摘要：  实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0.5 dB，采用1.8 V电源，TSMC 0.18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。

关键字：  滤波器，  微波炉，  转盘电机

实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0.5 dB，采用1.8 V电源，TSMC 0.18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。

0 引言

在有交流220 V电源的场合，可以利用市面上已有的各种微波炉，但在没有交流电源的地方，要使用微波炉，通常是要用一个大功率DC /AC逆变器将蓄电池电源变成220 V交流电源，再供给微波炉使用，这会造成使用比较麻烦，且电池利用率相对不高等问题。现有产品缺少一种可以直接使用直流电源的微波炉。本文给出了一种采用直流电源供电的野外微波炉一体化设计方案，可以解决野外工作者和户外游玩者的饮食加热问题。

1 野外微波炉整体设计

图1是野外用微波炉的原理框图。其中，一体化定时火力选择电机、风扇电机、转盘电机;照明灯采用DC 24 V供电。正常工作时，通过移相控制电路、驱动电路和全桥逆变电路，将DC 24 V逆变为高频方波电压，再通过高频变压器升压获得2 000 V的高频电压，最后经过倍压整流得到4 000 V的负向直流电压接到磁控管阴极。另外，为提高系统稳定性，将磁控管的阴极电压引回到移相控制电路中形成闭环控制，使磁控管阴极电压稳定在3 800～4 200 V范围内。电路中，采用UCC3895来控制相位，利用功率MOS管的输出电容和变压器的漏电感作为谐振元件，从而实现功率器件开关状态的零电压切换。同时UCC3895还具有过流欠压保护等功能。与传统由直流电源逆变为220V供电的微波炉比较，具有变压器体积小，重量轻，整机成本低的特点，尤其转换效率得到了较大提高。

在图1中，S1为门第一联锁开关;S2为门第二联锁开关;S3为门监控开关;S4为定时器开关;S5为火力选择开关;S6为磁控管自复位热断路器;M1为一体化定时器火力选择样机;M2为风扇电机;M3为转盘电机;T为高频升压变压器;MAG为磁控管。

2 逆变电路的设计

2.1 移相控制电路的设计

本文采用UCC3895作为移相控制芯片，电路如图2所示。UCC3895是UCC3875的改进型，除具有UCC3875功能外，还增加了自适应死区设置，既可工作于电压模式，也可工作于电流模式，具有完善的过流、过压、欠压保护和软启动模式，性能优越。其中，利用电流互感器，将磁控管电流信号经引脚CS，引脚ADS与引脚RAMP分别输至电流检测及过电流比较器，自适应延时设定放大器和PWM比较器。磁控管经电阻分压，TL-431和光电耦合器等馈送至SS/DISB，从而实现电压反馈控制功能。

其中，振荡频率和同一桥臂的延时时间可由下式确定：

2.2 驱动电路的设计

驱动电路采用光耦隔离器6N137和集成驱动芯片IXDD414，如图3所示。6N137为高速光电耦合器，由其真值表(如表1所示)可知，其输入与输出为反向，但当输入为低电平时，输出为集电极开路的高电平，所以这里使用上拉电阻调整电路。IXDD414是一种高速大电流驱动器，可以在栅极电压上升和下降的短暂时间内产生或吸收14 A的峰值电流。该驱动芯片的输入兼容COMS和TTL，同时可利用使能端EN进行短路检测，在EN输入为逻辑低电平时，封锁芯片输出为高阻态，实现MOSFET或IGBT的软关断，以防止开关器件因过压而损坏。

0 引言

在有交流220 V电源的场合，可以利用市面上已有的各种微波炉，但在没有交流电源的地方，要使用微波炉，通常是要用一个大功率DC /AC逆变器将蓄电池电源变成220 V交流电源，再供给微波炉使用，这会造成使用比较麻烦，且电池利用率相对不高等问题。现有产品缺少一种可以直接使用直流电源的微波炉。本文给出了一种采用直流电源供电的野外微波炉一体化设计方案，可以解决野外工作者和户外游玩者的饮食加热问题。

1 野外微波炉整体设计

图1是野外用微波炉的原理框图。其中，一体化定时火力选择电机、风扇电机、转盘电机;照明灯采用DC 24 V供电。正常工作时，通过移相控制电路、驱动电路和全桥逆变电路，将DC 24 V逆变为高频方波电压，再通过高频变压器升压获得2 000 V的高频电压，最后经过倍压整流得到4 000 V的负向直流电压接到磁控管阴极。另外，为提高系统稳定性，将磁控管的阴极电压引回到移相控制电路中形成闭环控制，使磁控管阴极电压稳定在3 800～4 200 V范围内。电路中，采用UCC3895来控制相位，利用功率MOS管的输出电容和变压器的漏电感作为谐振元件，从而实现功率器件开关状态的零电压切换。同时UCC3895还具有过流欠压保护等功能。与传统由直流电源逆变为220V供电的微波炉比较，具有变压器体积小，重量轻，整机成本低的特点，尤其转换效率得到了较大提高。

在图1中，S1为门第一联锁开关;S2为门第二联锁开关;S3为门监控开关;S4为定时器开关;S5为火力选择开关;S6为磁控管自复位热断路器;M1为一体化定时器火力选择样机;M2为风扇电机;M3为转盘电机;T为高频升压变压器;MAG为磁控管。

2 逆变电路的设计

2.1 移相控制电路的设计

本文采用UCC3895作为移相控制芯片，电路如图2所示。UCC3895是UCC3875的改进型，除具有UCC3875功能外，还增加了自适应死区设置，既可工作于电压模式，也可工作于电流模式，具有完善的过流、过压、欠压保护和软启动模式，性能优越。其中，利用电流互感器，将磁控管电流信号经引脚CS，引脚ADS与引脚RAMP分别输至电流检测及过电流比较器，自适应延时设定放大器和PWM比较器。磁控管经电阻分压，TL-431和光电耦合器等馈送至SS/DISB，从而实现电压反馈控制功能。

其中，振荡频率和同一桥臂的延时时间可由下式确定：

2.2 驱动电路的设计

驱动电路采用光耦隔离器6N137和集成驱动芯片IXDD414，如图3所示。6N137为高速光电耦合器，由其真值表(如表1所示)可知，其输入与输出为反向，但当输入为低电平时，输出为集电极开路的高电平，所以这里使用上拉电阻调整电路。IXDD414是一种高速大电流驱动器，可以在栅极电压上升和下降的短暂时间内产生或吸收14 A的峰值电流。该驱动芯片的输入兼容COMS和TTL，同时可利用使能端EN进行短路检测，在EN输入为逻辑低电平时，封锁芯片输出为高阻态，实现MOSFET或IGBT的软关断，以防止开关器件因过压而损坏。

2.3 全桥逆变主回路的设计

本文采用全桥逆变电路，如图4所示。与半桥逆变相比，全桥逆变具有结构简单，电压利用率与可输出功率高的特点。另外，在一般情况下，最大反向电压不会超过电源电压Vs，4个再生二极管能消除一部分由漏感产生的瞬间电压。开关管采用MOSFET，是因为其具有导通压降小，开关速度快，输出功率大等特点。采用RC缓冲器可以在开关管关断时减小集电极电压应力，以防止开关管因反压过大而烧坏。

选用RFP50N05L，TO-220AB封装作为开关管进行计算。以开关管导通电阻Rds(on)=0.027 Ω，高频变压器效率η=0.9，输入电压Ui=24 V，磁控管功率Po=920 W，占空比D=0.5为例，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 高频变压器设计

选择开关频率为50 kHz，输入电压为22～26 V，额定输入电压Ui=24 V，输出电压Uo=2 000 V，输出电流Io=300 mA，变压器允许温升为20℃，效率为80%。

(1)P1=Po/η=920/0.9=1 022 W。

由PQ磁芯资料选定A16铁氧体材料EE55/55/21铁芯，其Ae=354 mm2。

(2)因使用EE55/55/21的铁芯，由参考图可知，其生产厂家推荐的磁感应强度峰值Bm在50 kHz时为90 mT，磁感应密度增量△B=180mT= 0.18 T。

(3)在占空比为0.5时：

Ton(max)=0.51/50 000=10μs

原边匝数：

Np=Vb×Ton/(△B×Ae)=24×10/(0.18×354)=4匝

(4)

其中：50 V为整流时，绕组的等压降。

每匝的伏数=24/4=6 V

副边匝数Ns=2 050/6=342匝

若忽略开关损耗等，理论计算微波部分的总效率为：

4 测试方法与测试数据

采用FLUKE 15 B万用表三个，其中两块万用表接在磁控管的工作电路中。分别测量磁控管的阴极电压、电流;另一块接在高频变压器初级绕组上，用以测量初级电流。

测试条件是直流电压Ui=24 V，测得变压器初级电流Ii=55 A，磁控管阴极电压Uo=4 kV，磁控管电流Io=280 mA，则全桥逆变转换率：

5 结语

给出了一种新型直流供电的微波炉设计方案。采用全桥逆变与高频升压，有效地减小了微波炉的体积和重量，与采用逆变器加微波炉的工作方式相比，较大程度地提高了能源的利用率，更加符合野外微波炉的使用环境与特点。另外，通过合理配置变压器参数，可以进一步提高变压器的效率，防止出现偏磁饱和等现象。通过调整控制回路的参数，可以进一步稳定输出电压，保证微波功率在合理范围内。