CN106851884A - 微波炉变频电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波炉变频电源技术。本发明的目的是解决目前微波变频电源系统的简介性较差、灵活性不强、全面性不够、可靠性不高的问题，提出了一种微波炉变频电源系统，其技术方案可概括为：包括输入整流滤波储能电路、半桥驱动电路、LLC半桥谐振电路和全波倍压整流电路，其特征在于，还包括芯片供电电路、通信电路和微处理器检测控制及保护电路。这里将上述电路集成在同一平台，并根据通信协议输出转换相应的功率达到不同的烹饪效果。本发明的有益效果是，提高了微波炉变频电源系统设计和应用的简洁性、灵活性、全面性、可靠性，保证微波炉启动平稳，运行可靠，适用于多种微波炉。

Description

微波炉变频电源系统

技术领域

本发明涉及微波炉技术，特别涉及微波炉电源技术。

背景技术

微波炉通过微波加热食物，使得用户不需要像传统加热方法那样将食物下锅。微波加热迅速，烹饪时间能缩短5倍左右，在快节奏生产的现代生活中，微波炉已经成为厨房中很常见的电器之一。微波炉中的变频电源，具有轻巧、功率因素高、功率连续可调，受到微波炉制造商的青睐，微波炉在使用中的安全性和可靠性被人们越来越越重视。其中微波炉变频电源的简洁性、灵活性、全面性、可靠性对微波炉至关重要。

但现有的微波炉变频电源系统存在很多不足，简洁性较差、灵活性不强、全面性不够、可靠性不高，造成微波炉的推广和使用性不如其它厨房电器，制约了微波炉家电的发展。

其中，简洁性较差体现在：传统的微波炉电源将整流桥后高压使用电阻分压方式给芯片供电，有于控制芯片通常的耗电量在20mA左右，降压电阻上的损耗很大，通常在4W以上，导致电路转换效率低，电能损耗大，尤其在模式等待期间由于不进行风扇散热处理，电阻等器件温度很高，电路可靠性差，而且需要使用大功率的电阻来消耗散这部分功率；

灵活性不强体现在：1)微波炉在设定好加热功率加热时间后，在整个加热过程中，不会大幅度的调整其输出功率，因为直接硬切换有可能因为瞬时功率的大幅波动破坏变频电源的开关条件而造成电源损坏，要想改变其加热功率，一般需要停机后再重新设置，但是在某些应用场合，却需要在加热程中进行功率切换，比如开机的过程中以煲汤类的操作，先需要大火将水烧开，然后再维持小火保温，不能满足需求；2)无法在微波炉电源出现故障等情况下，将信息进行反馈和加以利用，灵活处理故障；

全面性不广体现在：1)在输入电压波动情况下不能保证输出功率状态一致，容易造成烹饪食物未熟透或过焦过熟，营养成分流失，总之造成食物烹饪效果不佳，影响客户口感；2)功率可调范围较窄，不能满足众多食物食材的加工烹饪需求；

可靠性不高体现在：1)微波炉变频电源多为谐振半桥架构，由于部分器件只能在额定的电压电流条件之内工作，因此需要合适的保护电路来防止因电网电压异常等原因造成变频微波炉电源工作失效；2)随着微波炉的大量运用，市场上的返修普遍增加，系统状态的不稳定，如启动冲击或模式切换冲击，形成的冲击电流可能会破坏原边谐振半桥的开关工作状态，造成功率开关管IGBT的误动作而致始系统崩溃，需要改善整个系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的是解决目前微波炉变频电源系统的简介性较差、灵活性不强、全面性不够、可靠性不高的问题，提出了一种微波炉变频电源系统。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：微波炉变频电源系统，包括输入整流滤波储能电路、半桥驱动电路、LLC半桥谐振电路和全波倍压整流电路，其特征在于，还包括芯片供电电路、通信电路和微处理器检测控制及保护电路，所述微处理器检测控制及保护电路分别连接输入整流滤波储能电路、芯片供电电路、通信电路、半桥驱动电路和LLC半桥谐振电路，芯片供电电路分别连接输入整流滤波储能电路和半桥驱动电路，LLC半桥谐振电路分别连接输入滤波整流储能电路、半桥驱动电路和全波倍压整流电路，

所述输入整流滤波储能电路用于将交流输入电压通过整流桥整流成两倍工频的正向馒头波，并通过第一电容和第一电感进行储能滤波；

所述芯片供电电路用于将输入的交流电压通过第一芯片转换成驱动供电电压，然后通过第二芯片将驱动供电电压转换成微处理器供电电压；

所述微处理器检测控制及保护电路用于检测电源的工作状态和协议要求的输出功率情况，通过微处理器对电源整体进行控制调节和保护；

所述通信电路用于将所用微波炉控制面板需求电源如何工作的信号通过第一光耦传递给微处理器，并将电源的工作情况通过第二光耦回传给所用微波炉控制面板；

所述半桥驱动电路用于将微处理器给出的工作频率信号通过第三芯片进行放大处理，然后分别驱动LLC半桥谐振电路的两个绝缘栅门极晶体管；

所述LLC半桥谐振电路用于通过两个绝缘栅门极晶体管的通断向次级传递能量；

所述全波倍压整流电路用于将LLC半桥谐振电路传递的能量进行全波倍压整流，同时为磁控管和灯丝提供电压和电流，使磁控管进行发射微波工作。

进一步的是，所述芯片供电电路包括第一芯片、第二芯片、第二电感、第二电容、第三电容、第十电容和地线，所述第二电感一端连接第一芯片的功率地引脚，另一端分别连接第二电容的正极、第二芯片的输入信号引脚和第三芯片的芯片供电引脚，第二电容的负极分别连接地线和第一芯片的反馈信号引脚，第一芯片的内置MOS管的漏极连接第十电容的正极，第十电容的正极连接第一二极管的阴极，负极分别连接第一芯片的反馈信号引脚和第三电容的负极，第三电容的正极分别连接第二芯片的输出信号引脚和微处理器的芯片供电引脚。

再进一步的是，所述微处理器检测控制及保护电路包括微处理器、微处理器外围电路、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和地线，所述第二电阻的一端连接第一二极管的阴极，另一端分别连接微处理器的电压检测及保护引脚和第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接地线，第四电阻的一端连接第一芯片的功率地引脚，另一端分别连接第五电阻的一端和微处理器的工作电压检测引脚，第五电阻的另一端连接地线，第六电阻的一端连接微处理器的对LLC半桥谐振电路的工作状态检测及反馈引脚，另一端连接第九电容的一端，微处理器的高端驱动输出引脚连接第三芯片的高端驱动输入引脚，微处理器的低端驱动输出引脚连接第三芯片的低端驱动输入引脚。

更进一步的是，所述通信电路包括第一光耦和第二光耦，所述第一光耦的光敏三极管的集电极连接微处理器的接收信号引脚，发射极连接微处理器的信号地引脚，第一光耦的发光二极管的阳极连接所用微波炉控制面板的输出信号引脚，阴极连接所用微波炉控制面板的信号地引脚，第二光耦的发光二极管的阴极连接微处理器的输出信号引脚，阳极连接微处理器的芯片供电引脚，第二光耦的光敏三极管的发射极连接所用微波炉控制面板的信号地引脚，集电极连接所用微波炉控制面板的接收信号引脚。

本发明的有益效果是，通过本发明提出的微波炉变频电源系统，将上述电路集成在同一平台，并根据通信协议输出转换相应的功率达到不同的烹饪效果，提高了微波炉变频电源系统设计和应用的简洁性、灵活性、全面性、可靠性，保证微波炉启动平稳，运行可靠。

说明书附图

图1为实施例的电路结构组成图。

其中，U1为第一芯片，U2为第二芯片，U3为第三芯片，R2为第二电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，R6为第六电阻，L1为第一电感，L2为第二电感，C1为第一电感，C2为第二电感，C3为第三电感，C4为第四电感，C5为第五电感，C6为第六电感，C7为第七电感，C8为第八电感，C9为第九电感，D1为第一二极管，D2为第二二极管，D3为第三二极管，D4为第四二极管，D5为第五二极管，D6为第六二极管，Q1为第一绝缘栅门极晶体管，即IGBT1，Q2为第二绝缘栅门极晶体管，即IGBT2，N1为第一光耦，N2为第二光耦，V1为第一光敏三极管，V2为第二光敏三极管，T1为变压器，M1为发动机，KGND为第一芯片的功率地引脚，FB为第一芯片的反馈信号引脚，INPUT1为第二芯片的输入信号引脚，OUTPUT1为第二芯片的输出信号引脚，INHO为第三芯片的高端驱动输入引脚，INLO为第三芯片的低端驱动输入引脚，VCC为第三芯片的芯片供电引脚，RC7为微处理器的电压检测及保护引脚，RB8为微处理器的高端驱动输出引脚，RC5为微处理器的低端驱动输出引脚，RB4为微处理器的对LLC半桥谐振电路的工作状态检测及反馈引脚，RB6为微处理器的输出信号引脚，RB5为微处理器的接收信号引脚，VDD2为微处理器的芯片供电引脚，RC3为微处理器的工作电压检测引脚，VSS为微处理器的信号地引脚，INPUT2为所用微波炉控制面板的接收信号引脚，OUTPUT2为所用微波炉控制面板的输出信号引脚，GND2为所用微波炉控制面板的信号地引脚，D为第一芯片内置MOS管的漏极。

具体实施方式

下面结合实施例，详细描述本发明的技术方案，其系统电路结构组成图参见图1。

本发明所述微波炉变频电源系统由输入整流滤波储能电路、半桥驱动电路、LLC半桥谐振电路、全波倍压整流电路、芯片供电电路、通信电路和微处理器检测控制及保护电路组成，其中，微处理器检测控制及保护电路分别连接输入整流滤波储能电路、芯片供电电路、通信电路、半桥驱动电路和LLC半桥谐振电路，芯片供电电路分别连接输入整流滤波储能电路和半桥驱动电路，LLC半桥谐振电路分别连接输入滤波整流储能电路、半桥驱动电路和全波倍压整流电路。这里，输入整流滤波储能电路用于将交流输入电压通过整流桥整流成两倍工频的正向馒头波，并通过第一电容C1和第一电感L1进行储能滤波；芯片供电电路用于将输入的交流电压通过第一芯片U1转换成驱动供电电压，然后通过第二芯片U2将驱动供电电压转换成微处理器供电电压；微处理器检测控制及保护电路用于检测电源的工作状态和协议要求的输出功率情况，通过微处理器对电源整体进行控制调节和保护；通信电路用于将所用微波炉控制面板需求电源如何工作的信号通过第一光耦N1传递给微处理器，并将电源的工作情况通过第二光耦N2回传给所用微波炉控制面板；半桥驱动电路用于将微处理器给出的工作频率信号通过第三芯片U3进行放大处理，然后分别驱动LLC半桥谐振电路的两个绝缘栅门极晶体管IGBT1和IGBT2；LLC半桥谐振电路用于通过两个绝缘栅门极晶体管IGBT1和IGBT2的通断向次级传递能量；全波倍压整流电路用于将LLC半桥谐振电路传递的能量进行全波倍压整流，同时为磁控管和灯丝提供电压和电流，使磁控管进行发射微波工作。

实施例

本发明的实施例为家用微波炉的微波炉变频电源系统，包括输入整流滤波储能电路、半桥驱动电路、LLC半桥谐振电路、全波倍压整流电路、芯片供电电路、通信电路和微处理器检测控制及保护电路，其中，微处理器检测控制及保护电路分别连接输入整流滤波储能电路、芯片供电电路、通信电路、半桥驱动电路和LLC半桥谐振电路，芯片供电电路分别连接输入整流滤波储能电路和半桥驱动电路，LLC半桥谐振电路分别连接输入滤波整流储能电路、半桥驱动电路和全波倍压整流电路。

上述系统电路中，输入整流滤波储能电路用于将交流输入电压通过整流桥整流成两倍工频的正向馒头波，并通过第一电容C1和第一电感L1进行储能滤波；芯片供电电路用于将输入的交流电压通过第一芯片U1转换成驱动供电电压，然后通过第二芯片U2将驱动供电电压转换成微处理器供电电压；微处理器检测控制及保护电路用于检测电源的工作状态和协议要求的输出功率情况，通过微处理器对电源整体进行控制调节和保护；通信电路用于将所用微波炉控制面板需求电源如何工作的信号通过第一光耦N1传递给微处理器，并将电源的工作情况通过第二光耦N2回传给所用微波炉控制面板；半桥驱动电路用于将微处理器给出的工作频率信号通过第三芯片U3进行放大处理，然后分别驱动LLC半桥谐振电路的两个绝缘栅门极晶体管IGBT1和IGBT2；LLC半桥谐振电路用于通过两个绝缘栅门极晶体管IGBT1和IGBT2的通断向次级传递能量；全波倍压整流电路用于将LLC半桥谐振电路传递的能量进行全波倍压整流，同时为磁控管和灯丝提供电压和电流，使磁控管进行发射微波工作。

具体的，实施例电路中，芯片供电电路包括第一芯片U1、第二芯片U2、第二电感L2、第二电容C2、第三电容C3、第十电容C10和地线，其中，第二电感L2一端连接第一芯片U1的功率地引脚，另一端分别连接第二电容C2的正极、第二芯片U2的输入信号引脚INPUT1和第三芯片U3的芯片供电引脚VCC，第二电容C2的负极分别连接地线和第一芯片U1的反馈信号引脚FB，第一芯片U1的MOS管的漏极D连接第十电容C10的正极，第十电容C10的正极连接第一二极管D1的阴极，负极分别连接第一芯片U1的反馈信号引脚FB和第三电容C3的负极，第三电容C3的正极分别连接第二芯片U2的输出信号引脚OUTPUT1和微处理器的芯片供电引脚VDD2；

微处理器检测控制及保护电路包括微处理器、微处理器外围电路、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和地线，其中，第二电阻R2的一端连接第一二极管D1的阴极，另一端分别连接微处理器的电压检测及保护引脚RC7和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接地线，第四电阻R4的一端连接第一芯片U1的功率地引脚KGND，另一端分别连接第五电阻R5的一端和微处理器的工作电压检测引脚RC3，第五电阻R5的另一端连接地线，第六电阻R6的一端连接微处理器的对LLC半桥谐振电路的工作状态检测及反馈引脚RB4，另一端连接第九电容C9的一端，微处理器的高端驱动输出引脚RB8连接第三芯片U3的高端驱动输入引脚INHO，微处理器的低端驱动输出引脚RC5连接第三芯片U3的低端驱动输入引脚INLO；

通信电路包括第一光耦N1和第二光耦N2，其中，第一光耦N1的光敏三极管的集电极连接微处理器的接收所用微波炉控制面板信号引脚RB5，发射极连接微处理器的信号地引脚VSS，第一光耦N1的发光二极管的阳极连接所用微波炉控制面板的输出信号引脚OUTPUT2，阴极连接所用微波炉控制面板的信号地引脚GND2，第二光耦N2的发光二极管的阴极连接微处理器的输出信号引脚RB6，阳极连接微处理器的芯片供电引脚VDD2，第二光耦N2的光敏三极管的发射极连接所用微波炉控制面板的信号地引脚GND2，集电极连接所用微波炉控制面板的接收信号引脚INPUT2。

实际应用中，使用本发明微波炉变频电源系统，可以达到如下效果：

1.提高简洁性，具体表现为：改变传统的微波炉电源芯片供电，使用专用的耐高压芯片即第一芯片U1进行转换，简化电路，并能调节不同的输出电压用于不同芯片，在20mA输出时损耗小于0.4W，所用器件在微波炉工作和等待工作模式下温升小于20℃，并能在低电压下主动停止工作，防止了电源的异常启动导致损坏器件，系统可靠；

2.增强灵活性：1)通过调整微处理器的软件程序和增强LLC谐振半桥的工作频率范围，在选择的模式下，灵活变更输出功率，变更功率间隙为防止剧烈变化造成电源失效，采用软开关方式进行变更；2)在微波炉电源出现故障等情况下，微处理器判断出故障内容，通过第二光耦N2将信息进行反馈给微波炉，灵活处理故障。

3.增广全面性：1)在输入电压波动情况通过第二电阻R2和第三电阻R3判断出电压波动情况，结合第六电阻R6反馈的磁控管功率情况，配合微波炉要求功率，形成闭环控制，自动调节工作频率和占空比，保证在各种变化电压情况下输出功率状态一致；2)通过利用LLC谐振半桥特性，针对不同的食物食材，通过调节工作频率和占空比，使输出功率范围足够宽，满足众多食物食材烹饪需求；

4.提高可靠性：1)通过微处理器对微波炉变频电源的时时采样，对电源功率变化状态进行跟踪，对异常情况进行反馈，如输入电压过高过低、器件温度异常、输出功率太高和散热风扇堵转等，适时停止工作，防止器件损坏或造成事故；2)功率器件必须有至少30％以上的功率裕量，开机和功率切换过程必须使用软开关模式，防止电流冲击和启动灯丝加热过程中的磁控管阳极高压过高，保证磁控管阳极高压小于6KV，防止两个绝缘栅门极晶体管IGBT1和IGBT2的误动作，改善整个系统的可靠性。

Claims (4)

1.微波炉变频电源系统，包括输入整流滤波储能电路、半桥驱动电路、LLC半桥谐振电路和全波倍压整流电路，其特征在于，还包括芯片供电电路、通信电路和微处理器检测控制及保护电路，所述微处理器检测控制及保护电路分别连接输入整流滤波储能电路、芯片供电电路、通信电路、半桥驱动电路和LLC半桥谐振电路，芯片供电电路分别连接输入整流滤波储能电路和半桥驱动电路，LLC半桥谐振电路分别连接输入滤波整流储能电路、半桥驱动电路和全波倍压整流电路，

所述输入整流滤波储能电路用于将交流输入电压通过整流桥整流成两倍工频的正向馒头波，并通过第一电容和第一电感进行储能滤波；

所述芯片供电电路用于将输入的交流电压通过第一芯片转换成驱动供电电压，然后通过第二芯片将驱动供电电压转换成微处理器供电电压；

所述微处理器检测控制及保护电路用于检测电源的工作状态和协议要求的输出功率情况，通过微处理器对电源整体进行控制调节和保护；

所述通信电路用于将所用微波炉控制面板需求电源如何工作的信号通过第一光耦传递给微处理器，并将电源的工作情况通过第二光耦回传给所用微波炉控制面板；

所述半桥驱动电路用于将微处理器给出的工作频率信号通过第三芯片进行放大处理，然后分别驱动LLC半桥谐振电路的两个绝缘栅门极晶体管；

所述LLC半桥谐振电路用于通过两个绝缘栅门极晶体管的通断向次级传递能量；

所述全波倍压整流电路用于将LLC半桥谐振电路传递的能量进行全波倍压整流，同时为磁控管和灯丝提供电压和电流，使磁控管进行发射微波工作。

2.根据权利要求1所述的微波炉变频电源系统，其特征在于，所述芯片供电电路包括第一芯片、第二芯片、第二电感、第二电容、第三电容、第十电容和地线，所述第二电感一端连接第一芯片的功率地引脚，另一端分别连接第二电容的正极、第二芯片的输入信号引脚和第三芯片的芯片供电引脚，第二电容的负极分别连接地线和第一芯片的反馈信号引脚，第一芯片的内置MOS管的漏极连接第十电容的正极，第十电容的正极连接第一二极管的阴极，负极分别连接第一芯片的反馈信号引脚和第三电容的负极，第三电容的正极分别连接第二芯片的输出信号引脚和微处理器的芯片供电引脚。

3.根据权利要求1所述的微波炉变频电源系统，其特征在于，所述微处理器检测控制及保护电路包括微处理器、微处理器外围电路、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和地线，所述第二电阻的一端连接第一二极管的阴极，另一端分别连接微处理器的电压检测及保护引脚和第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接地线，第四电阻的一端连接第一芯片的功率地引脚，另一端分别连接第五电阻的一端和微处理器的工作电压检测引脚，第五电阻的另一端连接地线，第六电阻的一端连接微处理器的对LLC半桥谐振电路的工作状态检测及反馈引脚，另一端连接第九电容的一端，微处理器的高端驱动输出引脚连接第三芯片的高端驱动输入引脚，微处理器的低端驱动输出引脚连接第三芯片的低端驱动输入引脚。

4.根据权利要求1所述的微波炉变频电源系统，其特征在于，所述通信电路包括第一光耦和第二光耦，所述第一光耦的光敏三极管的集电极连接微处理器的接收信号引脚，发射极连接微处理器的信号地引脚，第一光耦的发光二极管的阳极连接所用微波炉控制面板的输出信号引脚，阴极连接所用微波炉控制面板的信号地引脚，第二光耦的发光二极管的阴极连接微处理器的输出信号引脚，阳极连接微处理器的芯片供电引脚，第二光耦的光敏三极管的发射极连接所用微波炉控制面板的信号地引脚，集电极连接所用微波炉控制面板的接收信号引脚。