微波炉变频电源软开关电路的设计

李震 王春芳

摘要：针对微波炉用单管变频电源软开关的实现这一问题，设计了变频电源的软开关电路，利用电路仿真软件对软开关电路进行了仿真，根据设计与仿真结果搭建了实验电路。实验结果证明所设计的软开关电路能够实现开关管的零电压开通，满足设计要求。

关键词：单管；变频电源；软开关

变频微波炉凭借其效率高、重量轻、加热均匀等优点已经受到了越来越多人的青睐，作为变频微波炉核心的开关电源也随之成为科研人员的研究热点[14]。开关电源软开关的实现既能提高电路效率又能增加电路可靠性，是电源电路设计的重点和难点。本文根据微波炉用单管逆变变频电源的主电路工作特性，为其设计了一种软开关电路，并进行了电路仿真和实验验证。

1 电路结构及原理

图1所示为设计的微波炉用单管逆变变频电源的软开关电路和部分主电路结构图，其中，Cp为主电路谐振电容，Lp为主电路变压器原边繞组电感，Q为主电路开关管，VD为开关管的反并联二极管，R1、R2和 R3、R4为分压电阻，C1为滤波电容，C2为缓冲电容。

谐振电容Cp上端电压为母线电压，下端电压为开关管C极电压，利用电阻R1、R2和 R3、R4将谐振电容Cp两端电压分压后，分别接入单片机内部比较器P端和N端，当P端的值大于N端时比较器输出高电平，反之，比较器输出低电平。若想实现开关管的零电压开通，需检测开关管C极电压Uce的过零点，根据文献[5]可知单管逆变电路工作特性，即，谐振电容电压Ucp在开关管关断期间有两处过零点，一处是在Uce上升到母线电压时，一处是在Uce下降到母线电压时，而Uce的过零点出现在Uce下降到母线电压之后。为此所设计的R4分压比稍大于R2分压比，并在P、N端之间并联一个小电容C2用作缓冲延时，这样能够满足在Uce下降到零后单片机比较器输出才为由高电平变为低电平的下降沿。将比较器中断模式控制寄存器配置为下降沿触发中断，即比较器输出为下降沿时发出中断信号，当单片机检测到中断信号时发出高电平驱动信号导通开关管，从而实现开关管的零电压开通。

2 仿真与实验

2.1 软开关电路仿真

根据所设计的软开关电路，用仿真软件进行了电路仿真，如图2所示为仿真电路图，图中的comp_I4为逻辑比较器，用以模拟单片机内部比较器。图3为仿真波形图，从中可以看出设计的软开关电路能够使比较器在电压Uce下将为零之后产生下降沿信号。

2.2 软开关电路实验

根据电路的设计与仿真结果，搭建了实验电路进行验证。如图4所示为实验的软开关波形图，图中Uce为开关管电压，Uge为驱动电压。可以看出，驱动电压在Uce降为零后导通开关管，实现了开关管的零电压开通，满足设计要求。

3 结论

开关电源软开关的实现，既能提升电源效率，又能增加电源的运行可靠性。本文针对微波炉用单管逆变变频电源软开关的实现这一问题，根据单管逆变电路的工作特性设计了软开关电路。通过仿真和实验证明，所设计的软开关电路能够配合单片机内部比较器产生中断信号，实现开关管的零电压开通，同时又为单片机节省出来了一个中断引脚用于检测微波炉功率。

参考文献：

[1]王春芳，张志勇，朱世盘.基于LLC谐振变换器的微波炉用高压变频电源[J].电工电能新技术，2013，32（3）：101104.

[2]汤勇.变频微波炉电源用LLC谐振变换器开发[D].东华大学，2015.

[3]王春芳，徐勤超.变频微波炉电源用LLC谐振变换器[J].电工技术学报，2012，（06）：103109.

[4]孙长岭，张茂青，张婷姝，等.微波炉恒温控制系统的研究[J].苏州大学学报：工科版，2010，30（3）：3639.

[5]王春芳，陈杰民，李聃，等.零电压导通、零电压关断单管无线电能传输电源[J].电工技术学报，2015，30（4）：203208.