专利名称：磁控管驱动电源及控制方法
技术领域：
本发明涉及电源变换技术，尤其涉及一种给磁控管供电的高频开关电源及其控制方法。
背景技术：
磁控管能将直流电能转变成微波能，是微波炉的核心器件。磁控管驱动电源把日常的交流电能变成直流电能，为微波管的工作创造条件。磁控管阴极即电子的发射体，连续波磁控管常用直热式阴极，它由钨丝或纯钨丝绕成螺旋形状灯丝，通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。这种阴极加热电流大，磁控管工作时阴极接负高压。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大，被视为整个管子的心脏。为防止因电子回轰而使阳极过热，磁控管工作稳定后应按规定降低阴极电流以延长使用寿命。
传统的磁控管驱动电源为工频变压器驱动，其功率是不能控制的，而且浪费了大量资源，对微波功率的控制也只能采用时间通断控制，实现功率调节，因此多年来采用高频开关电源对磁控管供电方面有很多研究，如日本松下公司在中国申请的专利号为CN98802817.4的磁控管驱动电源，如图1所示，该电源采用灯丝电路和高压电路集成一体化的方案，灯丝电源和高压电源采用同一变压器供电，其控制采用定开通时间，变关断时间的方式控制功率，能够实现功率调节，但是存在如下问题1、两个开关管应力不同，因为采用一个开关管进行主开关管关断时电压钳位，以防止主开关管过压，主要原因是在开机过程中，输出电压达到7KV左右，而在磁控管正常工作时其电压在4KV左右，因此在电源开机后，磁控管启动过程中，主开关管电压尖峰很高。2、输出端二极管应力不同，特别是当灯丝电路接触不良，高压电路接触不良或开路时输出高压二极管存在过压击穿的危险；3、功率调节范围有限(实际中在50％～100％的范围调节)。4、最大的问题，因为高压电路和灯丝电路集成一体化，该电源要求磁控管灯丝电路感抗较小，以保证进行变频控制时灯丝电流的变化在允许的范围之内，使得松下的变频电源只能采用松下的高频磁控管(或经过改进后灯丝感抗较小的磁控管)，这样就对开关电源的应用造成了障碍，阻碍了市场的发展。
传统的磁控管驱动电源采用双开关控制，其成本较高，其控制方法也比较复杂，影响了市场的普及与开拓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁控管驱动电源及控制方法，能够适用于不同的磁控管，并实现多重保护，提高可靠性。
本发明进一步的目的在于提供一种单开关管式磁控管驱动电源及控制方法，可以降低成本，适合大众应用。
本发明的技术方案如下一种磁控管驱动电源，包括电源端、与电源端相连接的高压电路，对高压电路进行控制驱动的第一逻辑控制电路，其特征在于还包括灯丝电路，其输入与所述电源端相连接，并包括对灯丝电路进行控制驱动的第二逻辑控制电路。
本发明进一步的改进在于所述高压电路包括顺次连接的整流滤波电路、包含变压器原边的谐振支路和开关管，变压器的副边输出。
本发明进一步的改进在于所述谐振支路包括相互并联的变压器的原边和电容，并联后的谐振支路后与开关管相串联。
本发明进一步的改进在于所述谐振支路包括相互串联的变压器的原边和电容，电容与开关管相并联。
本发明进一步的改进在于所述变压器副边输出电路包括第六二极管的阴极和第五二极管的阳极相连接；第五二极管的阴极输出；第六二极管的阳极接输出端；第五电容和第六电容串联后连接于第五二极管和第六二极管的两端；变压器副边一端与两个二极管的连接点相连，另一端与两个电容的连接点相连；或者所述变压器副边输出电路包括电容与二极管的顺次连接成串联支路后与变压器副边并联；二极管的阴极和阳极为两个输出端。
本发明进一步的改进在于所述的灯丝电路为半桥谐振电路，包括由第二开关管、第三开关管和电阻顺次连接成的开关管支路，变压器的原边和电容连接成谐振支路后与第四开关管相并联，变压器的副边输出。
本发明进一步的改进在于所述的灯丝电路为单管谐振电路，包括单个开关管组成的开关管支路，变压器的原边和电容连接成谐振支路后与开关管相连接，变压器的副边输出。
上述磁控管驱动电源的控制方法，其高压电路控制特征为变频控制，其中开关管关断时间由主电路参数决定，开通时间由控制电路决定，开通时间长时开关频率低时输出功率大，开通时间短时开关频率高时输出功率小；所述控制电路检测输入电流和输入电压，进行反馈调节，以控制输入电压在一定范围内变化时输出功率稳定，从而实现微波输出功率稳定一种磁控管驱动电源采用半桥灯丝电路的控制方法，对于所述灯丝电路中的一个开关管开通时间固定，另一只开关管开通时间随反馈进行变化，通过给定的变化，在一个开关周期内增加开通时间能够实现磁控管启动时有较大的电流进行加热；在一个开关周期内通过缩短开关管开通时间，能够实现磁控管以较小的恒定电流正常工作。
一种磁控管驱动电源采用单管灯丝电路的控制方法，开关管关断时间由主电路参数决定，开通时间由反馈决定，通过给定的变化，在一个开关周期内增加开通时间实现磁控管有较大的电流进行加热，通过缩短开关管开通时间，保证磁控管以较小的恒定电流正常工作。
本发明通过分开灯丝电路和高压电路的电源方案，能够适用于不同的磁控管，特别是普通的采用工频变压器供电的磁控管不经任何改造能够使用该开关电源实现对磁控管的驱动，而且能够实现对输入功率的进行小于最大功率的任意控制，并实现灯丝电流小，输出高压过压等多重保护，提高可靠性。高压电路采用单管，降低了成本，具有广阔的市场前景。
图1为背景技术中松下公司的一体化电源方案；图2为高压部分电路原理图；图3为高压部分谐振电容接地的电路原理图；图4A为输出采用单管倍压整流方式的电路原理图；图4B为输出采用单管倍压整流方式的另一电路原理图；图5为高压电路的控制原理框图；图6为图5电路工作时开关管的电压波形图；图7为采用半桥谐振的灯丝电路图；图8为采用单管谐振的灯丝电路图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的阐述本发明的基本思路是磁控管驱动电源，包括灯丝电路和高压电路，分别采用独立的电源；其中高压电路采用单管谐振变换器。灯丝电路可以采用半桥谐振或单管谐振的方式，半桥谐振通过调节开关频率实现对电流的调节，单管方案通过调节开通时间对灯丝电流进行控制。
本发明的高压部分主电路见图2。如图所示，输入的交流或直流经整流桥101整流后，经电感L1和电容C1滤波后输出，该滤波电路的特征是其中的电容C1不采用大的电解电容进行平波处理，因此和普通的变换器有较大的差别，如果为交流输入，滤波后的电压为整流后的脉动波。滤波后的电压供给单管谐振变换器，为缩小变换器的体积，谐振电感可以集成在变压器中，为实现原副边的隔离，该电路中变压器采用分槽绕制的方法，因此原副边存在较大漏感，该漏感作为电路的谐振电感参与电路工作，同时变压器原边有气隙，因此原边集磁电感较小，也可以参与电路工作，因此该变压器实现了集成漏感和激磁电感的功能。该变换器是一个单管谐振变换器。具体电路包括顺次连接的变压器的原边L2和开关管Q1，电容C2和变压器原边L2并联。
变压器副边电路如下第六二极管D6的阴极和第五二极管D5的阳极相连接；第五二极管D5的阴极接磁控管的阳极；第六二极管D6的阳极接磁控管的阴极(灯丝端)；第五电容C5和第六电容C6串联后连接于第五二极管D5和第六二极管D6的两端。变压器副边L3一端与两个二极管的连接点相连，另一端与两个电容的连接点相连。
其中谐振电容也可以接为图3方式，即谐振电容C202与开关管Q1并联。
在图2和图3所示高压电路的基础上，变压器副边输出可以采用单管整流的倍压方式，因此电路可以演变为图4A和图4B的两种方式。副边单管整流电路的具体连接方式为变压器副边L3与二极管D7、电容C7顺次连接成闭合回路，磁控管的阳极与二极管D7的阴极连接，磁控管的阴极与二极管D7的阳极连接。
图5画出了开关管Q1的控制电路，图6为开关管工作时两端电压波形。电路控制电路工作原理说明如下反馈控制芯片可以采用如IR2153，L6569或其它类似的芯片实现，控制电路检测原边电流和输入电压值，通过运算电路102进行调节运算后，根据输出结果调节开关频率。控制采用变频控制，通过控制电路的调节，自动适应电路参数，控制电路运算结果决定了开关管的开通时间，开关管的关断时间由主电路参数确定。开关管关断后，变压器原边漏感，原边激磁电感，副边电压和谐振电容进行并联谐振，当谐振电压谐振到开关管两端电压低于输入母线电压一定值时，开关管再次导通，导通时间由反馈结果决定。因此对该变换器的控制基本上是关断时间由主电路工作状态确定，通过改变开关管开通时间进行调节，在一个开关周期内，开通时间短(开关频率高)时输出功率小，开通时间长(开关频率低)时输出功率大，因此调节开关频率，可以控制输出功率大小。一般在较大负载情况下，可以实现开关管两端电压谐振到零，此时可以实现零电压开通，同时由于采用较大的谐振电容，关断时开关管两端电压上升较慢，此时相当于零电压关断，因此本电路可以实现主开关管零电压导通和关断，能够提高效率，改善EMI性能，减小对电网的干扰。
本发明所述的磁控管驱动电源通过给定的变化能够实现对高压部分输入功率的方便控制，从而实现对微波功率的控制，特别的是当输入电压变化时，能够通过适当的控制，使得输入功率基本稳定，从而保证输出微波功率基本稳定。
灯丝电路可以采用半桥谐振或单管谐振方案，其实现及工作原理分析如下灯丝电路采用半桥谐振电路及控制原理如图7所示。主电路为输入的交流或直流经整流桥整流后，经电感L9和电容C9滤波后输出。滤波后的电压供给半桥谐振变换器，为缩小变换器的体积，谐振电感可以集成在变压器中，利用变压器漏感作为谐振电感。具体电路包括顺次连接的第二开关管Q2、第三开关管Q3，电流采样电阻R，变压器的原边L4和电容C401串联成谐振支路后与第三开关管Q3相并联。
变压器副边输出接磁控管的灯丝。
控制电路中可以采用IR2153或L6569或其它相似的控制芯片，这些芯片集成了驱动和PWM产生功能，为实现电流控制，电路中有通过电阻R的电流反馈回路，电流反馈的结果控制半桥中一个开关管的开通时间，如控制第三开关管Q3开通时间固定，第二开关管Q2开通时间随反馈变化，该电路及控制能够控制灯丝电流恒定，通过给定的变化，即通过给定开机时较大的电流给定值，正常工作后较小的电流给定值，可以实现在开机时以较大的电流加热灯丝，正常工作时以恒定的电流工作，从而保证能够快速启机及工作的可靠性。
灯丝单管谐振电路及控制原理如图8所示。主电路为输入的交流或直流经整流桥整流后，经电感L9和电容C9滤波后输出。滤波后的电压供给单管谐振变换器，为缩小变换器的体积，谐振电感可以集成在变压器中，利用变压器漏感作为谐振电感。具体电路包括单个的开关管Q4，变压器的原边L4和电容C402并联成谐振支路后与开关管Q4串联。反馈及控制电路检测电流并进行反馈控制，根据反馈结果确定导通时间，同时控制电路能够自动检测开关管两端电压及输入电压，保证电压谐振到谐振电感L4两端电压低于输入电压时开通开关管Q4，这样能够降低开通损耗，提高效率，通过适当的控制，可实现开关管两端电压为零时开通，从而实现零电压开通；同样的该电路及控制能够控制灯丝电流恒定。图中的反馈及控制电路进行反馈调节，确定开关管的开通时间；开关管的关断时间由主电路参数确定。通过给定的变化，即通过给定开机时较大的电流给定值，正常工作后较小的电流给定值，适当设置主电路参数和控制电路参数，能够保证磁控管启动时有较大的电流进行加热，正常工作后以较小的恒定电流保证磁控管可靠工作，从而保证能够快速启机及工作的可靠性。通过适当的逻辑控制，能够实现灯丝电流过低，输入过流，高压过压，散热器过温等保护，从而提高可靠性。
如上所述的主电路和控制方法，可以应用于直流输入情况下，此时可以取消输入整流桥，或保留输入整流桥作为防止输入反相功能。
本发明所述磁控管驱动电源，由于灯丝电路和高压电路分开，因此有很强的适应性，当不同厂家或不同批次的磁控管参数在一定范围偏差时，仍能够保证磁控管的正常工作。
权利要求
1.一种磁控管驱动电源，包括电源端、与电源端相连接的高压电路，对高压电路进行控制驱动的第一逻辑控制电路，其特征在于还包括灯丝电路，其输入与所述电源端相连接，并包括对灯丝电路进行控制驱动的第二逻辑控制电路。
2.根据权利要求1所述的磁控管驱动电源，其特征在于所述高压电路包括顺次连接的整流滤波电路、包含变压器原边的谐振支路和开关管(Q1)，变压器的副边输出。
3.根据权利要求2所述的磁控管驱动电源，其特征在于所述谐振支路包括相互并联的变压器的原边(L2)和电容(C2)，并联后的谐振支路后与开关管(Q1)相串联。
4.根据权利要求2所述的磁控管驱动电源，其特征在于所述谐振支路包括相互串联的变压器的原边(L2)和电容(C202)，电容(C202)与开关管(Q1)相并联。
5.根据2至4任一权利要求所述的磁控管驱动电源，其特征在于所述变压器副边输出电路包括第六二极管(D6)的阴极和第五二极管(D5)的阳极相连接；第五二极管(D5)的阴极输出；第六二极管(D6)的阳极接输出端；第五电容(C5)和第六电容(C6)串联后连接于第五二极管(D5)和第六二极管(D6)的两端；变压器副边(L3)一端与两个二极管的连接点相连，另一端与两个电容的连接点相连；或者所述变压器副边输出电路包括电容(C7)与二极管(D7)的顺次连接成串联支路后与变压器副边(L3)并联；二极管(D7)的阴极和阳极为两个输出端。
6.根据权利要求1所述的磁控管驱动电源，其特征在于所述的灯丝电路为半桥谐振电路，包括由第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和电阻(R)顺次连接成的开关管支路，变压器的原边(L4)和电容(C401)连接成谐振支路后与第四开关管(Q4)相并联，变压器的副边输出。
7.根据权利要求1所述的磁控管驱动电源，其特征在于所述的灯丝电路为单管谐振电路，包括单个开关管(Q4)组成的开关管支路，变压器的原边(L4)和电容(C402)连接成谐振支路后与开关管(Q4)相连接，变压器的副边输出。
8.根据2至4任一权利要求所述磁控管驱动电源的控制方法，其高压电路控制特征为变频控制，其中开关管关断时间由主电路参数决定，开通时间由控制电路决定，开通时间长时开关频率低时输出功率大，开通时间短时开关频率高时输出功率小；所述控制电路检测输入电流和输入电压，进行反馈调节，以控制输入电压在一定范围内变化时输出功率稳定，从而实现微波输出功率稳定。
9.一种根据权利要求6所述磁控管驱动电源的控制方法，其特征在于对于所述灯丝电路中的一个开关管开通时间固定，另一只开关管开通时间随反馈进行变化，通过给定的变化，在一个开关周期内增加开通时间能够实现磁控管启动时有较大的电流进行加热；在一个开关周期内通过缩短开关管开通时间，能够实现磁控管以较小的恒定电流正常工作。
10.一种根据权利要求7所述磁控管驱动电源的控制方法，其特征在于开关管关断时间由主电路参数决定，开通时间由反馈决定，通过给定的变化，在一个开关周期内增加开通时间实现磁控管有较大的电流进行加热，通过缩短开关管开通时间，保证磁控管以较小的恒定电流正常工作。
全文摘要
本发明公开了一种磁控管驱动电源及控制方法，电源包括电源端、与电源端相连接的高压电路，对高压电路进行控制驱动的第一逻辑控制电路，还包括灯丝电路，其输入与所述电源端相连接，并包括对灯丝电路进行控制驱动的第二逻辑控制电路。其方法为对于高压功率部分，采用变频控制，通过开关频率的调节对输入功率进行调节，通过电压前馈，保证输入电源电压变化时输出功率大致稳定；灯丝电路采用半桥电路或单管电路，半桥电路一个开关管开通时间固定，另一只开关管开通时间随反馈进行变化。单管电路关断时间由主电路决定，开通时间由反馈进行控制。本发明采用灯丝电路和高压电路分开的方案，对磁控管有很强的适应能力，高压电路采用单管，降低了成本。
文档编号H02M3/33GK101072462SQ20061006259
公开日2007年11月14日 申请日期2006年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者阮世良 申请人:阮世良