CN102496553B - 一种提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：包括电源输入滤波模块、三相电源整流模块、高压逆变功率产生模块、负高压产生模块、功率取样处理模块和CPU控制模块，电源经过电源输入滤波模块、三相电源整流模块输出直流电压U，U送入高压逆变功率产生模块，再进入到负高压产生电路模块，使微波头产生微波功率，微波头产生的微波功率经UI取样电路，取出U，I值送到功率取样处理模块，经过PWM电路的计算，输送到CPU控制模块。与现有微波功率发生装置相比较，本发明给微波头磁控管电路提供电力能量，使得磁控管的微波开关工作状态和功率数值始终符合操作者设定的指令要求值，其更加稳定精准。

Description

一种提供微波功率发生的源和控制微波功率的 装置

本发明尤其涉及一种提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置。

目前随着太阳能广泛的利用，越来越自动化，成品率的要求越来越高，在这种情况下，硅片制造过程中，微波的发生及功率大小的控制是最重要的一环，其要求也越来越精确，智能化程度要求也越来越高。现有的技术精准度，智能化已经不能满足需要了。

针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种给微波头(微波功率发生器)磁控管提供一个稳定的电力能量，控制微波头发出的功率大小的微波功率发生的源和控制微波功率的装置。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：包括电源输入滤波模块、三相电源整流模块、高压逆变功率产生模块、负高压产生模块、功率取样处理模块和CPU控制模块，电源经过电源输入滤波模块、三相电源整流模块输出直流电压U，U送入高压逆变功率产生模块，经功率取样处理产生高频高压脉冲，经滤波稳流电感将高频高压脉冲的高次谐波分量过滤了，取出其15KHz～25KHz基波(正弦波，幅度大约为-600V)，进入到负高压产生电路模块，负高压产生模块主要为6倍倍压电路，产生微波头磁控管阴极需要的直流负高压(约-3500V)，使微波头产生微波功率，微波头产生的微波功率经UI取样电路，取出U，I值送到功率取样处理模块，经过PWM电路的计算，输送到CPU控制模块。

作为优选方案，所述电源输入滤波模块是由三相及单相电压源和A1滤波电路组成，所述A1电路由滤波电感L1－L6，滤波电容C1－C12，压敏电阻U1－U3电连接而成。

作为优选方案，所述三相电源整流模块由三相交流接触器、整流桥堆、三相整流滤波电路A2组成，且依次电连接。

作为优选方案，所述高压逆变功率产生模块由隔离分相输入电路、功率驱动电路、功率产生电路、功率取样电路依次电连接而成。

作为优选方案，所述高压逆变功率产生模块输出的高频高压脉冲经L1滤波稳流电感将高频高压脉冲的高次谐波分量过滤了，取出其15KHz～25KHz基波(正弦波)，进入负高压产生模块，通过L2和C1耦合至电感L3和L4，再通过L3和L4次级绕组感应的交流电压经D1～D6全桥整流，D1～D6依次串联形成6倍倍压电路，在D6输出端得到约-3500V的直流电压，平均输出电流能力为750mA。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明给微波头磁控管电路提供控制及电力能量，从而使控制平台可以远离生产场所，避免发生的意外对人体的伤害；使磁控管的微波开关工作状态和功率数值始终符合操作者设定的指令要求值，同时使设定值更加稳定精准。另外，微波电源高压系统本身有自动保护功能，当出现异常时，会立即启动保护程序中断系统供电电源。

图1为本发明实施例的系统图；

图2为本发明实施例电源输入滤波电容框图；

图3为本发明实施例三相电源滤波整流框图；

图4为本发明实施例高压逆变功率产生电路框图；

图5为本发明实施例高压产生电路框图；

图6为本发明实施例功率取样处理电路；

图7为本发明实施例脉冲宽度调节PWM电路框图；

图8为本发明实施例初始振荡波形参数；

图9为本发明实施例到达设定工作功率后稳定的振荡波形。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例

作为本发明的一种实施方式，如图1至图9所示，本发明实例是主要包括电源输入滤波模块，三相电源整流模块，高压逆变功率产生模块，负高压产生模块，功率取样处理模块，CPU控制模块。三相电源经滤波，整流电路，产生电压值约560V，纹波周期约为6.7ms的直流电压，送入高压逆变功率产生电路，经功率取样处理电路控制，产生高频高压脉冲，经L1滤波稳流电感将高频高压脉冲的高次谐波分量过滤了，取出其15KHz～25KHz基波(正弦波)进入到负高压产生电路模块A5，A5的功能是提供微波头磁控管阴极需要的直流负高压(约-3500V)，从而使微波头产生所需要的微波功率。

1.电源输入滤波模块

如图2所示，3×380V/50Hz/2A三相及单相220V/50Hz/2A电压源经X1电源插座进入输入滤波电路。A1、A2电路如图2所示：

图2中L1－L6为滤波电感，C1－C12为滤波电容，U1－U3为压敏电阻，三相电源经A1电路后，将滤除电网上可能出现的高次谐波和尖锋脉冲进入电源设备，同时微波电源系统工作产生的高压脉冲谐波、数字化噪声，经A1滤波电路抑制，大大降低了对工业电网的污染。

2、三相电源整流模块

三相电源经三相交流接触器，耦合至整流桥堆，输出一个有纹波波动的直流电压，电压值约560V，纹波周期约为6.7ms。A2为三相全桥拎波滤流电路，如图3所示：

3、高压逆变功率产生模块

来自脉冲宽度调制运算电路模块A8输出的双电路矢量关系的脉冲波形(如图4中3和4脚)输入A4隔离分相输入变压器T，耦合至功率驱动电路，经驱动电路获得足够的驱动电压，使得功率产生电路工作在开关状态，产生频率为15～25KHz的脉冲，幅度能达到供应功率产生电路模块(IGBT)供电电压的上下限值±280V，其输出功率的能力能达4KW/7.2安培。如图4中5脚，取样电感L，将A8输出的功率分量取样，至A8电路模块由行处理运算，随时控制调整送给A4模块的矢量脉冲的频率。

4、负高压产生模块

A4模块输出的高频高压脉冲经L1滤波稳流电感将高频高压脉冲的高次谐波分量过滤了，取出其15KHz～25KHz基波(正弦波)进入到高压产生电路模块A5，A5的功率是提供微波头磁控管阴极需要的直流负高压约-3500V左右，磁控管受阴极负高压(相对于阴极则阳极与阴极的电压差为+3500V)，在磁控管磁路作用下，产生2450MHz频率最大4.4KW功率的微波，高压产生电路模块A5电路框图如图5：

经L1输入的频率为15～25KHz的基波(正弦波)通过L2和C1耦合至电感L3和L4，再通过L3和L4次级绕组感应的交流电压经D1～D6全桥整流，D1～D6依次串联形成6倍倍压电路，在D6输出端得到约-3500V的直流电压，平均输出电流能力为750mA。

5、功率取样处理模块和CPU控制模块

图5中输出脚3为高压产生电路输出功率取样电平值，输出高压电流同样流过5欧姆高精密电阻，在此电阻上得到的取样电平值Uw与输出的－3500V/750mA的功率能量存在着高度一致的数量比例关系，该取样电压值Uw随时反应其输出给磁控管的阴极电压和电流功率(能量值)。图6中输出脚4和5，分别是Udc(－3500V)的高压的两个联样值，在电路系统的设计中分别定义为UDC的取样电压值Uv和电流值Ui。Uv，Ui和Uw仍存在着精确的数学比例关系，实时获取的Uv，Ui和Uw三个取样参数值将参与以后经过的模块电路电平调整处理与运算。

A5高压模块当前产生的高压功率取样值Uw及电压电流取样值Uv和Ui输入至功率取样电路A12，A12实际上是一个功率乘法运算器及功率电平转换调理电路，其框图如图6：

经运算和处理的功率参数值Uv和Ui，能精确反应直流高压产生电路A5当前输出给磁控管的电压和电流工作状态，而且其电平参数值已调理到与下一组处理模块电平适配。

Uv和Ui输入至下一级电路模块脉冲宽度调节PWM电路模块A8，A8PWM电路电框图如图7：

脉冲宽度调节控制电路A8模块可以说是微波电源系统执行CPU控制指令的指挥中心，控制机理较为复杂，其工作过程如下：

操作者一旦设定了功率值、功率开关时间，CPU输出一初始码，经CPU模块控制下的转换及缓冲模块A7中D/A转换为一模块初始控制电平，使PWM电路产生初始振荡，振荡频率设定在约25KHz(周期约42US左右)，经A8第7、8脚输出的矢量脉冲波形。如图8，其产生的矢量脉动波驱动A4功率产生模块。产生功率高压脉动波形。

此初始的振荡波形(图8所示)经A8模块处理后从5脚输出，输入至数据转换及缓冲模块A7，经A7模块处理后输入到A9－CPU模块，经CPU内建的A/D转换成数字码与设定的功率值产生的数字码比较，小于其设定的数字码，CPU程序自动将检测到的初始码加1，经A7模块中D/A送出一个增加的电平值，此电平值从A8第4脚输入，调节A8模块的震荡频率，当其频率下降到一个值时，再将此下降的频率电平值经A8第5脚送入A7，数字化后再在CPU内运算比较，如此周而复始，直至与设定的功率电平数字码相同，此时A8模块振荡产生的矢量脉冲频率一步步地下降至15KHz左右，操作者在设定功率值未更新之前，此矢量脉冲频率值将得以维持不变。见图9：

从图7中第3脚获取来自微波头微波功率反射取样电平Uw，参与对脉动宽度的调节控制，当微波头功率传输反射增大时，实际上就等于微波头实际输出功率减小，在Uw的参与下，A8输出的脉动宽度将会增加，Uw同时通过A8第5脚传输到A7，经A7适配处理送CPU模块数字化处理(A/D转换)，由CPU对其微波发射量进行运算，运算结果由CAN总线传输至CPU模块数字化后由CPU对其进行微波功率值的运算，运算结果也由CAN总线传输至计算机显示屏，显示界面读出微波反射的功率值。与此同时，Uv和Ui经A8模块MP634乘法运算得到的功率电平值通过第5脚输出至CPU模块数字化后，由CPU对其进行微波功率值的运算，运算结果由CAN总线传输至计算机显示屏，显示当前微波功率。

Claims (7)

1.一种提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于，所述装置包括：电源输入滤波模块，三相电源整流模块，高压逆变功率产生模块，负高压产生模块，功率取样处理模块以及CPU模块，

电源经过所述电源输入滤波模块，述三相电源整流模块后输出一个电压值为560V，纹波周期为6.7ms的有纹波波动的直流电压，将所述直流电压输入所述高压逆变功率产生模块后产生高频高压脉冲，经滤波稳流电感将所述高频高压脉冲的高次谐波分量过滤，取出15KHz～25KHz基波输入到所述负高压产生模块，经过所述负高压产生模块获取－3500V的直流负高压，将所述直流负高压经过所述功率取样处理模块进行处理，同时所述CPU模块控制脉冲宽度调节控制电路产生初始振荡，将所述脉冲宽度调节控制电路产生的矢量脉冲波驱动所述负高压产生模块，所述直流负高压在微波头磁控管作用下产生2450MHZ微波功率。

2.根据权利要求1所述的提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：所述基波为幅度为-600V的正弦波。

3.根据权利要求1所述的提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：产生微波头磁控管阴极需要的直流负高压为－3500V。

4.根据权利要求1所述的提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：所述电源输入滤波模块是由三相及单相电压源和A1滤波电路组成，所述A1电路由滤波电感L1－L6，滤波电容C1－C12，压敏电阻U1－U3电连接而成。

5.根据权利要求1所述的提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：所述三相电源整流模块由三相交流接触器、整流桥堆、三相全桥整流滤波电路A2组成，且依次电连接。

6.根据权利要求1所述的提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：所述高压逆变功率产生模块由隔离分相输入电路、功率驱动电路、功率产生电路、功率取样电路依次电连接而成。

7.根据权利要求1所述的提供微波功率发生的源和控制微波功率的装置，其特征在于：所述高压逆变功率产生模块输出的高频高压脉冲经L1滤波稳流电感将高频高压脉冲的高次谐波分量过滤了，取出其15KHz～25KHz基波，进入负高压产生模块，通过L2和C1耦合至电感L3和L4，再通过L3和L4次级绕组感应的交流电压经D1～D6全桥整流，D1～D6依次串联形成6倍倍压电路，在D6输出端得到－3500V的直流电压，平均输出电流能力为750mA。