专利名称：用于微波炉的变换器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及ー种用于微波炉的变换器。更具体地，本发明涉及ー种用于微波炉的多级电压倍増型变换器，该多级电压倍增型变换器甚至可以通过在用于驱动微波炉变换器的磁控管的高压产生単元中采用中压通用组件及低压通用组件来获得与相关技术中的微波炉变换器相同的效果，且因此可以解决相关技术中的使用特定的高压组件且因此需要很高的制造成本的微波炉的变换器的缺陷以大大地降低制造成本。
背景技术：
一般而言，用于家用微波炉的变换器(下文称为“变换器”)利用市电交流电源来提供驱动磁控管所需的高压(额定电压_4，500V)及磁控管灯丝电压(额定电压3V)。所述磁控管的操作原理相对简単。当灯丝电压供给灯丝且高压施加到正极时，所述磁控管自动地进行自振荡以发出电磁波(额定频率2. 4GH)。如果该电磁波辐射到包含水的物体(熟食)，所述电磁波使水分子振动以产热且从而煮熟食物。如图I所示，相关技术中的微波炉变换器可以是电压倍增型变换器，其中要求高压变压器40的高压线圈43的输出Va是正极电压的一半，例如2，250V，且将该输出电压乘以2以获得驱动磁控管50所需的电压，例如4，500V。相关技术中的微波炉变换器的详细操作如下。①首先，在Va相位的点“a”为“ + ”且Va相位的点“b”为的情况在起始于点“a”的电流通过高压ニ极管31及高压电容器21回到点“b”的过程中， 2，250V的电压充到高压电容器21内。此时，高压电容器21的接地侧的电压极性变为“ + ”。②接着，在Va相位的点“a”为且Va相位的点“b”为“ + ”的情况在起始于点“b”的电流通过高压电容器20及高压ニ极管30回到点“a”的过程中，2，250V的电压充到高压电容器20内。此时，高压电容器20的点“ b”侧的电压极性变为此时，高压电容器21与高压电容器20串联，且因此这些串联的电容器的两端之间的电压变为4，500V( = 2，250V+2, 250V)。由于磁控管50的正极52及负极51连接在高压电容器20与高压电容器21的两端之间，充到高压电容器20与高压电容器21中的电压变为磁控管的驱动电源电压。从灯丝电源线圈42获得约为3V的电压，且该电压用来加热磁控管50的灯丝51。 作为參考，磁控管50对应于真空ニ极管，且因为灯丝51还用作负极51，因此在本发明的描述中，附图标记51共同用于灯丝及负极。如上所述，由于施加到高压电容器20与高压电容器21的充电电压是2，250V,则考虑到预定的余量，要求这些元件的最大耐受电压至少为3，000V，且施加到高压ニ极管30与高压ニ极管31的反向电压基于正常操作可以为4，500V。然而，在实际中，通常需要最大耐受电压为8KV，以耐受磁控管开始其操作时产生的反向冲击电压，且由于使用这些具有高的最大耐受电压的元件，相关技术中的变换器很昂贵。而且，由于高压变压器40的高压线圈43的输出Va为高，要花费很大的代价来保持初级侧及次级侧之间的绝缘。如上所述，高压变压器、高压整流ニ极管及高压电容器是构成变换器的三个重要组件，且因为它们的处理电压是很高的电压，用在相关技术中的变换器中的这些元件的额定功率被视为特级。特级组件与通用组件相対，且其成本比通用组件的成本高几倍到几十倍，对推广变换器型微波炉造成了很大的障碍。
发明内容
因此，本发明用以解决出现在现有技术中的上述问题，同时完整保持现有技术已实现的优点。本发明要实现的ー个目的是提供一种用于微波炉的多级电压倍増型变换器，该多级电压倍增型变换器甚至可以通过利用中压通用组件及低压通用组件获得与相关技术中的微波炉变换器相同的效果，且因此可以解决相关技术中的使用特定的高压组件且因此需要很高的制造成本的微波炉变换器的缺陷以大大地降低制造成本。在本发明的ー个方面中，提供了一种用于微波炉的多级电压倍増型变换器，所述多级电压倍増型变换器包括市电交流电源；整流器，所述整流器将市电交流电源转换为直流电源；电抗器及滤波电容器，所述电抗器及滤波电容器吸收变换器中产生的电源噪声且对整流电压滤波以提供接近直流电压的电压；谐振单元，所述谐振単元中以半桥式配置上部绝缘栅双极型晶体管(IGBT)与下部绝缘栅双极型晶体管及谐振电容器；变换器控制单元，所述变换器控制单元交替输出用于驱动上部绝缘栅双极型晶体管及下部绝缘栅双极型晶体管的互补对称脉冲；绝缘栅双极型晶体管驱动器，所述绝缘栅双极型晶体管驱动器对输出脉冲进行电流放大且接着通过驱动绝缘栅双极型晶体管获得方波电压；高压变压器， 在高压变压器中，初级线圈与谐振电容器构成串联谐振电路，当方波电压施加到初级线圈时，所述串联谐振电路产生谐振电压，且通过铁氧体磁芯在次级线圈中感应出相应产生的电能；灯丝电源线圈，灯丝电源线圈用于加热磁控管的灯丝的目的；及高压产生単元，所述高压产生単元通过使用等于或大于三倍电压倍増器的多级电压倍増器获得驱动磁控管的闻压。所述高压产生单元可以通过将充电/放电电容器及ニ极管以多级方式连接来配置，且用于驱动所述磁控管的所述高压自偶数的电容器获得。如上文所述，通过本发明获得的效果如下。相关技术中的变换器是二倍电压倍増型且构成变换器的三个重要组件的高压变换器、高压整流ニ极管及高压电容器需要耐受很高的电压，而根据本发明的多级电压倍増型变换器可以由最大耐受电压相对很低的元件配置，且因此制造成本大大降低。尽管根据本发明的多级电压倍増型变换器的基本原理在于增大配置元件的数目及将施加到各个元件的电压进行分配以降低施加到各个元件的电压，因此本质上是增大了元件数目，相比于特级高压组件，这样的元件是相当便宜的，且因此，即使増大了配置元件的数目，总配置成本仍会大大降低。
结合附图，根据下文详细描述，本发明的上述及其它目的、特征及优势将显而易见，其中图I是相关技术中的用于微波炉的变换器的电路图；及图2是根据本发明的实施方式的用于微波炉的多级电压倍増型变换器的电路图。
具体实施例方式下文，将參考附图描述本发明的优选实施方式。说明书中定义的内容，诸如详细结构和元件，仅仅是用以帮助本领域普通技术人员全面理解本发明而提供的具体细节，因此本发明不局限于此。为了准确地描述本发明，略去与该描述无关的部分，且在本发明的整个说明书中， 相同的附图标记用于各个附图中相同的元件。在本发明的整个说明书及权利要求中，描述中的术语“包括”表示除了所描述的组件外，并不排除ー个或多个其它组件。在描述之前，为客观理解，所提出的数值(尤其是电压值)指的是额定值，且假定元件的损耗及元件之间的损耗为“O”。就磁控管而言，驱动正极电压根据磁控管的主体温度而大大不同。例如，如果磁控管变得很热，尽管额定驱动电压设定为_4，500V，但驱动电压具有降低至约_4，000V的特性，且因此降低至约-4，000V的驱动电压表示为额定值。相关技术中的变换器是二倍电压倍増型。在此情况下，高压变压器的次级电压为 2250V，为正极电压的一半，施加到高压整流ニ极管的反向电压是4，500V,且施加到高压整流电容器的电压为2，250V。由于施加到变换器的三个重要组件的电压在2，000V到4，500V 之间，则应当仔细注意高压变压器的次级线圈的绝缘性，且高压整流ニ极管及高压整流电容器应当由特级额定功率元件配置。相比之下，根据本发明的实施方式，由于采用多级电压倍増型高压产生単元，施加到各个元件的电压被分配而降低，且因此可利用通用组件以低成本实现相同的效果。在本发明的实施方式中，采用6倍电压倍増型变换器，且该变换器与相关技术中的变换器比较， 高压变压器的次级电压为750V，是正极电压的1/6，且施加到高压整流ニ极管及高压整流电容器的电压仅为1，500V，是次级电压的二倍。如上文所述，与施加到相关技术中的变换器的重要元件的反向电压相比，施加到根据本发明的变换器的重要元件的反向电压大大地降低，且因此根据本发明的变换器中可以使用通用组件。图2是根据本发明的实施方式的用于微波炉的多级电压倍増型变换器的电路图。如图2中所示，根据本发明的变换器包括市电交流电源10、整流器11、电抗器12 及滤波电容器13、谐振单元、变换器控制单元19、绝缘栅双极型晶体管驱动器18、高压变压器40、灯丝电源线圈42及高压产生単元，绝缘栅双极型晶体管16与绝缘栅双极型晶体管 17及谐振电容器14与谐振电容器15以半桥式配置在所述谐振単元中。
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具体地，根据本发明的实施方式的变换器包括市电交流电源10、整流器11、电抗器12及滤波电容器13、谐振单元、变换器控制单元19、绝缘栅双极型晶体管驱动器18、高压变压器40、灯丝电源线圈42及高压产生単元，整流器11将市电交流电源转换为直流电源， 电抗器12及滤波电容器13吸收变换器中产生的电源噪声且对整流电压滤波以提供接近直流电压的电压，所述谐振単元内有以半桥形式配置的绝缘栅双极型晶体管16与绝缘栅双极型晶体管17及谐振电容器14与谐振电容器15，变换器控制单元19交替输出用于驱动上部的绝缘栅双极型晶体管16及下部的绝缘栅双极型晶体管17的互补对称脉冲，绝缘栅双极型晶体管驱动器18对输出脉冲进行电流放大且接着通过驱动绝缘栅双极型晶体管16与绝缘栅双极型晶体管17获得方波电压Vb，在高压变压器40中，初级线圈41与谐振电容器 14、15构成串联谐振电路，当方波电压Vb施加到初级线圈41时，所述串联谐振电路产生谐振电压Vp，且相应地产生的电能通过铁氧体磁芯44感应在次级线圈45中，灯丝电源线圈 42用于加热磁控管50的灯丝51，高压产生単元通过使用等于或大于三倍电压倍増器的多级电压倍増器获得驱动磁控管的高压。这里，市电交流电源10是家用电源，其根据国家设定为100V到240V。整流器11 将市电交流电源10转换为直流电源，且电抗器12及滤波电容器13吸收变换器中产生的电源噪声且对整流电压滤波以提供接近直流电压的电压。绝缘栅双极型晶体管16与绝缘栅双极型晶体管17及谐振电容器14与谐振电容器15以典型的半桥形式配置。变换器控制单元19交替地输出用于驱动上部绝缘栅双极型晶体管16及下部绝缘栅双极型晶体管17的互补对称脉冲，且绝缘栅双极型晶体管驱动器18对输出脉冲进行电流放大且接着通过驱动绝缘栅双极型晶体管16与绝缘栅双极型晶体管17来获得方波输出 Vb。如果上部绝缘栅双极型晶体管16导通，则方波输出Vb变为高电平(+)，而如果下部绝缘栅双极型晶体管17导通，方波输出Vb变为低电平(0)。高压变压器40的初级线圈41及谐振电容器14、15构成串联谐振电路。如果方波电压Vb施加到初级线圈41，则产生谐振电压Vp，且通过铁氧体磁芯44在次级线圈45中感应出相应产生的电能。相比于初级线圈41，次级线圈45具有很多匝以获得高压，且灯丝电源线圈42通常只有一匝或两匝以获得大约为3V的电压。下文将更详细地描述根据本发明的变换器的高压产生単元的操作。根据本发明的变换器是多级电压倍増型，且整流级数为6。在此情况下，只要高压变压器40的次级线圈45的输出Ve为750V(正极电压的1/6)就已足够，且通过6倍电压放大来获得驱动磁控管50所需的电压4，500V。其详细操作如下。从次级线圈45的接地点m看，如果输出电压Ve的点“e”的极性为“ + ”，则ニ极管 32导通，且电容器22的端电压被充电到Ve。接着，如果Ve的极性反向且点“e”变为
电容器22的电压增加到电压Ve中，则增加后的电压通过ニ极管33充到对电容器23中。此时，电容器23的端电压变为2 -Ve0如果Ve的极性再次反向且点“e”变为“ + ”， 则电容器23的电压2 -Ve増加到Ve中，则增加后的电压通过ニ极管34充到电容器24中。 然而，此时，比如电容器23，由于电压Ve施加到电容器22，则电容器23的端电压未变为 3 Ve，而变为2 Ve。通过继续上述操作，对除了电容器22、24及26外的所有电容器23、 25及27充电2 Ve。因此，在最后的电容器27的点k处，产生6 Ve的电压。分别通过电容器22、24及26获得奇数的电压，且分别通过电容器23、25及27获得偶数的电压。因此，提供到负载(磁控管电流)的电源来自偶数的电容器23、25及27。 由于奇数的电容器22、24及26将充电电流提供到下ー级的奇数的电容器，则它们包括大量的波纹电压，且排除将奇数的电容器用作负载电流源。综上所述，在多级电压倍増型变换器中，各级中的电压总和成为输出电压，且只要各个ニ极管及电容器的最大耐受电压是次级线圈的输出电压Ve的2倍就足够，即1，500V。 因此，相比于相关技术中通过二倍电压倍增型变换器获得高压的情况，在选择变换器中的组件的方面是很有利的，且因此降低了制造成本。尽管出于说明性目的描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将理解， 各种改动、添加及替换是可能的，而不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围及精神。
权利要求
1.一种用于微波炉的多级电压倍増型变换器，所述用于微波炉的多级电压倍増型变换器包括市电交流电源；整流器，所述整流器将所述市电交流电源转换为直流电源；电抗器及滤波电容器，所述电抗器及滤波电容器吸收所述变换器中产生的电源噪声并对整流电压滤波，以提供接近直流电压的电压；谐振单元，在所述谐振单元中，上部绝缘栅双极型晶体管与下部绝缘栅双极型晶体管及谐振电容器以半桥形式配置；变换器控制单元，所述变换器控制单元交替地输出用于驱动所述上部绝缘栅双极型晶体管及所述下部绝缘栅双极型晶体管的互补对称脉冲；绝缘栅双极型晶体管驱动器，所述绝缘栅双极型晶体管驱动器对所述输出脉冲进行电流放大，且接着通过驱动所述绝缘栅双极型晶体管获得方波电压；高压变压器，在所述高压变压器中，初级线圈与谐振电容器构成串联谐振电路，当所述方波电压施加到所述初级线圈时，所述串联谐振电路产生谐振电压，且通过铁氧体磁芯在次级线圈中感应出相应产生的电能；灯丝电源线圈，所述灯丝电源线圈用于加热磁控管的灯丝的目的；及高压产生単元，所述高压产生单元通过使用等于或大于三倍电压倍増器的多级电压倍增器获得驱动所述磁控管的高压。
2.如权利要求I所述的用于微波炉的多级电压倍増型变换器，其中所述高压产生单元通过将充电/放电电容器及ニ极管以多级方式连接来配置，且自偶数的电容器获得用于驱动所述磁控管的所述高压。
全文摘要
本发明提供了一种用于微波炉的变换器，其包括市电交流电源；将市电交流电源转换为直流电源的整流器；电抗器及滤波电容器，所述电抗器及滤波电容器吸收电源噪声且对整流电压滤波以提供接近直流电压的电压；具有以半桥形式配置的谐振电容器的谐振单元；交替输出互补对称脉冲的变换器控制单元；IGBT驱动器，所述IGBT驱动器获得方波电压；高压变压器；灯丝电源线圈，灯丝电源线圈用于加热磁控管的灯丝的目的；及高压产生单元，所述高压产生单元通过使用等于或大于三倍电压倍增器的多级电压倍增器获得驱动磁控管的高压。所述变换器通过最大耐受电压相对很低的元件配置，且因此所述变换器的制造成本大大降低。
文档编号H02M3/335GK102611312SQ20111011564
公开日2012年7月25日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年1月25日
发明者李钟学 申请人:李钟学