微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)說明書

1、微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)說明書第一章 前言1.1 項目背景微波爐作為一種新型的廚具。它采用電磁感應電流（又稱渦流）的加熱原理打破了傳統(tǒng)的明火烹調(diào)方式，微波爐的交變磁場是通過電子線路板組成部分來產(chǎn)生、當用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時，鍋具即切割交變磁力線的交變的電流（即渦流）在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生，電磁感應電流使鍋具鐵分子無規(guī)則高速運動，其熱能是因為分子相互碰撞、摩擦產(chǎn)生（故微波爐煮食的熱源來自于鍋具底部而不是微波爐本身發(fā)熱傳導給鍋具，所以熱效率要比所有飲具的效率均高出近1倍）來實現(xiàn)器具本身自行高速發(fā)熱，用來加熱和烹飪食物，從而達到煮食的目地。1.2微波爐簡介1.2.1微波爐的基本工作原理微波爐主要

2、由交流進線電路、電源電路、LC振蕩電路、功率控制電路、整流電路、EMC防護電路、濾波電路、同步電路、控制及顯示電路、電壓檢測電路、鍋具檢測電路、過零檢測電路、電流檢測電路、主控CPU電路、高低壓保護電路、IGBT模塊等組成。圖1.1為微波爐的工作原理框圖 圖1.1微波爐的工作原理框圖1.2.2微波爐的基本組成 1.加熱部分：微波爐有擱板在鍋體下面，也有勵磁線圈。對鍋體進行加熱是根據(jù)電磁感應產(chǎn)生渦電流。 2.控制部分：主要有電源開關，功率選擇鈕，溫度調(diào)節(jié)按鈕等。由內(nèi)部的控制電路來控制。 3.冷卻部分：采用風冷的方式。爐身的側(cè)面有進風口和出風口，內(nèi)部有風扇。 4.電氣部分：由整流電路、逆變電路、控

3、制回路、繼電器、電風扇等組成。 5.烹飪部分：主要包括各種炊具，供用戶使用。1.2.3微波爐的優(yōu)缺點微波爐作為一種新型的廚具，具有以下優(yōu)點。1.高效節(jié)能：微波爐降低了損耗，是因為其使鍋具自身發(fā)熱，大大提高了熱效率，熱效率可達到85%99%，與傳統(tǒng)加熱方式不同，與電爐、液化氣爐等爐具相比，節(jié)省了大量的能源。如圖1.2所示2.智能烹飪：智能控制是利用單片機進行，無須看管，具有定時預約功能，來實現(xiàn)自動烹飪的功能。3.安全可靠：通過了國家安全驗證，使用安全可靠。4.環(huán)保衛(wèi)生：鍋具可實現(xiàn)自身發(fā)熱，不會產(chǎn)生熱輻射，并且不排放煙塵和一氧化碳等廢氣，使烹飪環(huán)境更加環(huán)保衛(wèi)生。5攜帶方便：重量輕、體積小，便于攜帶

4、。但微波爐不僅會產(chǎn)生一定的電磁干擾在其工作時，而且其散熱系統(tǒng)也會產(chǎn)生一定的噪聲。 圖1.2 微波爐等廚具的熱效率對比示意圖1.3本章小結(jié)本章主要對微波爐就行簡要介紹，微波爐作為市場的一種新型廚具。它采用電磁感應電流（又稱渦流）的加熱原理打破了傳統(tǒng)的明火烹調(diào)方式，又簡單介紹了微波爐的基本工作原理框圖、微波爐的基本組成以及通過各種廚具的比較來簡單介紹微波爐的優(yōu)缺點。第二章微波爐的加熱原理2.1微波爐加熱的基本工作原理微波爐采用電磁場感應渦流加熱原理工作。它先通過整流濾波把220V工頻交流電變成直流電，再通過逆變把直流電轉(zhuǎn)換成高頻交變電流，流過感應線圈的交變電流產(chǎn)生強大磁場，它會產(chǎn)生無數(shù)小渦流在磁場

5、內(nèi)磁力線通過鐵質(zhì)鍋的底部時，電磁感應使鍋具鐵分子無規(guī)則高速運動，由于分子的相互碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，而使鍋具本身自行高速發(fā)熱，用來加熱和烹飪食物。微波爐的加熱工作原理如圖2.1圖2.1 微波爐的加熱工作原理2.2電磁感應加熱的技術現(xiàn)階段普遍為電熱圈發(fā)熱，把熱量傳到料筒上利用傳導的方式，這樣只能使內(nèi)側(cè)的熱量傳導到料筒上，存在熱傳導損失，大部分外側(cè)的熱量失散到空氣中，導致環(huán)境溫度上升，它還有一個缺點功率密度低，無法適應一些需要溫度較高的場合。電磁加熱技術是使金屬料筒實現(xiàn)自身發(fā)熱，根據(jù)其具體情況在料筒外部包裹一定的隔熱保溫材料，這樣可以大大降低熱量的損失，提高熱效率，使熱效率達96%以上，因此節(jié)電效

6、果十分顯著，其可達30%以上，并且其加熱速度也大大提高，大約為60%，其預熱時間大大節(jié)省。電磁感應加熱技術被稱為誘導加熱技術，它的英文為：Induction Heating，其縮寫為：IH。它是一種新開發(fā)的電能利用手段，它的加熱過程是通過電磁場直接作用于被加熱的導體，其加熱效率比傳統(tǒng)的加熱方式要高很多，可達到90%以上。另外在使用壽命、安全性能等方面都具有獨特的優(yōu)勢，是根據(jù)電磁感應加熱技術與傳統(tǒng)的油、氣、煤和使用電熱管的用電設備相比而言的。在導體外面繞一線圈，設其匝數(shù)設為,當在交變電流通入線圈中后，就會產(chǎn)生相同頻率的交變磁通通過感應線圈中，以及在金屬工件中就會有感應電動勢e產(chǎn)生。如圖2.2所示

7、 圖2.2電磁感應示意圖設金屬工件的等效匝數(shù)為，故MAXWELL的電磁方程式為： （2-1）設交變磁通為，則 （2-2）感應電動勢的有效值為： （2-3）此感應電動勢在工件中使工件內(nèi)部加熱是感應渦流的產(chǎn)生I，其焦耳熱為： （2-4）其中：I感應電流的有效值，單位為A；Q感應電流通過電阻產(chǎn)生的熱量，單位為J； t工件通電的時間，單位為S ；R工件的等效電阻，單位為。由公式（2-3）和（2-4）可以看出，e及P與交變磁通的頻率和磁場強度有關，在感應線圈中通過的電流越大，其產(chǎn)生的感應磁通量就越大，故為使金屬工件中的感應渦流加大可以通過提高感應線圈中的電流值來實現(xiàn)；另外為使工件中的感應電流加大可以在一

8、定條件下通過來提高工作頻率來實現(xiàn)，從而可以使工件的發(fā)熱效果得到提高。由此可以看出電磁感應加熱的發(fā)熱效率不僅與頻率和磁場強度，金屬工件大小，截面積的形狀有關，而且還與工件本身的導電等特性有關。電磁感應加熱的過程是，首先把電能轉(zhuǎn)化成磁能通過感應線圈來實現(xiàn)，產(chǎn)生同頻率交變的電動勢E，交變電動勢E作用于金屬工件后，形成閉合回路。在工件中產(chǎn)生電流，從而把磁能轉(zhuǎn)換成電能。然而渦流可能很大因為塊狀金屬的電阻一般較小，所以在金屬內(nèi)流動時就會釋放出大量的熱能。這樣，又可以實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化成金屬工件的內(nèi)能，從而達到加熱的目的。在電磁感應加熱過程中能量轉(zhuǎn)化關系如圖2.3所示：電能磁能電能內(nèi)能電流磁效應感應電流電流熱效應

9、圖2.3 感應加熱能量轉(zhuǎn)化圖2.3 串聯(lián)、并聯(lián)諧振逆變器的負載拓撲結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點高頻感應加熱電源的負載都是功率因素很低的感性負載，可以等效成一個電感和一個電阻串聯(lián)或并聯(lián)的形式。等效的電感、電阻其值受耦合程度的影響，它是感應器和負載耦合的結(jié)果。一般采用增加補償電容的方法來提高功率因數(shù)，主要有兩種方式：一種是并聯(lián)補償，另一種是串聯(lián)補償，從來形成兩種基本的諧振電路：并聯(lián)諧振電路和串聯(lián)諧振電路。感應加熱電源一般工作在準諧振狀態(tài)，這樣可以提高效率和保證逆變器的安全運行。串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路的特性見表2-1。表2-1串并聯(lián)諧振電路特性比較類別CLR+-串聯(lián)諧振CLR并聯(lián)諧振電路拓撲結(jié)構(gòu)阻抗頻率特性Zf

10、Zf諧振阻抗Z=RZ=L/RC諧振類型電壓諧振電流諧振從表2-1可以看出，串聯(lián)諧振電路在諧振狀態(tài)下等效阻抗為純電阻，并達到最小值，串聯(lián)諧振電路采用電壓源供電，從而獲得最大的電源輸出功率。并聯(lián)諧振電路在諧振狀態(tài)下等效阻抗達到最大值，并聯(lián)諧振電路采用電流源供電，從而獲得最大的電源輸出功率。為了滿足MOSFET，IGBT等器件的要求，串聯(lián)諧振逆變器中在換流時要反并聯(lián)二極管，其中續(xù)流的電流為正弦波，所以開關器件承受的反壓是非常低的是反并聯(lián)二極管的正向?qū)▔航怠Ｍ瑫r串聯(lián)諧振逆變器不僅可以自激工作，也可以他激工作，并且起動比較簡單。串聯(lián)諧振逆變器采用大電容濾波，當發(fā)生上、下橋臂短路故障時，由于電容電壓不能

11、突變，因此瞬時將會產(chǎn)生很大的放電電流，遠遠大于功率器件的額定電流，如果不能在允許的短路時間內(nèi)將器件關斷，就將會對器件造成永久性損壞。串聯(lián)諧振逆變電器對補償電容耐壓的要求比較高，因而必須采取相應的措施來降低補償電容上的電壓。并聯(lián)諧振逆變器采用大電感進行濾波，當負載發(fā)生短路時，由于電感電流不會突變，因此電流上升率就將會得到抑制，不易損壞功率器件，保護起來比較容易。由于其負載電路的電容、電感本身構(gòu)成振蕩回路，因此運行較為可靠，并且對負載的適應能力強。該電路對補償電容耐壓的要求只要達到負載兩端正弦電壓的峰值即可。在換流期間，用于高頻感應加熱電源的自關斷器件IGBT，所承受反壓的能力低，而逆變開關器件有

12、可能承受反壓。如果在電路中為進行保護而采用反并聯(lián)二極管，則會出現(xiàn)環(huán)流從而損壞器件。因此，每一橋臂必須串入快速恢復整流二極管，并且其串入的整流二極管與開關器件相同等級的以承受反向電壓。但是，并聯(lián)諧振逆變器起動時間較長，起動比較困難，需要對濾波大電感預充電，因而控制電路也相對比較復雜。并聯(lián)諧振逆變器采用大電感濾波，雖然帶來了短路保護比較容易的優(yōu)點，但同時也帶來了體積也非常龐大的缺點，從而使整個裝置體積增大。綜合所述比較串、并聯(lián)諧振逆變器的優(yōu)缺點，考慮到本項目中我們研究的電磁加熱環(huán)境，我選擇并聯(lián)型逆變器作為微波爐電磁感應加熱電源的逆變電源主電路。2.4感應加熱電源的負載等效模型為了便于分析，將加熱負

13、載上感應電流的環(huán)行區(qū)域看作為一個單匝線圈且是閉合的，并且等效電阻為，等效電感為。這樣線盤線圈和等效線圈組成一個變壓器，其中為負載電阻，其大小取決于工件自身因素。將等效折算到加熱線盤回路中，設其等效電阻為，則感應加熱的負載等效為阻感負載，如圖2.4所示。因為負載呈感性，這樣會造成電路功率因數(shù)降低和無功損耗的增大，因此在實際應用中矯正電路都要通過加功率因數(shù)，即為提高功率因數(shù)和降低無功損耗，在原電路的基礎上附加一個容性元件，從而使電路趨向于純電阻性。其中最常用的方法是將加熱線盤與矯正電容并聯(lián)和串聯(lián)構(gòu)成諧振電路，并促使電路工作在諧振頻率附近，有兩方面的功能：一是提高功率因數(shù)，二是當并聯(lián)諧振時通過線盤的

14、電流最大或當為串聯(lián)諧振時線盤兩端的電壓最高，因此在并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振一定的情況下，在負載的功率最大。圖2.4 感應加熱負載等效電路R0RLL0LCCu+-u+-在實際應用中，一般是直流電源通過高頻電子開關進行間歇性的給諧振回路供電，只有在部分時間內(nèi)諧振電路處在諧振狀態(tài)，通常稱為準諧振狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)中采用的并聯(lián)諧振逆變電路，下面來詳細簡要介紹該并聯(lián)諧振逆變電路的工作過程。并聯(lián)諧振逆變電路可能出現(xiàn)的工作狀態(tài)模型有以下3種情況：1. RL電路與直流電源接通的暫態(tài)過程開關接通前電流為零，開關接通后電流逐漸增大。如圖2.5所示，設開關接通的時刻選作，取圖示所示為參考方向，則根據(jù)基爾霍夫第二定律有 （2-

15、7） 即： (2-8)在符合初始條件情況下，解此方程里的特解為 (2-9)則在電感中時刻的電流為 (2-10)ti(t)t1I0(a) 電路RLUuRuL圖2.5 RL電路與直流電源的接通i(b) 暫態(tài)電流小大其中，并稱其為RL電路中的時間常數(shù)，并且當時，i達到了穩(wěn)態(tài)值的63%。故可以得出越大，電流增加的就會越慢。2. 已通電RL電路對電源放電的暫態(tài)過程如圖2.6已通電RL電路對電源放電所示，將開關先擲向1，當L中電流充到I時將其擲向2，則電路將經(jīng)歷一個放電過程，并且初始電流為I。在實際電路中，通常在IGBT的C、E兩端反向并聯(lián)一只續(xù)流二極管，從而實現(xiàn)零電壓開通，保護開關管IGBT。假如將此個

16、二極管看成理想二極管，則當，即時，電容兩端電壓第一次恢復初始電壓值。并且在此之后，二極管開始續(xù)流導通，電路變?yōu)殡姼型ㄟ^二極管給電源充電，退出自由諧振狀態(tài)，同時釋放能量。該狀態(tài)將持續(xù)到電流變?yōu)榱悖姼兄械哪芰咳酷尫磐隇橹?。根?jù)，可得出該過程中初始條件為 （2-10)取如圖中所示方向為參考方向，則按基爾霍夫第二定律得： （2-11）即： （2-12）在符合初始條件的條件下解方程得的特解為 （i 0） (2-12)當時，由此可以看出，其暫態(tài)過程比已充電LR電路短接時的暫態(tài)過程放電速度更加的快。當i=0時， ，若，則；若，則；若，則。圖2.6(b)所示為時的曲線。(b) 暫態(tài)電流ti(t)-I0(a

17、) 電路圖2.6 已通電RL電路對電源放電RLU1uRuLiU123已充電RLC電路的短接的暫態(tài)過程圖2.7 已通電RLC電路的短接RuRuLiCuCL 保證零電壓開通時，不同ton下的觸發(fā)頻率測試電路如圖2.7所示，取圖示中的方向為參考方向，電容被充至電壓-U，則 (2-13)又根據(jù)，因此 (2-14)其特征方程為 ，特征根為 ，其中， ，下面分三種情況進行討論(1) ，即，這時p1及p2為實數(shù)，由初始條件：，可得滿足初始條件的特解為 （2-15）此時為過阻尼振蕩。其中振蕩曲線如圖2.8所示。(2) ，即，可得在滿足初始條件的情況下特解為 （2-16）此時為臨界阻尼振蕩。其中振蕩曲線如圖2.

18、8所示。-uC(t) t 0 -U 臨界阻尼振蕩 過阻尼振蕩圖2.8 過阻尼和臨界阻尼振蕩曲線（3），即，此時p1及p2為復數(shù)，其中，根據(jù)初始條件：，可得出特解為 (2-17) (2-18)其中， 這就是阻尼振蕩。其振蕩曲線如圖2.9所示。由式（2-17）及圖2.9可得，在振蕩電壓中的第一個峰值（正峰值）出現(xiàn)在，即時刻 (2-19)此時，一種情況為，因為 增大使得減小，從而使增大。另一種情況為，因為出現(xiàn)了衰減因子，又使得出現(xiàn)減小的情況，由此可得其最終值是由兩個方面的因素共同來決定的。 tuC(t)，iC(t)圖2.9 阻尼振蕩的電壓和電流曲線 0 uC(t)iC(t) -U由式（2-18）及圖

19、2.9可得當時，在諧振電流心思時出現(xiàn)第一個峰值（正峰值），即當時， (2-20)當時，諧振電流在時出現(xiàn)第一個峰值，即當時 (2-21)此時也可以分為兩種情況，一是，因為增大而使減小，從而使得增大。另一情況是，因為出現(xiàn)了衰減因子，又使減小，故可以得出其最終值是由兩個方面的因素共同來決定的。綜上所述，電路產(chǎn)生阻尼振蕩的特點為：(1) 阻尼振蕩頻率為 ，即當為帶負載時，諧振頻率降低。(2) 電流的幅度和諧振電壓均均是取決于儲能時間t1，由上面所述可以得出儲能的時間越長其幅度也就越大。(3) 諧振電流的相位與諧振電壓相比超前。當空載時，在理想的情況下，即R0，電路就會產(chǎn)生自由振蕩，此時，所以，在振蕩電

20、壓的峰值為： (2-22)由此可以看出，。振蕩電壓在時出現(xiàn)第一個峰值，即當時，其振蕩電流的峰值為 (2-23)故由此可以得出，。振蕩電流在時出現(xiàn)的第一個峰值，此峰值為正峰值，即當時綜上所述可以得出，在R=0時，電路就會產(chǎn)生自由振蕩，假如回路參數(shù)和電源電壓也能確定，則(1) 自由振蕩頻率為： (2) 諧振電壓和電流的幅度均是取決于儲能的時間t1，由此可以看出儲能的時間越長其幅度也就越大。(3) 諧振電流的相位與諧振電壓相比超前。2.5 本章小結(jié) 首先介紹了微波爐的基本工作原理，然后介紹了電磁感應加熱的基本原理，描述了感應加熱能量轉(zhuǎn)化的過程。然后分析了串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)本系統(tǒng)

21、設計的要求采用并聯(lián)型逆變器，最后詳細分析了并聯(lián)型逆變器不同工作過程的等效模型。圖3.1 電磁爐主電路 圖3.2 電磁爐主電路等效電路第三章 微波爐主電路設計3.1 微波爐主電路拓撲結(jié)構(gòu)微波爐的主電路如圖3.1所示，經(jīng)橋式整流器的市電變換為直流電，再經(jīng)電壓諧振逆變電路轉(zhuǎn)換成2030kHz頻率的交流電。電壓諧振逆變電路的變換器是零電壓型（ZVS）變換器且是低開關損耗，通過驅(qū)動電路完成，由單片機來控制功率開關的開關動作。微波爐的負載鍋具與加熱線圈盤可以看為一個空心變壓器，在次級負載中會產(chǎn)生具有等效的電阻和電感，然后再將次級的負載電阻和電感轉(zhuǎn)換到初級，從而就可以得到圖3.2所示的效電路。其中R*是由次

22、級電阻反射到初級的等效的負載電阻；L*是次級電感反射到初級并且與初級的電感L相疊加后的等效電感。3.2 微波爐主電路的工作過程微波爐主電路的工作過程可以大體分成3個階段且各階段的等效電路圖如圖3.3所示 （a）t0，t1 階段（b） t1，t1a 階段（c）t1a，t2 階段 （d）t2，t3 階段圖3.3 微波爐主電路的工作過程電磁感應加熱電源是以電力電子器件為核心的主電路并且通過配合特定的負載來構(gòu)成，它主要由3部分組成：主電源電路、逆變電路和負載。各部分電路均可以有不同的選擇方案來達到配合不同的功率要求和應用場合。主電源電路通過工頻交流電整流獲得為逆變電路提供直流電源。根據(jù)不同的要求可以選

23、擇不同的結(jié)構(gòu)，可分為三相或單相、半波或全波、不控或可控整流。在中小功率電路中一般選用經(jīng)LC濾波后獲得的單相橋式不控整流電路。諧振式逆變電路是以電力電子器件為核心，將主電源提供的直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，從而來達到供負載來利用，常見逆變電路有三種：零式逆變、半橋逆變和橋式逆變。在電磁感應加熱電源中的負載通常由兩部分組成，即加熱線圈和補償電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路。在實際的電路中，在一個工作周期的部分時間內(nèi)處LC諧振回路大體處在諧振狀態(tài)，即準諧振狀態(tài)。下面通過以并聯(lián)型諧振式逆變電路為例來簡單介紹逆變電路的電路拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理。并聯(lián)型諧振逆變電路如圖3.4所示，開關三極管為IGBT，加熱線圈的等效電感L

24、，等效損耗電阻R，諧振電容C，續(xù)流二極管D。在加熱的過程中，IGBT的柵極加周期性的矩形脈沖，電路中的電壓、電流變化如圖3.6所示。圖3.4 單極管零式逆變電路逆變電路的詳細工作過程如下：3.2.1 主開關導通階段根據(jù)主開關零電壓開通的特點，當在t0時刻時，在通過主開關上的電壓uce=0，因此通過Cr上的電壓uc=uceUdc=Udc。當其主開關開通后，在R*及L*支路和Cr兩端加電源電壓Udc，如圖3.3（a）所示。又因為Cr上的電壓是Udc，因此電流僅從R*及L*支路流過在Cr中的電流為0。并且可以看出流過IGBT的電流is與流過L*的電流iL相等。由圖3.3（a）得式（3-1）。 （3-

25、1）在初始條件的情況下，解得 （3-2）式中：，它為時間常數(shù)綜上所述，iL是隨著指數(shù)規(guī)律來單調(diào)增加。流過L*而儲存了能量，流過R*形成了功率輸出。當?shù)竭_t1時，IGBT關斷，從而使iL達到理論的最大值Im。這時，uc=Udc，uce=0。iL轉(zhuǎn)換方向開始向Cr流入，但是Cr兩端的電壓不能突然發(fā)生變化，故IGBT是一個零電壓關斷。3.2.2 諧振階段當諧振在t1時刻，IGBT關斷并且觸發(fā)脈沖變?yōu)榈碗娖?，切斷了直流電源供電回路。t1時刻后LC振蕩回路處在自由諧振狀態(tài)，且電路的初始條件為：，等效電路如圖2.7所示。滿足的阻尼振蕩條件的可以使電路正常工作。此時回路電壓、電流的變化規(guī)律如圖3.5所示。回

26、路諧振狀態(tài)持續(xù)到t2時刻，此時的。IGBT關斷之后，L和Cr在R上消耗能量同時相互交換能量而發(fā)生諧振，來生成功率輸出。且其等效電路如圖3.3（b）及圖3.3（c）所示，我們可以分為兩個階段來討論。且波形如圖3.5中的iL和uc。由圖3.3(b)、圖3.3(c)可以得出的等效電路可得到式（3-3）方程組： （3-3）又根據(jù)其初始條件iL(t1)=Im，uc(t1)=Udc，解出微分方程組式（3-3）并根據(jù)其初始條件，可得： （3-4） （3-5） （3-6） （3-7）IGBT上的電壓： （3-8）式中：衰減系數(shù)：=R*/2L*；微波爐諧振頻率 衰減震蕩叫頻率電路的初始狀態(tài)和電路參數(shù)決定的初相角

27、；是僅由電路參數(shù)決定的iL與 uc相比而言滯后的相位角。綜上所述，當IGBT在關斷之后，uc和iL顯示了衰減的正弦振蕩， Udc與uc的疊加生成uce，它是以Udc為軸心的衰減正弦振蕩來顯示，且其第一個正峰值是加在IGBT上的最高電壓。第一是L*釋放能量，Cr吸收能量，iL正向流動，并且部分能量消耗在R*上。在t1a時刻，（tt1a）=，iL=0，L*的能量將會釋放完畢，此時uc將會達到理論的最大值Ucm，因此，通過IGBT上的電壓也將達到理論的最大值uce=UcmUdc。這時Cr開始進行放電，L*是吸收能量，Cr當(tt1)=時，uc=0的能量釋放完畢，L*開始釋放能量，一部分消耗在R*上，

28、一部分向Cr充電，使uc反向上升，如圖3-4所示。然后，Cr開始釋放能量，使iL反向流動，可以分為兩部分：一消耗在R*上，二轉(zhuǎn)變成磁能。在uc接近0之前，(tt1)=2時，iL達到負的最大值。當(tt1)=時，uc=0，Cr的能量釋放完畢，轉(zhuǎn)由L*釋放能量，使iL繼續(xù)反向流動，也可以分為兩部分：一消耗在R*上，二向Cr反向充電。由于Cr左端的電位被電源箝位于Udc，因此右端電位就會呈現(xiàn)下降。當(tt1)=(t2t1)，即t=t2時，uc=Udc，uce=0，二極管開始導通，從而使Cr左端電位不能再下降而箝位于0。因此uc不再變化，充電結(jié)束。但是，L*中還有剩余的能量，當在t2時刻iL(t2)=

29、I2。這時，在主控制器的控制下，主開關開始導通。它是零電壓開通。3續(xù)流階段(t2t3)由t1時刻開始持續(xù)到t2時刻的自由諧振狀態(tài)，又因為 ，因此 IGBT的集射電壓。假如此時觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，則就可使IGBT零電壓軟開通完成一個觸發(fā)周期。假如此時無觸發(fā)脈沖，則在時刻t2之后續(xù)流二極管D導通續(xù)流。如圖2.6(a)所示此時電路等效為RL電路對直流電源的放電過程，開關由1擲向2之后的狀況。該過程的電流變化規(guī)律見圖2.6(b)所示的0t1段。到t3時刻電感中電流放電完畢，續(xù)流過程結(jié)束。假如忽略續(xù)流二極管D的導通電壓，則在t2t3時間內(nèi)IGBT的集射電壓一直保持為零，若考慮續(xù)流二極管D的導通電壓，則

30、在t2t3時間內(nèi)IGBT的集射電壓一直保持為一個很小的反壓，其大小為二極管D的導通電壓。正觸發(fā)脈沖可以在t2t3時間段的任意時刻給出，但IGBT的真正開通時刻都在二極管D續(xù)流結(jié)束時刻t3，來實現(xiàn)IGBT的的零電壓軟開通。這時IGBT的集射電壓是由負變正的過零時刻。t3時刻后，IGBT開始再次導通，新的周期開始。綜上所述(1)假如 IGBT的正觸發(fā)脈沖不在t2t3時到來，都會因IGBT的集射電壓大于零而產(chǎn)生較大的脈沖電流，可能對IGBT造成損害。(2)最佳的觸發(fā)時刻為t3，此時可以實現(xiàn)IGBT的零電壓軟開通。如果觸發(fā)時間在t2t3時，就會產(chǎn)生一定的開通時間延遲，最大延遲時間為td= t3-t2。

31、(3)脈沖頻率控制為理想的功率控制方式。其英文縮寫為PFM。在改變開通時間（脈沖寬度）的同時，也改變了開關周期T（T =Ton + Toff），理想的控制方式為脈沖頻率控制。（4）當開通時間Ton= t1，它決定輸出功率的大小。關斷時間t2-t1Toff t3-t1。因為二極管續(xù)流時間很短，所以Toff t2-t1， LC電路的自由諧振狀態(tài)的時間段為t1t2。因為當電源電壓確定且t2-t1由回路參數(shù)唯一確定，因此 toff基本由LC電路的參數(shù)唯一確定。當改變開通時間Ton改變輸出功率的同時，保證關斷時間Toff基本不變，可以來實現(xiàn)零電壓軟開通。(5) 因Toff由LC回路參數(shù)確定，驅(qū)動信號的占

32、空比便不可能為1便可以實現(xiàn)零電壓軟開關控制。在超音頻范圍，占空比的取值范圍在0.20.7之間。 假設定義主開關開通的時刻為t0 來研究一個工作周期的情況。其一個周期的時序波形如圖3.6所示。ttttttt1t2t3000000-UTonTToff圖3.6 單管零式逆變電路的電壓、電流波形t03.3本章小節(jié)本章主要介紹了微波爐主電路的拓撲結(jié)構(gòu)，然后又介紹了微波爐主電路的工作過程，簡單介紹并聯(lián)諧振逆變電路的工作過程，并以單管零式準諧振逆變電路為例詳細講述了逆變電路的三個階段：主開關導通階段、諧振階段、續(xù)流階段。并給出了單管零式逆變電路的電壓、電流的波形。第四章 微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)仿真4.1

33、微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)簡介微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)是Electronics Workbench(EWB)的升級版本。IIT公司早在公司20世紀80年代后期就推出了用于電路仿真與設計的EDA軟件EWB。隨著技術的發(fā)展，EWB經(jīng)過了多個版本的演變，從6.0版本開始，IIT公司對EWB(Electronics Workbench)進行了較大規(guī)模的改動，仿真設計模塊被改名為微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)。微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)與其他電路仿真軟件相比，具有下述特點：1系統(tǒng)集成度高、界面直觀、操作方便 微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析與結(jié)果的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中。整個操

34、作界面非常直觀，操作方法與實際儀器基本相同，因此該軟件易學易用。 2具有數(shù)字、模擬與數(shù)字/模擬混合電路的仿真能力 在電路窗口中，既可以對數(shù)字或模擬電路進行仿真，也可以將數(shù)字元件和模擬元件連接在一起進行仿真分析。3電路分析種類齊全 微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)除提供11種對電路進行測試的常用測試儀表外，還提供電路的直流工作點分析、瞬態(tài)分析、噪聲分析等15種常用的電路仿真分析方法4 . 提供多輸入/輸出接口 微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)可以輸入由Pspice等其他電路仿真軟件所創(chuàng)建的Spice網(wǎng)表文件，并自動生成相應的電路原理圖；也可以把EWB環(huán)境下創(chuàng)建的電路原理圖文件輸出給Protel等常見的PCB軟件

35、進行印刷電路設計。IIT也有自己的PCB軟件Electronics Workbench Layout，可使EWB電路圖文件更直接方便的轉(zhuǎn)換成PCB。因此，此軟件一推出就受到人們的喜愛。5. 使用靈活方便 在Mulsitim中，與現(xiàn)實元件對應的元件模型豐富，增強了仿真電路的實用性。用戶還可以自行創(chuàng)建或修改所需元件模型。元件之間連接方式靈活，允許連接線任意走向，允許把子電路作為一個器件使用，從而增大了電路的仿真模型。4.2主電路的微波爐磁控管磁路仿真系統(tǒng)仿真主諧振電路仿真波形如圖4.2所示，實驗波形如圖4.1所示，試驗參數(shù)為：L=144圖4.1觸發(fā)信號（上）與諧振電壓（下）實驗波形H，C=0.27F。（a）觸發(fā)信號（b）諧振電壓圖4.2 觸發(fā)信號與諧振電壓仿真波形圖4.3為不同情況下的仿真波形。其中黑色波形是電容上電壓的變化規(guī)律，紅色波形是電感中