DE4022270C2

DE4022270C2 -

Info

Publication number: DE4022270C2
Application number: DE4022270A
Authority: DE
Inventors: Masato Seto Aichi Jp Inumada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1992-04-23
Also published as: KR910004997A; FR2650934A1; US5021620A; KR940001475B1; FR2650934B1; JPH0371589A; DE4022270A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine herkömmliche Hochfrequenz-Heizvorrichtung dieser Art, z. B. ein Mikrowellenherd, wie er z. B. aus dem JP-Abstr. 1-12 493 bekannt ist, umfaßt eine Gleich richtereinheit zum Umwandeln einer Wechselstrom-Netzspeise spannung in eine Gleichspannung und eine Wechselrichterein heit mit einem Schalterelement und einem Transformator, der auch als Spule dient. Die Gleichspannung von der Gleichrichtereinheit wird an den Transformator über das zum Schließen und Öffnen angesteuerte Schaltelement angelegt, so daß von der Wechselrichtereinheit eine Hochfrequenzspannung geliefert wird. Die Hochfrequenz- Heizvorrichtung umfaßt ferner ein Magnetron, das mit einer Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung verbunden ist, über welche die Gleichspannung von einer Transformator-Sekundär wicklung an das Magnetron angelegt wird, und eine Steuer schaltung zum Steuern der EIN- und AUS- bzw. Schließ- und Offenperioden des Schaltelements zwecks Regelung eines Magnetron-Anodenstroms. Die Wechselrichtereinheit ist vor gesehen zur Verringerung der Größe des verwendeten Trans formators für die Erzielung einer hohen Spannung, die an das Magnetron angelegt wird.

Bei der beschriebenen Hochfrequenz-Heizvorrichtung wird das Magnetron bei Anlegung der Gleichspannung an dieses in Schwingung versetzt. Infolgedessen erzeugt das Magnetron Mikrowellenenergie, die auf ein zu garendes Nahrungsmittel abgestrahlt wird. Wenn das Magnetron kontinuierlich be trieben oder angesteuert wird, erwärmt sich ein Dauermagnet desselben als Folge der Wärmeerzeugung durch das Magnetron. Mit der Temperaturerhöhung des Dauermagneten verringert sich folglich die Größe der induzierten Magnetflüsse. Mit der Temperaturzunahme am Dauermagneten steigt auch die Größe des Anodenstroms des Magnetrons an, womit auch die Größe der erzeugten Hochfrequenzenergie zunimmt. Um eine unnötige Erhöhung des Magnetron-Anodenstroms zu vermeiden, wird an der Primärwicklungsseite des Transformators nach dem JP-Abstr. 1-12 493 ein Stromwandler zum Detektieren eines Transformator-Eingangsstroms vorgesehen; weiterhin wird eine Stromregeleinheit zum Steuern des Schaltelements in Abhängigkeit von einem Strommeßsignal vom Stromwandler vor gesehen, so daß der Magnetron-Anodenstrom auf einer vorbe stimmten Größe gehalten wird. Wahlweise kann der Stromwandler an der Sekundärwicklungsseite des Transformators angeordnet sein. Diese bisherigen Anordnungen zur Lösung des oben ange gebenen Problems benötigen jedoch einen Stromwandler, der hohe Herstellungskosten bedingt. Zudem wird bei Anordnung des Stromwandlers an Primär- oder Sekundärwicklungsseite des Transformators die Ausgestaltung der Isolierung zwischen Stromwandler und Transformator kompliziert, was ebenfalls die Fertigung für die Hochfrequenz- Heizvorrichtung kompliziert.

Aus der DE-OS 37 08 960 ist es bekannt, in einem Mikrowellenofen einen Thyristor zwischen einer Netzspannungsquelle und einer Primärentwicklung eines Hochspannungstransformators zu schalten, wobei die Ein/Aus-Operation des Thyristors durch einen Microprozessor steuerbar ist. Ein Synchronisiersignalgenerator erzeugt ein Signal, welches synchron zur Wellenform der Netzspannung ist und legt dieses an den Microprozessor an. Der Microprozessor schaltet den Thyristor in Abhängigkeit vom Synchronisiersignal für jede Halbwelle der Netzspannung ein und steuert weiterhin den Thyristor so, daß seine Einschaltdauer in einem gewissen Zeitintervall länger als im vorherigen Zeitintervall ist. Bevor die Einschaltsteuerung des Thyristors gestartet wird, ist eine vorgegebene Prüfzeit, während der ein stabiler Betrieb der Steuerschaltung festgestellt wird, vorgesehen, so daß die Genauigkeit des Synchronisiersignals sichergestellt ist. Zusätzlich überprüft ein Detektor während der Steuerung des Microprozessors das mögliche Auftreten von kurzzeitigen Unterbrechungen der Netzspannung, so daß der Microprozessor in Abhängigkeit von detektierter kurzzeitiger Unterbrechung rückgestellt wird.

Die US-PS 47 77 575 beschreibt eine Temperaturfühleinrichtung zur Ermittlung der Temperatur eines Magnetrons. Allerdings ist der Bereich, mit dem der Temperaturfühler mit dem Magnetron in Verbindung steht, für Temperaturbereiche bis zu 200°C auszulegen und darüber hinaus für elektrische Hochspannung gegenüber dem Magnetrom zu isolieren. Außerdem müssen die Anschlußdrähte des Temperaturfühlers von dem Magnetron bis zu dem Inverter in der Steuerschaltung reichen. Daher ist die bekannte Anordnung aufwendig und kompliziert.

Darüber hinaus wird durch eine hitzebeständige Isolationsschicht zwischen dem Magnetron und dem Temperaturfühler die Meßgenauigkeit verringert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Hochfrequenz-Heizvorrichtung mit einer einfachen Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Magnetron- Anodenstroms auf einer vorbestimmten Größe.

Bei dieser Hochfrequenz-Heizvorrichtung soll das Magnetron abgeschaltet bzw. deaktiviert werden können, unmittelbar bevor der Magnetron-Anodenstrom eine abnormale Größe er reicht.

Die obige Aufgabe wird bei einer Hochfrequenz-Heizvorrichtung der eingangs erwähnten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft ist dabei ferner, daß eine Abschalt- oder De aktiviereinheit zum Abschalten oder Deaktivieren des Schaltelements, wenn die durch die Temperaturmeßeinheit ge messene Temperatur des Schaltelements eine vorbestimmte Größe übersteigt, vorgesehen ist; hierdurch wird das Magnetron abgeschaltet.

Das Schaltelement ist normalerweise ein Schalttransistor, der als Folge der Kollektorverlustleistung beim Fließen eines Kollektorstroms Wärme erzeugt. Die Menge der durch den Schalttransistor erzeugten Wärme hängt von der Größe des Kollektorstroms ab. Die Temperatur des Schalttransistors erhöht sich mit der Temperaturerhöhung des Magnetrons auf grund seiner kontinuierlichen Ansteuerung, was zu einer Ver größerung des Anodenstroms führt. In Abhängigkeit von dem von der Temperaturmeßeinheit zum Messen der vom Schalt transistor erzeugten Wärme gelieferten Temperatursignal steuert die Ausgleichseinheit die EIN/AUS-Perioden des Schalttransistors so, daß die Größe des Anodenstroms be grenzt wird. Diesbezüglich wird der Anodenstrom durch Steuerung des Verhältnisses der EIN- und AUS-Perioden des Schalttransistors z. B. in einer Wechselrichterschaltung ge regelt.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Magnetron-Ansteuerschaltung, wie sie bei der Hochfrequenz-Heizvorrichtung vorgesehen ist,

Fig. 2(a) und 2(b) graphische Darstellungen eines Stroms an der Primärwicklungsseite und einer Spannungswellen form an der Primärwicklungsseite eines Aufwärts transformators, der auch als Induktivität oder Spule (inductance coil) einer Wechselrichterschaltung dient, und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer elektronischen Schaltungseinheit mit den Schaltungselementen gemäß Fig. 1, mit Ausnahme eines Magnetrons.

Nachstehend ist die Erfindung in einer Ausführungsform in Anwendung auf einen Mikrowellenherd beschrieben.

Gemäß Fig. 1 wird eine Wechselspannung von einem Wechsel stromnetz 1 durch eine in Brückenschaltung vorliegende Gleichrichterschaltung 2 gleichgerichtet und durch eine Drosselspule 3 und einen Glättungskondensator 4 geglättet, so daß damit eine Gleichspannung erhalten wird, die wiederum durch eine Wechselrichterschaltung 5 in eine Hochfrequenzspannung einer Frequenz von etwa 30 kHz umge wandelt wird. Die Wechselrichterschaltung 5 umfaßt eine Primärwicklung 6a eines Aufwärtstransformators 6, auch als Spule wirkend, einen Schalttransistor 7 als Schaltelement, einen Resonanzkondensator 8 und eine Diode 9. Ein Ausgangssignal von der Sekundärwicklung 6b des Transformators 6 wird einer Halbweggleichrichtung durch eine Hochfrequenz-Gleichrichter diode 10 und einen Kondensator 11 unterworfen und dann einem Magnetron 12 zugespeist.

Eine zweite Sekundärwicklung 6c des Transformators 6 dient zum Aktivieren eines Heizelements des Magnetrons 12. Die vom Magnetron 12 erzeugte Hochfrequenzenergie wird in einen Garraum des Mikrowellenherds abgestrahlt, um ein darin eingebrachtes Nahrungsmittel zu garen.

Der Schalttransistor 7 der Wechselrichterschaltung 5 wird einer EIN/AUS-Steuerung durch eine Steuerschaltung 15 unterworfen, die einen Mikrorechner 13 und eine Transistor-Ansteuerschaltung 14 umfaßt. Zur Gewähr leistung der EIN/AUS-Steuerung des Schalttransistors 7 ist ein Spannungsteiler 17 parallel zu einem Schwingkreis 16 in Form einer Reihenschaltung aus der Primärwicklung 6a und dem Resonanz kondensator 8 geschaltet. Wenn der Schalttransistor 7 in der Wechselrichterschaltung 5 EIN/AUS-gesteuert (durchgeschaltet/ geschlossen) wird, werden im Schwingkreis 16 ein Schwingstrom (oszillierender Strom) I_L und eine Schwingspannung (oszillierende Spannung) V_L erzeugt, wie sie in Fig. 2(a) und 2(b) dargestellt sind, in denen eine EIN- bzw. Durch schaltperiode des Schalttransistors 7 mit T1 und eine freie AUS- Schwingungsperiode mit T2 bezeichnet sind. Die Schwing spannung wird durch den Spannungsteiler 17 abgegriffen und dem Mikrorechner 13 als Synchronsignal S1 zugespeist. Infolgedessen wird der Schalttransistor 7 so gesteuert, daß die Zeitspanne, in welcher er zum Schließen angesteuert ist, mit der Zeit synchronisiert ist, zu welcher die Schwingspannung V_L die Größe V0 entsprechend einem Nulldurchgangspunkt t0 des Schwingstroms I_L erreicht.

Fig. 3 veranschaulicht die Ausgestaltung einer elektroni schen Schaltungseinheit mit den Schaltungselementen nach Fig. 1, mit Ausnahme des Magnetrons 12. Eine Temperaturmeß einheit, z. B. ein Temperaturfühler 18 in Form eines Thermistors, ist wärmeleitend an einer von mehreren Kühlrippen 19 (Fig. 3) angeschraubt, wobei der Schalttransistor 7 an diesen Kühlrippen angebracht ist. Der Temperaturfühler 18 mißt die Temperatur des Schalt transistors 7 unter Erzeugung eines Temperatursignals, das dem Mikrorechner 13 zugespeist wird.

Wenn die vom Temperaturfühler 18 gemessene Temperatur z. B. 40°C übersteigt, steuert der Mikrorechner 13 den Schalt transistor 7 so an, daß seine Durchschaltperiode kürzer wird (vgl. Fig. 2(a)). Bei der dargestellten Ausführungsform wirkt der Mikrorechner 13 auch als Aus gleichseinheit zum Steuern des Schalttransistors 7 in der Weise daß bei jedesmaliger Erhöhung der vom Temperaturfühler 18 gemessenen Temperatur um 5°C im Temperaturbereich zwischen 40°C und 60°C bzw. dann, wenn die Temperatur einen der Werte von 45°C, 50°C, 55°C und 60°C erreicht, die Durchschalt periode T1 des Schalttransistors 7 sequentiell verkürzt wird. Wenn die vom Temperaturfühler 18 gemessene Temperatur eine vorbestimmte Temperatur von z. B. 65°C übersteigt, be wirkt der Mikrorechner 13 weiterhin das Abschalten des Schalttransistors 7.

Im Betrieb des beschriebenen Mikrowellenherds erzeugt das Magnetron 12 Mikrowellenenergie einer Frequenz von etwa 2450 MHz, die in den Garraum geliefert wird. Wenn die Größe des Anodenstroms mit einem Temperaturanstieg am Magnetron 12 zunimmt, nimmt die Größe des Schwingstroms I_L zu. Infolge dessen vergrößert sich die vom Schalttransistor 7 erzeugte Wärmemenge, so daß dessen Temperatur ansteigt. Im Betrieb des Mikrowellenherds werden die Temperatursignale vom Temperaturfühler 18 sequentiell dem Mikrorechner 13 zuge speist, der daraufhin den Schalttransistor 7 so ansteuert, daß dessen Durchschaltperiode sequentiell jedesmal dann verkürzt wird, wenn die vom Temperaturfühler 18 gemessene Temperatur im Bereich zwischen 40°C und 60°C um jeweils 5°C ansteigt. Als Folge dieser Steuerung wird der Spitzenwert Ip des über den Kollektor des Schalttransistors 7 fließenden Schwingstroms herabgesetzt und dementsprechend die Größe des Anodenstroms im Magnetron 12 verringert. Wenn die Temperatur des Schalttransistors 7 über 65°C an steigt, wird der Schalttransistor 7 abgeschaltet. Folglich wird die Größe des Anodenstroms und damit die gelieferte Mikrowellenenergiemenge auf einer konstanten Größe gehalten. Dabei erfolgt die beschriebene Konstanthaltung des Anoden stroms mit Hilfe des Temperaturfühlers 18, der einfacher ist als der üblicherweise verwendete Strom wandler. Weiterhin wird die Auslegung der Isolierung verein facht.

Da darüber hinaus der Transistor 7 abgeschaltet wird, wenn seine Temperatur über die vorbestimmte Größe an steigt, kann eine Verschlechterung des Schalttransistors 7 unterdrückt und damit die Betriebslebensdauer des Mikrowellenherds verlängert werden.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform die Steuerung der Durchschaltperiode des Schalttransistors 7 einsetzt, wenn dessen Temperatur 40°C erreicht, kann die Steuerung auch bei einer Temperatur von über oder unter 40°C einge leitet werden. Zudem ist auch der vorbestimmte Temperatur wert, bei dem der Schalttransistor 7 ab geschaltet wird, nicht auf 65°C beschränkt.

Claims

1. Hochfrequenz-Heizvorrichtung, umfassend

- eine Gleichrichtereinheit (2) zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung,
- eine Wechselrichtereinheit (5, 6) mit einem Schaltelement (7) und einem Transformator (6), der als Spule dient, welchem primärseitig die von der Gleichrichtereinheit (2) herrührende Gleichspannung über das Schaltelement (7) zugespeist wird, das unter Lieferung einer Hochfrequenzspannung schließt und öffnet,
- ein mit einer sekundärseitig angeschlossenen Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung (10, 11) verbundenes Magnetron (12), wobei die Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung (10, 11) zum Gleichrichten einer von der Wechselrichtereinheit (5, 6) herrührenden Wechselspannung zu einer Gleichspannung dient, die an das Magnetron (12) angelegt wird, und
- eine Steuerschaltung (15) zum Steuern der EIN- und AUS-Perioden des Schaltelements (7), um damit einen Anodenstrom des Magnetrons (12) zu regeln,

gekennzeichnet durch

- eine Temperaturmeßeinheit (18) zum Messen der Temperatur des Schaltelements (7) unter Erzeugung eines Temperaturmeßsignals und
- eine Ausgleichseinheit (13) zum Ausgleichen der EIN- und AUS-Perioden des Schaltelements (7) in Abhängigkeit vom Temperaturmeßsignal, so daß eine Erhöhung des Magnetron-Anodenstroms mit einer durch die Temperaturmeßeinheit (18) gemessenen Temperaturerhöhung des Schaltelements (7) unterdrückt wird.

2. Hochfrequenz-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschalteinheit (13) vorgesehen ist, die das Schaltelement (7) abschaltet, wenn die durch die Temperaturmeßeinheit (18) gemessene Temperatur des Schaltelements (7) eine vorbestimmte Größe übersteigt.