CN104936327A

CN104936327A - 一种微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法

Info

Publication number: CN104936327A
Application number: CN201510395710.3A
Authority: CN
Inventors: 王春芳; 王世伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: CN104936327B

Abstract

本发明属于电源功率传输与控制技术领域，涉及一种微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法，进行手动挡控制时，先设置工作时间，判断给定功率控制板是否给定功率档，若给定功率档则进入工作状态，再判断给定功率档的大小，由单片机控制电路确定所需开关频率和占空比，并输出PWM驱动波形，同时检测输入电压和电流值，达到工作时间或人工中断后，单片机输出PWM封锁信号；若发生过压、欠压或者过流，则自动报警，单片机发出PWM封锁信号；进行自动挡控制时，按下微波炉上的菜单功能键，完成后，单片机输出PWM封锁信号，停止工作；其控制方法简单，输出功率连续可调，电路结构新颖，原理可靠，输出功率大，制备成本低，使用寿命长，市场前景好，应用环境友好。

Description

一种微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法

技术领域：

本发明属于电学功率传输与控制技术领域，涉及一种用于微波炉的磁控管电源拓扑的功率传输控制方法，特别是一种微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法。

背景技术：

目前，传统的微波炉供电电源多为工频升压电源，采用工频变压器升压得到高压电能为磁控管供电，此类电源体积大、重量重、效率低、开关噪声大，并且对电网的污染较严重，而且传统微波炉电源输出电压不可调，只能通过改变电源间歇工作时间调节功率；该电源采用的断续供电方式不但会影响磁控管的使用寿命，而且还会使得食物的烹饪效果大打折扣，破坏了食物的营养成分。随着电力电子技术的发展，变频谐振变换器以其高效、节能等优点得到了极大的发展和越来越广泛的应用。现在常用的谐振变换器有串联谐振变换器、并联谐振变换器、串并联谐振变换器以及比较新颖的LLC谐振变换器，以上所述变换器均是在全桥或者半桥逆变拓扑的基础上才可以实现，其电路结构比较复杂、体积相对比较大、成本高、可靠性低、控制起来比较麻烦。因此，设计一款电路结构简单、成本低、能够连续为磁控管供电并且功率可调的电源功率传输与控制方法对微波炉的发展至关重要。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，寻求设计提供一种微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法，采用新型单开关管、双极性逆变电路拓扑及其电能传输控制和稳压技术，其开关管实现零电压开通、零电压关断控制，该电源有较小的体积和重量，较高的功率密度，可以减小对电网的谐波污染，实现输出功率的连续可调，提高烹饪效果和质量。

为了实现上述目的，本发明在微波炉用磁控管电源装置实现，其功率传输与控制过程包括以下步骤：

接通电源，给电路上电，单片机控制电路中的单片机初始化，实现手动挡和自动挡控制，进行手动挡控制时，先设置工作时间，判断给定功率控制板是否给定功率档，若未给定功率档则待机，此时能改变工作时间，若给定功率档则进入工作状态；进入工作状态后，先判断给定功率档的大小，由单片机控制电路通过模糊查表法确定所需开关频率和占空比，所给出的占空比使开关管实现零电压软开关，并输出对应的PWM驱动波形，同时检测输入电压和电流值，若未发生过压、欠压或者过流，则正常工作，不断检测是否出现过压、欠压或过流，达到工作时间或人工中断后，单片机控制电路中的单片机输出PWM封锁信号，工作完成；若发生过压、欠压或者过流，则自动报警，单片机发出PWM封锁信号，停止工作；进行自动挡控制时，按下微波炉上的菜单功能键，执行相应的功能，完成后，单片机输出PWM封锁信号，停止工作；微波炉的菜单功能由程序人员设计，根据生活经验将一项工作分为多功率档不同时间分别完成，以提高烹饪效果和质量。

本发明所述微波炉用磁控管电源装置的主体结构包括整流桥、LC滤波电路、电压检测电路、倍压整流电路、电流互感器、辅助电源、比较调理电路、给定功率控制板、单片机控制电路、驱动电路、220V交流输入电源、原边补偿电容、原边发射线圈、副边接收线圈、拾取线圈、副边补偿电容、磁控管和开关管；电感和电容电连接组成LC滤波电路，用于提高电路的功率因数；第一电阻和第二电阻串接组成电压检测电路，用于检测经LC滤波后的电压；电流互感器分别与LC滤波电路和电压检测电路电连接，用于检测原边电流；第二电阻上的分压值和电流互感器的检测值通过比较调理电路送入单片机控制电路，防止原边过压、欠压和过流；基于互感的两个U型磁环上缠绕构成的原边发射线圈和副边接收线圈、原边补偿电容、副边补偿电容以及给磁控管灯丝供电的拾取线圈电连接组成谐振耦合网络，原边补偿电容对原边发射线圈进行谐振补偿，副边补偿电容对副边接收线圈进行谐振补偿；通过设置电路参数、开关频率和占空比实现开关管的零电压开通和零电压关断；单片机控制电路分别与辅助电源、比较调理电路、给定功率控制板和驱动电路电信息连接，单片机控制电路通过模糊查表法控制功率传输，经过驱动电路放大驱动信号，控制开关管的开通和关断；整流桥的输入端连接220V交流输入电源，整流桥的输出端对接LC滤波电路构成输入电源单元；倍压整流电路的输入端与谐振耦合网络电连接，倍压整流电路的输出端并接磁控管构成磁控管供电电源装置。

本发明所述220V交流输入电源依次经整流桥、LC滤波电路后转换成峰值310V的电压，通过单管逆变经耦合谐振网络后将电压转换为高频交流电压并施加到原边发射线圈的两端,原边发射线圈和副边接收线圈之间由升压变压器原理将电压进行升压,副边接收线圈两端的电压经倍压整流电路后转换成供磁控管使用的电压值；原边发射线圈和拾取线圈之间根据降压变压器原理降压给磁控管的灯丝提供电能量；电压检测电路和电流互感器一起用于调控电源的输出功率和保护系统安全运行。

本发明所述给定功率控制板设置8个功率控制档位，分别实现输出功率从大到小的调节。

本发明与现有技术相比，采用单开关管双极性逆变电路拓扑及两个U型磁体线圈实现电源电路，其主体电路结构新颖，原理简单可靠，输出功率大，制备成本低，使用寿命长，市场前景好，应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明所述微波炉用磁控管电源装置的主体电路结构原理示意图。

图2为本发明传输功率控制的电压增益曲线图。

图3为本发明涉及的磁控管电源功率传输与控制工艺流程框图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例：

本实施例在微波炉用磁控管电源装置实现，包括以下步骤：

接通电源，给电路上电，单片机控制电路10中的单片机初始化，实现手动挡和自动挡控制，进行手动挡控制时，先设置工作时间，判断给定功率控制板9是否给定功率档，若未给定功率档则待机，此时能改变工作时间，若给定功率档则进入工作状态；进入工作状态后，先判断给定功率档的大小，由单片机控制电路10通过模糊查表法确定所需开关频率和占空比，所给出的占空比使开关管Q1实现零电压软开关，并输出对应的PWM驱动波形，同时检测输入电压和电流值，若未发生过压、欠压或者过流，则正常工作，不断检测是否出现过压、欠压或过流，达到工作时间或人工中断后，单片机控制电路10中的单片机输出PWM封锁信号，工作完成；若发生过压、欠压或者过流，则自动报警，单片机发出PWM封锁信号，停止工作；进行自动挡控制时，按下微波炉上的菜单功能键，执行相应的功能，完成后，单片机输出PWM封锁信号，停止工作；微波炉的菜单功能由程序人员设计，根据生活经验将一项工作分为多功率档不同时间分别完成，以提高烹饪效果和质量。

本实施例所述微波炉用磁控管电源装置的主体结构包括整流桥1、LC滤波电路2、电压检测电路3、倍压整流电路5、电流互感器6、辅助电源7、比较调理电路8、给定功率控制板9、单片机控制电路10、驱动电路11、220V交流输入电源12、原边补偿电容C₂、原边发射线圈N₁、副边接收线圈N₂、拾取线圈N₃、副边补偿电容C₃、磁控管M和开关管Q1；电感L₁和电容C₁电连接组成LC滤波电路2，用于提高电路的功率因数；第一电阻R₁和第二电阻R₂串接组成电压检测电路3，用于检测经LC滤波后的电压；电流互感器6用于检测原边电流；第二电阻R₂上的分压值和电流互感器6的检测值通过比较调理电路8送入单片机控制电路10，防止原边过压、欠压和过流；基于互感的两个U型磁环上缠绕构成的原边发射线圈N₁和副边接收线圈N₂、原边补偿电容C₂、副边补偿电容C₃以及给磁控管灯丝供电的拾取线圈N₃电连接组成谐振耦合网络4，原边补偿电容C₂对原边发射线圈N₁进行谐振补偿，副边补偿电容C₃对副边接收线圈N₂进行谐振补偿；通过设置电路参数、开关频率和占空比实现开关管Q1的零电压开通和零电压关断；单片机控制电路10分别与辅助电源7、比较调理电路8、给定功率控制板9和驱动电路11电信息连接，单片机控制电路10通过模糊查表法控制功率传输，经过驱动电路11放大驱动信号，控制开关管Q1的开通和关断；整流桥1的输入端连接220V交流输入电源12，整流桥1的输出端对接LC滤波电路2构成输入电源单元；倍压整流电路5的输入端与谐振耦合网络4电连接，倍压整流电路5的输出端并接磁控管M构成磁控管供电电源装置。

本实施例的220V交流输入电源12经整流桥1、LC滤波电路2后转换成峰值310V的电压，通过单管逆变经耦合谐振网络4后将电压转换为高频交流电压并施加到原边发射线圈N₁的两端,原边发射线圈N₁和副边接收线圈N₂之间由升压变压器原理将电压进行升压,副边接收线圈两端的电压经倍压整流电路5后转换成可供磁控管M使用的电压值；原边发射线圈N₁和拾取线圈N₃之间由降压变压器原理将电压降至几伏，给磁控管灯丝提供电能量；电压检测电路3和电流互感器6一起用于调控电源的输出功率和保护系统安全运行。

本实施例所述给定功率控制板设置8个功率控制档位，分别实现输出功率从大到小的调节，图2为电压增益曲线，由该曲线可知，存在一个开关频率f₁使得系统输出最大电压增益k₁，当频率调整为f₂时对应电压增益为k₂，依次增加频率至f₈可以将电压增益从k₁降为k₈，从而实现降低输出功率的目的；不同的功率等级对应不同的开关频率点，利用模糊查表法实现调节功率的目的。

Claims

1.一种微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法，其特征在于所述微波炉用磁控管电源装置，其特征在于采用所述装置实现功率传输与控制的方法，包括以下步骤：

接通电源，给电路上电，单片机控制电路中的单片机初始化，实现手动挡和自动挡控制，进行手动挡控制时，先设置工作时间，判断给定功率控制板是否给定功率档，若未给定功率档则待机，此时能改变工作时间，若给定功率档则进入工作状态；进入工作状态后，先判断给定功率档的大小，由单片机控制电路通过模糊查表法确定所需开关频率和占空比，所给出的占空比使开关管实现零电压软开关，并输出对应的PWM驱动波形，同时检测输入电压和电流值，若未发生过压、欠压或者过流，则正常工作，不断检测是否出现过压、欠压或过流，达到工作时间或人工中断后，单片机控制电路中的单片机输出PWM封锁信号，工作完成；若发生过压、欠压或者过流，则自动报警，单片机发出PWM封锁信号，停止工作；进行自动挡控制时，按下微波炉上的菜单功能键，执行相应的功能，完成后，单片机输出PWM封锁信号，停止工作。

2.根据权利要求1所述微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法，其特征在于所述微波炉用磁控管电源装置的主体结构包括整流桥、LC滤波电路、电压检测电路、倍压整流电路、电流互感器、辅助电源、比较调理电路、给定功率控制板、单片机控制电路、驱动电路、220V交流输入电源、原边补偿电容、原边发射线圈、副边接收线圈、拾取线圈、副边补偿电容、磁控管和开关管；电感和电容电连接组成LC滤波电路，用于提高电路的功率因数；第一电阻和第二电阻串接组成电压检测电路，用于检测经LC滤波后的电压；电流互感器分别与LC滤波电路和电压检测电路电连接，用于检测原边电流；第二电阻上的分压值和电流互感器的检测值通过比较调理电路送入单片机控制电路，防止原边过压、欠压和过流；基于互感的两个U型磁环上缠绕构成的原边发射线圈和副边接收线圈、原边补偿电容、副边补偿电容以及给磁控管灯丝供电的拾取线圈电连接组成谐振耦合网络，原边补偿电容对原边发射线圈进行谐振补偿，副边补偿电容对副边接收线圈进行谐振补偿；通过设置电路参数、开关频率和占空比实现开关管的零电压开通和零电压关断；单片机控制电路分别与辅助电源、比较调理电路、给定功率控制板和驱动电路电信息连接，单片机控制电路通过模糊查表法控制功率传输，经过驱动电路放大驱动信号，控制开关管的开通和关断；整流桥的输入端连接220V交流输入电源，整流桥的输出端对接LC滤波电路构成输入电源单元；倍压整流电路的输入端与谐振耦合网络电连接，倍压整流电路的输出端并接磁控管构成磁控管供电电源装置。

3.根据权利要求2所述微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法，其特征在于所述220V交流输入电源依次经整流桥、LC滤波电路后转换成峰值310V的电压，通过单管逆变经耦合谐振网络后将电压转换为高频交流电压并施加到原边发射线圈的两端,原边发射线圈和副边接收线圈之间由升压变压器原理将电压进行升压,副边接收线圈两端的电压经倍压整流电路后转换成供磁控管使用的电压值；原边发射线圈和拾取线圈之间根据降压变压器原理降压给磁控管的灯丝提供电能量；电压检测电路和电流互感器一起用于调控电源的输出功率和保护系统安全运行。

4.根据权利要求2所述微波炉用磁控管电源功率传输与控制方法，其特征在于所述给定功率控制板设置8个功率控制档位，分别实现输出功率从大到小的调节。