CN109561531A - 电磁加热设备及其功率开关管的驱动控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁加热设备及其功率开关管的驱动控制装置和方法，电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，控制模块获取电磁加热设备的加热功率，并在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态。从而，能够在交流电的峰值区间采用台阶电压方式的驱动信号，在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

Description

电磁加热设备及其功率开关管的驱动控制装置和方法

技术领域

本发明涉及生活电器技术领域，特别涉及一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置、一种电磁加热设备和一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法。

背景技术

相关技术中，电磁加热设备运行时以相同驱动脉冲宽度的驱动信号驱动功率开关管，如图1所示，在市电电压的波峰处，谐振电压最高，可能会超过功率开关管的耐压，功率开关管的耐压一般为1200V。因而，在相关技术中，为了确保功率开关管可靠运行，在电磁加热设备最高功率加热时，如图2所示，通常采用在市电峰值区间降低驱动脉冲宽度来降低谐振电压，使得谐振电压小于1100V。但是，相关技术存在的问题是，由于功率开关管驱动脉冲宽度的降低，导致在此区间内功率开关管的脉冲电流突然增大，增大了电磁加热噪音。

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电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，能够在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流。

本发明的另一个目的在于提出一种电磁加热设备。

本发明的又一个目的在于提出一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，包括：驱动模块，所述驱动模块与所述功率开关管相连，以驱动所述功率开关管；市电过零检测模块，所述市电过零检测模块用于检测市电过零，并在市电过零时进行计时，以根据市电过零的时间间隔确定提供给电磁加热设备的交流电的峰值区间；控制模块，所述控制模块分别与所述市电过零检测模块和所述驱动模块相连，所述控制模块用于获取所述电磁加热设备的加热功率，并在所述电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给所述电磁加热设备的交流电是否处于所述峰值区间，如果提供给所述电磁加热设备的交流电处于所述峰值区间，则控制所述驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态，所述第一驱动信号的驱动电压小于所述第二驱动信号的驱动电压。

根据本发明实施例提出的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，通过控制模块获取电磁加热设备的加热功率，并在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，通过市电过零检测模块判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态，从而，能够在交流电的峰值区间采用台阶电压方式的驱动信号，在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

根据本发明的一个实施例，如果提供给所述电磁加热设备的交流电未处于所述峰值区间，所述控制模块则控制所述驱动模块在开通阶段输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态。

根据本发明的一个实施例，所述第一驱动信号的驱动电压大于5V且小于14.5V，所述第二驱动信号的驱动电压大于15V。

根据本发明的一个实施例，所述峰值区间的时间长度大于0.5ms且小于5ms，所述第一驱动信号的输出时间长度大于0.1us且小于10us。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块具有第一控制端和第二控制端，所述控制模块通过第一控制端输出第一控制信号，并通过第二控制端输出第二控制信号和第三控制信号，所述驱动模块包括：驱动单元，所述驱动单元的输入端与所述第一控制端相连，所述驱动单元的输出端与所述功率开关管相连，所述驱动单元根据所述第一控制信号驱动所述功率开关管导通或关断；降压单元，所述降压单元的第一输入端与所述第一控制端相连，所述降压单元的第二输入端与所述第二控制端相连，所述降压单元的输出端与所述驱动单元的输出端和所述功率开关管分别相连，所述降压单元根据所述第一控制信号和所述第二控制信号进行降压工作以使所述驱动单元输出第一驱动信号，并根据所述第一控制信号和所述第三控制信号停止降压工作以使所述驱动单元输出第二驱动信号。

根据本发明的一个实施例，所述降压单元包括：稳压管，所述稳压管的阴极与所述驱动单元的输出端和所述功率开关管分别相连；控制子单元，所述控制子单元的第一输入端与所述第一控制端相连，所述控制子单元的第二输入端与所述第二控制端相连，所述控制子单元的输出端与所述稳压管的阳极相连，所述控制子单元根据所述第一控制信号和所述第二控制信号控制所述稳压管导通以使所述降压单元进行降压工作，并根据所述第一控制信号和所述第三控制信号控制所述稳压管截止以使所述降压单元停止降压。

根据本发明的一个实施例，所述控制子单元包括：充电电路，所述充电电路的输入端与所述第一控制端相连，所述充电电路根据所述第一控制信号进行充电以输出充电信号；分压电路，所述分压电路的输入端与所述第二控制端相连，所述分压电路通过对所述第二控制信号或第三控制信号进行分压以输出分压信号；比较器，所述比较器的第一输入端与所述充电电路的输出端相连，所述比较器的第二输入端与所述分压电路的输出端相连，所述比较器通过对所述充电信号和所述分压信号进行比较以输出比较信号；输出电路，所述输出电路与所述比较器的输出端和所述稳压管的阳极分别相连，所述输出电路根据所述比较信号控制所述稳压管的导通或截止。

根据本发明的一个实施例，所述充电电路包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一控制端相连；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第一预设电源相连，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的集电极相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第二电阻的另一端相连，所述第一电容的一端还与所述比较器的第一输入端相连，所述第一电容的另一端接地。

根据本发明的一个实施例，所述分压电路包括：第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二控制端相连；第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连并具有第一节点，所述第四电阻的另一端接地，所述第一节点与所述比较器的第二输入端相连。

根据本发明的一个实施例，所述输出电路包括：第二三极管，所述第二三极管的基极与所述比较器的输出端相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述稳压管的阳极相连；第五电阻，所述第五电阻的一端与第一预设电源相连，所述第五电阻的另一端与所述比较器的输出端相连。

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设备，其包括上述电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置。

根据本发明实施例提出的电磁加热设备，通过电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，能够在交流电的峰值区间采用台阶电压方式的驱动信号，在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

根据本发明的一个实施例，所述电磁加热设备为电磁炉、电磁电饭煲、电磁压力锅或电磁灶。

为达到上述目的，本发明又一方面实施例提出的一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法，所述电磁加热设备中的驱动模块与所述功率开关管相连以驱动所述功率开关管，所述方法包括以下步骤：获取所述电磁加热设备的加热功率；在所述电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，根据市电过零检测模块的过零信号判断提供给所述电磁加热设备的交流电是否处于所述峰值区间；如果提供给所述电磁加热设备的交流电处于所述峰值区间，则控制所述驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态，所述第一驱动信号的驱动电压小于所述第二驱动信号的驱动电压。

根据本发明实施例提出的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法，通过获取电磁加热设备的加热功率，然后检测提供给电磁加热设备的交流电的峰值区间，并在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态。从而，能够在交流电的峰值区间采用台阶电压方式的驱动信号，在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

根据本发明的一个实施例，如果提供给所述电磁加热设备的交流电未处于所述峰值区间，则控制所述驱动模块在开通阶段输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态。

根据本发明的一个实施例，所述第一驱动信号的驱动电压大于5V且小于14.5V，所述第二驱动信号的驱动电压大于15V。

根据本发明的一个实施例，所述峰值区间的时间长度大于0.5ms且小于5ms，所述第一驱动信号的输出时间长度大于0.1us且小于10us。

附图说明

图1是相关技术中电磁加热设备的功率开关管由相同驱动脉冲宽度的驱动信号驱动的驱动波形示意图；

图2是相关技术中电磁加热设备的功率开关管在市电峰值区间由驱动脉冲宽度的驱动信号驱动的驱动波形示意图；

图3是根据本发明实施例的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置的方框示意图；

图4是根据本发明一个实施例的功率开关管的驱动电压与电流之间的关系曲线示意图；

图5是本发明一个实施例的功率开关管的中T区间的台阶电压驱动波形展开图；

图6是根据本发明一个实施例的功率开关管的驱动控制装置的驱动模块的方框示意图；

图7是根据本发明一个实施例的功率开关管的驱动控制装置的驱动单元的电路原理图；

图8是根据本发明一个实施例的功率开关管的驱动控制装置的降压单元的方框示意图；

图9是根据本发明另一个实施例的功率开关管的驱动控制装置的控制子单元的方框示意图；

图10是根据本发明一个实施例的功率开关管的驱动控制装置的电路原理图；

图11是根据本发明一个实施例的功率开关管的驱动控制装置的控制原理示意图；

图12是根据本发明一个实施例的电磁加热设备的电路原理图；

图13是根据本发明实施例的电磁加热设备的方框示意图；以及

图14是根据本发明实施例的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法的流程图。

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。

下面对相关技术中通过降低驱动脉冲宽度来降低谐振电压的方案进行简单介绍。

如图2所示，在市电峰值区间T’将功率开关管的驱动脉冲宽度减小例如将驱动脉冲宽度由第一阈值T1’切换到第二阈值T2，第二阈值T2’小于第一阈值T1’，从而降低市电波峰时的谐振电压，此时谐振电压的最大降低值可为ΔVC。但是，由于功率开关管的导通时间短，谐振能量不足，谐振电压波谷不为零，造成功率开关管导通时的电压不为0，导致此时刻功率开关管的导通电压超前，且功率开关管的导通时间越短，谐振电压波谷电压值越高，从而导致功率开关管的脉冲电流增大，进而加大了电磁加热噪音。

基于此，本发明实施例提出了一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置。

下面参考附图描述本发明实施例的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置、电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法和电磁加热设备。

图3是根据本发明实施例的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置的方框示意图。如图3所示，电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置包括：驱动模块30、市电过零检测模块10和控制模块20。

其中，驱动模块30与功率开关管40相连，以驱动功率开关管40；市电过零检测模块10用于检测市电过零，并在市电过零时进行计时，以根据市电过零的时间间隔确定提供给电磁加热设备的交流电的峰值区间。根据本发明的一个实施例，市电过零检测模块10可通过检测连续两次市电过零的时间间隔确定提供给电磁加热设备的交流电的频率，进而可通过市电半波的频率确定市电半波的时间，例如，市电半波的频率为50Hz时对应的市电半波的时间为10ms，又如，市电半波的频率为60Hz时对应的市电半波的时间为8.33ms。进一步地，市电过零检测模块10可通过市电半波的时间确定提供给电磁加热设备的交流电的峰值区间，例如，当市电半波的时间为10ms时，可确定峰值区间的时间长度为5ms，且峰值区间为过零点之后的2.5ms～7.5ms。其中，也可通过连续两次过零时间间隔直接确定市电半波的时间。

控制模块20分别与市电过零检测模块10和驱动模块30相连，控制模块20用于获取电磁加热设备的加热功率，并在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块30在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管40以使功率开关管40工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管40以使功率开关管40工作在饱和导通状态，第一驱动信号的驱动电压小于第二驱动信号的驱动电压。

其中，功率开关管40可为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，预设功率阈值可为1400W。

需要说明的是，第一驱动信号的驱动电压可为第一驱动电压V1，第二驱动信号的驱动电压可为第二驱动电压V2。在采用第一驱动电压V1驱动功率开关管40例如IGBT管时，可使功率开关管40工作在放大状态；在采用第二驱动电压V2驱动功率开关管40例如IGBT管时，可使功率开关管40工作在饱和导通状态。其中，在功率开关管40工作在放大状态时，从图4所示的IGBT管的驱动电压与电流之间的关系可知，通过调整提供至IGBT管的驱动电压可限制IGBT管的电流，由此，采用第一驱动电压V1驱动IGBT管，可将IGBT管的电流限制在85A以下，从而有效抑制脉冲电流。

根据本发明的一个具体实施例，第一驱动信号的驱动电压V1可大于5V且小于14.5V，第二驱动信号的驱动电压V2可大于15V。第一驱动信号的驱动电压V1可优选为9V，当提供至IGBT的第一驱动信号的驱动电压V1为9V时，IGBT的C极电流可恒定为22A左右，并且IGBT工作在放大状态，从而很好的抑制了脉冲电流。第二驱动信号的驱动电压V2可优选为15V，在第二驱动电压V2的驱动下，IGBT工作在饱和状态。

也就是说，控制模块20可获取电磁加热设备的加热功率，在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时对交流电进行判断，即判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，其中，峰值区间可为例如图11所示电压区间T。如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块30在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管40，以使功率开关管40工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管40以使功率开关管40工作在饱和导通状态。由此，通过控制在电压峰值区间T内的IGBT的驱动电压，即第一驱动电压V1和第二驱动电压V2，可形成图5所示的台阶电压，进而使得本发明实施例的装置能够在峰值区间采用台阶电压驱动方式驱动功率开关管，从而抑制IGBT的脉冲电流，避免了因IGBT脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

具体来说，当电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，可对交流电的瞬时电压进行检测，如果交流电的瞬时电压大于预设电压阈值，则判断交流电处于峰值区间T，在峰值区间T驱动模块30驱动功率开关管40多次开通，在每次驱动功率开关管40开通时，控制模块20可控制驱动模块30先输出第一驱动信号给控制功率开关管40，以使功率开关管40工作在放大状态，从而降低市电波峰时的谐振电压，再输出第二驱动信号给控制功率开关管40，从而确保谐振能量充足，避免谐振电压波谷不为零导致的超前开通，抑制功率开关管的脉冲电流，降低电磁加热噪音。

根据本发明的一个具体实施例，如图5所示，第一驱动信号的输出时间长度T1大于0.1us且小于10us。

根据本发明的一个具体实施例，峰值区间T的时间长度大于0.5ms且小于5ms。

根据本发明的一个实施例，如果提供给电磁加热设备的交流电未处于峰值区间，控制模块20则控制驱动模块30在开通阶段输出第二驱动信号至功率开关管40以使功率开关管40工作在饱和导通状态。此外，当电磁加热设备的加热功率小于或等于预设功率阈值时，控制模块20则控制驱动模块30在开通阶段持续输出第二驱动信号至功率开关管40以使功率开关管40工作在饱和导通状态。

具体而言，在电磁加热设备的加热功率小于等于预设功率阈值时，无论提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间T，控制模块20均控制驱动模块30在每个开通阶段持续输出第二驱动电压V2至IGBT，以使IGBT工作在饱和导通状态。在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间T，例如判断交流电的瞬时电压是否大于预设电压阈值，如果交流电未处于峰值区间T，即交流电的瞬时电压小于或等于预设电压阈值，控制模块20则控制驱动模块30在每个开通阶段持续输出第二驱动电压V2至IGBT，以使IGBT工作在饱和导通状态；如果交流电处于峰值区间T，控制模块20控制驱动模块30在每个开通阶段先输出第一驱动电压V1至IGBT，以使IGBT工作在放大状态，再输出第二驱动电压V2至IGBT，以使IGBT工作在饱和导通状态。

由此，在电磁加热设备高功率加热时，在交流电的峰值区间通过采用台阶电压的驱动方式，能够在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

下面结合图6-12对驱动模块30的结构和工作原理进行详细描述。

根据本发明的一个实施例，如图6所示，控制模块20可具有第一控制端PPG和第二控制端EN，控制模块20通过第一控制端PPG输出第一控制信号，并通过第二控制端EN输出第二控制信号和第三控制信号，驱动模块30包括：驱动单元31和降压单元32。

其中，驱动单元31的输入端与第一控制端PPG相连，驱动单元31的输出端与功率开关管40相连，驱动单元31根据第一控制信号驱动功率开关管40导通或关断；降压单元32的第一输入端与第一控制端PPG相连，降压单元32的第二输入端与第二控制端EN相连，降压单元32的输出端与驱动单元31的输出端和功率开关管40分别相连，降压单元32根据第一控制信号和第二控制信号进行降压工作以使驱动单元31输出第一驱动信号，并根据第一控制信号和第三控制信号停止降压工作以使驱动单元31输出第二驱动信号。

也就是说，驱动控制装置的驱动模块30具有驱动单元31和降压单元32，驱动单元30可输出驱动信号至功率开关管40以驱动功率开关管40导通或关断，降压单元32可调整驱动信号的驱动电压，即根据第一控制信号和第二控制信号使驱动单元31输出第一驱动电压V1并根据第一控制信号和第三控制信号使驱动单元31输出第二驱动电压V2。

电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置的控制模块20具有第一控制端PPG和第二控制端EN，第一控制端PPG分别与驱动单元31和降压单元32相连，第二控制端EN与降压单元32相连，当控制模块20通过第一控制端PPG输出第一控制信号例如PPG信号为高电平并通过第二控制端EN输出第二控制信号例如高电平信号时，降压单元32进行降压工作以使驱动单元31输出第一驱动电压V1，当控制模块20通过第一控制端PPG输出第一控制信号例如PPG信号为高电平并通过第二控制端EN输出第三控制信号例如低电平时，降压单元32不进行降压，IGBT工作在饱和导通状态。

具体地，如图7所示，驱动单元31包括第六电阻R6、第三三极管Q3、第七电阻R7、第八电阻R8、第四三极管Q4、第五三极管Q5和第九电阻R9。其中，第六电阻R6的一端作为驱动单元31的输入端与第一控制端PPG相连；第三三极管Q3的基极与第六电阻R6的另一端相连，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极通过第七电阻R7与第二预设电源Vdd相连；第八电阻R8的一端与第二预设电源Vdd相连；第四三极管Q4的集电极与第八电阻R8的另一端相连，第四三极管Q4的基极与第三三极管Q3的集电极相连；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的发射极分别与第四三极管Q4的发射极相连并具有第二节点，第五三极管Q5的集电极接地；第九电阻R9的一端与第二节点相连，第九电阻R9的另一端作为驱动单元31的输出端与功率开关管40相连。更具体地，第三三极管Q3和第四三极管Q4是NPN型三极管，第五三极管Q5是PNP型三极管。

也就是说，当控制模块20通过第一控制端PPG输出第一控制信号例如PPG信号为高电平时，该高电平通过第六电阻R6输入至第三三极管Q3的基极，使得第三三极管Q3导通，第四三极管Q4截止，第五三极管Q5导通，IGBT截止；当控制模块20通过第一控制端PPG输出第一控制信号例如PPG信号为低电平时，第三三极管Q3和第五三极管Q5截止，第四三极管Q4导通，此时，IGBT能够导通，即在降压单元32进行降压时工作在放大状态，在并降压单元32停止降压时工作在饱和导通状态。

根据本发明的一个实施例，如图8所示，降压单元32包括稳压管DZ和控制子单元33。其中，稳压管DZ的阴极与驱动单元31的输出端和功率开关管40分别相连，控制子单元33的第一输入端与第一控制端PPG相连，控制子单元33的第二输入端与第二控制端EN相连，控制子单元33的输出端与稳压管DZ的阳极相连，控制子单元33根据第一控制信号和第二控制信号控制稳压管DZ导通以使降压单元32进行降压工作，并根据第一控制信号和第三控制信号控制稳压管DZ截止以使降压单元32停止降压。

根据本发明的一个实施例，第一控制信号可为PPG信号，第二控制信号可为高电平信号，第三控制信号可为低电平信号。

具体地，根据本发明的一个实施例，如图9所示，控制子单元33包括充电电路331、分压电路332、比较器CMP和输出电路333。其中，充电电路331的输入端与第一控制端PPG相连，充电电路331根据第一控制信号进行充电以输出充电信号；分压电路332的输入端与第二控制端EN相连，分压电路332通过对第二控制信号或第三控制信号进行分压以输出分压信号；比较器CMP的第一输入端与充电电路331的输出端相连，比较器CMP的第二输出端与分压电路332的输出端相连，比较器CMP通过对充电信号和分压信号进行比较以输出比较信号；输出电路333与比较器CMP的输出端和稳压管DZ的阳极分别相连，输出电路333根据比较信号控制稳压管DZ的导通或截止。

更具体地，如图10所示，充电电路331包括第一电阻R1、第一三极管Q1、第二电阻R2和第一电容C1；第一电阻R1的一端与第一控制端PPG相连，第一三极管Q1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的一端与第一预设电源Vcc相连，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的集电极相连，第一电容C1的一端与第二电阻R2的另一端相连，第一电容C1的一端还与比较器CMP的第一输入端相连，第一电容C1的另一端接地；分压电路332包括第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3的一端与第二控制端EN相连，第四电阻R4的一端与第三电阻R3的另一端相连并具有第一节点J1，第四电阻R4的另一端接地，第一节点J1与比较器CMP的第二输入端相连；输出电路333包括第二三极管Q2和第五电阻R5，第二三极管Q2的基极与比较器CMP的输出端相连，第二三极管Q2的集电极与稳压管DZ的阳极相连，第五电阻R5的一端与第一预设电源Vcc相连，第五电阻R5的另一端与比较器CMP的输出端相连。

也就是说，如图11所示，当电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值且提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间T时，第二控制端EN输出第二控制信号例如高电平，当电磁加热设备的加热功率小于等于预设功率阈值或者提供给电磁加热设备的交流电未处于峰值区间T时，第二控制端EN输出第三控制信号例如低电平。

当第二控制端EN输出高电平时，比较器CMP的第二输入端即同相输入端的电压为分压电路332输出的分压信号，在第一控制信号处于低电平的情况下，第一三极管Q1截止，由于此时充电电路331的第一三极管Q1截止，充电电路331的第一预设电源Vcc通过第二电阻R2对第一电容C1充电，第一电容C1的一端与比较器CMP的第一输入端即反相输入端相连，在第一电容C1充电过程中，比较器CMP的反相输入端的电压逐渐增加，在比较器CMP的反相输入端的电压大于同相输入端电压前，即比较器CMP的同相输入端电压大于反相输入端的电压时，比较器CMP开漏输出即输出高电平，输出电路333的第二三极管Q2导通，稳压管DZ导通，此时IGBT的驱动电压为稳压管DZ的正向电压，优选地，稳压管DZ为9.1V稳压管，即提供至IGBT的第一驱动信号的驱动电压V1为9V，从而可使IGBT工作在放大状态；随着第一电容C1的电压升高，在比较器CMP的反相输入端的电压高于同相输入端时，比较器CMP输出低电平，进而第二三极管Q2截止，稳压管DZ不导通，此时，降压单元32不输出降压信号，且由于第一控制信号处于低电平，驱动单元31输出第二驱动电压V2，第二驱动电压V2略小于第二预设电源Vdd的电压，从而可使IGBT工作在饱和状态。而在第一控制信号处于高电平的情况下，第五三极管Q5导通，驱动单元31输出接近于0V的驱动电压，从而使IGBT截止。

由此，在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值且提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间T时，采用台阶电压的驱动方式驱动IGBT。

当第二控制端EN输出低电平时，比较器CMP输出低电平，第二三极管Q2截止，稳压管DZ不导通，降压单元32不输出降压信号。进而，当控制模块20通过第一控制端PPG输出高电平时，IGBT截止，当控制模块20通过第一控制端PPG输出低电平时，IGBT工作在饱和导通状态。

如上所述，在本发明实施例中，如图12所示，电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置的驱动模块30可包括驱动单元31和降压单元32，驱动单元31输出驱动脉冲信号至功率开关管40以驱动功率开关管40导通或关断，降压单元32调整驱动脉冲信号的驱动电压，驱动单元31与IGBT的栅极相连，IGBT的发射极接地，IGBT的集电极与谐振电路(如图12中并联的第二电容C2和第二电感L2)相连。控制模块20具有第一控制端PPG和第二控制端EN，第一控制端PPG分别与驱动单元31和降压单元32相连，第二控制端EN与降压单元32相连。

在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值且提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间T时，控制模块20通过第一控制端PPG输出第一控制信号例如PPG信号并通过第二控制端EN输出第二控制信号，降压单元31进行降压以将驱动脉冲信号的驱动电压调整为第一驱动电压V1，驱动单元31可提供第一驱动信号至功率开关管40，然后控制模块20通过第一控制端PPG输出第一控制信号并通过第二控制端EN输出第三控制信号，此时降压单元32不进行变压，驱动单元31可提供第二驱动信号至功率开关管40。

综上所述，根据本发明实施例的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，通过控制模块获取电磁加热设备的加热功率，并在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，通过市电过零检测模块判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态。从而，能够在交流电的峰值区间采用台阶电压方式的驱动信号，在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

图13是根据本发明实施例的电磁加热设备的方框示意图。

如图13所示，电磁加热设备200包括上述实施例的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置100。其中，电磁加热设备200可为电磁炉、电磁电饭煲、电磁压力锅或电磁灶。

根据本发明实施例提出的电磁加热设备，通过电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，能够在交流电的峰值区间采用台阶电压方式的驱动信号，在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

图14是根据本发明实施例的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法的流程图。其中，电磁加热设备中的驱动模块与功率开关管相连以驱动功率开关管。

如图14所示，电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法包括以下步骤：

S1：获取电磁加热设备的加热功率。

S2：在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，根据市电过零检测模块的过零信号判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间。

S3：如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态。

其中，功率开关管可为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，预设功率阈值可为1400W。

根据本发明的一个实施例，市电过零检测模块可通过检测连续两次市电过零的时间间隔获取提供给电磁加热设备的交流电的频率，其中，市电半波的频率可与时间间隔对应，例如，市电半波的频率为50Hz对应的时间间隔为10ms，或市电半波的频率为60Hz对应的时间间隔为8.33ms。进一步地，市电过零检测模块可通过对市电过零时间间隔获取提供给电磁加热设备的交流电的峰值区间，例如，当市电过零时间间隔为10ms时，可确定峰值区间的长度为5ms，且峰值区间为过零点之后的2.5ms～7.5ms。

需要说明的是，第一驱动信号的驱动电压可为第一驱动电压V1，第二驱动信号的驱动电压可为第二驱动电压V2。在采用第一驱动电压V1驱动功率开关管例如IGBT管时，可使功率开关管工作在放大状态；在采用第二驱动电压V2驱动功率开关管例如IGBT管时，可使功率开关管工作在饱和导通状态。其中，在功率开关管工作在放大状态时，从图4所示的IGBT管的驱动电压与电流之间的关系可知，通过调整提供至IGBT管的驱动电压可限制IGBT管的电流，由此，采用第一驱动电压V1驱动IGBT管，可将IGBT管的电流限制在85A以下，从而有效抑制脉冲电流。

根据本发明的一个具体实施例，第一驱动电压V1可大于5V且小于14.5V，第二驱动电压V2可大于15V。第一驱动电压V1可优选为9V，当提供至IGBT的第一驱动电压V1为9V时，IGBT的C极电流可恒定为22A左右，并且IGBT工作在放大状态，从而很好的抑制了脉冲电流。第二驱动电压V2可优选为15V，在第二驱动电压V2的驱动下，IGBT工作在饱和状态。

需要说明的是，获取电磁加热设备的加热功率，在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时对交流电进行判断，即判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，其中，峰值区间可为例如图11所示电压区间T。如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管，以使功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态。由此，通过控制在电压峰值区间内的IGBT的驱动电压，即第一驱动电压V1和第二驱动电压V2，可形成图5所示的台阶电压，进而使得本发明实施例的装置能够在峰值区间采用台阶电压驱动方式驱动功率开关管，从而抑制IGBT的脉冲电流，避免了因IGBT脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

具体来说，当电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，可对交流电的瞬时电压进行检测，如果交流电的瞬时电压大于预设电压阈值，则判断交流电处于峰值区间T，在峰值区间T驱动模块驱动功率开关管多次开通，在每次驱动功率开关管开通时，可控制驱动模块先输出第一驱动信号给控制功率开关管，以使功率开关管工作在放大状态，从而降低市电波峰时的谐振电压，再输出第二驱动信号给控制功率开关管，从而确保谐振能量充足，避免谐振电压波谷不为零导致的超前开通，抑制功率开关管的脉冲电流，降低电磁加热噪音。

根据本发明的一个具体实施例，如图5所示，第一驱动信号的输出时间长度T1大于0.1us且小于10us。

根据本发明的一个具体实施例，峰值区间T的时间长度大于0.5ms且小于5ms。

根据本发明的一个实施例，如果提供给电磁加热设备的交流电未处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态。此外，当电磁加热设备的加热功率小于或等于预设功率阈值时，控制模块20则控制驱动模块30在开通阶段持续输出第二驱动信号至功率开关管40以使功率开关管40工作在饱和导通状态。

具体而言，在电磁加热设备的加热功率小于等于预设功率阈值时，无论提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间T，均控制驱动模块在每个开通阶段持续输出第二驱动电压V2至IGBT，以使IGBT工作在饱和导通状态。在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间T，例如判断交流电的瞬时电压是否大于预设电压阈值，如果交流电未处于峰值区间T，即交流电的瞬时电压小于或等于预设电压阈值，则控制驱动模块在每个开通阶段持续输出第二驱动电压V2至IGBT，以使IGBT工作在饱和导通状态；如果交流电处于峰值区间T，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动电压V1至IGBT，以使IGBT工作在放大状态，再输出第二驱动电压V2至IGBT以使IGBT工作在饱和导通状态。综上所述，根据本发明实施例提出的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法，通过获取电磁加热设备的加热功率，然后检测提供给电磁加热设备的交流电的峰值区间，并在电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于峰值区间，如果提供给电磁加热设备的交流电处于峰值区间，则控制驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至功率开关管以使功率开关管工作在饱和导通状态。从而，能够在交流电的峰值区间采用台阶电压方式的驱动信号，在降低谐振电压的同时抑制功率开关管的脉冲电流，避免了因功率开关管脉冲电流增大造成的加热噪音，提升用户的体验。

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 (16)

1.一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，包括：

驱动模块，所述驱动模块与所述功率开关管相连，以驱动所述功率开关管；

市电过零检测模块，所述市电过零检测模块用于检测市电过零，并在市电过零时进行计时，以根据市电过零的时间间隔确定提供给电磁加热设备的交流电的峰值区间；

控制模块，所述控制模块分别与所述市电过零检测模块和所述驱动模块相连，所述控制模块用于获取所述电磁加热设备的加热功率，并在所述电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，判断提供给所述电磁加热设备的交流电是否处于所述峰值区间，如果提供给所述电磁加热设备的交流电处于所述峰值区间，则控制所述驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态，所述第一驱动信号的驱动电压小于所述第二驱动信号的驱动电压。

2.根据权利要求1所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，如果提供给所述电磁加热设备的交流电未处于所述峰值区间，所述控制模块则控制所述驱动模块在开通阶段输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态。

3.根据权利要求1所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，其中，所述第一驱动信号的驱动电压大于5V且小于14.5V，所述第二驱动信号的驱动电压大于15V。

4.根据权利要求1所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，其中，所述峰值区间的时间长度大于0.5ms且小于5ms，所述第一驱动信号的输出时间长度大于0.1us且小于10us。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，所述控制模块具有第一控制端和第二控制端，所述控制模块通过第一控制端输出第一控制信号，并通过第二控制端输出第二控制信号和第三控制信号，所述驱动模块包括：

驱动单元，所述驱动单元的输入端与所述第一控制端相连，所述驱动单元的输出端与所述功率开关管相连，所述驱动单元根据所述第一控制信号驱动所述功率开关管导通或关断；

降压单元，所述降压单元的第一输入端与所述第一控制端相连，所述降压单元的第二输入端与所述第二控制端相连，所述降压单元的输出端与所述驱动单元的输出端和所述功率开关管分别相连，所述降压单元根据所述第一控制信号和所述第二控制信号进行降压工作以使所述驱动单元输出第一驱动信号，并根据所述第一控制信号和所述第三控制信号停止降压工作以使所述驱动单元输出第二驱动信号。

6.根据权利要求5所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，所述降压单元包括：

稳压管，所述稳压管的阴极与所述驱动单元的输出端和所述功率开关管分别相连；

控制子单元，所述控制子单元的第一输入端与所述第一控制端相连，所述控制子单元的第二输入端与所述第二控制端相连，所述控制子单元的输出端与所述稳压管的阳极相连，所述控制子单元根据所述第一控制信号和所述第二控制信号控制所述稳压管导通以使所述降压单元进行降压工作，并根据所述第一控制信号和所述第三控制信号控制所述稳压管截止以使所述降压单元停止降压。

7.根据权利要求6所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，所述控制子单元包括：

充电电路，所述充电电路的输入端与所述第一控制端相连，所述充电电路根据所述第一控制信号进行充电以输出充电信号；

分压电路，所述分压电路的输入端与所述第二控制端相连，所述分压电路通过对所述第二控制信号或第三控制信号进行分压以输出分压信号；

比较器，所述比较器的第一输入端与所述充电电路的输出端相连，所述比较器的第二输入端与所述分压电路的输出端相连，所述比较器通过对所述充电信号和所述分压信号进行比较以输出比较信号；

输出电路，所述输出电路与所述比较器的输出端和所述稳压管的阳极分别相连，所述输出电路根据所述比较信号控制所述稳压管的导通或截止。

8.根据权利要求7所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，所述充电电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一控制端相连；

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第一预设电源相连，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的集电极相连；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第二电阻的另一端相连，所述第一电容的一端还与所述比较器的第一输入端相连，所述第一电容的另一端接地。

9.根据权利要求7所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，所述分压电路包括：

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二控制端相连；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连并具有第一节点，所述第四电阻的另一端接地，所述第一节点与所述比较器的第二输入端相连。

10.根据权利要求7所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置，其特征在于，所述输出电路包括：

第二三极管，所述第二三极管的基极与所述比较器的输出端相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述稳压管的阳极相连；

第五电阻，所述第五电阻的一端与第一预设电源相连，所述第五电阻的另一端与所述比较器的输出端相连。

11.一种电磁加热设备，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制装置。

12.根据权利要求11所述的电磁加热设备，其特征在于，所述电磁加热设备为电磁炉、电磁电饭煲、电磁压力锅或电磁灶。

13.一种电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法，其特征在于，所述电磁加热设备中的驱动模块与所述功率开关管相连以驱动所述功率开关管，所述方法包括以下步骤：

获取所述电磁加热设备的加热功率；

在所述电磁加热设备的加热功率大于预设功率阈值时，根据市电过零检测模块的过零信号判断提供给电磁加热设备的交流电是否处于所述峰值区间；

如果提供给所述电磁加热设备的交流电处于所述峰值区间，则控制所述驱动模块在开通阶段先输出第一驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在放大状态，再输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态，所述第一驱动信号的驱动电压小于所述第二驱动信号的驱动电压。

14.根据权利要求13所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法，其特征在于，如果提供给所述电磁加热设备的交流电未处于所述峰值区间，则控制所述驱动模块在开通阶段输出第二驱动信号至所述功率开关管以使所述功率开关管工作在饱和导通状态。

15.根据权利要求13所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法，其特征在于，其中，所述第一驱动信号的驱动电压大于5V且小于14.5V，所述第二驱动信号的驱动电压大于15V。

16.根据权利要求13所述的电磁加热设备中功率开关管的驱动控制方法，其特征在于，其中，所述峰值区间的时间长度大于0.5ms且小于5ms，所述第一驱动信号的输出时间长度大于0.1us且小于10us。