Brevet FR2650933A1 — publié le 19910215

APPAREIL DE CHAUFFAGE A HAUTE FREQUENCE La présente invention concerne ut appareil de chauffage à haute fréquence dans lequel une tension con- tinue obtenue par redressement, dans un circuit de redressement, d'une tension haute fréquence produite par un circuit onduleur et dont le niveau est élevé par le transformateur excite ainsi un magnétron, et elle a trait plus particulièrement à un appareil de chauffage à haute fréquence de ce type muni d'un moyen pour détecter l'état anormal d'un circuit électrique servant à appli- quer une tension à l'anode du magnétron. Un appareil de chauffage classique à haute fré- quence du type décrit ci-dessus -comprend un moyen redresseur pour transformer une tension d'alimentation fournie par le réseau en une tension continue et un moyen onduleur comprenant un élément de commutation et un transformateur qui sert également de bobine de self- induction. La tension continue fournie par le moyen redresseur est appliquée au transformateur par l'inter- médiaire d'un élément de commutation rendu successive- ment conducteur et non-conducteur de manière qu'une ten- sion de fréquence élevée soit obtenue à l'endroit du moyen onduleur. L'appareil de chauffage à haute fré- quence comprend, en outre, un magnétron relié à un cir- cuit redresseur haute fréquence. Le circuit redresseur- haute fréquence redresse la tension alternative en pro- venance de l'enroulement secondaire du transformateur de manière que soit ainsi obtenue une tension continue qui est appliquée au magnétron. Un circuit de commande est présent pour commander les périodes de "conduction" et de "non-conduction" de l'élément de commutation de manière que le courant d'anode du magnétron soit main- tenu à une valeur prédéterminée. Le moyen onduleur est présent dans le but de réduire les dimensions du trans- formateur utilisé pour obtenir la haute tension qui est appliquée au magnétron. Dans l'appareil de chauffage à haute fréquence décrit ci-dessus, le magnétron oscille lorsque la ten- sion continue lui est appliquée. Il en résulte qu'une énergie de micro-ondes est engendrée par le magnétron et - est rayonnée vers les aliments soumis àa la cuisson. Lorsque le magnétron est excité d'une façon continue, l'aimant permanent du magnétron chauffe par suite de la génération de chaleur du magnétron. Par conséquent, la quantité de flux magnétique induit diminue à mesure qu'augmente la température de l'aimant permanent. L'intensité du courant d'anode du magnétron augmente à mesure qu'augmente la température de l'aimant permanent et, par conséquent, la quantité d'énergie de haute fré- quence engendrée croit avec cette augmentation. Afin d'empêcher que l'intensité du courant d'anode du magné- tron augmente dans une mesure inutile, on monte de façon classique un transformateur de courant aux bornes de la ligne d'entrée de l'enroulement primaire du transforma- teur afin de détecter le courant d'entrée du transforma- teur et on utilise un moyen de commande de courant pour commander l'élément de commutation du moyen onduleur en réponse à un signal de détection de courant en prove- nance du transformateur de courant de manière que le courant d'anode du magnétron soit maintenu à une valeur prédéterminée. D'autre part, on a souhaité que des mesures soient prises contre tout état anormal, tel qu'un claquage ou un grillage dans le circuit secondaire du transformateur ou dans le circuit servant à appliquer la tension à l'anode du magnétron. Bien qu'une de ces mesure consis- terait à détecter le courant d'entrée de l'enroulement primaire du transformateur afin de déceler de cette manière l'état anormal, il est impossible de procéder de la sorte pour la raison que le moyen de commande de cou- rant mentionné ci-dessus et servant à commander le cou- rant d'anode du magnétron fonctionne de manière que l'augmentation et la diminution du courant primaire soient limitées. C'est pourquoi, un objet de la présente invention est la réalisation d'un appareil de chauffage à haute fréquence dans lequel un état anormal du circuit secon- daire du transformateur, tel qu;un claquage ou une cou- pure de circuit puisse être détecté avec certitude sans détection du courant d'entrée du transformateur afin que l'application de la tension à l'anode du magnétron et le fonctionnement du circuit d'excitation du magnétron puissent être interrompus lors de la détection d'un tel état anormal. Pour atteindre l'objectif décrit ci-dessus ainsi que d'autres objectifs, la présente invention fournit un appareil de chauffage à haute fréquence comprenant un transformateur comportant des enroulements primaire et secondaire, un moyen onduleur comprenant un circuit oscillant relié électriquement à l'enroulement primaire du transformateur et un élément de commutation commandé de manière à être rendu successivement "conducteur" et "non-conducteur" afin qu'un courant continu soit fourni de façon intermittente -au circuit oscillant dans le but d'induire une tension haute fréquence dans l'enroulement primaire, un magnétron relié à un circuit redresseur haute fréquence transformant par redressement la tension alternative en provenance de l'enroulement secondaire du transformateur en une tension continue, cette tension continue étant appliquée au magnétron, un circuit de commande pour commander les périodes de "conduction" et de "non-conduction" de l'élément de commutation de manière à commander le courant d'anode du magnétron, un enroulement de détection présent dans le transformateur de manière à être relié magnétiquement à l'enroulement primaire, en détectant de cette manière la tension induite dont la valeur indique soit un court-circuit soit une ouverture de circuit dans le circuit secon- daire, un moyen de détection d'état anormal pour détec- ter un état anormal du circuit secondaire du transforma- teur en se basant sur la tension induite par l'enroule- ment de détection, et un moyen d'interruption pour interrompre le fonctionnement de l'élément de commuta- tion lorsque l'état anormal du circuit secondaire du transformateur est détecté par le moyen de détection d'état anormal. Il est préférable qu'un moyen d'alarme soit présent pour donner l'alarme lorsque l'état anormal du circuit secondaire du transformateur est détecté par le moyen de détection d'état anormal. En outre, il est préférable que l'enroulement de détection soit disposé entre les enroulements primaire et secondaire du transformateur et mis à la masse. Le noyau du transformateur dans l'appareil décrit ci-dessus est fortement influencé par le flux secondaire induit par le courant d'enroulement secondaire. L'enrou- lement de détection est disposé de manière à être couplé magnétiquement à l'enroulement primaire par l'intermé- diaire du noyau mentionné ci-dessus. Quand le circuit secondaire se trouve dans un état anormal, tel qu'un court-circuit ou une ouverture de circuit, le courant d'enroulement secondaire fluctue de façon correspon- dante, ce qui modifie la quantité du flux de fuite. Par conséquent, la tension induite par l'enroulement de détection varie. En se basant sur la tension de sortie produite par l'enroulement de détection, le moyen de détection d'état anormal détecte l'état anormal du circuit de l'enroule- ment secondaire. Comme suite à cette détection, l'opéra- tion de commutation de l'élément de commutation est interrompue et une opération d'alarme a lieu. - On va maintenant décrire la présente invention, à titre purement illustratif et non limitatif, en se réfé- rant aux dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est un schéma de connexion d'un circuit d'excitation de magnétron utilisé dans un appareil de chauffage à haute fréquence selon un mode de réalisation de la présente invention; les Figures 2(a) et 2(b) sont des diagrammes de forme d'ondes montrant le courant primaire et la tension primaire d'un transformateur élévateur de tension qui sert également de bobine de self- induction du circuit onduleur, respectivement; la Figure 3 est une vue de face du transformateur utilisé pour obtenir un courant d'ahode de magnétron; et la Figure 4 est un graphique montrant la relation entre le nombre de tours de l'enroulement secondaire du transformateur o un court- circuit s'est produit (nombre ordinal) et la tension induite par un enroulement de détection. En se référant tout d'abord à la Figure 1, on voit que la tension alternative du secteur 1 est redressée par un pont 2 de diodes formant ufi circuit redresseur et est filtrée par une bobine d'arrêt 3 et un condensateur de filtrage 4 de manière que soit ainsi obtenue une ten- sion continue. La tension continue est transformée par un circuit onduleur 5 en une tension haute fréquence dont la fréquence est d'environ 30 kHz. Le circuit ondu- leur 5 comprend un enroulement primaire 6a d'un trans- formateur 6 élévateur de tension qui sert également de bobine de self-induction, un transistor de commutation 7 servant d'élément de commutation, un condensateur 8 de résonance et une diode 9. La sortie de l'enroulement secondaire 6b du transformateur est redressée en demi- ondes par un moyen de redressement de haute fréquence ou diode redresseuse 10 et un condensateur 11 et est ensuite fournie à un magnétron 12. Un enroulement tertiaire 6c du transformateur 6 est utilisé pour exciter l'élément de chauffage du magnétron 12. L'énergie de micro-ondes engendrée par le magnétron 12 se propage dans la chambre de cuisson de l'appareil de chauffage à haute fréquence de manière à chauffer les aliments qui sont placés dans ce dernier. L'état de "conduction" et de "non-conduction" du transistor de commutation 7 du circuit onduleur 5 est commandé par un circuit de commande 15 comprenant un micro-ordinateur 13 et un circuit 14 d'excitation de transistor. Pour obtenir la commande conduction/non- conduction du transistor de commutation 7, on a monté un circuit 17 diviseur de tension en parallèle avec un cir- cuit oscillant 16 comprenant un circuit série formé de l'enroulement primaire 6a et du condensateur 8 de réso- nance. Quand l'état de conduction/non-conduction du transistor de commutation 7 du circuit onduleur 5 est commandé, un courant,oscillant IL et une tension oscil- lante VLsont produits par le circuit oscillant 16, comme on peut le voir respectivement sur les Figures 2(a) et 2(b) o la référence T1 désigne une période de "conduc- tion" du transistor de commutation 7 et T2 une période d'oscillation libre. La tension oscillante VL est détec- tée par le circuit 17 diviseur de tension pour être fournie au micro-ordinateur 13 en tant que signal syn- chrone Sl. Par conséquent, le transistor de commutation 7 se trouve commandé de manière que l'instant o le transistor de commutation 7 est déclenché pour être rendu conducteur soit synchronisé avec l'instant o la tension d'oscillation VL atteint la valeur V0 correspon- dant au point de croisement zéro du courant oscillant IL Un transformateur 18 de courant est monté dans la ligne d'entrée de courant alternatif du pont 2 de diodes, cette ligne d'entrée correspondant au côté primaire du transformateur 6. Du fait que le courant de sortie du transformateur 18 de courant est proportionnel au cou- rant d'anode du magnétron 12, le courant de sortie du transformateur 18 de courant est fourni au micro- ordinateur 13 sous la forme d'un signal S2 de détection de courant d'anode de magnétron. En se. basant sur le signal S2, le micro-ordinateur 13 commande le transistor de commutation 7 de manière que la période de "conduc- tion" de ce transistor diminue à mesure qu'augmente l'intensité du courant d'anode et augmente à mesure que diminue l'intensité du courant d'anode, en maintenant ainsi à une valeur prédéterminée le courant d'anode. La référence 19 désigne un enroulement de détection disposé dans le transformateur 6. Comme on peut le voir en détail sur la Figure 3, l'enroulement de détection 19 est disposé entre l'enroulement primaire 6a et l'enrou- lement secondaire 6b enroulés tous deux sur le noyau 6d. L'enroulement de détection 19 est couplé magnétiquement, à une de ses extrémités, à l'enroulement primaire 6a par l'intermédiaire du noyau 6d. Tous les enroulements 6a, 6b, 6c et 19 sont enroulés sur le noyau 6d par l'inter- médiaire de bobines respectives 20. L'enroulement de détection 19 est mis à la masse à son autre extrémité. -8 La tension de sortie induite par l'enroulement de détec- tion 19 est fournie au micro-ordinateur 13 du circuit de commande 15 par l'intermédiaire d'un circuit redresseur 21 et d'un circuit convertisseur analogique/numérique (A/N) 22. Un moyen d'affichage 23 comprenant une diode électroluminescente (LED) sert à avertir un utilisateur. Le micro-ordinateur 13 sert de moyen d'alarme ainsi que de moyen de détection d'état anormal pour déceler-un état anormal du circuit secondaire du transformateur 6 et de moyen d'interruption pour interrompre le circuit onduleur 5. On va décrire ci-après ces fonctions du micro-ordinateur 13 avec le fonctionnement de l'enroule- ment 19 de détection. Pendant le fonctionnement de l'appareil de chauf- fage à haute fréquence décrit ci-dessus, le magnétron 12 engendre une énergie 'de micro-ondes qui se trouve à une fréquence d'environ 2450 MHz, cette énergie de micro- ondes étant introduite dans la chambre de cuisson. Un essai effectué par l'inventeur de la présente invention a montré que si le circuit secondaire du transformateur 6 se trouve dans un état anormal, une tension d'environ 1,8 volts est induite par l'enroulement 19 de détection. Dans le cas o le circuit secondaire du transformateur est court-circuité ou, plus spécifiquement, lorsqu'il s'est produit un court-circuit entre les deux extrémités de l'enroulement secondaire 6b parce.qu'a eu lieu un court-circuit entre les deux bornes de sortie de l'enroulement secondaire 6b, un court-circuit entre les deux extrémités du circuit série comprenant la diode 10 et le condensateur 11, un court-circuit dans le magné- tron 12 ou pour toute autre raison, la -tension induite par l'enroulement 19 de détection chute jusqu'à la valeur de 0,7 volt en raison de l'augmentation excessive de la quantité de flux magnétique induit dans l'enroule- ment secondaire 6b. Par contre, si la boucle fermée g entre les deux boucles de sortie de l'enroulement secon- daire 6b vient à s'ouvrir ou si le circuit secondaire du transformateur est ouvert, la quantité de flux magnéti- que induit dans l'enroulement secondaire 6b devient nulle. Il en résulte que la tension induite par l'enrou- lement 19 de détection augmente jusqu'à la valeur de 2,2 volts. En outre, lorsqu'un court-circuit se produit à l'intérieur de l'enroulement secondaire 6b, la tension induite par l'enroulement 19 de détection varie entre 0,7 et 1,8 volts selon le nombre de spires de l'enroule- ment o le court-circuit s'est produit, comme on peut le voir sur la Figure 4. - Le micro-ordinateur 13 est préalablement en posses- sion d'une valeur de référence grâce à laquelle il peut déterminer si oui ou non l'enroulement secondaire 6b se- trouve dans un état anormal, tel qu'un court-circuit ou une ouverture de circuit. En se basant sur la comparai- son de la tension induite par l'enroulement 19 de détec- tion avec la valeur de référence, le micro-ordinateur 13 détermine si oui ou non l'enroulement secondaire 6b se trouve dans un état anormal, tel qu'un court-circuit ou une ouverture de circuit. Quand il estime que l'enroule- ment secondaire 6b se trouve dans un état anormal, le micro-ordinateur 13 agit de manière à interrompre l'opé- ration de commutation du transistor de commutation 7 et à rendre actif le moyen d'affichage 23 pour indiquer l'état anormal. Les modes d'affichage sont différents selon qu'il s'agit d'un court-circuit ou d'une ouverture de circuit. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, il est possible de détecter l'état anormal du circuit secondaire du transformateur 6, tel qu'un courtcircuit ou une ouverture de circuit. Lors de la détection de cet état anormal, le transistor de commutation 7 cesse d'être excité ou l'excitation du magnétron par l'inter- médiaire du circuit onduleur 5 est interrompue. Par con- séquent, il est possible d'empêcher l'appareil de chauf- f age à haute fréquence de fonctionner alors que le cir- cuit secondaire du transformateur se trouve dans un état anormal. En outre, du fait que l'opération d'alarme est effectuée lors de la détection de l'état anormal, l'uti- lisateur peut être informé promptement de l'apparition de l'état anormal. Par ailleurs, l'enroulement 19 de détection est disposé entre les enroulements primaire et secondaire 6a, 6b du transformateur 6 et est mis à la masse. Par conséquent, même si l'isolement de l'enroulement secon- daire 6b, en tant qu'enroulement haute fréquence se trouve détérioré, l'enroulement 19 de détection qui com- porte moins de spires que l'enroulement secondaire 6b (une spire pour trois, par exemple) provoque un court- circuit entre les deux extrémités de l'enroulement secondaire 6b par l'intermédiaire de la ligne de terre. Par conséquent, on peut empêcher que la haute tension du côté secondaire soit appliquée à l'enroulement primaire 6a ou au côté secteur 21. Bien que dans le mode de réalisation ci-dessus, la désexcitation du circuit inverseur et l'opération d'alarme aient lieu toutes deux lorsqu'apparait l'état anormal, il serait possible d'effectuer l'une ou l'autre de ces dernières. Revendications 1. Appareil de chauffage à haute fréquence compre- nant un transformateur (6) comportant des enroulements primaire et secondaire (6a, 6b), un moyen onduleur (5)- comprenant un circuit oscillant relié électriquement à l'enroulement primaire (6a) du transformateur (6) et un élément de commutation (7) commandé de manière à être "conducteur" et "non-conducteur" afin qu'un courant con- tinu soit fourni de façon intermittente au circuit oscillant dans le but d'induire une tension haute fré- quence dans l'enroulement primaire (6a)-,, un magnétron (12) relié à un circuit redresseur haute fréquence qui transforme par redressement la tension alternative en provenance de l'enroulement secondaire (6a) du transfor- mateur (6) en une tension continue, cette tension conti- nue étant appliquée au magnétron (12), et un circuit de commande (15) pour commander des périodes de."conduc- tion" et de "non-conduction" de l'élément de commutation (7) de façon que le courant d'anode du magnétron soit commandé, caractérisé par un enroulement de détection (19) présent dans le transformateur (6) de manière à- être couplé magnétiquement à l'enroulement primaire (6a) en détectant ainsi une tension induite dont la valeur indique soit un court-circuit soit une ouverture de cir- cuit dans le circuit secondaire (6b) du transformateur (6), un moyen (13) de détection de condition anormale pour détecter une condition anormale du circuit-secon- daire du transformateur en se basant sur la tension induite par l'enroulement de détection (19), et un moyen d'interruption (14) pour interrompre le fonctionnement de l'élément de commutation (7) lorsqu'un état anormal du circuit secondaire du transformateur est détecté par ledit moyen (13) de détection d'état anormal. 2. Appareil de chauffage à haute fréquence selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un moyen d'alarme (23) pour émettre une alarme lorsque l'état anormal du circuit secondaire (6a) du transformateur (6) est détecté par ledit moyen (13) de détection d'état anormal. 3. Appareil de chauffage à haute fréquence selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enroule- ment de détection (19) est disposé entre les enroule- ments primaire et secondaire (6a, 6b) du transformateur (6) et est mis à la masse.