[發明專利]用于微波源的高頻陰極加熱器電源

有效

• 申請號: 201080051321.4
• 申請日: 2010-11-11
• 公開（公告）號: CN102598190A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: R·理查德森;邁克爾·布蘭德;科林·貝內特
• 申請（專利權）人: E2V技術（英國）有限公司
• 主分類號: H01J1/13
• 分類號: H01J1/13;H01J23/05;H01J25/52;H01J25/587
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;張穎玲

技術領域

本發明涉及一種用于微波源的高頻陰極加熱器電源(heater?supply)。

背景技術

射頻(RF)加熱廣泛地使用在諸如金屬熔煉、焊接、木材干燥以及食品制備等工業處理應用中。所需的輸出功率范圍為從幾千瓦到兆瓦范圍內的值。通過使用三極管或四極管，頻率范圍可為從幾百千赫茲到幾十兆赫茲。對于在500MHz以上頻率范圍內RF的微波應用而言，通常使用磁控管，雖然這不是必須的。

熱電子管需要加熱器電源來加熱熱電子陰極，并且在高功率熱電子管中，這種陰極是直接被加熱的，即，加熱器用作這種陰極。在本文件中使用的術語“陰極”、“陰極加熱器”或“加熱器”如果在上下文沒有其它定義則意味著上述這種限定。因為具有用在這樣的管中的釷鎢或純鎢陰極，所需的加熱器功率通常十分高，例如，在120A時為2V，這意味著0.1歐姆的相當低的負載電阻。并且微波發生器的實用性和便利性實施例也經常要求加熱器電路不是工作在接地電位而是工作在20kV或更高的超高電位處。

因而，在這些實施例中，陰極電源必須用大于20kV的電壓隔離來為低電阻負載提供數千瓦的功率。眾所周知，用工作在50Hz或60Hz的大功率變頻器來提供這種功率，這種大功率變頻器被構造為具有大間距且一般浸在油中以提供高電壓隔離。通常，施加在陰極的電壓必須在工作期間被謹慎控制和調節，而晶閘管調整器就用作這種功能，其一般工作在主變壓器的初級上。

重要的是，陰極作為磁控管的最易碎的元件之一，其工作在設計溫度下，在通過避免欠熱來維持所需的發射率并防止電弧的同時，通過避免過熱來延長該陰極的壽命。在本領域中已知嘗試用高溫計來監測陰極溫度，但由于磁控管的使用，高溫計窗口會被遮蓋住(occlude)，這會導致錯誤的溫度讀數。可替換地，在磁控管變熱(warm-up)和工作期間，可應用基于試錯法開發出的對供應功率的變化調度。

此外，已知的用于供應加熱器電流的變壓器既昂貴又巨大，在上面給出的示例中占用0.07m³的體積且重100kg。并且，用于功率調整的晶閘管控制器的問題在于它們具有有限的控制能力和糟糕的瞬時響應特性。

發明內容

本發明的一個目的是至少改善現有技術中的缺點。

根據本發明，提供一種用于微波源的陰極加熱器電源，包括：開關模式電源(SMPS)逆變器裝置；隔離變壓器裝置，包括：初級繞組，被設置為由所述SMPS逆變器裝置進行供電；監測繞組，其穿過所述初級繞組的初級組芯；以及，次級繞組，被設置為連接至所述陰極加熱器；電流監測裝置，被設置為監測所述初級繞組中的電流；以及，信號處理裝置，被設置為接收來自所述監測繞組的第一輸入信號和來自所述電流監測裝置的第二輸入信號，所述第一輸入信號指示所述陰極加熱器上的電壓，所述第二輸入信號指示所述陰極加熱器上的電流，所述信號處理裝置被設置為根據由信號處理裝置從第一輸入信號和第二輸入信號確定的陰極加熱器的監測電阻或供應至陰極加熱器的監測功率向所述SMPS逆變器裝置輸出控制信號，以對供應至所述陰極加熱器的功率進行控制。

便利地，所述監測繞組是單匝繞組。

便利地，所述初級繞組是單層繞組。

有益地，所述信號處理裝置包括：監測及控制裝置，被設置為接收來自所述監測繞組的所述第一輸入信號以及來自所述電流監測裝置的所述第二輸入信號，并輸出包括所述第一輸入信號和所述第二輸入信號的商或積的比較信號；以及，誤差放大器裝置，被設置為接收來自所述監測及控制裝置的所述比較信號和來自參考電壓裝置的參考信號，并根據所述比較信號與所述參考信號的比較向所述SMPS逆變器裝置輸出控制信號，以對由所述SMPS逆變器裝置供應給所述陰極加熱器的功率進行控制。

便利地，通過控制所述SMPS逆變器裝置的占空比來對由所述SMPS逆變器裝置供應給所述陰極加熱器的所述功率進行控制。

有益地，所述陰極加熱器電源包括：電容器裝置，其串聯連接在所述SMPS逆變器裝置和所述初級繞組之間。

便利地，陰極加熱器電源用于向所述陰極加熱器供應AC功率，其中所述電容器裝置使得對所述初級繞組進行供電的初級電路是產生具有可檢測的駐點的準正弦初級電流波形的諧振電路。

有益地，所述次級繞組是單匝繞組。

便利地，所述監測及控制裝置包括：

微分裝置，連接至所述電流檢測裝置，并被設置為確定所述初級電流的波形的駐點；