CN106851883B - 一种变频微波炉的软启动电路及其方法 - Google Patents

Abstract

一种变频微波炉的软启动电路及其方法，包括TL431、R14电阻、R16电阻、C13电容、C14电容、D5二极管、D6二极管、R22电阻、R23电阻、R24电阻、R17电阻、R19电阻、R18电阻、R15电阻、C12电容、Q1三极管、R21电阻、R25电阻、C16电容、Q2三极管、R20电阻、C15电容。本发明可以在短时间内实现磁控管从预热到提升功率至上位机要求的目标，使磁控管的功率稳定运行，降低磁控管由于未完全预热而产生的冲击电流，有效地解决磁控管在预热阶段对变压器一次侧IGBT的冲击，避免变频磁控管软启动困难的问题，从而延长电源控制板的使用寿命。

Description

一种变频微波炉的软启动电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种变频微波炉的软启动电路及其方法。

背景技术

变频磁控管工作原理如下：高压变压器的低压绕组输出3.4V左右的交流电压，高压绕组输出2000-4000V左右的高压交流电压。其中，3.4V左右的交流电压为磁控管的灯丝供电，为阴极加热，2000-4000V左右的交流电压通过高压整流管整流，高压滤波电容滤波后产生负高压，为磁控管的阴极供电。当阴极被预热后开始发射电子，连续不断地向阳极移动，电子在移动的过程中受到垂直磁场的作用而作圆周运动，并在各谐振腔产生高频振荡，经射频输出端送出2450MHz的微波，然后通过波导管传输到炉腔，再经炉腔内壁反射到食物上，就可以实现食物的烹饪。磁控管在启动时由于阴极温度达不到2100K的温度，所以高压变压器的高压绕组虽然产生了高压，但是阴极仍无法发射电子，仅有3.4V左右的交流电压加到灯丝给阴极加热，所以启动初期变压器一次侧输入功率只有100W-150W左右。且由于预热过程输入的交流电流很小，一般只有0.2A-0.8A左右，现有交流电流采样电路难以准确采样，微处理器难以精确控制流入变压器一次侧电流，但变压器一次侧电感电流却很大，达到20A-30A左右，若不加入过电流检测电路，容易发生IGBT开关管过电流烧坏的现象。因此，有必要进一步改进。

发明内容

本发明 的目的旨在提供一种结构简单合理、性能优异、装配快捷、操作方便、制造成本低、易生产、易实现且安全可靠的变频微波炉的软启动电路及其方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种变频微波炉的软启动电路，其特征在于：包括 TL431、R14电阻、R16电阻、C13电容、C14电容、D5二极管、D6二极管、 R22电阻、R23电阻、R24电阻、R17电阻、R19电阻、R18电阻、R15电阻、 C12电容、Q1三极管、R21电阻、R25电阻、C16电容、Q2三极管、R20电阻、C15电容。

其中，R14电阻一端与R16电阻一端连接，R16电阻另一端与C13电容一端连接，C13电容另一端分别与D5二极管一端、D6二极管一端连接，D5 二极管另一端分别与C14电容一端、R24电阻一端、R23电阻一端、R22电阻一端、R19电阻一端连接，D6二极管另一端与GND线连接，C14电容另一端分别与GND线、R24电阻另一端、TL431的输出端2脚、R25电阻一端、 C16电容一端、Q2三极管、C15电容一端连接，R19电阻另一端与TL431的输出端1脚连接，TL431的输出端3脚连接与R18电阻一端连接，R18电阻另一端分别与C12电容一端、R15电阻一端、Q1三极管连接，C12电容另一端分别与R15电阻另一端、Q1三极管、R17电阻一端连接，R17电阻另一端分别与Q2三极管、R20电阻一端连接，R20电阻另一端与C15电容另一端连接，C16电容另一端分别与Q2三极管、R25电阻另一端、R21电阻一端连接，R21电阻另一端与Q1三极管连接。

一种变频微波炉的软启动方法，包括上述的变频微波炉的软启动电路，其中，R14电阻、R16电阻和C13电容配合组成阻容降压作用，把变压器高压降为峰值只有几伏的交流电压，并经过D5二极管和D6二极管整流为只有半波的直流电压，随后通过R22电阻、R23电阻和R24电阻分压后再配合 R19电阻限流输入到TL431，TL431根据输入电压与2.5V比较确定输出电平。

所述R18电阻、R15电阻、和C12电容配合，并为TL431供电，当Q1 三极管关断时滤波作用，当TL431输出拉低时Q1三极管导通，Q2三极管经过R21电阻、R25电阻和C16电容的配合也导通，再经过R20电阻和C15 电容限流滤波后形成输入到微处理器的下降沿中断。

本发明通过上述结构的改良，可以在短时间内实现磁控管从预热到提升功率至上位机要求的目标，使磁控管的功率稳定运行，其中灯丝预热过程输入功率较低，只有100W-150W左右，并且功率将会越来越大，预热完成时刻变压器一次侧输入电流将显著变大，此时以恒电流调节运行频率，降低磁控管由于未完全预热而产生的冲击电流，有效地解决磁控管在预热阶段对变压器一次侧IGBT的冲击，避免变频磁控管软启动困难的问题，从而延长电源控制板的使用寿命。其具有结构简单合理、性能优异、装配快捷、操作方便、制造成本低、易生产、易实现且安全可靠等特点，实用性强。

附图说明

图1为本发明一实施例的电路原理图。

图2是本发明一实施例的启动电路工作波形示意图。

图3为图1中A处放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图3，本变频微波炉的软启动电路，包括TL431、R14电阻、 R16电阻、C13电容、C14电容、D5二极管、D6二极管、R22电阻、R23电阻、R24电阻、R17电阻、R19电阻、R18电阻、R15电阻、C12电容、Q1 三极管、R21电阻、R25电阻、C16电容、Q2三极管、R20电阻、C15电容。

其中，R14电阻一端与R16电阻一端连接，R16电阻另一端与C13电容一端连接，C13电容另一端分别与D5二极管一端、D6二极管一端连接，D5 二极管另一端分别与C14电容一端、R24电阻一端、R23电阻一端、R22电阻一端、R19电阻一端连接，D6二极管另一端与GND线连接，C14电容另一端分别与GND线、R24电阻另一端、TL431的输出端2脚、R25电阻一端、 C16电容一端、Q2三极管、C15电容一端连接，R19电阻另一端与TL431的输出端1脚连接，TL431的输出端3脚连接与R18电阻一端连接，R18电阻另一端分别与C12电容一端、R15电阻一端、Q1三极管连接，C12电容另一端分别与R15电阻另一端、Q1三极管、R17电阻一端连接，R17电阻另一端分别与Q2三极管、R20电阻一端连接，R20电阻另一端与C15电容另一端连接，C16电容另一端分别与Q2三极管、R25电阻另一端、R21电阻一端连接，R21电阻另一端与Q1三极管连接。

该变频微波炉的软启动方法，R14电阻、R16电阻和C13电容配合组成阻容降压作用，把变压器高压降为峰值只有几伏的交流电压，并经过D5二极管和D6二极管整流为只有半波的直流电压，随后通过R22电阻、R23电阻和R24电阻分压后再配合R19电阻限流输入到TL431，TL431根据输入电压与2.5V比较确定输出电平。

进一步地讲，R18电阻、R15电阻、和C12电容配合，并为TL431供电，当Q1三极管关断时滤波作用，当TL431输出拉低时Q1三极管导通，Q2三极管经过R21电阻、R25电阻和C16电容的配合也导通，再经过R20电阻和 C15电容限流滤波后形成输入到微处理器的下降沿中断。

如图2波形所示，图中通道1为TL431的输出端3脚波形，通道2为高压变压器一次侧电压波形，通道3为TL431的输入端1脚波形，通道4 为高压变压器一次侧电流波形；运行中如果变压器一次侧电压增加导致 TL431输入端电压达到2.5V时，TL431输出端将立即置为低电平，使得后方Q1三极管与Q2三极管导通工作行程输入到微处理器的下降沿中断信号，微处理器检测到下降沿中断立即将当前运行频率提高降低高压变压器一次侧电感电流。只要控制得当，整个磁控管的预热过程均可以以设定的电流阈值运行，实现较大的预热电流启动，以最快的速度预热。

上述电路有一个明显的缺点，在宽输入交流电压下，触发电流阈值受电压的大小影响，电压越底触发最大电流越小，导致220V能快速预热的电路在150V电压下出现误触发，导致无法完成灯丝预热。为解决在200V以下也能使用上述方法进行启动，我们在设计启动电路时加入了触发电路阈值档位选择，由微处理器进行控制，微处理器根据输入交流电压有效值进行选择接通对应档位电阻，图1中两个不同的触发电流档位由R23电阻与 R24电阻决定，R23电阻悬空时为180V以上触发电流档位，R23电阻接地时为180V以下触发电流档位；经测试可实现在150V-260V范围的电压的触发最大电流均在合理范围，最终实现从150V-260V电压范围均能快速软启动成功。

具体地讲，微处理器经过以下过程完成软启动：

1、微处理器通过驱动芯片控制输入到高压变压器的电流，再由高压变压器二次侧产生灯丝电压给磁控管灯丝加热，高压变压器一次侧输入功率在100W-150W左右。

2、微处理器同步检测变压器一次侧电流检测电路的下降沿中断信号，得知当前控制频率是否过低，导致一次侧电流过大，微处理器若检测到中断，则提高当前控制频率，限制流入高压变压器的电流。

3、当微处理器通过电流采样电路采样交流电流有效值达到1A且持续 500ms时，切换为恒功率控制，以功率为450W调节输入交流电流。

4、当微处理器检测功率值达到450W且持续50ms，以200W每50ms步进调节当前运行功率至上位机要求的目标功率。

更具体地讲，其控制步骤如下：

步骤一，上电开机以后微处理器根据上电时刻采样的输入交流电压的大小决定接入启动电路的启动电阻，180V以上则将R23电阻置为悬空，低于180V则将R23电阻下拉至地端。

步骤二，上电后微处理器根据一个交流工频周期时间的长短，分割成若干个时间段，每个时间段输出不同的PWM占空比到驱动芯片，再由驱动芯片生成带死区的互补PWM信号驱动上下IGBT工作，实现LLC谐振电路运行，在高压变压器副边低压绕组产生灯丝所需的预热电压，由加载在灯丝的交流电压有效值越大，灯丝电流有效值越大，预热速度越快，所以微处理器输出的各时间段的PWM占空比以一定的速度逐步提升，直至启动电路触发过流中断。

步骤三，当控制步骤二持续一段时间后，磁控管灯丝温度持续上升，当灯丝温度上升到一定温度值时，阴极开始向阳极发送电子，磁控管开始输出微波能，但此时紧发送小部分电子，反应到变压器初级的电流仍然比较小，此时还不能继续加大输入电流，需要以小电流进行调节，当微处理器通过电流采样电路采样到1A电流持续500ms时，开始以450W为目标功率调节各时间段的PWM占空比，把输入电流调节为正弦 波，此时由于灯丝电流仍然比较大，灯丝温度持续升高，输入变压器的功率开始逐步转换为微波能，当微处理器检测到反馈电流达到功率为450W对应电流有效值时，继续以200W每50ms速度调节至上位机要求的目标功率运行。

上述步骤三的过程由于磁控管处于不稳定区，存在一个输入与输出保持平衡的问题，具体表现是在灯丝温度刚刚升到阴极可以发射电子时，阴极的电子突然被抽走，然后没有得到足够的补充，导致一次侧电流出现断流现象，此时容易扰乱微处理器对输入电流的控制，最终导致系统失控，为解决此技术问题，本发明特别使用一种方法，微处理器在本阶段检测各个时间点的电流采样值，一旦出现电流断流，立即禁止上调该时间点的PWM 占空比10个工频周期，而判定电流是否出现断流的方法是如果当前采样值不大于等于上一个工频周期同一时间点的采样值，即判定为当前时间点出现电流断流现象。

以上经过以上三个步骤的控制磁控管基本在不同温度不同电压下均能稳定可靠启动成功，且启动时间基本达到设计要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种变频微波炉的软启动电路，其特征在于：包括TL431、R14电阻、R16电阻、C13电容、C14电容、D5二极管、D6二极管、R22电阻、R23电阻、R24电阻、R17电阻、R19电阻、R18电阻、R15电阻、C12电容、Q1三极管、R21电阻、R25电阻、C16电容、Q2三极管、R20电阻、C15电容；

其中，R14电阻一端与R16电阻一端连接，R16电阻另一端与C13电容一端连接，C13电容另一端分别与D5二极管一端、D6二极管一端连接，D5二极管另一端分别与C14电容一端、R24电阻一端、R23电阻一端、R22电阻一端、R19电阻一端连接，D6二极管另一端与GND线连接，C14电容另一端分别与GND线、R24电阻另一端、TL431的输出端2脚、R25电阻一端、C16电容一端、Q2三极管、C15电容一端连接，R19电阻另一端与TL431的输出端1脚连接，TL431的输出端3脚连接与R18电阻一端连接，R18电阻另一端分别与C12电容一端、R15电阻一端、Q1三极管连接，C12电容另一端分别与R15电阻另一端、Q1三极管、R17电阻一端连接，R17电阻另一端分别与Q2三极管、R20电阻一端连接，R20电阻另一端与C15电容另一端连接，C16电容另一端分别与Q2三极管、R25电阻另一端、R21电阻一端连接，R21电阻另一端与Q1三极管连接。

2.一种变频微波炉的软启动方法，其特征在于：包括权利要求1的变频微波炉的软启动电路，其中，R14电阻、R16电阻和C13电容配合组成阻容降压作用，把变压器高压降为峰值只有几伏的交流电压，并经过D5二极管和D6二极管整流为只有半波的直流电压，随后通过R22电阻、R23电阻和R24电阻分压后再配合R19电阻限流输入到TL431，TL431根据输入电压与2.5V比较确定输出电平。

3.根据权利要求2所述变频微波炉的软启动方法，其特征在于：所述R18电阻、R15电阻和C12电容配合，并为TL431供电，当Q1三极管关断时滤波作用，当TL431输出拉低时Q1三极管导通，Q2三极管经过R21电阻、R25电阻和C16电容的配合也导通，再经过R20电阻和C15电容限流滤波后形成输入到微处理器的下降沿中断。

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