QFD在微波电源设计中的运用研究

柏明

四川九洲电器集团有限责任公司 四川绵阳 621000

微波加热方式可同时加热物料的表里，而不完全依靠传统的热传导加热的过程，因此可以在很短的时间内达到均匀加热的效果。微波加热方式相比于传统加热方式具有很多优势，如加热速度快、加热均匀，所需时间短，节省能源等特点。使用开关电源可以大大提高电源效率的同时使得设备质轻体小。

1 QFD

1.1 QFD的原理

QFD可将顾客的需求转化成代用质量特性，进而确定产品的设计质量，再将这些设计质量系统地展开到各个功能部件的质量、零件的质量或服务项目的质量上，以及制造工序各要素或服务过程各要素的相互关系上，使产品或服务事前就完成质量保证，符合顾客要求。

1.2 HOQ绘制

在应用QFD方法时，要先建立各阶段的HOQ。HOQ绘制过程首先要制作要求质量展开表，制作过程如图1所示。

图1 要求质量展开表的制作过程

将要求质量变换为质量特性的过程，是完成用户的语言向技术世界语言转化的过程。利用QFD-desinger进行QFD辅助设计，就得到产品的功能与质量要素的HOQ，如图2所示。

图2 产品设计HOQ

2 微波电源系统

微波电源是整个微波反应器的核心部件。近年来，随着微波技术应用范围扩大，传统微波电源缺点逐渐显露，微波开关电源因其体积小、可靠性高、方便维修等特点，逐渐取代了传统微波电源[1]。

2.1 传统微波电源

传统微波电源存在体积大、可靠性低等缺点，它主要是由二极管、电容器、灯丝变压器和高压变压器等组成。磁控管的正常工作需要为阳极提供直流高压，阳极电源由变压器与电容串联，使其在正常的线电压变化范围内，能给磁控管提供电流，其主要原理如图3所示。图3（a）是半波整流电路，磁控管是以脉动形式工作的，在某一半周工作，而在另一半周则关断截止。图3（b）是全波整流电路，在第一半周电容C1通过二极管D1充电，在另一半周电容C2通过二极管D2充电，最终加到磁控管的电压是C1和C2串联的电压。

图3 控制电路原理图

2.2 微波开关电源

随着电子技术的发展，为提升供电过程效率，逐渐采用微波开关电源替代传统电源方式供电。新型微波开关电源包含灯丝电源、阳极电源、供电电源等，其工作过程能够提供恒定的阳极功率，保证磁控管工作过程稳定输出，而且灯丝电源提供阳极控制保护、能够实现外部故障连锁；保障电源正常运行，使得可靠性大大提高。微波开关电源电路图如图4所示。微波开关电源由于没有工频变压器，所以体积和重量只有传统电源的20%-30%，这样就为设备设计提供了有利条件，促进设备整体方案的优化、元器件的集成；电源功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的功耗小，转化率高。试验检测开关电源转化效率一般为60%-70%，而传统微波电源只有30%-40%。

3 QFD在微波电源设计中的运用

3.1 质量特性展开表制作

质量展开表的制作同样是先通过对质量特性亲和图整理来实现，微波电源质量特性亲和图如图4所示。

图4 微波电源系统质量特性表亲和图

3.2 微波电源系统HOQ绘制

根据上述制作的要求质量表和质量特性表，得到微波电源系统功能与质量要素的HOQ，如图5所示。其中屋顶部分表示的是质量特性之间的相关关系，即正相关（有益的变化），用（+）表示；不相关；负相关（有害的变化），用（-）表示。

从图5可以看到，微波电源设计主要考虑体积和转化效率，它们的重要度明显高于质量特性的其他项，其重要度分别为106、98，其相对重要度均为11%、10%，此外材质、零件尺寸也比较重要。另外，HOQ还反馈给用户设计矛盾冲突，例如体积与维护的矛盾关系等。

图5 微波电源系统的HOQ

4 结语

质量机能展开（QFD）是把顾客或市场的要求转化为设计要求、零部件特性、工艺要求、生产要求的多层次演绎分析方法。本文通过介绍传统微波电源和微波开关电源，分析得到微波开关电源在体积、转化效率上的优势，最后结合QFD，构建设计质量屋，明确主要设计任务，得到设计重点与分析结论相吻合。结果表明，QFD的运用可以为微波电源设计过程提供新方法和新思路。