CN107404308B - 开关管的保护电路以及具有其的电磁加热烹饪设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关管的保护电路以及具有其的电磁加热烹饪设备，所述保护电路包括：驱动单元，所述驱动单元与所述开关管的控制极相连，以驱动所述开关管开通或关断；采集单元，所述采集单元与所述开关管的集电极相连，所述采集单元用于在所述开关管开通时根据所述开关管的开通压降生成采集信号；比较单元，所述比较单元与所述采集单元相连，所述比较单元用于在所述采集信号的电压大于预设参考电压时输出保护信号至所述驱动单元，以使所述驱动单元驱动所述开关管关断。由此，该电路以开关管的开通压降为依据，能够准确控制开关管工作在安全工作区域，从而保护开关管不被损坏，提高系统可靠性。

Description

开关管的保护电路以及具有其的电磁加热烹饪设备
技术领域
本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种开关管的保护电路以及一种电磁加热烹饪设备。
背景技术
开关管例如IGBT已广泛应用于家用电器中，在IGBT使用过程中，IGBT很容易发生击穿故障。在相关技术中，大多采用电压和电流直接采样的方式来进行过压和过流保护，即通过判断采样的电流或电压是否超出范围来进行过压和过流保护。但是，相关技术存在的缺点是，在不同工况下IGBT所能规格限值不同，难以设定合适的保护点以避免误保护或保护无效的情况出现。
因此，相关的开关管保护技术存在改进的需要。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种开关管的保护电路，该保护电路能够准确控制开关管工作在安全工作区域，保护开关管不被损坏。
本发明的另一个目的在于提出一种电磁加热烹饪设备。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种开关管的保护电路，包括：驱动单元，所述驱动单元与所述开关管的控制极相连，以驱动所述开关管开通或关断；采集单元，所述采集单元与所述开关管的集电极相连，所述采集单元用于在所述开关管开通时根据所述开关管的开通压降生成采集信号；比较单元，所述比较单元与所述采集单元相连，所述比较单元用于在所述采集信号的电压大于预设参考电压时输出保护信号至所述驱动单元，以使所述驱动单元驱动所述开关管关断。
根据本发明实施例提出的开关管的保护电路，采集单元在开关管开通时根据开关管的开通压降生成采集信号，比较单元在采集信号的电压大于预设参考电压时输出保护信号至驱动单元，以使驱动单元驱动开关管关断。由此，该电路以开关管的开通压降为依据，能够准确控制开关管工作在安全工作区域，从而保护开关管不被损坏，提高系统可靠性。
根据本发明的一个实施例，所述采集单元包括：第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述开关管的集电极相连；第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一二极管的阳极相连，所述第一电阻的另一端与所述比较单元相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第一电容的另一端接地。
根据本发明的一个实施例，所述采集单元还包括：至少一个依次串联的第二二极管，所述至少一个依次串联的第二二极管与所述第一二极管串联。
根据本发明的一个实施例，所述比较单元包括：恒流源，所述恒流源的一端与预设电源相连，所述恒流源的另一端与所述第一电阻的另一端相连，所述恒流源与所述第一电阻之间具有第一节点；比较器，所述比较器的第一输入端与所述第一节点相连，所述比较器的第二输入端与提供所述预设参考电压的电压提供单元相连，所述比较器的输出端与所述驱动单元相连。
根据本发明的一个实施例，所述驱动单元与所述比较单元集成设置。
根据本发明的一个实施例，所述比较单元还用于在所述采集信号的电压小于等于所述预设参考电压时输出使能信号至所述驱动单元，以使所述驱动单元根据接收到的控制信号驱动所述开关管开通或关断。
根据本发明的一个实施例，所述开关管为IGBT，所述IGBT的C极与所述采集单元相连，所述IGBT的C极还与加热负载相连，所述IGBT的E极接地，所述IGBT的G极与所述驱动单元相连。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的一种电磁加热烹饪设备，包括所述的开关管的保护电路。
根据本发明实施例提出的电磁加热烹饪设备，通过上述开关管的保护电路，能够准确控制开关管工作在安全工作区域，从而保护开关管不被损坏，提高系统可靠性。
根据本发明的一个实施例，所述电磁加热烹饪设备可为电磁炉、电磁电饭煲或电磁电压力锅。
附图说明
图1是根据本发明实施例的开关管的保护电路的方框示意图；
图2是根据本发明一个实施例的开关管的保护电路的电路原理图。
附图标记：
驱动单元10、采集单元20和比较单元30；
电压提供单元50、开关管100和加热负载200；
第一二极管D1、第一电阻R1和第一电容C1；
恒流源I1和比较器U1。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来描述本发明实施例提出的开关管的保护电路以及具有其的电磁加热烹饪设备。
图1是根据本发明实施例的开关管的保护电路的方框示意图。如图1所示，该开关管的保护电路包括：驱动单元10、采集单元20和比较单元30。
其中，驱动单元10与开关管100的控制极相连，以驱动开关管100开通或关断，具体地，驱动单元10可根据控制单元输出的控制信号驱动开关管100开通或关断；采集单元20与开关管100的集电极相连，采集单元20用于在开关管100开通时根据开关管100的开通压降生成采集信号，开关管100的开通压降是指开关管100开通时开关管100的集电极与发射极之间的电压Vce；比较单元30与采集单元20相连，比较单元30用于在采集信号的电压大于预设参考电压Vref时输出保护信号至驱动单元10，以使驱动单元10驱动开关管关断。
需要说明的是，半导体通常存在一个安全工作区域即电流、电压和时间之间的关系，半导体工作在此安全工作区域内将不会损坏，例如20A/1200V、脉冲电流60A的IGBT，如果IGBT在60A下开通20us，则IGBT的集电极与发射极所能承受的电压最高为40V，而如果IGBT在60A下开通5us，则IGBT的集电极与发射极所能承受的电压最高为100V。根据此特点，当开关管100开通时通过判断开关管100的开通压降Vce就可识别开关管100是否工作在安全工作区域。
还需说明的是，不同规格参数的开关管100具有不同的安全工作区域，可根据开关管100的规格参数设定预设参考电压Vref，以使开关管100的开通压降超出安全工作区域时采集信号的电压大于预设参考电压Vref。
具体来说，当驱动单元10在控制单元的控制下输出开通驱动信号至开关管100时，开关管100开通，此时采集单元20根据开关管100的开通压降生成采集信号，比较单元30将采集信号的电压与预设参考电压Vref进行比较，如果采集信号的电压大于预设参考电压Vref，则说明开关管100的开通压降超出安全工作区域，比较单元30输出保护信号至驱动单元10以屏蔽控制单元输出的控制信号，驱动单元10关闭即驱动单元10不受控制单元的控制，以使驱动单元10驱动开关管100关断，以防止开关管损坏。
由此，本发明实施例的保护电路能准确控制开关管工作在安全工作区域，一旦检测到开关管偏离安全工作区域时，自动关闭开关管，以即时保护开关管。
进一步地，根据本发明的一个实施例，比较单元30还用于在采集信号的电压小于等于预设参考电压Vref时输出使能信号至驱动单元10，以使驱动单元10根据接收到的控制信号驱动开关管100开通或关断。
也就是说，当驱动单元10在控制单元的控制下输出开通驱动信号至开关管100时，开关管100开通，此时采集单元20根据开关管100的开通压降生成采集信号，比较单元30将采集信号的电压与预设参考电压Vref进行比较，如果采集信号的电压小于等于预设参考电压Vref，则说明开关管100的开通压降未超出安全工作区域，比较单元30输出使能信号至驱动单元10以使能驱动单元10，驱动单元10根据控制单元40输出的控制信号驱动开关管100。
另外，当驱动单元10在控制单元的控制下输出关断驱动信号至开关管100时，开关管100关断，此时采集单元20不进行工作，即采集单元20输出的信号不反映开关管100的集电极与发射极之间的电压Vce。
根据本发明的一个具体实施例，保护信号可为低电平信号，而使能信号可为高电平信号，或者保护信号可为高电平信号，而使能信号可为低电平信号。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，采集单元20包括：第一二极管D1、第一电阻R1和第一电容C1。
其中，第一二极管D1的阴极与开关管100的集电极相连；第一电阻R1的一端与第一二极管D1的阳极相连，第一电阻R1的另一端与比较单元30相连；，第一电容C1的一端与第一电阻R1的另一端相连，第一电容C1的另一端接地。
其中，第一电容C1起信号滤波作用。
需要说明的是，第一电阻R1的阻值可根据开关管100的规格参数进行设置。
应当理解的是，当开关管100关断时，第一二极管D1起反向隔离作用，防止高压串入而损坏驱动单元10与比较单元30，此时采集单元20不进行采集工作。
进一步地，采集单元20还可包括：至少一个依次串联的第二二极管，至少一个依次串联的第二二极管与第一二极管D1串联，其中，以一个第二二极管为例，第二二极管连接在第一二极管D1与第一电阻R1之间，第二二极管的阳极与第一电阻R1的一端相连，第二二极管的阴极与第一二极管D1的阳极相连，第一二极管D1的阴极与开关管100的集电极相连。
这样，通过多个二极管串联，可增强耐压。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，比较单元30包括：恒流源I1和比较器U1。
其中，恒流源I1的一端与预设电源VDD相连，恒流源I1的另一端与第一电阻R1的另一端相连，恒流源I1与第一电阻R1之间具有第一节点；比较器U1的第一输入端与第一节点相连，比较器U1的第二输入端与提供预设参考电压Vref的电压提供单元50相连，比较器30的输出端与驱动单元10相连。
具体地，电压提供单元50可为多个分压电阻构成的分压电路。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，开关管100为IGBT，IGBT的C极与采集单元10相连，IGBT的C极还与加热负载200相连，IGBT的E极接地，IGBT的G极与驱动单元10相连。
其中，加热负载200可由供电电源VDD供电，加热负载200可为阻性、感性、容性负载。以电磁炉为例，加热负载200可为并联的谐振电容和加热线圈。
结合图2的实施例，本发明实施例的保护电路具体工作原理如下：
当驱动单元10输出开通驱动信号时，IGBT开通，由于恒流源I1的存在，流过恒流源I1的电流Ia与流过采集单元20即第一电阻R1的电流Ib相等，即Ia＝Ib，则第一节点的电压V1满足以下公式：
V1＝Ib×R+VD1+Vce
其中，第一电阻R1的阻值R和第一二极管D1的电压VD1已知，则开关管100的开通压降直接反映到第一节点的电压V1。
比较器U1将第一节点的电压V1与预设参考电压Vref进行比较，如果V1高于预设参考电压Vref时，比较器U1输出保护信号至驱动单元10，以控制驱动单元10关闭，使驱动单元对IGBT的G极输出关断驱动信号例如低电平，以驱动IGBT关断；如果V1低于预设参考电压Vref时，比较器U1输出使能信号至驱动单元10，该使能信号将不会关闭驱动单元10，驱动单元受控制单元输出的控制信号的控制。
当驱动单元10输出关断驱动信号时，IGBT截止，此时第一二极管D1起反向隔离作用，防止高压串入比较单元30和驱动单元10而造成器件损坏。
根据本发明的一个实施例，驱动单元10与比较单元30可集成设置。
综上，根据本发明实施例提出的开关管的保护电路，采集单元在开关管开通时根据开关管的开通压降生成采集信号，比较单元在采集信号的电压大于预设参考电压时输出保护信号至驱动单元，以使驱动单元驱动开关管关断。由此，该电路以开关管的开通压降为依据，能够准确控制开关管工作在安全工作区域，从而保护开关管不被损坏，提高系统可靠性。
最后，本发明实施例还提出可一种电磁加热烹饪设备，包括上述实施例的开关管的保护电路。
其中，根据本发明的一个实施例，电磁加热烹饪设备可为电磁炉、电磁电饭煲或电磁电压力锅等。
根据本发明实施例提出的电磁加热烹饪设备，通过上述开关管的保护电路，能够准确控制开关管工作在安全工作区域，从而保护开关管不被损坏，提高系统可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种开关管的保护电路，其特征在于，包括：
驱动单元，所述驱动单元与所述开关管的控制极相连，以驱动所述开关管开通或关断；
采集单元，所述采集单元与所述开关管的集电极相连，所述采集单元用于在所述开关管开通时根据所述开关管的开通压降生成采集信号；
比较单元，所述比较单元与所述采集单元相连，所述比较单元用于在所述采集信号的电压大于预设参考电压时输出保护信号至所述驱动单元，以使所述驱动单元驱动所述开关管关断，其中，所述预设参考电压根据所述开关管的规格参数和开通时间设定。
2.根据权利要求1所述的开关管的保护电路，其特征在于，所述采集单元包括：
第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述开关管的集电极相连；
第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一二极管的阳极相连，所述第一电阻的另一端与所述比较单元相连；
第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第一电容的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的开关管的保护电路，其特征在于，所述采集单元还包括：
至少一个依次串联的第二二极管，所述至少一个依次串联的第二二极管与所述第一二极管串联。
4.根据权利要求2所述的开关管的保护电路，其特征在于，所述比较单元包括：
恒流源，所述恒流源的一端与预设电源相连，所述恒流源的另一端与所述第一电阻的另一端相连，所述恒流源与所述第一电阻之间具有第一节点；
比较器，所述比较器的第一输入端与所述第一节点相连，所述比较器的第二输入端与提供所述预设参考电压的电压提供单元相连，所述比较器的输出端与所述驱动单元相连。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的开关管的保护电路，其特征在于，所述驱动单元与所述比较单元集成设置。
6.根据权利要求1所述的开关管的保护电路，其特征在于，所述比较单元还用于在所述采集信号的电压小于等于所述预设参考电压时输出使能信号至所述驱动单元，以使所述驱动单元根据接收到的控制信号驱动所述开关管开通或关断。
7.根据权利要求1所述的开关管的保护电路，其特征在于，所述开关管为IGBT，所述IGBT的C极与所述采集单元相连，所述IGBT的C极还与加热负载相连，所述IGBT的E极接地，所述IGBT的G极与所述驱动单元相连。
8.一种电磁加热烹饪设备，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的开关管的保护电路。
9.根据权利要求8所述的电磁加热烹饪设备，其特征在于，所述电磁加热烹饪设备为电磁炉、电磁电饭煲或电磁电压力锅。
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