变频微波炉用LLC谐振软开关电源的研究

论文摘要

随着家用微波炉的普及使用,其效率、体积和智能化程度受到了越来越多的关注,传统的微波炉磁控管的供电电源采用工频变压器升压后半波倍压整流的工作方式,存在效率低、重量重、功率不可调等缺点。在了解负载磁控管的工作特性的基础上,本文提出一种LLC谐振变换器和倍压整流电路相结合的微波炉磁控管供电电源代替传统的线性电源为微波炉磁控管供电,可以明显减小电源体积、提高微波炉烹饪效率、实现微波炉功率的连续可调、提高微波炉的智能化程度。课题的具体工作内容如下：(1)对LLC谐振变换器的工作原理进行了较为深入的研究,分析了开关频率在fm<fs<fr、fs=fr、fs>fr三种工作模式的工作过程和电路各部分的电压电流波形；用基波等效法对LLC谐振变换器的直流增益和谐振回路电流进行分析,推导了直流增益和谐振电流与开关频率之间的关系,推导了开关管能够实现ZVS零电压开通的必要条件；对LLC谐振变换器的重要参数的设计方法进行优化,推导变压器变比n、激磁电感Lm、谐振电感Lr和谐振电容Cr的设计方法。(2)结合实际的电源参数,对微波炉用LLC谐振式软开关电源的主电路参数进行详细的计算,包括输入输出整流滤波部分器件的选取、开关管的选取、谐振电容和谐振电感等参数的设计；应用磁集成技术,将谐振电感Lr、激磁电感Lm和理想变压器T集成于一个实际变压器中,减少了元件数量和电源体积。(3)以PIC16F684单片机为核心,设计了微波炉用LLC谐振式软开关电源的控制系统软硬件,硬件设计包括辅助供电电源电路、输入电流和输入电压的检测电路、开关管的驱动电路以及单片机外围电路的设计；软件设计包括基于PIC12F683单片机的功率给定及过流保护反馈的程序设计、基于PIC16F684单片机的微波炉输出功率恒定控制的程序设计。在实验室搭建了一台额定输出功率为1000W的样机,测试了LLC谐振软开关电源中主电路和控制电路中各部分的电路波形及效率曲线,实验结果证明所研究微波炉用LLC谐振软开关电源的开关管可以实现ZVS零电压开通,电源具有较高的效率和功率因数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 微波炉的发展
• 1.1.2 微波炉供电电源的研究意义
• 1.2 微波炉供电电源的研究现状
• 1.3 微波炉对供电电源的要求
• 1.4 课题的研究方案
• 1.4.1 变压器副边的整流滤波电路选型
• 1.4.2 主电路拓扑的选择
• 1.5 课题主要研究内容及创新点
• 1.5.1 课题的主要内容
• 1.5.2 课题的主要创新点
• 第二章 LLC谐振变换器的研究
• 2.1 LLC谐振变换器的工作原理
• msr时的工作过程分析'>2.1.1 f_msr时的工作过程分析
• s=f_r时的工作过程分析'>2.1.2 f_s=f_r时的工作过程分析
• s>f_r时的工作过程分析'>2.1.3 f_s>f_r时的工作过程分析
• 2.2 LLC谐振变换器的稳态分析
• 2.2.1 直流增益
• 2.2.2 谐振电流分析
• 2.2.3 开关管的ZVS开通条件
• 2.3 LLC谐振变换器的参数优化设计方法研究
• 2.3.1 变比n的设计
• m的设计'>2.3.2 激磁电感L_m的设计
• r和谐振电容C_r的设计'>2.3.3 谐振电感L_r和谐振电容C_r的设计
• 第三章 微波炉用LLC谐振软开关电源主电路参数设计
• 3.1 整流滤波电路器件的选择
• 3.1.1 输入整流滤波电路器件的选择
• 3.1.2 输出整流滤波电路参数的选择
• 3.2 谐振参数计算及器件选择
• 3.2.1 开关频率的选取
• D的选取'>3.2.2 死区时间T_D的选取
• 3.2.3 理想变压器变比n的选取
• m的选取'>3.2.4 激磁电感L_m的选取
• r与谐振电容C_r的选取'>3.2.5 谐振电感L_r与谐振电容C_r的选取
• 3.2.6 开关管的选取
• 3.3 磁性元件的集成设计
• 3.3.1 变压器的等效电路模型
• 3.3.2 磁集成技术在LLC谐振电路中的应用
• 3.3.3 磁性元件的集成设计
• 第四章 微波炉用LLC谐振软开关电源控制系统设计
• 4.1 控制系统硬件电路设计
• 4.1.1 辅助供电电源电路设计
• 4.1.2 输入电流检测
• 4.1.3 输入电压过零点检测电路
• 4.1.4 单片机及其外围电路的设计
• 4.1.5 驱动电路的设计
• 4.2 控制系统软件设计
• 4.2.1 PIC单片机的软件开发环境
• 4.2.2 单片机PIC12F683的软件设计
• 4.2.3 单片机PIC16F684的软件设计
• 第五章 实验结果
• 5.1 控制系统辅助电源实验结果
• 5.2 开关管驱动及管压降波形
• 5.3 电源输出电压波形
• 5.4 输入电压和输入电流波形
• 5.5 效率分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢