專利名稱：微波爐及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種微波爐和其控制方法，更具體的涉及一種通過控制轉換控制信號而對其進行控制的微波爐和其控制方法，可使其電路系統穩定。
通常的，微波爐通過將商用交流電(AC)提供到芯型高壓變壓器的主繞組而獲得次級高壓。通過對磁控管內的陰極燈絲進行加熱而進行微波爐的操作，并將高壓提供給磁控管，從而振蕩磁控管，由此輻射非常高頻率(VHF)的能量。如果VHF和水或含水的物質(諸如食物)結合會在有限的空間內轉化為熱能。熱能被用于對食物進行烹飪。
圖6為傳統的微波爐的結構的電路圖。如圖中所示，傳統的微波爐包含電源部分51、高壓變壓器53，用于通過從電源部分51提供的電源產生高壓，一個磁控管55，通過由高壓變壓器53產生的高壓產生電磁波，以便加熱微波爐的烹飪室中的食物；一個繼電器開關57，用于對電源和頻率進行開和關的切換；和一個控制部分59，當從電源部分51提供電源時控制高壓變壓器53、磁控管55和繼電器開關57。
采用此結構，如果通過控制控制部分59而接通來自電源部分51和繼電器開關57的電源，則電流開始在高壓變壓器的主繞組上進行流動，從而在高壓變壓器53的次級繞組產生高壓。在高壓變壓器53的次級繞組上提供幾個伏特的電壓，以對磁控管的燈絲進行加熱，并提供幾千伏特的電壓用于振蕩磁控管55。為了將直流提供到磁控管55的負極，同樣在其中提供用于整流和濾波的整流和濾波裝置。
然而，由于在傳統的微波爐中使用的高壓變壓器53的芯由硅鋼片制成，其很重且體積大，并且不利于用戶進行操作。由于為了在高壓變壓器53產生高壓就必須增大高壓變壓器的次級繞組，這樣就導致了高壓變壓器53的尺寸要進一步增大。
另外，為了調節來自高壓變壓器的次級繞組的輸出電壓，傳統的微波爐使用控制工作比的方法，因為從低輸出到高輸出無法進行模擬控制。工作比控制方法控制來自電源部分51的最大比例的輸出，該比例為高壓變壓器的“通”和“斷”時間之比。在工作比控制方法中，如果最大比輸出的通時間短而斷時間長，則產生低輸出，由于如果最大比輸出的通時間長而斷時間斷，則產生高的輸出。在通過工作比控制方法對輸出進行調節時，溫度就會產生很大的變化，影響對食物的烹飪，這樣會降低烹飪效率，進而影響食物的味道。
相應的，本發明的目的在于克服上述的缺點，其目的之一在于提供一種微波爐，其通過使得高壓變壓器以模擬的方式連續和可變的產生來自次級繞組的高壓輸出而便于對輸出進行控制。
通過具有下面結構的微波爐可實現上述的和其他的目的，所述的的微波爐包含一個電源部分，用于提供交流電；一個整流和濾波部分，用于對商用交流電進行整流和濾波；一個高壓變壓器，通過來自整流和濾波部分的直流電源而產生高壓；和一個磁控管，用于根據來自高壓變壓器的高壓產生電磁波，另外還包含一個控制信號發生器部分，用于產生控制信號；一個變換部分，用于根據來自控制信號生成部分的控制信號將來自整流和濾波部分的直流電轉換為高壓交流電；和一個控制部分，用于當被轉換的控制信號不在預定的范圍內時，防止通過轉換部分轉換的控制信號提供給磁控管。
在控制信號不在預定的范圍內時，控制部分可防止控制信號進入到轉換部分中。
控制部分包含一個D/A變換部分，用于將來自控制信號發生器的控制信號轉換為模擬信號；一個檢測部分，用于檢測被D/A變換部分轉換的控制信號是否在預定的范圍內；一個輸出控制部分，其控制通過檢測器部分的控制信號的輸出；和一個振蕩器部分，其改變從輸出控制部分輸出的控制信號并將被改變的輸出控制信號輸入到轉換部分中。
控制部分還包含一個開-關和軟啟動部分，其根據控制信號控制振蕩器部分的開-關操作和軟啟動操作。
控制部分還包含一個低壓斷開部分，在通過電源部分輸入異常電壓時將斷開信號提供到開-關和軟啟動部分及D/A變換部分，以終止開-關和軟啟動部分及D/A變換部分的操作。
控制部分將來自控制信號生成部分的控制信號分解為開-關和軟啟動部分及D/A變換部分。
將通過檢測部分檢測的控制信號提供到輸出控制部分的輸入端。
輸出控制部分使用場效應晶體管(FET)的漏極和源極之間的電阻特性。
振蕩器部分包含一個切換部分，用于將直流電切換為交流電。
振蕩部分將外部電阻和電容器相連和振蕩，以產生切換部分的門脈沖。
振蕩部分的振蕩頻率的表達式為Fo＝1/(1.4 X(外部電阻+75)X電容)。
開-關和軟啟動部分使用FET的漏極和源極之間的電阻特性。
低壓斷開部分包含一個晶體管和一個光耦合器，其彼此串聯，形成一個邏輯積(與)電路器件。
高壓變壓器包含一個鐵氧體芯，以降低高頻的損耗。
控制微波爐的方法，其中微波爐包含一個電源部分，其提供交流電，和一個整流和濾波部分，用于對商用交流電進行整流和濾波，一個轉換部分，用于將來自所述整流和濾波部分的直流電轉換為高頻的交流電，一個高壓變壓器，用于通過來自轉換部分的交流電產生高壓；和一個磁控管，用于根據來自高壓變壓器的高壓產生電磁波；所述的的方法包含如下的步驟產生一個控制信號；將控制信號提供給轉換部分，從而轉換部分將來自整流和濾波部分的直流電轉換為高頻交流電；檢測通過轉換部分轉換的控制信號是否在預定的范圍內；如果控制信號不在預定的范圍內，阻止控制信號被提供到磁控管。
該方法還包含如下的步驟，確定被提供到轉換部分的控制信號是否在預定的范圍內；并當控制信號不在預定的范圍內時，阻止控制信號進入到轉換部分中。
通過下面結合相應附圖的詳細描述會對本發明有更清楚的了解。


圖1為根據本發明的微波爐的方框圖2為圖1的詳細電路圖；圖3為圖2中的幾個點的波形和電勢示意圖；圖4為為了提高功率因數而對源信號疊加直流(DC)所獲得的波形的示意圖；圖5為檢測部分的工作特性的示意圖；及圖6為傳統的微波爐的方框圖。
參考圖1和圖2，根據本發明的微波爐包含一個電源提供部分7，用于提供商用交流電(AC)，一個整流和濾波部分8，用于對從電源部分7提供的電源進行整流和濾波，一個高壓變壓器24，用于根據商用交流電產生高壓，和一個磁控管25，其通過由高壓變壓器24產生的高壓生成電磁波。
反應器9(參見圖2)和濾波電容器10(同樣參見圖2)與整流和濾波部分8相連，從而阻止來自轉換部分的噪聲泄露到外部。電阻19和與整流和濾波部分8相連的濾波電容20將在整流和濾波部分8中進行整流的大致為310V的高壓降低為大約15V的電壓，從而將其作為半導體驅動電源。
根據本發明的微波爐還包含一個控制信號生成部分26，其產生控制信號，和一個轉換部分30，其與高壓變壓器24的主繞組相連，轉換部分30根據通過控制信號生成部分26輸入的控制信號將通過整流和濾波部分8進行整流和濾波的直流電轉換為高壓交流電。在轉換部分30中提供一個和高壓變壓器24的主繞組串聯連接的諧振部分6，以進行諧振操作。
另外，根據本發明的微波爐還包含一個控制部分40，用于控制通過轉換部分30的諧振部分6轉換的控制信號，如果被轉換的控制信號不在控制信號的預定的范圍內，從而使被轉換的控制信號位于預定的范圍。
控制部分40接收來自控制信號生成部分26的控制信號并確定控制信號是否在預定的范圍內。在確定控制信號不在預定的范圍中的情況下，控制部分40可阻止將控制信號提供到轉換部分30。
控制部分40還具有一個D/A變換部分2，用于將來自控制信號生成部分26的控制信號轉換為模擬信號，一個檢測部分5，用于檢測被D/A變換部分轉換的控制信號，以確定控制信號是否在預定的范圍內，一個輸出控制部分4控制和輸出由檢測部分5所檢測的控制信號，和一個振蕩部分21，改變由輸出控制部分4輸出的控制信號的控制周期，以將其提供到轉換部分30。振蕩部分21包含一個切換部分27，用于將直流電轉換為交流電；切換部分27設置一對切換電源元件。
控制部分40還包含一個開-關和軟啟動部分3，用于根據通過控制信號生成部分26輸入的控制信號控制振蕩部分21的開-關和軟啟動部分的操作，低壓斷開部分21在當通過電源部分所輸入的直流電被確定為非正常時，向開-關和軟啟動部分3輸出一個終止信號。控制部分40將通過控制信號生成部分26產生的控制信號進行分解，并將被分解的控制信號輸入到D/A變換部分2和開-關和軟啟動部分3。
下面將詳細描述被分流到D/A變換部分2中的控制信號的流動。
被分流到D/A變換部分2中的控制信號被轉換為模擬信號，且將被轉換的模擬信號提供到檢測器部分5。在通過控制部分40確定被提供到檢測器部分5的控制信號位于預定的范圍內時，控制部分40將控制信號提供到輸出控制部分4的輸入端。將被提供到輸出控制部分4的控制信號提供到振蕩部分21的輸入端，通過振蕩部分21進行改變，并然后輸入到轉換部分30。通過高壓變壓器24的主和次級繞組將被輸入到轉換部分30的控制信號轉換為具有高頻的交流電，從而產生電磁波。
控制部分40確定通過轉換部分30轉換的控制信號是否在預定的范圍內。在控制部分40確定被轉換的控制信號不在預定的范圍內時，控制部分40阻止被轉換的控制信號被提供到磁控管25。如果確定被轉換的控制信號在預定的范圍內，則控制部分40將被轉換的控制信號通過輸出控制部分4和轉換部分30提供到磁控管25。
另外，如上所述，在控制部分40確定通過D/A變換部分的控制的信號不在預定的范圍內時，控制部分40阻止控制信號被提供到輸出控制部分4，從而以更穩定的方式對電路進行保護。
由于通過半導體振蕩用高頻(大約20Khz)驅動高壓變壓器24，可有效的使用鐵氧體芯并使高頻轉換損耗降低到最小，從而無須增大高壓變壓器24的次級繞組的繞數。使用鐵氧體芯的高壓變壓器與傳統的芯型的高壓變壓器相比尺寸很小，且重量輕。
下面將參考圖2對構成控制部分30的D/A變換部分2、開-關和軟啟動部分3、振蕩部分21、輸出部分4等進行詳細描述。
當最初將電源從電壓部分7提供到微波爐時或當微波爐處于備用狀態時，從信號生成部分26不向和控制信號生成部分26相連的光耦合器18輸入控制信號，因此轉換部分不工作。這意味著不產生來自轉換部分30的振蕩。為了使轉換部分30進行振蕩，需要連續的從控制信號生成部分26通過光耦合器18的輸入端提供脈寬調制(PWM)波形。
被提供到光耦合器18的PWM波的作用在于對轉換部分30進行控制(啟動振蕩)，并通過根據PWM波形的脈寬的變化改變振蕩部分21的振蕩頻率而控制來自轉換部分30的輸出。
當PWM波不被提供到開-關和軟啟動部分3時，用通過電阻302和電容303進行偏置的基極導通構成開-關和軟啟動部分3的晶體管306。如果晶體管306導通，則場效應晶體管(FET)310的柵極電壓變為最小，而FET310的漏極和源極之間的電阻變為無限大。當FET的漏極和源極之間的電阻變為無限大時，導致電容311與振蕩部分21分離，從而終止振蕩部分21的振蕩。因此，轉換部分30停止工作。
相反的，在將PWM波提供到開-關和軟啟動部分3時，通過導向二極管301對晶體管306的基極偏壓進行分流，從而保證晶體管306斷開。齊納二極管304截止晶體管306的基極偏壓，使得晶體管維持該狀態。如果晶體管306斷開，用VCC電壓通過電阻305和門電阻307對濾波電容器308進行緩慢充電。相應的，FET310的漏極和源極之間的電阻緩慢降低，導致振蕩電容器311和振蕩部分21結合，從而開始振蕩。
在將PWM波提供到光耦合器18的輸入端的情況下，根據PWM波形的高值和低值之間關系確定D/A轉換器2的模擬電壓值。
在電壓值(P2)被降低的情況下，FET402的漏極和源極之間的電阻值被增大，以使得振蕩頻率被降低，且轉換部分30的輸出被增大。電阻201用于FET402的柵極偏壓；電阻203和205及電容204為π-型濾波器，將數字PWM波轉換為模擬波，并通過門電阻401提供到FET310。
如上所述，FET310的漏極和源極之間的電阻用于連接和分離振蕩部分21和振蕩電容311。在漏極和源極之間的電阻為高的情況下，電容器311具有低電容，從而增大振蕩頻率。相反的，在漏極和源極之間的電阻很低且可被忽略的情況下，電容311的整個電容產生振蕩。
在振蕩頻率很高的情況下，轉換部分30的輸出下降。因此，當轉換部分30開始振蕩時，需要盡可能高的增大振蕩頻率，從而使輸出盡量的小，然后緩慢的降低頻率，直到獲得所需的輸出，從而對各個電子元件都不造成負擔。軟啟動操作要考慮到振蕩頻率和轉換部分30的所有的性能。本發明是通過FET310之間的漏極和源極之間的電阻性質實現軟啟動。
下面將詳細的對本發明的輸出控制部分進行描述。
振蕩部分21通過其自身進行振蕩，當將外部電阻(RT)和電容(CT)結構相連時，產生切換元件22和23的門脈沖。
通過公式Fo＝1/4(1.4*(RT+75)*CT)獲得振蕩部分21的振蕩頻率Fo，其中外部電阻(RT)＝電阻(404)/{電阻(403)+漏極和源極之間的電阻(402)}，而電容(CT)＝電容(311)。
通過改變外部電阻(RT)的值可改變振蕩頻率。根據本發明的轉換部分使用FET 402的漏極和源極之間的電阻性質改變外部電阻值。
改變振蕩頻率的目的在于除了控制轉換部分30的輸出外還用于提高轉換部分30的功率因數。在來自轉換部分30的輸出未考慮功率因數增大的情況下，與通過電源部分提供的電壓成比例的確定高壓變壓器24的次級繞組的電壓。所提供的電壓為對交流電進行了整流的波形，而次級高壓的波形與被整流的波形相同。結果，磁控管25工作在次級高壓的頂點(交流信號的90度和270度)附近。相反的，在零交叉點附近(交流信號的0度和180度)磁控管25停止工作，這是因為次級高壓很低，其縮短了磁控管的振蕩元件的壽命，且降低了電能效率。因此，最好所提供的振蕩元件在交流波形的整個范圍內具有與電阻相類似的負載特性。
如圖3中所示，其示出了圖2的幾個點的電勢和波形，通過提高功率因數，可使磁控管25在交流信號的整個部分具有均一的負載。然而，在非線性負載結構下，在直流信號的整個部分具有均一的負載很不容易，只有在純電阻負載的情況下才可能。因此，為了控制磁控管26使其具有均一的負載特性，應反向的對工作電壓進行校準。
通過在90度和270度附近降低提供到磁控管的高壓可實現對工作電壓的反向校準，在該位置磁控管處于最大的工作狀態，并在0度和180度附近增大高壓，在該位置磁控管處于最低的工作狀態。因此，可獲得接近純電阻負載的電流。
二極管11和12為全波整流電路元件，用于獲得所需的交流信號波形，提高功率因數，并控制低壓斷開部分1。將所獲得的波形信號通過衰減電阻元件13和14轉換為低壓，并通過電容17發送到輸出控制部分4的柵極。電容17只可傳送交流信號，而不降低輸出控制部分4的柵極偏壓，從而保證FET402總是處于工作狀態。
在相角為90度和270度的情況下，通過求信號波的基準偏壓的權重而獲得柵極偏壓的強度，從而FET的漏極和源極之間的電阻被改變，使得轉換部分30的輸出也被改變。即，在相角為90度和270度的情況下，FET402的漏極和源極之間的電阻變為最小，而振蕩部分21的振蕩頻率變為最大，從而降低轉換部分的輸出。圖4示出了用于提高功率因數的被疊加了直流信號的源信號波形的示意圖。如上所述，通過交流電獲得用于提高功率因數的參考源；和利用FET的漏極和源極之間的電阻的變化提高功率因數。
其中，由于異常的電壓線路或雷電的產生，低壓斷開部分1通過延緩轉換部分30的操作而對變化的功率元件進行保護，其中交流輸入電壓非常的低。用于由衰減電阻15和16通過低壓斷開部分1的二極管101而轉換為低壓的交流信號對濾波電容器103進行充電。當用于對濾波電容器103進行充電的交流信號低于齊納二極管102的預定值時，晶體管104斷開，去掉被提供到光耦合器18的PWM波，并延緩轉換部分30的振蕩。光耦合器18和低壓斷開部分1的晶體管104彼此串聯連接，由于這些元件為邏輯積的關系，即“與”的關系，從而如果其中一個斷開的話，則整體會斷開。
當在諧振部分6中產生的諧振電壓高于預定的值的情況下，檢測部分5通過分壓的電阻601和505將諧振電壓提供到晶體管504的基極。在用被提供到晶體管504的諧振電壓對發射電阻503和充電電容502進行充電的情況下，通過二極管501將諧振電壓提供到輸出控制部分的輸入端。
由于受到來自電源線的浪涌噪聲的影響，諧振部分6的諧振電壓陡升。為了保護電路免受噪聲的影響，根據本發明，通過利用發射極-接地的晶體管將異常的諧振電壓轉換為正常的電壓，并將被轉換的常壓輸送回輸出控制部分4的輸入端，從而使得諧振部分工作在閉合的環路。
如圖5中所示，其示出了在轉換部分30開始工作之前檢測部分的工作特性的示意圖，即在轉換部分30的被延緩期間，當諧振部分6的中央電壓P6為V/2時，開始最優的軟啟動。這里，“V”表示通過反應器9被提供到切換電源元件22的集電極和諧振電容602的直流電壓。其中交流電為220V，而V為大約310V，因此V/2為大約155V。
為了將電壓(P6)調節到V/2，負載電阻502的值應等于電阻601和電阻505之和。然而，電阻505的值與電阻601相比小到可被忽略，電阻502具有和電阻601相等的值，從而使得對諧振部分6的中心點(P6)可提供值為V/2的直流偏壓。
用于本發明的微波爐的轉換器的主要功能在于通過半導體的振蕩產生高壓，另外，通過改變振蕩頻率而增大或降低從半導體振蕩所獲得的高壓的強度。如果振蕩頻率被降低，諧振電流增大，從而增大高壓。相反的，如果振蕩頻率被增大，則次級高壓被降低。
微波爐的輸出，即磁控管的輸出與高壓變壓器的次級高壓的強度成比例，因此，通過控制次級高壓而對微波爐的輸出進行控制。
如上所述，根據本發明的微波爐通過將控制信號反饋回微波爐可對其輸出進行精確的控制。通過檢測控制信號的異常狀態，可對電路系統進行保護，從而增強其穩定性。
雖然為了描述的目的已經對本發明的具體的實施例進行了描述，但對本領域中的技術人員而言，對其所做的各種的變化和修改都在本發明的權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1一種微波爐，包含一個電源部分，用于提供交流電；一個整流和濾波部分，用于對商用交流電進行整流和濾波；一個高壓變壓器，通過來自整流和濾波部分的直流電源而產生高壓；和一個磁控管，用于根據來自高壓變壓器的高壓產生電磁波，其特征在于還包含一個控制信號發生器部分，用于產生控制信號；一個變換部分，用于根據來自控制信號生成部分的控制信號將來自整流和濾波部分的直流電轉換為高壓交流電；和一個控制部分，用于當被轉換的控制信號不在預定的范圍內時，防止通過轉換部分轉換的控制信號提供給磁控管。
2.根據權利要求1所述的微波爐，其特征在于在控制信號不在預定的范圍內時控制部分可阻止控制信號進入到轉換部分中。
3.根據權利要求2所述的微波爐，其特征在于控制部分包含一個D/A變換部分，用于將來自控制信號發生器的控制信號轉換為模擬信號；一個檢測部分，用于檢測被D/A變換部分轉換的控制信號是否在預定的范圍內；一個輸出控制部分，其控制通過檢測器部分的控制信號的輸出；和一個振蕩器部分，其改變從輸出控制部分輸出的控制信號并將被改變的輸出控制信號輸入到轉換部分中。
4.根據權利要求3所述的微波爐，其特征在于控制部分還包含一個開-關和軟啟動部分，其根據控制信號控制振蕩器部分的開-關操作和軟啟動操作。
5.根據權利要求4所述的微波爐，其特征在于控制部分還包含一個低壓斷開部分，在通過電源部分輸入異常電壓時將斷開信號提供到開-關和軟啟動部分及D/A變換部分，以終止開-關和軟啟動部分及D/A變換部分的操作。
6.根據權利要求4所述的微波爐，其特征在于控制部分將來自控制信號生成部分的控制信號分解為開-關和軟啟動部分及D/A變換部分。
7.根據權利要求3所述的微波爐，其特征在于將通過檢測部分檢測的控制信號提供到輸出控制部分的輸入端。
8.根據權利要求7所述的微波爐，其特征在于輸出控制部分使用場效應晶體管(FET)的漏極和源極之間的電阻特性。
9.根據權利要求3所述的微波爐，其特征在于振蕩器部分包含一個切換部分，用于將直流電切換為交流電。
10.根據權利要求9所述的微波爐，其特征在于振蕩部分將外部電阻和電容器相連和振蕩以產生切換部分的門脈沖。
11.根據權利要求10所述的微波爐，其特征在于振蕩部分的振蕩頻率的表達式為Fo＝1/(1.4X(外部電阻+75)X電容)。
12.根據權利要求4所述的微波爐，其特征在于開-關和軟啟動部分使用FET的漏極和源極之間的電阻特性。
13.根據權利要求5所述的微波爐，其特征在于低壓斷開部分包含一個晶體管和一個光耦合器，其彼此串聯，形成一個邏輯積(與)電路器件。
14.根據權利要求1所述的微波爐，其特征在于高壓變壓器包含一個鐵氧體芯，以降低高頻的損耗。
15.一種控制微波爐的方法，其中微波爐包含一個電源部分，其提供交流電，和一個整流和濾波部分，用于對商用交流電進行整流和濾波，一個轉換部分，用于將來自所述整流和濾波部分的直流電轉換為高頻的交流電，一個高壓變壓器，用于通過來自轉換部分的交流電產生高壓；和一個磁控管，用于根據來自高壓變壓器的高壓產生電磁波；其中的方法包含如下的步驟產生一個控制信號；將控制信號提供給轉換部分，從而轉換部分將來自整流和濾波部分的直流電轉換為高頻交流電；檢測通過轉換部分轉換的控制信號是否在預定的范圍內；如果控制信號不在預定的范圍內阻止控制信號被提供到磁控管。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于該方法還包含如下的步驟確定被提供到轉換部分的控制信號是否在預定的范圍內；并當控制信號不在預定的范圍內時阻止控制信號進入到轉換部分中。
全文摘要
一種微波爐及其控制方法,包含一個提供交流電源的電源部分,一個對交流電進行整流和濾波的整流和濾波部分,一個用來自所述整流和濾波部分的直流電產生高壓的高壓變壓器,一個磁控管,用于通過從高壓變壓器提供的高壓產生電磁波,微波爐還包含一個控制信號生成部分,其產生控制信號;一個轉換部分;和一個控制部分,通過此結構,可控制非正常的控制信號,由此可更精確地保護微波爐的電路系統。
文檔編號H02M3/24GK1335466SQ01100368
公開日2002年2月13日 申請日期2001年1月3日 優先權日2000年7月27日
發明者李鐘學, 曹永元, 李性浩, 金泰壽 申請人:三星電子株式會社