專利名稱：高頻電介質加熱器件和具有熱敏電阻的印刷板的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過在微波爐中使用磁控管等來進行高頻電介質加熱，具體上涉及防止在反相器中使用的諸如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)之類的半導體開關元件過熱。
另外，本發明也涉及熱敏電阻，用于防止在反相器中使用的半導體開關元件過熱。
背景技術：
圖9是圖解用于驅動磁控管的傳統電源的結構的圖。在圖9中，來自商用電源11的交流電流通過整流器電路13被整流為直流電流，通過在整流器電路13的輸出端上的扼流圈14和平滑電容器15而被平滑，并且被饋送到反相器16的輸入端。所述直流電流通過將在反相器16中的IGBT接通和斷開而被轉換為期望的高頻(例如20-40kHz)。反相器16被高速轉換直流電流的IGBT和驅動和控制IGBT的反相器控制電路161驅動，由此，流過升壓變壓器18的初級例的電流被高速通/斷。
通過使用CT17檢測整流器電路13的初級側電流來檢測控制電路161的輸入信號，并且所檢測的信號被輸入到反相器控制電路161，并且用于控制反相器16的電源。而且，向用于冷卻IGBT的散熱片附加溫度傳感器(熱敏電阻)9’，并且由溫度傳感器檢測的溫度數據被輸入到反相器控制電路161以控制反相器16。
在升壓變壓器18中，從反相器16輸出的高頻電壓被施加到初級繞組181，在次級繞組182獲得與匝數比成比例的高壓。而且，小數量的匝數的繞組183被提供在升壓變壓器18的次級側，并且用于加熱磁控管12的燈絲121。升壓變壓器18的次級繞組182具有倍壓半波整流電路19，用于整流其輸出。所述倍壓半波整流電路19由一個高壓電容器191和兩個高壓二極管192和193構成。
在此，可能經常發生這樣的問題微波爐與壁接觸放置，使得通風端口被關閉，或者諸如筷子之類的異物被微波的冷卻扇咬住，導致冷卻扇被鎖住。
為了防止用于轉換反相器電源的IGBT在上述情況下被熱擊穿，迄今已經試圖使用熱敏電阻來在半導體IGBT熱擊穿之前將其終止或降低功率以防止溫度上升。
在這種情況下，通過以下述方式附加熱敏電阻而檢測溫度(1)通過使用具有雙孔終端的熱敏電阻鉛塞U而將熱敏電阻與封裝體緊固在一起，但是，這僅僅能夠通過人的手工勞動來進行，導致步驟數量增加和成本提高；(2)在IGBT的引線中插入輻射熱敏電阻，所述輻射熱敏電阻僅僅在需要人工勞動的后續步驟中被附加到IGBT的引線上，導致步驟數量的增加，并且受到冷卻空氣的直接影響，使得熱敏電阻的加熱時間常數變差；或者(3)通過使用獨立的螺釘來將熱敏電阻緊固到散熱片，以檢測散熱片的溫度，這類似地導致由于緊固螺釘引起的步驟數量的增加和成本的提高。此外，不從IGBT直接檢測、而是通過散熱片來檢測溫度，檢測精度和靈敏度都不良好。
日本專利第2892454號(專利文件2)公開了(2)的一個示例。圖13B是圖解在專利文件2中公開的安裝方法的視圖。在圖13B中，附圖標號306表示印刷板，307表示散熱片，308表示IGBT，309’表示熱敏電阻。在這種方法中，輻射熱敏電阻在需要人工勞動的后續步驟中被附加在印刷板附近，導致步驟數量的增加，并且受到冷卻空氣的直接影響，使得熱敏電阻的加熱時間常數變差。
JP-A-2-312182(專利文件1)也公開了(3)的示例。圖13A是圖解在專利文件1中公開的安裝方法，并且圖解了熱敏電阻通過螺釘被緊固到散熱片的狀態。在圖13A中，附圖標號306表示印刷板，307表示散熱片，308表示IGBT，309’表示熱敏電阻。
產生高溫的IGBT 308的熱輻射部分被固定到散熱片307。它的三條引線被插入在印刷板中的通孔中，并且在反面被焊接。類似地，熱敏電阻309’被螺釘緊固到熱輻射板307以取得散熱片的溫度數據。
但是，通過螺釘向散熱片緊固的方法也導致步驟數量的增加和成本的提高。此外，不從IGBT直接檢測、而是從散熱片來檢測溫度，檢測精度和靈敏度都不良好。
因此，本申請人關注產生高溫的IGBT的熱輻射部分被緊固到散熱片，并且其三條引線被插入印刷板的通孔中并且在反面(背面或焊接面)被焊接，并且本申請人發現當芯片熱敏電阻在焊接面——特別是在發射極側——被焊接到IGBT的引線部分或接近其引線部分的時候，芯片熱敏電阻被自動機器迅速安裝。申請人還發現熱敏電阻具有對于IGBT的結溫的高熱傳導性、小時間常數，并且直接地接收流過IGBT的引線的電流，使得有可能檢測依賴于具有短的時間常數(即保持高流過特性)的IGBT的結溫的溫度，并且申請人還發現熱敏電阻沒有被安裝在冷卻片側，而是被安裝在印刷板的背面上的焊接表面上，而幾乎不受到冷卻空氣的影響，這是方便的。而且，可以作為特點的是具有小熱容量的芯片熱敏電阻被附加到具有小熱容量的IGBT的引線部分或者接近其引線部分的部分，導致小加熱時間常數，并且使得能夠高速完成功率下降控制。
另一方面，用于控制IGBT的傳統控制電路使用以具有大加熱時間常數的通常方式來布置的上述熱敏電阻，并且不能進行快速的控制操作。此外，控制電路本身不使得熱敏電阻的溫度數據被輸入到如下所述的反相器控制電路，而是被輸入到用于控制溫度的中央微計算機。
圖10A和10B是圖解用于控制磁控管的啟動的電路的圖，其中圖10A是電路圖，圖10B是圖解比較器的操作的圖。
在圖10A中，作為比較器CO1的兩個輸入端之一的端子(A)接收在點P3的電勢，因為在開始時的開關S1在端子A側，在點P3，IGBT的集電極電壓被分壓電阻器R3和R4分壓，并且另一個端子(B)接收3V。在磁控管被加熱和穩定而取得穩定狀態后，切換開關S1被切換到端子b側，并且端子(B)接收在點Pc的電勢，在點Pc，電壓Vcc被分壓電阻器R1和R2分壓。
因此，當在點P3的電勢在開始時小于3V時關斷所述電路，并且當所述電勢大于3V時接通所述電路以重復通/斷操作。基于這個數據，反相器控制電路161控制IGBT的通/斷占空比，以便在P3的電勢變得近乎與3V一致，并且IGBT的集電極電壓變得小于在穩定狀態操作期間。
但是，在穩定狀態操作期間，比較器CO1的端子(B)接收比開始的3V大得多的電勢Pc。因此，反相器控制電路161用于提高IGBT的通/斷控制的接通占空比，以便電勢P3變得近乎與電勢Pc一致，并且也提高IGBT的集電極電壓。
但是，在此，雖然未示出，接通占空比的提高被由反相器控制電路161處理的功率控制功能限制，并且基于其他的輸入信號(例如在現有技術部分中圖解的輸入電流數據)而工作。因此，如圖10A和10B所示，將電勢Pc保持為總是大于電勢P3，并且比較器CO1的輸出被保持為總是接通。
如上所述，用于控制圖10A和10B的磁控管的啟動的電路通過下述方式來防止過量的電壓被施加到磁控管通過在反相器電路的操作開始后直到在向磁控管的燈絲提供加熱電流的同時磁控管開始振蕩的時段期間(即在開始)將IGBT的集電極的電壓控制為預定值。
如下所述，本發明的功率下降控制利用了用于控制圖10A和10B的磁控管的啟動的電路。
在由于某些原因異物咬住風扇而導致風扇突然停止旋轉的情況下，至此判斷所述器件已經變得故障，并且必須中斷烹調，使得對于感覺到器件變得故障的烹調者引起大的心理上的不適。
發明內容
本發明解決了上述問題，并且通過注意IGBT不容易被熱擊穿而使得即使在由于咬住風扇的異物而導致風扇突然停止轉動的情況下也能夠繼續烹調。即，當IGBT的溫度升高而接近IGBT可能被熱擊穿的值時電源降低到大約一半，并且烹調者可以僅僅感覺到加熱速度變得略微緩和，但是繼續烹調而不感到不適。
本發明被實現以便解決上述問題。即，按照本發明的一個方面，提供了一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括反相器單元，用于通過使用反相器控制電路而轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；印刷板，具有用于檢測半導體開關元件的溫度的熱敏電阻，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的半導體開關元件的引線部分或接近其引線部分；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，它被提供有從磁控管輻射的微波；其中，所述反相器單元具有功率下降控制功能，用于使得反相器單元的輸出功率在啟動磁控管后根據熱敏電阻的電阻而改變。
按照本發明的第二方面，提供了一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括反相器單元，用于通過使用反相器控制電路而轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；印刷板，具有用于檢測半導體開關元件的溫度的熱敏電阻，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的半導體開關元件的引線部分或接近其引線部分；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，它被提供有從磁控管輻射的微波；其中，所述反相器單元具有功率下降控制功能，用于當熱敏電阻已經采取預定電阻時將反相器單元的輸出功率降低到預定值。
本發明的第三方面涉及上述第二方面的高頻電介質加熱器件，其中，所述反相器單元包括啟動控制電路，它在啟動磁控管時將半導體開關元件的集電極電壓控制為低于在穩定狀態操作期間的，并且，當反相器單元的輸出功率被降低到預定值時使用所述啟動控制電路。
按照本發明的第四方面，提供了一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括反相器單元，用于通過使用反相器控制電路而轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；印刷板，具有用于檢測半導體開關元件的溫度的熱敏電阻，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的半導體開關元件的引線部分或接近其引線部分；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，它被提供有從磁控管輻射的微波；
其中，所述反相器單元具有功率下降控制功能，用于當熱敏電阻已經采取預定電阻時將反相器單元的輸出功率降低到預定值，并且用于使得反相器單元的輸出功率根據熱敏電阻的電阻而改變。
本發明的第五方面涉及上述第一到第四方面的任何一個的高頻電介質加熱器件，其中，當熱敏電阻已經采取預定電阻時將反相器單元的輸出功率降低到預定值。
在第六方面，本發明涉及具有熱敏電阻的印刷板，它包括反相器單元，用于通過轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；熱敏電阻，用于檢測所述開關元件的溫度，其中，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的所述開關元件的引線部分或接近其引線部分。
在第七方面，本發明涉及第六方面的具有熱敏電阻的印刷板，其中，半導體開關元件是IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。
在第八方面，本發明涉及第七方面的具有熱敏電阻的印刷板，其中，所述引線部分是IGBT的發射極引線。
在第九方面，本發明涉及按照第一到第八方面的任何一個的具有熱敏電阻的印刷板，其中，所述熱敏電阻是芯片熱敏電阻。
在第十方面，本發明涉及一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括印刷板，所述印刷板安裝了反相器單元、散熱片和熱敏電阻；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，用于包含要加熱的材料，以由此通過向熱烹調室中饋送從磁控管輻射的微波來熱處理所述要加熱的材料；其中，反相器單元是被安裝在按照第一到第九方面的任何一個的具有熱敏電阻的印刷板上的反相器單元。
按照如上所述的本發明，熱敏電阻是可以通過使用自動機器而迅速地被安裝的芯片。此外，熱敏電阻直接地接收流過IGBT的引線的電流，使得有可能檢測接近IGBT的結溫的值。
而且，所述熱敏電阻不是被安裝在散熱片側上，而是被安裝在印刷板背面的焊接表面上，而不受冷卻空氣的影響。而且，不像現有方法那樣，不加大成本。
圖1是圖解按照本發明的用于驅動具有熱敏電阻的磁控管的電源的構成的圖；圖2是圖解按照本發明的印刷板的視圖；圖3A和3B是圖解按照本發明的第一功率下降控制系統的圖，其中，圖3A是電路圖，圖3B是圖解比較器的操作的圖；圖4A和4B是圖解按照本發明的第二功率下降控制系統的圖，其中，圖4A是電路圖，圖4B是圖解比較器的操作的圖；圖5A和5B是圖解按照本發明的第三功率下降控制系統的圖，其中，圖5A是電路圖，圖5B是圖解比較器的操作的圖；圖6是圖解當微波爐的進風口被閉合時的、按照本發明的第三控制系統的器件的操作的圖；圖7是圖解當微波爐的風扇被鎖住時的、按照本發明的第三控制系統的器件的操作的圖；圖8A和8B是圖解按照本發明的第四功率下降控制系統的圖，其中，圖8A是電路圖，圖8B是圖解比較器的操作的圖；圖9是圖解用于驅動具有熱敏電阻的磁控管的傳統電源的圖；圖10A和10B是圖解磁控管的起始控制電路的視圖，其中，圖10A是電路圖，圖10B是圖解比較器的操作的圖；圖11是圖解按照本發明的印刷板的前視圖；圖12A、12B和12C是圖解下述情況下的IGBT的輸入電流控制波形、并且還圖解這些情況的IGBT的溫度控制波形(C)的圖當熱敏電阻接近二極管電橋的引線部分的情況(A)，當熱敏電阻接近IGBT的引線部分的本發明的情況(B)；圖13A和13B是圖解安裝熱敏電阻的狀態的傳統印刷板的視圖，其中，圖13A是在專利文件1中所述的具有熱敏電阻的印刷板的前視圖，圖13B是在專利文件2中所述的具有熱敏電阻的印刷板的透視圖。
在附圖中，附圖標號7表示散熱片，8表示IGBT，9表示熱敏電阻，11表示商用電源，12表示磁控管，13表示整流器電路，14表示扼流圈，15表示平滑電容器，16表示反相器，161表示反相器控制電路，18表示升壓變壓器，181表示第一繞組，182表示第二繞組，183表示用于加熱燈絲的繞組，19表示倍壓半波整流器電路，307表示散熱片，308表示IGBT，309表示熱敏電阻。
具體實施例方式
圖1是圖解按照本發明的用于驅動磁控管的電源的構成的圖。在圖1中，來自商用電源11的交流電流通過整流器電路13被整流為直流電流，通過在整流器電路13的輸出側上的扼流圈14和平滑電容器15被平滑，并且被饋送到反相器16的輸入端。通過將在反相器16中的半導體開關元件IGBT接通和斷開而將直流電流轉換為期望的高頻(20-40kHz)。反相器16被IGBT 16a和反相器控制電路161驅動，IGBT 16a高速轉換直流電流，反相器控制電路161控制IGBT 16a，流過升壓變壓器18的初級側的電流被高速轉換以接通/關斷。
在升壓變壓器18中，從反相器16輸出的高頻電壓被施加到初級繞組181，并且在次級繞組182上獲得與匝數比成比例的高壓。而且，小數量匝數的繞組183被提供在升壓變壓器18的次級側上，并且用于加熱磁控管12的燈絲121。升壓變壓器18的次級繞組182具有用于整流其輸出的倍壓全波整流器電路20。倍壓全波整流器電路20由高壓電容器201、202和兩個高壓二極管203和204構成。
在本發明中，一個特征是用于檢測IGBT 16a的溫度的熱敏電阻9未以傳統的方式附加到散熱片，而是直接地附加到IGBT 16a的引線部分或接近其引線部分的部分。此外，所述引線部分是發射極引線，并且芯片熱敏電阻被焊接在印刷板6的背面上的焊接表面上而不是散熱片側。
由熱敏電阻獲得的溫度數據被輸入到反相器控制電路161以控制反相器16。
圖2圖解了按照本發明的印刷板。在圖2中，參考標號7表示散熱片，8表示IGBT，9表示熱敏電阻。
產生高溫的IGBT 8的散熱部分被緊固到散熱片7，并且其三個引線被插入在印刷板中的通孔中，并且被焊接在相對側(背面，焊接側)。熱敏電阻9是芯片熱敏電阻，它被直接地焊接到在印刷基底6的背面上的焊接表面上的IGBT 16a的引線。
下面說明使用熱敏電阻的根據本發明的功率下降控制操作。
(1)本發明的在檢測后的功率下降控制操作，即使當IGBT溫度已經達到檢測溫度時也不中斷功率，而是相反，功率首先被降低到第一預定值(例如大約一半)。然后，當IGBT溫度進一步降低到低于檢測溫度時，功率再次返回預定值。當IGBT溫度上升并且達到所檢測的溫度時，功率再次下降。這個操作被重復以保持檢測溫度。
(2)總是從微計算機側產生預定的控制寬度信號，通過在反相器側的熱敏電阻來檢測IGBT溫度，并且向反相器控制電路發送所檢測的值以便控制反相器降低IGBT溫度。
(3)熱敏電阻被插入電阻分壓電路的一側，以根據當熱敏電阻已經檢測到過熱的溫度時的分壓比率來進行逐漸的控制。
(4)在逐漸控制中，進行操作來當達到預定點時逐漸降低目標值，并且重復這個操作。這個控制操作的周期是短的，即大約1到大約2秒。如上所述，這種控制第一次變得可能，因為通過在IGBT的端子的背面上的芯片熱敏電阻而使得加熱時間常數較小。
在由于某些原因咬住風扇的異物導致風扇突然停止旋轉的情況下，至此判斷所述器件已經變得故障，并且必須中斷烹調。但是，按照本發明，注意力放在雖然風扇變得有缺陷，但是IGBT不容易熱擊穿。即，繼續烹調，并且當IGBT的溫度提高到接近IGBT可能熱擊穿的值時功率降低到大約一半，區別大。確認IGBT不被上述情況熱擊穿。因此，普通烹調的人可能僅僅感到加熱速度變得略為緩和，但是繼續烹調，而不感到器件擊穿的心理不適。
現在參照附圖來具體說明由本發明執行的功率下降操作。
圖3是圖解按照本發明的第一功率下降控制系統的圖，其中，圖3A是電路圖，圖3B是圖解比較器的操作的圖。
在圖3A中，作為比較器CO1的兩個輸入端之一的端子(A)接收在點P3的電勢，在點P3，IGBT的集電極電壓被分壓電阻器R3和R4來分壓，并且另一端(C)接收3V，因為在啟動時的開關S1在端子a側上。在磁控管被加熱并且采取穩定狀態后，切換開關S1被切換到端子b側，并且端子(C)接收在點Pc的電勢，在點Pc，電壓Vcc被分壓電阻器R1和熱敏電阻T1分壓，如上所述。
在此，與圖10A的啟動控制電路的區別是輸入在點Pc的電勢，在點Pc，電壓Vcc被分壓電阻器R1和熱敏電阻T1分壓(在圖10A和10B，電勢被分壓電阻器R1和R2分壓)。熱敏電阻具有這樣的特性電阻隨著溫度的升高而降低。因此，如在圖3B中的(C)所示，在檢測到熱敏電阻的預定檢測溫度后，集電極電壓逐漸降低。在啟動時，反相器控制電路161根據比較器CO1的通/斷數據來控制IGBT的通/斷占空比，以便在P3的電勢變得近乎與3V一致。因此，IGBT的集電極電壓變得低于在穩定狀態操作期間的。在穩定狀態操作期間，比較器CO1的端子(C)接收電勢Pc，它大于在啟動時的3V。因此，反相器控制電路161工作來提高IGBT的通/斷控制的接通占空比，以便在P3的電勢(A)變得近乎與在Pc的電勢(C)一致，并且IGBT的集電極電壓也提高。但是，在此，雖然未示出，接通占空比的提高被由反相器控制電路161處理的功率控制功能限制，并且基于其他的輸入信號(例如在現有技術部分中圖解的輸入電流數據)而工作。因此，如圖3A和3B所示，將在Pc的電勢(C)保持為總是大于在P3的電勢(A)，并且比較器CO1的輸出被保持為總是接通。但是，當加熱IGBT時，熱敏電阻T1的電阻降低。因此，當電勢變得等于在P3的電勢(A)時，再次開始通/斷操作，并且反相器控制電路161降低IGBT的通/斷控制的接通占空比，以便在P3的電勢(A)隨著在Pc的電勢(C)中的降低而降低，并且反相器輸出降低。
在按照如上所述的第一實施例的功率下降控制操作中，允許反相器單元的輸出功率根據在啟動磁控管后處于穩定狀態的熱敏電阻的電阻而改變。因此，即使在風扇由于某些原因而停止旋轉的情況下，不像在現有技術中那樣，不中斷電源，而是允許反相器單元工作。當IGBT的溫度升高時，熱敏電阻的電阻降低，并且反相器輸出降低。因此，烹調者僅僅感覺加熱速率略微緩和，但是被允許繼續烹調。
圖4A和4B是圖解按照本發明的第二功率下降控制系統的圖，其中圖4A是電路圖，以及圖4B是圖解比較器的操作的圖。
在第二系統中，當熱敏電阻的檢測溫度小于預定值時不操作用于限制集電極電壓的電路。但是，當超過所述預定值時，操作電路以限制集電極電壓。在此，一個特征在于使用圖10A的上述啟動控制電路來限制集電極電壓。
在圖4A中，作為比較器CO1的兩個輸入端之一的端子(A)接收在點P3的電勢，在點P3，IGBT的集電極電壓被分壓電阻器R3和R4分壓，另一端(D)接收3V，因為在啟動時的開關S1在端子a側上。在磁控管被加熱以采取穩定狀態后，切換開關S1被切換到端子b側，并且施加電壓E2(＝6V)。但是，在此，當由于伴隨IGBT溫度提高的在熱敏電阻T1電阻中的降低而導致在點Pc的電勢——在此電壓Vcc被分壓電阻器R1和熱敏電阻T1分壓——降低到小于(3+α)V的時候，切換開關S1再次被改變到端子a側，并且施加3V。
在啟動時，反相器控制電路161根據比較器CO1的通/斷數據來控制IGBT的通/斷占空比，以便在P3的電勢變得近乎與3V一致。因此，IGBT的集電極電壓變得低于在穩定狀態操作期間的。在穩定狀態操作期間，反相器控制電路161工作來提高IGBT的通/斷控制的接通占空比，以便在P3的電勢(A)變得近乎與6V一致，并且IGBT的集電極電壓也提高。但是，在此，雖然未示出，接通占空比的提高被由反相器控制電路161處理的功率控制功能限制，并且基于其他的輸入信號(例如在現有技術部分中圖解的輸入電流數據)而工作。因此，如圖4A和4B所示，將在P3的電勢(A)變得總是低于在比較器的一個輸入端(D)的6V，并且，并且比較器CO1的輸出被保持為總是接通。但是，當加熱IGBT時，熱敏電阻T1的電阻降低。因此，當在點Pc的電勢Vpc變得小于預定值(3+α)V時，切換開關S1的動觸點K1從6V的端子b側向3V的端子a側改變，以大幅度降低在比較器CO1的+輸入端D的電勢以再次啟動通/斷操作。然后，反相器控制電路161根據比較器CO1的通/斷數據而控制IGBT的通/斷占空比，以便在P3的電勢變得近乎與3V一致，并且反相器輸出大大降低。
在按照如上所述的第二實施例的功率下降控制操作中，當熱敏電阻已經采取預定電阻時，反相器單元的輸出功率大幅度地降低到第一預定值。因此，即使在風扇已經由于某些原因而停止旋轉的情況下，不像在現有技術中那樣，不中斷電源，而是反相器單元繼續工作。當熱敏電阻的電阻伴隨在IGBT的溫度中的升高而降低到預定值時，反相器大大地降低輸出。因此，烹調者僅僅感覺加熱速率略微緩和，但是被允許繼續烹調。
圖5A和5B是圖解按照本發明的第三功率下降控制系統的圖，其中，圖5A是電路圖，以及圖5B是圖解比較器的操作的圖。
所述第三系統是第二系統的控制操作的修改。當熱敏電阻的檢測溫度進一步提高時，在第二系統中使用的3V的參考信號按照由熱敏電阻檢測的溫度而降低。
在圖5A中，在啟動時切換開關S1和S2的動觸點K1和K2與端子a側接觸，并且在點P5——在此Vcc被電阻器R5和R6分壓——的電勢3V被輸入到比較器CO1的一個輸入端D。
而且，在啟動時，比較器CO1的另一個輸入端A接收在點P3的電勢，在點P3，IGBT的集電極電壓被電阻器R3和R4分壓。當通過熱敏電阻T1的電勢在穩定狀態中大于E3(3+α)V時，開關S1和S2的動觸點K1和K2與端子b側接觸。
當通過熱敏電阻T1的電勢Vpc在穩定狀態中小于E3(3+α)V時，開關S1的動觸點K1在此切換到端子a側(此時，晶體管Tr1仍然截止)，由此施加3V，并且在比較器CO1的+輸入端D的電勢大幅度降低以再次開始通/斷操作。然后，反相器控制電路161根據比較器CO1的通/斷數據來控制IGBT的通/斷占空比，以便在P3的電勢變得近乎與3V一致，并且反相器輸出大大降低。
當熱敏電阻T1的電阻進一步降低而導致晶體管Tr1導通時，熱敏電阻T1的電勢與電阻器R6并聯相加而通過晶體管Tr1的發射極-基極。其后，反相器控制電路161在IGBT的通/斷控制中降低接通占空比，以便在P3的電勢(A)隨著在Pc的電勢(C)的降低而降低。因此，IGBT的集電極電壓進一步降低。
在按照如上所述的第三實施例的功率下降控制操作中，當熱敏電阻采取預定電阻時，反相器單元的輸出功率大幅度地降低到預定值。當熱敏電阻已經采取另一個預定電阻時(圖5B中的①)，反相器單元的輸出被允許根據電阻而改變。因此，即使在風扇由于某些原因而停止旋轉時，也不像現有技術中那樣，不中斷電源，而是反相器單元繼續工作。當熱敏電阻的電阻伴隨IGBT的溫度的上升而降低到預定值時，反相器大大地降低輸出，并且還繼續降低輸出。因此，烹調者僅僅感覺到加熱速度變得略微緩和，但是被允許繼續烹調。
在傳統的電路中，當溫度繼續大幅度上升和變得過熱時中斷電源。但是，在本實施例中，功率一次大大地降低以大大地降低溫度梯度。如果溫度仍然上升，則溫度梯度進一步緩和。
如果在傳統的電路中當過熱時像在本發明中所進行的那樣試圖降低輸出功率而不是中斷電源，則必須使用中央微處理器來將此實現。但是，為了在傳統電路中使用中央微處理器來進行這種控制，由反相器使用的控制電勢必須被輸入到微計算機。
但是，由反相器使用的控制電勢(發射極電勢)不是地電勢(0V)，而是具有特定的電勢。因此，這個控制電勢不能被直接地輸入到微計算機，并且必須包括一些元件，諸如光耦合器。
因此，即使試圖像本發明那樣通過使用傳統電路而進行功率下降控制，響應速度也變慢，并且不能進行正確的控制。
圖6和7圖解了按照本發明的功率下降控制系統的試驗結果。
圖6圖解了通過使用本發明的第三控制系統、閉合冷卻空氣輸入口和在120V/60Hz連續地產生最大輸出的基于水負荷的試驗結果。
如圖所示，使用作為溫度傳感器的熱敏電阻的溫度檢測電路采用電源Vcc以及電阻器(16kΩ)和熱敏電阻(150kΩ)的串聯電路，并且V1是在連接點SS的電勢。T1是IGBT外殼的溫度。
當在上述條件下操作微波爐時，T1以陡的梯度上升，但是熱敏電阻的電阻降低。因此，當V1從在穩定狀態的接近6.4V變得接近在靠近在第一級中的點C的、由于本發明而導致的3.5V的時候，被饋送到IGBT的功率減半。因此，以陡的梯度大幅度上升的IGBT的溫度T1的梯度在點C大大地緩和。雖然所述梯度緩和，但是IGBT的溫度仍然繼續上升。但是，在第二級的點D，第三系統的熱敏電阻的值變為比較器的輸入，并且IGBT的溫度在大約120攝氏度緩慢地改變。因此，IGBT不被熱擊穿，而是繼續工作。
即使在閉合微波爐的空氣輸入口的狀態中，本發明也關注IGBT不容易被熱擊穿。此外，本發明的熱敏電阻檢測部分具有小的加熱時間常數，使得能夠快速檢測溫度。本發明還繼續在功率下降模式中的操作，而不容易中斷加熱。因此，雖然烹調時間可能略微延長，用戶被允許繼續烹調，而不感覺到不適。
圖7是圖解了通過使用本發明的第三控制系統、鎖定冷卻扇和連續地產生在120V/60Hz的最大輸出的、基于水負荷的試驗結果。如圖所示，使用作為溫度傳感器的熱敏電阻的溫度檢測電路采用電源Vcc以及電阻器(16kΩ)和熱敏電阻(150kΩ)的串聯電路，并且V1是在連接點SS的電勢。T1是IGBT外殼的溫度。T2是磁控管的陽極溫度。
當在上述條件下操作微波爐時，T1和T2以陡的梯度上升(IGBT的電流在此時是16A)，但是熱敏電阻的電阻降低。因此，當V1從在穩定狀態的接近6.4V變得接近在靠近在第一級中的點C的、由于本發明而導致的3.5V的時候，被饋送到IGBT的功率減半(IGBT的電流此時是8.5A)。因此，以陡的梯度大幅度上升的IGBT的溫度T1和T2的梯度在點C大大地緩和。
但是，雖然所述T1的梯度緩和，但是IGBT的溫度仍然繼續上升。V1在一段時間內(30-40秒)保持不變，但是熱敏電阻的值開始降低，并且V1也降低和在第二級的點D變為比較器的輸入。因此，T1的梯度緩和，上升的T2開始降低，并且操作繼續(IGBT的電流此時是4A)。然后，操作在超過150攝氏度的點E(在開始加熱操作后6分鐘)中斷，而T1仍然沿著寬松的梯度改變。
如上所述，即使在可能發生諸如微波爐的風扇鎖住之類的事故的情況下，本發明也關注IGBT不容易被熱擊穿。此外，本發明的熱敏電阻檢測器部分具有小的加熱時間常數，使得能夠快速檢測溫度。本發明還繼續在功率下降模式中的操作，而不容易中斷加熱，即繼續操作6分鐘。6分鐘的加熱操作使得有可能執行幾乎所有種類的烹調。因此，用戶被允許繼續烹調，而不感覺到任何不適。
圖8A和8B是圖解按照本發明的第四功率下降控制系統的圖，其中，圖8A是電路圖，并且圖8B是圖解比較器的操作的圖。
第四系統是第三控制操作的修改。一個特征在于在第三系統中，在比較器CO1的輸出端和地之間插入晶體管Tr2，并且向晶體管Tr2的基極施加晶體管Tr1的輸出信號(集電極電流)來作為通/斷控制信號。所述電路在其他方面相同。在圖5A和5B中，當由熱敏電阻檢測的溫度進一步被提高時(圖5B中的①)，3V的基準信號按照由熱敏電阻檢測的溫度而進一步被降低。另一方面，在圖8A和8B中，當由熱敏電阻檢測的溫度被進一步提高時(圖8B中的①)，由于晶體管Tr1而接通晶體管Tr2，由此，比較器CO1的輸出被強制降低到晶體管Tr2的發射極-集電極導通電勢，使得進一步降低了功率。
如上所述，即使在風扇由于某些原因而不能旋轉的情況中，反相器單元也繼續操作而不象現有技術中那樣關斷電源。當熱敏電阻的電阻伴隨著IGBT的溫度的提高而降低到預定值時，反相器的輸出以兩個步驟而大大地降低。因此，烹調者被允許繼續烹調，僅僅感覺到加熱溫度略低，而不使得在高頻電介質加熱器件中的IGBT擊穿。
接著，現在參照圖11-12C來說明本發明的用于保護IGBT的、具有熱敏電阻的印刷板。
在本發明中，一個特征是用于檢測IGBT 16a的溫度的熱敏電阻309(見圖11)不以傳統的方式被附加到IGBT 16a的封裝體部分或散熱片，而是直接被附加到IGBT(16a)的發射極引線，并且不是被焊接在散熱片側，而是被焊接在印刷板306的背面扇的焊接表面，此外，所使用的熱敏電阻是芯片熱敏電阻。
熱敏電阻的溫度數據(電阻)伴隨在IGBT(16a)的溫度的提高而降低在到電阻器163的一個連接點的電勢。在所述連接點的電勢被輸入到反相器控制電路161以抑制加熱。
圖11圖解按照本發明的其上安裝了芯片熱敏電阻的印刷板。在圖11中，附圖標號307表示散熱片，308表示IGBT，309表示熱敏電阻。
產生高溫的IGBT 308的散熱部分被緊固到散熱片307，并且其三條引線被插入在所述印刷板的通孔中，并且被焊接在相對側(背面，焊接側)。熱敏電阻309是芯片熱敏電阻，它被直接地焊接在取代散熱片側的、印刷板306的背面上的焊接表面上的IGBT 16a的引線附近(具有相同的圖案電勢)。
按照如上所述的結構，熱敏電阻是可以通過使用自動機器來迅速地安裝的芯片。此外，熱敏電阻直接地接收流過IGBT的引線的電流，使得有可能檢測接近IGBT的結溫的值。
而且，熱敏電阻被安裝在不是散熱片側，而是在印刷板的背面上的焊接表面上，而不受到冷卻空氣的影響。而且，不像現有技術方法那樣增加成本。
圖12A、12B和12C是圖解下述情況下的IGBT的功率控制波形、并且還圖解這些情況的IGBT的溫度控制波形(C)的圖當熱敏電阻接近二極管電橋的引線部分放置的情況(A)，和當熱敏電阻接近IGBT的引線部分放置的情況(B)。
在圖12A和3B中，縱坐標表示輸入電流，橫坐標表示時間。在圖12C中，縱坐標表示IGBT的溫度，橫坐標表示時間，T0表示IGBT的目標(參考)溫度，T1和T1’表示在圖12B的溫度控制波形中的最大值和最小值，T2和T2’表示在圖12A的情況下的溫度控制波形中的最大值和最小值。
在圖12C中，當電流被饋送到IGBT以操作反相器時，IGBT的溫度上升，并且在時間t0后達到目標溫度T0。
(A)當熱敏電阻被布置在接近二極管電橋的引線部分時，即使在IGBT的溫度已經達到目標溫度T0后也難以向熱敏電阻導熱，并且熱敏電阻不能迅速地檢測溫度。在時間t2，熱敏電阻第一次檢測已經達到目標溫度的溫度(但是，此時，IGBT的溫度已經大大地提高到T2)，并且降低流入IGBT的電流(在圖12A中的t2)。從這個時刻，IGBT的溫度開始降低，并且在低于目標溫度T0的溫度T2’，熱敏電阻第一次檢測低于目標溫度T0的溫度(但是，此時，IGBT的溫度已經大大地降低到T2’)，并且提高輸入電流。以下重復這個操作。按照如上所述檢測溫度的傳統方法，所檢測的溫度在最大溫度T2和最小溫度T2’之間的寬范圍上改變。因此，IGBT的功率控制的間隔變寬(見圖12A)，使得難于精細地控制輸入電流。
(B)另一方面，當按照本發明熱敏電阻被布置在IGBT的引線部分時，IGBT的溫度有益地傳導到保持良好靈敏度的熱敏電阻。因此，在時間t1后，熱敏電阻立即檢測到達了目標溫度T0(此時，IGBT的溫度已經略微地提高到T1)，并且降低輸入電流(在圖12B中的t1)。從這個時刻，IGBT的溫度開始降低。熱敏電阻迅速檢測已經變得低于目標溫度T0的溫度T1’(此時，IGBT的溫度略微地降低到T1’)，并且輸入電流降低。在短時間內重復這個操作(見圖12B)。
按照如上所述的本發明的使用接近IGBT的引線部分的熱敏電阻的溫度檢測方法，IGBT的溫度被保持在最大溫度T1和最小溫度T1’之間的窄范圍內。
在如上所述將熱敏電阻布置在靠近IGBT的發射極端側時，允許檢測在IGBT的溫度中的改變。因此，與當熱敏電阻被布置在同一電勢的二極管電橋的引線時相比較，可以正確地檢測溫度，并且可以將溫度檢測水平設置到很接近IGBT的溫度。
此外，可以正確地和迅速地檢測IGBT溫度，使得有可能精細地控制IGBT的功率，以縮短功率下降時段，并且盡可能地穩定反相器輸出。因此，可以靈敏地監控IGBT的溫度，可以正確地感測圖12C的目標溫度，并且與圖12A的情況相比較可以精細地執行圖12B的功率控制。然后，如在圖12B的(B)中的IGBT溫度的圖所示，穩定IGBT的溫度，由此容易控制功率，并且不太影響烹調性能。
本發明基于日本專利申請第2003-117072號和第2003-117073號，它們通過引用被并入在此。雖然在此僅僅具體說明了本發明的特定實施例，但是顯然，可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下對其進行多種修改。
<本發明的優點>
在由于某些原因異物咬住風扇而導致風扇突然停止旋轉的情況下，至此判斷所述器件已經變得故障，并且必須中斷烹調。但是，本發明關注即使在風扇變得故障的情況下，也不容易將IGBT熱擊穿。此外，本發明的熱敏電阻檢測部分具有小的加熱時間常數，使得能夠快速檢測溫度。因此，可以繼續烹調。即，當IGBT的溫度提高而接近IGBT可能被熱擊穿的值時，功率大大降低，并且烹調者可能僅僅感覺到加熱速度變得略微緩和，但是被允許繼續烹調，而不感到諸如器件已經變得故障之類的不適。
按照如上所述的本發明，提供了一種印刷板，它包括反相器電路，用于通過轉換IGBT來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了IGBT以將IGBT產生的熱量散出；熱敏電阻，用于檢測所述IGBT的溫度，其中，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上暴露的IGBT的引線部分或接近其引線部分。因此，熱敏電阻直接地接收流過IGBT的引線的電流，使得有可能檢測接近IGBT的結溫的值。而且，熱敏電阻不是被安裝在散熱片側上，而是被安裝在印刷板背面上的焊接表面上，而不受到冷卻空氣的影響，使得有可能正確地檢測IGBT的溫度。
而且，安裝位置是IGBT的發射極引線，并且不需要高的絕緣度，并且熱敏電阻便宜，而且是很小的芯片，它可以通過使用自動機器而迅速地被安裝，而不像現有技術中那樣提高成本。
權利要求
1.一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括反相器單元，用于通過使用反相器控制電路而轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；印刷板，具有用于檢測半導體開關元件的溫度的熱敏電阻，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的半導體開關元件的引線部分或接近其引線部分；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，它被提供有從磁控管輻射的微波；其中，所述反相器單元具有功率下降控制功能，用于使得反相器單元的輸出功率在啟動磁控管后根據熱敏電阻的電阻而改變。
2.一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括反相器單元，用于通過使用反相器控制電路而轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；印刷板，具有用于檢測半導體開關元件的溫度的熱敏電阻，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的半導體開關元件的引線部分或接近其引線部分；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，它被提供有從磁控管輻射的微波；其中，所述反相器單元具有功率下降控制功能，用于當熱敏電阻已經采取預定電阻時將反相器單元的輸出功率降低到預定值。
3.按照權利要求2的高頻電介質加熱器件，其中，所述反相器單元包括啟動控制電路，它在啟動磁控管時將半導體開關元件的集電極電壓控制為低于在穩定狀態操作期間的，開且，當反相器單元的輸出功率被降低到預定值時使用所述啟動控制電路。
4.一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括反相器單元，用于通過使用反相器控制電路而轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；印刷板，具有用于檢測半導體開關元件的溫度的熱敏電阻，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的半導體開關元件的引線部分或接近其引線部分；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，它被提供有從磁控管輻射的微波；其中，所述反相器單元具有功率下降控制功能，用于當熱敏電阻已經采取預定電阻時將反相器單元的輸出功率降低到預定值，并且用于使得反相器單元的輸出功率根據熱敏電阻的電阻而改變。
5.按照權利要求1-4的任何一個的高頻電介質加熱器件，其中，當熱敏電阻已經采取預定電阻時將反相器單元的輸出功率降低到預定值。
6.一種具有熱敏電阻的印刷板，它包括反相器單元，用于通過轉換半導體開關元件來將直流電流反轉為預定頻率的交流電流；多個散熱片，其上安裝了半導體開關元件以將半導體開關元件產生的熱量散出；熱敏電阻，用于檢測所述開關元件的溫度，其中，所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的所述開關元件的引線部分或接近其引線部分。
7.按照權利要求6的具有熱敏電阻的印刷板，其中，半導體開關元件是絕緣柵雙極晶體管。
8.按照權利要求7的具有熱敏電阻的印刷板，其中，所述引線部分是絕緣柵雙極晶體管的發射極引線。
9.按照權利要求6-8的任何一個的具有熱敏電阻的印刷板，其中，所述熱敏電阻是芯片熱敏電阻。
10.一種高頻電介質加熱器件，用于熱處理要加熱的材料，包括微波輸出單元，它包括印刷板，安裝了反相器單元、散熱片和熱敏電阻；升壓變壓器，用于提高反相器單元的輸出電壓；高壓整流器單元，用于加倍和整流升壓變壓器的輸出電壓；和磁控管，用于將高壓整流器單元的輸出輻射為微波；以及熱烹調室，用于包含要加熱的材料，以由此通過向熱烹調室中饋送從磁控管輻射的微波來熱處理所述要加熱的材料；其中，反相器單元是被安裝在按照權利要求6-9的任何一個的具有熱敏電阻的印刷板上的反相器單元。
全文摘要
本發明提供了一種高頻電介質加熱器件，包括微波輸出單元，它包括使用半導體開關元件的反相器單元、用于散出由IGBT產生的熱量的多個散熱片、具有用于檢測半導體開關元件的溫度的熱敏電阻的印刷板——其中所述熱敏電阻被焊接到在印刷板的焊接表面側上的半導體開關元件的引線部分或接近其引線部分、升壓變壓器、高壓整流器單元和磁控管；以及熱烹調室，它被提供有從磁控管輻射的微波。當熱敏電阻采取預定電阻時，通過大大地降低被提供到半導體開關元件的功率而進行功率下降控制操作。然后，允許被提供到半導體開關元件的功率根據熱敏電阻的電阻而改變。
文檔編號H05B6/68GK1778145SQ200480010970
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月21日 優先權日2003年4月22日
發明者末永治雄, 守屋英明, 酒井伸一 申請人:松下電器產業株式會社