專利名稱：磁控管驅動電源及控制方法
技術領域：
本發明涉及電源變換技術，尤其涉及一種給磁控管供電的高頻開關電源及其控制方法。
背景技術：
磁控管能將直流電能轉變成微波能，是微波爐的核心器件。磁控管驅動電源把日常的交流電能變成直流電能，為微波管的工作創造條件。磁控管陰極即電子的發射體，連續波磁控管常用直熱式陰極，它由鎢絲或純鎢絲繞成螺旋形狀燈絲，通電流加熱到規定溫度后就具有發射電子的能力。這種陰極加熱電流大，磁控管工作時陰極接負高壓。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。為防止因電子回轟而使陽極過熱，磁控管工作穩定后應按規定降低陰極電流以延長使用壽命。
傳統的磁控管驅動電源為工頻變壓器驅動，其功率是不能控制的，而且浪費了大量資源，對微波功率的控制也只能采用時間通斷控制，實現功率調節，因此多年來采用高頻開關電源對磁控管供電方面有很多研究，如日本松下公司在中國申請的專利號為CN98802817.4的磁控管驅動電源，如圖1所示，該電源采用燈絲電路和高壓電路集成一體化的方案，燈絲電源和高壓電源采用同一變壓器供電，其控制采用定開通時間，變關斷時間的方式控制功率，能夠實現功率調節，但是存在如下問題1、兩個開關管應力不同，因為采用一個開關管進行主開關管關斷時電壓鉗位，以防止主開關管過壓，主要原因是在開機過程中，輸出電壓達到7KV左右，而在磁控管正常工作時其電壓在4KV左右，因此在電源開機后，磁控管啟動過程中，主開關管電壓尖峰很高。2、輸出端二極管應力不同，特別是當燈絲電路接觸不良，高壓電路接觸不良或開路時輸出高壓二極管存在過壓擊穿的危險；3、功率調節范圍有限(實際中在50％～100％的范圍調節)。4、最大的問題，因為高壓電路和燈絲電路集成一體化，該電源要求磁控管燈絲電路感抗較小，以保證進行變頻控制時燈絲電流的變化在允許的范圍之內，使得松下的變頻電源只能采用松下的高頻磁控管(或經過改進后燈絲感抗較小的磁控管)，這樣就對開關電源的應用造成了障礙，阻礙了市場的發展。
傳統的磁控管驅動電源采用雙開關控制，其成本較高，其控制方法也比較復雜，影響了市場的普及與開拓。
發明內容
本發明的目的在于提供一種磁控管驅動電源及控制方法，能夠適用于不同的磁控管，并實現多重保護，提高可靠性。
本發明進一步的目的在于提供一種單開關管式磁控管驅動電源及控制方法，可以降低成本，適合大眾應用。
本發明的技術方案如下一種磁控管驅動電源，包括電源端、與電源端相連接的高壓電路，對高壓電路進行控制驅動的第一邏輯控制電路，其特征在于還包括燈絲電路，其輸入與所述電源端相連接，并包括對燈絲電路進行控制驅動的第二邏輯控制電路。
本發明進一步的改進在于所述高壓電路包括順次連接的整流濾波電路、包含變壓器原邊的諧振支路和開關管，變壓器的副邊輸出。
本發明進一步的改進在于所述諧振支路包括相互并聯的變壓器的原邊和電容，并聯后的諧振支路后與開關管相串聯。
本發明進一步的改進在于所述諧振支路包括相互串聯的變壓器的原邊和電容，電容與開關管相并聯。
本發明進一步的改進在于所述變壓器副邊輸出電路包括第六二極管的陰極和第五二極管的陽極相連接；第五二極管的陰極輸出；第六二極管的陽極接輸出端；第五電容和第六電容串聯后連接于第五二極管和第六二極管的兩端；變壓器副邊一端與兩個二極管的連接點相連，另一端與兩個電容的連接點相連；或者所述變壓器副邊輸出電路包括電容與二極管的順次連接成串聯支路后與變壓器副邊并聯；二極管的陰極和陽極為兩個輸出端。
本發明進一步的改進在于所述的燈絲電路為半橋諧振電路，包括由第二開關管、第三開關管和電阻順次連接成的開關管支路，變壓器的原邊和電容連接成諧振支路后與第四開關管相并聯，變壓器的副邊輸出。
本發明進一步的改進在于所述的燈絲電路為單管諧振電路，包括單個開關管組成的開關管支路，變壓器的原邊和電容連接成諧振支路后與開關管相連接，變壓器的副邊輸出。
上述磁控管驅動電源的控制方法，其高壓電路控制特征為變頻控制，其中開關管關斷時間由主電路參數決定，開通時間由控制電路決定，開通時間長時開關頻率低時輸出功率大，開通時間短時開關頻率高時輸出功率小；所述控制電路檢測輸入電流和輸入電壓，進行反饋調節，以控制輸入電壓在一定范圍內變化時輸出功率穩定，從而實現微波輸出功率穩定一種磁控管驅動電源采用半橋燈絲電路的控制方法，對于所述燈絲電路中的一個開關管開通時間固定，另一只開關管開通時間隨反饋進行變化，通過給定的變化，在一個開關周期內增加開通時間能夠實現磁控管啟動時有較大的電流進行加熱；在一個開關周期內通過縮短開關管開通時間，能夠實現磁控管以較小的恒定電流正常工作。
一種磁控管驅動電源采用單管燈絲電路的控制方法，開關管關斷時間由主電路參數決定，開通時間由反饋決定，通過給定的變化，在一個開關周期內增加開通時間實現磁控管有較大的電流進行加熱，通過縮短開關管開通時間，保證磁控管以較小的恒定電流正常工作。
本發明通過分開燈絲電路和高壓電路的電源方案，能夠適用于不同的磁控管，特別是普通的采用工頻變壓器供電的磁控管不經任何改造能夠使用該開關電源實現對磁控管的驅動，而且能夠實現對輸入功率的進行小于最大功率的任意控制，并實現燈絲電流小，輸出高壓過壓等多重保護，提高可靠性。高壓電路采用單管，降低了成本，具有廣闊的市場前景。
圖1為背景技術中松下公司的一體化電源方案；圖2為高壓部分電路原理圖；圖3為高壓部分諧振電容接地的電路原理圖；圖4A為輸出采用單管倍壓整流方式的電路原理圖；圖4B為輸出采用單管倍壓整流方式的另一電路原理圖；圖5為高壓電路的控制原理框圖；圖6為圖5電路工作時開關管的電壓波形圖；圖7為采用半橋諧振的燈絲電路圖；圖8為采用單管諧振的燈絲電路圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的闡述本發明的基本思路是磁控管驅動電源，包括燈絲電路和高壓電路，分別采用獨立的電源；其中高壓電路采用單管諧振變換器。燈絲電路可以采用半橋諧振或單管諧振的方式，半橋諧振通過調節開關頻率實現對電流的調節，單管方案通過調節開通時間對燈絲電流進行控制。
本發明的高壓部分主電路見圖2。如圖所示，輸入的交流或直流經整流橋101整流后，經電感L1和電容C1濾波后輸出，該濾波電路的特征是其中的電容C1不采用大的電解電容進行平波處理，因此和普通的變換器有較大的差別，如果為交流輸入，濾波后的電壓為整流后的脈動波。濾波后的電壓供給單管諧振變換器，為縮小變換器的體積，諧振電感可以集成在變壓器中，為實現原副邊的隔離，該電路中變壓器采用分槽繞制的方法，因此原副邊存在較大漏感，該漏感作為電路的諧振電感參與電路工作，同時變壓器原邊有氣隙，因此原邊集磁電感較小，也可以參與電路工作，因此該變壓器實現了集成漏感和激磁電感的功能。該變換器是一個單管諧振變換器。具體電路包括順次連接的變壓器的原邊L2和開關管Q1，電容C2和變壓器原邊L2并聯。
變壓器副邊電路如下第六二極管D6的陰極和第五二極管D5的陽極相連接；第五二極管D5的陰極接磁控管的陽極；第六二極管D6的陽極接磁控管的陰極(燈絲端)；第五電容C5和第六電容C6串聯后連接于第五二極管D5和第六二極管D6的兩端。變壓器副邊L3一端與兩個二極管的連接點相連，另一端與兩個電容的連接點相連。
其中諧振電容也可以接為圖3方式，即諧振電容C202與開關管Q1并聯。
在圖2和圖3所示高壓電路的基礎上，變壓器副邊輸出可以采用單管整流的倍壓方式，因此電路可以演變為圖4A和圖4B的兩種方式。副邊單管整流電路的具體連接方式為變壓器副邊L3與二極管D7、電容C7順次連接成閉合回路，磁控管的陽極與二極管D7的陰極連接，磁控管的陰極與二極管D7的陽極連接。
圖5畫出了開關管Q1的控制電路，圖6為開關管工作時兩端電壓波形。電路控制電路工作原理說明如下反饋控制芯片可以采用如IR2153，L6569或其它類似的芯片實現，控制電路檢測原邊電流和輸入電壓值，通過運算電路102進行調節運算后，根據輸出結果調節開關頻率。控制采用變頻控制，通過控制電路的調節，自動適應電路參數，控制電路運算結果決定了開關管的開通時間，開關管的關斷時間由主電路參數確定。開關管關斷后，變壓器原邊漏感，原邊激磁電感，副邊電壓和諧振電容進行并聯諧振，當諧振電壓諧振到開關管兩端電壓低于輸入母線電壓一定值時，開關管再次導通，導通時間由反饋結果決定。因此對該變換器的控制基本上是關斷時間由主電路工作狀態確定，通過改變開關管開通時間進行調節，在一個開關周期內，開通時間短(開關頻率高)時輸出功率小，開通時間長(開關頻率低)時輸出功率大，因此調節開關頻率，可以控制輸出功率大小。一般在較大負載情況下，可以實現開關管兩端電壓諧振到零，此時可以實現零電壓開通，同時由于采用較大的諧振電容，關斷時開關管兩端電壓上升較慢，此時相當于零電壓關斷，因此本電路可以實現主開關管零電壓導通和關斷，能夠提高效率，改善EMI性能，減小對電網的干擾。
本發明所述的磁控管驅動電源通過給定的變化能夠實現對高壓部分輸入功率的方便控制，從而實現對微波功率的控制，特別的是當輸入電壓變化時，能夠通過適當的控制，使得輸入功率基本穩定，從而保證輸出微波功率基本穩定。
燈絲電路可以采用半橋諧振或單管諧振方案，其實現及工作原理分析如下燈絲電路采用半橋諧振電路及控制原理如圖7所示。主電路為輸入的交流或直流經整流橋整流后，經電感L9和電容C9濾波后輸出。濾波后的電壓供給半橋諧振變換器，為縮小變換器的體積，諧振電感可以集成在變壓器中，利用變壓器漏感作為諧振電感。具體電路包括順次連接的第二開關管Q2、第三開關管Q3，電流采樣電阻R，變壓器的原邊L4和電容C401串聯成諧振支路后與第三開關管Q3相并聯。
變壓器副邊輸出接磁控管的燈絲。
控制電路中可以采用IR2153或L6569或其它相似的控制芯片，這些芯片集成了驅動和PWM產生功能，為實現電流控制，電路中有通過電阻R的電流反饋回路，電流反饋的結果控制半橋中一個開關管的開通時間，如控制第三開關管Q3開通時間固定，第二開關管Q2開通時間隨反饋變化，該電路及控制能夠控制燈絲電流恒定，通過給定的變化，即通過給定開機時較大的電流給定值，正常工作后較小的電流給定值，可以實現在開機時以較大的電流加熱燈絲，正常工作時以恒定的電流工作，從而保證能夠快速啟機及工作的可靠性。
燈絲單管諧振電路及控制原理如圖8所示。主電路為輸入的交流或直流經整流橋整流后，經電感L9和電容C9濾波后輸出。濾波后的電壓供給單管諧振變換器，為縮小變換器的體積，諧振電感可以集成在變壓器中，利用變壓器漏感作為諧振電感。具體電路包括單個的開關管Q4，變壓器的原邊L4和電容C402并聯成諧振支路后與開關管Q4串聯。反饋及控制電路檢測電流并進行反饋控制，根據反饋結果確定導通時間，同時控制電路能夠自動檢測開關管兩端電壓及輸入電壓，保證電壓諧振到諧振電感L4兩端電壓低于輸入電壓時開通開關管Q4，這樣能夠降低開通損耗，提高效率，通過適當的控制，可實現開關管兩端電壓為零時開通，從而實現零電壓開通；同樣的該電路及控制能夠控制燈絲電流恒定。圖中的反饋及控制電路進行反饋調節，確定開關管的開通時間；開關管的關斷時間由主電路參數確定。通過給定的變化，即通過給定開機時較大的電流給定值，正常工作后較小的電流給定值，適當設置主電路參數和控制電路參數，能夠保證磁控管啟動時有較大的電流進行加熱，正常工作后以較小的恒定電流保證磁控管可靠工作，從而保證能夠快速啟機及工作的可靠性。通過適當的邏輯控制，能夠實現燈絲電流過低，輸入過流，高壓過壓，散熱器過溫等保護，從而提高可靠性。
如上所述的主電路和控制方法，可以應用于直流輸入情況下，此時可以取消輸入整流橋，或保留輸入整流橋作為防止輸入反相功能。
本發明所述磁控管驅動電源，由于燈絲電路和高壓電路分開，因此有很強的適應性，當不同廠家或不同批次的磁控管參數在一定范圍偏差時，仍能夠保證磁控管的正常工作。
權利要求
1.一種磁控管驅動電源，包括電源端、與電源端相連接的高壓電路，對高壓電路進行控制驅動的第一邏輯控制電路，其特征在于還包括燈絲電路，其輸入與所述電源端相連接，并包括對燈絲電路進行控制驅動的第二邏輯控制電路。
2.根據權利要求1所述的磁控管驅動電源，其特征在于所述高壓電路包括順次連接的整流濾波電路、包含變壓器原邊的諧振支路和開關管(Q1)，變壓器的副邊輸出。
3.根據權利要求2所述的磁控管驅動電源，其特征在于所述諧振支路包括相互并聯的變壓器的原邊(L2)和電容(C2)，并聯后的諧振支路后與開關管(Q1)相串聯。
4.根據權利要求2所述的磁控管驅動電源，其特征在于所述諧振支路包括相互串聯的變壓器的原邊(L2)和電容(C202)，電容(C202)與開關管(Q1)相并聯。
5.根據2至4任一權利要求所述的磁控管驅動電源，其特征在于所述變壓器副邊輸出電路包括第六二極管(D6)的陰極和第五二極管(D5)的陽極相連接；第五二極管(D5)的陰極輸出；第六二極管(D6)的陽極接輸出端；第五電容(C5)和第六電容(C6)串聯后連接于第五二極管(D5)和第六二極管(D6)的兩端；變壓器副邊(L3)一端與兩個二極管的連接點相連，另一端與兩個電容的連接點相連；或者所述變壓器副邊輸出電路包括電容(C7)與二極管(D7)的順次連接成串聯支路后與變壓器副邊(L3)并聯；二極管(D7)的陰極和陽極為兩個輸出端。
6.根據權利要求1所述的磁控管驅動電源，其特征在于所述的燈絲電路為半橋諧振電路，包括由第二開關管(Q2)、第三開關管(Q3)和電阻(R)順次連接成的開關管支路，變壓器的原邊(L4)和電容(C401)連接成諧振支路后與第四開關管(Q4)相并聯，變壓器的副邊輸出。
7.根據權利要求1所述的磁控管驅動電源，其特征在于所述的燈絲電路為單管諧振電路，包括單個開關管(Q4)組成的開關管支路，變壓器的原邊(L4)和電容(C402)連接成諧振支路后與開關管(Q4)相連接，變壓器的副邊輸出。
8.根據2至4任一權利要求所述磁控管驅動電源的控制方法，其高壓電路控制特征為變頻控制，其中開關管關斷時間由主電路參數決定，開通時間由控制電路決定，開通時間長時開關頻率低時輸出功率大，開通時間短時開關頻率高時輸出功率小；所述控制電路檢測輸入電流和輸入電壓，進行反饋調節，以控制輸入電壓在一定范圍內變化時輸出功率穩定，從而實現微波輸出功率穩定。
9.一種根據權利要求6所述磁控管驅動電源的控制方法，其特征在于對于所述燈絲電路中的一個開關管開通時間固定，另一只開關管開通時間隨反饋進行變化，通過給定的變化，在一個開關周期內增加開通時間能夠實現磁控管啟動時有較大的電流進行加熱；在一個開關周期內通過縮短開關管開通時間，能夠實現磁控管以較小的恒定電流正常工作。
10.一種根據權利要求7所述磁控管驅動電源的控制方法，其特征在于開關管關斷時間由主電路參數決定，開通時間由反饋決定，通過給定的變化，在一個開關周期內增加開通時間實現磁控管有較大的電流進行加熱，通過縮短開關管開通時間，保證磁控管以較小的恒定電流正常工作。
全文摘要
本發明公開了一種磁控管驅動電源及控制方法，電源包括電源端、與電源端相連接的高壓電路，對高壓電路進行控制驅動的第一邏輯控制電路，還包括燈絲電路，其輸入與所述電源端相連接，并包括對燈絲電路進行控制驅動的第二邏輯控制電路。其方法為對于高壓功率部分，采用變頻控制，通過開關頻率的調節對輸入功率進行調節，通過電壓前饋，保證輸入電源電壓變化時輸出功率大致穩定；燈絲電路采用半橋電路或單管電路，半橋電路一個開關管開通時間固定，另一只開關管開通時間隨反饋進行變化。單管電路關斷時間由主電路決定，開通時間由反饋進行控制。本發明采用燈絲電路和高壓電路分開的方案，對磁控管有很強的適應能力，高壓電路采用單管，降低了成本。
文檔編號H02M3/33GK101072462SQ20061006259
公開日2007年11月14日 申請日期2006年9月13日 優先權日2006年9月13日
發明者阮世良 申請人:阮世良