IGBT驱动电路及电磁加热烹饪器具的制作方法

igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具
技术领域
1.本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具。


背景技术：

2.目前市面上ih加热产品(如电磁炉、ih电饭煲、压力锅等)，igbt驱动电路多采用推挽输出方式，通过串接igbt的g极的驱动电阻和推挽下管放电电阻来降低igbt开关速度，以减小igbt开关时的emi干扰，串接的驱动电阻越大，emi干扰则越小，emc余量就越大。然而，这种做法会加大igbt开关损耗，增大igbt的温升，降低加热产品的能效。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具，旨在降低关断igbt时所产生的损耗。
4.第一方面，提供一种igbt驱动电路，包括驱动电路、调节电路和控制电路；
5.驱动电路，与igbt的g极连接，输出驱动电压至igbt的g极以驱动igbt开通或者是释放igbt的g极电压以关断igbt；
6.调节电路，与igbt的g极连接，在控制电路输出关断igbt的控制信号时先开通后关断，在开通阶段内释放igbt的g极电压；
7.控制电路，与驱动电路连接，直接或间接输出关断igbt的控制信号至驱动电路和调节电路，使igbt的g极通过调节电路和/或驱动电路放电；
8.调节电路的放电速度大于驱动电路的放电速度。
9.在一些实施例中，驱动电路包括推挽模块和转换模块；
10.推挽模块与igbt的g极连接；
11.转换模块，分别与控制电路和推挽模块连接，接入控制电路输出的控制信号时调节推挽模块的开通状态，以改变推挽模块输出的驱动电压；
12.调节电路，当控制电路输出关断igbt的控制信号，在推挽模块的下管开通前开通或与推挽模块的下管同时开通开通。
13.在一些实施例中，推挽模块包括第一开关单元和第二开关单元；
14.第一开关单元，作为推挽模块的上管，连接转换模块和igbt的g极，接入直流电压以在开通时输出至igbt的g极；
15.第二开关单元，作为推挽模块的下管，连接igbt的g极和转换模块，在开通时拉低igbt的g极的电压以关断igbt；
16.转换模块包括第三开关单元和第一分压单元；
17.第一分压单元，连接控制电路和第三开关单元，将控制信号接入至第三开关单元；
18.第三开关单元，连接第一开关单元和第二开关单元，接入关断igbt的控制信号时开通以关断第一开关单元和开通第二开关单元，接入开通igbt的控制信号时关断以开通第一开关单元和关断第二开关单元。
19.在一些实施例中，调节电路包括启动单元、分压单元和第四开关单元；
20.启动单元，其一端连接控制电路，其另一端通过分压单元连接第四开关单元，接收关断igbt的控制信号时通过分压单元对第四开关单元放电，以在放电电压大于第四开关单元的开通电压时开通第四开关单元；
21.第四开关单元，连接igbt的g极，开通时将igbt的g极接地。
22.在一些实施例中，调节电路包括启动单元、分压单元和第四开关单元；
23.启动单元，连接推挽模块的下管，其一端连接第二开关单元和第三开关单元，其另一端通过分压单元连接直流电压，在第三开关单元开通时对地放电；
24.第四开关单元，连接igbt的g极以及通过分压单元连接直流电压，在启动单元对地放电时开通，开通时将igbt的g极接地。
25.在一些实施例中，第二开关单元的内阻大于第四开关单元的内阻。
26.在一些实施例中，控制电路，通过一个输出端连接驱动电路和调节电路；或者是控制电路，通过一个输出端连接驱动电路，通过另一个输出端连接调节电路。
27.在一些实施例中，驱动电路和调节电路集成于一个驱动芯片中。
28.在一些实施例中，驱动电路、控制电路和调节电路集成于一个芯片中。
29.第二方面，提供一种电磁加热烹饪器具，包括根据第一方面的igbt驱动电路。
30.本发明的有益效果：向调节电路和驱动电路输出关断igbt的控制信号，使调节电路开通一段时间后关断，驱动电路进入释放igbt的g极电压的状态，从而快速拉低igbt的g极电压，通过调节电路快速拉低g极电压，降低igbt关断损耗，随后通过驱动电路缓慢拉低g极电压至igbt关断，减缓igbt的c极电流下降速度，降低emi干扰，提升电磁加热烹饪器具的能效。
附图说明
31.图1是第一个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
32.图2是第二个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
33.图3是第三个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
34.图4是第四个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
35.图5是第五个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
36.图6是一实施例的igbt驱动电路关断igbt时的信号示意图。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
38.在本发明的实施例中，若干的含义是不定量，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
39.在本发明的实施例中，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，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
40.相关技术中，由于绝缘栅双极性晶体管(igbt)具有较高的电流容量及电压耐量，开通损耗较小，静态驱动功率小等特点，在中、大功率变换器中有着广泛的应用，例如电磁炉，igbt驱动电路的功能就是将来自于微控制器的开关信号转换成具有足够功率的驱动脉冲信号，来保证igbt可靠地关断与开通，同时，igbt驱动电路也为微控制器和功率晶体管之间的电压提供安全电气隔离。目前，igbt驱动电路多采用推挽输出方式，通过串接igbt的g极的驱动电阻和推挽下管放电电阻来降低igbt开关速度，以减小igbt开关时的emi干扰，串接的驱动电阻越大，emi干扰则越小，emc余量就越大。然而，这种做法会加大igbt开关损耗，增大igbt的温升，降低加热产品的能效。
41.基于此，本发明实施例提供一种igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具，在关断igbt时先使g极电压快速下降后使g极电压缓慢下降，以降低igbt的关断损耗。
42.根据本发明的第一方面，提供一种igbt驱动电路。
43.如图1所示，该igbt驱动电路包括驱动电路1、调节电路2和控制电路3。
44.驱动电路1与igbt的g极(门极)连接，驱动电路1输出驱动电压至igbt的g极以驱动igbt开通或者是释放igbt的g极电压以关断igbt。调节电路2与igbt的g极连接，调节电路2在控制电路3输出关断igbt的控制信号时先开通后关断，在开通阶段内释放igbt的g极电压。控制电路3与驱动电路1连接，控制电路3直接或间接输出关断igbt的控制信号至驱动电路1和调节电路2，使igbt的g极通过调节电路2和/或驱动电路1放电。调节电路2的放电速度大于驱动电路1的放电速度。
45.在电磁加热烹饪器具的工作过程中，控制电路3输出控制信号(如，ppg脉冲)至驱动电路1，使接入控制信号的驱动电路1向igbt输出对应电压值的驱动电压，从而驱动igbt关断或开通。示例性地，控制电路3输出电压为+5v的控制信号，接入控制信号的驱动电路1开通igbt，控制电路3输出电压为+0v的控制信号，接入控制信号的驱动电路1通过释放igbt的g极电压以关断igbt。
46.驱动电路1在接收到控制信号时，对控制电路3输出的控制信号进行转换以生成驱动电压。示例性地，驱动电路1可将控制电路3输出电压为+5v的控制信号转换输出电压为18v的驱动电压，并输出该驱动电压至igbt，以驱动igbt开通，以便igbt控制对应的谐振模块进行谐振工作。
47.控制电路3输出开通igbt的控制信号时，调节电路2不参与开通igbt，控制电路3输出关断igbt的控制信号时，调节电路2在开通一段时间后恢复到关断状态，驱动电路1进入释放igbt的g极电压的状态。在调节电路2的开通阶段内，调节电路2释放igbt的g极电压，使g极电压下降，缩短米勒台阶时间，调节电路2从开通阶段恢复到关断状态时，驱动电路1释放igbt的g极电压，直至g极电压低于igbt的开通电压，igbt关断。示例性地，控制电路3输出电压为+0v的控制信号时，驱动电路1输出电压为+18v的驱动电压至igbt，igbt完全开通，控制电路3输出电压为+5v的控制信号时，调节电路2上电开通，在开通阶段内将g极接地，使g极电压下降，驱动电路1输出的驱动电压的变化趋势是从+18v下降至+0v，同时将g极接地，使g极电压进一步下降，直至g极电压低于igbt的开通电压，igbt关断。
48.可以理解的是，由于调节电路2的放电速度大于驱动电路1的放电速度，调节电路2开通时，g极电压快速放电，缩短米勒台阶时间，以降低igbt关断损耗，调节电路2关断后，驱动电路1对g极放电，g极电压缓慢下降，减缓igbt的c极电流下降速度，降低emi干扰。
49.在一些实施例中，控制电路3输出关断igbt的控制信号时，可以是调节电路2开通在先，驱动电路1进入释放igbt的g极电压的状态在后，g极电压先受调节电路2调节而降低，后受驱动电路1调节而进一步降低，也可以是调节电路2开通，与此同时，驱动电路1进入释放igbt的g极电压的状态，g极电压先受同时调节电路2和驱动电路1调节而降低，在调节电路2关断后受驱动电路1调节而进一步降低。
50.由此，本实施例提供的igbt驱动电路，向调节电路2和驱动电路1输出关断igbt的控制信号，使调节电路2开通一段时间后关断，驱动电路1进入释放igbt的g极电压的状态，从而快速拉低igbt的g极电压，通过调节电路2快速拉低g极电压，降低igbt关断损耗，随后通过驱动电路1缓慢拉低g极电压至igbt关断，减缓igbt的c极电流下降速度，降低emi干扰，提升电磁加热烹饪器具的能效。
51.下面结合一个具体的实施例对本发明的igbt驱动电路进行说明。
52.如图4所示，根据本发明的一个实施例，驱动电路1包括推挽模块11和转换模块12。
53.推挽模块11与igbt的g极连接。转换模块12分别与控制电路3和推挽模块11连接，转换模块12接入控制电路3输出的控制信号时调节推挽模块11的开通状态，以改变推挽模块11输出的驱动电压。调节电路2接收控制电路3输出的控制信号，当控制电路3输出关断igbt的控制信号，调节电路2在推挽模块11的下管开通前开通或与推挽模块11的下管同时开通开通。
54.控制电路3输出控制信号至转换模块12，通过转换模块12调节推挽模块11的开通状态，转换模块12接入控制信号并根据接入的控制信号调节推挽模块11的开通状态，当推挽模块11的上管开通时输出的驱动电压完全开通igbt，而推挽模块11开通时则拉低igbt的g极的电压，使igbt关断。
55.转换模块12分别连接推挽模块11的上管和下管，当转换模块12接入关断igbt的控制信号时，转换模块12关断推挽模块11的上管以及开通推挽模块11的下管，调节电路2在控制电路3输出关断igbt的控制信号时进入开通状态，开通一段时间后关断，可以是在推挽模块11的下管开通前开通，也可以是与推挽模块11的下管同时开通，开通时间在1ns至2000ns之间,由控制电路3或调节电路2的自身参数控制。
56.如图4所示，根据本发明的一个具体实施例，推挽模块11包括第一开关单元和第二开关单元，转换模块12包括第三开关单元和第一分压单元。
57.第一开关单元作为推挽模块11的上管，第一开关单元连接转换模块12和igbt的g极，接入直流电压以在开通时作为驱动电压输出至igbt的g极。第二开关单元作为推挽模块11的下管，第二开关单元连接igbt的g极以及通过调节电路2连接转换模块12，在开通时拉低igbt的g极的电压以关断igbt。
58.更为具体地，第一开关单元包括第一三极管q1、第一电阻r1和第二电阻r2，第二开关单元包括第二三极管q2和第三电阻r3。第一三极管q1的集电极连接直流电压(+18v)，第一三极管q1的发射极通过第一电阻r1连接igbt的g极，第一三极管q1的基极连接转换模块12，第二电阻r2连接在第一三极管q1的集电极和基极之间。第二三极管q2的发射极通过第三电阻r3连接igbt的g极，第二三极管q2的集电极接地，第二三极管q2的基极连接转换模块12。其中，第一三极管q1为npn三极管，第二三极管q2为pnp三极管，第一电阻r1作为igbt的g极驱动电阻，第三电阻r3作为igbt的g极放电电阻。
59.第一分压单元连接控制电路3和第三开关单元，第一分压单元将控制信号接入至第三开关单元。第三开关单元连接第一开关单元和第二开关单元，第三开关单元接入关断igbt的控制信号时开通以关断第一开关单元和开通第二开关单元，接入开通igbt的控制信号时关断以开通第一开关单元和关断第二开关单元。
60.更为具体地，第三开关单元包括第三三极管q3，第一分压单元包括第四电阻r4和第五电阻r5。第四电阻r4的一端连接直流电压，第四电阻r4的另一端连接控制电路3和第五电阻r5的一端，第五电阻r5的另一端连接第三三极管q3的基极，第三三极管q3的集电极分别连接第一三极管q1的基极和第二三极管q2的基极，第三三极管q3的发射极接地。第三三极管q3为npn三极管，控制电路3输出高电平的控制信号时，第三三极管q3开通，使第一三极管q1关断而第二三极管q2开通，g极通过第三电阻r3对地放电，直至igbt关断，控制电路3输出低电平的控制信号时，第三三极管q3关断，使第一三极管q1开通而第二三极管q2关断，第一三极管q1将接入的直流电压作为驱动电压输出，igbt开通。
61.如图4所示，根据本发明的一个具体实施例，调节电路2包括启动单元、分压单元和第四开关单元。
62.启动单元的一端连接控制电路3，启动单元的另一端通过分压单元连接第四开关单元，接收关断igbt的控制信号时通过分压单元对第四开关单元放电，以在放电电压大于第四开关单元的开通电压时开通第四开关单元。第四开关单元连接igbt的g极，第四开关单元开通时将igbt的g极接地。
63.启动单元起开通第四开关单元的作用，分压单元起分压和消耗启动单元的电荷的作用，启动单元接入关断igbt的控制信号时通过分压单元放电，使第四开关单元接入的电压大于第四开关单元的开通电压，第四开关单元开通，igbt的g极通过第四开关单元对地放电，随着分压单元消耗启动单元的电荷，第四开关单元接入的电压逐渐降低至小于第四开关单元的开通电压，第四开关单元关断，结束调节电路2的开通阶段。
64.可以理解的是，分压单元消耗启动单元的电荷，可以是控制电路3输出高电平作为关断igbt的控制信号，分压单元连接分压单元、第四开关单元以及接地，分压单元接入控制信号并通过分压单元对第四开关单元放电同时对地放电，短暂开通第四开关单元，也可以是控制电路3输出关断igbt的控制信号时，启动单元释放其内部预设的电荷，以通过分压单元对第四开关单元放电，在预设电荷完全消耗前开通第四开关单元。
65.更为具体地，启动单元包括第一电容c1，分压单元包括第六电阻r6和第七电阻r7，第四开关单元包括第四三极管q4。第一电容c1的一端连接控制电路3，第一电容c1的另一端分别连接第六电阻r6的一端和第七电阻r7的一端，第六电阻r6的另一端连接第四三极管q4的基极，第四三极管q4的集电极连接igbt的g极，第四三极管q4的发射极和第七电阻r7的另一端接地。
66.第四三极管q4为npn三极管，控制电路3输出高电平的控制信号时，对第一电容c1充电，满电后的第一电容c1通过第六电阻r6对第四三极管q4的基极放电以及通过第七电阻r7对地放电，第四三极管q4的基极电压瞬时达到第四三极管q4的开通电压后马上下降至低于第四三极管q4的开通电压的水平，第四三极管q4瞬时开启后关断，由此，igbt的g极短暂地通过第四三极管q4对地放电，由于是通过第四三极管q4直接对地放电，g极电压的下降速度快，如图6所示。
67.如图3和图5所示，根据本发明的另一个实施例，调节电路2包括启动单元、分压单元和第四开关单元。
68.启动单元连接推挽模块11的下管，启动单元的一端连接第二开关单元和第三开关单元，启动单元的另一端通过分压单元连接直流电压，在第三开关单元开通时对地放电。第四开关单元连接igbt的g极以及通过分压单元连接直流电压，在启动单元对地放电时开通，开通时将igbt的g极接地。
69.本实施例中，第四开关单元低电平开通。控制电路3输出低电平时，第一开关单元开通，第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元关断，igbt上电开通；控制电路3输出高电平时，第三开关单元开通，以使第一开关单元关断，启动单元对第二开关单元放电以及通过第三开关单元对地放电，第二开关单元关断，启动单元对第二开关单元放电结束前，第四开关单元的启动端为接入低电平电压，第四开关单元在启动单元对第二开关单元放电结束前开通，igbt的g极通过第四开关单元快速对地放电，直至启动单元对第二开关单元放电结束，第四开关单元关断，第二开关单元开通，igbt的g极通过第二开关单元缓慢对地放电。
70.更为具体地，启动单元包括第一电容c1，分压单元包括第六电阻r6和第七电阻r7，第四开关单元包括第四三极管q4。第一电容c1的一端通过第七电阻r7连接直流电压以及通过第六电阻r6连接第四三极管q4的基极，第四三极管q4的发射极连接igbt的g极，第四三极管q4的集电极接地。
71.第四三极管q4为pnp三极管，控制电路3输出高电平的控制信号时，第三三极管上电开通，使第一三极管关断，接入直流电压的第一电容c1对第二三极管放电以及通过第三三极管对地放电，第二三极管关断，第一电容c1对第二三极管放电结束前，第四三极管q4的基极处于低电平电压状态，第四三极管q4在第一电容c1对第二三极管放电结束前开通，igbt的g极通过第四三极管q4快速对地放电，直至启动单元对第二开关单元放电结束，第四三极管q4关断，第二三极管开通，igbt的g极通过第二三极管和第三电阻缓慢对地放电。
72.在上述实施例中，第二开关单元的内阻大于第四开关单元的内阻，以使调节电路2的放电速度大于驱动电路1的放电速度。
73.如图2所示，在一些实施例中，控制电路3通过一个输出端连接驱动电路1和调节电路2；或者是控制电路3通过一个输出端连接驱动电路1以及通过另一个输出端连接调节电路2。
74.根据本发明的另一个实施例，驱动电路1和调节电路2集成于一个驱动芯片中。
75.根据本发明的另一个实施例，驱动电路1、控制电路3和调节电路2集成于一个芯片中。
76.根据本发明的第二方面，提供一种电磁加热烹饪器具。
77.在本发明的实施例中，电磁加热烹饪器具可包括电磁电饭煲和电磁压力锅。
78.电磁加热烹饪器具包括如第一方面的igbt驱动电路，通过上述的igbt驱动电路，在关断igbt时，降低igbt关断损耗，随后通过驱动电路1缓慢拉低g极电压至igbt关断，减缓igbt的c极电流下降速度，降低emi干扰，提升电磁加热烹饪器具的能效。
79.igbt驱动电路的具体结构参照上述实施例，由于本发明第二方面的电磁加热烹饪器具采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
80.综上所述，根据本发明实施例的igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具，向调节电路和驱动电路输出关断igbt的控制信号，使调节电路开通一段时间后关断，驱动电路进入释放igbt的g极电压的状态，从而快速拉低igbt的g极电压，通过调节电路快速拉低g极电压，降低igbt关断损耗，随后通过驱动电路缓慢拉低g极电压至igbt关断，减缓igbt的c极电流下降速度，降低emi干扰，提升电磁加热烹饪器具的能效。
81.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
82.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。基于此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
83.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。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。
84.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。
85.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。
86.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复12数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方
式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式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方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
87.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。