CN101737827B - 具有匀场功能的双变频微波炉 - Google Patents

Abstract

具有匀场功能的双变频微波炉，涉及一种微波炉。提供一种能使加热腔内的电磁场和微波功率分布较均匀，使被加热物受热较均匀，可实现明显提高加热质量和速度的具有匀场功能的双变频微波炉。设有炉体、磁控管和磁控管驱动器，炉体设有加热腔和电路装置安装腔，磁控管和磁控管驱动器设于电路装置安装腔内；磁控管驱动器设有变频器、高频变压器、磁控管频率调节模块和磁控管功率稳定模块，变频器输入端接市电低频交流电，变频器输出端接高频变压器输入端，高频变压器输出端分别接磁控管频率调节模块输入端和磁控管功率稳定模块输入端，磁控管频率调节模块输出端和磁控管功率稳定模块输出端分别接磁控管输入端。

Description

具有匀场功能的双变频微波炉

技术领域

本发明涉及一种微波炉，尤其是涉及一种带有变频器和磁控管变频驱动器的具有匀场功能的双变频微波炉。

背景技术

微波炉的应用越来越普及，微波炉具有诸多优点的同时，也具有很多缺陷。近年来，对如何克服微波炉缺陷方面的研究越来越多。微波炉加热最明显的缺陷就是加热的不均匀性。目前用来缓解微波炉加热不均的措施主要有两种：一种是在微波炉加热腔底部设置由电机带动旋转的食品托盘；另一种是在炉腔加热腔中设置由电机带动旋转的金属搅拌器。这两种方法不仅会增加材料和器件成本，而且由于电机和电机电源线引入加热腔，会增加微波的泄漏，造成电磁污染，不利于绿色环保。

传统变频微波炉的磁控管驱动器的作用是将市电交流电转换成高压直流电，用以驱动磁控管工作。磁控管在磁控管驱动器驱动下工作，产生微波。微波经过一个天线发送到加热腔中。加热腔中有电机带动的食品托盘或场搅拌器。加热腔中的食品在微波的作用下被加热。微波在加热腔中形成驻波，由于电磁场分布不均匀，因此食品加热的不均匀性很明显。电机带动的食品托盘或场搅拌器的运动，能够在水平方向上缓解加热不均，但垂直方向上，仍然是加热不均匀，并且由于电机和电机电源线的引入，会增加加热腔的微波泄漏。

公开号为CN101217836A的发明专利申请公开了一种可迅速将微波能均匀集中地俘获至加热物，利用微波陶瓷圆柱体的谐振，以提高微波的加热效率，减少加热时间，加热负载与微波源达最佳匹配，反射波趋于零，可延长磁控管的寿命，降低微波能的泄露，减少电磁污染，该发明专利申请主要是用于微波炉的基于微波能量俘获的快速加热装置。

公开号为CN 1212349A的发明专利申请公开了一种微波炉的微波散射装置，包括：旋转电机，安装在第一波导管上；第一和第二皮带轮，安装在第一和第二波导管上，随驱动旋转电机一起旋转；一根传动带，布置在第一和第二皮带轮之间，以使两个皮带轮可以同时旋转；第一和第二供给器，由旋转的第一和第二皮带轮带动旋转；及第一和第二旋转天线，可旋转地安装，随着天线由第一和第二供给器的动力带动偏心地旋转，用以通过第一和第二波导管均匀地将微波散射到烹调室中。

公开号为CN100401855C的发明专利申请公开了一种频率可变型变频微波炉及其控制方法。该频率可变型变频微波炉包括：磁控管，用于产生电子波；直流电压部，用于把作为变频器驱动电源的工业交流电源整流为直流电源并使其平滑；开关部，利用从前述直流电压部施加的直流电源，使多个开关元件进行开关产生一用于驱动产生电子波的磁控管的交流电压；和变频部，基于经前述直流电压部整流并且变平滑的直流电源的大小，前述开关部的动作频率可变，从前述开关部输出的交流电压能够保持恒定值；磁控管驱动电压部，把从前述开关部输出的交流电压变换为高输出的直流电压，传递到前述磁控管。与以往的变频微波炉相比，改善了变频器的动作，延长了保持驱动磁控管的时间，微波炉的加热效率以及动作可靠性都得到提高。

公开号为CN1171039C的发明专利申请公开了一种微波炉均匀加热装置，包括：用以产生微波的磁控管；一引导磁控管产生微波的波导装置；一对以圆形极化波的形式辐射波导装置引导的微波的开口；以及一构成多面体而非矩形的腔，其中构成该多面体的一个以上的内壁相对于相邻内壁倾斜除直角以外的以预定角度。采用这种结构，磁控管产生的微波在通过波导装置和开口被辐射时，通过腔的倾斜内壁被反射到腔内并传送给食物，从而保证微波在整个食物上均匀分布，并使食物得到均匀烹调。

公开号为CN101217836A的发明专利申请提供一种变频器微波炉和控制该微波炉的方法，其中在微波炉初始工作期间提高一变频器的转换频率，在经一预定的时间后在微波炉正常工作期间降低该转换频率，从而防止了在初始工作期间将一过电压施加到产生电磁波的磁控管上，因此提高了该变频器的耐用性和工作可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对现有微波炉中加热不均匀的问题，提供一种能使加热腔内的电磁场和微波功率分布较均匀，使被加热物受热较均匀，可实现明显提高加热质量和速度的具有匀场功能的双变频微波炉。

本发明设有炉体、磁控管和磁控管驱动器，炉体设有加热腔和电路装置安装腔，磁控管和磁控管驱动器设于电路装置安装腔内；磁控管驱动器设有变频器、高频变压器、磁控管频率调节模块和磁控管功率稳定模块，变频器输入端接市电低频交流电，变频器输出端接高频变压器输入端，高频变压器输出端分别接磁控管频率调节模块输入端和磁控管功率稳定模块输入端，磁控管频率调节模块输出端和磁控管功率稳定模块输出端分别接磁控管输入端。

所述变频器，用于将市电低频交流电转化为高频交流电。

所述高频变压器用于将变频器输出的高频交流电转化为磁控管频率调节模块和磁控管功率稳定模块需要的电压，高频变压器输出端设有三个端口，其中第一端口的初级线圈与次级线圈的匝数比最好为1∶2，第二端口的初级线圈与次级线圈的匝数比最好为1∶10，第三端口的初级线圈与次级线圈的匝数比最好为20∶1。

所述磁控管频率调节模块设有整流模块、前置滤波模块、开关部件、后置滤波模块、光电隔离模块、微型计算机和二倍压整流滤波模块，整流模块输入端接高频变压器输出端的第一端口，整流模块的输出端接前置滤波模块输入端，前置滤波模块输出端接开关部件输入端，开关部件输出端接后置滤波模块输入端，后置滤波模块输出端接磁控管输入端，光电隔离模块设于微型计算机输出端与开关部件输入端之间，二倍压整流滤波模块输入端接高频变压器输出端的第二端口，二倍压整流滤波模块输出端接后置滤波模块输出端。所述整流模块可采用桥式全波整流电路，前置滤波模块由电容构成，开关部件由1个开关三极管和2个偏置电阻构成，后置滤波模块为电感和电容组成的低通滤波器，光电隔离模块由1个光电耦合器件和1个限流电阻构成。

所述磁控管功率稳定模块设有整流模块、滤波模块和电流源模块，整流模块输入端接高频变压器输出端的第三端口，整流模块输出端接滤波模块输入端，滤波模块输出端接电流源模块输入端，电流源模块输入端接磁控管阴极灯丝，磁控管的阳极接地。所述整流模块为4个二极管组成的全波整流桥。所述滤波模块由电容构成，所述电流源模块为可调电阻和3个三极管组成的镜像电流源，其输出电流的大小可通过可调电阻的阻值大小来决定。

本发明使用时，磁控管频率调节模块和磁控管功率稳定模块用于产生驱动磁控管变频工作的电压，使磁控管在设定的带宽范围内周期性的改变输出微波的频率，并同时稳定磁控管的输出功率。与传统的变频微波炉相比，由于传统的变频微波炉的磁控管驱动器是由变频器、高频变压器和交直流转换模块组成，变频器只是改变电源工作频率，只能达到提高效率和节能的目的，但不改变磁控管输出微波的频率，即磁控管输出微波是固定的频率，因此加热腔内微波分布是固定不变的驻波场，导致加热不均匀。而本发明的磁控管驱动器设有磁控管频率调节模块和磁控管功率稳定模块，因此可在稳定磁控管输出功率的同时，自动改变磁控管输出的微波频率，使加热腔内微波分布不再是固定不变的驻波场，微波分布会随频率的改变而不断变化，使加热腔内的电磁场分布均匀，微波功率分布均匀，从而使被加热物各部分受热均匀，可使加热的质量和速度都得到明显提高。

由此可见，本发明不仅可以提高微波炉加热腔电磁场分布的均匀性及提高微波加热的均匀性，提高加热的质量；而且可进行大功率快速加热而不会产生部分烧焦、部分不熟或冷热不均的状况，可显著缩短加热的时间、提高加热的速度。此外在使用微波炉大功率档解冻冷冻食品的时候，不会出现部分未解冻、部分已熟的状况，能提高解冻的质量和速度。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为图1中磁控管驱动器的结构组成框图。

图3为磁控管驱动器的传统结构组成框图。

图4为图4中磁控管频率调节模块的结构组成框图。

图5为图3中磁控管功率稳定模块的结构组成框图。

图6为本发明实施例的磁控管和磁控管驱动器电路原理图。

图7为本发明实施例的相关信号波形图。在图7中，图7a为微型计算机端口输出的信号波形图，该信号波形图是一个频率固定、占空比随时间线性的周期变化的方波信号；图7b为在7a方波信号的控制下，Q1的开关时间随着方波信号的占空比变化而变化，经过电感L1和电容C2的滤波后，在电容C2上形成的电压波形；横坐标t为时间，纵坐标V_a为电压；7c为加载在磁控管M1的阳极与阴极之间的电压波形图，横坐标t为时间，纵坐标V_b为电压；图7d为磁控管M1在图7c所示电压的作用下，输出的微波频率随时间变化的曲线图，横坐标t为时间，纵坐标f为频率。

具体实施方式

以下实施例结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1和2，本发明设有炉体1、磁控管M1和磁控管驱动器2。炉体1设有加热腔11和安装腔12，磁控管M1和磁控管驱动器2设于安装腔12内。磁控管驱动器设有变频器21、高频变压器22、磁控管频率调节模块23和磁控管功率稳定模块24。变频器21输入端接市电低频交流电源P(如为220V，50Hz)。变频器21输出端接高频变压器22输入端。高频变压器22输出端分别接磁控管频率调节模块23输入端和磁控管功率稳定模块24输入端。磁控管频率调节模块23输出端和磁控管功率稳定模块24输出端均接磁控管M1输入端。所述变频器21用于将市电低频交流电转化为高频交流电；所述高频变压器22用于将变频器21输出的高频交流电转化为磁控管频率调节模块23和磁控管功率稳定模块24需要的电压。所述磁控管频率调节模块23和磁控管功率稳定模块24用于产生驱动磁控管M1变频工作的电压，使磁控管M1在设定的带宽范围内周期性的改变输出微波的频率，并同时稳定磁控管M1的输出功率。其中高频变压器22输出端设有三个端口。

参见图3，磁控管驱动器2′的传统结构设有变频器21′、高频变压器22′和交直流转换模块7。

参见图4，磁控管频率调节模块23设有整流模块231、前置滤波模块232、开关部件233、后置滤波模块236、光电隔离模块234、微型计算机235和二倍压整流滤波模块237。整流模块231和前置滤波模块232用于将高频变压器21输出端第一端口输出的高频交流电经整流滤波处理，得到400V左右平滑的直流电。微型计算机235用于产生一个频率为100Hz左右，占空比在0～100％之间线性周期性变化的方波控制信号。光电隔离模块234用于实现微型计算机235与开关部件233之间的电隔离，用于防止开关部件233的瞬间脉冲电流或电压加到微型计算机235的输出端口而损坏计算机。开关部件233用于在微型计算机235产生的方波信号控制下做通断的动作，在开关部件233输出端会产生带有直流分量随开关部件233通断时间比不断变化的交流电压。后置滤波模块236用于滤除开关部件233输出的交流电的交流分量，得到一个大小随时间周期性缓慢变化的直流电压。二倍压整流滤波模块237用于将高频变压器21输出端第二端口的交流电二倍压整流和滤波，得到一个电压在4000V左右的直流电压。二倍压整流滤波模块237与后置滤波模块236产生的电压叠加，得到1个在4000V直流分量上面叠加幅度为400V的三角波电压的三角波电压，三角波电压加载到磁控管M1的阳极和阴极之间，驱动磁控管M1工作，磁控管M1输出的微波频率随三角波电压幅度的周期性变化而周期性变化。

参见图5，磁控管功率稳定模块24含整流模块241、滤波模块242和电流源模块243。整流模块241和滤波模块242用于将高频变压器输出端口3的交流电整流滤波，得到平滑的直流电。电流源模块243将滤波模块242输出的直流电压产生数值恒定的电流，加载到磁控管M1的阴极灯丝上，驱动磁控管M1工作，并使磁控管M1稳定地输出微波功率。

参见图6，为本实施例电路装置原理图。变频器21的输入端外接市电交流电P，变频器21的输出端接高频变压器的输入端口。高频变压器由变压器T1构成，T1设有一个输入端口、三个输出端口，三个输出端口的初级线圈与次级线圈的匝数比分别为：1∶2、1∶10和20∶1，第一输出端口与整流模块231相连，第二输出端口与二倍压整流滤波模块237相连，第三输出端口与整流模块241相连。整流模块231由4个二极管组成全波整流桥B1构成。前置滤波模块232由电容C1构成。开关部件233由1个开关三极管Q1和电阻R2、R3和R5构成，其中R2和R3是Q1的偏置电阻，R5是分压电阻。光电隔离模块234由1个光电耦合器件U1和1个电阻R1构成，其中R1为限流电阻，其阻值大小由微型计算机235的驱动端口驱动电流大小和光电耦合器U1的输入电流参数共同决定。后置滤波模块236由电感L1和电容C2组成的低通滤波器构成。二倍压整流滤波模块237由二极管D2、D3和电容C3、C4组成的二倍压全波整流、滤波电路构成。整流模块241由4个二极管组成的全波整流桥B2构成。滤波模块242由电容C5构成。电流源模块243由电阻R4和三极管Q2、Q3、Q4组成的镜像电流源构成，其输出电流的大小可过调节电阻R4的阻值大小来决定。电容C2的负极和电容C3的正极相连，C2的正极和磁控管M1的阳极相连并接地。C4的负极和电流源模块238的正极相连，电流源模块238与磁控管的阴极灯丝串联。就整个电路来说，C2与C3和C4串联，然后正极与磁控管M1阳极相连，负极与磁控管M1的阴极灯丝相连，从而C2、C3、C4的串联电压被加到了磁控管M1的阳极和阴极之间，电流源238的电流被加到了磁控管M1的阴极灯丝上。电路中磁控管M1的阳极接地。

如图7a为微型计算机234端口输出的信号波形图，其是一个频率固定，占空比随时间线性的周期变化的方波信号。在此方波信号的控制下，Q1的开关时间随着方波信号的占空比变化而变化，经过电感L1和电容C2的滤波后，在电容C2上形成的电压波形如图7b所示，其为一个三角波形电压。此三角波电压与二倍压整流滤波模块237输出的直流电压相加，然后加载到磁控管的阳极和阴极之间。图7c为加载在磁控管阳极和阴极间的电压波形图，磁控管M1在此电压的作用下，输出的微波频率随时间变化的曲线图如图7d所示。

本发明的工作过程是：220V-50Hz的市电交流电P经过变频器21后，变成高频率的交流电，然后经高频变压器22变压，在高频变压器22的三个输出端口分别产生不同的输出电压，第一端口的初级线圈与次级线圈的匝数比约为1∶2，从而输出电压为400V；第二端口的初级线圈与次级线圈的匝数比约为1∶10，从而输出的电压为2000V；第三端口的初级线圈与次级线圈的匝数比为20∶1，从而输出的电压为11V。第一端口和第二端口的电压输入到磁控管频率调节模块23，第一端口的电压经过整流滤波后，经过微型计算机235产生的PWM信号的调制，经过低通滤波后，变成一个幅值在400V左右的三角波电压，此三角波电压和第二端口产生的电压在二倍压整流滤波后形成的4000V左右的直流电压叠加，形成一个直流分量为4000V，交流分量400V的三角波电压，然后加载到磁控管M1的阳极和阴极之间，驱动磁控管M1工作。第三端口的电压经过整流滤波形成一个幅度为10V左右的直流电压，然后通过电流源模块243，得到一个数值稳定直流电流，加载到磁控管M1的阴极灯丝上，阴极灯丝的电流稳定在恒定值，磁控管M1的输出功率也就能保持恒定不变，起到了稳定磁控管M1的输出功率目的。

Claims (8)

1.具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于设有炉体、磁控管和磁控管驱动器，炉体设有加热腔和电路装置安装腔，磁控管和磁控管驱动器设于电路装置安装腔内；磁控管驱动器设有变频器、高频变压器、磁控管频率调节模块和磁控管功率稳定模块，变频器输入端接市电低频交流电，变频器输出端接高频变压器输入端，高频变压器输出端分别接磁控管频率调节模块输入端和磁控管功率稳定模块输入端，磁控管频率调节模块输出端和磁控管功率稳定模块输出端分别接磁控管输入端；

所述磁控管频率调节模块设有整流模块、前置滤波模块、开关部件、后置滤波模块、光电隔离模块、微型计算机和二倍压整流滤波模块，整流模块输入端接高频变压器输出端的第一端口，整流模块的输出端接前置滤波模块输入端，前置滤波模块输出端接开关部件输入端，开关部件输出端接后置滤波模块输入端，后置滤波模块输出端接磁控管输入端，光电隔离模块设于微型计算机输出端与开关部件输入端之间，二倍压整流滤波模块输入端接高频变压器输出端的第二端口，二倍压整流滤波模块输出端的电压与后置滤波模块输出端的电压叠加，叠加后的电压加载在磁控管的阴极与阳极之间的输入端上；

所述磁控管功率稳定模块设有整流模块、滤波模块和电流源模块，整流模块输入端接高频变压器输出端的第三端口，整流模块输出端接滤波模块输入端，滤波模块输出端接电流源模块输入端，电流源模块输出端接磁控管阴极灯丝，磁控管的阳极接地。

2.如权利要求1所述的具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于所述高频变压器输出端的第一端口的初级线圈与次级线圈的匝数比为1∶2，第二端口的初级线圈与次级线圈的匝数比为1∶10，第三端口的初级线圈与次级线圈的匝数比为20∶1。

3.如权利要求1所述的具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于所述磁控管频率调节模块的整流模块为4个二极管组成的桥式全波整流电路。

4.如权利要求1所述的具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于所述前置滤波模块由电容构成。

5.如权利要求1所述的具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于开关部件由1个开关三极管和2个偏置电阻构成。

6.如权利要求1所述的具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于后置滤波模块由电感和电容构成。

7.如权利要求1所述的具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于光电隔离模块由1个光电耦合器和1个限流电阻构成。

8.如权利要求1所述的具有匀场功能的双变频微波炉，其特征在于所述磁控管功率稳定模块的整流模块为4个二极管组成的桥式全波整流电路；所述磁控管功率稳定模块的滤波模块由电容构成，所述磁控管功率稳定模块的电流源模块为可调电阻和3个三极管组成的镜像电流源。

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