李震 王春芳

摘要：針對微波爐用單管變頻電源軟開關(guān)的實現(xiàn)這一問題，設(shè)計了變頻電源的軟開關(guān)電路，利用電路仿真軟件對軟開關(guān)電路進行了仿真，根據(jù)設(shè)計與仿真結(jié)果搭建了實驗電路。實驗結(jié)果證明所設(shè)計的軟開關(guān)電路能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通，滿足設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：單管；變頻電源；軟開關(guān)

變頻微波爐憑借其效率高、重量輕、加熱均勻等優(yōu)點已經(jīng)受到了越來越多人的青睞，作為變頻微波爐核心的開關(guān)電源也隨之成為科研人員的研究熱點[14]。開關(guān)電源軟開關(guān)的實現(xiàn)既能提高電路效率又能增加電路可靠性，是電源電路設(shè)計的重點和難點。本文根據(jù)微波爐用單管逆變變頻電源的主電路工作特性，為其設(shè)計了一種軟開關(guān)電路，并進行了電路仿真和實驗驗證。

1 電路結(jié)構(gòu)及原理

圖1所示為設(shè)計的微波爐用單管逆變變頻電源的軟開關(guān)電路和部分主電路結(jié)構(gòu)圖，其中，Cp為主電路諧振電容，Lp為主電路變壓器原邊繞組電感，Q為主電路開關(guān)管，VD為開關(guān)管的反并聯(lián)二極管，R1、R2和 R3、R4為分壓電阻，C1為濾波電容，C2為緩沖電容。

諧振電容Cp上端電壓為母線電壓，下端電壓為開關(guān)管C極電壓，利用電阻R1、R2和 R3、R4將諧振電容Cp兩端電壓分壓后，分別接入單片機內(nèi)部比較器P端和N端，當P端的值大于N端時比較器輸出高電平，反之，比較器輸出低電平。若想實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通，需檢測開關(guān)管C極電壓Uce的過零點，根據(jù)文獻[5]可知單管逆變電路工作特性，即，諧振電容電壓Ucp在開關(guān)管關(guān)斷期間有兩處過零點，一處是在Uce上升到母線電壓時，一處是在Uce下降到母線電壓時，而Uce的過零點出現(xiàn)在Uce下降到母線電壓之后。為此所設(shè)計的R4分壓比稍大于R2分壓比，并在P、N端之間并聯(lián)一個小電容C2用作緩沖延時，這樣能夠滿足在Uce下降到零后單片機比較器輸出才為由高電平變?yōu)榈碗娖降南陆笛?。將比較器中斷模式控制寄存器配置為下降沿觸發(fā)中斷，即比較器輸出為下降沿時發(fā)出中斷信號，當單片機檢測到中斷信號時發(fā)出高電平驅(qū)動信號導通開關(guān)管，從而實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通。

2 仿真與實驗

2.1 軟開關(guān)電路仿真

根據(jù)所設(shè)計的軟開關(guān)電路，用仿真軟件進行了電路仿真，如圖2所示為仿真電路圖，圖中的comp_I4為邏輯比較器，用以模擬單片機內(nèi)部比較器。圖3為仿真波形圖，從中可以看出設(shè)計的軟開關(guān)電路能夠使比較器在電壓Uce下將為零之后產(chǎn)生下降沿信號。

2.2 軟開關(guān)電路實驗

根據(jù)電路的設(shè)計與仿真結(jié)果，搭建了實驗電路進行驗證。如圖4所示為實驗的軟開關(guān)波形圖，圖中Uce為開關(guān)管電壓，Uge為驅(qū)動電壓。可以看出，驅(qū)動電壓在Uce降為零后導通開關(guān)管，實現(xiàn)了開關(guān)管的零電壓開通，滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)論

開關(guān)電源軟開關(guān)的實現(xiàn)，既能提升電源效率，又能增加電源的運行可靠性。本文針對微波爐用單管逆變變頻電源軟開關(guān)的實現(xiàn)這一問題，根據(jù)單管逆變電路的工作特性設(shè)計了軟開關(guān)電路。通過仿真和實驗證明，所設(shè)計的軟開關(guān)電路能夠配合單片機內(nèi)部比較器產(chǎn)生中斷信號，實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通，同時又為單片機節(jié)省出來了一個中斷引腳用于檢測微波爐功率。

參考文獻：

[1]王春芳，張志勇，朱世盤.基于LLC諧振變換器的微波爐用高壓變頻電源[J].電工電能新技術(shù)，2013，32（3）：101104.

[2]湯勇.變頻微波爐電源用LLC諧振變換器開發(fā)[D].東華大學，2015.

[3]王春芳，徐勤超.變頻微波爐電源用LLC諧振變換器[J].電工技術(shù)學報，2012，（06）：103109.

[4]孫長嶺，張茂青，張婷姝，等.微波爐恒溫控制系統(tǒng)的研究[J].蘇州大學學報：工科版，2010，30（3）：3639.

[5]王春芳，陳杰民，李聃，等.零電壓導通、零電壓關(guān)斷單管無線電能傳輸電源[J].電工技術(shù)學報，2015，30（4）：203208.