CN102647818B - 一种微波炉变频电源起动方法和微波炉变频电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波炉变频电源起动方法和微波炉变频电源。微波炉变频电源起动方法，经历定频软起动；降频运行；定谐振电流运行和正常加载运行四个阶段。微波炉变频电源电路包括输入端的整流滤波电路、主功率电路、微处理器、输出电流采样电路、谐振电流采样电路和输入电压采样电路，主功率电路的输入端接整流滤波电路的输出端。输出电流采样电路的信号输出端、谐振电流采样电路的信号输出端和输入电压采样电路的信号输出端分别接微处理器的信号输入端。本发明在起动过程中稳定变频电源的谐振电流，灯丝预热速电流得到优化，变频电源起动时具有较快的起动速度，对磁控管的差异适应性强，能顺利完成磁控管预热，起动过程易于控制。

Description

一种微波炉变频电源起动方法和微波炉变频电源电路

[技术领域]

本发明涉及微波炉变频电源，尤其涉及一种微波炉变频电源起动方法和微波炉变频电源电路。

[背景技术]

图1示出了典型变频微波炉磁控管的基本结构，变频微波炉磁控管的工作原理如下：磁控管由管芯和磁钢组成。管芯包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。磁控管内部保持高真空状态。其中灯丝经3.3V电压加热到2100K左右开始发射电子，发射的电子在阳极高压及磁路的作用下作轮摆运动，在阳极谐振腔中产生的2450MHZ微波经能量输出器发射到微波炉的加热室中。其中电感的作用是为防止微波外泄。

在变频电源刚上电时，磁控管的灯丝处于冷态，不具备发射电子的能力，此时虽然有阳极高压的存在，但磁控管本身是无法发射微波的，磁控管要想得到微波输出必须将灯丝预热到合适的温度，同时要在阳极上加上高压。如果灯丝没有充分预热的话，加上过高的阳极电压只会增大器件的应力，并有可能引起磁控管击穿损坏。同时，磁控管瞬时起振会引起大的冲击电流而破坏电源变压器原边谐振半桥的工作条作。在灯丝预热完成之前，变频电源只有灯丝作为其负载，消耗功率只有50W左右，相对变频电源正常工作时1000W左右的功率来说非常小。变频电源多为谐振半桥架构，为了能满足变频电源能在较宽电压范围内工作，变频电源设计工作在升压模式，根据谐振半桥的特点，在其负载较小且工作于升压模式时，其增益比满载时要高出很多，其增益过高决定了在小功率状态时控制因难，系统较难稳定工作。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种能顺利完成磁控管预热，系统工作稳定的微波炉变频电源起动方法。

本发明要另一个解决的技术问题是提供一种能顺利完成磁控管预热，系统工作稳定的微波炉变频电源电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种微波炉变频电源起动方法，包括以下步骤：

101)定频软起动：变频电源的变换器得电后，以高于额定工作频率的起始工作频率f0开始运行，开关频率占空比由低于10％逐步加大到高于25％；

102)降频运行：事先按变换器的输入输出特性，在微处理器中预先写入1个参考工作频率值与变换器输入电压值瞬时值的对应表；根据变换器当前输入电压的瞬时值，从所述的表中读出参考工作频率值，并以参考工作频率f1为基础，逐步降频运行；

103)定谐振电流运行：检测主功率电路谐振电流的最大值，当主功率电路谐振电流的最大值达到设定值时，变换器降低当前频率运行；

104)正常加载运行：在定谐振电流运行期间，检测变换器原边的电流或功率，当变换器原边的电流或功率达到设定值时转入正常功率运行。

以上所述的微波炉变频电源起动方法，在步骤102中，包括以下步骤：

201)变换器工作频率f从起始工作频率f0逐步过渡到参考工作频率f1的步骤：变换器工作频率f等于查表得到的参考工作频率f1加上1个调整频率值fΔ；调整频率值fΔ的起始值，为起始工作频率f0减去对应表中最小的参考工作频率值，调整频率值fΔ的最小值为零；调整频率值fΔ由最大的起始值逐步减小到零，实现起始工作频率f0向参考工作频率f1的过渡；

202)变换器工作频率f的线性降频步骤：在完成步骤201后，变换器工作频率f的值按以下方法线性降频，变换器工作频率f等于查表得到的参考工作频率f1减去对应表中最小的参考工作频率值后乘以可变系数K，再加上对应表中最小的参考工作频率值；1＞K＞0。

以上所述的微波炉变频电源起动方法，在步骤103中，当检测到磁控管谐振腔谐振电流的最大值达到设定值时，如果处在步骤201，则提高调整频率值fΔ；如处在步骤202，则提高可变系数K。

以上所述的微波炉变频电源起动方法，在步骤104中，当微处理器检测到换器原边的电流或功率达到设定值时，微处理器控制变换器以上位机指令的功率等级运行，完成起动过程。

一种实现上述起动方法微波炉变频电源电路的技术方案，包括输入端的整流滤波电路、主功率电路、微处理器、输出电流采样电路、谐振电流采样电路和输入电压采样电路，主功率电路的输入端接整流滤波电路的输出端。输出电流采样电路的信号输出端、谐振电流采样电路的信号输出端和输入电压采样电路的信号输出端分别接微处理器的信号输入端。

以上所述的微波炉变频电源电路，所述的整流滤波电路包括整流电路和滤波电容，所述的滤波电容接在整流电路的输出端；所述的输入电压采样电路包括分压电路，所述的分压电路包括串接的第一分压电阻和第二分压电阻，分压电路的一端接所述整流电路输出端的正极，另一端接地；第一分压电阻和第二分压电阻之间的连接点接微处理器的电压信号输入端。

以上所述的微波炉变频电源电路，所述的输出电流采样电路包括电流采样电阻，；主功率电路通过所述的电流采样电阻接整流滤波电路输出端的负极；电流采样电阻与主功率电路的连接点接微处理器的电流信号输入端。

以上所述的微波炉变频电源电路，所述的主功率电路包括第一开关管、第二开关管、第一谐振电容、第二谐振电容和变压器的原边绕组，第一开关管的输入端接整流滤波电路的正极，第一开关管的输出端接第二开关管的输入端，第二开关管的输出端通过电流采样电阻接整流滤波电路输出端的负极；第一谐振电容和第二谐振电容串接后，一端接第一开关管的输入端，另一端接第二开关管的输出端，变压器原边绕组的一端接第一开关管与第二开关管之间的连接点，另一端接第一谐振电容和第二谐振电容之间的连接点。

以上所述的微波炉变频电源电路，所述的谐振电流采样电路包括隔直电容、第三分压电阻、第四分压电阻和比较器，所述的隔直电容、第三分压电阻和第四分压电阻依次串接组成串联电路，串联电路隔直电容的一端接第一谐振电容和第二谐振电容之间的连接点，串联电路第四分压电阻的一端接地；第三分压电阻和第四分压电阻的连接点接比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接基准电压，比较器的输出端接微处理器的谐振电流信号输入端。

本发明在微波炉变频电源的起动过程中稳定了变频电源的谐振电流，灯丝预热速电流得到优化，变频电源起动时具有较快的起动速度，对磁控管的差异适应性强，能顺利完成磁控管预热，起动过程易于控制。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术变频微波炉磁控管的基本结的构示意图。

图2是本发明微波炉变频电源起动方法的流程图。

图3是本发明微波炉变频电源电路的电路原理图。

图4是本发明电压与频率关系的对应表。

图5是本发明

图6是本发明起动机过程谐振电容上的电压的变化图

图7是本发明正弦波周期内谐振电容上的电压变化图。

[具体实施方式]

如图3所示，本发明的微波炉变频电源电路包括输入端的整流滤波电路、主功率电路、微处理器U2(单片机MCU)、输出电流采样电路、谐振电流采样电路和输入电压采样电路，主功率电路的输入端接整流滤波电路的输出端。输出电流采样电路的信号输出端、谐振电流采样电路的信号输出端和输入电压采样电路的信号输出端分别接微处理器U2的信号输入端。

输入端的整流滤波电路包括整流电路DB1和滤波电容C1，滤波电容C1接在整流电路DB1的输出端。

主功率电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一谐振电容C5、第二谐振电容C6和变压器的原边绕组T1，第一开关管Q1的输入端接整流滤波电路的正极，第一开关管Q1的输出端接第二开关管Q2的输入端，第二开关管Q2的输出端通过电流采样电阻R3接整流滤波电路输出端的负极。

第一谐振电容C5和第二谐振电容C6串接后，一端接第一开关管Q1的输入端，另一端接第二开关管Q2的输出端，变压器原边绕组T1的一端接第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的连接点，另一端接第一谐振电容C5和第二谐振电容C6之间的连接点。

输入电压采样电路包括分压电路，分压电路包括串接的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，分压电路的一端接整流电路DB1输出端的正极，另一端接地。第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的连接点接微处理器U2的电压信号输入端(单片机的1个I/O口)。

输出电流采样电路包括上述的电流采样电阻R3，主功率电路通过电流采样电阻R3接整流滤波电路输出端的负极。电流采样电阻R3与主功率电路第二开关管Q2的输出端的连接点通过放大器U3接微处理器U2的电流信号输入端(单片机的另1个I/O口)。

谐振电流采样电路包括隔直电容C7、第三分压电阻R4、第四分压电阻R5和比较器U4，隔直电容C7、第三分压电阻3R和第四分压电阻R4依次串接组成串联电路，串联电路隔直电容C7的一端接第一谐振电容C5和第二谐振电容C6之间的连接点，串联电路第四分压电阻R4的一端接地。第三分压电阻R4和第四分压电阻R5的连接点接比较器U4的第一输入端，比较器U4的第二输入端接基准电压Vref，比较器U4的输出端接微处理器U2的谐振电流信号输入端(单片机的又1个I/O口)。

如图3所示，微处理器U2的输出端接主功率电路的驱动芯片U1，微处理器U2还与上位机连接。

为了能顺利实现磁控管预热，并转入正常工作状态，事先在微处理器U2中写入一个电压与频率关系相对应的表，如图4所示。此表值与变频器能正常工作的最高有效值电压相对应，本例中，表值中的频率信息与300VAC输入电压时的瞬时电压相对应。

在变频电源上电后，经历如下过程：

1.定频软起动，以60KHZ的固定频率运行，开关频率占空比由0逐步增加到40％。

2.过渡到查表频率，如图4所示的频率与电压关系，根据当前的输入电压读取表值中预存的频率。由于表值中写入的最小频率fmim为25.5KHZ，因此在表值中读出的参考工作频率f1基础上再加上一调整频率值fΔ，此调整频率值fΔ的初始值设为34.5KHZ(60KHZ-25.5KHZ)。那么变换器初始的最低工作频率仍为60KHZ，但同时限制其最高工作频率也为60KHZ，然后逐步减小此调整频率值fΔ，当调整频率值fΔ减小到零时也就完成了起机到查表频率的过渡。

3.线性降频操作，如图5所示，将查表的频率f1减去最小频率fmim25.5KHZ，结果乘以可变系数K，可变系数K的变化范围为1.0-0，再加上最小频率fmim，得到1个新的频率集合1，如图5所示，如继续降低可变系数K，则可以得到1个新的频率集合2。

4.定谐振电流运行，由于在过程2和3中，变频电源的工作频率是逐步降低的，根据谐振半桥的特性，其谐振腔的电流是不断增大的。谐振半桥的谐振电流经过隔直电容C7，并由分压电阻R4、R5分压后送入到比较器U4的1个输入端，比较器U4的另一端接1个基准电压Vref，比较器U4的输出端接于微处理器U2的一个I/O口。当谐振腔的电流大到一定程度时，比较器U4被触发，其输出端电平发生翻转，触发微处理器U2产生1个外部中断信号。当微处理器U2收到此信号后，如果是在过程2，那么略微增加调整频率值fΔ，那么变频电源的整个工作频率曲线上移，频率增加，造成谐振电流减小。如果谐振电流没有再次触发中断，则在此频率集合下运行，如果谐振电流大到再次触发中断，那么则再次升高频率运行。如果微处理器U2收到此中断信号是在过程3，那么略微增加可变系数K，同样，频率增加而造成谐振电流减小，如果谐振电流没有再次触发中断，则在此频率集合下运行，如果谐振电流大到再次触发中断，那么则再次升高频率运行。从而完成了以查表方式为基础，实现稳定谐振电流最大值的运行方式。

5.正常加载运行，在过程4中，由于灯丝的温度不断升高，在阳极高压的作用下，最终磁控管开始发射微波，此时，输入功率显著增加，电流也明显加大，当微处理器U2从输出电流采样电路检测到输出(或输入)功率或电流增加到设定值时，(本实例中功率设定值为280W)，则转入正常工作状态，以控制面板的上位机传递过来的功率等级运行，从而完成了变频电源的起动。

图6示出了起机过程中各个状态下谐振电容C5、C6上的电压的变化情况，采样点在C7和R4的结点。在过程1-3中，谐振腔的电流是逐步增加的，在过程4中，谐振电流在正弦波周期内的最大值则稳定在比较器U4设定值的附近。

图7示出了正弦波周期内的谐振电容C5、C6上的电压变化情况，采样点同样在C7和R4的结点。

由于在起动过程中要解决的主要问题是灯丝预热的问题，本发明在起动过程中稳定了变频电源的谐振腔电流，相对应地稳定了磁控管灯丝的电压，灯丝预热过程中电流得到优化，因此本发明的变频电源起动时具有较快的起动速度，对磁控管的差异适应性强的特点。

本发明通过起机时逐步降低变频电源的工作频率，增大谐振腔电流，最终实现谐振腔电流以一稳定值运行的目的，在系统检测到输入功率或电流达到一设定值时转入正常工作，实现了变频电源的起动。任何以不同的方法实现频率集合曲线的整体降低，通过检测谐振腔电流最大值，并稳定谐振腔电流的最大值在设定值附近的方法均在本发明的保护范围之内。众所周知，检测谐振腔电流的方法众多，可以检测谐振电容的电压，也可以检测谐振电感的电压，可以只通过电容检测，也可以通过电阻电容的组合来检测，可以检测谐振电容电压正周期的最大值，也可以检测负周期最小值，均不影响本发明的有效性。

Claims (9)

1.一种微波炉变频电源起动方法，其特征在于，包括以下步骤： 

101）定频软起动：变频电源的变换器得电后，以高于额定工作频率的起始工作频率f0开始运行，开关频率占空比由低于10%逐步加大到高于25%； 

102）降频运行：事先按变换器的输入输出特性，在微处理器中预先写入1个参考工作频率值与变换器输入电压值瞬时值的对应表；根据变换器当前输入电压的瞬时值，从所述的表中读出参考工作频率值，并以参考工作频率f1为基础，逐步降频运行； 

103）稳定谐振电流最大值：检测主功率电路谐振电流的最大值，当主功率电路谐振电流的最大值达到设定值时，变换器升高当前频率运行； 

104）正常加载运行：在稳定谐振电流最大值期间，检测变换器原边的电流或功率，当变换器原边的电流或功率达到设定值时转入正常功率运行。 

2.根据权利要求1所述的微波炉变频电源起动方法，其特征在于，在步骤102中，包括以下步骤： 

201）变换器工作频率f从起始工作频率f0逐步过渡到参考工作频率f1的步骤：变换器工作频率f等于查表得到的参考工作频率f1加上1个调整频率值fΔ；调整频率值fΔ的起始值，为起始工作频率f0减去对应表中最小的参考工作频率值，调整频率值fΔ的最小值为零；调整频率值fΔ由最大的起始值逐步减小到零，实现起始工作频率f0向参考工作频率f1的过渡； 

202）变换器工作频率f的线性降频步骤：在完成步骤201后，变换器工作频率f的值按以下方法线性降频，变换器工作频率f等于查表得到的参考工作频率f1减去对应表中最小的参考工作频率值后乘以可变系数K，再加上对应表中最小的参考工作频率值；1＞K＞0。 

3.根据权利要求2所述的微波炉变频电源起动方法，其特征在于，当检测 到变换器谐振腔谐振电流的最大值达到设定值时，如果处在步骤201，则提高调整频率值fΔ；如处在步骤202，则提高可变系数K。 

4.根据权利要求1所述的微波炉变频电源起动方法，其特征在于，在步骤104中，当微处理器检测到变换器原边的电流或功率达到设定值时，微处理器控制变换器以上位机指令的功率等级运行，完成起动过程。 

5.一种实现权利要求1所述起动方法的微波炉变频电源电路，包括输入端的整流滤波电路、主功率电路和微处理器，主功率电路的输入端接整流滤波电路的输出端，其特征在于，包括输出电流采样电路、谐振电流采样电路和输入电压采样电路，输出电流采样电路的信号输出端、谐振电流采样电路的信号输出端和输入电压采样电路的信号输出端分别接微处理器的信号输入端。 

6.根据权利要求5所述的微波炉变频电源电路，其特征在于，所述的整流滤波电路包括整流电路和滤波电容，所述的滤波电容接在整流电路的输出端；所述的输入电压采样电路包括分压电路，所述的分压电路包括串接的第一分压电阻和第二分压电阻，分压电路的一端接所述整流电路输出端的正极，另一端接地；第一分压电阻和第二分压电阻之间的连接点接微处理器的电压信号输入端。 

7.根据权利要求5所述的微波炉变频电源电路，其特征在于，所述的输出电流采样电路包括电流采样电阻；主功率电路通过所述的电流采样电阻接整流滤波电路输出端的负极；电流采样电阻与主功率电路的连接点接微处理器的电流信号输入端。 

8.根据权利要求5所述的微波炉变频电源电路，其特征在于，所述的主功率电路包括第一开关管、第二开关管、第一谐振电容、第二谐振电容和变压器 的原边绕组，第一开关管的输入端接整流滤波电路的正极，第一开关管的输出端接第二开关管的输入端，第二开关管的输出端通过电流采样电阻接整流滤波电路输出端的负极；第一谐振电容和第二谐振电容串接后，一端接第一开关管的输入端，另一端接第二开关管的输出端，变压器原边绕组的一端接第一开关管与第二开关管之间的连接点，另一端接第一谐振电容和第二谐振电容之间的连接点。 

9.根据权利要求8所述的微波炉变频电源电路，其特征在于，所述的谐振电流采样电路包括隔直电容、第三分压电阻、第四分压电阻和比较器，所述的隔直电容、第三分压电阻和第四分压电阻依次串接组成串联电路，串联电路隔直电容的一端接第一谐振电容和第二谐振电容之间的连接点，串联电路第四分压电阻的一端接地；第三分压电阻和第四分压电阻的连接点接比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接基准电压，比较器的输出端接微处理器的谐振电流信号输入端。 

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