CN107027207B - Igbt保护电路和电磁炉 - Google Patents

Igbt保护电路和电磁炉 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种IGBT保护电路和电磁炉。IGBT保护电路包括：第一电阻、第二电阻、电容、比较器、参考电压提供电路、IGBT、驱动电路和控制电路；第一电阻的第一端与IGBT的栅极连接，第一电阻的第二端分别与比较器的反相输入端以及电容的第一端连接，电容的第二端接地；参考电压提供电路与比较器的正相输入端连接，用于向比较器提供参考电压；比较器的输出端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与驱动电路连接；驱动电路用于在第二电阻的第二端的电压低于预设电压时，驱动IGBT关断。本发明提供的IGBT保护电路和电磁炉可在控制电路故障或未正常工作时，避免IGBT的长时间导通，保护了IGBT。

Description

IGBT保护电路和电磁炉
技术领域
本发明涉及电路结构技术领域，尤其涉及一种IGBT保护电路和电磁炉。
背景技术
电磁炉具有安全、无明火、高效节能和清洁等多项优点，是常见的家庭电器设备。电磁炉的开关器件通常选用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)。IGBT存在导通时间过长可能导致损毁的情况。因此，需要控制IGBT的导通时长。
现有电磁炉中通常通过微处理器控制IGBT的驱动电路来驱动IGBT导通或断开。但是在电磁炉上电时，微处理器无法立即工作，需较长的准备时间，微处理器的输出端口输出的信号不确定，可能为IGBT的导通信号。因此，可能导致在电磁炉上电时，驱动电路长时间驱动IGBT导通，进而导致IGBT故障。同时，当微处理器故障时，也可能导致IGBT故障。因此，现有电磁炉中微处理器控制IGBT的方式可靠性较差。
发明内容
为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供一种IGBT保护电路和电磁炉，避免了IGBT的长时间导通，保护了IGBT。
本发明一方面提供一种IGBT保护电路，包括：第一电阻、第二电阻、电容、比较器、参考电压提供电路、IGBT、驱动电路和控制电路；其中，
所述驱动电路分别与所述控制电路和所述IGBT的栅极连接，所述驱动电路用于根据控制电路输入的控制信号驱动所述IGBT导通或关断；
所述第一电阻的第一端与IGBT的栅极连接，所述第一电阻的第二端分别与所述比较器的反相输入端以及所述电容的第一端连接，所述电容的第二端接地；所述参考电压提供电路与所述比较器的正相输入端连接；
所述比较器的输出端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述驱动电路连接；
所述驱动电路还用于在所述第二电阻的第二端的电压小于预设电压时，驱动所述IGBT关断。
通过在控制电路控制IGBT的导通与关断之外，增加第一电阻、第二电阻、电容和比较器，可在IGBT导通时长过长时，控制驱动电路驱动IGBT关断，从而可在控制电路故障或未正常工作时，避免IGBT的长时间导通，保护了IGBT。
如上所述的IGBT保护电路，所述驱动电路包括电平转换电路和推挽驱动电路；
所述电平转换电路分别与所述控制电路和所述推挽驱动电路连接；所述第二电阻的第二端与所述推挽驱动电路的输入端连接；
所述推挽驱动电路用于在所述第二电阻的第二端的电压小于预设电压时，驱动所述IGBT关断。
通过采用推挽驱动电路，使得IGBT保护电路结构简单，成本较低。
如上所述的IGBT保护电路，所述推挽驱动电路包括第一三极管和第二三极管；
所述第一三极管的集电极与电源连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的集电极接地，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极均与所述第二电阻的第二端连接。
如上所述的IGBT保护电路，所述电平转换电路包括：第三电阻和第三三极管；
所述第三电阻的第一端与所述电源连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第一三极管的基极，以及所述第三三极管的集电极连接；
所述第三三极管的基极与所述控制电路连接，所述第三三极管的发射极接地。
通过采用电平转换电路，可避免控制电路与推挽驱动电路工作电压不一致，导致的控制电路无法直接向推挽驱动电路提供输入电压的情况。
如上所述的IGBT保护电路，还包括第四电阻；
所述控制电路通过所述第四电阻与所述第三三极管的基极连接。
通过增加第四电阻，可限制流入控制电路的输出端口的电流，保护了控制电路。
如上所述的IGBT保护电路，还包括第五电阻；
所述第五电阻的第一端与所述第一电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述IGBT的栅极连接。
通过增加第五电阻，限制了流入IGBT的栅极的电流，保护了IGBT。
如上所述的IGBT保护电路，所述第一三极管和所述第三三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管。
本发明实施例另一方面还提供一种电磁炉，包括：如上所述的IGBT保护电路、整流滤波电路和谐振电路。
所述谐振电路的第一端与所述IGBT的集电极连接，所述谐振电路的第二端通过所述整流滤波电路与市电电源连接，所述IGBT的发射极通过所述整流滤波电路与市电电源连接。
本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。
附图说明
图1为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图一；
图2为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图二；
图3为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图三；
图4为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图四；
图5为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图五；
图6为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图六；
图7为本发明提供的电磁炉的结构示意图。
附图标记：
10第一电阻； 11—第二电阻； 12—电容；
13—比较器； 14—参考电压提供电路； 15—IGBT；
16—驱动电路； 17—控制电路； 18—电平转换电路；
19—推挽驱动电路； 20—第一三极管； 21—第二三极管；
22—第三电阻； 23—第三三极管； 24—第四电阻；
25—第五电阻； 26—整流滤波电路； 27—谐振电路。
具体实施方式
图1为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图一。如图1所示，本发明提供的IGBT保护电路包括：
第一电阻10、第二电阻11、电容12、比较器13、参考电压提供电路14、IGBT15、驱动电路16和控制电路17；其中，
驱动电路16分别与控制电路17和IGBT15的栅极连接，驱动电路16用于根据控制电路17输入的控制信号驱动IGBT15导通或关断；
第一电阻10的第一端与IGBT15的栅极连接，第一电阻10的第二端分别与比较器13的反相输入端以及电容12的第一端连接，电容12的第二端接地；
参考电压提供电路14与比较器13的正相输入端连接，用于向比较器13提供参考电压；
比较器13的输出端与第二电阻11的第一端连接，第二电阻11的第二端与驱动电路16连接；
驱动电路16用于在第二电阻11的第二端的电压低于预设电压时，驱动IGBT15关断。
示例性的，如图1所示，IGBT可以为电磁炉、电热水壶、电饭煲等电器设备中的开关器件，本发明提供的IGBT保护电路可广泛应用于所有采用IGBT的电子器件中。
示例性的，IGBT15的栅极与驱动电路16连接，IGBT15的发射极接地，驱动电路16与控制电路17连接。当IGBT15的栅极与IGBT15的发射极之间的电压差大于IGBT15的阈值电压时，IGBT15导通，当IGBT15的栅极与IGBT15的发射极之间的电压差小于IGBT15的阈值电压时，IGBT15关断。控制电路17通过控制驱动电路16提供给IGBT15的栅极的电压，来驱动IGBT15导通或关断。当控制电路17故障或未开始工作时，控制电路17无法控制驱动电路16提供给IGBT15的栅极的电压的大小。
为解决上述问题，在IGBT保护电路中增加第一电阻10、第二电阻11、电容12、比较器13和参考电压提供电路14。其中，第一电阻10与电容12串联，第一电阻10的第一端与IGBT15的栅极连接，电容12的第二端接地。第一电阻10与电容12构成充电回路，当驱动电路16持续向IGBT15的栅极提供IGBT15的导通电压时，电容12开始充电，电容12的第一端的电压逐渐升高。当驱动电路16停止向IGBT15的栅极提供IGBT15的导通电压时，电容12开始放电，电容12的第一端的电压逐渐降低。因此，电容12的第一端的电压可用于指示IGBT15的导通时间。示例性的，可根据IGBT15的最长导通时间计算出，该最长导通时间对应的电容12的第一端的电压V0，当检测到电容12的第一端的电压大于等于V0时，应控制IGBT15关断。
示例性的，参考电压提供电路14用于提供参考电压，参考电压示例性的可以为V0。参考电压也可选用其他不大于V0的电压值。比较器13的反相输入端与电容12的第一端连接，比较器13的正相输入端与参考电压提供电路14连接，用于比较电容12的第一端的电压与参考电压。比较器13用于在正相输入端小于反相输入端时，提供低电平，例如地电压；在正相输入端大于反相输入端时，提供开漏输出。开漏输出即不提供输出。因此，可将比较器13的输出端与驱动电路16连接。示例性的，比较器13的输出端通过第二电阻11与驱动电路16连接。
当电容12的第一端的电压大于参考电压时，比较器13向驱动电路16提供低电平，由于驱动电路16用于在第二电阻11的第二端的电压小于预设电压时，驱动IGBT15关断，故可在IGBT15导通时间过长时，实现驱动IGBT15关断。当电容12的第一端的电压小于参考电压时，IGBT15还可持续导通，此时，比较器13向驱动电路16提供开漏输出，即第二电阻11的第二端的电压取决于驱动电路16提供的电压。比较器13的输出对驱动电路16向IGBT15提供的电压无影响。
本发明实施例提供的IGBT保护电路包括：第一电阻、第二电阻、电容、比较器、参考电压提供电路、IGBT、驱动电路和控制电路。第一电阻与电容构成充电电路，通过采用电容两端的电压来指示IGBT的导通时长，比较器比较电容两端的电压与参考电压提供电路所提供的电压，以向驱动电路提供比较比较，并在电容两端的电压大于参考电压时，驱动IGBT关断。本发明实施例在控制电路控制IGBT的导通与关断之外，增加第一电阻、第二电阻、电容和比较器，可在IGBT导通时长过长时，控制驱动电路驱动IGBT关断，可在控制电路故障或未正常工作时，避免IGBT的长时间导通，保护了IGBT。
进一步地，结合图1所示实施例，本发明实施例还提供一种IGBT保护电路。图2为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图二。如图2所示，本实施例中，驱动电路16包括电平转换电路18和推挽驱动电路19；
电平转换电路18分别与控制电路17和推挽驱动电路19连接；第二电阻11的第二端与推挽驱动电路19的输入端连接；
推挽驱动电路19用于在第二电阻11的第二端的电压小于预设电压时，驱动IGBT15关断。
示例性的，推挽驱动电路19用于向IGBT15提供驱动电压，推挽驱动电路结构简单，成本较低。考虑到推挽驱动电路19的工作电压与控制电路17的工作电压不一致，可在控制电路17与推挽驱动电路19之间增加电平转换电路18。
示例性的，比较器13的输出端通过第二电阻11与推挽驱动电路19的输入端连接，用于在电容12两端的电压大于参考电压时，向推挽驱动电路19的输入端提供低电平。推挽驱动电路19用于在第二电阻11的第二端的电压小于预设电压时，驱动IGBT15关断。预设电压示例性的可以为推挽驱动电路19驱动IGBT15导通的最小电压值。考虑到比较器13提供的低电平较低，通常为地电压，预设电压也可为1V等较小的电压值。
进一步地，结合图2所示实施例，本发明实施例还提供一种IGBT保护电路。图3为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图三。本实施例中对推挽驱动电路19进行详细说明。如图3所示，推挽驱动电路19包括第一三极管20和第二三极管21；
第一三极管20的集电极与电源连接，第一三极管20的发射极与第二三极管21的发射极连接，第二三极管21的集电极接地，第一三极管20的基极和第二三极管21的基极均与第二电阻11的第二端连接。
示例性的，推挽驱动电路19包括两个三极管，第一三极管20和第二三极管21。其中，第一三极管20的集电极与电源连接，第一三极管20的发射极与第二三极管21的发射极连接，第二三极管21的集电极接地，第一三极管20的基极和第二三极管21的基极均与第二电阻11的第二端连接。其中，电源示例性的可以为直流电源，直流电源示例性的可以为15-20V。
第一三极管20在基极接收到高电平时导通，在基极接收到低电平时关断。第二三极管21在基极接收到高电平时关断，在基极接收到低电平时导通。故第一三极管20和第二三极管21一直处于一个导通一个关断的情况。当第一三极管20导通，可认为IGBT15的栅极通过第一三极管20与电源连接，电源通过第一三极管20向IGBT15的栅极提供高电平，使IGBT15导通。当第二三极管21导通，可认为IGBT15的栅极通过第二三极管21接地，即第二三极管21向IGBT15的栅极提供低电平，使IGBT15关断。
由于第一三极管20的基极和第二三极管21的基极均与第二电阻11的第二端连接，因此，当比较器13通过第二电阻11向第一三极管20的基极和第二三极管21的基极提供低电压时，使得第二三极管21导通，IGBT15关断。
进一步地，结合图3所示实施例，本发明实施例还提供一种IGBT保护电路。图4为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图四。本实施例中对电平转换电路18进行详细说明。如图4所示，电平转换电路18包括：第三电阻22和第三三极管23；
第三电阻22的第一端与电源连接，第三电阻22的第二端分别与第一三极管20的基极，以及第三三极管23的集电极连接；
第三三极管23的基极与控制电路17连接，第三三极管23的发射极接地。
示例性的，第三电阻22分别与电源和第三三极管23的集电极连接，第三三极管23的发射极接地。第三三极管23的基极与控制电路17连接。控制电路控制IGBT15导通和关断的原理为：当控制电路17向第三三极管23的基极提供高电平时，第三三极管23导通，与第三三极管23的集电极连接的第一三极管20的基极和第二三极管21的基极接收到低电平，使得IGBT15关断；当控制电路17向第三三极管23的基极提供低电平时，第三三极管23关断，与第三三极管23的集电极连接的第一三极管20的基极和第二三极管21的基极接收到通过第三电阻22提供的高电平，使得IGBT15导通。
进一步地，结合图4所示实施例，本发明实施例还提供一种IGBT保护电路。图5为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图五。如图5所示，本实施例中，还包括第四电阻24；
控制电路17通过第四电阻24与第三三极管23的基极连接。
示例性的，第四电阻24为限流分压电阻，通过在控制电路17与第三三极管23的基极之间设置第四电阻24，限制了流入控制电路17的输出端口的电流，保护了控制电路17。
进一步地，结合图5所示实施例，本发明实施例还提供一种IGBT保护电路。图6为本发明提供的IGBT保护电路的结构示意图六。如图6所示，本实施例中，还包括第五电阻25；
第五电阻25的第一端与第一电阻10的第一端连接，第五电阻25的第二端与IGBT15的栅极连接。
示例性的，第五电阻25为限流分压电阻，限制了流入IGBT15的栅极的电流，保护了IGBT15。
进一步地，在上述任一实施例中，第一三极管20和第三三极管23为NPN型三极管，第二三极管21为PNP型三极管。
本发明实施例另一方面还提供一种电磁炉，图7为本发明提供的电磁炉的结构示意图。如图7所示，本实施例提供的电磁炉包括：如图1至6中任一所示的IGBT保护电路、整流滤波电路26和谐振电路27。
谐振电路27的第一端与IGBT15的集电极连接，谐振电路27的第二端通过整流滤波电路26与市电电源连接，IGBT15的发射极通过整流滤波电路26与市电电源连接。
示例性的，如图7所示，谐振电路27与IGBT15构成电磁炉的工作回路，当IGBT导通，谐振电路27充电，当IGBT15关断，谐振电路27放电，产生交变磁场，交变磁场切割放置在电磁炉上的锅具对其进行加热。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种IGBT保护电路，其特征在于，包括：第一电阻(10)、第二电阻(11)、电容(12)、比较器(13)、参考电压提供电路(14)、IGBT(15)、驱动电路(16)和控制电路(17)；其中，
所述驱动电路(16)分别与所述控制电路(17)和所述IGBT(15)的栅极连接，所述驱动电路(16)用于根据控制电路(17)输入的控制信号驱动所述IGBT(15)导通或关断；
所述第一电阻(10)的第一端与IGBT(15)的栅极连接，所述第一电阻(10)的第二端分别与所述比较器(13)的反相输入端以及所述电容(12)的第一端连接，所述电容(12)的第二端接地；所述参考电压提供电路(14)与所述比较器(13)的正相输入端连接；
所述比较器(13)的输出端与所述第二电阻(11)的第一端连接，所述第二电阻(11)的第二端与所述驱动电路(16)连接；
所述驱动电路(16)还用于在所述第二电阻(11)的第二端的电压小于预设电压时，驱动所述IGBT(15)关断。
2.根据权利要求1所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述驱动电路(16)包括电平转换电路(18)和推挽驱动电路(19)；
所述电平转换电路(18)分别与所述控制电路(17)和所述推挽驱动电路(19)连接；所述第二电阻(11)的第二端与所述推挽驱动电路(19)的输入端连接；
所述推挽驱动电路(19)用于在所述第二电阻(11)的第二端的电压小于预设电压时，驱动所述IGBT(15)关断。
3.根据权利要求2所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述推挽驱动电路(19)包括第一三极管(20)和第二三极管(21)；
所述第一三极管(20)的集电极与电源连接，所述第一三极管(20)的发射极与所述第二三极管(21)的发射极连接，所述第二三极管(21)的集电极接地，所述第一三极管(20)的基极和所述第二三极管(21)的基极均与所述第二电阻(11)的第二端连接。
4.根据权利要求3所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述电平转换电路(18)包括：第三电阻(22)和第三三极管(23)；
所述第三电阻(22)的第一端与所述电源连接，所述第三电阻(22)的第二端分别与所述第一三极管(20)的基极，以及所述第三三极管(23)的集电极连接；
所述第三三极管(23)的基极与所述控制电路(17)连接，所述第三三极管(23)的发射极接地。
5.根据权利要求4所述的IGBT保护电路，其特征在于，还包括第四电阻(24)；
所述控制电路(17)通过所述第四电阻(24)与所述第三三极管(23)的基极连接。
6.根据权利要求5所述的GBT保护电路，其特征在于，还包括第五电阻(25)；
所述第五电阻(25)的第一端与所述第一电阻(10)的第一端连接，所述第五电阻(25)的第二端与所述IGBT(15)的栅极连接。
7.根据权利要求4至6任一项所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述第一三极管(20)和所述第三三极管(23)为NPN型三极管，所述第二三极管(21)为PNP型三极管。
8.一种电磁炉，其特征在于，包括：如权利要求1至7任一项所述的IGBT保护电路、整流滤波电路(26)和谐振电路(27)；
所述谐振电路(27)的第一端与所述IGBT(15)的集电极连接，所述谐振电路(27)的第二端通过所述整流滤波电路(26)与市电电源连接，所述IGBT(15)的发射极通过所述整流滤波电路(26)与市电电源连接。
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