东芝微波炉电路设计解决方案

用户对微波炉产品的期望值可谓日益提高，例如智能化，用户期望微波炉能够实现远程控制、语音操作、智能菜谱推荐等；多功能，微波炉不仅需要具备基本的加热功能，还应集成烤箱、蒸煮等多种烹饪模式；节能，在倡导绿色环保的大背景下，微波炉需要更加节能高效；此外，从用户角度，还会对微波炉产品有一些个性化设计和定制化服务功能的需求。

微波炉电路设计解决方案

如何构建和选择器件

微波炉内部电路设计要能够有效地支持微波炉产品满足当前市场的多元化需求，才能使产品受到用户青睐，为用户创造更加智能、便捷、安全和高效的产品使用体验。

图1：东芝半导体微波炉电路设计总体架构

在东芝半导体为微波炉产品设计的电路结构（图1）中，主要包含了温度控制器、磁控管驱动电路、反激式AC-DC转换器、继电器驱动电路、光耦合器、主控MCU、显示控制电路、控制按钮电路、输入电路、温度和重量传感器电路等具有特色的模块，并且很多芯片和器件都采取小型封装，总体减少了系统设计在电路板的上的占用面积。

图2：采用双极晶体管的磁控管驱动电路

图3：采用栅极驱动耦合器的磁控管驱动电路

在磁控管驱动电路模块中，可采用双极晶体管驱动（图2）和栅极驱动耦合器驱动（图3）。双极晶体管是一种电流控制型器件，在磁控管驱动器电路中，双极晶体管可以作为信号放大器使用，其所具备的高速开关切换能力和高电流放大系数（hFE），能让它以足够的电流驱动IGBT等功率器件，确保IGBT能够快速且可靠地开通和关断。这种驱动关系确保了磁控管能够接收到精确控制的脉冲信号，有利于系统减少信号损失，实现有效的信号传递。

而IGBT是一种电压控制型器件，结合了MOSFET的高输入阻抗和双极型晶体管的低导通压降和大电流密度的优点。在磁控管驱动器电路中，IGBT主要承担功率开关的角色，负责控制磁控管的高压脉冲产生。IGBT的高耐压和高速开关特性使其适合于高频、大功率的高效电路应用。

在图2的电路设计中，双极晶体管和IGBT配合使用，可以实现对磁控管驱动电路的精确控制。双极晶体管负责信号的放大和传递，而IGBT则负责实际的功率控制。这种分工合作的关系，使得磁控管驱动器电路能够实现高效率和高可靠性的运行。

在图3的电路设计中，是用栅极驱动器来驱动IGBT。高效的IGBT栅极驱动耦合器具备轨到轨的低输入电流和低电流消耗等优异特性，从而减少了系统电路的功耗。

在磁控管驱动电路设计图2和图3中，都需要MCU发挥高水平的系统控制能力，并能够高速处理多重输入和输出数据。

图4：电源电路中的反激式AC-DC转换器

在微波炉设计的电源电路部分，反激式AC-DC转换器电路这个板块（图4）里的光耦合器即使在低输入电流范围也能实现高电流传输比，从而实现更高的电源效率。晶体管输出光耦合器还能够在温度高时保持运行，这样的特性更易于电路的设计。此外，电路设计中采用小型表面贴装封装方式的整流器二极管非常适合电路板上的高密度贴装，既增大了器件密度，又减少了电路板占用面积。

图5：使用双极晶体管的机械式继电器驱动电路

图6：使用双极晶体管的LED驱动电路

在继电器驱动电路（图5）和LED驱动电路（图6）中，所使用的双极晶体管具备较低的集电极-发射极饱和电压VCE，从而让电源装置具有效率优势。同样在这个部分中，要用到系统控制MCU高速处理多重输入、输出数据的能力。

图7：传感器输入单元温度传感器电路示例

图8：传感器输入单元重量传感器电路示例

在传感器输入单元的电路设计中，包括温度传感器电路（图7）和重量传感器电路（图8）。两种传感器电路中，都用到了LDO和运算放大器。具有优异PSRR电源抑制比能力的LDO低压差稳压器，能够抑制电源变化对输出信号的影响，因此LDO对于传感器电路模块而言十分重要。同时，使用小型表面贴装式的LDO，会使电源处于低噪声水平，从而让运算放大器能够在低电流消耗或低噪声环境下，对检测到的即便是非常小的微弱有用信号（weak signal）也能有效进行放大。然后，传感器输入单元电路的输出会继续给到系统控制MCU，去进行高速的数据处理。

综上所述，东芝半导体以其高性能的功率器件、丰富的参考设计资源、低功耗和小型化设计、低噪声和高效率的解决方案以及先进的封装技术，为微波炉的电子设计提供了显著的优势。这些优势不仅有助于提高微波炉产品的性能和可靠性，还有助于降低成本和提高市场竞争力。