专利名称：一种输出功率连续线性可调的小型微波干燥实验控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对农产品或食品干燥开展实验研究的微波干燥实验控制装置，尤其是能连续线性调节微波功率输出的实验用小型微波干燥装置。
背景技术：
目前，在农产品与食品干燥领域，微波干燥技术与传统的干燥方法相比，具有无污染、不消耗化石能源、无躁声、干燥效率高等特点而具有广泛的应用前景，为了促进微波干燥工艺及技术的发展，针对不同干燥对象，开展不同条件下的微波干燥实验研究具有重要的科学意义。但是，目前市场上缺乏满足科学实验需要的小型微波干燥实验控制装置，而大型专用的微波干燥装置价格非常昂贵，且主要是满足生产需要的，因此，目前实验室所使用的小型微波干燥实验控制装置大多采用家用微波炉改造，但家用微波炉对微波能量的控制为开关式，即微波能量输出恒定，只是控制在单位时间内开关其输出通道次数来控制能量输出大小，该种方法微波功率输出控制不精确，不能连续线性地调节微波输出功率的大小，微波输出功率只能分等级地输出，不能保证干燥过程的自动控制精度，对干燥过程及干燥品质有较大影响，难以满足科学实验的要求。
发明内容
本实用新型的目的，在于为了克服现有的实验室使用的改造后的微波炉干燥农产品或食品时其调节输出功率不精确和分等级功率输出的不足，提供一种可以连续线性地调节微波功率输出的实验用微波干燥控制装置，使待干燥物品得到精确的能量输入，达到更好的干燥效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是本装置由低压部分、高压部分及连接部分组成。所述低压部分包括 -高频功率模块，用于进行电平转换与信号调制，其输出为高频功率信号，该信号为方波，提供给高频变压器；本模块以功率运算放大器为核心，构成电压跟随器与功率输出系统；本模块包括 -时钟源1，用于提供通过功率变换所需的高频功率信号，从而提供给高频变压器进行高频升压； -电压调节电路5，其输入端与时钟源电路1的输出端连接，用于调节整个高压直流电源的电压输出，且可以将输出电压限幅，防止输出给放大电路的电压过高，致使高压端输出超过额定电压； -缓冲器2，其输入端与电压调节电路5的输出端连接，用于提高系统输入阻抗，提高系统稳定性； -放大电路3，其输入端与缓冲器2的输出端连接，用于将输出电压进行放大； -高频功率输出电路4，其输入端与放大电路3的输出端连接，其输出端为高频功率输出电路端口6，其核心部件为功率运算放大器，用于向高频变压器提供输出的线性电压； -大功率直流电源，与高频功率模块连接，用于为高频功率模块提供所需变换为高频功率信号10的电能； 所述高压部分13包括 -倍压电路12，与高频变压器的输出端连接，用于将电压提升到所需等级； -磁控管8，用于为微波干燥装置提供稳定、连续、精确的微波能量，本磁控管有两个输入端，一个为低压交流电输入端，即磁控管灯丝电源接口7，与大功率交流电源连接，用于为磁控管灯丝提供交流电能，一个为阴极高压输入端，即磁控管阴极电源接口9，与倍压电路12的输出端连接，磁控管8通过其天线14输出微波干燥装置所需的微波能量； -大功率交流电源，与磁控管灯丝电源接口连接，用于为磁控管灯丝提供低压大电流交流电。
所述连接部分为高频变压器11，其输入端与高频功率模块的高频功率输出电路4输出端连接，其输出端与高压部分的倍压电路12的输入端连接，用于连接低压与高压部分，并对低压部分构成电磁隔离保护，防止高压干扰窜入低压部分对低压器件构成永久性损伤。
本小型微波干燥实验控制装置的工作过程是大功率直流电源提供各个部分所需电能，大功率交流电源为磁控管灯丝提供交流电能。时钟源1为系统提供高频信号输送给电压调节电路5，电压调节电路5调节高频信号的电压幅值，再输送给缓冲器2，缓冲器2连接放大电路3放大电压值，将放大后的信号传送给高频功率输出电路4，使其信号变为高频功率信号10。高频输出端口连接高频变压器，高频变压器将低压高频功率信号变换为高压高频功率信号，将此信号送给倍压电路，使电压得到进一步提升达到预定值，最后通过连接磁控管阴极电源接口，为磁控管提供高压电能。低压交流电源连接磁控管的低压电源接口，为磁控管提供低压交流电能，使其正常工作，磁控管8的天线14发射出微波信号能量。
由于高压直流电源需要为磁控管提供稳定、精确的高压电能，其工作时电压降ΔU和纹波系数δU根据公式(1)、(2)计算 式中，i为负载电流；f为工作频率；C为倍压电容值；N为倍压级数。为了防止操作失误使高压电源短路或发生闪络时将有非常大的瞬时电流通过，对功率运放与高压部分产生损伤，所以增加保护电阻R来进行保护。系统通过调节电压调节电路电压，来控制磁控管输出微波能量的强度。
本实用新型的有益效果是，该微波干燥装置的输出功率线性连续可调，不存在分等级功率输出的问题，为待干燥物品提供了任意能量输入，提高了干燥品质。
图1是本实用新型的系统结构框图； 图2是高频功率模块结构框图； 图3是实施例中高频功率模块电路图； 图4是实施例中倍压电路及磁控管电路图； 图5是磁控管原理图。
图中各标记为1、时钟源电路，2、缓冲器电路，3、放大电路，4、高频功率输出电路，5、电压调节电路，6、高频功率输出电路端口，7、磁控管灯丝电源接口，8、磁控管，9、磁控管阴极电源接口，10、高频功率信号，11、高频变压器，12、倍压电路，13、高压部分，14、天线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，但实施例不是对本实用新型的限定。
实施例，在图1中，本小型微波干燥实验控制装置分为低压部分、高压部分及连接部分。低压部分由高频功率模块和大功率直流电源组成；高压部分由倍压电路、磁控管及大功率交流电源组成；两部分用高频变压器连接并使其对低压部分构成电磁隔离保护，防止高压干扰窜入低压部分对低压器件构成永久性损伤。
大功率直流电源负责为高频功率模块和整个系统提供电能，由于使用了大功率运算放大器，设计最高输出功率为300W，峰值电流可达10A，所以对电源的要求较高。本设计采用大功率开关电源，输出电压为±40V、输出功率500W直接为功率运算放大器供电，其它芯片功耗都较小，可采用常规稳压芯片将40V电压变换为所需电压。大功率交流电源为磁控管的灯丝提供电压为3.3V、电流为10A的电能，供磁控管正常工作。
在图2中与图3中，高频功率模块负责进行电平转换与信号调制，其输出为高频功率信号，该信号为方波，提供给高频变压器。其中，时钟源采用LM311电压比较器构成40kHz时钟源，通过功率变换得到高频功率信号，从而提供给高频变压器进行高频升压；缓冲器和放大电路由OP07通用高精度运算放大器组成，并且在缓冲器前向通道中设计了输出电压调节电路，通过调节100kΩ滑动变阻器，来调节整个高压直流电源的电压输出；通过调节前向通道上的电压调节电路，使整个高频功率模块输出的电压实现连续线性变化，从而达到了无级调压的目的，磁控管的高压电源接口的输入电压实现了无级调压，其通过天线输出的微波功率也实现了无级线性输出。电压调节电路将调节后的方波信号传送给缓冲器；缓冲器提高了放大电路整体的输入阻抗，还增强了系统的抗干扰能力。高频功率输出电路采用OPA541功率运算放大器构成，功率输出电路的核心部件为OPA541功率运算放大器，该功率运算放大器工作电压为±40V，正负电压差不超过80V，最大输出电流为10A，为了保证器件安全工作，需要在其输出端设置短路保护电阻R，将电信号反馈给功率运算放大器的1引脚。放大电路中的放大倍数为11倍不可调。功率输出电路设计为电压跟随器，确保系统达到最小输出阻抗，设计为最高输出电压36V。低压部分所有电路均为共地。
在图4中，低压部分与高压部分通过高频变压器连接，高频变压器功率为500W、工作频率为40kHz、转换效率为90％，初级对次级耐压为2500VAC/1MIN、初级电感量315uH、漏感量最大3uH。当输入36V高频功率方波给高频变压器时，其输出电压为720V。高频变压器输出电压值最大为720V，再通过倍压电路将电压提升到所需等级，因此倍压电路器件的耐压值不需要很高，不必采用高压电容等超高压器件，不但节约了成本而且系统绝缘等级在保证安全的情况下也可以相应降低。倍压电路与高压输出电路采用IN4007二级管耐压值为1200V、高压电容耐压值为1400V组成。
权利要求1.一种输出功率连续线性可调的小型微波干燥实验控制装置，由低压部分、高压部分及连接部分组成；其特征在于所述低压部分包括
-高频功率模块，用于进行电平转换与信号调制，其输出为高频功率信号，该信号为方波，提供给高频变压器；本模块以功率运算放大器为核心，构成电压跟随器与功率输出系统；本模块包括
-时钟源(1)，用于提供通过功率变换所需的高频功率信号，从而提供给高频变压器进行高频升压；
-电压调节电路(5)，其输入端与时钟源电路(1)的输出端连接，用于调节整个高压直流电源的电压输出，且可以将输出电压限幅，防止输出给放大电路的电压过高，致使高压端输出超过额定电压；
-缓冲器(2)，其输入端与电压调节电路(5)的输出端连接，用于提高系统输入阻抗，提高系统稳定性；
-放大电路(3)，其输入端与缓冲器(2)的输出端连接，用于将输出电压进行放大；
-高频功率输出电路(4)，其输入端与放大电路(3)的输出端连接，其输出端为高频功率输出电路端口(6)，其核心部件为功率运算放大器，用于向高频变压器提供输出的线性电压；
-大功率直流电源，与高频功率模块连接，用于为高频功率模块提供所需变换为高频功率信号(10)的电能；
所述高压部分(13)包括
-倍压电路(12)，与高频变压器的输出端连接，用于将电压提升到所需等级；
-磁控管(8)，用于为微波干燥装置提供稳定、连续、精确的微波能量，本磁控管有两个输入端，一个为低压交流电输入端，即磁控管灯丝电源接口(7)，另一个为阴极高压输入端，即磁控管阴极电源接口(9)，与倍压电路(12)的输出端连接，磁控管(8)通过其天线(14)输出微波干燥装置所需的微波能量；
-大功率交流电源，与磁控管灯丝电源接口(7)连接，用于为磁控管灯丝提供低压大电流交流电；
所述连接部分为高频变压器(11)，其输入端与高频功率模块的高频功率输出电路(4)输出端连接，输出端与高压部分的倍压电路(12)的输入端连接，用于连接低压与高压部分，并对低压部分构成电磁隔离保护，防止高压干扰窜入低压部分对低压器件构成永久性损伤。
专利摘要本实用新型提供了一种能够连续调节微波能量输出的实验用微波干燥控制装置，包括低压部分、高压部分及连接两部分的高频变压器。低压部分由高频功率模块和大功率直流电源组成；高压部分由倍压电路、磁控管和大功率交流电源电路组成；高频变压器并对低压部分构成电磁隔离保护，防止高压干扰窜入低压部分对低压器件构成永久性损伤。倍压电路和大功率交流电源分别连接磁控管的磁控管阴极电源接口和磁控管灯丝电源接口，通过改变磁控管阴极高压，来改变其微波功率输出，该微波干燥控制装置的输出功率线性连续可调，为待干燥物品提供了任意能量输入，提高了干燥品质，有较高的市场价值，适用于实验室中对农产品或食品进行干燥处理。
文档编号F26B3/347GK201540009SQ200920253620
公开日2010年8月4日 申请日期2009年10月29日 优先权日2009年10月29日
发明者张云伟, 姜涛, 杨薇, 何芳 申请人:昆明理工大学