研究大功率半導(dǎo)體微波技術(shù)應(yīng)用與微波爐加熱，通過(guò)半導(dǎo)體微波爐控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體微波饋入系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體微波技術(shù)在大功率微波爐上應(yīng)用。試驗(yàn)測(cè)試表明：半導(dǎo)體微波加熱功率輸出能夠達(dá)到600W，半導(dǎo)體微波爐負(fù)載及頻率牽引特性滿足要求，加熱均勻性在70%以上。加熱效率在40%左右，還需進(jìn)一步提升。

　　微波爐從上世紀(jì)40年代發(fā)明至今均是使用磁控管發(fā)出微波加熱食物，微波頻率以2450±50MHz為主。高壓變壓器、電容、二極管等提供約4000V 高壓，供磁控管工作。磁控管、變壓器耗費(fèi)大量銅、硅鋼等，且體積大、重量高。磁控管工作壽命短、微波頻率不可調(diào)整、材料標(biāo)準(zhǔn)要求高、制造難度大，限制了目前微波爐能效進(jìn)一步提升及成本降低。

　　目前半導(dǎo)體微波技術(shù)主要應(yīng)用在通信上，與微波加熱應(yīng)用主要區(qū)別是頻段差異。半導(dǎo)體微波應(yīng)用于加熱一直存在很高的技術(shù)難度，主要包括功率小、效率低、成本高、饋入腔體困難等問(wèn)題。但隨著半導(dǎo)體微波技術(shù)發(fā)展日新月異，半導(dǎo)體微波效率越來(lái)越高、成本越來(lái)越低、重量越來(lái)越輕、單位體積功率密度越來(lái)越大，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為其在微波爐上的應(yīng)用是半導(dǎo)體微波技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1、半導(dǎo)體微波爐原理

　　目前微波爐包括磁控管、高壓變壓器、高壓電容、高壓二極管、腔體、爐門(mén)、控制系統(tǒng)等。交流電源首先經(jīng)高壓變壓器為磁控管提供3.3V燈絲電壓。交流電源經(jīng)高壓變壓器、電容、二極管升壓整流后，變成直流脈動(dòng)高壓，輸出給磁控管。2450MHz微波經(jīng)矩形波導(dǎo)饋入微波爐腔體后，快速加熱微波爐腔體內(nèi)食物。普通微波爐輸入功率多在300 W 以上、1500W 以下，整機(jī)加熱效率在54%以上，加熱均勻性在70%以上。

　　目前半導(dǎo)體微波技術(shù)多采用源發(fā)生2450MHz小信號(hào)微波，再對(duì)小信號(hào)微波進(jìn)行放大的原理。其中放大部分多采用兩級(jí)放大，初次小信號(hào)放大和二次放大(圖1)。源、放大原理在大功率微波加熱應(yīng)用中成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)困難。

圖1 源、放大原理半導(dǎo)體微波

　　源、放大原理半導(dǎo)體微波更適合通信行業(yè)對(duì)微波信號(hào)要求。2400±50MHz微波用于加熱，對(duì)微波信號(hào)要求低，需要簡(jiǎn)化半導(dǎo)體微波源的微波發(fā)生原理，降低大功率半導(dǎo)體微波成本，提升半導(dǎo)體微波可靠性，提出了一種振蕩式微波發(fā)生原理的半導(dǎo)體微波，如圖2所示。

圖2 振蕩式微波發(fā)生原理

　　半導(dǎo)體振蕩微波發(fā)生微波工作原理為：LDMOS管通過(guò)自振蕩電路產(chǎn)生頻率2450±50MHz的微波，微波功率大小由LDMOS管的功率大小和數(shù)量決定。通過(guò)調(diào)節(jié)自振蕩電路的可變電容值，可改變半導(dǎo)體微波輸出微波頻率大小根據(jù)實(shí)際食物的類(lèi)型、加熱狀態(tài)變化時(shí)腔體駐波比大小，在2450±50MHz范圍內(nèi)選擇駐波最小頻率進(jìn)行加熱。半導(dǎo)體微波源所需電壓為直流0～32V，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電壓的高低，能夠調(diào)節(jié)半導(dǎo)體微波源的微波輸出功率大小，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體微波爐功率無(wú)級(jí)可調(diào)。半導(dǎo)體功率源包括：LDMOS管、偏壓及控制電路、功率合成器、功率檢測(cè)及控制電路等。偏壓及控制電路包括：半導(dǎo)體功率源輸出功率檢測(cè)、半導(dǎo)體功率源反射功率檢測(cè)、半導(dǎo)體功率源關(guān)斷信號(hào)、半導(dǎo)體功率源頻率調(diào)整信號(hào)、半導(dǎo)體功率源直流+、-輸入。

5、結(jié)論

　　研究了半導(dǎo)體微波源及相應(yīng)的微波爐腔體饋入系統(tǒng)，同時(shí)研究適合半導(dǎo)體微波的微波爐駐波比檢測(cè)，改變半導(dǎo)體微波頻率，提升了半導(dǎo)體微波爐的整機(jī)加熱效率。因?yàn)榘雽?dǎo)體微波的核心器件LDMOS管效率影響，半導(dǎo)體微波爐的整機(jī)加熱能效在40%左右，距離54%還有很大的距離，需要進(jìn)一步研究。