CN113873704B - 一种磁控管的起动方法和变频电源 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种磁控管的起动方法，所述方法包括：在磁控管预热结束后，调整所述磁控管的阳极电压，以使所述阳极电压变为第一电压，所述第一电压低于所述磁控管的起振阈值电压；等待预设时间后，增大所述磁控管的阳极电压，以使所述阳极电压变为第二电压，所述第二电压高于或等于所述起振阈值电压，所述第二电压用于使所述磁控管起振。本发明提供的磁控管的起动方法，在磁控管预热阶段结束后，调整磁控管阳极电压，使磁控管阳极电压低于磁控管的起振阈值电压，从而使得磁控管阳极电压有机会穿越磁控管的起振阀值电压，保证磁控管能够正常起振以及正常工作。

Description

一种磁控管的起动方法和变频电源

技术领域

本发明实施例涉及电力电子领域，特别涉及一种磁控管的起动方法和微波电源。

背景技术

在直流变频微波电源中，通常为了降低成本，灯丝绕组和高压绕组共用变压器，在磁控管起动过程中，需要经历灯丝预热、磁控管起振以及加载三个阶段。

然而，现有的磁控管起动方法中，时常发生在灯丝预热结束后，磁控管进入跳模态，无法正常起振，如果无法正常起振，能量将无法有效发射到负载端，从而造成磁控管剧烈发热，磁控管损毁的严重后果。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种磁控管的起动方法和微波电源，使磁控管能够正常起振从而正常工作。

第一方面，提供一种磁控管的起动方法，所述方法包括：

在磁控管预热结束后，调整所述磁控管的阳极电压，以使所述阳极电压变为第一电压，所述第一电压低于所述磁控管的起振阈值电压；

等待预设时间后，增大所述磁控管的阳极电压，以使所述阳极电压变为第二电压，所述第二电压高于或等于所述起振阈值电压，所述第二电压用于使所述磁控管起振。

在一些实施例中，所述调整所述磁控管的阳极电压，包括：

停止向所述磁控管的阳极提供电压或降低所述磁控管的阳极电压。

第二方面，提供一种磁控管控制装置，所述装置包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够所述磁控管的起动方法。

在第三方面，提供一种微波电源，所述微波电源包括逆变电路、控制单元、变压电路和整流电路，所述变压电路包括第一输出端和第二输出端；

所述逆变电路的第一输入端连接电源，所述控制单元的第一输出端连接所述逆变电路的第二输入端，所述逆变电路的第二输入端为控制端，所述逆变电路的输出端连接所述变压电路的输入端，所述变压电路的第一输出端连接磁控管的灯丝，所述变压电路的第二输出端连接所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接所述磁控管的阳极；

所述控制单元用于：

在磁控管预热结束后，减小所述逆变电路的输出以降低所述磁控管的阳极电压，使所述阳极电压变为第一电压并使所述第一电压在预设时间内保持不变，所述第一电压低于所述磁控管的起振阈值电压；

增大所述逆变电路的输出以使所述阳极电压变为第二电压，所述第二电压高于或等于所述起振阈值电压，所述第二电压用于使所述磁控管起振。

在一些实施例中，所述减小所述逆变电路的输出,具体包括：

停止向所述逆变电路提供第一控制信号以使所述逆变电路的输出电压为0或调整所述第一控制信号以使所述逆变电路的输出电压变小。

在一些实施例中，所述增大所述逆变电路的输出，具体包括：

调整所述第一控制信号以使所述逆变电路的输出电压变大。

在一些实施例中，所述微波电源还包括开关电路；

所述开关电路的第一输入端用于连接所述电源，所述开关电路的第二输入端连接所述控制单元的第二输出端，所述开关电路的输出端连接所述逆变电路的第一输入端，所述开关电路的第二输入端为控制端；

所述控制单元还用于通过改变所述开关电路的输出以调整所述磁控管的阳极电压，使所述阳极电压变为第一电压或第二电压。

在一些实施例中，所述改变所述开关电路的输出，具体包括：

停止向所述开关电路提供第二控制信号以使所述开关电路的输出电压为0或调整所述第二控制信号以使所述开关电路的输出电压变大或变小。

在一些实施例中，所述第一控制信号和所述第二控制信号为PWM信号或PFM信号，所述第一控制信号和第二控制信号由所述控制单元提供。

在一些实施例中，所述调整所述第一控制信号和第二控制信号具体包括：

增大或减小所述第一控制信号的占空比/升高或降低所述第一控制信号的频率；

或，

增大或减小所述第二控制信号的占空比/升高或降低所述第二控制信号的频率。

在一些实施例中，所述微波电源还包括滤波电路；

所述滤波电路的输入端用于连接所述电源，所述滤波电路的输出端连接所述开关电路的第一输入端；

所述滤波电路用于将所述电源的输出进行滤波。

本申请实施例与现有技术相比，至少具有以下有益效果：在灯丝预热结束后，加入阳极电压复位阶段，在此阶段中，调整磁控管阳极电压，使磁控管阳极电压低于磁控管的起振阈值电压，摆脱跳模态，从而使得磁控管阳极电压有机会穿越磁控管的起振阀值电压，并将磁控管阳极电压钳位于起振阈值电压，从而保证磁控管能够正常起振以及正常工作。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是理想状态下磁控管的起动过程示意图；

图2是实际工作中磁控管的起动过程示意图；

图3是本发明一实施例中磁控管的起动过程示意图；

图4是本发明一实施中微波电源的硬件结构图；

图5是本发明一实施例中的磁控管控制装置的硬件结构图；

图6是本发明又一实施例中的微波电源的硬件结构图；

图7是本发明一实施例中的微波电源的电路结构图；

图8是本发明磁控管的起动方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，理想的磁控管起动过程经历三个阶段，灯丝预热阶段(t1-t2时段)、起振阶段(t2-t3时段)和加载阶段(t3-t4时段)。为使磁控管的灯丝得到快速预热，通常会在磁控管灯丝预热阶段为磁控管灯丝施加一高于灯丝正常工作电压的电压。而由于磁控管的灯丝绕组和高压绕组共用变压器，灯丝绕组与高压绕组相耦合，当磁控管灯丝电压高于正常工作电压时，磁控管阳极电压也高于正常工作电压。

在一些实施例中，请再次参阅图1，在灯丝预热阶段，磁控管阳极电压约-6.5KV，高于正常阳极电压-4.2KV，此时灯丝电压也显著大于正常工作时灯丝电压，磁控管得以快速预热；在起振阶段，灯丝温度高于发射温度，开始发射电子，在理想状态下，阳极电压会下降到-4.2KV，磁控管开始起振，阳极电流出现，随着灯丝温度进一步上升并稳定发射电子，磁控管处于稳定振荡状态；在加载阶段，再逐步增加磁控管输出功率，达到设定功率，随着磁控管功率的增加，阳极电压也略有上升。

然而在实际工作中，请参阅图2，由于磁控管以及负载系统的差异，在预热阶段结束后，磁控管阳极电压可能无法回落到正常工作电压，而是钳位在跳模电压，从而造成磁控管工作异常，在磁控管的跳模态，能量无法有效发射到负载端，造成磁控管剧烈发热，从而引起磁控管损毁。

在一些实施例中，请再次参阅图2，在灯丝预热阶段(t1-t2时段)，磁控管阳极电压约为-6.5KV，在起振阶段(t2-t3时段)，磁控管阳极电压无法回落到-4.2KV的正常工作电压，而是钳位在-4.9KV的跳模电压。

为了解决上述问题，请参阅图3，本发明实施例在磁控管灯丝预热阶段之后以及磁控管的起振阶段之前，设置一磁控管阳极电压复位阶段(t2-t3时段)，在此阶段内，先让磁控管阳极电压回落至磁控管的起振阈值电压以内，磁控管得以摆脱跳模态，从而使得其阳极电压有机会再次穿越磁控管起振阈值电压，当磁控管阳极电压达到起振阈值电压时，磁控管正常起振，由于磁控管特性的影响，磁控管阳极电压钳位于起振阈值电压，因此磁控管阳极电压不会继续上升到跳模电压，磁控管得以顺利起振而进入正常工作状态。在一些实施例中，请再次参阅图3，磁控管的起振阈值电压为-4.2KV，磁控管的跳模电压为-4.9KV。

本发明实施例提供的磁控管的起动方法，可以应用于微波电源，图4示出了一种微波电源的硬件结构，如图4所示，微波电源100包括逆变电路10、变压电路20、控制单元30和整流电路40。逆变电路10的第一输入端用于连接电源，控制单元30的第一输出端连接逆变电路10的第二输入端，逆变电路10的第二输入端为控制端，逆变电路10的输出端连接变压电路20的输入端，变压电路20的第一输出端连接磁控管的灯丝，变压电路20的第二输出端连接整流电路30的输入端，整流电路30的输出端连接磁控管的阳极。需要说明的是，逆变电路20、变压电路30、控制单元40和整流电路50的模块或电路中的结构为现有技术，在此不再赘述，请参见现有技术。

在一些实施例中，控制单元30包括控制器，该控制器通过向逆变电路10发送一定工作频率和占空比的PWM或PFM信号，以控制逆变电路10的输出变大或变小，从而达到调整磁控管阳极电压的效果。

在磁控管预热结束后，进入磁控管阳极电压复位阶段，在此阶段中，控制单元30通过调整第一控制信号减小逆变电路10的输出以降低磁控管的阳极电压，使磁控管的阳极电压变为第一电压，该第一电压低于磁控管的起振阈值电压。在一些实施例中，将磁控管的阳极电压调整至0至-3KV范围内，从而保证磁控管阳极电压低于磁控管的起振阈值电压，具体的，控制单元30通过停止向逆变电路10发送PWM信号或PFM信号，使逆变电路10的输出电压为0，变压电路20的输出电压也为0，从而使磁控管阳极电压也降为0；在其他一些实施例中，也可根据逆变电路10的具体电路拓朴，通过增大或减小PWM信号占空比，使磁控管阳极电压降为-3KV以内；在其他一些实施例中，也可通过升高或降低PFM信号的频率，使磁控管阳极电压降为-3KV以内。需要说明的是，磁控管阳极电压复位阶段持续的时间不能太久，以避免灯丝温度过度降低从而不能正常发射电子而造成磁控管起动失败。在一些实施例中，可将磁控管阳极电压复位阶段的持续时间设为1秒以下。复位阶段维持的时间长度可以根据实际需求进行设定，在此不做限定。

在等待预设时间后，控制单元30通过调整PWM信号的占空比或PFM信号的频率，增大逆变电路10的输出以使变压电路20向磁控管阳极施加的第二电压升高，该第二电压用于使磁控管起振，该第二电压大于或等于磁控管起振阈值电压。

本发明实施例提供了一种微波电源，在磁控管灯丝预热结束后，进入磁控管阳极电压复位阶段，在此阶段中，磁控管阳极电压低于磁控管的起振阈值电压，磁控管得以摆脱跳模态，从而使得其阳极电压有机会穿越磁控管的起振阀值电压，而且磁控管阳极电压钳位于起振阈值电压，从而保证磁控管能够正常起振以及正常工作。

在一些实施例中，请参考图5，微波电源还包括开关电路50。开关电路50的第一输入端用于连接电源，开关电路50的第二输入端连接控制单元30的第二输出端，开关电路50的输出端连接逆变电路10的第一输入端，开关电路50的第二输入端为控制端；控制单元30通过改变开关电路50的输出以调整磁控管的阳极电压，使磁控管阳极电压变为第一电压或第二电压。在一些实施例中，该第一电压的取值范围是0至-3KV，以保证磁控管阳极电压低于磁控管的起振阈值电压；该第二电压大于或等于-4.2KV，以使磁控管正常起振。具体的，控制单元30通过停止向开关电路50发送PWM信号或PFM信号，使逆变电路10的输入电压和输出电压均为0，即变压电路20的输出电压为0，从而使磁控管阳极电压也为0；在其他一些实施例中，也可根据开关电路60的具体电路拓朴，通过增大或减小PWM信号占空比/升高或降低PFM信号的频率使开关电路50的输出变小或变大，从而使磁控管阳极电压降为-3KV以内或升高至-4.2KV及以上；在其他一些实施例中，也可通过增大/减小PWM信号或升高/降低PFM信号的频率使开关电路60的输出变小或变大，使磁控管阳极电压降为-3KV以内或升高至-4.2KV及以上。

在一些实施例中，请再次参考图5，微波电源还包括滤波电路60。滤波电路60的输入端用于连接电源，滤波电路60的输出端连接开关电路20的第一输入端，滤波电路60用于对上述电源的输出进行滤波处理。

本发明实施例提供的磁控管的起动方法，还可以应用于一种磁控管控制装置，图6示出了一种磁控管控制装置的硬件结构，如图6所示，所述磁控管控制装置200包括处理器70和存储器80。其中，处理器70可以为一个或多个，图6中以一个处理器70为例。

处理器70和存储器80可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。处理器70可包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、控制器、现场可编程门阵列(FPGA)设备等。处理器70还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或者任何其它此类配置。

其中，存储器80作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器70通过运行存储在存储器80中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行本发明任一实施例的磁控管的起动方法。

存储器80可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。

图7示出了一种微波电源的电路结构，如图7所示，该微波电源包括滤波电路、开关电路、控制单元、逆变电路、变压电路和整流电路；滤波电路包括第一电容C1、第二电容C2和第一电感L1，开关电路包括第一NPN三极管Q1和第三电容C3，控制单元包括控制器，逆变电路包括第二NPN三极管Q2、第三NPN三极管Q3，变压电路包括高压变压器T，整流电路包括第四电容C4、第一二极管D1。

第一电容C1的第一端分别连接外部电源的正极和第一电感L1的第一端，第一电感的第二端分别连接第二电容的第一端和第一NPN三极管的集电极，第一电容C1的第二端分别与直流电源的负极和第二电容C2的第二端相连；第一NPN三极管Q1的发射极分别连接第三电容C3的第一端和高压变压器T的原边绕组的第三端，第一NPN三极管Q1的基极连接控制器的第一输出端，第三电容C3的第二端分别连接第二电容C2的第二端、第二NPN三极管Q2的发射极和第三NPN三极管Q3的发射极；第二NPN三极管Q2的集电极连接高压变压器T的原边绕组的第一端，第二NPN三极管Q2的基极连接控制器的第二输出端，第三NPN三极管Q3的集电极连接高压变压器T的原边绕组的第三端，第三NPN三极管Q3的基极连接控制器的第三输出端；高压变压器T的副边第一绕组连接磁控管的灯丝，高压变压器T的副边第二绕组的第一端连接第四电容C4的第一端，第四电容C4的第二端分别连接第一二极管D1的阳极和磁控管灯丝的第二端，第一二极管D1的阴极分别连接高压变压器T的副边第二绕组的第二端和磁控管阳极。

该微波电源的工作过程如下：

在磁控管灯丝预热结束后，进入磁控管阳极电压复位阶段，即控制器减小开关电路或逆变电路的输出将磁控管的阳极电压调整为低于磁控管的起振阈值电压，使得磁控管阳极电压有机会穿越磁控管的起振阀值电压，保证磁控管能够正常起振并正常工作，在本实施例中，磁控管的起振阈值电压为-4.2KV，在此阶段，将磁控管的阳极电压调整至0至-3KV的范围内，以保证磁控管的阳极电压始终低于磁控管的起振阈值电压。

将磁控管阳极电压调整为低于磁控管的起振阈值电压，可通过以下方式实现：控制器可以停止向开关电路或逆变电路发送PWM信号或PFM信号，从而使开关电路或逆变电路的输出电压为0，也即高压变压器的输出为0，从而使磁控管阳极电压也为0；控制器也可以通过减小开关电路或逆变电路的PWM信号的占空比，使逆变电路的输出电压变小，也即高压变压器的输出变小，从而使磁控管阳极电压降为-3KV以内；控制器也可以通过降低开关电路或逆变电路的PFM信号的频率，使逆变电路的输出电压变小，也即高压变压器的输出变小，使磁控管阳极电压降为-3KV以内。在本实施例中，限定磁控管阳极电压复位阶段的持续时间小于1秒，以避免灯丝温度过度降低从而不能正常发射电子而造成磁控管起动失败。

在磁控管的起振阶段，控制器增大开关电路或逆变电路的输出将磁控管的阳极电压调整为高于或等于磁控管的起振阈值电压，使得磁控管阳极电压成功穿越磁控管的起振阀值电压，由于磁控管特性的影响，磁控管阳极电压将钳位于起振阈值电压，因此磁控管阳极电压不会继续上升到跳模电压，磁控管得以顺利起振而进入正常工作状态，在本实施例中，调整磁控管阳极电压高于磁控管起振电压的控制原理与调整磁控管阳极电压低于磁控管起振电压的控制原理相似，在此不做赘述。

本发明实施例还提供了一种磁控管的起动方法，可以应用于图4、图5或图7所示的微波电源以及图6所示的磁控管控制装置，如图8所示，所述方法包括：

S801：在磁控管预热结束后，调整所述磁控管的阳极电压，以使所述阳极电压变为第一电压，所述第一电压低于所述磁控管的起振阈值电压。

具体的，停止向所述磁控管的阳极提供电压或降低所述磁控管的阳极电压。在一些实施例中，使控制单元停止向磁控管的电源系统输出PWM或PFM信号，或改变PWM信号的占空比/PFM信号的频率，以控制磁控管的电源系统向磁控管阳极施加的电压低于磁控管的起振阈值电压，使得磁控管阳极电压有机会穿越磁控管的起振阀值电压，保证磁控管能够正常起振从而正常工作。

S802：等待预设时间后，增大所述磁控管的阳极电压，以使所述阳极电压变为第二电压，所述第二电压高于或等于所述起振阈值电压，所述第二电压用于使所述磁控管起振。

具体的，调整控制单元发送的PWM信号的占空比或PFM信号的频率，以使磁控管的阳极电压大于或等于磁控管的起振阈值电压，使得磁控管阳极电压成功穿越磁控管的起振阀值电压，由于磁控管特性的影响，磁控管阳极电压将钳位于起振阈值电压，因此磁控管阳极电压不会继续上升到跳模电压，磁控管得以顺利起振而进入正常工作状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种微波电源，其特征在于，所述微波电源包括：逆变电路、控制单元、变压电路和整流电路，所述变压电路包括第一输出端和第二输出端；

所述逆变电路的第一输入端用于连接电源，所述控制单元的第一输出端连接所述逆变电路的第二输入端，所述逆变电路的第二输入端为控制端，所述逆变电路的输出端连接所述变压电路的输入端，所述变压电路的第一输出端连接磁控管的灯丝，所述变压电路的第二输出端连接所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接所述磁控管的阳极；

所述控制单元用于：

在磁控管预热结束后，减小所述逆变电路的输出以降低所述磁控管的阳极电压，使所述阳极电压变为第一电压并使所述第一电压在预设时间内保持不变，所述第一电压低于所述磁控管的起振阈值电压；

等待预设时间后，增大所述逆变电路的输出以使所述阳极电压变为第二电压，所述第二电压高于或等于所述起振阈值电压，所述第二电压用于使所述磁控管起振；

所述微波电源还包括开关电路；

所述开关电路的第一输入端用于连接所述电源，所述开关电路的第二输入端连接所述控制单元的第二输出端，所述开关电路的输出端连接所述逆变电路的第一输入端，所述开关电路的第二输入端为控制端；

所述控制单元还用于通过改变所述开关电路的输出以调整所述磁控管的阳极电压，使所述阳极电压变为所述第一电压或所述第二电压。

2.根据权利要求1所述的微波电源，其特征在于，所述减小所述逆变电路的输出，具体包括：

停止向所述逆变电路提供第一控制信号以使所述逆变电路的输出电压为0或调整所述第一控制信号以使所述逆变电路的输出电压变小。

3.根据权利要求2所述的微波电源，其特征在于，所述增大所述逆变电路的输出，具体包括：

调整所述第一控制信号以使所述逆变电路的输出电压变大。

4.根据权利要求3所述的微波电源，其特征在于，所述改变所述开关电路的输出，具体包括：

停止向所述开关电路提供第二控制信号以使所述开关电路的输出电压为0或调整所述第二控制信号以使所述开关电路的输出电压变大或变小。

5.根据权利要求4所述微波电源，其特征在于，所述第一控制信号和所述第二控制信号为PWM信号或PFM信号，所述第一控制信号和第二控制信号由所述控制单元提供。

6.根据权利要求5所述微波电源，其特征在于，调整所述第一控制信号以使所述逆变电路的输出电压变小，包括：

调整所述第一控制信号的占空比或者调整所述第一控制信号的频率；

或，

调整所述第二控制信号的占空比或者调整所述第二控制信号的频率。

7.根据权利要求6所述的微波电源，其特征在于，所述微波电源还包括滤波电路；

所述滤波电路的输入端用于连接所述电源，所述滤波电路的输出端连接所述开关电路的第一输入端；

所述滤波电路用于将所述电源的输出进行滤波。