10KV聽起來很了不起,其實,只要副邊圈數匝比足夠大就可以了,和普通的高頻變壓器沒有什么特殊的地方,控制環節和理論基本沒什么影響,而且,對于10KV來說,副邊線圈平均電流只需要1A,功率就能達到10KW了,并不復雜,只是聽起來歷害而已。
其實這是一個大功率微波電源,微波電源工作時的電壓約4500v,但是,磁控管需要在7000v以上的高壓下才能被觸發,然后才能進入所謂的π模振蕩,進入π振蕩后,微波電源會被鎖定到4500v左右,此時,電壓無法再調節升高,調節電壓只會升高工作電流,無法升高負載電壓,相當于是穩壓二極管模式。
題外話,磁控管真的是一個很了不起的發明,工作原理非常復雜,科技含量非常高。
主電源部會采用的是全橋LC模式,原邊不諧振,依靠副邊電容進行諧振,但實際上整體上是不進入諧振狀態的,因為一旦進入諧振后,很容易產生類似自激的不可控狀態,很危險,這樣,主電源基本工作在硬開關模式。主電源就是一個普通的全橋LC電路,工作在10KW理論上也不復雜,增加脈寬時間就可以了,只是大功率時,功率管的發熱量和驅動能力等要求會很高。在硬開關時,通過脈寬占空比PWM調節,類似移相全橋的工作過程,能穩定控制副邊電壓從0起調,一直調到10kv。
工作在10KV其實也簡單,變壓器原邊20圈,副邊200圈,10倍升壓,當變壓器原邊采用500V電壓驅動時,副邊理論上就能輸出5000V電壓,然后,通過倍壓整流,輕易就能輸出10000v電壓,三相整流后的母線電壓是530伏,符合要求。考慮到磁控管起振后,會把電壓鎖定在4500v左右,電壓鎖定能力很強,基本類似短路,所以,不能用全橋整流或半橋整流,輸出必須有限流功能。
所以,微波電源需要的是恒流模式,它在空載時,盡可能輸出高電壓,保證磁控管諧振腔可靠觸發,在被觸發后,電壓被降低約一半時,不會過流。次級整流不能采用全橋模式,必須要有一定的恒流功能,起初設計,采用了倍壓整流模式,這種模式,輸出電壓較高,通過隔離電容實現限流。
倍壓整流結構很簡單,負載能力很強,我用這種結構跑過35KW。
但這種結構在測試的時候,屢燒高壓整流二極管,10kv的高壓整流二極管,分分鐘燒掉,燒掉的原因可能是過壓,也可能是過流。用30kv的整流二極管,偶爾也會燒掉。
高壓整流二極管很貴,幾十塊錢一個。
后來,采用了單二極管整流方式,因為磁控管在脈動直流下也可以工作,單二極管整流可以省掉一組昂貴的整流二極管。
測試下來,單二極管整流方式,工作情況相當好,基本上不再發生整流管炸管現象,而且,省掉一組二極管后,發熱量和成本都下降很多。
單二極管的缺點是,它只能輸出脈動直流,后級不能接濾波電容,不然,無法得到高壓輸出。
但是,這種工作模式恰好符合磁控管的工作環境。
不管是倍壓整流,還是單二極管整流,因為有電容隔離,電容對交流信號有容抗,天然就具備恒流功能,能夠實現空載時高電壓,滿載時自動恒流適應電壓。非常好的實現磁控管的工作過程。
電磁爐的磁控管是依靠可飽和變壓器實現空載高電壓,滿載自動適應電壓。
高壓工作特別容易發生打火擊穿現象,特別是,很多材料的耐壓是按照直流電壓環境測試的,但在高頻高壓時,直流絕緣措施基本失效。比如,號稱耐壓10KV的絕緣,在高頻交流時,5kv輕松擊穿。
耐壓20kv的高壓薄膜電容,在5kv高頻交流時,也是分分鐘擊穿。
20kv的電容,工作在5000v時,幾秒鐘就開始內部打火。
拆開內部的金屬化膜,里面被擊穿的星星點點,所謂的耐壓20kv,只是在直流電壓環境下,在高頻交流時,簡直不堪一擊。
這次開發過程用了近兩年時間,回頭看來,走了很多彎路,花了很多精力和費用,比如副邊整流,用過很多柘樸,最終比較下來,才確定采用單二極管整流模式。