微波电源原理

MX4000D-111KL微波电源工作原理概述MX4000D-111KL微波电源是德国MUEGGE公司制造，它与MUEGGE MH2000S-218BB微波功率发生器（又称微波头）组成微波功率发生和控制系统，应用于PECVD设备中的专用产品。它的系统设计方案与性能特征最终是对微波头正常工作实现有效的控制和调整，故在描述微波电源工作原理时，本文紧紧围绕如何实现对微波头的工作进行实时控制和安全保护，进行原理性介绍，力图让操作使用者从系统技术原理上初步了解电路的物理工作过程。

1、微波功率系统组成及工作过程

如图1-1所示：

当操作者通过安装了CAN-BUS用户应用程序计算机显示界面，设定好微波功率系统的工作参数指令，例如：峰值功率3KW 功率开启时向8ms 关断时间18ms，被MX4000D-111KL微波电源系统CPU控制模块接收。经CPU 译码解析，转换为微波电源对微波头的控制命令，这时微波电源的主要工作任务如下：

给微波头磁控管电路提供电力能量。通过图1-1中X2线缆接口向微波头

X1接口输入交流～220V电压源。

●控制微波头磁控管灯丝电路继电器的吸合加电流的加热启动。也是通过X2线缆接口。

●给微波头磁控管阴极提供受控的负直流高压，使得磁控管产生的微波开关时间状态和功率数值始终符合操作者设定的指令要求值。

●经X3接受微波头微波功率经取样检波后的功率电平反馈信号，被CPU控制主板读取并运算后处理。由CAN总线译码传输至计算机显示界面，显示当前微波系统的功率数值，反射驻波系数等参数值。每个开关时间周期（约25ms）更新数据一次。

●实时监控微波头磁控管工作温度，功率输出状态及传输损耗，一旦出现异常，立即启动中断保护程序，切断供电电源。

●微波电源高压系统本身自动保护始终处于正常工作状态，一旦出现异常，立即启动中断保护程序，切断系统供电电源。

2、微波电源系统组成和工作原理

如图2-0所示，图中标示符号“A”“K”“X”与MX4000D-111KL微波电源面板及内部电路模块的标示一致，读者可与产品实物对照阅读。

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图2-0 微波电源系统组成柜图

3X380V/50Hz/8A 三相及单相220V/50Hz/2A 电压源经X1电源插座进入输入滤波电路A1、A1电路如图2-1示：

图中L1-L6为滤波电感，C1-C12为滤波电容，V1-V3为压敏电阻，三相电源经A1电路后，将滤除电网上可能出现的高次谐波和尖锋脉冲进入电源设备，同时微波电源系统工作产生的高压脉冲谐波、数字化噪声，经过滤波电路抑制，大大降低了对工业电网的污染。A1电路是电器设备执行电源抗扰度和骚扰度电磁兼容标准而设计的。

K1为三相交流接触器，经K1耦合至电路A2，A2为三相全桥检波整流电路，如图2-2所示：

图2-2 三相全桥检波整流电路柜图

L A L B L C PE L 1

L

L A ’ L B ’ L C ’ A1模块 PE

三相电源输入检波整流柜全

桥整流输出

A B C

带有电压的纹波直流电压

A2输出是一个有纹波波动的直流电压，该直流电源经A3滤波电路，送入高压逆变功率产生电路A4。如图2-3所示：

如图2-3电路，来自脉冲宽度调制运算电路模块A8输出的双路具有矢量关系的脉冲波形（如图2-3中3.4脚）输入A4隔离分相输入变压的T, 耦合至功率驱动电路，经驱动电路获得足够的驱动电压，使得功率产生电路工作压开关状态，产生频率为15～25KHz的脉冲，幅度能达到供应功率产生电路模块（IGBT）供电电压的上下限值，其输出功率的能力能达4.4KW。如图2-3中5脚，取样电感L,将A8输出的功率分量取样，送至A8电路模块由行处理运算，即时控制调整送给A4模块的矢量脉冲的频率。

A4模块输出的高频高压脉冲经L1滤波稳流电感将高频高压脉冲的高次谐波分量过滤样，取出其15KHz～25KHz基波正弦波进入到高压产生电路模块A5，A5的功能是提供微波头磁控管阴极需要的直流负高压，磁控管受阴极负高压在磁控管磁路作用下，产生2450MHz频率最大4.4KW功率的微波，高压产生电路模块A5电路框图如图2-4：

图2-4高压产生电路框图

经L1输入的频率为15～25KHz的正弦波通过L2和C1耦合至升压变压电器L3和L4，再通过L3和L4次级绕组感应的电流电压经D1～D6全桥整流检波形成一负极性的直流高压，D1～D6依次串联形成6倍压电路。在6倍压串联储能电容Co的作用下，使其D6输出端(即图2-4中第2脚)得到直流负高压-Vdc。图2-4中输出脚3为高压产生电路输出功率取样电平值，输出的6倍在高压电流同样流过R4 高精密电阻，在R4电阻上得到的取样电平值Uw 与输出的功率能量存在着高度一致的数学比例关系，该取样电压值Uw随时反应其输出给磁控管的阴极电压和电流功率（能量值）。图5-4中输出脚4和5，分别是Udc的高压的两个取样值，在电路系统的设计中分别定义为U DC的取样电压值Uv和电流值Ui。实时获取的Uv，Ui和Uw三个取样参数值将参与以后经过的模块电路电平调整处理与运算。

A5高压模块当前产生的高压功率取样值Uw及电压电流取样值Uv和Ui 输入至功率取样电路A12，其框图如图2-5：

图2-5 功率取样处理电路

经运算和处理的功率参数值U’v 和U’I 已经是精确反应直流高压产生电路A5当前输出给磁控管的电压和电流工作状态，而且其电平参数值已调理到与下一组处理模块电平适配。

U ’v 和U’i 输入至下一级电路模块脉冲宽度调节PWM 电路模块A8，A8电路电框图如图2-6：

图2-6 脉冲宽度调节PWM 电路框图

脉冲宽度可变失量脉冲输出送至A4功率产生模块

U ′V U ′I

U I U W