变频微波炉电源用多输出LLC谐振变换器开发

摘要

在现代家庭中，微波炉已得到越来越多的使用。微波炉的效率、智能化及环保节能等方面的性能也越来越受到人们的重视。在设计微波炉的磁控管供电电源时，传统的思路是使用两套孤立的磁控管供电电源分别为磁控管的阴极和阳极供电，由于磁控管的阴极和阳极对地电压均在几千伏左右，因此需要提供两套隔离系统隔离电压，使得电路的复杂度和成本大幅度上升。此外，由于传统的微波炉采用工频变压器升压后半波倍压整流的办法为磁控管供电，存在功率不可调、效率低等缺陷。如果磁控管供电电源能实现磁控管阴极阳极电压多输出、PID闭环反馈、零电压开关等功能的话，将有效的克服上述缺陷，大大降低磁控管电源的复杂度和成本，提高微波炉的使用效率，提升微波电源的使用寿命。因此，本文对多输出LLC谐振变换器及其闭环反馈控制系统做了相关研究，提出了一种可实现磁控管阴极阳极电压多输出、磁控管功率输出连续可调的微波电源设计方案。
　　本文以负载磁控管的工作特性及LLC谐振变换器的工作特性作为出发点，通过详细的分析，提出了一种变频LLC谐振变换器PID控制闭环反馈微波炉用多输出微波电源的设计方案，方案中采用两级结构加闭环反馈的设计，使用有源功率因数校正电路作为前级电路，使用软开关多输出变频LLC谐振变换器与倍压整流电路相结合的电路结构作为后级电路，并在后级电路中加入了PID控制闭环反馈的设计。这种设计的微波电源大大优于传统设计的线性不可调的微波电源，不仅能降低微波电源的复杂度和成本，还可提高微波炉的效率，增加电源的使用寿命等，实现了磁控管阴极阳极电压多输出及微波炉输出功率在线连续可调的功能。
　　首先，确定了多输出LLC谐振变换器微波电源的主电路结构，并对LLC谐振变换器的工作特性进行了细致的分析计算，建立了等效模型并推导出直流电压增益曲线，分析不同的电路参数对电压增益的影响规律，并以此为基础对LLC谐振变换器对磁控管阴极阳极电压多输出做了可行性分析与计算。
　　其次，结合实际所需的设计要求，对微波炉磁控管电源主电路进行详细分析，对各个主要元器件进行参数设计及优化，并对主电路各个元器件进行了选型。
　　再次，为实现在线实时调节微波电源的功率输出，结合LLC谐振变换器的等效电路模型，基于LLC谐振变换器的直流电压增益曲线的特性，设计出以PWM脉冲发生器与PID控制器组成的PID控制反馈系统，并进行参数整定。
　　最后，采用分段仿真的办法，先利用SABER仿真软件对前级有源功率因数校正电路进行了建模仿真，再利用MATLAB软件对LLC谐振变换器对磁控管阴极阳极电压多输出进行仿真验证，最后对系统的PID控制闭环反馈进行了仿真，验证了电源在线调节输出功率的功能，并使用控制变量法比较有无PID闭环控制下的LLC谐振变换器的性能差异并得出结论。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的背景和意义

1.2 变频微波炉电源的研究现状

1.3 课题的主要研究对象

1.4 本课题的研究内容

第2章 多输出LLC谐振变换器的工作原理

2.1电源主电路的选择

2.2多输出LLC谐振变换器工作原理

2.3多输出LLC谐振变换器主电路模型分析

2.4本章小结

第3章 多输出LLC谐振变换器的参数设计与优化

3.1核心参数优化设计

3.2电源主电路参数设计

3.3本章小结

第4章 LLC谐振变换器的PID控制

4.1 PID控制概述

4.2 PID控制的工作原理

4.3 LLC谐振变换器PID控制模块的实现

4.4本章小结

第5章 多输出LLC谐振变换器的仿真模型

5.1功率因素校正电路的仿真

5.2 LLC谐振变换器多输出可行性仿真验证

5.3 LLC谐振变换器有无PID变频控制下的对比仿真

5.4 结论

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢