DE4022270A1 - Hochfrequenz-heizvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Heizvorrichtung, bei welcher eine Gleichspannung, die durch Gleichrichten einer von einer Wechselrichterschaltung gelieferten Hoch­ frequenzspannung in einer Gleichrichterschaltung gewonnen wird, an ein Magnetron zum Ansteuern desselben angelegt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine derartige Hochfrequenz-Heizvorrichtung mit einer Kompensations- oder Ausgleichseinheit zum Ausgleichen eines Anodenstroms des Magnetrons zwecks Aufrechterhaltung desselben auf einer vorbestimmten Größe.

Eine herkömmliche Hochfrequenz-Heizvorrichtung der oben um­ rissenen Art, z.B. ein Mikrowellenherd, umfaßt eine Gleich­ richtereinheit zum Umwandeln einer Wechselstrom-Netzspeise­ spannung in eine Gleichspannung und eine Wechselrichterein­ heit mit einem Schalt(er)element und einem Transformator, der auch als Induktivitäts- oder Spuleneinheit 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 bzw. diesem zugespeist 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 Zahl bzw. 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 üblicher­ weise ein Stromwandler zum Detektieren oder Messen (detecting) 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 zu einer Erhöhung der Fertigungskosten für die Hochfrequenz- Heizvorrichtung beiträgt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Hochfrequenz-Heizvorrichtung mit einer einfachen und kosten­ sparenden 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, umfassend eine Gleichrichtereinheit zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung, eine Wechselrichter­ einheit mit einem Schalt(er)element und einer Induktivitäts­ oder Spuleneinheit, welcher die Gleichspannung von der Gleichrichtereinheit über das Schaltelement zugespeist wird, das unter Lieferung einer Hochfrequenzspannung schließt und öffnet, ein mit einer Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer Wechselspannung von der Wechselrichter­ einheit zu einer Gleichspannung, die an das Magnetron ange­ legt wird, verbundenes Magnetron und eine Steuerschaltung zum Steuern der EIN- und AUS-Perioden des Schaltelements, um damit einen Anodenstrom des Magnetron zu regeln, erfindungs­ gemäß gelöst durch eine Temperaturmeßeinheit zum Messen der Temperatur des Schaltelements unter Erzeugung eines Temperatur(meß)signals und eine Kompensations- oder Aus­ gleichseinheit zum Ausgleichen der EIN- und AUS-Perioden des Schaltelements in Abhängigkeit vom Temperatursignal, so daß eine Vergrößerung des Magnetron-Anodenstroms mit einer durch die Temperaturmeßeinheit gemessenen Temperaturerhöhung des Schaltelements unterdrückt wird.

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 bzw. deaktiviert.

Das Schalt(er)element 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 zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Magnetron-Ansteuerschaltung, wie sie bei einer Hochfrequenz-Heizvorrichtung gemäß der Erfindung 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, als Gleichrichterschaltung dienende Diode 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 Induktivität oder Spule wirkend, einen Schalttransistor 7 als Schalt(er)element, einen Resonanzkondensator 8 und eine Diode 9. Ein Ausgangssignal von einer Sekundärwicklung 6b des Transformators 6 wird einer Halbweggleichrichtung durch eine Hochfrequenz-Gleichrichtereinheit oder Gleichrichter­ diode 10 und einen Kondensator 11 unterworfen und dann einem Magnetron 12 zugespeist.

Eine Tertiärwicklung 6c des Transformators 6 dient zum Aktivieren (energizing) 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- oder Schließ/Öffnungs-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 spannungsteilender Widerstands- oder Spannungsteiler­ kreis 17 parallel zu einem Schwingkrei-s 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 Schwingungsperiode mit T2 bezeichnet sind. Die Schwing­ spannung wird durch den Spannungsteiler(widerstands)kreis 17 abgegriffen und dem Mikrorechner 13 als Synchronsignal sl zugespeist. Infolgedessen wird der Schalttransistor 7 so (an)gesteuert, daß die Zeitspanne, in welcher er zum Schließen angesteuert (initiated) ist, mit der Zeit synchronisiert ist, zu welcher die Schwingspannung V_L die Größe VO entsprechend einem Nulldurchgangspunkt tO 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 in Wärmeaustauschbeziehung an einer (von mehreren) Kühlrippe(n) 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 Kompensations- oder 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 oder Deaktivieren 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 auf oder über 65°C an­ steigt, wird der Schalttransistor 7 deaktiviert. 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 weniger kostenaufwendig ist als der üblicherweise verwendete Strom­ wandler. Weiterhin wird die Auslegung der Isolierung verein­ facht und damit eine Senkung der Fertigungskosten für den Mikrowellenherd erreicht.

Da darüber hinaus der Transistor 7 deaktiviert wird, wenn seine Temperatur auf oder über die vorbstimmte Größe an­ steigt, kann eine Verschlechterung des Schalttransistors 7 begrenzt oder 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 deaktiviert bzw. ab­ geschaltet wird, nicht auf 65°C beschränkt.

Claims (2)

1. Hochfrequenz-Heizvorrichtung, umfassend eine Gleichrichter­ einheit zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Gleich­ spannung, eine Wechselrichtereinheit mit einem Schalt(er)­ element und einer Induktivitäts- oder Spuleneinheit, wel­ cher die Gleichspannung von der Gleichrichtereinheit über das Schaltelement zugespeist wird, das unter Lieferung einer Hochfrequenzspannung schließt und öffnet, ein mit einer Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung zum Gleich­ richten einer Wechselspannung von der Wechselrichterein­ heit zu einer Gleichspannung, die an das Magnetron an­ gelegt wird, verbundenes Magnetron und eine Steuerschal­ tung zum Steuern der EIN- und AUS-Perioden des Schalt­ elements, um damit einen Anodenstrom des Magnetrons zu regeln, gekennzeichnet durch eine Temperaturmeßeinheit (18) zum Messen der Temperatur des Schaltelements (7) unter Erzeugung eines Temperatur(meß) signals und eine Kompensations- oder Ausgleichseinheit (13) zum Ausglei­ chen der EIN- und AUS-Perioden des Schaltelements (7) in Abhängigkeit vom Temperatursignal, so daß eine Ver­ größerung des Magnetron-Anodenstroms mit einer durch die Temperaturmeßeinheit (18) gemessenen Temperaturer­ höhung des Schaltelements (7) unterdrückt wird.

2. Hochfrequenz-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschalt-oder Deaktiviereinheit zum Abschalten oder Deaktivieren des Schaltelements, wenn die durch die Temperaturmeßeinheit gemessene Temperatur des Schaltelements eine vorbestimmte Größe übersteigt, vorgesehen ist.