個隔離二極體之個數為3。
4. 如申請專利範圍第1項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器模組之個數為4；該複數個隔離二極體之個數為4。
5. 如申請專利範圍第1項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器模組之個數為5；該複數個隔離二極體之個數為5。
6. 如申請專利範圍第1項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器模組之個數為6；該複數個隔離二極體之個數為6。
7. 如申請專利範圍第1項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器模組之個數為N；該複數個隔離二極體之個數為N，其中N為大於或等於7的正整數。
8. 如申請專利範圍第2、3、4、5、6或7項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器與該複數個隔離二極體經配置為全波整流或半波整流。
9. 如申請專利範圍第2、3、4、5、6或7項所述之模組化微波電源供應器，其中各該複數個微波電源供應器之輸出功率係為個別且獨立控制。
10. 如申請專利範圍第2、3、4、5、6或7項所述之模組化微波電源供應器，其中該複數個微波電源供應器係對應一加熱腔室，經配置能對該加熱腔室內之待加熱物進行微波加熱。