CN103857083A - 一种用于电磁加热系统的igbt驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其包括：检测模块，用于生成第一检测信号和第二检测信号；控制器与检测模块相连，通过第一输出端输出第一控制信号，以及根据第一检测信号和第二检测信号生成第二控制信号并通过第二输出端输出；第一开关模块和第二开关模块分别与控制器相连，第一开关模块和第二开关模块分别根据第一控制信号和第二控制信号生成第一驱动信号和第二驱动信号；第三开关模块分别与第一开关模块和第二开关模块相连，第三开关模块根据第一驱动信号和第二驱动信号生成开关信号以控制IGBT的导通和关断。该IGBT驱动装置能够屏蔽控制IGBT的误驱动，从而保护IGBT不会误导通而损坏，提高了可靠性。

Description

一种用于电磁加热系统的IGBT驱动装置

技术领域

本发明涉及电磁加热技术领域，特别涉及一种用于电磁加热系统的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）驱动装置。

背景技术

在电磁加热控制电路中，通常是通过同步检测电路检测IGBT的C极电压达到0V时控制芯片IC（Integrated Circuit，集成电路）才输出控制信号使IGBT开通。然而，当同步检测电路受到干扰时，会产生错误信号，导致控制芯片IC产生误判，会在IGBT的C极电压处于不同值时随机使IGBT开通，造成IGBT瞬间电流过大而被击穿。

其中，图1为现有技术的电路图。如图1所示，通过同步检测电路，实时检测线圈盘两端电压的状态，检测信号分别为VA、VB，控制芯片IC内部集成的比较器CMP将检测到的VA和VB进行比较，当检测到VB＜VA时，比较器CMP发生翻转，并输出低电平，产生中断请求，控制芯片IC接受中断请求后，开始延迟计时t，并当IGBT的C极电压降到0V时，控制芯片IC从PPGO端口输出高电平，驱动IGBT回路，使IGBT开通。其中，正常控制信号的示意图如图2所示。也就是说，当PPGO输出高电平，三极管Q121、Q123导通，三极管Q122、Q124截止，IGBT被驱动开通工作；当PPGO输出低电平，三极管Q121、Q123截止，三极管Q122、Q124导通，IGBT关断。

然而，当同步检测电路受到干扰时，会产生错误信号，导致控制芯片IC产生误判，错误开通IGBT，使IGBT不在C极电压处于0V时开通，导致IGBT的开通的瞬间电流过大击穿失效。具体而言，如图1所示，VA和VB分别接入控制芯片IC内部集成的比较器CMP，在同步检测电路受到脉冲群或浪涌等EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性）干扰时，采集到的VA、VB信号参杂干扰脉冲，或者VA、VB电压大于比较器CMP的输入电压最大值，则导致比较器CMP误翻转并输出干扰信号，从而造成控制芯片IC输出高电平，使IGBT导通，IGBT通过的电流随着导通的时间增加而增大，当IGBT的开通时间过长，大约在0.1ms左右，IGBT会过流击穿损坏。其中，控制信号受到干扰时候的信号示意图如图3所示。

因此，现有技术的缺点是，同步检测电路受到干扰时会产生错误信号，导致控制芯片IC产生误判而使得IGBT误导通，从而导致IGBT损坏。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够屏蔽控制IGBT的误驱动、保护IGBT不会误导通而损坏、可靠性高的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置。

为达到上述目的，本发明实施例提出的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置包括：检测模块，用于检测电磁加热系统的线圈盘两端的电压以生成第一检测信号和第二检测信号；控制器，所述控制器与所述检测模块相连，所述控制器具有第一输出端和第二输出端，所述控制器通过所述第一输出端输出第一控制信号，以及根据所述第一检测信号和第二检测信号生成第二控制信号并通过所述第二输出端输出；第一开关模块和第二开关模块，所述第一开关模块和第二开关模块分别与所述控制器相连，所述第一开关模块和第二开关模块分别根据所述第一控制信号和所述第二控制信号生成第一驱动信号和第二驱动信号；第三开关模块，所述第三开关模块分别与所述第一开关模块和第二开关模块相连，所述第三开关模块根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号生成开关信号以控制IGBT的导通和关断。

根据本发明实施例的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，当检测模块受到干扰，产生错误信号，使控制器误输出驱动IGBT信号时，检测模块产生的错误信号能屏蔽控制IGBT的误驱动，从而保护IGBT不会误开通损坏，提高了可靠性。

在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步包括：比较单元，所述比较单元与所述检测模块相连，用于根据所述第一检测信号和第二检测信号生成比较信号以控制所述第二输出端输出的第二控制信号。

在本发明的一个实施例中，所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置还包括：电源模块，所述电源模块分别与所述电磁加热系统的线圈盘和所述IGBT相连，所述电源模块用于给所述电磁加热系统的线圈盘和所述IGBT提供工作电源。

此外，在本发明的一个实施例中，所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置还包括：抗干扰保护器，所述抗干扰保护器连接在所述IGBT和所述第三开关模块之间，用于对所述IGBT进行抗干扰保护。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一开关模块进一步包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述控制器的第一输出端相连，接收所述第一控制信号；第一三极管，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的另一端相连，所述第一三极管的发射极接地；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端接地；第二三极管，所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极相连，所述第二三极管的集电极作为所述第一开关模块的输出端，所述第二三极管的发射极接地；串联的第三电阻和第一电容，所述第三电阻和所述第一电容之间的节点分别与所述第二三极管的基极和所述第一三极管的集电极相连，所述第三电阻的一端与电源相连，所述第一电容的一端接地。

在本发明的实施例中，所述第二开关模块进一步包括：第四电阻，所述第四电阻的一端与所述控制器的第二输出端相连；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端相连，所述第五电阻的另一端接地；第三三极管，所述第三三极管的基极与所述第五电阻的一端相连，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极作为所述第二开关模块的输出端。

并且，所述第三开关模块进一步包括：第六电阻，所述第六电阻的一端分别与所述第二三极管的集电极和所述第三三极管的集电极相连；第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第六电阻的另一端相连，所述第七电阻的另一端与所述电源相连；第四三极管，所述第四三极管的基极与所述第七电阻的一端相连，所述第四三极管的集电极与所述电源相连，所述第四三极管的发射极与所述IGBT相连；第五三极管，所述第五三极管的基极与所述第四三极管的基极相连，所述第五三极管的集电极接地，所述第五三极管的发射极与所述IGBT相连。

其中，所述第三开关模块还包括：第一限流电阻，所述第一限流电阻的一端与所述第四三极管的发射极相连，所述第一限流电阻的另一端与所述第五三极管的发射极相连；第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端分别与所述第五三极管的发射极和第一限流电阻的另一端相连，所述第二限流电阻的另一端与所述IGBT相连。

在本发明的一个实施例中，所述抗干扰保护器进一步包括：相互并联的第八电阻和稳压二极管，所述第八电阻的一端和所述稳压二极管的负极端连接在所述IGBT和所述第三开关模块之间，所述第八电阻的另一端和所述稳压二极管的正极端分别接地。

采用电阻、三极管等电子元件，电路性能稳定，可靠性高，同时还大大降低了成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术的IGBT驱动电路图；

图2为现有技术中正常的控制信号示意图；

图3为现有技术中控制信号受到干扰时候的信号示意图；

图4为根据本发明实施例的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置的结构示意图；

图5为根据本发明一个实施例的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置的电路图；

图6为根据本发明一个实施例的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置中控制器的比较单元的电路图；以及

图7为根据本发明一个实施例的控制信号示意图。

附图标记：

控制器10、检测模块20、第一开关模块11、第二开关模块12和第三开关模块13，线圈盘21、第一检测信号VA和第二检测信号VB，第一输出端I/O 1和第二输出端I/O2，电源模块22、抗干扰保护器14和限流单元15、比较单元16，第一电阻R1、第一三极管Q1、第二电阻R2、第二三极管Q2、第三电阻R3和第一电容C1，第四电阻R4、第五电阻R5和第三三极管Q3，第六电阻R6、第七电阻R7、第四三极管Q4和第五三极管Q5，第八电阻R8和稳压二极管D1，第一限流电阻Ra和第二限流电阻Rb，比较器60、第一选择器61和第二选择器62。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置。

图4为该用于电磁加热系统的IGBT驱动装置的结构示意图。如图4所示，该IGBT驱动装置包括控制器10、检测模块20、第一开关模块11、第二开关模块12和第三开关模块13。

其中，检测模块20用于检测电磁加热系统的线圈盘21两端的电压以生成第一检测信号VA和第二检测信号VB。控制器10（即控制IC）具有第一输出端I/O1和第二输出端I/O2，并且控制器10与检测模块20相连，控制器10通过第一输出端I/O1输出第一控制信号，以及根据第一检测信号VA和第二检测信号VB生成第二控制信号并通过第二输出端I/O2输出。

在本实施例中，如图4所示，第一开关模块11和第二开关模块12分别与控制器10相连，第一开关模块11根据第一控制信号生成第一驱动信号，即言，第一开关模块11由第一控制信号控制通断。第二开关模块12根据第二控制信号生成第二驱动信号，即言，第二开关模块12由第二控制信号控制通断。而第三开关模块13分别与第一开关模块11和第二开关模块12相连，并且第三开关模块13根据第一驱动信号和第二驱动信号生成开关信号以控制IGBT的导通和关断，即言，第三开关模块13由第一控制信号和第二控制信号共同控制通断。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，上述用于电磁加热系统的IGBT驱动装置还包括电源模块22，电源模块22分别与电磁加热系统的线圈盘21和IGBT相连，电源模块用于给电磁加热系统的线圈盘21和IGBT提供工作电源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，该IGBT驱动装置还包括抗干扰保护器14，并且抗干扰保护器14连接在IGBT和第三开关模块13之间，用于对IGBT进行抗干扰保护。具体地，如图5所示，抗干扰保护器14包括相互并联的第八电阻R8和稳压二极管D1，第八电阻R8的一端和稳压二极管D1的负极端连接在IGBT和第三开关模块13之间，第八电阻R8的另一端和稳压二极管D1的正极端分别接地。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，第一开关模块11进一步包括第一电阻R1、第一三极管Q1、第二电阻R2、第二三极管Q2、第三电阻R3和第一电容C1。

其中，第一电阻R1的一端与控制器10的第一输出端I/O1相连，接收第一控制信号，第一三极管Q 1的基极与第一电阻R1的另一端相连，第一三极管Q1的发射极接地。第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端相连，第二电阻R2的另一端接地。第二三极管Q2的基极与第一三极管Q1的集电极相连，第二三极管Q2的集电极作为第一开关模块11的输出端，第二三极管Q2的发射极接地。第三电阻R3和第一电容C1相互串联连接，并且第三电阻R3和第一电容C1之间的节点分别与第二三极管Q2的基极和第一三极管Q1的集电极相连，第三电阻R3的一端与电源（例如电压为20V的电源）相连，第一电容C1的一端接地。

在本发明的实施例中，如图5所示，第二开关模块12进一步包括第四电阻R4、第五电阻R5和第三三极管Q3。其中，第四电阻R4的一端与控制器10的第二输出端I/O2相连，第五电阻R5的一端与第四电阻R4的另一端相连，并且第五电阻R5的另一端接地。第三三极管Q3的基极与第五电阻R5的一端相连，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极作为第二开关模块12的输出端。

如图5所示，第三开关模块13进一步包括第六电阻R6、第七电阻R7、第四三极管Q4和第五三极管Q5。其中，第六电阻R6的一端分别与第二三极管Q2的集电极和第三三极管Q3的集电极相连，第七电阻R7的一端与第六电阻R6的另一端相连，第七电阻R7的另一端与电源（例如电压20V）相连。第四三极管Q4的基极与第七电阻R7的一端相连，第四三极管Q4的集电极与上述电源相连，第四三极管Q4的发射极与IGBT相连，即与IGBT的控制端相连。第五三极管Q5的基极与第四三极管Q4的基极相连，第五三极管Q5的集电极接地，第五三极管Q5的发射极与IGBT相连，即与IGBT的控制端相连。

并且，在本发明的一个实施例中，如图5所示，第三开关模块13还包括第一限流电阻Ra和第二限流电阻Rb。第一限流电阻Ra的一端与第四三极管Q4的发射极相连，第一限流电阻Ra的另一端与第五三极管Q5的发射极相连，第二限流电阻Rb的一端分别与第五三极管Q5的发射极和第一限流电阻Ra的另一端相连，第二限流电阻Rb的另一端与IGBT的控制端相连。其中，第一限流电阻Ra和第二限流电阻Rb构成限流单元15。

其中，在本发明的一个实施例中，如图5所示，控制器10进一步包括比较单元16，比较单元16与检测模块20相连，用于根据第一检测信号VA和第二检测信号VB生成比较信号以控制第二输出端I/O2输出的第二控制信号。

具体地，如图6所示，比较单元16包括比较器60、第一选择器61和第二选择器62。通过第二选择器62选择控制器10的第二输出端I/O2以输出第二控制信号。

也就是说，检测模块20输出的第一检测信号VA和第二检测信号VB经过比较单元16处理后向控制器10的第二输出端I/O2输出第二控制信号。

因此，如图5所示，本发明实施例提出的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置在工作过程中，当控制器10的第一输出端I/O1输出高电平，三极管Q1导通、Q2截止；同时控制器10的第二输出端I/O2输出低电平，三极管Q3截止，三极管Q4导通，IGBT被驱动开通工作。

当控制器10的第一输出端I/O1输出低电平，三极管Q1截止、Q2导通；同时控制器10的第二输出端I/O2输出高电平，三极管Q3导通，三极管Q4截止，三极管Q5导通，IGBT被关断。

所以说，在上述的工作工程中，IGBT的开通必须满足以下条件：控制器10的第一输出端I/O1输出高电平，同时控制器10的第二输出端I/O2输出低电平，这是属于逻辑“与”关系。

在本发明的实施例中，IGBT由控制器10的两个端口I/O1和I/O2输出的控制信号同时控制，即使第一检测信号VA和第二检测信号VB受到干扰，比较器60发生误翻转，导致控制器10的第二输出端I/O2输出一个短暂的低电平A，也会在短时间内转换输出高电平，当控制器10的第一输出端I/O1输出高电平B的时候，控制器10的第二输出端I/O2也已经输出高电平，则第三开关模块13不会开通，从而保护IGBT不会误开通损坏。其中，控制信号如图7所示，比较器60发生翻转时，并输出低电平，产生中断请求，控制器10接受中断请求后，开始延迟计时t，并当IGBT的C极电压降到0V时，控制器10从第一输出端I/O1输出高电平。

此外，电路均采用电阻、三极管等简单的电子元件，线路连接简单，电路性能稳定，同时还大大降低了成本。

在本发明的实施例中，第一开关模块11、第二开关模块12和第三开关模块13还可以分别由运放器件组成或者是集成器件。

根据本发明实施例的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，当检测模块20受到干扰，产生错误信号，使控制器10误输出驱动IGBT信号时，检测模块20产生的错误信号能屏蔽控制IGBT的误驱动，从而保护IGBT不会误开通损坏，提高了可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测电磁加热系统的线圈盘两端的电压以生成第一检测信号和第二检测信号；

控制器，所述控制器与所述检测模块相连，所述控制器具有第一输出端和第二输出端，所述控制器通过所述第一输出端输出第一控制信号，以及根据所述第一检测信号和第二检测信号生成第二控制信号并通过所述第二输出端输出；

第一开关模块和第二开关模块，所述第一开关模块和第二开关模块分别与所述控制器相连，所述第一开关模块和第二开关模块分别根据所述第一控制信号和所述第二控制信号生成第一驱动信号和第二驱动信号；

第三开关模块，所述第三开关模块分别与所述第一开关模块和第二开关模块相连，所述第三开关模块根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号生成开关信号以控制IGBT的导通和关断。

2.如权利要求1所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，所述控制器进一步包括：

比较单元，所述比较单元与所述检测模块相连，用于根据所述第一检测信号和第二检测信号生成比较信号以控制所述第二输出端输出的第二控制信号。

3.如权利要求1所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，还包括：

电源模块，所述电源模块分别与所述电磁加热系统的线圈盘和所述IGBT相连，所述电源模块用于给所述电磁加热系统的线圈盘和所述IGBT提供工作电源。

4.如权利要求1-3任一项所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，还包括：

抗干扰保护器，所述抗干扰保护器连接在所述IGBT和所述第三开关模块之间，用于对所述IGBT进行抗干扰保护。

5.如权利要求1所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，所述第一开关模块进一步包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述控制器的第一输出端相连，接收所述第一控制信号；

第一三极管，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的另一端相连，所述第一三极管的发射极接地；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端接地；

第二三极管，所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极相连，所述第二三极管的集电极作为所述第一开关模块的输出端，所述第二三极管的发射极接地；

串联的第三电阻和第一电容，所述第三电阻和所述第一电容之间的节点分别与所述第二三极管的基极和所述第一三极管的集电极相连，所述第三电阻的一端与电源相连，所述第一电容的一端接地。

6.如权利要求5所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，所述第二开关模块进一步包括：

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述控制器的第二输出端相连；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端相连，所述第五电阻的另一端接地；

第三三极管，所述第三三极管的基极与所述第五电阻的一端相连，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极作为所述第二开关模块的输出端。

7.如权利要求6所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，所述第三开关模块进一步包括：

第六电阻，所述第六电阻的一端分别与所述第二三极管的集电极和所述第三三极管的集电极相连；

第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第六电阻的另一端相连，所述第七电阻的另一端与所述电源相连；

第四三极管，所述第四三极管的基极与所述第七电阻的一端相连，所述第四三极管的集电极与所述电源相连，所述第四三极管的发射极与所述IGBT相连；

第五三极管，所述第五三极管的基极与所述第四三极管的基极相连，所述第五三极管的集电极接地，所述第五三极管的发射极与所述IGBT相连。

8.如权利要求7所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，所述第三开关模块还包括：

第一限流电阻，所述第一限流电阻的一端与所述第四三极管的发射极相连，所述第一限流电阻的另一端与所述第五三极管的发射极相连；

第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端分别与所述第五三极管的发射极和第一限流电阻的另一端相连，所述第二限流电阻的另一端与所述IGBT相连。

9.如权利要求4所述的用于电磁加热系统的IGBT驱动装置，其特征在于，所述抗干扰保护器进一步包括：

相互并联的第八电阻和稳压二极管，所述第八电阻的一端和所述稳压二极管的负极端连接在所述IGBT和所述第三开关模块之间，所述第八电阻的另一端和所述稳压二极管的正极端分别接地。

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