0 引言

　　在有交流220 V電源的場合，可以利用市面上已有的各種微波爐，但在沒有交流電源的地方，要使用微波爐，通常是要用一個大功率DC ／AC逆變器將蓄電池電源變成220 V交流電源，再供給微波爐使用，這會造成使用比較麻煩，且電池利用率相對不高等問題。現有產品缺少一種可以直接使用直流電源的微波爐。本文給出了一種采用直流電源供電的野外微波爐一體化設計方案，可以解決野外工作者和戶外游玩者的飲食加熱問題。

　　1 野外微波爐整體設計

　　圖1是野外用微波爐的原理框圖。其中，一體化定時火力選擇電機、風扇電機、轉盤電機；照明燈采用DC 24 V供電。正常工作時，通過移相控制電路、驅動電路和全橋逆變電路，將DC 24 V逆變為高頻方波電壓，再通過高頻變壓器升壓獲得2 000 V的高頻電壓，最后經過倍壓整流得到4 000 V的負向直流電壓接到磁控管陰極。另外，為提高系統穩定性，將磁控管的陰極電壓引回到移相控制電路中形成閉環控制，使磁控管陰極電壓穩定在3 800～4 200 V范圍內。電路中，采用UCC3895來控制相位，利用功率MOS管的輸出電容和變壓器的漏電感作為諧振元件，從而實現功率器件開關狀態的零電壓切換。同時UCC3895還具有過流欠壓保護等功能。與傳統由直流電源逆變為220V供電的微波爐比較，具有變壓器體積小，重量輕，整機成本低的特點，尤其轉換效率得到了較大提高。

　　在圖1中，S1為門第一聯鎖開關；S2為門第二聯鎖開關；S3為門監控開關；S4為定時器開關；S5為火力選擇開關；S6為磁控管自復位熱斷路器；M1為一體化定時器火力選擇樣機；M2為風扇電機；M3為轉盤電機；T為高頻升壓變壓器；MAG為磁控管。

　　2 逆變電路的設計

　　2．1 移相控制電路的設計

　　本文采用UCC3895作為移相控制芯片，電路如圖2所示。UCC3895是UCC3875的改進型，除具有UCC3875功能外，還增加了自適應死區設置，既可工作于電壓模式，也可工作于電流模式，具有完善的過流、過壓、欠壓保護和軟啟動模式，性能優越。其中，利用電流互感器，將磁控管電流信號經引腳CS，引腳ADS與引腳RAMP分別輸至電流檢測及過電流比較器，自適應延時設定放大器和PWM比較器。磁控管經電阻分壓，TL-431和光電耦合器等饋送至SS／DISB，從而實現電壓反饋控制功能。

　　其中，振蕩頻率和同一橋臂的延時時間可由下式確定：

　　2．2 驅動電路的設計

　　驅動電路采用光耦隔離器6N137和集成驅動芯片IXDD414，如圖3所示。6N137為高速光電耦合器，由其真值表（如表1所示）可知，其輸入與輸出為反向，但當輸入為低電平時，輸出為集電極開路的高電平，所以這里使用上拉電阻調整電路。IXDD414是一種高速大電流驅動器，可以在柵極電壓上升和下降的短暫時間內產生或吸收14 A的峰值電流。該驅動芯片的輸入兼容COMS和TTL，同時可利用使能端EN進行短路檢測，在EN輸入為邏輯低電平時，封鎖芯片輸出為高阻態，實現MOSFET或IGBT的軟關斷，以防止開關器件因過壓而損壞。

　　2．3 全橋逆變主回路的設計

　　本文采用全橋逆變電路，如圖4所示。與半橋逆變相比，全橋逆變具有結構簡單，電壓利用率與可輸出功率高的特點。另外，在一般情況下，最大反向電壓不會超過電源電壓Vs，4個再生二極管能消除一部分由漏感產生的瞬間電壓。開關管采用MOSFET，是因為其具有導通壓降小，開關速度快，輸出功率大等特點。采用RC緩沖器可以在開關管關斷時減小集電極電壓應力，以防止開關管因反壓過大而燒壞。

　　選用RFP50N05L，TO-220AB封裝作為開關管進行計算。以開關管導通電阻Rds（on）=0．027 Ω，高頻變壓器效率η=0．9，輸入電壓Ui=24 V，磁控管功率Po=920 W，占空比D=0．5為例，得Ii=43．6 A，Vds（on）=43．6×0．027=1．17 V，Pds=1．17×43．6×2×0．5=51．3 W。

　　3 高頻變壓器設計

　　選擇開關頻率為50 kHz，輸入電壓為22～26 V，額定輸入電壓Ui=24 V，輸出電壓Uo=2 000 V，輸出電流Io=300 mA，變壓器允許溫升為20℃，效率為80％。

　　（1）P1=Po／η=920／0．9=1 022 W。

　　由PQ磁芯資料選定A16鐵氧體材料EE55／55／21鐵芯，其Ae=354 mm2。

　　（2）因使用EE55／55／21的鐵芯，由參考圖可知，其生產廠家推薦的磁感應強度峰值Bm在50 kHz時為90 mT，磁感應密度增量△B=180mT= 0．18 T。

　　（3）在占空比為0．5時：

　　Ton（max）=0．51／50 000=10μs

　　原邊匝數：

　　Np=Vb×Ton／（△B×Ae）=24×10／（0．18×354）=4匝

　　（4）

　　其中：50 V為整流時，繞組的等壓降。

　　每匝的伏數=24／4=6 V

　　副邊匝數Ns=2 050／6=342匝

　　若忽略開關損耗等，理論計算微波部分的總效率為：

　　4 測試方法與測試數據

　　采用FLUKE 15 B萬用表三個，其中兩塊萬用表接在磁控管的工作電路中。分別測量磁控管的陰極電壓、電流；另一塊接在高頻變壓器初級繞組上，用以測量初級電流。

　　測試條件是直流電壓Ui=24 V，測得變壓器初級電流Ii=55 A，磁控管陰極電壓Uo=4 kV，磁控管電流Io=280 mA，則全橋逆變轉換率：

　　5 結語

　　給出了一種新型直流供電的微波爐設計方案。采用全橋逆變與高頻升壓，有效地減小了微波爐的體積和重量，與采用逆變器加微波爐的工作方式相比，較大程度地提高了能源的利用率，更加符合野外微波爐的使用環境與特點。另外，通過合理配置變壓器參數，可以進一步提高變壓器的效率，防止出現偏磁飽和等現象。通過調整控制回路的參數，可以進一步穩定輸出電壓，保證微波功率在合理范圍內。