本發(fā)明涉及家電領(lǐng)域，特別涉及一種變頻微波爐電源控制電路及其閉環(huán)控制方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前行業(yè)使用的變頻微波爐電源控制方案是LLC半橋諧振電路方案，微處理器配合驅(qū)動器驅(qū)動功率開關(guān)管，再由功率開關(guān)管將直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波電壓，流入高壓變壓器初級與諧振電容，高壓變壓器次級產(chǎn)生高壓，再由高壓二極管整流成直流高壓，供給變頻磁控管。微處理器通過電壓、電流采樣單元采樣輸入交流電壓與交流電流，經(jīng)過處理后輸出調(diào)頻調(diào)寬的高頻信號給驅(qū)動器驅(qū)動功率開關(guān)管工作。

上述控制方法中，微處理器需要處理大量工作，包括：功率開關(guān)管過電流保護(hù)、功率開關(guān)管過熱保護(hù)、與上位機(jī)通信、功率控制、輸出兩路可調(diào)頻且可調(diào)脈寬PWM信號，且兩路PWM信號互補(bǔ)帶死區(qū)控制，每工頻周期需要采樣盡量多的瞬時電壓與電流信號，并及時進(jìn)行計算輸出控制信號。這樣，微處理器的功能要求高，成本高，軟件開發(fā)難度大，且由于處理器PWM模塊頻率限制，無法在成本不提高太多情況下完成更高頻的控制方案。因此，有必要做進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種成本低廉、無PPC功率因數(shù)校正、電路簡單、達(dá)到高頻控制的變頻微波爐電源控制系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。

按此目的設(shè)計的一種變頻微波爐電源控制電路，包括負(fù)責(zé)功率控制及通信的微處理器和負(fù)責(zé)驅(qū)動功率開關(guān)管的驅(qū)動器，其特征在于：還包括通信電路、電壓采樣電路、電流采樣電路和主功率回路，微處理器通過通信電路通信連接上位機(jī)，電壓采樣電路和電流采樣電路分別連接微處理器；所述主功率回路包括功率開關(guān)管、諧振電容、高壓變壓器；微處理器根據(jù)電壓采樣電路對主功率電路的電壓信號進(jìn)行采樣，微處理器根據(jù)電流采樣電路對主功率電路的電流信號進(jìn)行采樣，采樣得到的數(shù)據(jù)用于功率控制輸出PWM控制信號至驅(qū)動器驅(qū)動功率開關(guān)管運(yùn)行。

一種用于上述變頻微波爐電源控制電路的閉環(huán)控制方法，其特征在于：所述微處理器上電與上位機(jī)通信獲得目標(biāo)運(yùn)行功率后，通過單工頻周期分解多個瞬時電流閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)電流正弦波調(diào)節(jié)及功率因數(shù)校正；啟動以后，微處理器根據(jù)過零信號分時采樣主功率回路直流母線電壓，計算出交流電壓的有效值，計算公式如下：

式中，Urms為電壓有效值，u₁，u₂，u₃，u_n為第1、2、3……n個電壓瞬時值；

通過目標(biāo)功率換算得到各采樣點(diǎn)目標(biāo)瞬時電流值，計算公式如下：

i＝I_m*Sin2πft

式中，P為目標(biāo)功率，Irms為電流有效值，I_m為峰值電流，f為交流工頻，t為時間，i為瞬時電流；

微處理器根據(jù)電流采樣反饋調(diào)節(jié)輸出PWM控制信號，實(shí)現(xiàn)正弦波調(diào)節(jié)，計算公式如下：

D_t＝D_t-1+K_p*Δi_t+K_i*Δi_sum

Δi_t＝i-i_t

Δi_sum＝Δi_t+Δi_t-1

式中，D_t為修正的輸出占空比值，D_t-1為上一個輸出占空比值，K_p為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，Δi_t為當(dāng)前電流采樣偏差量，Δi_sum為電流采樣偏差量累計值，K_i為積分調(diào)節(jié)系數(shù)，i為目標(biāo)瞬時電流，i_t為電流采樣值，Δi_t-1為上一個電流采樣偏差量；

微處理器將上述修正后的PWM控制信號輸出至驅(qū)動器驅(qū)動功率開關(guān)管，經(jīng)過若干周期調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，電流信號可達(dá)到目標(biāo)電流有效值所形成的正弦電流波形，且跟隨電壓波形，完成功率因素校正，功率達(dá)到上位機(jī)要求的目標(biāo)功率。

本發(fā)明設(shè)置微處理器通過電壓采樣電路對主功率電路的電壓進(jìn)行多數(shù)據(jù)采樣，以準(zhǔn)確的計算出電壓的有效值，再通過電壓的有效值計算出電流的有效值，最終能夠完成功率因數(shù)的校正。其具有成本低廉、無PPC功率因數(shù)校正、電路簡單、達(dá)到高頻控制的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的電路圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的工作流程框線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1和圖2，本變頻微波爐電源控制電路，包括負(fù)責(zé)功率控制及通信的微處理器IC2、負(fù)責(zé)驅(qū)動功率開關(guān)管的驅(qū)動器、通信電路、電壓采樣電路、電流采樣電路、主功率回路、輸入交流橋式整流濾波電路、高壓變壓器單元和高壓變壓器次級整流單元；所述微處理器通過通信電路通信連接上位機(jī)，以獲得目標(biāo)運(yùn)行功率及返回運(yùn)行狀態(tài)信息；電壓采樣電路和電流采樣電路分別連接微處理器；所述主功率回路包括功率開關(guān)管、諧振電容、高壓變壓器；所述驅(qū)動器上設(shè)置有用于接收微處理器發(fā)送的PWM控制信號并轉(zhuǎn)換為控制上下功率開關(guān)管IGBT工作的控制信號的驅(qū)動芯片；微處理器根據(jù)電壓采樣電路對主功率電路的電壓信號進(jìn)行采樣，微處理器根據(jù)電流采樣電路對主功率電路的電流信號進(jìn)行采樣，采樣得到的數(shù)據(jù)用于功率控制輸出PWM控制信號至驅(qū)動器驅(qū)動功率開關(guān)管運(yùn)行。

進(jìn)一步說，本結(jié)構(gòu)中的驅(qū)動器可設(shè)定最大最小工作頻率、死區(qū)時間和IGBT過電流保護(hù)閾值，輸入單路PWM控制信號可完成驅(qū)動上下功率開關(guān)管。

進(jìn)一步說，微處理器通過通信電路與上位機(jī)通信，接收上位機(jī)發(fā)送的脈沖信號得知需要運(yùn)行的目標(biāo)功率，再根據(jù)自身的運(yùn)行狀態(tài)返回信號給上位機(jī)。

進(jìn)一步說，電壓采樣電路以電阻分壓方式，將直流母線電壓降低至微處理器可采樣的0～5V電壓，微處理器采樣經(jīng)過電阻分壓后的電壓，可按比例反算出直流母線電壓值，但當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行起來后，由于母線連接的濾波電容的容值很小，存儲的電量很快就被消耗掉，導(dǎo)致母線電壓由平直的直流電壓變成脈動直流電壓，此時采樣到的電壓并不能直接計算出交流電壓值。

進(jìn)一步說，為解決上述問題，通過以下方法可得到交流電壓的有效值：在一個工頻周期內(nèi)連續(xù)采樣盡量多的電壓數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行求均方根值，得出的數(shù)值即輸入電壓的有效值，鑒于直流母線連接的濾波電容很小，此電壓有效值與電源進(jìn)線交流電壓很接近，基本可當(dāng)作是輸入交流電壓有效值。

進(jìn)一步說，電流采樣電路通過放大電路對高壓變壓器原邊電流進(jìn)行濾波與放大可得到交流電流有效值，微處理器根據(jù)采樣的電流有效值控制磁控管運(yùn)行輸入功率。

為實(shí)現(xiàn)功率控制與功率因數(shù)校正，本發(fā)明提出一種用于上述變頻微波爐電源控制電路的閉環(huán)控制方法，所述微處理器上電與上位機(jī)通信獲得目標(biāo)運(yùn)行功率后，通過單工頻周期分解多個瞬時電流閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)電流正弦波調(diào)節(jié)及功率因數(shù)校正；啟動以后，交流市電經(jīng)過整流橋整流后輸出脈動直流電壓供給主回路變頻控制單元，微處理器根據(jù)R1/R2電阻分壓采樣，再根據(jù)過零信號分時采樣主功率回路直流母線電壓瞬時值，微處理器在一個工頻周期內(nèi)連續(xù)采樣多次電壓數(shù)據(jù)，按照求均方根值方法求出電壓有效值，計算公式如下：

(式中，Urms為電壓有效值，u₁,u₂,u₃,u_n為第1、2、3……n個電壓瞬時值)；

微處理器根據(jù)通信電路得知運(yùn)行目標(biāo)功率，通過上述采樣得的交流電壓有效值與目標(biāo)功率計算得到目標(biāo)電流有效值，只要微處理器將電流調(diào)節(jié)至目標(biāo)電流有效值，且功率因數(shù)較高，最終運(yùn)行功率將接近目標(biāo)運(yùn)行功率，即通過目標(biāo)功率換算得到各采樣點(diǎn)目標(biāo)瞬時電流值，計算公式如下：

為了能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)校正功能，微處理器根據(jù)定時采樣點(diǎn)的相位求出各采樣點(diǎn)的目標(biāo)瞬時電流值，計算公式如下：

i＝I_m*Sin2πft

(式中，P為目標(biāo)功率，Irms為電流有效值，I_m為峰值電流，f為交流工頻，t為時間，i為瞬時電流)；

微處理器根據(jù)電流采樣反饋調(diào)節(jié)輸出PWM控制信號，實(shí)現(xiàn)正弦波調(diào)節(jié)，計算公式如下：

D_t＝D_t-1+K_p*Δi_t+K_i*Δi_sum

Δi_t＝i-i_t

Δi_sum＝Δi_t+Δi_t-1

(式中，D_t為修正的輸出占空比值，D_t-1為上一個輸出占空比值，K_p為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，Δi_t為當(dāng)前電流采樣偏差量，Δi_sum為電流采樣偏差量累計值，K_i為積分調(diào)節(jié)系數(shù)，i為目標(biāo)瞬時電流，i_t為電流采樣值，Δi_t-1為上一個電流采樣偏差量)；

根據(jù)以上閉環(huán)控制，只要K_p與K_i調(diào)節(jié)系數(shù)設(shè)置得當(dāng)，最終運(yùn)行功率可快速達(dá)到目標(biāo)功率穩(wěn)定運(yùn)行，且電流波形接近平滑的正弦波，完成功率因數(shù)校正。

微處理器將上述修正后的PWM控制信號輸出至驅(qū)動器驅(qū)動功率開關(guān)管，經(jīng)過若干周期調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，電流信號可達(dá)到目標(biāo)電流有效值所形成的正弦電流波形，且跟隨電壓波形，完成功率因素校正，功率達(dá)到上位機(jī)要求的目標(biāo)功率。

上述為本發(fā)明的優(yōu)選方案，顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。