CN106851885A - 变频微波炉电源控制电路及其闭环控制方法 - Google Patents

Abstract

一种变频微波炉电源控制电路，包括微处理器、驱动器、通信电路、电压采样电路、电流采样电路和主功率回路，微处理器通过通信电路通信连接上位机，电压采样电路和电流采样电路分别连接微处理器；所述主功率回路包括功率开关管、谐振电容、高压变压器；微处理器根据电压采样电路对主功率电路的电压信号进行采样，微处理器根据电流采样电路对主功率电路的电流信号进行采样，采样得到的数据用于功率控制输出PWM控制信号至驱动器驱动功率开关管运行。本发明设置微处理器通过电压采样电路对主功率电路的电压进行多数据采样，以准确的计算出电压的有效值，再通过电压的有效值计算出电流的有效值，最终能够完成功率因数的校正。

Description

变频微波炉电源控制电路及其闭环控制方法

技术领域

本发明涉及家电领域，特别涉及一种变频微波炉电源控制电路及其闭环控制方法。

背景技术

当前行业使用的变频微波炉电源控制方案是LLC半桥谐振电路方案，微处理器配合驱动器驱动功率开关管，再由功率开关管将直流电压转换为高频方波电压，流入高压变压器初级与谐振电容，高压变压器次级产生高压，再由高压二极管整流成直流高压，供给变频磁控管。微处理器通过电压、电流采样单元采样输入交流电压与交流电流，经过处理后输出调频调宽的高频信号给驱动器驱动功率开关管工作。

上述控制方法中，微处理器需要处理大量工作，包括：功率开关管过电流保护、功率开关管过热保护、与上位机通信、功率控制、输出两路可调频且可调脉宽PWM信号，且两路PWM信号互补带死区控制，每工频周期需要采样尽量多的瞬时电压与电流信号，并及时进行计算输出控制信号。这样，微处理器的功能要求高，成本高，软件开发难度大，且由于处理器PWM模块频率限制，无法在成本不提高太多情况下完成更高频的控制方案。因此，有必要做进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种成本低廉、无PPC功率因数校正、电路简单、达到高频控制的变频微波炉电源控制系统，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电源控制电路，包括负责功率控制及通信的微处理器和负责驱动功率开关管的驱动器，其特征在于：还包括通信电路、电压采样电路、电流采样电路和主功率回路，微处理器通过通信电路通信连接上位机，电压采样电路和电流采样电路分别连接微处理器；所述主功率回路包括功率开关管、谐振电容、高压变压器；微处理器根据电压采样电路对主功率电路的电压信号进行采样，微处理器根据电流采样电路对主功率电路的电流信号进行采样，采样得到的数据用于功率控制输出PWM控制信号至驱动器驱动功率开关管运行。

一种用于上述变频微波炉电源控制电路的闭环控制方法，其特征在于：所述微处理器上电与上位机通信获得目标运行功率后，通过单工频周期分解多个瞬时电流闭环控制实现电流正弦波调节及功率因数校正；启动以后，微处理器根据过零信号分时采样主功率回路直流母线电压，计算出交流电压的有效值，计算公式如下：

式中，Urms为电压有效值，u₁，u₂，u₃，u_n为第1、2、3……n个电压瞬时值；

通过目标功率换算得到各采样点目标瞬时电流值，计算公式如下：

i＝I_m*Sin2πft

式中，P为目标功率，Irms为电流有效值，I_m为峰值电流，f为交流工频，t为时间，i为瞬时电流；

微处理器根据电流采样反馈调节输出PWM控制信号，实现正弦波调节，计算公式如下：

D_t＝D_t-1+K_p*Δi_t+K_i*Δi_sum

Δi_t＝i-i_t

Δi_sum＝Δi_t+Δi_t-1

式中，D_t为修正的输出占空比值，D_t-1为上一个输出占空比值，K_p为比例调节系数，Δi_t为当前电流采样偏差量，Δi_sum为电流采样偏差量累计值，K_i为积分调节系数，i为目标瞬时电流，i_t为电流采样值，Δi_t-1为上一个电流采样偏差量；

微处理器将上述修正后的PWM控制信号输出至驱动器驱动功率开关管，经过若干周期调节稳定后，电流信号可达到目标电流有效值所形成的正弦电流波形，且跟随电压波形，完成功率因素校正，功率达到上位机要求的目标功率。

本发明设置微处理器通过电压采样电路对主功率电路的电压进行多数据采样，以准确的计算出电压的有效值，再通过电压的有效值计算出电流的有效值，最终能够完成功率因数的校正。其具有成本低廉、无PPC功率因数校正、电路简单、达到高频控制的特点。

附图说明

图1为本发明一实施例的电路图。

图2为本发明一实施例的工作流程框线图。

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和图2，本变频微波炉电源控制电路，包括负责功率控制及通信的微处理器IC2、负责驱动功率开关管的驱动器、通信电路、电压采样电路、电流采样电路、主功率回路、输入交流桥式整流滤波电路、高压变压器单元和高压变压器次级整流单元；所述微处理器通过通信电路通信连接上位机，以获得目标运行功率及返回运行状态信息；电压采样电路和电流采样电路分别连接微处理器；所述主功率回路包括功率开关管、谐振电容、高压变压器；所述驱动器上设置有用于接收微处理器发送的PWM控制信号并转换为控制上下功率开关管IGBT工作的控制信号的驱动芯片；微处理器根据电压采样电路对主功率电路的电压信号进行采样，微处理器根据电流采样电路对主功率电路的电流信号进行采样，采样得到的数据用于功率控制输出PWM控制信号至驱动器驱动功率开关管运行。

进一步说，本结构中的驱动器可设定最大最小工作频率、死区时间和IGBT过电流保护阈值，输入单路PWM控制信号可完成驱动上下功率开关管。

进一步说，微处理器通过通信电路与上位机通信，接收上位机发送的脉冲信号得知需要运行的目标功率，再根据自身的运行状态返回信号给上位机。

进一步说，电压采样电路以电阻分压方式，将直流母线电压降低至微处理器可采样的0～5V电压，微处理器采样经过电阻分压后的电压，可按比例反算出直流母线电压值，但当系统开始运行起来后，由于母线连接的滤波电容的容值很小，存储的电量很快就被消耗掉，导致母线电压由平直的直流电压变成脉动直流电压，此时采样到的电压并不能直接计算出交流电压值。

进一步说，为解决上述问题，通过以下方法可得到交流电压的有效值：在一个工频周期内连续采样尽量多的电压数据，再将这些数据进行求均方根值，得出的数值即输入电压的有效值，鉴于直流母线连接的滤波电容很小，此电压有效值与电源进线交流电压很接近，基本可当作是输入交流电压有效值。

进一步说，电流采样电路通过放大电路对高压变压器原边电流进行滤波与放大可得到交流电流有效值，微处理器根据采样的电流有效值控制磁控管运行输入功率。

为实现功率控制与功率因数校正，本发明提出一种用于上述变频微波炉电源控制电路的闭环控制方法，所述微处理器上电与上位机通信获得目标运行功率后，通过单工频周期分解多个瞬时电流闭环控制实现电流正弦波调节及功率因数校正；启动以后，交流市电经过整流桥整流后输出脉动直流电压供给主回路变频控制单元，微处理器根据R1/R2电阻分压采样，再根据过零信号分时采样主功率回路直流母线电压瞬时值，微处理器在一个工频周期内连续采样多次电压数据，按照求均方根值方法求出电压有效值，计算公式如下：

(式中，Urms为电压有效值，u₁,u₂,u₃,u_n为第1、2、3……n个电压瞬时值)；

微处理器根据通信电路得知运行目标功率，通过上述采样得的交流电压有效值与目标功率计算得到目标电流有效值，只要微处理器将电流调节至目标电流有效值，且功率因数较高，最终运行功率将接近目标运行功率，即通过目标功率换算得到各采样点目标瞬时电流值，计算公式如下：

为了能够实现功率因数校正功能，微处理器根据定时采样点的相位求出各采样点的目标瞬时电流值，计算公式如下：

i＝I_m*Sin2πft

(式中，P为目标功率，Irms为电流有效值，I_m为峰值电流，f为交流工频，t为时间，i为瞬时电流)；

微处理器根据电流采样反馈调节输出PWM控制信号，实现正弦波调节，计算公式如下：

D_t＝D_t-1+K_p*Δi_t+K_i*Δi_sum

Δi_t＝i-i_t

Δi_sum＝Δi_t+Δi_t-1

(式中，D_t为修正的输出占空比值，D_t-1为上一个输出占空比值，K_p为比例调节系数，Δi_t为当前电流采样偏差量，Δi_sum为电流采样偏差量累计值，K_i为积分调节系数，i为目标瞬时电流，i_t为电流采样值，Δi_t-1为上一个电流采样偏差量)；

根据以上闭环控制，只要K_p与K_i调节系数设置得当，最终运行功率可快速达到目标功率稳定运行，且电流波形接近平滑的正弦波，完成功率因数校正。

微处理器将上述修正后的PWM控制信号输出至驱动器驱动功率开关管，经过若干周期调节稳定后，电流信号可达到目标电流有效值所形成的正弦电流波形，且跟随电压波形，完成功率因素校正，功率达到上位机要求的目标功率。

上述为本发明的优选方案，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 (2)

1.一种变频微波炉电源控制电路，包括负责功率控制及通信的微处理器和负责驱动功率开关管的驱动器，其特征在于：还包括通信电路、电压采样电路、电流采样电路和主功率回路，微处理器通过通信电路通信连接上位机，电压采样电路和电流采样电路分别连接微处理器；所述主功率回路包括功率开关管、谐振电容、高压变压器；微处理器根据电压采样电路对主功率电路的电压信号进行采样，微处理器根据电流采样电路对主功率电路的电流信号进行采样，采样得到的数据用于功率控制输出PWM控制信号至驱动器驱动功率开关管运行。

2.一种用于如权利要求1所述变频微波炉电源控制电路的闭环控制方法，其特征在于：所述微处理器上电与上位机通信获得目标运行功率后，通过单工频周期分解多个瞬时电流闭环控制实现电流正弦波调节及功率因数校正；启动以后，微处理器根据过零信号分时采样主功率回路直流母线电压，计算出交流电压的有效值：

$Urms=\frac{\sqrt{u_1^2+u_2^2+u_3^2+\mathrm{...}{u}_n^2}}{n}$

式中，Urms为电压有效值，u₁,u₂,u₃,u_n为第1、2、3……n个电压瞬时值；

通过目标功率换算得到各采样点目标瞬时电流值：

$Irms=\frac{P}{Urms}$

$I_m=\sqrt{2}*Irms$

i＝I_m*Sin2πft

式中，P为目标功率，Irms为电流有效值，I_m为峰值电流，f为交流工频，t为时间，i为瞬时电流；

微处理器根据电流采样反馈调节输出PWM控制信号，实现正弦波调节：

D_t＝D_t-1+K_p*Δi_t+K_i*Δi_sum

Δi_t＝i-i_t

Δi_sum＝Δi_t+Δi_t-1

式中，D_t为修正的输出占空比值，D_t-1为上一个输出占空比值，K_p为比例调节系数，Δi_t为当前电流采样偏差量，Δi_sum为电流采样偏差量累计值，K_i为积分调节系数，i为目标瞬时电流，i_t为电流采样值，Δi_t-1为上一个电流采样偏差量；

微处理器将上述修正后的PWM控制信号输出至驱动器驱动功率开关管，经过若干周期调节稳定后，电流信号可达到目标电流有效值所形成的正弦电流波形，且跟随电压波形，完成功率因素校正，功率达到上位机要求的目标功率。