RF能量放射装置的制作方法

rf能量放射装置
技术领域
1.本公开涉及rf能量放射装置的可靠性提高。


背景技术：

2.以往，微波炉等rf(radio frequency：射频)能量放射装置检测反射波功率，根据反射波功率的大小调整输出功率，当反射波功率的大小为规定值以上时停止输出。由此，现有的rf能量放射装置保护装置自身(例如，参照专利文献1)。在专利文献2中公开了除了进行反射波功率的检测之外还进行高频电流的检测，由此提高装置的保护性的技术。
3.图7表示专利文献1中记载的现有的rf能量放射装置。如图7所示，现有的rf能量放射装置具备磁控管1、控制部6和检测部5。
4.控制部6控制驱动部7。当驱动部7向磁控管1供给电力时，磁控管1产生微波。波导管2将微波传输到供电部4。供电部4向腔室(cavity)3内放射微波。
5.检测部5检测从腔室3经由供电部4返回波导管2的反射波功率。控制部6根据由检测部5检测出的反射波功率来控制驱动部7。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开平4-245191号公报
9.专利文献2：日本特开平2-087929号公报


技术实现要素：

10.在现有的rf能量放射装置中，根据半导体放大装置的能量效率，消耗能量的30％～50％作为热被放出。该能量效率根据负载、环境温度而变化，放出的热量也变化。该发热和效率的关系是使用半导体放大装置方面的大课题。接收反射波功率的终端器吸收反射功率而产生热。因此，仅检测反射功率和高频电流未必能够有效地保护装置。
11.本发明是为了解决所述现有的问题而提出的，其目的在于提供一种可靠性高的rf能量放射装置。
12.本发明的一个方式的rf能量放射装置具备用于载置加热对象物的腔室、rf信号产生部、rf放大部、放射元件、温度传感器以及控制部。rf信号产生部振荡出rf信号。rf放大部将rf信号放大并输出rf能量。放射元件向腔室内放射rf能量。温度传感器配置在rf放大部的附近。控制部控制rf放大部根据温度传感器的检测温度和多个阈值水平来调整rf能量的输出。
13.本方式的rf能量放射装置通过监视发热部件的温度来调整rf能量，从而能够高效地向加热对象物放射rf能量。另外，本方式的rf能量放射装置通过监视发热部件的温度，能够检测出安装不良的发生而使装置瞬时停止。其结果，能够提高装置的可靠性。
附图说明
14.图1是表示本公开的实施方式的rf能量放射装置的结构的框图。
15.图2是表示实施方式的功率放大器的结构的框图。
16.图3是表示实施方式的rf能量放射装置的动作顺序的图。
17.图4是表示实施方式的加热对象物的两个温度上升直线的特性图。
18.图5是表示温度传感器的一个安装构造的剖视图。
19.图6是表示温度传感器的其他安装构造的剖视图。
20.图7是表示现有的rf能量放射装置的结构的框图。
具体实施方式
21.本公开的第一方式的rf能量放射装置具备用于载置加热对象物的腔室、rf信号产生部、rf放大部、放射元件、温度传感器以及控制部。rf信号产生部振荡出rf信号。rf放大部将rf信号放大并输出rf能量。放射元件向腔室内放射rf能量。温度传感器配置在rf放大部的附近。控制部控制rf放大部根据温度传感器的检测温度和多个阈值水平来调整rf能量的输出。
22.在本公开的第二方式的rf能量放射装置中，在第一方式的基础上，若温度传感器的检测温度超过多个阈值水平中的一个阈值水平，则控制部控制rf放大部根据超出该一个阈值水平的温度来调整rf能量的输出值。
23.在本公开的第三方式的rf能量放射装置中，在第二方式的基础上，当由温度传感器检测出的检测温度超过比该一个阈值水平高的其他阈值水平时，控制部控制rf放大部使rf能量的输出值降低。
24.在本公开的第四方式的rf能量放射装置中，在第三方式的基础上，该其他阈值水平根据温度传感器的检测温度的上升速度而变化。
25.在本公开的第五方式的rf能量放射装置中，在第二方式的基础上，当温度传感器的检测温度超过比该一个阈值水平高的其他阈值水平时，控制部使rf信号产生部停止。
26.在本公开的第六方式的rf能量放射装置中，在第一方式的基础上，多个阈值水平包括第一阈值水平、比第一阈值水平高的第二阈值水平、比第二阈值水平高的第三阈值水平。当温度传感器的检测温度超过第一阈值水平时，控制部控制rf放大部根据超出第一阈值水平的温度来调整rf能量的输出。当温度传感器的检测温度超过第二阈值水平时，控制部控制rf放大部降低rf能量的输出。当温度传感器的检测温度超过第三阈值水平时，控制部使rf信号产生部停止。
27.在本公开的第七方式的rf能量放射装置中，在第6方式的基础上，第二阈值水平根据温度传感器的检测温度的上升速度而变动。
28.在本公开的第八方式的rf能量放射装置中，在第一方式的基础上，包括rf放大部的半导体元件以半导体元件的底部与底板接触的方式配置于基板。温度传感器配置在基板的与配置有半导体元件的面相反的面。
29.在本公开的第九方式的rf能量放射装置中，在第一方式的基础上，包括rf放大部的半导体元件以半导体元件的底部与底板接触的方式配置于基板。温度传感器配置在基板的与配置有半导体元件的面相同的面。
30.以下，参照附图对本公开的实施方式的rf能量放射装置100进行说明。
31.图1是表示rf能量放射装置100的结构的框图。图2是表示功率放大器102a的结构的框图。功率放大器102a、102b具有相同的结构。因此，仅详细说明功率放大器102a，省略功率放大器102b的详细说明。
32.如图1所示，rf能量放射装置100具备振荡器101a、101b、功率放大器102a、功率放大器102b、检测器103a、检测器103b、环行器(circulator)104a、环行器104b、终端器105a、终端器105b、放射元件107a、放射元件107b以及腔室108。
33.振荡器101a、101b振荡出rf信号。功率放大器102a、102b通过分别放大由振荡器101a、101b振荡出的rf信号来输出rf电力。检测器103a、103b检测从rf能量放射装置100向放射元件107a、107b传送的rf电力和从放射元件107a、107b向rf能量放射装置100传送的rf电力。
34.振荡器101a、101b相当于rf信号产生部，振荡器101a、101b相当于rf放大部，检测器103a、103b相当于rf功率检测部。
35.以下，将从rf能量放射装置100向放射元件107a、107b传送的rf电力称为行波，将从放射元件107a、107b向rf能量放射装置100传送的rf电力称为反射波。
36.环行器104a使来自振荡器101a的行波传送到放射元件107a，使来自放射元件107a的反射波传送到终端器105a。同样，环行器104b使来自振荡器101b的行波传送到放射元件107b，使来自放射元件107b的反射波传送到终端器105b。
37.终端器105a、105b分别具有成为针对来自环行器104a、104b的反射波的负载的阻抗。
38.环行器104a、104b、终端器105a、105b保护振荡器101a、101b免受根据载置在腔室108内的加热对象物(例如食品)的负荷变动而产生的反射波。放射元件107a、107b向腔室108内放射rf能量。
39.rf能量放射装置100还具备温度传感器106a、温度传感器106b、温度传感器106c、温度传感器106d、微处理器109和保护电路110。
40.温度传感器106a～106d分别配置在功率放大器102a、102b、终端器105a、105b的附近。微处理器109是根据温度传感器106a～106d的检测温度来控制rf能量放射装置100的控制部。保护电路110在温度传感器106a～106d的检测温度超过规定值的情况下，以保护rf能量放射装置100的方式动作。
41.如图2所示，功率放大器102a(102b)包括可变衰减器301、小信号放大器302和大信号放大器303。
42.可变衰减器301从振荡器101a接收rf信号，并调整针对rf信号的衰减量。小信号放大器302将从可变衰减器301输出的信号放大到一定程度。大信号放大器303将小信号放大器302输出的信号放大到期望的rf能量的输出值。
43.使用图3、图4说明如上那样构成的rf能量放射装置100的动作、作用。图3是表示rf能量放射装置100中的动作顺序的图。图4是表示本实施方式中的加热对象物的两条温度上升直线的特性图。
44.微处理器109控制振荡器101a、101b振荡出具有任意频率的rf信号。微处理器109控制功率放大器102a、102b使得rf能量的输出成为目标值。通过调整可变衰减器301的衰减
量来进行rf能量输出向初始目标值的调整。
45.关于行波，微处理器109根据由检测器103a、103b检测出的功率值，调整可变衰减器301的衰减量，使得即使在动作中rf能量的量也稳定。
46.关于反射波，在由检测器103a、103b检测到的功率值超过第一阈值水平的情况下，为了降低与超出第一阈值水平的温度相当的来自发热部件的放射热量，微处理器109控制功率放大器102a、102b降低rf能量的输出。
47.在由检测器103a、103b检测出的功率值超过允许水平的情况下，保护电路110通过硬件使rf能量放射装置100瞬时停止，保护rf能量放射装置100。保护电路110将使rf能量放射装置100停止的情况报告给微处理器109。
48.终端器105a、105b是接受反射波而发热的发热部件。终端器105a、105b中的温度上升大。
49.由于加热时的加热对象物的物性变化引起的负载的变化以及rf能量放射装置100内的环境温度的上升，大信号放大器303的效率降低。由此，由大信号放大器303产生的热量增加，温度传感器106a、106b的检测温度上升。
50.微处理器109存储图3所示的第一阈值水平(例如85℃)、第二阈值水平(例如115℃)和第三阈值水平(例如120℃)。另外，小信号放大器302由于输出功率小，所以发热引起的温度上升少。因此，功率放大器102a、102b的温度上升大部分是由大信号放大器303引起的。
51.在温度传感器106a、106b的检测温度超过第一阈值水平时，为了降低与超出的温度相当的来自发热部件的放射热量，微处理器109通过软件控制精细地控制可变衰减器301的衰减量d(db)以降低rf能量的输出值。例如，如果如式(1)那样使用半导体的热阻，则能够计算衰减量d。由此，能够防止功率放大器102a、102b的温度上升。
52.d＝10
×
log
10
p
det-10
×
log
10
(p
de6-p
down
)
ꢀꢀ
(1)
53.p
det
(w):行波的功率值
54.p
down
(w):(检测温度(℃)-85(℃))
×
1/z
55.z(℃/w)：接合点-壳体间的半导体热阻
56.当环境温度大幅上升而超过第二阈值水平时，微处理器109为了大幅降低温度，控制可变衰减器301使rf能量的输出值大幅降低。
57.图4表示第二阈值水平根据温度传感器106a～106d的检测温度的上升速度而变动的情况。如图4所示，在温度的上升速度快的情况下，软件控制的一个周期中的温度上升值大。
58.因此，在温度的上升速度快的情况下，与温度的上升速度慢的情况相比，将第二阈值水平设定得较低。由此，能够在软件控制的一个周期中温度变得过高之前，降低rf能量的输出值。
59.考虑温度传感器106a～106d的检测温度的上升速度以及利用硬件停止rf能量的输出时的响应时间(时滞)，将第二阈值水平自动设定为能够避免由硬件引起的装置的停止的水平。
60.由于焊料裂纹等安装不良的发生，温度急剧上升而超过第三阈值水平时，保护电路110通过硬件使rf能量放射装置100瞬时停止，来保护rf能量放射装置100。
61.如上所述，在本实施方式中，在功率放大器102a、102b、终端器105a、105b的附近分别配置温度传感器106a～106d。通过监视这些发热部件的温度来控制rf能量的输出值，能够抑制功率放大器102a、102b、终端器105a、105b的温度上升。由此，能够延长装置的耐用寿命。
62.图5是表示温度传感器106a的一个安装构造的剖视图。
63.在此，对温度传感器106a的安装构造进行说明。关于温度传感器106b～106d的安装构造，由于与温度传感器106a相同，所以省略其说明。
64.如图5所示，在本安装构造中，包含大信号放大器303的半导体元件202以半导体元件202的底部与底板203接触的方式配置于基板201。温度传感器106a配置在基板201的与配置有半导体元件202的面相反的面。
65.温度传感器106a配置于基板201的焊接面，与由铜材料或铝材料那样的热传导率高的材料构成的底板203接触。即，温度传感器106a配置在半导体元件202的发热部即底部与温度传感器106a之间的热阻小的部位。
66.根据本安装构造，能够检测接近发热部件的实际温度的温度。由于热阻小，所以检测温度的校正也容易。其结果，能够以高精度响应性良好地检测温度。
67.图6是表示温度传感器106a的其他安装构造的剖视图。如图6所示，在本安装构造中，包含大信号放大器303的半导体元件202以半导体元件202的底部与底板203接触的方式配置于基板201。温度传感器106a配置在基板201的与配置有半导体元件202的面相同的面。在基板201的半导体元件202附近处设置有贯通孔204。
68.根据本安装构造，与图5的安装构造同样，能够检测接近发热部件的实际温度的温度。由此，能够高精度地控制rf能量放射装置100。
69.产业上的可利用性
70.本公开的rf能量放射装置能够应用于解冻机、加热烹调机、干燥装置等。
71.标号说明
72.100rf：能量放射装置；101a、101b：振荡器；102a、102b：功率放大器；103a、103b：检测器；104a、104b：环行器；105a、105b：终端器；106a、106b、106c、106d：温度传感器；107a、107b：放射元件；108：腔室；109：微处理器；110：保护电路；201：基板；202：半导体元件；203：底板；204：贯通孔；301：可变衰减器；302：小信号放大器；303：大信号放大器。