CN1553747B - 高频加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高频加热装置，通过使用包括作为磁控管驱动电源的逆变电源的磁控管冷却风扇以及空气导管进行加热。冷却风扇相对于电源的垂直方向倾斜，并配装在空气导管上。该结构增加了电源的冷却效果。此外，电源包括设置在半导体元件上的温度传感器以及根据传感器的结果控制电源和加热装置的运行的控制装置。这些传感器避免了由过热引起的电源装置的损坏。

Description

高频加热装置

本申请是申请号为02105693.5、申请日为2002年3月13日、申请人为松下电器产业株式会社、发明名称为“高频加热装置以及该装置中用于磁控管驱动电源的冷却***”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种高频加热装置，该装置包括作为电源的逆变电源，以通过利用如微波炉那样的磁控管进行介电加热。本发明还涉及到高频加热装置的磁控管驱动电源的冷却结构。本发明还涉及用于高频电源装置的安全运行和烹饪检测传感器的检测性能的过热保护的电源控制方法。

背景技术

被称为逆变电路的磁控管驱动电源广泛用于微波炉电源，其中高压电路、低压电路和漏磁变压器被集成到印刷电路板上。图6是现有技术的磁控管驱动电源的前视和侧视图。

如图所示，分立元件整体地安装在一块电路板上，并作为一个单元板设置。1表示漏磁变压器，而2表示用于冷却电源开关元件的散热片。图7示出了逆变电路的方框图。

来自于民用电源的电压通过由二极管桥组成的单向电源部分3转变为单向电压。通过由扼流圈4和滤波电容5组成的整流滤波器6对单向电压进行电流平滑和电压平滑。整流滤波器6的输出由逆变部分7变为30-50KHz的高频电源。作为用于该逆变部分的方法，可以采用多种类型，包括电压谐振型、电流谐振型、部分谐振型和半桥法。由漏磁变压器1将电力变换为高频电压。通过由电容和二极管组成的高压整流装置8将高频电压变为直流高压。

漏磁变压器1包括第三绕组，通过高压引线10将电力输送到磁控管9的灯丝，并使电子由阴极发射出来。另一方面，由高压整流装置8变为直流高压的电压同样的通过高压引线10加到磁控管9的阳极-阴极部分，并辐射微波输出到微波炉中，从而通过介电加热来加热食物。此外，逆变部分7由逆变控制部分11控制，并由逆变部分7中的电源开关元件进行开/关控制。磁控管驱动电源12由上述结构构成。此外，13连接到作为地电位的机壳。

随后，图6是前述磁控管驱动电源12的前视和侧视图，14是电源开关元件，其拧在散热片2上以紧密安装。该电源开关元件14的损耗变为热，传导到散热片2上并被强制冷却空气与散热片2一起冷却。15为高压电容，而16为高压二极管，从而构成高压整流装置8。所有这些元件都安装在酚醛纸板17上，从而构成集成的磁控管驱动电源12，其已相对图7说明过。作为这种逆变方法中，假定采用双晶体管方法，因此，提供了两个电源开关元件14。

散热片由一组由在相对晶体管平行方向的中心部分横向突出的翼片组成，并由流过的空气冷却.电源开关元件14通过夹在中间的传热硅脂或类似材料与散热片2结合，并将热传导到散热片2.当散热片2的翼片组充分地暴露在空气中时，不需要使用非常昂贵的低功耗电源开关元件作为电源开关元件14.并且，磁控管驱动电源12在这种条件下完成，因此，不需要根据设定的类型准备各种模型的分类，并且可以实现高度的统一和高效的生产.

在使用这种逆变电路的磁控管驱动电源中，通过使用冷却风扇强制冷却来冷却各个元件是很常见的。图8是现有技术的磁控管驱动电源的冷却结构的视图。18表示由电动机19带动的冷却风扇。此外，20表示冷却风扇口，21表示空气导管，用于将空气从冷却风扇引导到磁控管驱动电源12。来自冷却风扇的空气由空气导管21集中，以便接触磁控管驱动电源12。图9是通过空气导管21输送空气的冷却结构图。最主要的目的是冷却连接到漏磁变压器1和电源开关元件14的散热片2，这些元件的温度是最集中的。图10示出了采用现有技术的冷却结构的气流。当采用轴流风扇作为冷却风扇时，由冷却风扇流出的空气在方向A呈辐射状。因此，由冷却风扇流出的空气A首先接触空气导管21-P的部分，然后在图中A′方向上流动。因此，A′的气流速度比刚从冷却风扇流出的初始空气A显著降低。此外，直接平行于冷却风扇轴向的空气B直接接触磁控管驱动电源，然而，气动力比径向流出的空气A弱。因此，虽然冷却风扇的空气不能被完全有效地利用，但由于，具有如冷却结构简单的优点，因此这种冷却结构得到了广泛的应用。

然而，最近几年中，随着对高功率微波炉输出的强烈需求，磁控管驱动电源的功率消耗，特别是开关元件和磁漏变压器的功率消耗显得尤其突出。因此，有必要为磁控管驱动电源设计更有效的冷却结构。此外，为了实现减小尺寸和新颖的微波炉的设计，对用于冷却***、磁控管驱动电源等的机室空间的限制变得更严格，需要在有限的空间中的有效的冷却结构。

这种用逆变电源作为电源的高频加热装置在例如日本待审专利公开No.Hei-6-5055中被公开。图14和图15示出了在上述公开中根据现有技术公开的高频加热装置。

图14是示出了高频加热装置中的电源部分的剖视图。附图标记31表示加热室。附图标记32表示产生高频电源的磁控管。附图标记33表示为磁控管供电的逆变电源。附图标记34表示冷却电源部分的冷却风扇。

图15是示出逆变电源33外观的透视图。附图标记35表示用于整流民用电源的半导体整流元件。附图标记36表示用于将整流后的电源变为高频电源的半导体开关元件。附图标记37表示用于将高频电源变为高压并将其加到磁控管32上的高压变压器。附图标记38表示半导体整流元件35或半导体开关元件36所固定的散热片。

尽管如此，在现有技术的结构中，加到磁控管上的电源是通过采用逆变方式的半导体整流元件35和半导体开关元件36提供的。这些半导体器件的耐热性低，具有在温度超过耐热性极限的情况下，即使持续很短的时间也容易受到热损坏的缺点。因此，例如，在冷却风扇34由于故障而停止运转的情况下，半导体整流元件35和半导体开关元件36由于自身的发热在很短的时间内遭受热损坏。

在一些根据现有技术的高频加热装置中，磁控管设置有温度开关等.当冷却风扇的电动机故障时，在磁控管中检测到不正常的温度上升，由此中断高频加热装置的运行.然而，在使用逆变电源的高频加热装置中，半导体整流元件和半导体开关元件在磁控管中检测到不正常的温度上升之前就已经遭到了热损坏.因此，这种温度开关对保护逆变电源没有效果.

此外，在现有技术的高频加热装置的结构中，例如，当温度环境在烹饪启动时超过极限时，自动烹饪检测传感器装置不能启动自动烹饪，以确保在超过温度限制时无法确保的性能。此外，在自动烹饪期间，在温度环境超过极限的情况下，烹饪不能正确完成。然而，在另一方面，一般结构的电源装置包含用于防止由过热引起的故障的装置，在烹饪过程中为了防止由过热引起的损坏，机械装置强制中断电源。

在根据现有技术的上述结构中，存在如下问题：当电源装置的温度或烹饪检测传感器的温度超过为了确保高频电源供给过程中的功能和性能的温度极限时，即使在烹饪期间，机械装置也会突然中断电源供应，并且加热中断的原因没有显示。另一个问题是用于检测各种温度极限水平变化的电源控制无法用简单结构实现。

发明内容

为了解决上述问题的本发明的目的是在有限的空间中提供一种高效冷却***和包括冷却***的高频加热装置。本发明的目的还在于提供一种监视逆变电源和主要元件温度的高频加热装置，根据检测到的信息控制逆变电源的输出，并避免由过热引起的逆变电源的中断。本发明的目的还在于提供一种在异常温度下表现稳定并在由温度因素导致加热装置不能烹饪时显示故障缺陷的高频装置。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于磁控管驱动电源的冷却***，包括在印制板上的磁控管驱动电源、由铝挤压成形方法形成的并在其上安装IGBT等电源开关元件的散热片、逆变部分、控制逆变部分的逆变控制部分、引导高频交变电压的漏磁变压器、连接到漏磁变压器的次级绕组用来把直流高压加到磁控管的高压整流装置、强制冷却磁控管驱动电源的冷却风扇以及将来自冷却风扇的空气引导到磁控管驱动电源的空气导管。在该***中，逆变部分通过电源开关元件以高速开关民用电源的电力并将电力变为高频交变电压。散热片通过散热冷却电源开关元件，散热以与电源开关元件靠近边界的方式发生。***构造使冷却风扇的轴向与磁控管驱动电源的印刷电路板呈锐角相交，空气导管的开口部分的一端与冷却风扇闭锁。

因此，通过空气导管可以使来自冷却风扇的空气高效地接触磁控管驱动电源，从而提高冷却效率。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种包括半导体整流元件和半导体开关元件的高频加热装置，以及在其上附着的温度传感器。这两种元件是逆变电源的主要元件，它们特点在于低的耐热性和高的产热率。加热装置还包括具有微型计算机的控制装置，用于监视温度传感器的温度并根据检测到的信息控制逆变电源的输出。

通过高频加热装置的上述构造，在由任何原因引起的半导体整流元件和半导体开关元件的异常温升的情况下，在温度达到这些元件的耐热极限之前，逆变电源的输出将被降低或中断。因此，可以避免逆变电源的热损坏。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种包括电源控制装置的高频加热装置，用于分别设置确保自动烹饪检测传感器由于温度因素的性能的电源控制起始温度设定电平、用于防止产生自加热的电源装置过热保护的电源控制起始温度设定电平以及用于在加热期间当在烹饪开始时冷却空气的温度很高时电源装置过热保护的电源控制起始温度设定电平.然后，当由温度传感器检测到的温度达到各自的温度限制电平时，控制高频输出以确保正常的性能.

通过上述的单独设定过程，在烹饪期间自动烹饪传感器不会停止，从而确保正常的检测性能。即使在烹饪采用手工时间设定而不是自动传感器烹饪时，在电源装置遭受过热损坏之前高频输出就已经被控制了，从而防止在烹饪温度环境中的任何变化中的损坏。

在开始自动烹饪传感器检测的烹饪时，即使在冷却温度环境太高以至于自动烹饪传感器检测由于高温而无法正常实现的情况下，该状态就告知用户。因此，即使在自动传感器烹饪的完成被推迟或烹饪临时停止时，该状态就告知用户。

本发明提供一种高频加热装置，包括：磁控管驱动电源，该电源包括：用于整流民用电源的半导体整流元件、将整流后的电源变为高频电源的半导体开关元件、以及将高频电源变为高压从而将电源加到磁控管的高压变压器；具有微型计算机的控制装置，由此控制磁控管驱动电源以及整个装置；以及检测磁控管驱动电源中的半导体整流元件温度和半导体开关元件的温度的温度传感器；根据来自温度传感器的信息，控制装置减少逆变电源的输出，或另外终止高频加热装置的运行；所述微型计算机中预先设定一温度水平，该温度水平在所述半导体整流元件或半导体开关元件的耐热性极限内，而该温度水平在所述高频加热装置的正常运行中通常是不能达到的；所述控制装置比较由所述温度传感器来的温度信息和所述微型计算机中预先设定的温度水平，当所述温度信息达到所述温度水平时，减少逆变电源的输出，或终止高频加热装置的运行。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于磁控管驱动电源的冷却***的结构图。

图2示出了根据本发明实施例的用于磁控管驱动电源的冷却***的气流方向。

图3是关于根据本发明实施例的用于磁控管驱动电源的冷却***的冷却风扇倾角和气流速度的特性图。

图4是关于根据本发明实施例的用于磁控管驱动电源的冷却***的冷却风扇的气流速度和温升的特性图。

图5是磁控管驱动电源中显示气流的主要部分剖视图。

图6是现有技术的磁控管驱动电源的前视和侧视图。

图7示出了磁控管驱动电源的结构的方框图。

图8是现有技术的磁控管驱动电源的冷却结构的视图；

图9是现有技术的磁控管驱动电源的冷却结构图(空气导管传输的情况)；

图10是示出采用现有技术的磁控管驱动电源的冷却结构的气流方向的视图。

图11是根据本发明的第二实施例的高频加热装置的逆变电源的主要部分的透视图。

图12是图11所示的用于容纳高频加热装置的逆变电源的机室的剖视图。

图13是示出根据本发明第三实施例的高频加热装置的逆变电源的主要部分的透视图。

图14示出了根据现有技术的高频加热装置的电源部分的剖视图。

图15是图14中所示的高频加热装置的逆变电源外观的透视图。

图16是根据本发明第四实施例的高频加热装置的结构图。

图17是示出在高频加热期间由图16所示的高频加热装置的温度检测装置所检测到的温度变化图。

图18是示出在电源控制期间由图16所示的高频加热装置的温度检测装置所检测到的温度变化图。

图19是示出在烹饪开始时冷却空气的温度超过温度极限的情况下由图16所示的高频加热装置的温度检测装置所检测到的温度变化图。以及

图20是示出在电源控制期间图16所示的高频加热装置中的显示方法的示例的视图。

具体实施方式

在下文中，参考附图介绍本发明的实施例。

(第一实施例)

图1是用于本发明磁控管驱动电源的冷却***的结构图。所采用的结构为，冷却风扇18放置在轴向S与磁控管驱动电源的水平方向，即，与酚醛纸板17成锐角(角φ)相交的位置，并与空气导管21一端的开口部分闭锁。空气导管21构造成从纵向及其上部封闭磁控管驱动电源12，并相对于酚醛纸板17在水平方向设置两个空气导管开口部分。来自冷却风扇的空气通过与冷却风扇闭锁的空气导管的一个开口部分进入磁控管驱动电源，流入磁控管驱动电源内部，并由空气导管21的另一个开口部分流出。

图2示出了来自具有本发明用于磁控管驱动电源的冷却结构的冷却风扇的气流。其中，空气导管在与冷却风扇闭锁的侧面上的开口部分的尺寸L设为稍大于冷却风扇的直径F。作为冷却风扇，通常使用轴流风扇。在这种情况下，由冷却风扇流出的气流变为径向，然而，如上所述，通过考虑空气导管的开口部分的尺寸和轴向，来自冷却风扇的径向气流开始如图2中A所示沿空气导管壁的表面平行流动，因此，与现有技术不同，气流速度不会由于空气导管壁表面而降低。因此，沿该壁表面流动的空气的速度可保持强大。此外，该气流几乎平行地流入磁控管驱动电源内部。

图3示出了冷却风扇的轴向S和磁控管驱动电源12的酚醛纸板17之间的相交角φ和气流A的气流速度之间的关系图。如果相交角φ较小，即，如果冷却风扇变成垂直于磁控管驱动电源12的酚醛纸板17，来自风扇的空气首先接触空气导管21的上部并使气流速度降低。此外，如果相交角φ较大，即，如果冷却风扇变成平行于磁控管驱动电源12的酚醛纸板17，气流停止流到空气导管的上部并使气流速度降低。气流速度达到最大的角大约为45°(D)，并且通过优化该相交角，可以实现最有效的冷却结构。

此外，图4示出了气流速度A和电源开关元件14的温度。由于气流速度A的增加导致的流过连接到电源开关元件14的散热片2的空气量的增加可降低散热片的温度，从而降低电源开关元件14的温度。可以理解，气流速度A变得越大，温度下降越多，导致更大的冷却效果。同样，就漏磁变压器的温度特性而言，可以设想类似的现象。在漏磁变压器中，冷却效果取决于有多少空气可以接触到在表面上的线圈部分。

图5示出了磁控管驱动电源中的气流，其中空气可以以很高的速度流向散热片2的磁漏变压器1的阴影部分.因此，可以降低电源开关元件14和磁漏变压器1的温度.此外，当考虑沿侧壁流动的空气的特性时，通过缩小空气导管侧壁表面和散热片2或漏磁变压器1之间的距离可产生更大的冷却效果.

如上所述，通过采用使冷却风扇布置成冷却风扇的轴向与磁控管驱动电源的酚醛纸板17之间的相交角φ为最佳角度并使冷却风扇与空气导管的一端闭锁的结构，可以更有效地将来自冷却风扇的空气引导到磁控管驱动电源，从而显著地改善磁控管驱动电源的冷却效率。

(第二实施例)

图11是根据本发明的第二实施例的高频加热装置的逆变电源的主要部分的透视图。图12是示出高频加热装置的逆变电源的机室的剖视图。

在图11中，附图标记39表示逆变电源。附图标记40到42表示在逆变电源39中安装的元件。更具体地说，附图标记40表示整流民用电源的半导体整流元件。附图标记41表示将整流后的电源变为高频电源的半导体开关元件。附图标记42表示将高频电源变为高压的高压变压器。附图标记43表示检测半导体整流元件40的温度的温度传感器“a”。附图标记44和45表示检测半导体开关元件41的温度的温度传感器“b”和“c”。附图标记46表示半导体整流元件40和半导体开关元件41所连接的散热片。附图标记47表示具有微型计算机从而控制逆变电源以及整个高频加热装置的控制装置。

在图12中，附图标记48表示产生高频电源的磁控管。附图标记49表示冷却逆变电源39和磁控管48的冷却风扇。附图标记50表示空气入口。

下面说明具有上述结构的高频加热装置的运行和效果。在高频加热中，逆变电源39、磁控管48和冷却风扇49根据由用户设定的加热条件(高频输出电平和加热时间)运行。机室由冷却风扇从外部经空气入口50引入的空气冷却。控制装置47通过温度传感器“a”43和温度传感器“b”44和“c”45获得半导体整流元件40和半导体开关元件41的温度信息。在控制装置47中的微型计算机中，预先设定低于半导体整流元件40和半导体开关元件41的耐热极限而在高频加热装置的正常运行中又不会达到的温度。微型计算机将通过温度传感器“a”43和温度传感器“b”44和“c”45获得的温度信息与预先设定的上述温度进行比较。在温度信息达到预先设定的温度的情况下，微型计算机确定为异常状态，并由此减少逆变电源的输出，或终止高频加热装置的运行。

根据这种结构，即使在由于冷却风扇49失灵或空气入口50堵塞导致逆变电源39的冷却条件变得异常的情况下，可以避免半导体整流元件40和半导体开关元件41的热损坏。

在该实施例中，每个半导体整流元件40和半导体开关元件41设置有温度传感器。然而，根据逆变电源39和冷却风扇49的排列，在半导体整流元件40和半导体开关元件41中的温升的值完全不同。在这种情况下，可以为在最恶劣的温度条件下的元件提供温度传感器，从而获得相同的效果。

(第三实施例)

图13是示出根据本发明的第三实施例的高频加热装置的逆变电源的主要部分的透视图.在图13中，附图标记51表示由蜂鸣器组成的提示装置，其与控制装置47安装在同一块板上.该提示装置51是与第二实施例结构的唯一不同.与第二实施例中相同的附图标记表示相同的元件，并因此省略说明.

与第二实施例类似，控制装置47通过温度传感器“a”43和温度传感器“b”44和“c”45获得半导体整流元件40和半导体开关元件41的温度。在检测到异常温升的情况下，终止高频加热装置的运行。同时，提示装置51将异常情况通知给用户。

根据该结构，在逆变电源39的冷却条件变得异常的情况下，终止高频加热装置的运行。同时，提示装置51(蜂鸣器)马上将异常情况通知给用户。

在该实施例中，蜂鸣器作为提示装置。然而，在具有用来显示高频加热装置的设置、加热的剩余时间等的显示装置的高频加热装置中，可以在用作异常状态的提示装置的显示装置上显示异常状态。在这种情况下，也可以获得相同的效果。

(第四实施例)

图16是示出根据本发明的示例的高频加热装置的结构图。在图16中，附图标记61表示加热室。附图标记62表示电源装置。附图标记63表示冷却电源装置的冷却装置。附图标记64表示自动烹饪检测传感器。附图标记65表示用于检测温度变化的温度检测装置。附图标记66表示在电源装置中自发热高的元件。附图标记67表示冷却空气入口部分。

在图16中，当开始加热加热对象时，电源装置的元件温度由于自发热而逐渐升高。特别是，在电源装置中自发热高的元件66会由于周围温度环境的变化所引起的冷却空气的温升而遭受过热损坏。在本发明的该示例中，如图中所示，温度检测装置提供在容易受冷却空气入口温度的变化影响的元件的表面。因此，即使在由于周围温度环境的上升例如在厨房中引起冷却空气温度上升的情况下，在电源装置中自发热高的元件66可被保护而不会过热损坏。此外，当温度达到温度限制时，为了确保自动烹饪检测传感器的性能而对电源加以控制。在那时，元件中的温度变化被微型计算机读取并测定，从而功率可以暂时降低到不超过温度限制的水平而不是终止全部功率。这样可以防止过热损坏元件，并同时允许可靠的完成烹饪而不是突然由机械装置终止烹饪。此外，在电源控制期间，显示部分显示信息“加热电源控制”，从而清楚地通知用户烹饪时间的变化。

图17示出了在启动电源控制之前和之后温度检测装置65检测到的温度变化与温度界限之间的关系。在图17中，在图16所示的温度检测装置65检测到的温度如图所示在启动电源之后上升。

图18示出了当在烹饪开始时温度低于温度界限，并在烹饪期间由温度检测装置65检测到的温度达到温度限制之后的电源控制期间温度检测装置65检测到的温度变化。在图18中，当温度检测装置65检测到的温度达到图中所示的温度界限时，根据微型计算机的测定控制电源。由此，不仅在手工设定中而且在自动烹饪中，在低于温度限制的温度范围内电源连续输出，从而获得充分的特性。

图19示出了当在烹饪开始时的温度高于温度限制时，根据温度检测装置65检测到的温度的电源控制的变化。在图19中，在温度检测装置65检测到的温度低于温度限制之前终止电源输出，直到温度达到电源启动温度。在这种情况下，显示部分显示信息“加热电源控制”，从而将电源中断的原因清楚地通知用户。在电源启动之后电源控制的变化与图18所示相同。

图20示出了在电源控制期间根据本发明的示例的显示方法的例子。同样地，在电源控制期间烹饪的延迟或停止加热的情况清楚地通知用户。

同样地，在本实施例中，检测装置65检测到高频加热装置的冷却空气中的温度变化，从而根据微型计算机的测定容易控制电源，以便不超过影响安全性和性能的各元件的各种允许的温度界限。同时，由传感器检测来防止元件的过热损坏可确保自动烹饪的性能。此外，在本例中，显示在电源控制期间烹饪延迟或停止加热的情况下的状态并清楚地通知用户。

如上所述，根据本发明，来自冷却风扇的空气经过空气导管有效地引导到磁控管驱动电源，并可改进冷却效率。此外，冷却风扇与空气导管闭锁并放置在磁控管驱动电源附近，从而节省冷却机构的空间。

如上所述，根据本发明，即使在逆变电源的冷却条件出现异常的情况下，也可以避免逆变电源中的热损坏。

同样地，根据本发明，防止过热损坏元件的冷却空气中的温度变化以及受元件周围冷却空气温度影响的元件中的温度变化被检测出来，从而控制电源。由此，简单的结构实现影响安全性和性能的各种规格的元件的保护。

Claims (2)

1.一种高频加热装置，包括：

容纳加热对象的加热室；

用于加热加热对象的装置；

用于冷却电源装置产生的热的装置；

用于确定加热对象的加热状态并进而控制加热方法的自动烹饪检测传感器；

用于测定信号并控制电源的微型计算机；以及

在冷却空气入口附近设置的用于检测冷却空气的温度变化的装置；并且

其中，通过检测温度变化的装置，冷却空气冷却包括在电源装置中的自发热高的元件和自动烹饪检测传感器的元件，并根据温度变化控制电源，以便防止电源装置的过热损坏并确保自动烹饪检测传感器的检测性能。

2.根据权利要求1所述的高频加热装置，还包括：

显示装置，用于通知用户电力因电源装置的过热保护以及为了确保烹饪检测传感器的运行性能而受到控制或处于停止状态。

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