IGBT驱动装置和电磁加热控制装置和电磁炉的制作方法

本实用新型属于电器制造技术领域，尤其涉及一种IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动装置，以及包括该驱动装置的电磁加热控制装置和包括该控制装置的电磁炉。

背景技术：

图1是相关技术中的一种电磁炉的主电路示意图，如图1所示，主电路主要包括保险管F1，桥堆D1，扼流圈L1,滤波电容C1，谐振电容C2，谐振电感(线圈盘)L2，功率管IGBT，主控芯片IC1，电压采样模块U1，IGBT驱动模块U2，其它电路模块U3。主控芯片通过U1获取市电电压值Vac，主控芯片IC1的VIN端口读取电压AD。其中，如图2所示，常规的IGBT驱动模块包括电阻R1’、R2’、R3’和R4’以及三极管Q1’、Q2’和Q3’组成。

对于如上面提出的单IGBT电磁谐振电路通常采用并联谐振方式，谐振参数设置在正常电压下，如图3所示，为正常电压下的加热VG波形图，其中，包括IGBT驱动波形、IGBT的C极的电压波形和IGBT的C极的电流波形，在正常电压下，IGBT导通在电压零点，此时IGBT的脉冲电流为最小。常规功率下，IGBT开通脉冲过小，谐振能量不足，导致IGBT不会在谐振零点导通，如果在高电压的环境下运行时，则会出现IGBT电压超前开通严重，开通瞬间IGBT瞬态电流峰值高(脉冲电流)，容易超过IGBT电流峰值规格限制，损坏IGBT。如图4所示，为高电压下的加热VG波形示意图，从图中可以看出，由于谐振参数的匹配，谐振能量不足，IGBT不能在电压零点导通，且C极电压非常高，导致IGBT的脉冲电流非常大，已损坏IGBT。

对于上述问题，一般采用提高功率的做法实现降低IGBT超前导通电压(尽量降低脉冲电流)，例如，在1000W档，在220V时功率为1000W，而在260V时，加热功率需要提升至1700W，以解决IGBT超前导通造成的过大的冲击电流，导致用户体验效果差。

技术实现要素：

本实用新型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，本实用新型的第一个目的在于提出一种IGBT驱动装置，该IGBT驱动装置，可以在高电压时有效地抑制冲击电流。

本实用新型的第二个目的在于提出一种电磁加热控制装置。

本实用新型的第三个目的在于提出一种电磁炉。

为了达到上述目的，本实用新型第一方面实施例的IGBT驱动装置，包括：第一驱动模块，所述第一驱动模块的第一端与驱动信号提供端相连，所述第一驱动模块的第二端与IGBT的控制端相连；第二驱动模块，所述第二驱动模块的第一端与使能信号提供端相连，所述第二驱动模块的第二端与所述第一驱动模块的第三端相连，所述第二驱动模块的第三端与所述IGBT的控制端相连；其中，在输入电压大于电压阈值时，在每个控制周期中，所述第二驱动模块根据使能信号输出第二驱动信号，并在预设时间之后所述第一驱动模块输出第二驱动信号，其中，所述第一驱动信号小于所述第二驱动信号。

根据本实用新型实施例的IGBT驱动装置，通过设置第一驱动模块和第二驱动模块，在输入电压大于电压阈值时，在每个控制周期中，采用台阶式驱动信号对IGBT进行驱动，可以有效抑制IGBT的脉冲电流，防止IGBT损坏。

在一些实施例中，所述第二驱动模块包括：充电单元，所述充电单元的第一端与所述第一驱动模块的第三端相连，所述充电单元的第二端与接地端相连；比较单元，所述比较单元的第一端与所述使能信号提供端相连，所述比较单元的第二端与所述充电单元的第三端相连；开关单元，所述开关单元的第一端与所述比较单元的第三端相连，所述开关单元的第二端与所述接地端相连，所述开关单元的第三端与所述IGBT的控制端相连。

在一些实施例中，所述充电单元包括：第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一驱动模块的第三端相连；充电电容，所述充电电容的第一端与所述第一电阻的第二端相连，所述充电电容的第二端与接地端相连，所述充电电容的第一端与所述第一电阻的第二端之间引出有所述充电单元的第三端。

在一些实施例中，所述比较单元包括：比较器，所述比较器的第一端与所述充电单元的第三端相连，所述比较器的输出端与所述开关单元的第一端相连；基准电压子单元，所述基准电压子单元的第一端与所述使能信号提供端相连，所述基准电压子单元的第二端与接地端相连，所述基准电压子单元的第三端与所述比较器的第二端相连。

在一些实施例中，所述基准电压子单元包括：第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述使能信号提供端相连；第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端相连，所述第三电阻的第二端与接地端相连，所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端之间引出有所述基准电压子单元的第三端。

在一些实施例中，所述开关单元包括：第一三极管，所述第一三极管的第一端与所述比较器的输出端相连，所述第一三极管的第二端与接地端相连，所述第一三极管的第三端与所述IGBT的控制端相连。

在一些实施例中，所述第二驱动模块还包括：第四电阻，所述第四电阻的第一端与接地端相连，所述第四电阻的第二端与分别与所述比较器的输出端和所述第一三极管的第一端相连；稳压管，所述稳压管的第一端与所述第一三极管的第三端相连，所述稳压管的第二端与所述IGBT的控制端相连。

在一些实施例中，所述第一驱动模块包括：第二三极管，所述第二三极管的第一端通过第五电阻与所述驱动信号提供端相连，所述第二三极管的第二端通过第六电阻与预设电源相连，所述第二三极管的第三端与接地端相连；第三三极管，所述第三三极管的第一端与所述第二三极管的第二端相连，所述第三三极管的第二端与通过第七电阻与所述预设电源相连；第四三极管，所述第四三极管的第一端分别与所述第二三极管的第二端、所述第三三极管的第一端和所述第一电阻的第一端相连，所述第四三极管的第三端与所述第三三极管的第三端连接于第一节点，所述第一节点通过第八电阻与所述IGBT的控制端相连，所述第四三极管的第三端与接地端相连。

为了达到上述目的，本实用新型第二方面实施例的电磁加热控制装置，包括：IGBT和所述的IGBT驱动装置；控制器，所述控制器包括驱动信号提供端和使能信号提供端，其中，在输入电压大于电压阈值时，在每个控制周期中，所述使能信号提供端输出使能信号以使得所述IGBT驱动装置输出预设时间的第一驱动信号，所述驱动信号提供端输出驱动控制信号以使得所述IGBT装置输出第二驱动信号。

根据本实用新型实施例的电磁加热控制装置，通过采用上面第一方面实施例的IGBT驱动装置，可以有效抑制IGBT的脉冲电流，防止IGBT损坏。

为了达到上述目的，本实用新型第三方面实施例的电磁炉，包括第二方面实施例所述的电磁加热控制装置

根据本实用新型实施例的电磁炉，通过采用上面实施例的电磁加热控制装置，可以有效抑制IGBT的脉冲电流，避免IGBT损坏。提高用户体验效果。

附图说明

图1是相关技术中的一种电磁炉主电路的示意图；

图2是相关技术中的一种IGBT驱动电路的示意图；

图3是相关技术中的正常电压下的加热波形示意图；

图4是相关技术中的高电压下的加热波形示意图；

图5是根据本实用新型的一个实施例的IGBT驱动装置的框图；

图6是根据本实用新型的一个实施例的高电压下的驱动信号的示意图；

图7是根据本实用新型的一个实施例的低压和正常电压下的驱动信号的示意图；

图8是根据本实用新型的一个实施例的加热波形的示意图；

图9是根据本实用新型的一个实施例的IGBT驱动装置的电路图；

图10是根据本实用新型的一个实施例的驱动信号与电流的关系示意图；

图11是根据本实用新型的一个实施例的电磁加热装置的框图；

图12是根据本实用新型的一个实施例的电磁炉的框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参照附图描述根据本实用新型第一方面实施例的IGBT驱动装置。

图5是根据本发明的一个实施例的IGBT驱动装置的框图，如图5所示，本实用新型实施例的IGBT驱动装置100包括第一驱动模块10和第二驱动模块20。

其中，第一驱动模块10的第一端与驱动信号提供端PPG相连，第一驱动模块10的第二端与IGBT的控制端相连；第二驱动模块20的第一端与使能信号提供端P_EN相连，第二驱动模块20的第二端与第一驱动模块10的第三端相连，第二驱动模块20的第三端与IGBT的控制端相连。

在本实用新型的实施例中，在输入电压大于电压阈值时，在这里，输入电压即为采用该IGBT驱动装置100的电磁设备的输入电压例如市电电压，例如，在市电电压Vac≥240V±5时，即为高电压的情况。在每个控制周期中，第二驱动模块20根据使能信号输出第二驱动信号，并在预设时间之后第一驱动模块10输出第二驱动信号，其中，第一驱动信号小于第二驱动信号，预设时间与第二驱动模块20的元件参数有关。

举例说明，如图6所示，为在高电压下时，每个控制周期中，IGBT的驱动波形，其中，在T1阶段即预设时间内采用第一驱动信号例如V2电压驱动，T1时间之后采用第二驱动信号例如正常电压V1进行驱动，其中，V1>＝15V，5V<＝V2<＝13V；0.5us<＝T1<＝5us。也就是，在本实用新型的实施例中，在高电压时，采用台阶式的电压来对IGBT进行驱动。

在本实用新型的实施例中，如图7所示，在常压以及低压阶段可以通过第一驱动模块10根据驱动信号输出第二驱动信号例如电压V1来驱动，即采用正常的电压来驱动IGBT，此时，可以使能第二驱动模块20处于截止状态。

图8是根据本实用新型的一个实施例的高电压下的加热波形示意图，从图中可以看出，IGBT驱动波形为台阶状，从IGBT的C极电压波形看出，超前电压比较高，但是由于采用台阶电压驱动，在导通阶段T1时间，采用第一驱动信号例如图6中的电压V2来驱动，如IGBT的C极电流波形，脉冲电流比较小，即在开通瞬间IGBT瞬态电流值比较小，从而达到了抑制脉冲电流的作用。在T1时间之后采用第二驱动信号例如电压V1来驱动，来保证谐振能量。

根据本实用新型实施例的IGBT驱动装置100，通过设置第一驱动模块10和第二驱动模块20，在输入电压大于电压阈值时，在每个控制周期中，采用台阶式驱动信号对IGBT进行驱动，可以有效抑制IGBT的脉冲电流，防止IGBT损坏。

进一步地，在一些实施例中，如图9所示，第二驱动模块20包括充电单元21、比较单元22和开关单元23。

其中，充电单元21的第一端与第一驱动模块10的第三端相连，充电单元21的第二端与接地端相连；比较单元22的第一端与使能信号提供端P_EN相连，比较单元22的第二端与充电单元21的第三端相连；开关单元23的第一端与比较单元22的第三端相连，开关单元23的第二端与接地端相连，开关单元23的第三端与IGBT的控制端相连。

具体来说，在输入电压大于预设电压时，即在高电压情况下，使能提供端P_EN输出高电平，充电单元21进行充电，在电压超过比较单元22的基准电压Vref时，比较单元22翻转，使得开关单元23截止，充电单元21的充电过程即第二驱动模块20输出第一驱动信号例如电压V2，在开关单元23截止后，第一驱动模块10输出第二驱动信号例如电压V1，此时的VG波形即如图6所示，从而，在高电压情况下，采用台阶式的驱动方式，可以有效抑制脉冲电流。在低电压或正常电压情况下，使能提供端P_EN输出低电平，此时，开关单元23处于截止状态，由第一驱动模块10周期性地输出第二驱动信号例如电压V1来驱动IGBT进行，此时的加热波形图如图7所示。

更进一步地，如图9所示，充电单元21包括第一电阻R5和充电电容C3，第一电阻R5的第一端与第一驱动模块20的第三端相连；充电电容C3的第一端与第一电阻R5的第二端相连，充电电容C3的第二端与接地端相连，充电电容C3的第一端与第一电阻R5的第二端之间引出有充电单元21的第三端。

如图9所示，比较单元22包括比较器CMP1和基准电压子单元221，其中，比较器CMP1的第一端与充电单元21的第三端相连，比较器CMP1的输出端与开关单元23的第一端相连；基准电压子单元221的第一端与使能信号提供端P_EN相连，基准电压子单元221的第二端与接地端相连，基准电压子单元221的第三端与比较器CMP1的第二端相连。

其中，在一些实施例中，如图9所示，基准电压子单元221包括第二电阻R6和第三电阻R7，第二电阻R6的第一端与使能信号提供端P_EN相连；第三电阻R7的第一端与第二电阻R6的第二端相连，第三电阻R7的第二端与接地端相连，第三电阻R7的第一端与第二电阻R6的第二端之间引出有基准电压子单元221的第三端。

其中，如图9所示，开关单元23包括第一三极管Q5，第一三极管Q5的第一端与比较器22的输出端相连，第一三极管Q5的第二端与接地端相连，第一三极管Q5的第三端与IGBT的控制端相连。

在一些实施例中，如图9所示，第二驱动模块20还包括第四电阻R8和稳压管DZ1，第四电阻R8的第一端与接地端相连，第四电阻R8的第二端与分别与比较器CMP1的输出端和第一三极管Q5的第一端相连；稳压管DZ1的第一端与第一三极管Q5的第三端相连，稳压管DZ1的第二端与IGBT的控制端相连。从而，可以达到钳位和稳压的作用。

在实施例中，第一驱动模块10可以采用通常的IGBT驱动模块的实现形式，例如，如图9所示，第一驱动模块10包括第二三极管Q6、第三三极管Q7和第四三极管Q8，其中，第二三极管Q6的第一端通过第五电阻R9与驱动信号提供端PPG相连，第二三极管Q6的第二端通过第六电阻R10与预设电源Vdd相连，第二三极管Q6的第三端与接地端相连；第三三极管Q7的第一端与第二三极管Q6的第二端相连，第三三极管Q7的第二端与通过第七电阻R11与预设电源Vdd相连；第四三极管Q8的第一端分别与第二三极管Q6的第二端、第三三极管Q7的第一端和第一电阻R5的第一端相连，第四三极管Q8的第三端与第三三极管Q7的第三端连接于第一节点O1，第一节点O1通过第八电阻R12与IGBT的控制端相连，第四三极管Q8的第三端与接地端相连。在高电压情况下，在导通阶段，使能第二驱动模块20对IGBT驱动，第一驱动模块10处于失效状态，在充电时间达到比较器的翻转电压时，第二驱动模块20相当于失效，由第一驱动模块10对IGBT驱动，从而在高电压下实现台阶式驱动，以抑制脉冲电流；而在低电压或正常电压情况下，相当于第二驱动模块20处于失效状态，由第二驱动模块20对IGBT驱动。

具体来说，当P_EN＝高电平时，CMP1的第一端即反相端连接的充电电容C3存在一个充电过程，当电压超过Vref时，Q5截止，此时的VG波形如图6所示；当P_EN＝低电平时，Q5截止，此时的VG波形如图7所示。

图10是根据本实用新型的一些实施例的IGBT驱动电压与电流的关系示意图，如图10所示，在IGBT驱动电压为9V时，IGBT的C极电流恒定为22A左右，其中，IGBT驱动电压为9V时工作在放大状态。因而，优选地，在输入电压大于预设电压时即在高电压情况下，可以采用台阶式电压驱动IGBT，其中，第一驱动信号可以为9V电压，可以更有效地抑制脉冲电流，防止IGBT损坏。

基于上面实施例的IGBT驱动装置，下面参照附图描述根据本实用新型第二方面实施例的电磁加热控制装置。

图11是根据本实用新型的一个实施例的电磁加热控制装置的框图，如图11所示，本实用新型实施例的电磁加热控制装置1000包括上面第一方面实施例的IGBT驱动装置100、IGBT 200和控制器300。

其中，IGBT驱动装置100的构成和工作过程可以参照第一方面实施例的描述，控制器300包括驱动信号提供端PGG和使能信号提供端P_EN，其中，在输入电压大于电压阈值时，例如输入电压Vac≥240V±5时，在每个控制周期中，使能信号提供端P_EN输出使能信号以使得IGBT驱动装置100输出预设时间的第一驱动信号，驱动信号提供端PGG输出驱动控制信号以使得IGBT装置100输出第二驱动信号，从而，在高电压情况下，采用台阶式电压驱动，以有效地抑制IGBT的脉冲电流。

根据本实用新型实施例的电磁加热控制装置1000，通过采用上面第一方面实施例的IGBT驱动装置100，可以有效抑制IGBT 200的脉冲电流，防止IGBT 200损坏。

下面参照附图描述根据本实用新型第三方面实施例的电磁炉。

图12是根据本实用新型的电磁炉的框图，如图12所示，本实用新型实施例的电磁炉10000包括上面第二方面实施例的电磁加热控制装置1000。

根据本实用新型实施例的电磁炉10000，通过采用上面实施例的电磁加热控制装置1000，可以有效抑制IGBT的脉冲电流，避免IGBT损坏。提高用户体验效果。

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实用新型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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。