一种磁控管变频电源电路启动过程控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及感应加热电源装置在磁控管启动过程的控制方法。
【背景技术】
[0002]感应加热电源装置，如微波炉电源，其负载是一电真空器件——磁控管，如同其他电真空器件一样，其通电后需要一启动过程，方能开始正常工作。这是因为磁控管正常工作的条件是灯丝能够按阳极电压的控制发射电子流，只有达到这种状态，磁控管才能正常发出微波功率。而灯丝必须通过一定的加热时间，达到足够高的温度后，才能按受控条件发射电子流，这就是所谓的启动过程。在此过程中，由于磁控管尚不能产生微波功率，电源装置的负载基本处于轻负荷状态，而在这种轻负载状态下电源变换电路的电压传输系数较高，容易导致阳极电压升高。同时，此过程还是一个由轻负载过渡到额定负载的大幅度负载变化过程，因此如果启动过程控制方式不合适，容易破坏开关电源正常工作条件使其无法正常工作，轻则无法正常启动，重则损坏功率器件；或导致磁控管损坏。好在不论何种拓扑形式的开关电源都具备的电压传输系数和输出功率大小的调整能力，只要采用合理的设计方案，均可以改善上述问题。如在现有微波炉产品的感应加热电源装置中就采用了以较小的输出功率启动和在启动阶段逐步加大电压传输系数，即所谓软启动方式，改善上述问题。
[0003]但是上述的软启动方式采用的是开关电源产品设计普遍采用的通则，没有针对磁控管自身的特点，因此效果有限。以至在启动时次级整流二级管反压仍达7000V以上，较运行状态的典型电压值4100V要高出约70%以上。且这高压与电网电压成比例，导致了高压整流管必须要承受近8KV的反向电压。尤其对于采用高频方式的感应加热电源，高压二极管必须承受高频高反压，非通常的工频高反压，这对高压二极管的规格就提出了很高的要求。同时如上所述由于在启动期间电源装置的主负载阳极电流处于空载状态，使灯丝电流成为电源的实际主负载，还导致灯丝电流容易高于规格书给定的规格，不利于灯丝寿命。再加上不同厂家设计制造磁控管的差异、磁控管个体间的差异、磁控管的工作环境条件差异和启动时工况差异等都会影响启动过程，因此上述软启动方式难以保证在以上诸多条件下，同时实现启动平稳、限制次级整流二极管反向电压、灯丝电流控制在稳定范围内等满意的控制效果。
【发明内容】
[0004]为解决现有磁控管启动过程中易造成次级整流二极管承受过高反向高压和启动一致性的技术问题，本发明提出一种磁控管变频电源电路启动过程控制方法，所述磁控管变频电源电路包括整流滤波电路、电源变换电路、取样模块、控制模块、频率/脉宽调制产生单元和驱动电路；所述整流滤波电路用于对交流电源的电流进行整流滤波，其输出端接所述电源变换电路；所述电源变换电路包括电连接的功率开关管和功率传输网络拓扑；所述功率传输网络拓扑用于向磁控管的阳极和阴极提供电压；所述功率开关管的控制端接所述驱动电路的输出端，所述驱动电路的输入端接所述频率/脉宽调制产生单元的输出端，所述取样模块用于监控参数的取样并将其输出信号送入所述控制模块，所述频率/脉宽调制产生单元受所述控制模块控制；
所述控制方法包括以下步骤:
步骤S1:上电后，所述频率/脉宽调制产生单元在所述控制模块的控制下以初始最小脉宽值和初始开关频率值向所述驱动电路发送开关控制信号，同时，所述取样模块进行取样并将取样信号输出至所述控制模块；
步骤s2:所述频率/脉宽调制产生单元受控逐渐增大其输出的开关控制信号的脉宽，直至所述控制模块根据所述取样模块的取样信号判断出磁控管灯丝功率达到预设的灯丝加热基本功率值；
步骤s3:根据所述取样模块的取样信号，所述控制模块判断磁控管阳极电流是否增大及增大量:
若增大，所述控制模块依照所述电源变换电路的传输特性，按磁控管阳极电流的增大量，控制所述频率/脉宽调制产生单元增加其输出的开关控制信号的脉宽和降低开关控制信号的频率，以增大电源输出给磁控管的功率；
若未增大，所述频率/脉宽调制产生单元维持其输出的开关控制信号的脉宽和频率不变；
步骤s4:根据所述取样模块的取样信号，所述控制模块判断磁控管阳极功率是否达到磁控管起振功率阈值:
若未达到，返回执行步骤s3;
若达到，所述磁控管变频电源电路启动过程完成。
[0005]进一步的，所述取样模块为磁控管阳极电流取样电路，所述磁控管阳极电流取样电路取样磁控管的阳极电流，再将取样结果输出给控制模块；或者，所述取样模块为输入电流取样电路，所述输入电流取样电路取样所述整流滤波电路的输出电流，再将取样结果输出给控制模块。
[0006]更进一步的，
步骤s2中:
所述控制模块判断出磁控管功率达到灯丝加热基本功率值时，将此时所述取样模块取样到的电流值作为电流参考值；
步骤s3中:
每隔工频半周期，所述控制模块将从所述取样模块取样到的当前电流值与所述电流参考值进行比较，判断两者大小及差值:
若判断当前电流值大于所述电流参考值，且差值大于预设的电流增大识别阈值，所述控制模块判断磁控管阳极电流增大，同时将该取样到的电流值替换原所述电流参考值作为新的所述电流参考值；
否则，所述控制模块判断磁控管阳极电流未增大，所述电流参考值维持不变。
[0007]再进一步的，
步骤s3中，所述电流增大识别阈值为所述控制模块中电流AD分辨率的2至6倍。
[0008]进一步的，还包括:
步骤s5:若所述控制模块判断所述取样模块取样到的电流值在若干个工频半周期内维持不变，则所述控制模块控制所述频率/脉宽调制产生单元增大其输出的开关控制信号的脉宽，必要时同时调低开关控制信号的频率；
步骤s6:若所述控制模块判断所述取样模块取样到的电流值依旧维持不变，则所述控制模块判断磁控管阳极或灯丝开路，控制所述磁控管变频电源电路停止工作。
[0009]进一步的，
所述取样模块还可以是输入电流取样电路和输入电压取样电路所述输入电流取样电路取样所述整流滤波电路的输出电流，再将取样结果输出给所述控制模块；所述输入电压取样电路取样所述磁控管变频电源的输入电压，并将取样结果输出至所述控制模块；所述控制模块根据所述输入电流取样电路和所述输入电压取样电路的取样结果计算所述磁控管变频电源电路的输入功率；
步骤s2中，所述控制模块根据所述磁控管变频电源电路的输入功率判断磁控管灯丝功率是否达到预设的灯丝加热基本功率值；
步骤S3中，所述控制模块根据所述磁控管变频电源电路的输入功率判断磁控管阳极电流是否增大及增大量；
步骤s4中，所述控制模块根据所述磁控管变频电源电路的输入功率判断磁控管阳极功率是否达到磁控管起振功率阈值。
[0010]更进一步的，
步骤s2中:
所述控制模块判断出磁控管功率达到灯丝加热基本功率值时，将此时所述磁控管变频电源电路的输入功率作为输入功率参考值；
步骤s3中:
每隔工频半周期，所述控制模块将当前所述磁控管变频电源电路的输入功率与所述输入功率参考值进行比较，判断两者大小及差值:
若判断当前输入功率大于所述输入功率参考值，且差值大于预设的功率增大识别阈值，所述控制模块判断磁控管阳极电流增大，同时将当前输入功率值替换原所述输入功率参考值作为新的所述输入功率参考值；
否则，所述控制模块判断磁控管阳极电流未增大，所述输入功率参考值维持不变。
[0011]步骤S3中，所述功率增大识别阈值为控制模块根据所述输入电流取样电路和所述输入电压取样电路的取样结果计算出的以二进制表示的输入功率值的最低有效位的2至6倍。
[0012]进一步的，所述的控制方法还包括:
步骤s5:若所述控制模块判断所述磁控管变频电源电路的输入功率在若干个工频半周期内维持不变，则所述控制模块控制所述频率/脉宽调制产生单元增大其输出的开关控制信号的脉宽，必要时同时调低开关控制信号的频率；
步骤s6:若所述控制模块判断所述磁控管变频电源电路的输入功率依旧维持不变，则所述控制模块判断磁控管阳极、灯丝开路，控制所述磁控管变频电源电路停止工作。
[0013]进一步的，
步骤Si中，对于单管Z