專利名稱：磁控管電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作成用變換器電路來得到加到磁控管上的高壓電源的磁控管供電裝置。
使用變換器電路的磁控管供電裝置已提出有各種方案，但現(xiàn)以用于高頻加熱裝置的磁控管供電裝置為例進行說明。
在圖一中表示有已有的高頻加熱裝置用的磁控管供電裝置的電路圖。用二極管橋式電路2對商用電源1進行整流，從而得到單向電源3。單向電源3用含有開關(guān)元件4的變換電路5將其變換為高頻，并用高壓變壓器6進行升壓，再在整流后加給磁控管7。在此高頻加熱裝置的電力控制方式中使用的輸入電流控制方式可將從商用電源1來的輸入電流Iin控制成預(yù)定值。即變換器控制電路9接受輸入電流檢出部8的信號，并將輸入電流Iin調(diào)整為預(yù)定值(即調(diào)整開關(guān)元件4的導(dǎo)通時間比)。另一方面，由于磁控管7的陰極溫度充分上升到預(yù)定溫度，并在開始振蕩前只有燈絲部分上有電流流動，而在陽極-陰極之間沒有電流流過，故一旦將上述輸入電流Iin控制成磁控管的振蕩動作時的值，則由于在陽極-陰極之間會產(chǎn)生過大電壓，而導(dǎo)致耐壓不良。此外也會產(chǎn)生在燈絲上流有過大的電流而使磁控管7的壽命縮短那樣的所謂不合適的情況。
因而在控制部9上設(shè)置時間控制機構(gòu)，該機構(gòu)最初將上述輸入電流控制成比穩(wěn)定時的預(yù)定值小的值上，然后在經(jīng)過了開始上述振蕩所需的充足的時間之后可將上述輸入電流轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定值，從而解決上述問題。
但開始上述振蕩所需的時間有著例如在磁控管冷時為4秒，而熱時為2秒那樣的不同之處，而在由上述時間控制機構(gòu)進行的輸入電流控制方式中，在這樣的場合，必須將上述輸入電流限制為很小的值的時間設(shè)定成比開始振蕩所需的最大時間(4秒)更長，例如5秒左右。
如這樣進行設(shè)定，則即使在磁控管熱時也必須以5秒為將輸入電流控制為小電流值的時間。因而，在用這樣的控制方式的已有的高頻加熱裝置中此時間差(5-2＝3秒)盡管能控制成預(yù)定的輸入電流，但都成為控制成小的輸入電流的期間，且作為高速調(diào)理器來講卻完全成為無效時間，已成為很大的缺點。
在圖2中表示有磁控管的振蕩開始前的輸入電流Iin，磁控管輸出Po和陽極-陰極間電壓VAK的時間圖。在a和b的期間將電流Iin限制為很小的值，故不會產(chǎn)生來自磁控管的預(yù)定輸出Po。在c期間，磁控管的輸出成為預(yù)定值。盡管在磁控管的振蕩開始所需的時間僅為a的期間，且此a的期間有時幾乎為零，但在b的期間也對電流進行限制，故此期間成為無效時間。為了縮短該無效時間，有用和高壓變壓器6分開設(shè)置的燈絲變壓器來供給燈絲電力，并預(yù)先對磁控管7的陰極進行預(yù)熱的方法等，但其缺點是裝置大型化，且成本提高。
因而由于要縮短在磁控管的陰極冷時的陰極溫度的上升時間是非常困難的，故用這樣的已有的結(jié)構(gòu)對于縮短上述無效時間自然是有限制的。
又由于在上述無效時間的時間b中將輸入電流限制得較小，故對磁控管的燈絲不能充分供給電力，因而磁控管是在陰極溫度比所期望的溫度低的狀態(tài)下進行振蕩。為此，陰極的發(fā)射不足，振蕩容易不穩(wěn)定，容易發(fā)生所謂的發(fā)射跳模。為此其重大的缺點是磁控管的壽命也縮短的可能性較大。
且本發(fā)明的目的在于改變輸入電流以便與磁控管的冷熱無關(guān)，磁控管一旦開始振蕩，就可自動地得到額定輸出，以消除無效時間。
為了檢知磁控管的開始振蕩的時間，以去掉起動時的上述無效時間，且防止因跳模而引起的磁控管的劣化，本發(fā)明的高頻加熱裝置具備有單向電源、具有將上述單向電源的輸出變換為高頻的至少一個開關(guān)元件及其驅(qū)動電路的變換器電路，發(fā)生對食品及流體等進行加熱用的高頻的磁控管，及使上述變換器電路的輸出升壓且向上述磁控管供給電力的變壓器，上述變壓器由接到上述變換器電路上的一次線圈、用以將高壓高頻電力供給上述磁控管的二次線圈、將低壓高頻電力供給上述磁控管的陰極燈絲的三次線圈和將電壓信號加到上述驅(qū)動電路的四次線λ槌?，且緩s傅慕峁棺鞒繕鮮鏊拇蝸呷蛻鮮齠蝸呷Φ鳥詈舷凳齂24比上述四次線圈和上述一次線圈的耦合系數(shù)K14大。
由于有這樣的結(jié)構(gòu)，故在磁控管開始振蕩之前的期間，在二次線圈上發(fā)生高電壓，而通過將結(jié)構(gòu)作成使四次線圈和二次線圈的耦合比四次線圈和一次線圈的耦合強，使四次線圈與二次線圈上發(fā)生的高電壓的相關(guān)性比與發(fā)生在一次線圈上的電壓的相關(guān)性強，因而產(chǎn)生有與二次線圈的高電壓成比例的檢知電壓信號。因而能通過四次線圈的輸出信號檢知磁控管開始振蕩時期，故能將其驅(qū)動電路構(gòu)成為能轉(zhuǎn)換磁控管振蕩開始前和振蕩后的變換器電路的動作。即在起動時將變換器的動作頻率控制成二次線圈的輸出高壓不會比預(yù)定值大出很多，并在磁控管振蕩后把動作頻率控制成能得到預(yù)定的電波輸出。因而能控制成在與起動時的磁控管的陰極溫度的高低沒有關(guān)系的情況下，以在各自的條件下的最短時間使磁控管的電波輸出達到預(yù)定值。即不論磁控管的陰極的初期溫度如何，只要其陰極溫度一達到所期望的溫度則其電波輸出即成為額定值，故能防止在已有方式中的無效時間的發(fā)生。此外，還能完全防止在此期間產(chǎn)生的將過大電壓和過大電流加到磁控管上的情況，故能防止其壽命的縮短，而實現(xiàn)高可靠性。


圖1為已有的磁控管供電裝置的電路圖;
圖2為已有的磁控管開始振蕩時的時間圖;
圖3為根據(jù)本發(fā)明的磁控管供電裝置的電源電路圖;
圖4為同一磁控管供電裝置的變壓器的二次線圈的電壓波形圖;
圖5為在同一磁控管供電裝置的磁控管的振蕩與不振蕩時的輸入電流和陽極-陰極間電壓的特性圖。
圖6為同一裝置的磁控管振蕩開始時的時間圖;
圖7為在同一裝置的變壓器的一實施例中的透視圖;
圖8為同一變壓器的剖面圖;
圖9為根據(jù)另一實施例的磁控管供電裝置的電源電路圖;
圖10為根據(jù)將半波倍電壓整流用于高壓的本發(fā)明的實施例的磁控管供電裝置的電源電路圖;
圖11為在圖10的電路中的磁控管的陽極-陰極間電壓的波形圖;
圖12為根據(jù)進行次級電流反饋控制的本發(fā)明的實施例的磁控管供電裝置的電路圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的高頻加熱裝置的高壓電源發(fā)生部的電路構(gòu)成圖。在圖3中商用電源的電力通過二極管橋式電路11進行整流，而形成單向電源12。13為電感線圈、14為電容器，可起到對于變換器電路15的高頻開關(guān)動作進行濾波的濾波器的作用。
變換器電路15由諧振電容器16，開關(guān)用功率晶體管17，二極管18及驅(qū)動電路19所構(gòu)成。功率晶體管17通過由驅(qū)動電路19所供給的基極電流以預(yù)定的周期和占空度(即接通-斷開時間比)進行開關(guān)動作。其結(jié)果是生成的高頻電力被供給到變壓器20的一次線圈21，在二次線圈22上作為高頻高電壓輸出顯現(xiàn)，并供給到磁控管23的陰極23a和陽極23b之間，在變壓器20的三次線圈24上發(fā)生有低壓高頻電力，使磁控管23的陰極23a加熱，并使磁控管23工作。
輸入電流檢出器25檢出從商用電源10來的輸入電流Iin，對其輸出由輸入電流信號整流電路26進行整流所得到的信號和電流基準信號27之差通過電流誤差放大電路28進行放大后，輸入到比較器29。比較器29通過其輸入信號和由鋸齒波發(fā)生電路30產(chǎn)生的鋸齒波來作成輸出信號31即功率晶體管17的接通-斷開脈沖。從該輸入電流檢出器25到比較器29用來構(gòu)成輸入電流控制部32，一旦輸入電流減少，則電流誤差放大電路28的輸出上升，比較器29的輸出信號31的接通時間變長而向輸入電流Iin增大的方向進行動作。反之一旦輸入電流Iin增大則會向使輸入電流減小的方向進行動作。這樣通過輸入電流控制部32進行控制以使輸入電流成為預(yù)定值。
又由于設(shè)置在變壓器20中的四次線圈33和二次線圈22的耦合很強，故能檢出高壓電壓VAK，用輸出電壓信號整流電路34對其輸出進行整流所得到的信號在比較器36中和電壓基準信號進行比較，并將其輸出邏輯輸入到電流基準信號轉(zhuǎn)換電路部37，根據(jù)高壓電壓VAK的大小而切換電流基準信號27。即在磁控管23開始振蕩之前由于高壓電壓VAK會因較小的輸入電流而升高，故應(yīng)將電流基準信號27壓低，并在磁控管23開始振蕩而使高壓電壓VAK降低時設(shè)定電壓基準信號35，并用晶體管38轉(zhuǎn)換電流基準信號27，以便使輸入電流Iin增加。這換句話說，通過四次線圈33的輸出電壓下降這一事實來檢測出磁控管已開始振蕩，并使輸入電流Iin符合額定值。39為保險絲，是為了保護其不受在四次線圈33發(fā)生短路時所產(chǎn)生的冒煙現(xiàn)象的影響而設(shè)置的。
圖4為磁控管23振蕩時和不振蕩時的高壓電源VAK的電壓波形，兩者的不同之處是很明白的。此負向電壓是使磁控管23振蕩的順方向電壓，以其作為VAK，求出其和輸入電流Iin的關(guān)系，則成為如圖5所示的動作原理圖。
在圖5中V1為磁控管23的容許電壓，I1為磁控管不振蕩、且為高壓電壓VAK等于V1時的從商用電源10來的輸入電流Iin。V2為磁控管23的額定輸出時的高壓電壓VAK和當時的輸入電流Iin。磁控管23不振蕩時的輸入電流I1比I2小，且振蕩時的輸出電壓V2則比V1小。
因而在圖3中如設(shè)定輸出電壓信號整流電路34的整流方向以便輸入電流檢出器25能檢出輸入電流，四次線圈33能檢出相當于高壓電壓VAK的電壓信號，將電流基準信號27設(shè)定成在電流基準信號轉(zhuǎn)換電路部37的晶體管38導(dǎo)通時為I1而在其斷開時為I2，以及將電壓基準信號35設(shè)定成相當于V1和V2之間則從上述的工作原理，在磁控管23開始振蕩前輸入電流被抑制為I1，而一旦開始振蕩則輸入電流被控制為I2。
可是，為了進行這樣的控制，要設(shè)定成在比V1小而比V2大的地方對電壓基準信號35進行轉(zhuǎn)換，故V1＞V2是必不可少的。而且V1/V2越大則對磁控管23的振蕩的檢測就越容易作到。變壓器20的二次線圈22和四次線圈33所表現(xiàn)的電壓信號不完全相似，但如使二次線圈22和四次線圈33的耦合系數(shù)K24大而一次線圈21和四次線圈33的耦合系數(shù)K14小則可保持V1＞V2的關(guān)系。在表1中表示有在改變K24和K14時的V1/V2的值。
表1K24K14V1/V20.7040.4941.750.5310.4121.080.4510.3841.010.3720.3860.550.5240.5320.34圖6為起動特性圖，圖中表示有從圖3的電路開始動作時起的VAK和Iin的值的變化情況。并被控制成磁控管一開始振蕩，VAK即降低，一超過Vr，則Iin的設(shè)定值即從I1轉(zhuǎn)換為I2。
在圖3中將變壓器用于輸入電流的檢出，但也可變更為將電阻接入系統(tǒng)，用電壓降來檢出電流的方法等，且輸入電流控制部32也不限定于圖示的電路結(jié)構(gòu)。
且在高壓變壓器20和磁控管23之間設(shè)置電壓整流電路時也能以同樣的方式相適應(yīng)。
如用以上結(jié)構(gòu)，由于輸入電流的變化與磁控管的冷熱無關(guān)，且使磁控管一開始振蕩就能自動地得到額定輸出，故完全不會發(fā)生在已有技術(shù)中成為問題的那種無效時間，而且能防止向磁控管加過大的電壓。因而能實現(xiàn)可靠性高的高頻加熱裝置用的磁控芄┑繾爸謾 在圖7中表示有本發(fā)明的磁控管供電裝置的變壓器的透視圖的一例，在圖8中則表示有圖7的A-A′方向的剖面圖的一例。在圖7、圖8中和圖3相同的構(gòu)成要素附以相同的符號。變壓器的UR型鐵心40、41是鐵氧體性的、并用高頻損耗小的材料構(gòu)成，并夾以間隙隔片以構(gòu)成磁路。鐵心40、41用夾緊部分44和放置臺45進行固定。各線圈21，22，24，33繞在用樹脂材料和間隙隔片作成一體的第一骨架46及第二骨架47上。在此處一次線圈21和二次線圈22之間設(shè)有足夠的距離l1。這是因為在高頻加熱裝置中一般使磁控管的陽極和框體同電位，故在一次線圈和二次線圈短路時在框體上會發(fā)生高電壓故非常危險。為防止此種情況，一次線圈和二次線圈的距離l1與二次線圈22和三次線圈24的距離l2相比較，應(yīng)取充分大的距離。且根據(jù)同樣的理由三次線圈24和四次線圈33的距離l3也應(yīng)足夠地大。在此處如上所述由于要使一次線圈21和四次線圈33的耦合系數(shù)K14和二次線圈22和四次線圈33的耦合系數(shù)K24的關(guān)系為K14＜K24的關(guān)系，故如圖8所示，線圈的位置應(yīng)配置成從四次線圈33的附近起依次為三次線圈24，二次線圈22，一次線圈21的順序。由于線圈彼此間的距離較近者一般講耦合系數(shù)增大，故在上述配置中由于二次線圈22比一次線圈21距四次線圈要近，故當然可得到K14＜K24。再者由于間隙隔片43的位置位于一次線圈21和二次線圈22之間，因而四次線圈33和一次線圈21之間存在著間隙，此間隙的作用是通過泄漏磁通使耦合系數(shù)減小，但在四次線圈33和二次線圈22之間則沒有間隙，故K14＜K24的關(guān)系很顯著。
一次線圈21為了防止因高頻所引起的集膚效應(yīng)的影響，而使實質(zhì)上其導(dǎo)體的截面積變小、損耗增大，故使用將各自絕緣的細線進行絞合的所謂絞合線，在一次線圈的引線上為了保護絕緣而加上護管。二次線圈22作成四個分開的線圈。這種結(jié)構(gòu)將使二次線圈22的耐壓提高，同時線間的分布電容減小，可抑制無功電流，而使發(fā)熱減小。二次線圈22的低壓側(cè)引線22a與變壓器臺45及鐵心40，41相連，并成同電位，由于使鐵心的電位穩(wěn)定，故在安全方面可靠性較高。
三次線圈24，四次線圈33由于圈數(shù)都很少，為了對引出導(dǎo)線進行保護和絕緣，故使用被覆線，并分別使用高壓硅酮被膜線和氯乙烯被膜線。
圖9是四次線圈33的結(jié)構(gòu)為將中間端子48設(shè)在第二線圈22上的其他實施例。與圖3相同的構(gòu)成要素附以相同符號。
在圖9中設(shè)置在變壓器20中的四次線圈33由于其結(jié)構(gòu)作成在二次線圈上設(shè)有中間端子48，故其電壓與二次線圈電壓VAK成比例。即VAK的電壓變化作為在四次線圈33的兩端上所分出的電壓信號進行表示。將該電壓信號用輸出電壓信號整流電路34進行整流后的信號用比較器36和電壓基準信號35進行比較，將其輸出邏輯輸入到電流基準信號轉(zhuǎn)換電路37的光電耦合器49上，以轉(zhuǎn)換電流基準信號。由于變壓器20的初線側(cè)的電位和次級側(cè)的電位不同，在這種結(jié)構(gòu)時通過光電耦合器49所進行的信號的傳遞是必要的。這樣，通過檢知磁控管23開始振蕩后進行電流控制以去掉上述無效時間。在二次線圈22上設(shè)置抽頭而構(gòu)成四次線圈33時，二次線圈22和四次線圈33的耦合K24自然變大。此外由于使四次線圈處于二次線圈的電位，因而其間不需要絕緣，從而具有線圈的結(jié)構(gòu)很容易制作的效果。
圖10為在高壓上設(shè)計有倍電壓整流電路50的電路結(jié)構(gòu)的實施例。和圖3相同的構(gòu)成要素附以相同的符號。
在圖10的電路中磁控管23的陰極34a、陽極23b之間的電壓成為如圖11所示那樣的波形。和圖4所示的不使用倍電壓整流電路時相同，由于磁控管23不振蕩時與其振蕩時相比成為低電壓，故能檢知磁控管的振蕩狀態(tài)。在圖10的電路中如圖所示在輸出電壓信號整流電路34上設(shè)有半波整流電路的場合，應(yīng)在考慮四次線圈的極性下進行連接，以便使輸出電壓整流電路34的半波整流用二極管51在發(fā)生了VAK的電壓時導(dǎo)通。在輸出電壓整流電路34上使用全波整流電路的場合上，即使不考慮極性也能取得同等的效果。對變壓器20的二次線圈輸出進行倍電壓整流后，再加到磁控管23上的該電路構(gòu)成上不僅能消除磁控管開始振蕩時的無效時間，而且為了用倍電壓整流電路50使變壓器次級側(cè)的電壓升壓兩倍，變壓器的升壓比即一次和二次線圈的圈數(shù)比只需要大約為一半。換句話說即存在如下效果，二次線圈21的圈數(shù)只要一半。
在圖12中表示有本發(fā)明的實施例即為使裝置的輸出穩(wěn)定而使用使變壓器次線側(cè)的電流反饋進行控制的電路。和圖3相同的構(gòu)成要素附以相同的符號。
在圖12的電路中輸入電流Iin和磁控管的陽極電流IA是相關(guān)的，且大致成比例。且陽極電壓IA和變壓器的次線電流IS也大致成比例關(guān)系。因而代替了檢出輸出電流Iin，即使檢出變壓器的次級電流IS也能進行同等的輸入輸出控制。次級電壓檢出部52是在次線電流檢出電阻53上有電流流過時將電阻兩端所發(fā)生的電壓經(jīng)絕緣變壓器54用次級電流信號整流電路55進行整流，并和電流基準信號27進行比較以控制晶體管17的接通-斷開比。圖12的電路除通過用與輸入電流Iin大致成比例關(guān)系的次級電流來取代輸入電流Iin對電力進行控制外和圖3的電路結(jié)構(gòu)相同。磁控管供電裝置可以采用使輸出穩(wěn)定的控制方法，而不采用使輸入穩(wěn)定的控制方法。因而其效果是用次級電流IS對電力進行控制要比用輸入電流Iin進行電力控制能進行相當于接近輸出部分的更穩(wěn)定的電力控制。而這不用說用磁控管的陽極電流IA進行控制的手段也有著同等的效果。
1……商用電源2……二極管橋式電路3……單向電流4……開關(guān)元件5……變換器電路6……高壓變壓器7……磁控管8……輸入電流檢出部9……變換器控制電路10……商用電源11……二極管橋式電路12……單向電源13……電感器14……電容器15……變換器電路16……諧振電容器17……功率晶體管18……二極管19……驅(qū)動電路20……變壓器21……一次線圈22……二次線圈23……磁控管23a……磁控管陰極23b……磁控管陽極24……三次線圈25……輸入電流檢出器26……輸入電流整流電路27……電流基準信號28……電流誤差放大電路29……比較器30……鋸齒波發(fā)生電路31……比較器輸出電壓32……輸入電流控制部33……四次線圈34……輸出電壓信號整流電路35……電壓基準信號36……比較器37……電流基準信號變換電路部38……晶體管39……保險絲
40……鐵心41……鐵心42……間隙隔片43……間隙隔片44……夾緊部分45……放置臺46……第一骨架47……第二骨架48……中間端子49……光電耦合器50……倍電壓整流電路51……半波整流用二極管52……次級電流檢出部53……次級電流檢出電阻54……絕緣變壓器55……次級電流信號整流電路
權(quán)利要求
1.一種磁控管供電裝置，其特征在于備有單向電源，具有將上述單向電源的輸出變換為高頻的至少一個開關(guān)元件及其驅(qū)動電路的變換器電路，發(fā)生將食品及流體等加熱用的高頻的磁控管，及使上述變換器電路的輸出升壓并向上述磁控管供給電力的變壓器，上述變壓器由與上述變換器電路相連的一次線圈、用以向上述磁控管供給高壓高頻電力的二次線圈、向上述磁控管的陰極燈絲供給低壓高頻電力的三次線圈及向上述驅(qū)動電路加電壓信號的四次線圈所組成，并使上述四次線圈和上述二次線圈的耦合系數(shù)比上述四次線圈和上述一次線圈的耦合系數(shù)大。
2.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于在四次線圈和一次線圈之間設(shè)有二次線圈。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁控管供電裝置，其特征在于將被膜線用于四次線圈。
4.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于設(shè)置有一旦在四次線圈上流過的電流超過預(yù)定值就進行熔斷的手段。
5.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于在變壓器的二次線圈上設(shè)有中間端子以構(gòu)成四次線圈。
6.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于將各線圈按一次線圈、二次線圈、三次線圈、四次線圈的順序排列配置。
7.如權(quán)利要求1、6所述的磁控管供電裝置，其特征在于三次線圈和四次線圈的距離比二次線圈和三次線圈的距離大。
8.如權(quán)利要求1、6所述的磁控管供電裝置，其特征在于在變壓器的鐵心上備有間隙，上述間隙設(shè)置在一次線圈的近旁。
9.如權(quán)利要求1、6所述的磁控管供電裝置，其特征在于使一次線圈和第二次線圈的距離比二次線圈和三次線圈的距離大。
10.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于使二次線圈的一端子和變壓器的鐵心同電位。
11.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于將二次線圈的輸出進行半波倍電壓整流后加到磁控管上。
12.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于在變壓器的鐵心上設(shè)置間隙，上述間隙用和一次線圈的骨架作成一樣的隔片構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于將二次線圈做成分開的線圈。
14.如權(quán)利要求1所述的磁控管供電裝置，其特征在于在一次線圈上使用絞合線。
全文摘要
在備有變換器電路，高壓變壓器和磁控管的磁控管供電裝置中，為了使從向磁控管的陰極供給電力起到開始振蕩達到額定輸出為止的時間縮短而構(gòu)成備有檢出磁控管開始振蕩時點的功能并在振蕩一開始后即控制到額定輸出，在高壓變壓器上設(shè)有輸出電壓檢出用的線圈，用以檢出磁控管的振蕩。
文檔編號H03B9/10GK1030339SQ88102529
公開日1989年1月11日 申請日期1988年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1987年4月30日
發(fā)明者松本孝広, 末永治雄, 前原直芳, 坂本和穗, 丹羽孝, 別荘大介, 楠木慈, 下谷毅夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社