CN204031103U - Igbt的栅极保护电路及电磁炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种IGBT的栅极保护电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和稳压二极管Z；第一电阻R1和第二电阻R2串联形成第一支路，第一电容C1和第二电容C2串联形成第二支路，第一支路和第二支路并联后形成第一通路；第一电容C1和第二电容C2的相应公共端连接第一电阻R1和第二电阻R2的相应公共端；稳压二极管Z的阴极连接在第一通路的一端，稳压二极管Z的阳极连接IGBT的驱动电路的驱动信号的负极，稳压二极管Z用于加快IGBT的关断速度。本实用新型还涉及一种电磁炉。本实用新型的IGBT的栅极保护电路及电磁炉，实现了IGBT的快速导通和关断，同时增强了IGBT的栅极保护电路本身的抗干扰能力，提高了电磁炉的能效。

Description

IGBT的栅极保护电路及电磁炉

技术领域

本实用新型涉及电磁炉技术领域，特别是涉及一种IGBT的栅极保护电路及电磁炉。

背景技术

一般电磁炉用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的栅极保护电路，仅采用稳压二极管或者稳压二极管与一个三极管的组合作为IGBT的栅极保护电路。如图1所示，该电路只用一个串联在IGBT的栅极上的电阻作为IGBT的栅极保护电路。但是，这样的方案存在IGBT的开关速度不够快，保护电路本身不具备抗干扰的功能、易损坏，从而导致电磁炉的能效较低、发热量大、易炸机等。

实用新型内容

鉴于现有技术的现状，本实用新型的目的在于提供一种IGBT的栅极保护电路及电磁炉，实现了IGBT的快速导通和关断，有效的增强了保护电路本身的抗干扰能力，从而提高了电磁炉的能效，防止了电磁炉的IGBT损坏。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种IGBT的栅极保护电路，串联在IGBT的驱动电路与IGBT的栅极之间，所述IGBT的驱动电路用于产生驱动信号，

包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和稳压二极管Z；

所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联形成第一支路，所述第一电容C1和所述第二电容C2串联形成第二支路，所述第一支路和所述第二支路并联后形成第一通路；所述第一电容C1和所述第二电容C2的相应公共端连接所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的相应公共端；

所述稳压二极管Z的阴极连接在所述第一通路的一端，所述稳压二极管Z的阳极连接所述IGBT的驱动电路的驱动信号的负极，所述稳压二极管Z用于加快所述IGBT的关断速度。

在其中一个实施例中，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值相等，且阻值范围均为5Ω～20Ω，所述第一电容C1和所述第二电容C2的容量相等，且容量范围均为1微法～20微法。

在其中一个实施例中，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值相等，且阻值范围均为8Ω～10Ω，所述第一电容C1和所述第二电容C2的容量相等，且容量范围均为1微法～2微法。

在其中一个实施例中，所述稳压二极管Z为高频稳压二极管。

在其中一个实施例中，所述稳压二极管Z的稳定电压比所述IGBT的栅极饱和驱动电压高1V～3V。

在其中一个实施例中，还包括第一二极管D，所述第一二极管D作为第二通路并联在所述第一通路的两端，用于加快所述IGBT的关断速度；

所述第一二极管D的阴极连接所述第一通路的输入端，所述第一二极管D的阳极连接所述第一通路的输出端。

在其中一个实施例中，所述第一二极管D为高频整流二极管。

在其中一个实施例中，还包括第二二极管D1和第三电阻R3；所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的一端，所述第二二极管D1的阴极串联所述第三电阻R3后连接至所述IGBT的驱动电路的驱动信号的负极，形成第三通路。

在其中一个实施例中，所述第二二极管D1为低频整流二极管。

在其中一个实施例中，所述第三电阻R3为感性电阻，所述第三电阻R3的阻值范围为5Ω～5000Ω。

在其中一个实施例中，所述第三电阻R3为水泥电阻，所述第三电阻R3的取值为100Ω。

在其中一个实施例中，所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的输入端，所述稳压二极管Z的阴极连接至所述第一通路的输出端。

在其中一个实施例中，所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的输出端，所述稳压二极管Z的阴极连接至所述第一通路的输出端。

在其中一个实施例中，所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的输入端，所述稳压二极管Z的阴极连接至所述第一通路的输入端。

本实用新型还涉及一种电磁炉，包括上述任一项所述的IGBT的栅极保护电路。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的IGBT的栅极保护电路及电磁炉，由于第一电容和第二电容对高频交流电只有几欧姆的阻抗，使得高频交流电可以快速的通过IGBT的栅极，加快了IGBT的导通速度；第一电阻和第二电阻串联设置，防止了零点漂移，增加了对直流电的阻碍作用，降低了直流电对IGBT的导通速度的影响，同时，可以滤除较高频率的干扰信号，提高了该IGBT的栅极保护电路的抗干扰能力。稳压二极管Z可以导走部分驱动信号的上升沿电压及IGBT的栅极残余的驱动信号的下降沿电压，降低驱动信号的下降沿的时间，加快IGBT的关断速度。通过将第一通路通过串联在IGBT的栅极，实现了IGBT的快速导通和关断，提高了电磁炉的能效，防止了IGBT的导通时间过程造成的电磁炉损坏。

附图说明

图1为一般的IGBT的栅极保护电路的电路原理图；

图2为本实用新型的IGBT的栅极保护电路实施例一的电路原理图；

图3为本实用新型的IGBT的栅极保护电路实施例二的电路原理图；

图4为本实用新型的IGBT的栅极保护电路实施例三的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案更加清楚，以下结合附图，对本实用新型的IGBT的栅极保护电路及电磁炉作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型并不用于限定本实用新型。

参见图2至图4，本实用新型的IGBT的栅极保护电路串联在IGBT的驱动电路与IGBT的栅极之间，IGBT的驱动电路用于产生驱动信号。IGBT是电压导通型器件，即当IGBT的栅极—发射极之间的电压大于零时，IGBT导通，当IGBT的栅极—发射极之间的电压小于零时，IGBT关断。由于IGBT的栅极和发射极之间存在较大的寄生电容Cge，驱动信号的上升沿和下降沿需要为寄生电容Cge提供较大的充电电流和放电电流，才能满足IGBT开通和关断的要求，因此IGBT需要大电流驱动。在本实施例中，IGBT的驱动电路采用电感和电容并联后形成的LC振荡回路产生驱动信号，该驱动信号经三极管放大后形成频率为30KHz的高频电流。

本实用新型的IGBT的栅极保护电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和稳压二极管Z。其中，第一电阻R1和第二电阻R2串联形成第一支路，防止了零点漂移的现象。一般的IGBT保护电路会在IGBT的栅极串联一个10Ω的电阻，以防止零点漂移及防止干扰。本实施例中，采用两个串联的电阻，增加了对直流电的阻碍作用，降低了直流电对IGBT导通和关断速度的影响。

第一电容C1与第一电容C2串联形成第二支路。第一电容C1和第二电容C2串联后，对高频交流电仅有几欧姆的阻抗值，这样使得高频交流电可以快速的通过IGBT的栅极，加快IGBT的导通速度。第一支路与第二支路并联形成第一通路1，且第一电阻R1和第二电阻R2的相应公共端连接第一电容C1和第二电容C2的相应公共端，通过电阻和电容的组合，可以滤除驱动信号中过高电压的交流电及频率较高的干扰信号，增强了该IGBT的栅极保护电路的抗干扰能力。如，该IGBT的栅极保护电路可以阻碍及导走50KHz的电流信号，防止过高的电压及干扰信号通过IGBT的栅极。同时，电容C1和电容C2可以防止加在IGBT的栅极的电压过高，防止IGBT导通时驱动信号的上升沿时间过长。

稳压二极管Z的阴极连接在第一通路的一端，稳压二极管Z的阳极连接在IGBT的驱动电路的驱动信号的负极。稳压二极管Z用于导走部分驱动信号的上升沿电压及IGBT的栅极残余的驱动信号的下降沿电压，加快IGBT的关断。

由于第一电容和第二电容对高频交流电只有几欧姆的阻抗，使得高频交流电可以快速的通过IGBT的栅极，加快了IGBT的导通速度；第一电阻和第二电阻串联设置，防止了零点漂移，增加了对直流电的阻碍作用，降低了直流电对IGBT的导通速度的影响，同时，可以滤除较高频率的干扰信号，提高了该IGBT的栅极保护电路的抗干扰能力。稳压二极管Z可以导走部分驱动信号的上升沿电压及IGBT的栅极残余的驱动信号的下降沿电压，降低驱动信号的下降沿的时间，加快IGBT的关断速度。通过将第一通路通过串联在IGBT的栅极，实现了IGBT的快速导通和关断，提高了电磁炉的能效，防止了IGBT的导通时间过程造成的电磁炉损坏。

较优地，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等，且阻值范围均为5Ω～20Ω。优选地，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等，且阻值范围均为8Ω～10Ω。在本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2均选用无感性的金属膜精密电阻，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值均为10Ω。这样，该IGBT的栅极保护电路对直流电的阻碍能力比一般的IGBT保护电路增大了一倍，降低了直流电对IGBT的导通和关断速度的影响。

较优地，第一电容C1和第二电容C2的容量相等，且容量范围均为1微法～20微法。优选地，第一电容C1和第二电容C2的容量相等，且容量范围均为1微法～2微法。在本实施例中，第一电容C1和第二电容C2均采用小型的无极性电容，第一电容C1和第二电容C2的容量均为1微法。

由RC充放电原理及公式f＝1/2πRC可以得出1/RC＝2πf>f＝30KHz；由串联电容的原理及公式C＝C1C2/(C1+C2)，串联后电容的容抗值X_c＝1/2πfC<20Ω；由阻容电路的原理及公式可得，30KHz的电流形成的阻抗Z<10Ω。这样由于IGBT的栅极阻抗的降低，削弱了栅极—发射极之间的寄生电容Cge的密勒效应，加快了IGBT导通的速度，缩短了上升沿的时间。

较优地，稳压二极管Z为高频稳压二极管，导通级别是0.01毫秒～0.00001毫秒。由于栅极—发射极之间寄生电容Cge的存在，当栅极的电压得不到尽快的释放时，IGBT处于输出直流电的饱和状态，则IGBT的驱动电路中的电感线圈对直流来说是短路的。这样，整流桥输出的300V的电压直接施加在IGBT的栅极，将迅速烧毁IGBT和整流桥。应当清楚的是，IGBT的栅极的饱和状态通常持续不到1秒就将IGBT和整流桥烧毁，而IGBT的栅极饱和状态持续0.01秒内通常不会烧毁IGBT和整流桥。因此，稳压二极管采用导通级别为0.01毫秒～0.00001毫秒的高频稳压二极管，可以及时的释放IGBT的栅极的电压，保证IGBT和整流桥不被烧坏，保证电路的安全性。

较优地，稳压二极管Z的稳定电压比IGBT的栅极的饱和驱动电压值高1V～3V。由于IGBT的栅极的饱和驱动电压值通常为15V～18V，若栅极的饱和驱动电压过高，则容易造成栅极击穿，损坏IGBT。因此，当IGBT的栅极的饱和驱动电压值为15V时，可选择稳定电压为16V的稳压二极管；当IGBT的栅极的饱和驱动电压为18V时，可选择稳定电压为20V的稳压二极管。

作为一种可实施方式，还包括第一二极管D，第一二极管D作为第二通路2并联在第一通路1的两端，用于加快IGBT的关断速度。在本实施例中，第一二极管D的阴极连接第一通路1的输入端，第一二极管D的阳极连接第一通路1的输出端。

应当清楚的是，第一通路1串联IGBT的驱动电路的驱动信号的正极和IGBT的栅极之间。第一通路1与IGBT的驱动电路的驱动信号的正极相连接的一端作为第一通路1的输入端，第一通路与IGBT的栅极相连接的一端作为第一通路1的输出端。

较优地，该第一二极管D为高频整流二极管，反向恢复时间短，如果采用低频整流二极管，将会失去缩短下降沿时间、失去确保零电压的作用。由于稳压二极管Z的作用，使得第一通路1的输出端的电压值高于第一通路1输入端的电压值，这样第一二极管D的两端存在电压差，使得第一二极管D导通。第一二极管导通后钳位，使第一通路基本上被旁路，IGBT的栅极的阻抗为第一二极管的导通阻抗。由于IGBT的栅极的阻抗降低，流入寄生电容Cge的充电电流增加，加快了IGBT关断的速度，缩短了下降沿的时间。

在本实施例中，由于稳压二极管Z具有一个很小的电容和一个很短的反应时间，而且该很小的电容对大脉冲电流的影响很小。但该稳压二极管Z的反应时间应略大于驱动信号的上升沿的时间。这样，在IGBT的栅极达到饱和驱动电压值之前，稳压二极管Z导通。稳压二极管Z导通后，第一二极管D开始作用，同时，稳压二极管Z可以导走驱动信号的部分上升沿电压和栅极的下降沿残余电压，加快了IGBT的关断，缩短了下降沿的时间。

作为一种可实施方式，还包括第二二极管D1和第三电阻R3。其中，第二二极管D1的阳极连接至第一通路1的一端，第二二极管D1的阴极串联电阻R3后连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的负极，形成第三通路3。这样，驱动信号中的低频交流电及直流电可以通过第三通路3被导走，使得低频交流电和直流电不通过IGBT的栅极，降低了低频交流电和直流电对IGBT的导通和关断的影响，实现了高低频的分流。

较优地，该第二二极管D1为低频整流二极管，可选择IN4007系列的整流二极管。第三电阻R3为感性电阻，优选为水泥电阻。第三电阻R3的阻值范围为5Ω～5000Ω，优选为100Ω。当然，第三电阻R3的阻值还可以根据开发环境选择其他合适的阻值。同时，第三通路3还保护了稳压二极管Z，否则，一旦出现零点漂移等直流、低频交流电压、电流持续时间较长的情况，则会烧毁稳压二极管Z。

实施例一

如图2所示，第一通路串联在IGBT的驱动电路的驱动信号的正极和IGBT的栅极之间，第一二极管D作为第二通路并联在第一通路的两端，第二二极管D1的阳极连接至第一通路的输入端，即第二二极管D1的阳极连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的正极，第二二极管D1的阴极串联第三电阻R3后连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的负极。稳压二极管Z的阴极连接至第一通路1的输出端，稳压二极管的阳极连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的负极。即，第三通路和稳压二极管Z分别设置在第一通路的两端。由于，稳压二极管Z连接在第一通路的输出端，即第一电阻R1和第二电阻R2串联后再接稳压二极管Z，因此稳压二极管Z不需要再串联限流电阻。

实施例二

如图3所示，第一通路串联在IGBT的驱动电路的驱动信号的正极和IGBT的栅极之间，第一二极管D作为第二通路并联在第一通路的两端，第二二极管D1的阳极连接至第一通路的输出端，即第二二极管D1的阳极连接至IGBT的栅极，第二二极管D1的阴极串联第三电阻R3后连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的负极。稳压二极管Z的阴极连接至第一通路1的输出端，即稳压二极管Z的阴极连接至IGBT的栅极，稳压二极管Z的阳极连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的负极。即，第三通路和稳压二极管Z并联地设置在第一通路的输出端。由于，稳压二极管Z连接在第一通路的输出端，即两个电阻R串联后再接稳压二极管，因此稳压二极管Z不需要再串联限流电阻。

实施例三

如图4所示，第一通路串联在IGBT的驱动电路的驱动信号的正极和IGBT的栅极之间，第一二极管D作为第二通路并联在第一通路的两端，第二二极管D1的阳极连接至第一通路的输入端，即第二二极管D1的阳极连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的正极，第二二极管D1的阴极串联第三电阻R3后连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的负极。稳压二极管Z的阴极连接至第一通路1的输入端，即稳压二极管Z的阴极连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的正极，稳压二极管的阳极连接至IGBT的驱动电路的驱动信号的负极。即第三通路和稳压二极管Z并联的设置在第一通路的输入端。在本实施例中，稳压二极管Z直接连接IGBT的驱动电路的驱动信号的正极，可以在稳压二极管上串联一个低阻值高电感的电感或电阻，如水泥电阻。这样，可以保证稳压二极管不被损坏。

本实用新型还涉及一种电磁炉，包括上述任一实施例中的IGBT的栅极保护电路，由于实现了IGBT的快速导通和关断，防止了IGBT的损坏，降低了电磁炉各元器件的温升。在本实施例中，可以通过增大第一电容C1和第二电容C2的容量，同时增大第三电阻R3的阻值实现该电磁炉功率的提升，进而提高电磁炉的能效。

本实用新型的IGBT的栅极保护电路及电磁炉，由于第一电容和第二电容对高频交流电只有几欧姆的阻抗，使得高频交流电可以快速的通过IGBT的栅极，加快了IGBT的导通速度；第一电阻和第二电阻串联设置，防止了零点漂移，增加了对直流电的阻碍作用，降低了直流电对IGBT的导通速度的影响，同时，可以滤除较高频率的干扰信号，提高了该IGBT的栅极保护电路的抗干扰能力。稳压二极管Z可以导走部分驱动信号的上升沿电压及IGBT的栅极残余的驱动信号的下降沿电压，降低驱动信号的下降沿的时间，加快IGBT的关断速度。通过将第一通路通过串联在IGBT的栅极，实现了IGBT的快速导通和关断，提高了电磁炉的能效，防止了IGBT的导通时间过程造成的电磁炉损坏。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种IGBT的栅极保护电路，串联在IGBT的驱动电路与IGBT的栅极之间，所述IGBT的驱动电路用于产生驱动信号，其特征在于：

包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和稳压二极管Z；

所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联形成第一支路，所述第一电容C1和所述第二电容C2串联形成第二支路，所述第一支路和所述第二支路并联后形成第一通路；所述第一电容C1和所述第二电容C2的相应公共端连接所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的相应公共端；

所述稳压二极管Z的阴极连接在所述第一通路的一端，所述稳压二极管Z的阳极连接所述IGBT的驱动电路的驱动信号的负极，所述稳压二极管Z用于加快所述IGBT的关断速度。

2.根据权利要求1所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值相等，且阻值范围均为5Ω～20Ω，所述第一电容C1和所述第二电容C2的容量相等，且容量范围均为1微法～20微法。

3.根据权利要求1所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值相等，且阻值范围均为8Ω～10Ω，所述第一电容C1和所述第二电容C2的容量相等，且容量范围均为1微法～2微法。

4.根据权利要求1所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述稳压二极管Z为高频稳压二极管。

5.根据权利要求1所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述稳压二极管Z的稳定电压比所述IGBT的栅极饱和驱动电压高1V～3V。

6.根据权利要求1所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

还包括第一二极管D，所述第一二极管D作为第二通路并联在所述第一通路的两端，用于加快所述IGBT的关断速度；

所述第一二极管D的阴极连接所述第一通路的输入端，所述第一二极管D的阳极连接所述第一通路的输出端。

7.根据权利要求6所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第一二极管D为高频整流二极管。

8.根据权利要求1所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

还包括第二二极管D1和第三电阻R3；所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的一端，所述第二二极管D1的阴极串联所述第三电阻R3后连接至所述IGBT的驱动电路的驱动信号的负极，形成第三通路。

9.根据权利要求8所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第二二极管D1为低频整流二极管。

10.根据权利要求8所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第三电阻R3为感性电阻，所述第三电阻R3的阻值范围为5Ω～5000Ω。

11.根据权利要求10所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第三电阻R3为水泥电阻，所述第三电阻R3的取值为100Ω。

12.根据权利要求8所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的输入端，所述稳压二极管Z的阴极连接至所述第一通路的输出端。

13.根据权利要求8所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的输出端，所述稳压二极管Z的阴极连接至所述第一通路的输出端。

14.根据权利要求8所述的IGBT的栅极保护电路，其特征在于：

所述第二二极管D1的阳极连接至所述第一通路的输入端，所述稳压二极管Z的阴极连接至所述第一通路的输入端。

15.一种电磁炉，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的IGBT的栅极保护电路。