ВЫСОКОЧАСТОТНОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
HIGH-FREQUENCY HEATING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение технически связано с высокочастотным нагревом с помощью устройства, использующего магнетрон, такого как микроволновая печь, и, в частности, технически связанное с предотвращением поражения электрическим током человека, эксплуатирующего устройство.
Уровень техники
На фиг. 7 представлена схема известного высокочастотного нагревательного устройства (магнетрона) (см. патентный документ 1). На фиг. 7 энергия переменного тока от промышленного источника 113 питания преобразуется в одностороннюю энергию выпрямительным фильтром 101, состоящим из диодного моста 134 для выпрямления полных волн колебания переменного тока и фильтра низких частот, сформированного из дроссельной катушки 119 и сглаживающего конденсатора 120. Односторонняя энергия преобразуется в высокочастотную энергию от 20 до 50 кГц инвертором 102, содержащим резонансную схему, образующую колебательный контур с индуктивными компонентами резонансного конденсатора 121 и трансформатором 107, и переключающие элементы, такие как силовой транзистор 125 и инерционный диод 122, последовательно соединенные с резонансной схемой. Высокочастотная энергия, сгенерированная на первичной стороне повышающего трансформатора 107, повышает напряжение повышающим трансформатором 107, генерируя высоковольтную высокочастотную энергию на вторичной стороне. Схема, подсоединенная к вторичной стороне повышающего трансформатора 107, представляет собой высоковольтную схему 104 системы однополупериодного выпрямления с удвоением напряжения, состоящей из высоковольтного конденсатора 126 и высоковольтного диода 127. Высоковольтная схема 104 прикладывает высокое напряжение постоянного тока (например, -4 кВ) между анодом и катодом магнетрона 106. Энергия подается с другой вторичной проводки 128 повышающего трансформатора 107 на нагреватель магнетрона 106, разогревая таким образом катод и заставляя электроны достигать анода. Это облучает микроволновой энергией объект, подлежащий нагреву в камере печи.
Схема 103 управления инвертором, получая выходной установочный командный сигнал Vref от панели 108 управления, использует ШИМ управление для включения/выключения силового транзистора 125 переключающего элемента для управления подачей электрической энергии на вторичную сторону, регулируя тем самым силу микроволнового выходного излучения магнетрона. Блоки 101, 102, 103 и 104, очерченные пунктирными линиями, образуют монтажную плату 105 инвертора в виде единого блока посредством размещения множества компонентов на печатной плате. Интерфейс между монтажной платой 105 инвертора и периферийными компонентами обеспечивается соединительными частями c CN1 по CN4 (номера с 109 по 112).
При эксплуатации в схеме 103 управления инвертором и при ШИМ управлении заземление высоковольтной схемы 104 соединено с потенциалом массы через анодный токовый резистор 135, состоящий из группы резисторов и соединительной части 109. По ним протекает анодный ток магнетрона 106. Произведение анодного тока и напряжения, приложенного между анодом и катодом магнетрона 106, представляет собой мощность, подводимую к магнетрону 106. При этой конфигурации можно измерить значение анодного тока, коль скоро определено падение Via напряжения на токочувствительном анодном резисторе 135. Таким образом, можно преобразовать ток в напряжение, используя дешевый постоянный резистор, вместо того чтобы использовать дорогой трансформатор тока с электрической развязкой, в результате чего получается весьма экономичный детектор тока.
Через чувствительный резистор 135 протекает анодный ток в несколько сот миллиампер. Необходимо определить количество резисторов, соединенных параллельно (например, резисторы с 142 по 144), и константу, с тем чтобы потери мощности в резисторе попадали в ожидаемые и чтобы сгенерированное напряжение было легко обработано схемой на последующей ступени. Сигнал Via, обнаруженный токочувствительным анодным резистором 135, вводится в котроллер 136 отрицательной обратной связи. Вычисляется отклонение от сигнала Vref, поступающего от панели 108 управления, и выполняется усиление отрицательной обратной связи для ШИМ управления выходом инвертора 102 через схему 168 усилителя управления возбуждением, в результате чего выполняется управление магнетроном 136 с отрицательной обратной связью и создается управление поддержанием постоянства анодного тока (см. патентный документ 1).
Однако при использовании известного источника энергии возбуждения магнетрона, показанного на фиг. 7, в случае, когда имеет место ошибка при переходе чувствительного резистора 135 в разомкнутое состояние (режим разомкнутого заземления) по некоторой причине, например, из-за обрыва под воздействием посторонней электромагнитной энергии, из-за обрыва под воздействием неблагоприятной среды и смешения дефектных компонентов, схема 104 выпрямления с удвоением напряжения может индуцировать высокое напряжение -4 кВ или т.п. на панели 108 управления, с которой пользователь работает своими руками, что может стать причиной риска поражения пользователя электрическим током. Во избежание этого, высокочастотное нагревательное устройство, показанное на фиг. 8, снабжено защитным конденсатором 219, параллельным чувствительному резистору 216, для обнаружения анодного тока магнетрона. Защитный конденсатор 219 рассчитан со значением его емкости, превышающей значение емкости высоковольтного конденсатора 212 или сквозного конденсатора (не показан), когда чувствительный резистор 216 оказывается в разомкнутом режиме. При работе защитного конденсатора 219 высокое напряжение делится между высоковольтным конденсатором 212, сквозным конденсатором и защитным конденсатором 219, и на защитном конденсаторе 219 поддерживается низкое напряжение или потенциал, близкий к нулевому, что гарантирует безопасность. Это предотвращает появление высокого напряжения на монтажной плате 218 панели управления даже при наличии обрыва измерительного резистора 216, что обеспечивает безопасную конфигурацию.
Хотя здесь была описана схема однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения, аналогичную защиту можно обеспечить для схемы двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения, использовав в целом аналогичную конфигурацию (см. патентный документ 2).
В микроволновой печи, показанной на фиг. 9, в случае размыкания проводника в топологии 319а или 319b на монтажной плате 312 инвертора, с которой соединены токочувствительные анодные резисторы с 318а по 318d, значение сопротивления токочувствительного анодного резистора 318 возрастает, и возрастает падение напряжения, вызванное анодным током. Это приводит к более высокому уровню считанного сигнала анодного тока, поступающего в панель 322 управления. Таким образом, микроволновая печь рассчитана на обнаружение размыкания провода и прекращение работы инвертора при аномальном повышении уровня напряжения, что предотвращает создание в разомкнутых проводах в топологии 319а или 319b проводников. Это надежно предотвращает возгорание или поражение электрическим током из-за возникновения искр (см. патентный документ 3).
Патентный документ 1: JP-A-10-172749
Патентный документ 2: JP-A-10-284245
Патентный документ 3: JP-A-201-15260
Сущность изобретения
Проблемы, разрешаемые изобретением
В системе для обнаружения анодного тока магнетрона с помощью токочувствительного анодного резистора присутствует риск поражения электрическим током пользователя, когда заземление монтажной платы инвертора находится в не подключенном состоянии из-за обрыва или отказа чувствительного резистора или размыкания провода в топологии проводников на подложке, в отличие от случая использования трансформатора тока с электрической развязкой. В патентном документе 2 описана конфигурация, где защитный конденсатор установлен параллельно чувствительному резистору для разделения высокого напряжения вместе с высоковольтным конденсатором, что уменьшает риск поражения электрическим током. В патентном документе 3 описана конфигурация, где значение сопротивления чувствительного резистора возрастает при наличии размыкания провода в топологии проводников монтажной платы инвертора, к которой подсоединен чувствительный резистор, и работа инвертора прекращается при наличии аномального возрастания обнаруженного значения тока.
Конфигурация, описанная в патентном документе 2, предотвращает риск поражения электрическим током пользователя, работающего с монтажной платой 218 панели управления, сформированной на отдельной подложке на последующей ступени, причем этот риск можно отнести к не подключенному состоянию заземления монтажной платы инвертора или т.п. из-за аномального состояния чувствительного резистора 216, предусмотренного на стороне монтажной платы инвертора, включающей в себя схему выпрямителя. Хотя возможной причиной не подключения является аномальное состояние одного чувствительного резистора, например, размыкания провода или отказ чувствительного резистора 216, причем, причиной не подключения может быть отказ или аномальное состояние защитного конденсатора. Таким образом, введение защитного конденсатора 219 не обеспечивает полной защиты, а аномальное состояние защитного конденсатора 219 приводит к риску поражения электрическим током пользователя, также как аномальное состояние чувствительного резистора 216. Другие причины не подключенного состояния заземления включают в себя: заземление забыли подсоединить или малое зажимное усилие в процедуре зажима и заземления корпусной массы путем проделывания в подложке отверстий для заземления и завинчивания в них в процессе изготовления. Также может быть, что заземление оказалось в электрически разомкнутом режиме с массой, ослабленной во время транспортировки.
Аналогичным образом, в конфигурации, описанной в патентном документе 3, предлагается конфигурация, где пользователь, работающий с платой 322 схемы панели управления, не подвергается воздействию искр, вызванных размыканием провода в топологии 319, соединяющего чувствительный резистор 318, сформированный на монтажной плате 312 инвертора. Проблема состоит в том, что в патентном документе 3 рассматривается только случай не подключения заземления монтажной платы 312 инвертора. Пользователь с большой вероятностью окажется пораженным электрическим током, когда заземление не подключено к монтажной плате инвертора и монтажной плате панели управления, хотя состояние заземления для монтажной платы панели управления не проверяется. Таким образом, совершенно не контролируется состояние, когда не заземлены ни сторона инвертора, ни сторона панели управления.
Задачей изобретения является обеспечение предотвращения поражения электрическим током, способного проверять заземление одной подложки, например, монтажной платы инвертора, а также заземление другой подложки на стороне монтажной платы инвертора, обеспечивая тем самым более надежные меры предотвращения поражения электрическим током.
Средство решения проблем
Изобретение обеспечивает высокочастотное нагревательное устройство, содержащее: инвертор для выпрямления энергии переменного тока и преобразования энергии переменного тока в высокочастотную энергию; повышающий трансформатор для повышения напряжения высокочастотной энергии, выводимой из инвертора; высоковольтную схему для преобразования выходного напряжения повышающего трансформатора в высокое напряжение постоянного тока; магнетрон для приема высокого напряжения постоянного тока и излучения микроволн; первый токочувствительный резистор, предусмотренный в первой цепи, где протекает анодный ток магнетрона, причем первый токочувствительный резистор обнаруживает анодный ток и подсоединен к заземлению первой монтажной платы, на которой размещена по меньшей мере высоковольтная схема; второй токочувствительный резистор, отделенный от первого токочувствительного резистора, причем второй токочувствительный резистор предусмотрен во второй цепи, подсоединенной к первой цепи, ответвляясь от нее, и подсоединен к заземлению второй монтажной платы в виде подложки для панели управления, которой касается пользователь при работе; и контроллер для управления колебаниями магнетрона путем управления инвертором. Контроллер прикладывает заранее определенное напряжение на первый токочувствительный резистор и второй токочувствительный резистор, когда инвертор не работает, определяя состояние заземления для первой монтажной платы и второй монтажной платы, и осуществляет управление, запрещающее начало работы инвертора, предполагая наличие аномального состояния, когда определяется, что по меньшей мере одно заземление имеет дефект, и разрешающее начало работы инвертора при определении того, что ни состояние заземления для первой монтажной схемы, ни состояние заземления для второй монтажной схемы не является дефектным. При этой конфигурации определяют состояния заземления для обеих монтажных плат, и в случае, когда обнаружено, что по меньшей мере одно заземление является дефектным, работа может быть прекращена, что делает более надежным проверку заземления.
Контроллер может проверять состояния заземления для первой монтажной платы и второй монтажной платы в заранее определенном цикле даже в том случае, когда инвертор и магнетрон работают. При этой конфигурации возможен перезапуск работы даже при наличии отказа в заземлении, после начала работы.
Высокочастотное нагревательное устройство может быть размещено так, что вторая цепь подсоединена к потенциалу питания, генерирующему заранее определенное напряжение, и включает в себя селекторный переключатель, подсоединенный между потенциалом питания и вторым токочувствительным резистором, и так, что вторая цепь соединяет потенциал питания с первой цепью путем поворота селекторного переключателя, а контроллер определяет состояния заземления для первой монтажной платы и второй монтажной платы, предполагая, что значением напряжения является напряжение, полученное вторым токочувствительным резистором. При такой простой конфигурации можно надежно проверять состояние заземления, как было описано выше.
Контроллер может включать в себя входной зажим, подсоединенный к первой цепи для обнаружения значения напряжения, и выходной зажим, размещенный между вторым токочувствительным резистором и селекторным переключателем.
Возможно размещение множества резистивных элементов, подсоединенных к последующей ступени токочувствительного резистора, подсоединенного к заземлению второй монтажной платы и соединенных параллельно друг другу. Кроме того, может быть размещен диод, подсоединенный к последующей ступени первого токочувствительного резистора и подсоединенный к заземлению второй монтажной платы. При такой конфигурации можно более надежно предотвратить поражение электрическим током.
Преимущества изобретения
Высокочастотное нагревательное устройств согласно изобретению проверяет не подключенное состояние заземления, которое может возникнуть по любой причине по меньшей мере для двух монтажных плат до работы. После обнаружения состояния не подключенного заземления для любой одной подложки высокочастотное нагревательное устройство не запускается. Это более надежно предотвращает возможность поражения пользователя электрическим током, вызванного не подключенным состоянием заземления. После начала работы, когда проверяется состояние заземления, риск поражения электрическим током уменьшается.
Краткое описание чертежей
[Фиг. 1] - блок-схема высокочастотного нагревательного устройства согласно варианту 1 изобретения.
[Фиг. 2] - блок-схема работы высокочастотного нагревательного устройства, показанного на фиг. 1.
[Фиг. 3] - концептуальная схема, показывающая конфигурацию для обнаружения аномального состояния заземления.
[Фиг. 4] - блок-схема высокочастотного нагревательного устройства согласно варианту 2 изобретения.
[Фиг. 5] - вольтамперная характеристика микрокомпьютера, показанного на фиг. 4.
[Фиг. 6] - блок-схема высокочастотного нагревательного устройства согласно варианту 3 изобретения.
[Фиг. 7] - блок-схема известного высокочастотного нагревательного устройства.
[Фиг. 8] - блок-схема известного высокочастотного нагревательного устройства, где предусмотрены меры предотвращения поражения электрическим током.
[Фиг. 9] - блок-схема известной микроволновой печи.
Описание ссылочных позиций и символов
1 - промышленный источник питания
2 - схема выпрямителя
3 - переключающий элемент
4 - резонансный конденсатор
5 - инвертор
6 - повышающий трансформатор
7 - схема высоковольтного двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения
8 - магнетрон
9 - дроссельная катушка
10 - сглаживающий конденсатор
11 - сглаживающая схема
12 - трансформатор тока
13 - катушка на первичной стороне
14 - схема управления инвертором
15 - трансформатор накаливания
16, 17 - высоковольтный конденсатор
18, 19 - высоковольтный диод
20 - токочувствительный резистор
21 - оптрон
23, 24 - резистор
25 - токочувствительный резистор
26 - конденсатор фильтра нижних частот
27 - микрокомпьютер
28 - селекторный переключатель
29 - защитный диод
31 - защитный резистор
32 - транзистор
33 - повышающий резистор
34 - резистор
35 - зажим выходного напряжения
36 - катушка на вторичной стороне
37 - зажим аналого-цифрового преобразователя
Наилучшие варианты осуществления изобретения
Далее со ссылками на чертежи описываются варианты изобретения.
(Вариант 1)
На фиг. 1 представлена блок-схема высокочастотного нагревательного устройства согласно варианту 1 изобретения. Высокочастотное нагревательное устройство включает в себя схему 2 мостового выпрямителя для выпрямления энергии переменного тока от промышленного источника 1 энергии, сглаживающую схему 11, инвертор 5, повышающий трансформатор 6, схему 7 двухполупериодного выпрямления с удвоением напряжения, магнетрон 8, схему 14 управления инвертором, токочувствительный резистор 20 (первый токочувствительный резистор) и микрокомпьютер (контроллер 27). Часть схемы за исключением микрокомпьютера 27 сформирована на монтажной плате инвертора (первая монтажная плата), а микрокомпьютер 27 сформирован на монтажной плате панели управления (вторая монтажная плата). Высокочастотное нагревательное устройство используется, например, в качестве микроволновой печи.
Энергия переменного тока от промышленного источника 1 энергии выпрямляется схемой 2 мостового выпрямителя в выпрямленный ток, сглаженный сглаживающей схемой 11, состоящей из дроссельной катушки 9 и сглаживающего конденсатора 10 на выходной стороне, и подается на вход инвертора 5. Инвертор 5 включает в себя резонансную схему, сформированную конденсатором 4 и катушкой 13 на первичной стороне, образующей первичную обмотку повышающего трансформатора 6, а также полупроводниковый переключающий элемент 3, сформированный диодом 3а и транзистором 3b. Выпрямленный ток от сглаживающей схемы преобразуется в требуемый высокочастотный сигнал (от 20 до 40 кГц) посредством операции включения/выключения полупроводникового переключающего элемента 3 инвертора 5. Инвертор 5 возбуждается схемой 14 управления инвертором, которая управляет полупроводниковым переключающим элементом 3 для высокоскоростного переключения выпрямленного тока. Ток, протекающий через катушку 13 на первичной стороне повышающего трансформатора 6, переключается путем повторения высокоскоростной операции включения/выключения.
В повышающем трансформаторе 6 высокочастотное напряжение подается с выхода инвертора 5 на катушку 13 на первичной стороне. На катушке 36 на вторичной стороне получают высокое напряжение, соответствующее отношению числа витков катушки 13 на первичной стороне и катушки 36 на вторичной стороне. На вторичной стороне повышающего трансформатора 6 размещена катушка 15 с небольшим количеством витков, используемых для нагревания нити накаливания магнетрона 8. Выходное напряжение повышающего трансформатора 6 выпрямляется схемой 7 двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения, подсоединенной к вторичной подводке, и высокое напряжение постоянного тока прикладывается к магнетрону 8. Схема 7 двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения состоит из высоковольтных конденсаторов 16, 17 и двух высоковольтных диодов 18, 19. Схемой 7 двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения может быть схема любого типа, коль скоро она представляет собой высоковольтную схему для преобразования выходного напряжения нагрузочного трансформатора 6 в высокое напряжение постоянного тока.
Магнетрон 8 получает высокое напряжение постоянного тока от схемы 7 двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения, излучает микроволны и нагревает объект, подлежащий нагреву, который располагается в контейнере устройства. На стороне анода магнетрона 8 включен токочувствительный резистор 20 магнетрона 8. Анодный ток, обнаруженный токочувствительным резистором 20, передается в монтажную плату панели управления как другой подложки через соединитель N1. Токочувствительный резистор 20 состоит из множества (в данном случае три) резистивных элементов 20а, 20b 20с, соединенных параллельно в качестве мер безопасности от обрывов проводов или т.п., и подсоединен к заземлению монтажной платы инвертора через заземление 20d (соответствующее заземлению А на фиг. 3).
Схема 14 управления инвертором формирует контур управления с отрицательной обратной связью для получения информации об уровне и форме сигнала тока инвертора от трансформатора 12 тока и получения данных об анодном токе магнетрона 8 от панели управления через соединитель N2 и развязывающий оптрон 21, и вычисляет отклонение. В схеме 14 управления инвертором используется генератор сигнала пилообразной формы, компаратор широтно-импульсной модуляции (ШИМ) или подобный для генерации ШИМ-сигнала для создания сигнала ШИМ и инициируется включение/выключение полупроводникового переключающего элемента 3. На этом заканчивается пояснение конфигурации, включающей в себя монтажную плату инвертора. Инвертор для выпрямления энергии переменного тока и преобразования ее в высокочастотную энергию состоит из схемы 2 мостового выпрямителя, сглаживающей схемы 11, инвертора 5 и схемы 14 управления инвертором, хотя конфигурация инвертора не ограничивается указанным вариантом воплощения.
Далее в монтажной плате панели управления анодный ток, обнаруженный токочувствительным резистором 20, передается через соединитель N1, являющийся соединительной частью к монтажной плате инвертора, сглаживается фильтром нижних частот, состоящим из входного резистора 23, резистора 24 для устранения высокочастотных помех и конденсатора 26, и подводится к зажиму 37 аналого-цифрового преобразователя микрокомпьютера 27. Между зажимом 37 аналого-цифрового преобразователя и источником питания Vcc включен диод 29 для предотвращения противотока и защиты схемы. Зажим 37 аналого-цифрового преобразователя производит аналого-цифровое преобразование анодного тока и преобразует ток в напряжение. Между резистором 23 и резистором 24 предусмотрено ответвление, раскрываемое ниже. В указанном ответвлении предусмотрен токочувствительный резистор 25, используемый для определения состояния подсоединения заземления вместе с микрокомпьютером 27. Внутренняя схема микрокомпьютера 27 соединена с заземлением монтажной платой панели управления через заземление 27а (соответствует заземлению B на фиг. 3).
В данном изобретении не подключенное состояние заземления (расцепленное заземление, аномалии заземления) определяется как для монтажной платы инвертора, так и для монтажной платы панели управления до работы. Эта проверка выполняется с использованием селекторного переключателя 28, размещенного в микрокомпьютере 27. Микрокомпьютер 27 выдает сигнал разрешения передачи выходной команды ШИМ в схему 14 управления инвертором через соединитель N2 и оптрон 21 только в случае, когда результат проверки нормальный, запускает в работу и размыкает свой выходной зажим 35 напряжения. В случае обнаружения не подключенного состояния заземления для любой подложки при проверке заземления с использованием селекторного переключателя 28 выдается индикация об ошибке, и работа запрещается.
Работа сконфигурированного указанным образом высокочастотного нагревательного устройства описывается ниже при воспроизведении блок-схемы по фиг. 2.
Сначала заряжается реле (не показано) источника питания высокочастотного нагревательного устройства для включения питания и запускается предъэксплуатационная проверка при фактически запрещенной операции ШИМ (шаг S100). Используемая здесь программа процедуры контроля хранится в памяти в микрокомпьютере 27.
В данном изобретении после включения питания одновременно проверяется не только не подключенное состояние заземления для печатной платы инвертора, вызванное таким обстоятельством как обрыв провода в токочувствительном резисторе 20 или в топологии периферийных соединений, но также и монтажная плата панели управления. Печатная плата инвертора и печатная плата панели управления проверяются одновременно с использованием селекторного переключателя 28, размещенного в микрокомпьютере 27, для обеих подложек даже в состоянии, когда одновременно отсутствует заземление как в монтажной плате инвертора, так и в монтажной плате панели управления по любой возможной причине не подключенного заземления, например, обрыв компонентов, обрыв в топологии размыкания проводки, неисправности компонентов, не подключение заземления в процесс изготовления, а также дефектный или слабый зажим заземления подложки на массе.
Как показано на фиг. 3, микрокомпьютер 27 включает в себя селекторный переключатель 28, источник 38 питания и конденсатор 39, подсоединенный к потенциалу Vcc питания. Другими словами, в средней части основной линии прямого анодного тока (первая цепь), сформированной через печатную плату инвертора и печатную плату панели управления, предусмотрено ответвление (вторая цепь), включающее в себя резистор 25, выходной зажим 35 напряжения, селекторный переключатель 28, источник 38 питания и конденсатор 39, и ответвление достигает зажима 37 аналого-цифрового преобразователя через резистор 20, соединитель N1 и резисторы 23, 24. Указанное ответвление подсоединено к потенциалу Vcc питания и генерирует напряжение для обнаружения не подключенного состояния заземления.
В данном варианте воплощения селекторный переключатель 28 включается/выключается и обнаруживает состояние заземления для каждой монтажной платы инвертора и монтажной платы панели управления на основе напряжения, обнаруживаемого, когда селекторный переключатель 28 включен или выключен.
В качестве селекторного переключателя может быть использована выходная схема с тремя состояниями, показанная на фиг. 3 (d), используемая в микрокомпьютере 27 общего назначения. Как показано на диаграмме по фиг. 3(d), когда транзистор Tr-x, подсоединенный к источнику Vcc питания на стороне высокого напряжения, включен, напряжение на выходном зажиме 35 напряжения становится равным Vcc (состояние 1). Когда включен транзистор Tr-y, подсоединенный к источнику Vcc питания на стороне низкого напряжения (в этом примере такой же потенциал, как потенциал GND), напряжение на выходном зажиме 35 напряжения становится равным Vcc (GND) (состояние 2). Когда оба транзистора Tr-x и Tr-y выключены, выходной зажим 35 напряжения переходит во входное состояние (высокий импеданс, Hi-Z) (состояние 3), обеспечивая тем самым ввод сигнала в другие схемы в микрокомпьютере 27. Такое название выходного зажима (схемы) с тремя состояниями происходит от того факта, что в микрокомпьютере 27 может быть выбрано (обеспечено управление) одним из трех состояний. Это свойство можно использовать для переключения к внешней схеме. Как будет понятно из последующего описания, состояние 1 соответствует закрытому состоянию селекторного переключателя 28. Состояние 3 соответствует открытому состоянию селекторного переключателя 28. Свойство, соответствующее состоянию 2, в этом примере не используется, так что транзистор Tr-y всегда выключен.
В данном варианте воплощения во время нормальной работы магнетрона селекторный выключатель 28 выключен (открыт), и анодный ток магнетрона обнаруживается в виде напряжения резистора 20 зажимом 37 аналого-цифрового преобразователя, как показано на фиг. 3(а).
При проверке заземления (режим предъэксплуатационной проверки и режим эксплуатационной проверки) селекторный переключатель 28 включен (закрыт), находясь в состоянии, когда ток через магнетрон не протекает (нерабочее состояние). Затем резистор 25 подсоединяется к Vcc, и в этом состоянии обнаруживается напряжение на зажиме 37 аналого-цифрового преобразователя.
В случае когда заземление А и заземление B монтажной платы инвертора и монтажной платы панели управления находятся в нормальном состоянии, ток протекает так, как показано в эквивалентной схеме по фиг. 3(b), так что на зажиме 37 аналого-цифрового преобразователя определяется напряжение, разделенное резисторами 20, 23, 25. В случае если по меньшей мере одно заземление А или В не разомкнуто, ток в указанной эквивалентной схеме не протекает и на зажиме 37 аналого-цифрового преобразователя обнаруживается потенциал Vcc питания.
В случае когда по меньшей мере одно заземление А или В имеет дефект (имеется некоторое значение сопротивления), это состояние эквивалентно добавлению резистора R4, как показано в эквивалентной схеме по фиг. 3с, и на зажиме 37 аналого-цифрового преобразователя обнаруживается разделенное напряжение, включая резистор R4 заземления. Процесс определения микрокомпьютера 27 может быть заранее установлен таким образом, что в случае, когда обнаруженное напряжение выше заранее определенного порога А, состояние заземления будет определено как аномальное (недопустимое дефектное состояние), а в случае, когда обнаруженное напряжение ниже заранее определенного порога А, состояние заземления будет определено как нормальное (допустимое дефектное состояние). Таким путем напряжение, обнаруживаемое на зажиме 37 аналого-цифрового преобразователя, изменяется в зависимости от состояния заземления. Таким образом, можно определить, правильно ли выполнено заземление для каждой подложки на основе указанных вариаций.
Обратимся к блок-схеме на фиг. 2, где подробно описываются вышеуказанные процедуры обработки. Микрокомпьютер 27 проверяет значение напряжения Vcc на выходном зажиме 35 напряжения, проверяя, включен ли селекторный переключатель 28 (шаг S101). Соединение монтажной платы панели управления на фиг. 1 показывает соединение при нормальной работе, когда выдается выходной сигнал ШИМ. Из этого состояния выполняется переключение рабочего режима в режим предъэксплуатационной проверки, и селекторный переключатель 28 включается для выполнения предъэксплуатационной проверки. Вышеуказанная обработка подтверждает, что активизирован вышеописанный режим предъэксплуатационной проверки.
Далее для считывания значения IaDC входного напряжения, которое основано на анодном токе магнетрона 8, используется зажим 37 аналого-цифрового преобразователя микрокомпьютера 27 (шаг S102). Затем определяется, меньше ли считанное значение входного напряжения порога А (шаг S103). В состоянии когда не подключено или имеет дефект ("дефектное состояние" обычно относится как к неподключенному состоянию заземления, так и к его дефектному состоянию) заземление по меньшей мере одной из монтажных плат инвертора или панели управления, напряжение IaDC, обнаруженное на зажиме 37 аналого-цифрового преобразователя, больше порога А (НЕТ на шаге S103). Микрокомпьютер 27 определяет аномальное состояние в заземлении и выдает индикацию об ошибке, не приводя в действие высокочастотное нагревательное устройство (шаг S104).
В случае если заземление находится в нормальном состоянии, напряжение IaDC больше или равно порогу А (ДА на шаге S103). Определяется, что заземление находится в нормальном состоянии как для монтажной платы инвертора, так и для монтажной платы панели управления. Выходной зажим 35 напряжения, подвергающийся предъэксплуатационной проверке, размыкается (открыт селекторный переключатель 28). Ответвление, включающее в себя селекторный переключатель 28, отделенное от основной линии определения анодного тока (шаг S105) и передающее команду вывода ШИМ в схему 14 управления инвертором через оптрон 21, и магнетрон 8, выполняет генерирование колебаний (шаг S106).
Вышеуказанная процедура относится к проверке подключения заземления до основной работы (операция нагрева) высокочастотного нагревательного устройства. Существует небольшая вероятность не подключенного состояния заземления, вызванного ослаблением зажима заземления или обрывом компонент даже во время работы устройства (основная работа). Таким образом, проверка работы выполняется в заранее определенном цикле также и во время работы инвертора или магнетрона.
Зажим 37 аналого-цифрового преобразователя используется для считывания значения IaDC входного напряжения, которое основано на анодном токе магнетрона 8 (шаг S107) аналогично шагу S102. Как и на шаге S102, здесь определяется, меньше ли считанное значение входного напряжения порога А (шаг S108). В случае когда значение напряжения больше указанного порога (НЕТ на шаге S108), определяется аномальное состояние в заземлении, и выдается индикация об ошибке с запрещением дальнейшей работы (шаг S104). В случае когда значение напряжения меньше указанного порога (ДА на шаге S108), определяется, что заземление находится в нормальном состоянии для обеих подложек, и работа устройства продолжается. Определяется, должно ли быть завершено приготовление пищи (нажата ли кнопка СТОП) (шаг S109). В случае если приготовление пищи необходимо продолжать, то выполнение возвращается к шагу S107 (НЕТ на шаге S109). В случае когда приготовление пищи должно быть завершено, оно завершается (ДА на шаге S109).
Микрокомпьютер 27 включает в себя определительную часть, которая, вместе с зажимом 37 аналого-цифрового преобразователя для получения значения напряжения, соответствующего анодному току, определенному двумя токочувствительными резисторами, определяет состояние заземления для каждой из двух монтажных плат на основе значения напряжения по меньшей мере перед началом работы устройства, чтобы определить, разрешать ли работу устройства на основе состояния заземления. Хотя микрокомпьютер 27 обычно выполнен в виде микросхемы, где компоненты спроектированы в интегральном исполнении, этот конкретный аспект не ограничивается указанным частным случаем, а зажим аналого-цифрового преобразователя, определительная часть и память, включающая в себя программу обработки, могут быть выполнены отдельно.
(Вариант 2)
Ниже со ссылками на чертежи описывается вариант 2 осуществления изобретения. На фиг. 4 представлена блок-схема монтажной платы панели управления высокочастотного нагревательного устройства согласно варианту 2 воплощения изобретения.
Вариант 2 воплощения связан с усовершенствованием безопасности монтажной платы панели управления и стабилизацией обнаружения входного сигнала зажима 37 аналого-цифрового преобразователя, показанного в варианте воплощения 1.
В варианте воплощения 2 токочувствительный резистор 20 состоит из множества резистивных элементов 20а, 20b, 20с, соединенных параллельно друг другу и размещенных на монтажной плате инвертора. Множество резистивных элементов соединены с заземлением, чтобы уменьшить риск поражения электрическим током из-за не подключенного состояния (разъединения) одного компонента к заземлению из-за обрыва. Резистор 31, состоящий из множества резистивных элементов 31а, 31b, 31с, 31d, соединенных параллельно друг другу, размещен на монтажной плате панели управления в последующей ступени токочувствительного резистора 20. Все резистивные элементы резистора 31 на монтажной плате панели управления остаются подсоединенными к заземлению даже при неподключенном заземлении на монтажной плате инвертора, что обеспечивает более надежное предотвращение поражения электрическим током. В микрокомпьютере 27 запоминается общее значение сопротивления в предположении, что все резистивные элементы резистора 20 на подложке инвертора и резистор 31 на подложке управления подсоединены к заземлению при отсутствии отказов компонентов, то есть значение IaDC выходного напряжения (при работе) получено на основе анодного тока в предположении, что все резистивные элементы находятся в нормальном состоянии и проверочное значение напряжения получено при отсутствии протекания тока в магнетроне то есть до работы. Работа прекращается в случае превышения значения напряжения порога, с тем чтобы обеспечить безопасность.
Кроме того, на ступени перед зажимом 37 аналого-цифрового преобразователя микрокомпьютера 27 размещена одна буферная схема, в которой используется транзистор 32 и нагрузочный резистор 33. Микрокомпьютер, использованный в этом примере, является стандартным изделием. Следовательно, имеют место значительные вариации изделий, как показано на графике вольтамперной характеристики на фиг. 5. Существует вероятность ошибок при обнаружении, так что добавляется одна буферная схема для исключения различий, имеющих место при сравнении кривых множества микрокомпьютера а, b, c, показанных на фиг. 5. Другими словами, используется внешний транзистор 32, который включается/выключается микрокомпьютером 27, чтобы повысить точность, исключив влияние вольтамперной характеристики микрокомпьютера 27.
(Вариант воплощения 3)
Далее со ссылками на чертежи описывается вариант 3 воплощения изобретения. На фиг. 6 представлена блок-схема монтажной платы панели управления высокочастотного нагревательного устройства согласно варианту 3 воплощения изобретения.
Вариант 3 воплощения отличается от варианта 2 воплощения тем, что вместо резистора 31 используется диод 40 (40а, 40b, 40c). В случае использования резистора 31 на стороне монтажной платы панели управления, как в варианте 2 воплощения, резистор 31 используется в качестве меры безопасности, от разъединения или неполного соединения резистора 20 с заземлением монтажной платы инвертора, так что его значение сопротивления должно быть низким и эквивалентным сопротивлению резистора 20. Причина этого состоит в следующем. Положим, что анодный ток магнетрона составляет при работе около 350 мА. В случае если резистор 31 имеет высокое значение сопротивления, выходное напряжение на стороне резистора 31 достигнет высокого уровня, значительно превышающего напряжение Vcc
питания микрокомпьютера 27, в случае, когда резистор 20 на стороне инвертора находится в неподключенном состоянии от заземления, причем это высокое напряжение будет приложено к микрокомпьютеру, что приведет к выходу его из строя. Таким образом, необходимо установить значение сопротивления резистора 31 ниже, чем примерно 10 Ом. Когда значение сопротивления резистора 31 составляет 10 Ом, выходное напряжение резистора 31 составит 3,5 В при разомкнутой цепи резистора 20, причем значение напряжения на нем будет ниже значения Vcc=5В для микрокомпьютеров общего назначения.
Предъэксплуатационная проверка связана с проблемой, заключающейся в том, что значение тока, подаваемого от источника питания для предъэксплуатационной проверки, возрастает при уменьшении значения сопротивления резистора 31. Значение тока, подаваемого от микрокомпьютера 27, должно увеличиваться, хотя производительность микрокомпьютера 27 по выходному току обычно ограничена из-за таких ограничений, как уменьшенный размер микросхемы или т.п., так что достаточно большое значение тока использовать нельзя. Результатом являются новые проблемы, такие как увеличение стоимости дополнительной внешней задающей схемы микрокомпьютера 27 и увеличение количества компонентов.
В этом варианте воплощения вместо резистора 31 используется диод 40, состоящий из диодных элементов 40а, 40b, 40c. В случае когда три диодных элемента соединены последовательно, как в данном варианте воплощения, ток через эти диоды не течет, пока потенциал Va не превысит примерно 1,8 В (общее напряжение на трех диодах) из-за If-Vf характеристики (зависимость прямого тока от прямого напряжения) диодов. При предъэксплуатационной проверке выполняется проверка соединения с заземлением резистора 20 на стороне монтажной платы инвертора с помощью микрокомпьютера 27, подсоединенного к источнику питания Vcc. Напряжение Va может быть установлено ниже 1,8 В путем установки соответствующего значения сопротивления резистора 23. При такой настройке ток через диод 40 не протекает, а протекает только через резистор 20. Таким образом, для выполнения проверки нет необходимости подавать большой ток от микрокомпьютера 27.
Этот вариант воплощения позволяет избежать таких проблем, как увеличение стоимости внешнего микрокомпьютера 27 и увеличение количества компонентов. Диод 40 на стороне монтажной платы панели управления подсоединен к заземлению. Таким образом, даже в том случае, когда при эксплуатации на стороне инвертора имеет место не подключенное состояние заземления для резистора 20, можно предотвратить ситуацию на основе диодной характеристики, когда Va станет значительно превышать 1,8 В и сгенерирует напряжение, значительно превышающее значение Vcc, что приводит к выходу из строя микрокомпьютера.
Назначение компонентов по монтажной плате инвертора и монтажной плате панели управления в этом варианте воплощения является лишь примером. В случае наличия в устройстве по меньшей мере двух монтажных плат (первая и вторая монтажные платы), и когда монтажная плата электрически соединена с панелью управления, которой касается пользователь во время работы, изобретение дает преимущество в плане предотвращения поражения электрическим током пользователя.
Эта заявка основана на патентной заявке Японии №2006-5316, поданной 12 января 2006 года, содержание которой включено сюда по ссылке.
Хотя здесь были описаны различные варианты воплощения изобретения, изобретение не ограничивается вышеуказанными вариантами воплощения. Специалисты в данной области техники на основе данного описания и известных способов могут предложить различные модификации или видоизменения в рамках объема изобретения, подлежащего охране.
Промышленная применимость
Высокочастотное нагревательное устройство согласно настоящему изобретению проверяет, находится ли в нормальном состоянии заземление каждой из двух подложек. Это более надежно предотвращает поражение пользователя электрическим током при работе.