[发明专利]高频加热电源设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于在诸如通过驱动磁控管执行电介质加热过程的微波炉之类的高频加热设备的领域中抑制谐波电流分量的控制。

背景技术

因为烹调器具的特性，所以已经要求在诸如在家庭中所使用的微波炉之类的、基于高频加热的烹调器具中所使用的电源尺寸小并且重量轻。最好，用于放置电源的空间较小，以便容易地对其进行运输并且增大厨房中的烹调空间。为此，微波炉正变得更小和更轻，并且通过使用开关电源以较低的成本制造。结果，电源输出包含由电源的开关操作而产生的许多谐波分量的电流波形。此外，微波炉为了缩短烹调时间消耗多至2000瓦特。结果，也增加了电流的绝对值，并且使得难于满足电源的谐波性能。考虑到这些问题，已经提出了用于抑制谐波电流分量的产生的控制方法(改进措施)(例如，见专利文献1)。

图9示出了用于高频加热设备的磁控管驱动电源(反相器(inverter)电源)的一个示例图。磁控管驱动电源由直流(DC)电源1、漏磁变压器2、第一半导体开关元件3、第一电容器5(缓冲器(snubber)电容器)、第二电容器6(谐振电容器)、第三电容器7(平滑电容器)、第二半导体开关元件4、驱动单元13、全波电压倍增器(doubler)整流电路11和磁控管12构成。

DC电源1通过执行对商业电源的全波整流，将DC电压VDC施加给包括第二电容器6和漏磁变压器2的第一线圈绕组(coil winding)8的串连电路。第一半导体开关元件3和第二半导体开关元件4彼此串连，而包括第二电容器6和漏磁变压器2的第一线圈绕组8的串连电路并联到第二半导体开关元件4。

第一电容器5并联到第二半导体开关元件4并且作为防止开关过程期间的浪涌(surging)电流(电压)的缓冲器工作。在全波电压倍增器整流电路11中，将漏磁变压器2的第二线圈绕组9中所产生的高AC电压输出变换为高DC电压，然后将其施加在磁控管12的阳极和阴极之间。漏磁变压器2的第三线圈绕组10将电流提供给磁控管12的阴极。

由IGBT和与IGBT并联的续流二极管(flywheel diode)构成第一半导体开关元件3和第二半导体开关元件4的每一个。当然，第一和第二半导体开关元件3和4不限于这种，还可以使用晶闸管、GTP开关装置等。

驱动单元13在其中具有用于产生驱动第一半导体开关元件3和第二半导体开关元件4的驱动信号的振荡单元。该振荡单元以预定频率产生方波，并且将驱动信号传送到第一半导体开关元件3和第二半导体开关元件4。紧接着截止第一半导体开关元件3和第二半导体开关元件4中的任何一个之后，另一个半导体开关元件的两端的电压较高。因此，当将其任何一个截止时，产生类似尖峰(spike-like)的浪涌电流，因此产生不必要的损耗和噪声。然而，通过提供停滞时间(dead time)，可以将截止延迟直到该两端的电压变为0V为止。因此，可以抑制不必要的损耗和噪声。当然，可以将相同的操作类似地应用于逆开关过程的情况。

将省略对通过启动单元13所产生的驱动信号的每个操作模式的详细描述(参考专利文献2)。然而，图12中所示的电路配置的特征是：由第一半导体开关元件3和第二半导体开关元件4所产生的电压等于DC电源电压VDC，也就是，240√2＝339V，甚至在欧洲在一般家庭里也使用最高电压240V。因此，即使考虑诸如雷电电涌或者突然电压降之类的紧急情况，也可以将第一半导体开关元件3和第二半导体开关元件4用作具有针对600V等的电阻的低成本装置(例如，见专利文献2)。

随后，图10示出了在反相器电源电路(其中电感L和电容器C构成谐振电路)中的这种谐振特性。图10是示出在将预定电压施加到反相器谐振电路并且频率f0是谐振频率时的电流特性和工作电压的图。在实际反相器操作期间，在从比频率f0高的f1到f2的频率范围中使用电流和频率的曲线特性I1(实线)。

也就是，当谐振频率为f0时，电流I1具有最大值，并且电流I1随着频率范围从F1到F3增加而减小。这是因为，由于当电流I1在从f1到f3的频率范围中接近低频时，电流I1接近谐振频率，因此在漏磁变压器的第二线圈中流动的电流增加。相反，由于电流I1在电流I1接近高频时，电流I1变为远离谐振频率，所以漏磁变压器的第二线圈绕组的电流下降。用于驱动作为非线性负载的磁控管的反相器电源通过改变频率获得希望的输出。例如，分别在200W、600W和1200W的情况下f3、f2和f1附近，可以获得在LC电源中不能获得的连续输出。