DE4220763A1 - Energieversorgungsschaltung zum betreiben eines magnetrons - Google Patents

Energieversorgungsschaltung zum betreiben eines magnetrons

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Mikrowellenherd und betrifft insbesondere eine Energieversorgungsschaltung zum Betreiben eines Magnetrons, das in einem Mikrowellenherd vorgesehen ist, die das Magnetron mit einer stabilen Energie versorgt, indem Instabilitäten der Ausgangsspannung aufgrund einer LC-Resonanz zwischen einem Hochspannungskondensator um Betreiben des Magnetons und der Sekundärwicklung des Trans­ formators vermieden werden und eine gute Isolation zwischen den Sekundärwicklungen des Transformators bei der Umschalt­ energieversorgung gewährleistet ist, die mit Impulsbreiten­ modulation arbeitet.
Im allgemeinen wird eine Hochspannung zum Betreiben eines Magnetrons benötigt, das in einem Mikrowellenherd vorgesehen ist. Eine herkömmliche Energieversorgung, die eine derartige Hochspannung erzeugt, betreibt das Magnetron über die auf der Sekundärseite induzierte Hochspannung, indem der Primärstrom durch Schalten unterbrochen wird.
Wenn bei einer derartigen herkömmlichen Energieversor­ gung das Unterbrechungszeitintervall des Primärstromes ge­ ändert wird, ändert sich die Spannung zum Betreiben des Mag­ netrons, wodurch es möglich ist, die Ausgangsleistung des Magnetrons in angemessener Weise zu steuern.
Eine derartige herkömmliche Energieversorgung ist in der JP-OS 53-27 143 und der JP-OS 2-135 690 beschrieben.
Die in der JP-OS 53-27 143 beschriebene Energieversor­ gung zum Betreiben eines Magnetrons besteht aus einem Nie­ derfrequenzoszillator, der das Tastverhältnis des Ausgangs­ signals ändern kann, einem Hochfrequenzoszillator, der die Signalübertragung oder die Signalschwingung unter Verwendung des Ausgangssignals vom Niederfrequenzoszillator steuert, und einer Schaltung, die einen Gleichstrom an der Primärsei­ te eines Ausgangstransformators schaltet, dessen Sekundär­ seite mit dem Magnetron verbunden ist, um dadurch eine sta­ bile Ausgangsspannung auf der Grundlage der Eingangsspannung zu erhalten.
Bei dem in der JP-OS 2-135 690 beschriebenen Mikrowel­ lenherd ändert sich die Ausgangsspannung nicht mit Änderun­ gen in der Frequenz der Netzversorgung, was dadurch erreicht wird, daß der Primärstrom des Transformators nach Maßgabe Jeder Phase bei verschiedenen Frequenzen der Netzversorgung unterbrochen wird, um dadurch einen konstanten Ausgangslei­ stungspegel des Magnetrons sicherzustellen.
Bei einem Aufbau, wie er oben beschrieben wurde, muß Jedoch ein Hochspannungskondensator für den Fall der Erzeu­ gung einer Hochspannung unter Verwendung eines Hochspan­ nungstransformators vorgesehen sein, so daß das Magnetron durch die Instabilität der Ausgangsspannungen des Hochspan­ nungskondensators aufgrund einer LC-Resonanz zwischen dem Mochspannungskondensator und der Sekundärwicklung des Hoch­ spannungstransformators beschädigt werden kann, die mit dem Magnetron verbunden ist. Es besteht weiterhin die Gefahr, daß der Mikrowellenherd durch eine instabile Energieversor­ gungsspannung beschädigt wird, die am Magnetron liegt, was zu einer Zerstörung der Isolation zwischen den einzelnen Wicklungen des Transformators durch die Hochspannung führen kann, die auf der Sekundärseite des Transformators auftritt.
Durch die Erfindung soll daher eine Energieversorgungs­ schaltung zum Betreiben eines Magnetrons geschaffen werden, die das Magnetron vor einer Beschädigung durch eine Hoch­ spannung bewahrt, indem sie die LC-Resonanz zwischen dem Hochspannungskondensator und der Sekundärwicklung des Hoch­ spannungstransformators vermeidet, die mit dem Magnetron verbunden ist, und dem Magnetron eine stabile Versorgungs­ spannung liefert.
Durch die Erfindung soll insbesondere eine Energiever­ sorgungsschaltung zum Betreiben eines Magnetrons geschaffen werden, bei der mehrere Rippen an einem Ausgangsspulenkörper ausgebildet sind, um den die Sekundärwicklung des Transfor­ mators gewickelt ist, an der die Hochspannung auftritt, so daß die Isolation zwischen den einzelnen Windungen verbes­ sert ist und eine Beschädigung des Mikrowellenherdes ver­ mieden wird.
Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Energieversorgungs­ schaltung zum Betreiben eines Magnetrons eine eine LC-Reso­ nanz verhindernde Diode, die zwischen die Sekundärwicklung des Transformators zum Betreiben des Magnetrons und den Hochspannungskondensator zum Betreiben des Magnetrons ge­ schaltet ist, wobei die Ausgangsspannung des Transformators wechselweise in Abhängigkeit von einer Rückkopplungsspannung induziert wird, wodurch dem Magnetron eine stabile Versor­ gungsspannung geliefert wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mehrere Rippen am Außenumfangsteil eines Ausgangsspu­ lenkörpers des Transformators in regelmäßigen Abständen angeordnet, um die Isolation zwischen den Windungen des Transformators zu verbessern, wodurch verhindert wird, daß die Energieversorgungsspannung aufgrund eines Durchbruchs der Isolation instabil wird.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 das Schaltbild des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung zum Betreiben eines Magnetrons und
Fig. 2 in einer Schnittansicht den Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Transformators.
Die erfindungsgemäße Energieversorgungsschaltung zum Betreiben eines Magnetrons ist so ausgebildet, daß dann, wenn eine Spannung invers an der Sekundärwicklung eines Transformators induziert wird, eine LC-Resonanz dadurch ver­ mieden wird, daß eine Diode vorgesehen ist, die zwischen die Sekundärwicklung des Transformators, an der eine Magnetron­ treiberspannung in Abhängigkeit von einer Rückkopplungsspan­ nung erzeugt wird, und einen Hochspannungskondensator zum Betreiben des Magnetrons geschaltet ist.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung zum Be­ treiben eines Magnetrons.
In Fig. 1 ist eine erste Gleichrichtereinrichtung 100 mit Brückendioden 12, 14, 16 und 18 und einem Kondensator 20 dargestellt, die dazu dient, eine anliegende äußere Netz­ spannung, beispielsweise eine Wechselspannung mit 90 bis 260 Volt in eine Versorgungsgleichspannung gleichzurichten und diese Versorgungsspannung auszugeben.
Ein Transformator 200 weist eine Primärwicklung 22 und Sekundärwicklungen 24, 26 und 28 auf. Der Transformator 200 empfängt an der Primärwicklung 22 die Versorgungsgleichspan­ nung von der ersten Gleichrichtereinrichtung 100, so daß an seinen Sekundärwicklungen 24, 26 und 28 durch Schaltvorgänge eine Ausgangsspannung induziert wird.
Eine Spannungssteuereinrichtung 300 umfaßt einen Span­ nungsrückkopplungsteil 31, einen Impulsbreitenmodulations­ steuerteil 32 und einen Schaltteil 33. Die Spannungssteuer­ einrichtung gibt eine Impulssignal mit einer unterschiedli­ chen Schaltperiode auf der Grundlage der Rückkopplungsspan­ nung aus, die in der Sekundärwicklung 28 des Transformators 200 induziert wird und von der Sekundärwicklung 28 kommt, um die Spannung zu steuern, die an der Sekundärseite des Trans­ formators 200 zu induzieren ist.
Eine zweite Gleichrichtereinrichtung 400 umfaßt mehrere Dioden 42 und 44 und Kondensatoren 46 und 48 und multipli­ ziert und gleichrichtet die Spannung, die an den Sekundär­ wicklungen 24 und 26 des Transformators 200 induziert wird. Die in dieser Weise durch die zweite Gleichrichtereinrich­ tung 400 multiplizierte und gleichgerichtete Spannung liegt dann an einem Magnetron 500. Die an der Sekundärwicklung 24 induzierte Spannung kann als eine Spannung zum Heizen des Magnetrons 500 verwandt werden, während die an der Wicklung 26 induzierte Spannung als Spannung zum Betreiben des Magne­ trons 500 verwandt werden kann.
Eine eine LC-Resonanz verhindernde Einrichtung 600 besteht aus einer Diode 62 und verhindert, daß eine LC-Reso­ nanz zwischen dem Hochspannungskondensator 48 der zweiten Gleichrichtereinrichtung 400 und der Sekundärwicklung 26 des Transformators 200 auftritt. Die Diode 62 ist an ihrer Anode mit der Sekundärwicklung 26 des Transformators 200 und an ihrer Kathode mit dem positiven Anschluß des Hochspannungs­ kondensators 48 verbunden, um dazwischen einen LC-Resonanz­ strom zu verhindern.
Wenn somit die Versorgungsspannung von außen an der ersten Gleichrichtereinrichtung 100 der erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung liegt, die in Fig. 1 dargestellt ist, dann wird diese Eingangsspannung durch die Brückendio­ den 12, 14, 16 und 18 vollwellengleichgerichtet. Die in dieser Weise gleichgerichtete Eingangsspannung wird dann durch den Kondensator 20 geglättet.
Wie es oben beschrieben wurde, liegt die durch die erste Gleichrichtereinrichtung 100 vollwellengleichgerich­ tete und geglättete Energieversorgungsgleichspannung an der Primärwicklung 22 des Transformators 200. Ein Transistor eines Schaltteils 33 wird nach Maßgabe des Impulssignals vom Impulsbreitenmodulationssteuerteil 32 der Spannungssteuer­ einrichtung 300 wiederholt durchgeschaltet und gesperrt, so daß ein Strom mit Umschaltungen durch die Primärwicklung 22 des Transformators 200 fließt. Wenn ein Strom in dieser Weise durch die Primärwicklung 22 des Transformators 200 nach Maßgabe des Schaltvorgangs des Schaltteils 33 fließt, dann wird eine Spannung in den Sekundärwicklungen 24 und 26 des Transformators 200 induziert. Diese induzierte Spannung liegt dann an der zweiten Gleichrichtereinrichtung 400, die die Eingangsspannung unter Verwendung der Dioden 42 und 44 und der Kondensatoren 46 und 48 halbwellengleichrichtet und glättet, um eine Gleichspannung zu erhalten.
Die in dieser Weise erzielte Gleichspannung liegt am Magnetron 500. Das Magnetron 500 wird über diese Gleichspan­ nung betrieben.
Wenn die am Magnetron 500 liegende Spannung aufgrund einer Änderung in der Versorgungsspannung während des Be­ triebes des Magnetrons 500 geändert wird, dann ändert sich auch die Spannung, die an der Sekundärwicklung 28 des Trans­ formators 200 induziert wird. Die an der Wicklung 28 indu­ zierte Spannung ist daher proportional zur Änderung der Spannung zum Betreiben des Magnetrons 500. Diese Spannung liegt am Spannungsrückkopplungsteil 31 der Spannungssteuer­ einrichtung 300. Folglich wird die zum Spannungsrückkopp­ lungsteil 31 rückgekoppelte Spannung durch eine Diode 35 und einen Kondensator 34 halbwellengleichgerichtet, wobei die gleichgerichtete Spannung anschließend am Impulsbreitenmodu­ lationssteuerteil 32 liegt. Wenn somit am Impulsbreitenmodu­ lationssteuerteil 32 vom Spannungsrückkopplungsteil 31 eine Rückkopplungsspannung liegt, dann erzeugt der Impulsbreiten­ modulationssteuerteil 32 Impulssignale mit verschiedenen Perioden auf der Grundlage des Pegels der Eingangsspannung, wodurch die Schaltperiode des Schaltteils 33 und damit des­ sen Ausgangsspannung gesteuert werden.
Bei der Stabilisierung der Ausgangsspannung unter Ver­ wendung des Spannungsrückkopplungsteils 31 dient die Diode 62 als eine eine LC-Resonanz verhindernde Einrichtung 600, die den zur Sekundärwicklung 26 des Transformators 200 vom Kondensator 48 in der zweiten Gleichrichteeinrichtung 400 fließenden Strom unterbricht. Das hat zur Folge, daß wirksam das Auftreten einer LC-Resonanz zwischen der Sekundärwick­ lung 26 des Transformators 200 und dem Kondensator 48 der zweiten Gleichrichtereinrichtung 400 verhindert werden kann.
Die Art, wie eine LC-Resonanz vermieden wird, wird im folgenden im einzelnen beschrieben.
Wenn gemäß Fig. 1 der Transistor des Schaltteils 33 entsprechend dem Ausgangsimpuls des Impulsbreitenmodula­ tionssteuerteils 32 durchgeschaltet wird, dann fließt ein Strom durch die Primärwicklung 22 des Transformators 200, so daß eine Spannung an den Sekundärwicklungen 24 und 26 des Transformators 200 induziert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die an der Wicklung 26 induzierte Spannung gegenüber der Diode 62 in Sperrichtung induziert, die als eine eine LC­ Resonanz verhindernde Einrichtung 600 arbeitet, so daß kein Strom durch die Wicklung 26 fließt. Das heißt mit anderen Worten, daß trotz eines Stromes, der durch die Primärwick­ lung 22 des Transformators 200 fließt, die Spannung gegen­ über der Diode 62 in Sperrichtung induziert wird, die eine eine LC-Resonanz verhindernde Einrichtung 600 bildet, und daß somit keine Strom durch die Sekundärwicklung 26 fließt. Das hat zur Folge, daß eine LC-Resonanz zwischen der Wick­ lung 26 und dem Kondensator 48 vermieden werden kann, wo­ durch das Auftreten eines LC-Resonanzstromes verhindert wird, der die Sekundärwicklung 26 des Transformators beein­ flußt.
Wenn der Transistor des Schaltteils 33 dem Ausgangs­ impuls des Impulsbreitenmodulationssteuerteils 32 entspre­ chend sperrt, dann fließt ein Strom durch die Primärwicklung 22 des Transformators 200, während eine gegenelektromotori­ sche Kraft an der Sekundärwicklung 26 auftritt, so daß eine Spannung in Durchlaßrichtung der Diode 62 induziert wird. Folglich wird die an den Sekundärwicklungen 24 und 26 indu­ zierte Spannung zum Betreiben des Magnetrons 500 zugeführt. Wenn keine Diode 62 bei dem obigen Schaltungsaufbau vorgese­ hen wäre, wurde eine hohere Spannung an der Sekundärwicklung 26 aufgrund der vom Kondensator 48 anliegenden Hochspannung erzeugt und träte zwischen der Wicklung 26 und dem Kondensa­ tor 48 eine LC-Resonanz auf. Beim Auftreten einer Hochspan­ nung an der Sekundärwicklung 26 und einer LC-Resonanz wird die am Magnetron 500 liegende Spannung instabil. Aus diesem Grunde ist die an der Sekundärwicklung 28 induzierte Rück­ kopplungsspannung dann gleichfalls instabil, was zur Folge hatte, daß die gesamte Ausgangsspannung gleichfalls instabil ist.
Wenn an der Primärwicklung 22 des Transformators 200 eine Gleichspannung von 100 bis 400 Volt liegt, dann wird eine Hochspannung von mehr als 8 Kilovolt an der Sekundär­ wicklung 26 induziert. Gemaß der Erfindung können mehrere Rippen am äußeren Umfangsteil eines Ausgangsspulenkörpers angeordnet sein, um den die Sekundärwicklungen 24, 26 und 28 gewickelt sind, wobei diese Rippen in regelmäßigen Abständen oder Intervallen vorgesehen sind und die Windungen isolie­ ren. Ein zylindrisches Loch ist an einer Innenseite des Spulenkörpers so ausgebildet, daß ein Eingangsspulenkörper aufgenommen werden kann, um den die Primärwicklung 22 gewik­ kelt ist. Bei einem derartigen Aufbau sind die Primär- und die Sekundärwicklungen 22, 24, 26 und 28 so nahe wie möglich aneinander angeordnet, um den gegenseitigen Kopplungskoeffi­ zienten zu erhöhen.
In Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Transformators 200 mit dem oben beschriebenen Aufbau dargestellt. In Fig. 2 sind eine Eingangsspule 210, um die die Primärwicklung 22 gewickelt ist, und ein Ausgangsspulenkörper 220 dargestellt, um den die Wicklungen 24, 26 und 28 gewickelt sind.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Transformator ist ein zylindrisches Loch 212 am inneren mittleren Teil des kreis­ förmigen Eingangsspulenkörpers 210 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Ferritkerns ausgebildet. An den gegenüberlie­ genden Seiten des Eingangsspulenkörpers sind Seitenwände 214 und 216 ausgebildet, damit die Primärwicklung 22 um den Außenumfang des Eingangsspulenkörpers gewickelt werden kann.
Ein Loch 222 ist am inneren mittleren Teil des kreis­ förmigen Ausgangsspulenkörpers 220 ausgebildet. Am Außen­ umfang des Ausgangsspulenkörpers 220 sind mehreres Rippen 220a bis 220n in regelmäßigen Abständen den Spannungen der Sekundärwicklungen 24, 26 und 28 entsprechend ausgebildet, um für eine gute Isolation zwischen den Windungen zu sorgen.
Im vorliegenden Fall sind der Eingangsspulenkörper 210 und der Ausgangsspulenkörper 220 in einem engen Kontakt miteinander angeordnet, um den gegenseitigen Kopplungskoef­ fizienten zu erhöhen.
Im obigen wurde lediglich ein spezielles Ausführungs­ beispiel der Erfindung beschrieben, an dem Änderungen und Abwandlungen vorgenommen sein konnen. Insbesondere wurde lediglich eine Energieversorgungsschaltung eines Mikrowel­ lenherdes beschrieben. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist jedoch auch bei einem Induktionsofen oder einer Vorrichtung anwendbar, die eine Hochspannung als Betriebsspannung ver­ wendet.

Claims (8)

1. Energieversorgungsschaltung zum Betreiben eines Magnetrons, gekennzeichnet durch eine eine LC-Resonanz ver­ hindernde Diode (62), die zwischen eine Sekundärwicklung (26) des Transformators (200) zum Betreiben des Magnetrons (500) und einen Hochspannungskondensator (48) zum Betreiben des Magnetrons (500) geschaltet ist, wobei die Ausgangsspan­ nung des Transformators (200) wechselweise in Abhängigkeit von einer Rückkopplungsspannung induziert wird und dadurch dem Magnetron (500) eine stabile Energieversorgungsspannung geliefert wird.
2. Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (62) an ihrer Anode mit der Sekundärwicklung (26) des Transformators (200) und an ihrer Kathode mit dem positiven Anschluß des Hochspannungskonden­ sators (48) verbunden ist.
3. Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (200) einen Ausgangs­ spulenkörper (220) mit mehreren Rippen (220a bis n), die in regelmäßigen Abständen an seinem Außenumfang ausgebildet sind, und einen Eingangsspulenkörper (210) umfaßt, der in den inneren mittleren Teil des Ausgangsspulenkörpers (220) eingesetzt ist.
4. Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (220a bis n) in einem be­ stimmten Abstand nach Maßgabe der Sekundärwicklungen (24, 26, 28) des Transformators (200) angeordnet und am Außen­ umfang des Ausgangsspulenkörpers (220) ausgebildet sind.
5. Energieversorgungsschaltung zum Betreiben eines Magnetrons mit
einer ersten Gleichrichtereinrichtung (100) zum Gleich­ richten einer von außen kommenden Eingangsnetzspannung in eine Versorgungsgleichspannung,
einem Transformator (200), der auf die Gleichspannung an der Primärwicklung (22) in den Sekundärwicklungen (24, 26, 28) durch Umschalten der Eingangsspannung eine Spannung induziert,
einer Spannungssteuereinrichtung (300), die ein Impuls­ signal abgibt, das eine unterschiedliche Periode nach Maßga­ be der von einer Sekundärwicklung (28) induzierten und kom­ menden Spannung hat, um die auf der Sekundärseite des Trans­ formators (200) induzierte Spannung zu steuern, und
einer zweiten Gleichrichtereinrichtung (400), die die auf der Sekundärseite des Transformators (200) induzierte Spannung gleichrichtet und ausgibt, um das Magnetron (500) zu betreiben, gekennzeichnet durch,
eine eine LC-Resonanz verhindernde Einrichtung (600), die eine LC-Resonanz zwischen einem Hochspannungskondensator (48) der zweiten Gleichrichteeinrichtung (400) und einer Wicklung (26) des Transformators (200) verhindert.
6. Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine LC-Resonanz verhindernde Ein­ richtung (600) eine Diode (62) umfaßt, die einen Strom blok­ kiert, der vom Hochspannungskondensator (48) zur Sekundär­ wicklung (26) des Transformators (200) fließt, wenn am Transformator (200) eine Spannung invers induziert wird.
7. Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (200) einen Ausgangs­ spulenkörper (220) mit mehreren Rippen (220a bis n) die in regelmäßigen Abständen an seinem Außenumfang ausgebildet sind, und einen Eingangsspulenkörper (210) umfaßt, der in den inneren mittleren Teil des Ausgangsspulenkörpers (220) eingesetzt ist.
8. Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (220a bis n) in einem be­ stimmten Abstand nach Maßgabe der Sekundärwicklungen (24, 26, 28) des Transformators (200) angeordnet und am Außen­ umfang des Ausgangsspulenkörpers (220) ausgebildet sind.
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