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乖荤
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1 固态射频功率源在工业应用中相对于真空管的优势 FTF-SMI-N2000

2 议程什么是射频和微波加热使用射频和微波加热的工业应用使用的频率射频加热相对于传统加热方法的优势固态射频 ( 晶体管 ) 相对于真空管的优势恩智浦解决方案 1 1

3 工业射频加热 2

4 如何利用频率来加热材料以 915 MHz 为例交流电波在正极和负极之间每秒转换 915,000,000 次每次微波转换极性时, 水偶极子剧烈运动这种运动导致摩擦, 从而产生热量

5 两种类型的频率加热射频电介质加热通常是 6 至 41 MHz 微波加热通常是 915 MHz 和 2.45 GHz 波导管射频发生器微波发生器电极炉腔 4

6 工业微波加热系统示例 5

7 应用 6

8 射频电介质加热和微波加热的工业应用加热 + 消毒 / 杀菌 + 食品加工干燥 + 湿度均匀 + 固化焊接 + 加热密封应用行业 : 塑料纺织农业食品加工化学 7

9 应用实例传统应用干燥纺织品木材沙陶瓷纸张上的涂料和油墨木材上的饰面板在烹饪之前干燥烘焙食料达到湿度均衡粘合木材和书本干燥玻璃纤维在制模之前预热热固塑料食品消毒 / 杀菌焊接 2 层 PVC 新兴应用可再生能源 ( 例如提纯天然气 ) 生物燃料和生物材料 ( 例如藻类 ) 化学工业动物和水产饲料矿物加工干燥金属铸造模具医用 => 请参见 FTF 会议 FTF-MHW-N1999 多样应用 : 提高种子繁殖力农产品干燥盐干燥加速混凝土固化玻璃纤维上的浸润剂干燥树脂粘接研磨轮的固化药用粉末和药丸干燥凝胶干燥水基胶粘剂干燥合成纤维干燥砂芯干燥层压柔性聚碳酸酯板汽车 PVC 内饰焊接相机包焊接将金属侧面插入眼镜框土豆片干燥火腿蜂蜜软饮料的杀菌牛奶杀菌改良面粉面食干燥消灭寄生虫饼干和早餐谷类食品的后期烘焙调料包干燥咖啡烘焙地毯和地毯背衬干燥纺织品干燥尼龙绳热定型方块地毯印花烟草干燥羊毛包加热染料固色纺织品的射频热转印皮革干燥纺织品粘合木材和木板干燥纤维板制造包装箱纸板上的粘合剂干燥纸张除湿火柴盒刮擦边缘干燥水基印刷油墨干燥橡胶预热 PVC 板的固化和预热救生衣和救生筏的制造热固塑料的预热 PVC 的焊接和压花混凝土开裂沥青路修补 8 资料来源 : 工业中的射频电介质加热, 美国电力研究所 (EPRI), 1987 年 3 月

10 哪些频率 9

11 材料特性每种材料产生热量的能力通过其电介质损耗系数来定义这是利用射频对材料进行加热难易程度的衡量指标聚四氟乙烯等材料不易加热 ( 损耗系数低 ) 木材橡胶乙烯基塑料纺织品的加热特性良好含水的材料可快速加热对于低损耗系数材料, 应该使用较高的频率产品中产生的热量取决于以下因素 : 功率产品的尺寸材料的电介质损耗系数频率材料损耗系数水 12 饲料玉米酚醛树脂干木材纸张硅砂硅石玻璃聚四氟乙烯每种材料都有一个适合加热的特定理想频率 10 资料来源 : 新鲜食品处理 : 对流变学特性和功能特性的影响由 Jasim Ahmed Hosahalli S. Ramaswamy Stefan Kasapis Joyce I. Boye 编辑

12 ISM 频率工业科学和医疗 (ISM) 频段是国际上专为除电信之外的工业科学和医疗用途的射频能量使用保留的频段未经授权许可的无线电操作通常被允许使用这些频段不需要政府许可最常用频段 ISM 频段地区波长类型 6.78 MHz* (6.78 MHz ±15kHz) 视国家 / 地区而定 44 米 /48 码 MHz (13.56 MHz ±15kHz) 全球 22 米 /24 码 27 MHz (27.12 MHz ±163 khz) 全球 11 米 /12 码 41 MHz (40.68 MHz ±20 khz) 全球 7 米 /8 码 434 MHz* ( MHz ±870 khz) 欧洲中东和非洲地区 69 厘米 /2.25 英尺 915 MHz ( MHz) 美洲 33 厘米 /1 英尺 2.45 GHz ( MHz) 全球 12 厘米 /4.8 英寸 5.8 GHz 24 GHz 61 GHz* 122 GHz* 245 GHz* 英寸射频加热 ( 也称为电介质加热 ) 微波加热 11 *: 需要特别授权的频段

13 射频加热相对于其他加热技术的优势 12

14 射频加热相对于传统加热的优势 1. 由于热量在内部产生, 射频加热可以缩短加热时间 ( 速度加快 2-20 倍 ) 2. 缩短在高热下的暴露时间, 从而减少材料损坏 ( 特别是在食品处理中, 射频不会降低食品的营养质量 ); 均匀的加热 / 干燥可以消除表面开裂的风险 ( 水首先变热, 从而让湿度变得均匀 ) 3. 射频不会对周边空气加热, 从而简化了传热系统 ; 这样可将分批操作变成连续的流程, 并且减少占用的地面空间 ( 传统加热炉尺寸的 1/5 至 1/8) 4. 温度和湿度传感器实现了对加热能源的更高可控制性上述几点优势可以降低维护成本, 节省能源例如 : 将棉花从 55% 的湿度干燥至 9% 的湿度 : 电介质加热需要的能量比新鲜空气干燥少 57%, 比加压空气干燥少 23% 13

15 固态的优势 14

16 晶体管相对于真空管的优势总结 1. 精确控制 2. 简单易用 3. 可靠性 4. 尺寸和重量 15

17 提供的功率 Delivered Power 提供的功率 1. 精确控制在整个动态范围内实现精确的功率控制 100% 90% 100% 示例 : 仅需 30% 的功率 80% 70% 80% 60% 50% 60% 40% 30% 40% 20% 10% 20% 0% 0% 50% 100% Required Power Magnetron Solid State 需要的功率 0% 5ms 时间低成本磁控管只能打开或关闭高端磁控管 : 只能控制超过最大值 60% 的输出功率使用晶体管, 通过控制射频输入栅极和漏极电压或通过射频脉冲, 可将功率设定为低于 1% 到 100% 的任何水平磁控管平均输出功率通过开 / 关工作周期管理低功率下的低效率 ( 开 / 关时间 = 5 ms) 磁控管固态 16

18 1. 精确控制频率灵活性实现更好的能量传输 : - 在加热之前调节以适应负载 - 动态频率扫描以重新分布热点和冷点 2400 MHz 2420 MHz 2440 MHz 2460 MHz 2480 MHz 2500 MHz 17 波导管馈入非谐振矩形腔体的电磁仿真

19 2. 简单易用快速响应功率需求变化 ( 通过功率控制或频移 ) 瞬间启动 : 没有预热或冷却延迟使用可靠紧凑高效的切换模式电源低压电源实现更出色安全性 : 915 MHz:50 V 和 20,000 V 2.45 GHz:32 V 和 4,000-6,000 V 轻松集成和模块化没有复杂的电机控制和序列对振动不敏感 18

3. 可靠性晶体管确保射频加热系统始终处于工作状态, 从而显著减少生产停机时间高端 915 MHz 磁控管的生命周期为 2000-6000 小时 ( 如果全天 24 小时工作, 则为 80 天 8 个月 ) 高端 2.

20 3. 可靠性晶体管确保射频加热系统始终处于工作状态, 从而显著减少生产停机时间高端 915 MHz 磁控管的生命周期为小时 ( 如果全天 24 小时工作, 则为 80 天 8 个月 ) 高端 2.45 GHz 磁控管的生命周期为小时 (25 天 3 个月 ) 磁控管很难进行故障排除和维护, 需要中断生产线几小时或几天晶体管生命周期 (MTTF) 为 100 年晶体管不会随着时间推移出现性能下降晶体管具有抗故障能力冗余支持热插拨, 而只对工作产生很小的影响 ( 系统将继续在降低的功率下运行 ) 19

21 4. 尺寸和重量 915 MHz 晶体管射频发生器的尺寸和重量仅为磁控管发生器的一半示例 : 恩智浦 3 级参考设计托盘 : 2 x 3 (5 x 7.6 cm) 20

22 晶体管相对于真空管的优势 ( 重申 ) 1. 精确控制 2. 简单易用 3. 可靠性 4. 尺寸和重量 21

23 恩智浦工业射频加热解决方案 22

24 面向 ISM 应用的恩智浦射频功率产品组合概述 1500 W 50 V 350 W 50 V 300 W 32 V MHz 23

25 针对每个频段的最高输出功率晶体管 MHz MRF1K50H 1500 W 80% 的效率 915 MHz MRF8VP13350N 350 W 67% 的效率 2.45 GHz MRF24300N 300 W 60% 的效率 24

26 可用参考电路 ISM 频段 13 MHz 参考电路晶体管 Pout (W) Eff (%) 增益 (db) MRFE6VP61K25H MRFE6VP6300H MHz MRFE6VP61K25H MRFE6VP61K25H MHz MRFE6VP6300H MRFE6VP5150N MHz MRF8VP13350N MRF24300N GHz MRF7S24250N MRF7S24250N 3 级以上 44 即将推出 :MRF1K50H 25

28 版权声明恩智浦恩智浦徽标恩智浦智慧生活, 安全连结 CoolFlux EMBRACE GREENCHIP HITAG I2C BUS ICODE JCOP LIFE VIBES MIFARE MIFARE Classic MIFARE DESFire MIFARE Plus MIFARE FleX MANTIS MIFARE ULTRALIGHT MIFARE4MOBILE MIGLO NTAG ROADLINK SMARTLX SMARTMX STARPLUG TOPFET TrenchMOS UCODE 飞思卡尔飞思卡尔徽标 AltiVec C 5 CodeTEST CodeWarrior ColdFire ColdFire+ C Ware 高能效解决方案徽标 Kinetis Layerscape MagniV mobilegt PEG PowerQUICC Processor Expert QorIQ QorIQ Qonverge Ready Play SafeAssure SafeAssure 徽标 StarCore Symphony VortiQa Vybrid Airfast BeeKit BeeStack CoreNet Flexis MXC Platform in a Package QUICC Engine SMARTMOS Tower TurboLink 和 UMEMS 是 NXP B.V. 的商标所有其他产品或服务名称均为其各自所有者的财产 ARM AMBA ARM Powered Artisan Cortex Jazelle Keil SecurCore Thumb TrustZone 和 μvision 是 ARM Limited( 或其子公司 ) 在欧盟和 / 或其他地区的注册商标 ARM7 ARM9 ARM11 big.little CoreLink CoreSight DesignStart Mali mbed NEON POP Sensinode Socrates ULINK 和 Versatile 是 ARM Limited( 或其子公司 ) 在欧盟和 / 或其他地区的商标保留所有权利 Oracle 和 Java 是 Oracle 和 / 或其关联公司的注册商标 Power Architecture 和 Power.org 文字标记 Power 和 Power.org 徽标及相关标记是 Power.org 的授权商标和服务标记 NXP B.V. 27

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NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreen 面向高级医疗应用的恩智浦射频功率解决方案 FTF-MHW-N1999 SONG DI 2016 年 9 月 29 日议程医疗领域的射频功率应用医疗领域的射频应用历史简介射频医疗技术和 LDMOS 的优势微波消融美容治疗透热疗法面向医疗应用的恩智浦射频功率解决方案 1 1 但在开始之前在该讲座中, 我们不会涉及射频在病人监护或其他通信应用中的使用我们仅讨论手术和无创伤美容应用, 在这些应用中射频功率技术发挥了关键作用