一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统，属于微波应用器设备技术领域。本实用新型专利技术包括市电整流滤波电路、LCC谐振变换器电路、辅助电源电路、输入电压、电流检测电路、光偶隔离与驱动电路、输出电流检测与放大电路、功率给定控制板、灯丝供电电路、微处理器；本实用新型专利技术通过全桥移相LCC谐振网络使输出功率连续可调的同时使开关功率管零电流/零电压导通或关断，从而实现材料线性加热和电路开关功率损耗和电磁干扰最小化，不仅可以大大提高电源转换效率、加热效率和减小电源模块体积，同时也可一定程度上抑制“热失控”现象的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统
本技术涉及一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统，属于微波应用器设备

技术介绍
近年来，随着电子技术的飞速发展，新一代功率电子器件如IGBT，MOSFET等的应用，使得高频逆变技术越来越成熟，高压逆变电源代替传统高压电源，达到减小高压电源装置的体积与质量的目的已成为可能。同时其使用效果、输出特性和成本等也都比传统高压电源装置具有明显的优势。微波应用器用高频逆变电源取代传统供电电源是必然趋势。供电电源模块是微波应用器的核心组成部分，它直接影响到微波应用器的工作效率、磁控管的工作寿命及应用器的综合能耗，是决定微波应用器质量和效能的最关键因素之一。节能、环保和高效的微波应用器可有效实现加热速度快同时损耗低、低电网污染的效用，符合现代加热技术替代传统加热的发展要求。微波应用器使用220伏交流电进行供电，但磁控管需要几千伏的直流电压进行驱动，这一变换过程将由电源变换电路来实现，传统的采用变压器升压和整流的电源变换电路效率非常低，且系统体积也非常大。为了能提高系统电源驱动效率，减小电源体积，系统采用了开关电源技术实现对磁控管的驱动，利用开关电源技术不仅可以大大提高电源转换效率，同时也可以减小电源体积。但是，在使用开关电源后，输出电压信号的纹波和电磁干扰都比较大，这将影响到系统中的信号转换、信号处理等电路的稳定工作，这需要电源变换电路在实现高效率的同时还要实现低电磁干扰，以保证整个系统具有较低的电磁干扰和较高的电磁兼容。传统的微波应用器供电电源采用工频高压变压器升压的供电方式，高压变压器由于匝数比很大，呈现较大的寄生参数，若直接应用在PWM变换器中，漏感的存在会产生较高的电压尖峰，损坏功率器件，分布电容的存在会使变压器有较大的环流，降低了变换器的效率。如果能引入LC谐振回路，并将上述这些有害的漏感和寄生电容整合到LC参数中去，形成正弦波谐振变换器使开关管工作在软开关状态，将产生好的效果。针对这些问题，本实用型专利提出了一种采用全桥移相LCC串并联谐振网络作为主电路拓扑，可充分利用高压变压器中漏感和分布电容作为谐振元件以实现软开关。然后设计了一个以微处理器为核心输出4.6KV/2KW的LCC谐振变换器式微波应用器供电电源系统，变压器的寄生电感和电容不但不会影响主回路的正常工作，反而对变换器的运行起到促进作用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统，以微处理器为核心，利用串并联结构的LCC谐振型全桥变换器技术，减少4个IGBT开关管在导通与断开的状态切换过程中的开关损耗，减小高频高压升压变压器的寄生参数对电源系统稳定性的影响，并减少在开关过程中产生的电磁干扰给电网环境带来的电网污染，以有效节约能源。本技术采用的技术方案是：一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统，包括输入整流滤波电路、LCC谐振变换器主电路、辅助电源电路、输入电压和电流检测电路、光偶隔离与驱动电路、输出电流检测与放大电路、功率给定控制板、灯丝供电电路、微处理器、输出整流滤波电路、物料温度检测电路、磁控管；市电通过输入整流滤波电路与LCC谐振变换器主电路进行连接，LCC谐振变换器主电路输出端经过输出整流滤波电路与磁控管的阳极连接，灯丝供电电路输入端与市电连接，输出端与磁控管的阴极连接，辅助电源电路输入端与输入整流滤波电路连接，输出端分别与微处理器、光偶隔离与驱动电路、输出电流检测与放大电路连接，输入电压、电流检测电路输入端与输入整流滤波电路的输出端连接，输出端与微处理器连接，光偶隔离与驱动电路输入端与微处理器连接，输出端与LCC谐振变换器主电路连接，输出电流检测与放大电路的输入端分别与输出整流滤波电路的输出端、灯丝供电电路输出端连接，输出端与微处理器连接，物料温度探测电路、功率给定控制板均与微处理器连接。进一步地，所述的LCC谐振变换器电路包括全桥逆变电路、LCC串并联谐振回路以及高频高压升压变压器；所述的全桥逆变电路包括四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4，开关管Q1、Q2、Q3、Q4内部分别集成有反向二极管且每个开关管两端都并上一个小电容；所述的谐振回路包括串联谐振电感Lr、并联谐振电容Crp和串联谐振电容Crs；所述的高频高压升压变压器的初级和并联谐振电容Crp并联，次级与输出整流滤波电路连接，全桥逆变电路的四个开关管的控制信号由微处理器输出4路PWM信号进行驱动。进一步地，所述的微处理器输出的4路PWM信号频率相同，占空比均为50%。进一步地，所述的输出整流滤波电路包括四个快恢复整流二极管、耐高压输出滤波电容Cout，四个快恢复整流二极管组成全桥整流电路且与高频高压升压变压器的次级连接，耐高压输出滤波电容Cout与四个快恢复整流二极管并联且与磁控管阳极连接。进一步地，所述的微处理器采用STM32F103RBT6。本技术的工作原理是：以微处理器作为系统核心，串并联结构的LCC谐振型全桥电路作为本供电电源系统的主拓扑结构，由开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成全桥逆变网络，实现DC-AC的逆变，开关管内部集成有反向二极管，起到续流作用，同时在每个开关管两端都并上一个小电容，用于限制开关过程中开关两端电压的突变，实现准软开关，谐振回路由一个串联谐振电感（Lr)、一个并联谐振电容（Crp)和一个串联谐振电容（Crs)而成，高频高压升压变压器的初级和（Crp)并联，次级通过4个快恢复整流二极管构成全桥整流电路同时通过耐高压输出滤波电容（Cout)进行滤波后和负载相连，全桥逆变电路的开关管的控制信号由微处理器输出4路控制信号频率都相同，占空比均为50%的PWM信号进行驱动。其中Q1和Q2、Q3和Q4的PWM控制信号为互补的关系，两组信号之间有一定的相位差，微控制器通过对功率给定值、输入输出电压电流值以及微波应用器谐振腔内被加热物料的温度值进行数字化综合处理后控制4路PWM信号的相位差来实现对输出电压的控制。磁控管灯丝供电电源的设计采用独立式设计方案，直接由变压器降压后对灯丝供电，避免了阳极高压供电电源的影响，使得灯丝供电质量更高。本技术的有益效果是：LCC串并联谐振变换器结合了串联谐振变换器和并联谐振变换器的优点，在谐振腔内没有了较大能量的循环流动，并且在轻载时也能输出稳定的电压，相比于LLC串并联谐振变换器，LCC可充分利用高频高压的寄生参数，大大减少寄生参数对电源系统的影响，此外，通过控制4路PWM信号相位差可实现输出功率连续可调。以微处理器为核心实现数字控制，避免了使用复杂的模拟反馈网络和元件的退化，有着可编程、高灵活性，可实现复杂的控制算法与故障诊断算法的特点。因此，采用以微处理器为核心的LCC谐振式微波应用器供电电源系统设计，可以大大提高效率和减少体积，不仅可以确保微波应用器腔体的被加热材料线性加热、温度易控，增加温度控制连续性和稳定性，可一定程度上抑制“热失控”现象的发生。该专利技术节能、环保，可实现高效率低电磁干扰。附图说明图1是LCC谐振式微波应用器供电电源系统设计框图；图2是STM32F103RBT6最小系统电路的电路图；图3是LCC谐振变换器主电路的电路图；图4是辅助电源电路的电路图；图5是线性光耦隔离电路的电路图；图6是IGBT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统，其特征在于：包括输入整流滤波电路、LCC谐振变换器主电路、辅助电源电路、输入电压和电流检测电路、光偶隔离与驱动电路、输出电流检测与放大电路、功率给定控制板、灯丝供电电路、微处理器、输出整流滤波电路、物料温度检测电路、磁控管；市电通过输入整流滤波电路与LCC谐振变换器主电路进行连接，LCC谐振变换器主电路输出端经过输出整流滤波电路与磁控管的阳极连接，灯丝供电电路输入端与市电连接，输出端与磁控管的阴极连接，辅助电源电路输入端与输入整流滤波电路连接，输出端分别与微处理器、光偶隔离与驱动电路、输出电流检测与放大电路连接，输入电压、电流检测电路输入端与输入整流滤波电路的输出端连接，输出端与微处理器连接，光偶隔离与驱动电路输入端与微处理器连接，输出端与LCC谐振变换器主电路连接，输出电流检测与放大电路的输入端分别与输出整流滤波电路的输出端、灯丝供电电路输出端连接，输出端与微处理器连接，物料温度探测电路、功率给定控制板均与微处理器连接。

【技术特征摘要】
1.一种LCC谐振式微波应用器供电电源系统，其特征在于：包括输入整流滤波电路、LCC谐振变换器主电路、辅助电源电路、输入电压和电流检测电路、光偶隔离与驱动电路、输出电流检测与放大电路、功率给定控制板、灯丝供电电路、微处理器、输出整流滤波电路、物料温度检测电路、磁控管；市电通过输入整流滤波电路与LCC谐振变换器主电路进行连接，LCC谐振变换器主电路输出端经过输出整流滤波电路与磁控管的阳极连接，灯丝供电电路输入端与市电连接，输出端与磁控管的阴极连接，辅助电源电路输入端与输入整流滤波电路连接，输出端分别与微处理器、光偶隔离与驱动电路、输出电流检测与放大电路连接，输入电压、电流检测电路输入端与输入整流滤波电路的输出端连接，输出端与微处理器连接，光偶隔离与驱动电路输入端与微处理器连接，输出端与LCC谐振变换器主电路连接，输出电流检测与放大电路的输入端分别与输出整流滤波电路的输出端、灯丝供电电路输出端连接，输出端与微处理器连接，物料温度探测电路、功率给定控制板均与微处理器连接。2.根据权利要求1所述的LCC谐振式微波应用器供电电源系统，其特征在于：所述的LCC谐振变换器电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彪，陈正标，王世礼，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南,53