用戶對微波爐產(chǎn)品的期望值可謂日益提高，例如智能化，用戶期望微波爐能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制、語音操作、智能菜譜推薦等；多功能，微波爐不僅需要具備基本的加熱功能，還應(yīng)集成烤箱、蒸煮等多種烹飪模式；節(jié)能，在倡導(dǎo)綠色環(huán)保的大背景下，微波爐需要更加節(jié)能高效；此外，從用戶角度，還會對微波爐產(chǎn)品有一些個性化設(shè)計和定制化服務(wù)功能的需求。

微波爐電路設(shè)計解決方案

如何構(gòu)建和選擇器件

微波爐內(nèi)部電路設(shè)計要能夠有效地支持微波爐產(chǎn)品滿足當(dāng)前市場的多元化需求，才能使產(chǎn)品受到用戶青睞，為用戶創(chuàng)造更加智能、便捷、安全和高效的產(chǎn)品使用體驗(yàn)。

圖1：東芝半導(dǎo)體微波爐電路設(shè)計總體架構(gòu)

在東芝半導(dǎo)體為微波爐產(chǎn)品設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)（圖1）中，主要包含了溫度控制器、磁控管驅(qū)動電路、反激式AC-DC轉(zhuǎn)換器、繼電器驅(qū)動電路、光耦合器、主控MCU、顯示控制電路、控制按鈕電路、輸入電路、溫度和重量傳感器電路等具有特色的模塊，并且很多芯片和器件都采取小型封裝，總體減少了系統(tǒng)設(shè)計在電路板的上的占用面積。

圖2：采用雙極晶體管的磁控管驅(qū)動電路

圖3：采用柵極驅(qū)動耦合器的磁控管驅(qū)動電路

在磁控管驅(qū)動電路模塊中，可采用雙極晶體管驅(qū)動（圖2）和柵極驅(qū)動耦合器驅(qū)動（圖3）。雙極晶體管是一種電流控制型器件，在磁控管驅(qū)動器電路中，雙極晶體管可以作為信號放大器使用，其所具備的高速開關(guān)切換能力和高電流放大系數(shù)（hFE），能讓它以足夠的電流驅(qū)動IGBT等功率器件，確保IGBT能夠快速且可靠地開通和關(guān)斷。這種驅(qū)動關(guān)系確保了磁控管能夠接收到精確控制的脈沖信號，有利于系統(tǒng)減少信號損失，實(shí)現(xiàn)有效的信號傳遞。

而IGBT是一種電壓控制型器件，結(jié)合了MOSFET的高輸入阻抗和雙極型晶體管的低導(dǎo)通壓降和大電流密度的優(yōu)點(diǎn)。在磁控管驅(qū)動器電路中，IGBT主要承擔(dān)功率開關(guān)的角色，負(fù)責(zé)控制磁控管的高壓脈沖產(chǎn)生。IGBT的高耐壓和高速開關(guān)特性使其適合于高頻、大功率的高效電路應(yīng)用。

在圖2的電路設(shè)計中，雙極晶體管和IGBT配合使用，可以實(shí)現(xiàn)對磁控管驅(qū)動電路的精確控制。雙極晶體管負(fù)責(zé)信號的放大和傳遞，而IGBT則負(fù)責(zé)實(shí)際的功率控制。這種分工合作的關(guān)系，使得磁控管驅(qū)動器電路能夠?qū)崿F(xiàn)高效率和高可靠性的運(yùn)行。

在圖3的電路設(shè)計中，是用柵極驅(qū)動器來驅(qū)動IGBT。高效的IGBT柵極驅(qū)動耦合器具備軌到軌的低輸入電流和低電流消耗等優(yōu)異特性，從而減少了系統(tǒng)電路的功耗。

在磁控管驅(qū)動電路設(shè)計圖2和圖3中，都需要MCU發(fā)揮高水平的系統(tǒng)控制能力，并能夠高速處理多重輸入和輸出數(shù)據(jù)。

圖4：電源電路中的反激式AC-DC轉(zhuǎn)換器

在微波爐設(shè)計的電源電路部分，反激式AC-DC轉(zhuǎn)換器電路這個板塊（圖4）里的光耦合器即使在低輸入電流范圍也能實(shí)現(xiàn)高電流傳輸比，從而實(shí)現(xiàn)更高的電源效率。晶體管輸出光耦合器還能夠在溫度高時保持運(yùn)行，這樣的特性更易于電路的設(shè)計。此外，電路設(shè)計中采用小型表面貼裝封裝方式的整流器二極管非常適合電路板上的高密度貼裝，既增大了器件密度，又減少了電路板占用面積。

圖5：使用雙極晶體管的機(jī)械式繼電器驅(qū)動電路

圖6：使用雙極晶體管的LED驅(qū)動電路

在繼電器驅(qū)動電路（圖5）和LED驅(qū)動電路（圖6）中，所使用的雙極晶體管具備較低的集電極-發(fā)射極飽和電壓VCE，從而讓電源裝置具有效率優(yōu)勢。同樣在這個部分中，要用到系統(tǒng)控制MCU高速處理多重輸入、輸出數(shù)據(jù)的能力。

圖7：傳感器輸入單元溫度傳感器電路示例

圖8：傳感器輸入單元重量傳感器電路示例

在傳感器輸入單元的電路設(shè)計中，包括溫度傳感器電路（圖7）和重量傳感器電路（圖8）。兩種傳感器電路中，都用到了LDO和運(yùn)算放大器。具有優(yōu)異PSRR電源抑制比能力的LDO低壓差穩(wěn)壓器，能夠抑制電源變化對輸出信號的影響，因此LDO對于傳感器電路模塊而言十分重要。同時，使用小型表面貼裝式的LDO，會使電源處于低噪聲水平，從而讓運(yùn)算放大器能夠在低電流消耗或低噪聲環(huán)境下，對檢測到的即便是非常小的微弱有用信號（weak signal）也能有效進(jìn)行放大。然后，傳感器輸入單元電路的輸出會繼續(xù)給到系統(tǒng)控制MCU，去進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)處理。

綜上所述，東芝半導(dǎo)體以其高性能的功率器件、豐富的參考設(shè)計資源、低功耗和小型化設(shè)計、低噪聲和高效率的解決方案以及先進(jìn)的封裝技術(shù)，為微波爐的電子設(shè)計提供了顯著的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢不僅有助于提高微波爐產(chǎn)品的性能和可靠性，還有助于降低成本和提高市場競爭力。

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