微波爐變頻電源軟開關電路的設計

李震 王春芳

摘要：針對微波爐用單管變頻電源軟開關的實現這一問題，設計了變頻電源的軟開關電路，利用電路仿真軟件對軟開關電路進行了仿真，根據設計與仿真結果搭建了實驗電路。實驗結果證明所設計的軟開關電路能夠實現開關管的零電壓開通，滿足設計要求。

關鍵詞：單管；變頻電源；軟開關

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

1 電路結構及原理

圖1所示為設計的微波爐用單管逆變變頻電源的軟開關電路和部分主電路結構圖，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為主電路開關管，VD為開關管的反并聯二極管，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。若想實現開關管的零電壓開通，需檢測開關管C極電壓Uce的過零點，根據文獻[5]可知單管逆變電路工作特性，即，諧振電容電壓Ucp在開關管關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的過零點出現在Uce下降到母線電壓之后。為此所設計的R4分壓比稍大于R2分壓比，并在P、N端之間并聯一個小電容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為低電平的下降沿。將比較器中斷模式控制寄存器配置為下降沿觸發中斷，即比較器輸出為下降沿時發出中斷信號，當單片機檢測到中斷信號時發出高電平驅動信號導通開關管，從而實現開關管的零電壓開通。

2 仿真與實驗

2.1 軟開關電路仿真

根據所設計的軟開關電路，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，用以模擬單片機內部比較器。圖3為仿真波形圖，從中可以看出設計的軟開關電路能夠使比較器在電壓Uce下將為零之后產生下降沿信號。

2.2 軟開關電路實驗

根據電路的設計與仿真結果，搭建了實驗電路進行驗證。如圖4所示為實驗的軟開關波形圖，圖中Uce為開關管電壓，Uge為驅動電壓。可以看出，驅動電壓在Uce降為零后導通開關管，實現了開關管的零電壓開通，滿足設計要求。

3 結論

開關電源軟開關的實現，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的實現這一問題，根據單管逆變電路的工作特性設計了軟開關電路。通過仿真和實驗證明，所設計的軟開關電路能夠配合單片機內部比較器產生中斷信號，實現開關管的零電壓開通，同時又為單片機節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，2013，32（3）：101104.

[2]湯勇.變頻微波爐電源用LLC諧振變換器開發[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、零電壓關斷單管無線電能傳輸電源[J].電工技術學報，2015，30（4）：203208.