CN216434267U - 一种igbt导通台阶电压的检测电路和电磁加热控制芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种IGBT导通台阶电压的检测电路和电磁加热控制芯片，所述检测电路包括：第一DAC模块用于输出第一阈值电压；同步比较器用于当第一采样点的第一采样电压与第二采样点的第二采样电压相等时，输出第一比较结果；第一导通台阶比较器用于将所述第二采样电压与所述第一阈值电压进行比较，当所述第二采样电压大于所述第一阈值电压时输出第二比较结果；脉宽发生器用于当同时接收到所述第一比较结果和所述第二比较结果时，增加所述外部IGBT的导通时长；解决了现有技术不能实时检测IGBT的导通台阶电压的问题，实现了对IGBT的导通台阶电压的精准控制，达到有效保护IGBT的目的。

Description

一种IGBT导通台阶电压的检测电路和电磁加热控制芯片

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种IGBT导通台阶电压的检测电路和电磁加热控制芯片。

背景技术

目前电磁炉、IH煲等电磁加热产品越来越普及，对电磁炉或IH煲中IGBT的保护机制成为产品可靠性的关键因数；通常IGBT的集电极电压与发射集电压都处于零点电压时是IGBT的最佳导通点，但是在实际应用中会出现一个导通台阶电压，使IGBT的集电极电压还未降压到零点时就触发IGBT导通，从而使IGBT的温升变高，烧坏IGBT。

现有技术在产品出厂前通过人工调试的方式，使IGBT的导通台阶电压控制在可以接受的范围，但是导通台阶电压会随产品的应用环境的变化而变化，因此不能实时监测和控制，会出现产品在实际应用过程中因为导通台阶电压使IGBT的温升变高，从而烧坏IGBT的问题。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的提供的一种IGBT导通台阶电压的检测电路和电磁加热控制芯片，解决了现有技术不能实时检测IGBT的导通台阶电压的问题，实现了对IGBT的导通台阶电压的精准控制，达到有效保护IGBT的目的。

第一方面，本实用新型提供一种IGBT导通台阶电压的检测电路，所述检测电路包括：同步比较器、第一导通台阶比较器、第一DAC模块和脉宽发生器；所述第一DAC模块用于输出第一阈值电压；所述同步比较器的第一输入端使用时与第一采样点相连，所述同步比较器的第二输入端使用时与第二采样点相连，用于当所述第一采样点的第一采样电压与所述第二采样点的第二采样电压相等时，输出第一比较结果；所述第一导通台阶比较器的第一输入端与所述同步比较器的第二输入端相连，所述第一导通台阶比较器的第二输入端与所述第一DAC模块相连，用于将所述第二采样电压与所述第一阈值电压进行比较，当所述第二采样电压大于所述第一阈值电压时输出第二比较结果；所述脉宽发生器的第一输入端与所述同步比较器的输出端相连，所述脉宽发生器的第二输入端与所述第一导通台阶比较器的输出端相连，所述脉宽发生器的输出端使用时与外部IGBT的栅极相连，用于当同时接收到所述第一比较结果和所述第二比较结果时，增加所述外部IGBT的导通时长。

可选地，所述检测电路还包括：控制器，所述控制器分别与所述同步比较器和所述第一导通台阶比较器的输出端相连，用于根据所述同步比较器输出的比较结果和所述第一导通台阶比较器输出的比较结果，监测出所述脉宽发生器的当前状态。

可选地，所述检测电路还包括：第二DAC模块，用于输出第二阈值电压；监测比较器，所述监测比较器的第一输入端与所述第二DAC模块相连，所述监测比较器的第二输入端与所述第一采样点相连，所述监测比较器的输出端与所述控制器相连，用于将所述第一采样电压与所述第二阈值电压进行比较，将所述比较结果输出到所述控制器，使所述控制器根据所述比较结果输出所述第一采样点的电压波形。

可选地，所述检测电路还包括：线性稳压器，所述线性稳压器分别与所述第一DAC模块和所述第二DAC模块相连，用于为所述第一DAC模块和所述第二DAC模块提供电能。

可选地，所述检测电路还包括：第三DAC模块，用于输出第三阈值电压；第二导通台阶比较器，所述第二导通台阶比较器的第一输入端与所述同步比较器的第二输入端相连，所述第二导通台阶比较器的第二输入端与所述第三DAC模块相连，所述第二导通台阶比较器的输出端与所述脉宽发生器的第三输入端相连，用于将所述第二采样电压与所述第三阈值电压进行比较，当所述第二采样电压大于所述第三阈值电压时输出第三比较结果到所述脉宽发生器。

可选地，当同时接收到所述第一比较结果和所述第三比较结果时，所述脉宽发生器还具有关断所述外部IGBT的功能。

第二方面，本实用新型提供一种电磁加热控制芯片，所述控制芯片包括所述的IGBT 导通台阶电压的检测电路。

可选地，所述控制芯片还包括：整流电路、滤波电路、LC谐振电路、IGBT功率电路、谐振信号反馈电路和IGBT驱动电路；所述整流电路的输入端与市电源输出端相连，所述整流电路的输出端与所述滤波电路的输出端相连，所述LC谐振电路与所述滤波电路的输出端相连，所述LC谐振电路还与所述IGBT功率电路相连，所述IGBT导通台阶电压的检测电路通过所述谐振信号反馈电路与所述LC谐振电路相连，所述IGBT导通台阶电压的检测电路还通过所述IGBT驱动电路与所述IGBT功率电路相连。

可选地，所述LC谐振电路包括：第一电感，所述第一电感的第一端与所述滤波电路相连，所述第一电感的第二端与所述IGBT功率电路相连；第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述第一电感的第二端相连。

可选地，所述谐振信号反馈电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二电容；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第二端相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端还与同步比较器的第二输入端，所述第二电阻的第二端接地；所述第三电阻的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第三电阻的第二端与同步比较器的第一输入端相连，所述第三电阻的第二端还与所述第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第二端接地；所述第二电容的第一端与所述第三电阻的第二端相连，所述第二电容的第二端与所述第一电阻的第二端相连。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过同步比较器、第一导通台阶比较器和脉宽发生器对外部IGBT的实时监测和联动控制，可以实时检测出IGBT的导通台阶电压，当检测出IGBT的导通台阶电压超出预设范围时，通过控制IGBT的导通时长及时调节所述导通台阶电压，实现了对 IGBT的导通台阶电压的精准控制，达到有效保护IGBT的目的。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本实用新型实施例提供的一种IGBT导通台阶电压的检测电路的电路示意图；

图2所示为本实用新型实施例提供的另一种IGBT导通台阶电压的检测电路的电路示意图；

图3所示为本实用新型实施例提供的一种电磁加热控制芯片的电路示意图；

图4所示为本实用新型实施例提供的一种IGBT电压波形示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。

实施例一

图1所示为本实用新型实施例提供的一种IGBT导通台阶电压的检测电路的电路示意图，如图1所示，本实施例提供的IGBT导通台阶电压的检测电路100具体包括：

同步比较器CM0、第一导通台阶比较器CM1、第一DAC模块DAC1和脉宽发生器；

所述第一DAC模块DAC1用于输出第一阈值电压；

所述同步比较器CM0的第一输入端使用时与第一采样点相连，所述同步比较器CM0的第二输入端使用时与第二采样点相连，用于当所述第一采样点的第一采样电压与所述第二采样点的第二采样电压相等时，输出第一比较结果；

所述第一导通台阶比较器CM1的第一输入端与所述同步比较器CM0的第二输入端相连，所述第一导通台阶比较器CM1的第二输入端与所述第一DAC模块DAC1相连，用于将所述第二采样电压与所述第一阈值电压进行比较，当所述第二采样电压大于所述第一阈值电压时输出第二比较结果；

所述脉宽发生器的第一输入端与所述同步比较器CM0的输出端相连，所述脉宽发生器的第二输入端与所述第一导通台阶比较器CM1的输出端相连，所述脉宽发生器的输出端使用时与外部IGBT的栅极相连，用于当同时接收到所述第一比较结果和所述第二比较结果时，增加所述外部IGBT的导通时长。

需要说明的是，本实施例通过同步比较器CM0实时比较所述第一采样电压和所述第二采样电压，当所述第一采样电压和所述第二采样电压相等时，发送第一比较结果到所述脉宽发生器触发外部IGBT导通；进一步地，在本实施例中通过第一导通台阶比较器CM1实时比较所述第二采样电压和所述第一阈值电压，当所述第二采样电压大于所述第一阈值电压时，发送第二比较结果到所述脉宽发生器；在本实施例中的脉宽发生器当接收到所述同步发生器输出的第一比较结果的同时，接收到所述第一导通台阶比较器CM1输出的第二比较结果时，所述脉宽发生器增加所述IGBT的导通时间，从而降低所述IGBT的导通台阶电压，其中所述导通台阶电压为所述第二采样电压与所述第一阈值电压之间的差值。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过同步比较器CM0、第一导通台阶比较器CM1和脉宽发生器对外部IGBT的实时监测和联动控制，可以实时检测出IGBT的导通台阶电压，当检测出IGBT的导通台阶电压超出预设范围时，通过控制IGBT的导通时长及时调节所述导通台阶电压，实现了对IGBT的导通台阶电压的精准控制，达到有效保护IGBT的目的。

实施例二

图2所示为本实用新型实施例提供的另一种IGBT导通台阶电压的检测电路的电路示意图，如图2所示，本实施例提供的IGBT导通台阶电压的检测电路还包括：

控制器，所述控制器分别与所述同步比较器CM0和所述第一导通台阶比较器CM1的输出端相连，用于根据所述同步比较器CM0输出的比较结果和所述第一导通台阶比较器CM1输出的比较结果，监测出所述脉宽发生器的当前状态。

第二DAC模块DAC2，用于输出第二阈值电压；

监测比较器CM2，所述监测比较器CM2的第一输入端与所述第二DAC模块DAC2 相连，所述监测比较器CM2的第二输入端与所述第一采样点相连，所述监测比较器CM2 的输出端与所述控制器相连，用于将所述第一采样电压与所述第二阈值电压进行比较，将所述比较结果输出到所述控制器，使所述控制器根据所述比较结果输出所述第一采样点的电压波形。

需要说明的是，为了实时反馈所述第一采样点的电压波形，本实施例通过监测比较器 CM2将所述第一采样电压与所述第二阈值电压进行实时比较，并将比较结果发送到控制器，使控制器根据所述比较结果和预设算法规则，绘制出所述第一采样点的电压波形，需要说明的是，所述控制器可通过现有技术的相关算法计算出所述第一采样点的电压波形。

在本实施例中，所述检测电路还包括：第三DAC模块DAC3，用于输出第三阈值电压；第二导通台阶比较器CM3，所述第二导通台阶比较器CM3的第一输入端与所述同步比较器CM0的第二输入端相连，所述第二导通台阶比较器CM3的第二输入端与所述第三DAC 模块DAC3相连，所述第二导通台阶比较器CM3的输出端与所述脉宽发生器的第三输入端相连，用于将所述第二采样电压与所述第三阈值电压进行比较，当所述第二采样电压大于所述第三阈值电压时输出第三比较结果到所述脉宽发生器；所述脉宽发生器还用于当同时接收到所述第一比较结果和所述第三比较结果时，关断所述外部IGBT。

需要说明的是，本实用新型通过第一导通台阶比较器CM1和第二导通台阶比较器CM3组成两级台阶电压检测，对同一个检测端口的输入电压进行多级判断，当输入电压超过第一导通台阶比较器CM1的阈值电压时，所述脉宽发生器增加所述IGBT的导通时间，从而达到降低IGBT导通台阶电压的目的；当输入电压超过第二导通台阶比较器CM3的阈值电压时，关断IGBT，从而防止出现导通台阶电压严重超标时损坏IGBT的情况，因此完善了IGBT导通台阶电压的保护机制，进一步提高了对IGBT的精准控制。

在本实施例中，所述检测电路还包括：线性稳压器，所述线性稳压器分别与所述第一DAC模块DAC1、所述第二DAC模块DAC2和所述第三DAC模块DAC3相连，用于为所述第一DAC模块DAC1、所述第二DAC模块DAC2和所述第三DAC模块DAC3提供电能。

实施例三

图3所示为本实用新型实施例提供的另一种电磁加热控制芯片的电路示意图，如图3 所示，本实施例提供的电磁加热控制芯片包括：

整流电路、滤波电路、LC谐振电路、IGBT功率电路、谐振信号反馈电路、IGBT驱动电路和上述实施例提供的IGBT导通台阶电压的检测电路；所述整流电路的输入端与市电源输出端相连，所述整流电路的输出端与所述滤波电路的输出端相连，所述LC谐振电路与所述滤波电路的输出端相连，所述LC谐振电路还与所述IGBT功率电路相连，所述 IGBT导通台阶电压的检测电路通过所述谐振信号反馈电路与所述LC谐振电路相连，所述IGBT导通台阶电压的检测电路还通过所述IGBT驱动电路与所述IGBT功率电路相连。

在本实施例中，所述LC谐振电路包括：第一电感L1，所述第一电感L1的第一端与所述滤波电路相连，所述第一电感L1的第二端与所述IGBT功率电路相连；第一电容C1，所述第一电容C1的第一端与所述第一电感L1的第一端相连，所述第一电容C1的第二端与所述第一电感L1的第二端相连。

在本实施例中，所述谐振信号反馈电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第二电容C2；所述第一电阻R1的第一端与所述第一电容C1的第二端相连，所述第一电阻R1的第二端与所述第二电阻R2的第一端相连，所述第一电阻R1 的第二端还与同步比较器CM0的第二输入端，所述第二电阻R2的第二端接地；所述第三电阻R3的第一端与所述第一电容C1的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端与同步比较器CM0的第一输入端相连，所述第三电阻R3的第二端还与所述第四电阻R4的第一端相连，所述第四电阻R4的第二端接地；所述第二电容C2的第一端与所述第三电阻R3的第二端相连，所述第二电容C2的第二端与所述第一电阻R1的第二端相连。

在本实施例中，所述整流电路包括保险丝F1、可变电阻RZ1、第四电容C4和整流桥BG，用于对输入的市电交流电进行全波整流；所述滤波电路包括第二电感L2、第三电容 C3和第五电阻R5，用于对整流电路输出的直流电进行滤波；所述IGBT功率电路包括IGBT 功率管、第六电阻R6和二极管D1，上述连接关系如附图3所示，此处就不再赘述。

需要说明的是，本实施提供的IGBT驱动原理为：当IGBT从导通到截止后在T1时间段内(如图4a中的T1)第一电感L1L1对第一电容C1进行充电，当所述第一电容C1的电压充到最高后在T2时间段内(如图4a中的T2)反向对第一电感L1L1进行放电，当第一电容C1电压放在最低点时IGBT导通台阶电压的检测电路中的同步比较器CM0翻转同时驱动IGBT再次导通，因此IGBT导通点的最佳状态时C极电压与E极电压一致(见图 4a中的最佳导通点)，但是在实际应用中IGBT导通时间比较短时，IGBT的C极电压就很难降到零点，使IGBT导通时会出现一个台阶电压(见图4b中的导通台阶)，这个台阶电压将会使得IGBT温升变高。

本实施例通过一个导通台阶比较器用于监测IGBT导通时的台阶电压，该导通台阶比较器的一端与同步比较器CM0一端在芯片内部短接并通过同一个口线接谐振信号反馈电路中的第一电阻R1和第二电阻R2从而采集到IGBT的C极电压；导通台阶比较器的另一端接内置DAC提供基准电压。在MCU驱动IGBT导通前检测导通台阶比较器状态，如果比较器输入高于DAC设置的电压值时产生中断信号，使脉宽发生器可以根据该信号调大IGBT的导通时间或者直接关断IGBT输出；因此，本实施例可以实时检测IGBT导通的台阶电压，为IGBT导通台阶电压提供精准控制的基础；并且当外部条件改变IGBT导通台阶电压超出预设范围时可以关断并保护IGBT。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种IGBT导通台阶电压的检测电路，其特征在于，所述检测电路包括：

同步比较器、第一导通台阶比较器、第一DAC模块和脉宽发生器；

所述第一DAC模块用于输出第一阈值电压；

所述同步比较器的第一输入端使用时与第一采样点相连，所述同步比较器的第二输入端使用时与第二采样点相连，用于当所述第一采样点的第一采样电压与所述第二采样点的第二采样电压相等时，输出第一比较结果；

所述第一导通台阶比较器的第一输入端与所述同步比较器的第二输入端相连，所述第一导通台阶比较器的第二输入端与所述第一DAC模块相连，用于将所述第二采样电压与所述第一阈值电压进行比较，当所述第二采样电压大于所述第一阈值电压时输出第二比较结果；

所述脉宽发生器的第一输入端与所述同步比较器的输出端相连，所述脉宽发生器的第二输入端与所述第一导通台阶比较器的输出端相连，所述脉宽发生器的输出端使用时与外部IGBT的栅极相连，用于当同时接收到所述第一比较结果和所述第二比较结果时，增加所述外部IGBT的导通时长。

2.如权利要求1所述的IGBT导通台阶电压的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

控制器，所述控制器分别与所述同步比较器和所述第一导通台阶比较器的输出端相连，用于根据所述同步比较器输出的比较结果和所述第一导通台阶比较器输出的比较结果，监测出所述脉宽发生器的当前状态。

3.如权利要求2所述的IGBT导通台阶电压的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

第二DAC模块，用于输出第二阈值电压；

监测比较器，所述监测比较器的第一输入端与所述第二DAC模块相连，所述监测比较器的第二输入端与所述第一采样点相连，所述监测比较器的输出端与所述控制器相连，用于将所述第一采样电压与所述第二阈值电压进行比较，将所述比较结果输出到所述控制器，使所述控制器根据所述比较结果输出所述第一采样点的电压波形。

4.如权利要求3所述的IGBT导通台阶电压的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

线性稳压器，所述线性稳压器分别与所述第一DAC模块和所述第二DAC模块相连，用于为所述第一DAC模块和所述第二DAC模块提供电能。

5.如权利要求1所述的IGBT导通台阶电压的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

第三DAC模块，用于输出第三阈值电压；

第二导通台阶比较器，所述第二导通台阶比较器的第一输入端与所述同步比较器的第二输入端相连，所述第二导通台阶比较器的第二输入端与所述第三DAC模块相连，所述第二导通台阶比较器的输出端与所述脉宽发生器的第三输入端相连，用于将所述第二采样电压与所述第三阈值电压进行比较，当所述第二采样电压大于所述第三阈值电压时输出第三比较结果到所述脉宽发生器。

6.如权利要求5所述的IGBT导通台阶电压的检测电路，其特征在于，当同时接收到所述第一比较结果和所述第三比较结果时，所述脉宽发生器还具有关断所述外部IGBT的功能。

7.一种电磁加热控制芯片，其特征在于，所述控制芯片包括权利要求1-6任一项所述的IGBT导通台阶电压的检测电路。

8.如权利要求7所述的电磁加热控制芯片，其特征在于，所述控制芯片还包括：

整流电路、滤波电路、LC谐振电路、IGBT功率电路、谐振信号反馈电路和IGBT驱动电路；

所述整流电路的输入端与市电源输出端相连，所述整流电路的输出端与所述滤波电路的输出端相连，所述LC谐振电路与所述滤波电路的输出端相连，所述LC谐振电路还与所述IGBT功率电路相连，所述IGBT导通台阶电压的检测电路通过所述谐振信号反馈电路与所述LC谐振电路相连，所述IGBT导通台阶电压的检测电路还通过所述IGBT驱动电路与所述IGBT功率电路相连。

9.如权利要求8所述的电磁加热控制芯片，其特征在于，所述LC谐振电路包括：

第一电感，所述第一电感的第一端与所述滤波电路相连，所述第一电感的第二端与所述IGBT功率电路相连；

第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述第一电感的第二端相连。

10.如权利要求9所述的电磁加热控制芯片，其特征在于，所述谐振信号反馈电路包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二电容；

所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第二端相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端还与同步比较器的第二输入端，所述第二电阻的第二端接地；

所述第三电阻的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第三电阻的第二端与同步比较器的第一输入端相连，所述第三电阻的第二端还与所述第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第二端接地；

所述第二电容的第一端与所述第三电阻的第二端相连，所述第二电容的第二端与所述第一电阻的第二端相连。

Images