一种控制磁控管的方法与装置制作方法

贝尼·伯格伦, 拉斯格伦·古斯塔夫森

1988年2月3日

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磁控管 制作 装置 控制

10中描述本发明将参考大量的具体实例方案及其附图作更详细地描述，附图里，图1用电路图说明第一个电路方案，用于把两个或更多的磁控管接到一个公用电流单元并且备有独立的调整电路;图2说明了与上述调整电路相关联的第一个控制装置的具体实例;图3描述了与上述调整电路相关联的第二个控制装置的具体实例;图4描述了与上述调整电路相关联的第三个控制装置的具体实例;图5描述了用于把两个或更多的磁控管接到一个公用电源单元并且各有独立的调整电路的第二个电路或耦合的具体实例;图6给出了一个磁控管的典型板极电压-板极电流(VA-IA)曲线;以及图7用电路图说明将两个电路电和电流隔离的电路因此，图6示出了磁控管的典型的板极电压-板极电流图图中曲线有个在电压V0处的拐点在拐点电压V0以下的电压下磁控管不产生功率输出在此拐点电压以上电压，动态电阻低并且从没有功率输出到满功率输出的电压增加很小磁控管的功率输出与板极电流IA高精度地成正比如前所述，有两种类型的磁控管，亦即用永久磁铁产生磁场的磁控管和用磁绕组和磁芯产生磁场的磁控管前一类型磁控管的拐点电压是固定的，而在后一类型，拐点电压是按图6的虚线和箭头所示那样，通过控制流过线圈的电流来控制或调整的在先前还提到过，由于因磁控管不同而异，彼此相同特性的每个磁控管的VA-IA曲线不完全是相同的因此，这是用一个公用电源单元给两个或多个磁控管提供功率存在问题的基本原因本发明叙述了用于控制关于磁控管微波功率源的多个磁控管的一种方法与一种装置或系统，功率源里两个或多个磁控管并联连接到电源单元有效地产生高磁控管工作电压依据本发明，每个磁控管接到一个单独的调整电路上，而调整电路又是独立的调整电路包括一个在磁控管高压侧测量通过其板极电流的测量装置通过测量磁控管高压侧上的板极电流，对于每个给出的磁控管将单独地测量板极电流，而磁控管的板极直接接到大地，以安全角度出发，这是极其重要的如果是在低压侧测量板极电流，亦即在板极与大地之间的位置测量，磁控管将被抬高到某一电位，以安全角度出发，这是不能接受的，假定不是所有的磁控管都封装在一个接地的箱体内，该箱体将磁控管，波导以及有可能将加热腔体也绝缘开设置测量装置以便为控制电路发送信号由于测量装置位于高压侧，它与中心电路是电流隔离的，后者工作在相对低的电压如通常市电电压下控制电路根据从测量装置直接收到的信号控制磁控管的板极电流以及其功率输出根据一个实施方案，测量装置包括一个要测量上电压而加的电阻，上述的电压构成了送给控制电路的信号参考图1～4的实例图示说明，这里将对单独由永久磁铁装备的磁控管给出更详细的描述图1是由上述类型的两个或更多个磁控管1，2组合在一起的系统电路图，这些磁控管由所有磁控管公用的电源单元3驱动，电源包括一个变压器和一个整流器该电源单元3可提供例如3～4KV的输出电压在图1的实例中，二磁控管1，2并联跨接到电源单元3磁控管1，2的板极4接地如图1示出，可以把几个磁控管按二磁控管1，2那样接到虚线导线5，6并把相关的电路接到导线7，8通常标定为9的调整电路分别对应地接到各个磁控管调整电路9与前述的测量装置10结合有效地测量通过各个导体11，12的板极电流如前所述，测量装置最好包括一个电阻R，通过导线13，14，15，16测得其上的电压这些导线接到测量电路17，18再通过某种适当的适配电路以前述的电压形式将测量值传送给控制电路19，20，上述的正在传输的值可以是模拟的或是数字的形式通过电路21，22将测量装置与控制电路19，20电流隔离该电路可以采取几种不同形式然而，对该电路所有形式的共同特点是电路21，22包含一个模-数转换器或是数-模转换器，譬如频率-电压变换器，在该电路里，转换器彼此电流隔离图7示出的具体实例采用了光开关在此情况下，电路21，22包括一个电压-频率变换器80，它驱动光发射器件81，譬如发光二极管，使光发射管按相应施加到变换器80的脉冲重复频率发出光脉冲电路21，22还包含一个频率-电压变换器82，通过82而连接的一个光敏器件83，诸如光晶体管接到变换器，光敏器件接受由发光器件81发出的光并将这个光转换成对应于收到光脉冲的电脉冲变换器82把收到的脉冲变换成譬如电压，该电压对应于施加给第一次说到的变换器上的电压光适宜于在光导体84诸如塑料或玻璃纤维里的在器件81和83之间通过根据第二例方案，前述的用于转换电压成频率的装置可以改为接到变压器的初级绕组，变压器的次级绕组与用于将频率变换成电压的装置相连接，而这后面的电压将提供给控制电路19;20控制电路19，20响应由测量装置10接收的信号，去控制磁控管1，2的板极电流控制装置19，20最好由微处理机或相当的器件组成，控制值或根据予定的功率输出设定点的值可以送给微处理机加在导线23，24，23，25上送到各个电源单元的电压也可以送到控制电路控制电路因此而构成去计算此后者的电压和板极电流之积，这个乘积是各个磁控管输出功率的相当精确的度量磁控管的效率约为70%正如所要理解的，可以替代地将板极电压-板极电流图插入控制电路，使得电路能够计算出主要输出功率，控制电路19，20可以具有任何适当的类型和任何希望的适当的结构前述的控制值按电信号的形式给出该信号最好构成要求的板极电流的度量然而，替代地，该信号可以是有关的提供功率的磁控管所在区域或腔体内温度传感器的输出信号，因而实际上是借助于输出功率实现温度控制参考符号26，27称作设定装置，用于传送控制值到控制电路正如要理解的，这个装置可能包括计算机或类似装置形式的整个控制系统，所有磁控管的控制电路接到该系统上因此，控制电路从装置26;27接收控制值并从测量电路17;18接收实际值或真实值设置控制电路19;20以通过导线28;29给调整电路提供控制信号，后者包括控制装置20;31以直接控制板极电流控制电路可具有几种不同的优选的形式根据图2示出的第一个最佳实施方案，控制装置30;31由峰值电压单元85组成该单元接在电源单元3和测量装置10之间，并用来为磁控管1，2提供另一个电压，譬如超过并在电源单元提供的电压以上200～800V的电压峰值电压单元包括带有一个整流桥33的变压器32，桥的一对对角点接到图1和2中标为24，34;25，35的导线上，整流桥33的另一对对角接到变压器32的次级绕组该变压器的初级绕组接到闸流晶体管36，一种硅双向可控开关元件或是类似的器件，利用闸流管控制相角以影响通过终端37，38加到峰值电压单元的功率峰值电压单元由诸如380V的交流电供电半导体元件36可以是所谓的SCR电路(硅可控整流器)闸流晶体管36直接由控制电路19;20通过标号为28;29的控制导线控制可以将一个板流图43或漏磁变压器与闸流晶体管36串联根据图3示出的第二个最佳的实施方案，图中使用了如在图1和2中使用的相同的标号，也还使用了峰值电压单元86，它包括变压器39和接到变压器39次级绕组的第一整流桥40斩波器54或类似器件并联到第二整流桥41，该斩波器54用来给变压器的初级绕组按高频7如20KHz供电因此斩波器54将用于启动要做的所谓初级绕组一开关控制电容42并接在第二整流桥41上交流电，例如为380V电压通过终端44，45施加于第二个整流桥上该斩波器直接受来自控制电路19;20的控制导线28;29的控制第一整流桥40的输出电压可能为例如是200～800V依据这个实施方案，通过一直流的中间媒介产生高频，用一个比在图2示出的方案中使用的要小的变压器磁芯39就可以产生高压依据图4示出的第三个最佳实施方案，电源单元3用来提供比磁控管1，2需要的最高电压还高的电压，在这种情况下要设立峰值电压单元以降低加在磁控管上的电压晶体管开关44或类似的器件接在电源单元和每个前述的测量装置10之间，每个晶体管开关按这种方法构成，使得可以控制开关以便限制通过各个磁控管的板极电流，比较板极电流的状态，如果峰值电压单元受控不能降低电源单元的电压的话，就会出现这种情况晶体管开关44受变压器46流过次级绕组45的控制电流的控制，变压器的初级绕组47由控制电路19;20通过控制导线28;29提供电流变压器46的用途是将高压边上晶体管开关44与调整电路9分开，后者在低压下工作轭流圈48和并联在轭流圈上的二极管49用来限制板极电流随时间增加因此，参考图1～4描述的实施方案的共同特点是仅仅把一个不贵的简单的峰值电压单元接到每个磁控管，可以用一个公用电源单元为两个或更多的带永久磁铁的磁控管供电峰值电压单元使每个磁控管被控制在予定的功率输出上面不必考虑其余磁控管的输出大小灯丝变压器50;51仍按传统方法接到每个磁控管上，变压器由电压源52;53供电当磁控管属于磁场由磁绕组或线圈产生的那一类时，对于每个磁控管有一个分开的磁化单元接到上述的绕组并且受控制电路控制，使得在加在上述磁控管的超电压下的磁控管的磁场强度提供流过上述磁控管的予定的板极电流以图5为例示出了这样一种装置图5中相应于图1～4中类似元件的那些元件采用了相同的考虑号码因此，图5的实施方案包括有电源单元3和导线7，8测量装置10，测量电路17;18，电路21;22和控制电路19;20以及装置26，17可以按与上述的同样的方法安置磁控管60，61具有接地的板极62，63因此磁控管60，61备有具有相应磁芯的磁绕组64，65以在磁控管内产生磁场这种磁控管可能还备有一个永久磁铁，尽管这个磁铁本身不能产生足以发生微波的足够强的磁场为每个磁控管配备有一个分离的磁化单元66;67，上述的单元是为磁化绕组64;65提供电流的电流供应单元如在引言中所述，板极电压-电流曲线随磁场强度而上下移动因此，在本方案中，在磁控管上的电压是牢固恒定的，这是鉴于其功率输出受变低或升高的曲线的控制通过调整流过磁化绕组的电流这是可实现的正如上述的方案，为控制电路19;20提供控制值或设定点值以及实际值这个方案中控制电路19，20用来为磁化单元66;67通过导线68;69提供控制信号，从而控制了磁化单元，使得加在磁控管上超电压下磁控管的磁场强度能提供流过上述磁控管予定的板极电流磁化单元66，67包括一个整流器和一个电流控制器件，诸如晶体管或类似器件该晶体管或类似器件受上述的控制信号控制可以使用任何适宜的电路磁化单元66;67由电压源72;73通过变压器70;71提供交流电，电压为如380V在图5的下部示出了一个方案，其中磁化绕组64是与接到磁控管60的板极75的导线74分开的根据在图5上部示出的另一个方案，磁化绕组的部件76与接到磁控管61板极63的导线77串联位于绕组76和磁控管板极63之间的是接地点79，意指板极63是在地电位上然而，尽管图5示出了两种不同的形式，用同一电源单元为所有磁控管供电使用的绕组和控制电路适用于同样类型的磁控管显然，更多的具有相关的控制电路的磁控管可以通过图5的虚线导线5，6并联到电源单元还可以理解，各个磁控管的功率输出可以单独控制，而与其余的磁控管的功率输出无关，这是通过各个控制电路的各磁化单元实现的的因此，本发明解决了在引言中叙述的问题，方法是在同时为两个或更多的磁控管用一公共电流供电，在高压边测量每个磁控管的板极电流并用来分别控制每个磁控管使用独立的控制电路需要的花费仅是一个电源单元的耗费的一部分在混合使用大量磁控管的加热系统中应用本发明具有特殊的优点除了只需要一个电源单元外，本发明还提供的附加优点是系统的重量和为要装它所需要的材料少于传统系统的，同时，由于不需要多个电源单元这一事实，本发明系统的体积要小的多所需的接线量也大大减少本发明提供的另一优点是，在大系统的情况下，电源单元可以设计得能为所有的磁控管亦即多于2个到4个磁控管的磁控管供电在这种情况下，通常并不是所有的磁控管都在工作当某个磁控管需要更换时，可以关断这个磁控管，而另一个先前不工作的磁控管开始工作产生微波功率本发明提供的另一优点是，单个地测量板极电流的控制方法能够有补偿地控制磁控管如由于磁控管老化而发生变化以上已描述了本发明的大量的实施方案可以理解，从不离开在高压边测量板极电流单个地控制每个磁控管的基本概念出发，用举例方法描述的电路和元件都可以由本技术领域中有技艺的人加以更替和修改而实现相同的功能鉴于在以下的权利要求中的领域内可以进行修改，因此，本发明将不局限于上述的实施方案