[发明专利]射频加热装置的电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频加热装置的电源。

背景技术

此处使用术语“射频能量”表示从低频(LF)到微波在内的任何频谱部 分的电磁能量。

将射频能量作用于材料，以产生热量或者产生一些其它期望的效果，这 在家用和工业处理中是众所周知并且广为使用的技术。

图1示出了众所周知的家用微波炉100的典型结构，其包括微波发生器。 在微波炉100中，通过变压器T1对磁控管11供电，变压器T1的次级线圈 121的第一端经由电容器C1连接到磁控管11的阴极111，而变压器T1的次 级线圈121的第二端连接到磁控管11的阳极112。磁控管阳极112通常是接 地的。二极管D1连接在磁控管11的阴极和阳极之间。单相干线电压(mains voltage)通过开关S1施加到变压器T1的初级线圈123。在单相干线电源 (mains supply)的正半周期上，即在图1的第一电压曲线101的时间T₁和 T₂之间，电容器C1被充电至+Vpk，+Vpk基本上等于从变压器T1的次级线 圈输出的最大正电压。在单相干线电源的负半周期上，即在图1的曲线102 中的时间T₀和T₁之间、以及时间T₂和T₃之间，C1上的电容器电压和来自 次级线圈的负电压具有最大值-Vpk，其被加上以提供最大值为-Vk的可变电 压，并且这导致可变电流流入磁控管，该可变电流如曲线103所示，最大值 为Ipk，平均值为Imean。此可变电流是被削波的半正弦波，通常其峰电流 Ipk与平均电流Imean的比值约为3。

变压器T1通常并入了非线性的漏抗(leakage reactance)，以提供电流整 形的能力以及对干线电压变化进行一定程度的调整的能力。在变压器T1中 还常常配备第二个次级线圈122，以为磁控管加热器113供电，如图1所示。

通常通过利用连接到开关S1的控制系统13闭合开关S1来实现射频发 生器的电源控制，典型地，这通过以重复的周期进行接通电源几秒钟之后再 切断电源几秒钟的操作来实现。

这种基本形式的系统是众所周知的，并且对于适中的电源其表现也令人 满意，通常其平均电输入可达到1.5kW，并且磁控管传递峰值为3kW、平均 值为1kW的射频功率脉冲。

对于非常高的功率，例如，50kW的平均功率，常规情况下使用三相干 线电源作为主电源(prime power supply)。图2示出了这样的众所周知的高 功率系统200的例子。三相干线电源经由断电器20被输入到干线变压器 (mains transformer)22，并被输出到一个6脉冲整流器23。这种结构产生 了波动很小的相对平滑的电压。然而，由于磁控管21具有偏压二极管类型 的负载，所以因波动电压导致的电压的小变化会使电流产生大得多的变化。 为了在磁控管21中产生稳定电流，使用大扼流器24作为6脉冲整流器23 的第一输出端231和磁控管21的阴极K之间的滤波器。

磁控管21的起始电压是施加于该磁控管上的磁场强度的函数。通过改 变磁场，可以升高或降低磁控管的工作电压，从而，无需任何干线电源控制 特征，即可改变磁控管的功率要求。利用可控的电源，诸如SCR控制器29， 来改变磁场，从而改变供应给螺线管28的电流，其中，安放此螺线管是为 了向磁控管21施加磁场的。利用高功率磁控管，通常可以改变施加到磁控 管21的加热器H上的电压，从而优化阴极K的温度，这通过工作在加热器 变压器(heater transformer)26的初级线圈上的加热器SCR控制器27、以及 连接在磁控管21的阴极K和加热器H之间的加热器变压器次级线圈来实现。

利用前述的已知标准系统时，可以作出一些变形。例如，在低功率和高 功率应用中，都可以使用单开关式电源(switched mode power supply，SMPS)。

采用已知结构的缺陷在于，这样的射频发生器在内部发出火花，经由火 花进入射频发生器装置的能量相当大，并且很可能给管道11、21造成损害。 两个电路都不能很好地适应射频发生器电源的快速中断或恢复。这是由于接 触器S1、20在中断电源时的缓慢响应，以及在滤波器24和与整流处理相关 联的平滑元件中存储的能量。