Igbt驅動信號的脈寬限制電路及電磁加熱裝置的制造方法

Igbt驅動信號的脈寬限制電路及電磁加熱裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種IGBT驅動信號的脈寬限制電路及電磁加熱裝置，該電路包括下降沿觸發電路，在IGBT驅動信號輸入電路輸入的IGBT驅動信號處于下降沿時，輸出下降沿脈沖信號；延時控制電路，接收下降沿脈沖信號，并進行儲能和放電，在放電電壓高于預設電壓值時，輸出第一控制信號，在放電電壓低于預設電壓值時，輸出第二控制信號；模擬開關電路，在接收到第一控制信號時，控制其輸入端與輸出端斷開，停止將IGBT驅動信號輸出至IGBT，在接收到第二控制信號時控制其輸入端與輸出端接通，以將IGBT驅動信號輸出至IGBT。本實用新型避免了IGBT在LC振蕩過程中處于高壓期間打開而損壞的問題，提高了IGBT工作的安全性。
【專利說明】
IGBT驅動信號的脈寬限制電路及電磁加熱裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及電加熱技術領域，尤其涉及一種IGBT驅動信號的脈寬限制電路及 電磁加熱裝置。
【背景技術】
[0002] IGBT是一種用于高壓控制的開關器件。在LC振蕩電路中，IGBT的集電極與LC連接， IGBT的發射極接地，IGBT的柵極與驅動電路連接。
[0003] 當LC通電時，由于LC相互充放電而產生振蕩，使LC電壓在高壓和低壓之間往復切 換。其中，通過驅動電路輸出IGBT驅動信號，控制IGBT相應開啟或者關閉，以避免LC電壓處 于平衡，而停止振蕩。
[0004] 當驅動電路輸出高電平信號時，IGBT開啟，控制LC振蕩電路對地放電，實現復位， 此時，IGBT集電極的電位處于低電壓。
[0005] 當驅動電路輸出低電平信號時，IGBT關閉，LC開始充放電，這個過程中LC電壓在高 壓狀態和低壓狀態之間來回切換，對應地，IGBT的集電極電位在高壓狀態和低壓狀態之間 來回切換，如果在LC高壓期間打開IGBT，則有可能因其集電極電壓過高，而對IGBT造成損 害。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的主要目的在于提供一種IGBT驅動信號的脈寬限制電路，旨避免IGBT 在LC振蕩過程中處于高壓期間打開而損壞的問題，提高IGBT工作的安全性。
[0007] 為實現上述目的，本實用新型提出一種IGBT驅動信號的脈寬限制電路，該IGBT驅 動信號的脈寬限制電路包括下降沿觸發電路、延時控制電路、模擬開關電路，所述下降沿觸 發電路的輸入端與所述IGBT驅動信號輸入電路的輸出端連接，所述下降沿觸發電路的輸出 端與所述延時控制電路的輸入端連接，所述延時控制電路的輸出端與所述模擬開關電路的 受控端連接，所述模擬開關電路的輸入端與所述IGBT驅動信號輸入電路的輸出端連接，所 述模擬開關電路的輸出端與IGBT的受驅動端連接；
[0008] 所述下降沿觸發電路，用于在所述IGBT驅動信號輸入電路輸入的IGBT驅動信號處 于下降沿時，輸出下降沿脈沖信號；
[0009] 所述延時控制電路，用于接收所述下降沿脈沖信號，并進行儲能和放電，在放電電 壓高于預設電壓值時，輸出第一控制信號，在放電電壓低于所述預設電壓值時，輸出第二控 制信號；
[0010] 所述模擬開關電路，用于在接收到所述第一控制信號時，控制其輸入端與輸出端 斷開，停止將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT，在接收到所述第二控制信號時控制其輸入端 與輸出端接通，以將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT。
[0011]優選地，所述下降沿觸發電路包括下降沿檢測模塊、開關輸出模塊及穩壓模塊，所 述下降沿檢測模塊的檢測端為所述下降沿觸發電路的輸入端，所述下降沿檢測模塊的輸出 端與所述開關輸出模塊的受控端連接，所述開關輸出模塊的輸出端與所述穩壓模塊的輸入 端連接，所述穩壓模塊的輸出端為所述下降沿觸發電路的輸出端；
[0012] 其中，所述下降沿檢測模塊，用于在檢測到所述IGBT驅動信號輸入電路輸入的 IGBT驅動信號處于下降沿時，控制所述開關輸出模塊開啟；
[0013] 所述開關輸出模塊，用于在開啟時，輸出第一電壓信號；
[0014] 所述穩壓模塊，用于對所述開關輸出模塊輸出的第一電壓信號的幅值進行限定， 以輸出所述下降沿脈沖信號。
[0015] 優選地，所述下降沿檢測模塊包括第一二極管、第一電阻、第二電阻、第一電容及 第一比較器;所述第一二極管的陽極為所述下降沿檢測模塊的檢測端，所述第一二極管的 陰極與所述第一電阻的第一端連接，所述第一電阻的第二端分別與所述第二電阻的第一 端、所述第一電容的第一端及所述第一比較器的正向輸入端連接，所述第二電阻的第二端 和所述第一電容的第二端接地;所述第一比較器的反向輸入端輸入第一電壓基準信號，所 述第一比較器的輸出端為所述下降沿檢測模塊的輸出端。
[0016] 優選地，所述開關輸出模塊包括第一開關管、第三電阻、第四電阻及第一供電電 源，所述第一開關管的發射極經所述第三電阻與所述第一供電電源連接，所述第一開關管 的發射極與所述第三電阻連接的一端為所述開關輸出模塊的受控端，所述第一開關管的集 電極與所述第四電阻的一端連接，所述第四電阻的第二端接地，所述第一開關管與所述第 四電阻互連的一端為所述開關輸出模塊的輸出端，所述第一開關管的基極與所述IGBT驅動 信號輸入電路的輸出端連接。
[0017] 優選地，所述穩壓模塊包括鉗位電源、第二二極管及第三二極管，所述第二二極管 的陽極為所述穩壓模塊的輸入端，所述第二二極管的陰極與所述第三二極管的陽極連接， 所述第三二極管的陰極與所述鉗位電源連接，所述第二二極管與所述第三二極管互連的一 端為所述穩壓模塊的輸出端。
[0018]優選地，所述IGBT驅動信號輸入電路包括用于輸入IGBT驅動信號的信號輸入端、 第五電阻及穩壓管，所述第五電阻的第一端與所述信號輸入端連接，所述第五電阻的第二 端與所述穩壓管的陰極、所述第一開關管的基極及所述第一電阻的第一端分別連接，所述 穩壓管的陽極接地;所述第五電阻的第二端與所述穩壓管的陰極互連的一端為IGBT驅動信 號輸入電路的輸出端。
[0019] 優選地，所述延時控制電路包括充放電模塊及比較模塊，所述充放電模塊的輸入 端為延時控制電路的輸入端，所述充放電模塊的輸出端與所述比較模塊的正向輸入端連 接;所述比較模塊的反向輸入端輸入第二基準電壓信號，所述比較模塊的輸出端為所述延 時控制電路的輸出端。
[0020] 優選地，所述充放電模塊包括并聯的所述第八電阻和第二電容，以及串聯的第九 電阻和第三電容，所述第八電阻和第二電容的其中一個公共連接端為所述充放電模塊的輸 入端，并與所述第九電阻的自由連接端連接，所述第八電阻和第二電容的另一個公共連接 端和所述第三電容的自由連接端同時接地，所述第九電阻和所述第三電容的公共連接端為 所述充放電模塊的輸出端。
[0021] 優選地，所述比較模塊包括第二供電電源，第二比較器，串聯在所述第二供電電源 和接地之間的第十電阻和第十一電阻，以及連接在所述第二供電電源和第二比較器輸出端 之間的第十二電阻;所述第十電阻和第十一電阻之間的公共連接端向所述比較模塊的反向 輸入端輸入第二基準電壓信號;所述第二比較器的正向輸入端為所述比較模塊的正向輸入 端，所述第二比較器的輸出端為所述比較模塊的輸出端。
[0022]優選地，所述模擬開關電路包括第三供電電源、模擬電子開關及第十三電阻，所述 模擬電子開關包括電源腳、第一輸入腳、第一輸出腳，控制第一輸入腳與第一輸出腳之間連 通或者切斷的第一受控腳及接地腳，所述模擬電子開關的電源腳與所述第三供電電源連 接，所述第十三電阻的第一端與所述模擬電子開關的第一輸入腳連接，所述第十三電阻的 第二端為所述模擬開關電路的輸入端，所述模擬電子開關的第一輸出腳為所述模擬開關電 路的輸出端，所述模擬電子開關的第一受控腳為所述模擬開關電路的受控端，所述模擬電 子開關的接地腳接地。
[0023] 本實用新型還提供一種電磁加熱裝置，該電磁加熱裝置包括如上所述的IGBT驅動 信號的脈寬限制電路，該IGBT驅動信號的脈寬限制電路包括下降沿觸發電路、延時控制電 路、模擬開關電路，所述下降沿觸發電路的輸入端與所述IGBT驅動信號輸入電路的輸出端 連接，所述下降沿觸發電路的輸出端與所述延時控制電路的輸入端連接，所述延時控制電 路的輸出端與所述模擬開關電路的受控端連接，所述模擬開關電路的輸入端與所述IGBT驅 動信號輸入電路的輸出端連接，所述模擬開關電路的輸出端與IGBT的受驅動端連接;所述 下降沿觸發電路，用于在所述IGBT驅動信號輸入電路輸入的IGBT驅動信號處于下降沿時， 輸出下降沿脈沖信號;所述延時控制電路，用于接收所述下降沿脈沖信號，并進行儲能和放 電，在放電電壓高于預設電壓值時，輸出第一控制信號，在放電電壓低于所述預設電壓值 時，輸出第二控制信號;所述模擬開關電路，用于在接收到所述第一控制信號時，控制其輸 入端與輸出端斷開，停止將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT，在接收到所述第二控制信號時 控制其輸入端與輸出端接通，以將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT。
[0024]本實用新型通過下降沿觸發電路確定IGBT驅動信號下降沿的開始時間，并在IGBT 驅動信號輸入電路輸入的IGBT驅動信號處于下降沿時，通過延時控制電路的儲能和放電作 用對其進行延時控制，以增長驅動信號低電平脈寬的控制時間，以此保證LC在振蕩過程中 由高壓區間進入低壓區間后，才控制模擬開關電路將低電平脈寬的IGBT驅動信號輸出至 IGBT，保證IGBT不在LC振蕩電路處于高壓期間打開而損壞，從而提高了 IGBT工作的安全性。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本實用新型IGBT驅動信號的脈寬限制電路較佳實施例的電路框圖；
[0027]圖2為圖1所示的IGBT驅動信號的脈寬限制電路的電路結構示意圖；
[0028]圖3為輸入的IGBT驅動信號經IGBT驅動信號輸入電路及下降沿檢測模塊處理后的 波形示意圖；
[0029]圖4為經第一開關管輸出的信號波形曲線和經第二電容、第三電容充放電后的信 號波形曲線；
[0030] 圖5為經第十電阻和第十一電阻對第二供電電源分壓后的波形曲線及經第二比較 器輸出的信號波形曲線；
[0031] 圖6為IGBT驅動信號輸入脈寬異常時的波形曲線；
[0032]圖7為IGBT驅動信號輸入脈寬正常時的波形曲線；
[0033]圖8為IGBT驅動信號與IGBT振蕩信號出現異常和對異常進行處理后的波形對比 圖。
[0034] 附圖標號說明：
[0037] 本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0038] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部 的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提 下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0039] 需要說明，本實用新型實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……） 僅用于解釋在某一特定姿態（如附圖所示）下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如 果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。
[0040] 另外，在本實用新型中涉及"第一"、"第二"等的描述僅用于描述目的，而不能理解 為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有"第一"、 "第二"的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術方 案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合 出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本實用新型要求 的保護范圍之內。
[0041 ]本實用新型提出一種IGBT驅動信號的脈寬限制電路，用于對IGBT驅動電路輸出的 驅動信號的低電平脈寬進行最小時間間隔限制，以避免IGBT在LC振蕩過程中處于高壓期間 打開而損壞。
[0042] 參照圖1及圖2,在本實用新型實施例中，該IGBT驅動信號的脈寬限制電路包括下 降沿觸發電路10、延時控制電路20及模擬開關電路30。
[0043]具體地，所述下降沿觸發電路10的輸入端與IGBT驅動信號輸入電路5的輸出端連 接，所述下降沿觸發電路10的輸出端與所述延時控制電路20的輸入端連接，所述延時控制 電路20的輸出端與所述模擬開關電路30的受控端連接，所述模擬開關電路30的輸入端與所 述IGBT驅動信號輸入電路5的輸出端連接，所述模擬開關電路30的輸出端與IGBT的受驅動 端連接。
[0044]本實施例中，IGBT驅動信號輸入電路5用于輸入IGBT驅動信號；下降沿觸發電路10 用于在所述IGBT驅動信號輸入電路5輸入的IGBT驅動信號處于下降沿時，輸出下降沿脈沖 信號;延時控制電路20用于接收所述下降沿脈沖信號，并進行儲能和放電，在放電電壓高于 預設電壓值時，輸出第一控制信號，在放電電壓低于所述預設電壓值時，輸出第二控制信 號;模擬開關電路30用于在接收到所述第一控制信號時，控制其輸入端與輸出端斷開，停止 將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT，在接收到所述第二控制信號時控制其輸入端與輸出端接 通，以將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT。其中，延時控制電路20的放電時間可以根據其儲存 的電量進行設置，即可以通過選擇合適儲電量的延時控制電路20來確定其放電至預設電壓 值時的時間t的長短，該放電時間t為IGBT驅動信號低電平脈寬的控制時間。應當理解的是， 該時間t為在原始IGBT驅動信號低電平脈寬tl的基礎上增加了t3時間，如圖3所示。其中，該 t3時間具體可通過選擇合適的器件，調整延時控制電路20的放電時間進行確定。該時間t3 作為保護IGBT不在LC振蕩過程中處于高壓期間打開而損壞的時間。為了保護IGBT不受損 壞，一般設置延時控制電路20充電至其放電電壓降低至預設電壓的時間t等于
，該 sVZc為輸入L和C的諧振周期。
[0045] 在IGBT驅動信號輸入電路5輸入的IGBT驅動信號剛進入下降沿時，不立即控制 IGBT導通，而是通過延時控制電路20對其進行延時控制，以在經過一段保護時間后(延時）， 保證LC在振蕩過程中由高壓區間進入低壓區間后才控制模擬開關電路30開啟，而導通 IGBT，以此避免IGBT在LC振蕩電路處于高壓期間打開而損壞。進而在該驅動信號控制模擬 開關電路30時，保證IGBT不在LC振蕩過程中處于高壓期間打開而損壞，從而提高了 IGBT工 作的安全性。
[0046]上述實施例中，所述IGBT驅動信號輸入電路包括用于輸入IGBT驅動信號的信號輸 入端PWM-IN、第五電阻R5及穩壓管Zl，所述第五電阻R5的第一端與所述信號輸入端PffM-IN 連接，所述第五電阻R5的第二端與所述穩壓管Zl的陰極、所述第一開關管Ql的基極及所述 第一電阻Rl的第一端分別連接，所述穩壓管Zl的陽極接地;所述第五電阻R5的第二端與所 述穩壓管Zl的陰極互連的一端為IGBT驅動信號輸入電路的輸出端。其中，第五電阻R5及穩 壓管Zl組成穩壓電路對IGBT驅動信號輸入電路5輸入的IGBT驅動信號進行穩壓。本實施例 的目的是統一后級各電路模塊的輸入電平幅值。
[0047]上述實施例中，下降沿觸發電路10可采用任意實現其功能的邏輯電路實現，在一 優選實施中，下降沿觸發電路10包括下降沿檢測模塊11、開關輸出模塊12及穩壓模塊13,所 述下降沿檢測模塊11的檢測端為所述下降沿觸發電路10的輸入端，所述下降沿檢測模塊11 的輸出端與所述開關輸出模塊12的受控端連接，所述開關輸出模塊12的輸出端與所述穩壓 模塊13的輸入端連接，所述穩壓模塊13的輸出端為所述下降沿觸發電路10的輸出端。
[0048]其中，所述下降沿檢測模塊11用于在檢測到所述IGBT驅動信號輸入電路5輸入的 IGBT驅動信號處于下降沿時，控制所述開關輸出模塊12開啟；所述開關輸出模塊12用于在 開啟時，輸出第一電壓信號;所述穩壓模塊13，用于對所述開關輸出模塊12輸出的第一電壓 信號的幅值進行限定，以輸出所述下降沿脈沖信號。
[0049] 優選地，上述下降沿檢測模塊11包括第一二極管Dl、第一電阻Rl、第二電阻R2、第 一電容Cl及第一比較器Dl;所述第一二極管Dl的陽極為所述下降沿檢測模塊11的檢測端， 所述第一二極管Dl的陰極與所述第一電阻Rl的第一端連接，所述第一電阻Rl的第二端分別 與所述第二電阻R2的第一端、所述第一電容Cl的第一端及所述第一比較器Dl的正向輸入端 連接，所述第二電阻R2的第二端和所述第一電容Cl的第二端接地;所述第一比較器Dl的反 向輸入端輸入第一電壓基準信號，所述第一比較器Dl的輸出端為所述下降沿檢測模塊11的 輸出端。即第一電阻Rl與第二電阻R2串聯，第二電阻R2與第一電容Cl并聯，第一電阻RU第 二電阻R2和第一電容Cl的公共連接端與第一比較器Dl的正向輸入端;第二電阻R2和第一電 容Cl的另一個公共連接端接地。
[0050] 優選地，上述開關輸出模塊12包括第一開關管Q1、第三電阻R3、第四電阻R4及第一 供電電源VCCl，其中，第一開關管Ql優選為PNP三極管。所述第一開關管Ql的發射極與所述 第三電阻R3的第一端連接，所述第三電阻R3的第二端與所述第一供電電源VCCl連接，所述 第一開關管Ql的發射極與所述第三電阻R3連接的一端為所述開關輸出模塊12的受控端，所 述第一開關管Ql的集電極與所述第四電阻R4的一端連接，所述第四電阻R4的第二端接地， 所述第一開關管Ql與所述第四電阻R4互連的一端為所述開關輸出模塊(12)的輸出端，所述 第一開關管Ql的基極與所述IGBT驅動信號輸入電路5的輸出端連接。
[0051 ]優選地，上述穩壓模塊13包括鉗位電源VDD、第二二極管D2及第三二極管D3,所述 第二二極管D2的陽極為所述穩壓模塊的輸入端，所述第二二極管D2的陰極與所述第三二極 管D3的陽極連接，所述第三二極管D3的陰極與所述鉗位電源VDD連接，所述第二二極管D2與 所述第三二極管D3互連的一端為所述穩壓模塊的輸出端。其中，鉗位電源VDD和第三二極管 D3組成鉗位電路，對經第二二極管D2輸出的電源信號進行鉗位，并鉗位至一個固定電壓值 輸出，而作為下降沿觸發電路10輸出的下降沿脈沖信號。本實施例的目的是使延時控制電 路20的高電平幅值與下降沿觸發電路10的高電平幅值一致，提高控制的準確性，避免由于 開關的寄生電容充電時間不一時，通過開關輸出的電壓信號不一致，而使延時控制電路20 存在控制偏差。其中鉗位電源VDD可采用5伏電源。
[0052]結合上述下降沿檢測模塊11、開關輸出模塊12及穩壓模塊13的具體實施電路，對 三者的電路原理進行詳細說明，在IGBT驅動信號的高電平脈寬期間，第一開關管Ql的受控 端接收到IGBT驅動信號輸入電路5輸入的電平信號為也高電平，同時第一比較器Dl的正向 輸入端電壓大于其反向輸入端的基準電壓，第一比較器Dl輸出高電平信號，此時，第一開關 管Ql關斷。在IGBT驅動信號下降沿來臨（由高電平脈寬跳轉至低電平脈寬）時，第一開關管 Ql的受控端接收到IGBT驅動信號輸入電路5輸入的電平信號為低電平，此時，由于第一電容 Cl接收IGBT驅動信號輸入電路5輸入的IGBT驅動信號進行儲能，以對輸入至第一比較器Dl 的高電平脈寬進行延時，使得第一使得IGBT驅動信號下降沿來臨（由高電平脈寬跳轉至低 電平脈寬）的瞬間，第一比較器Dl的正向輸入端電壓仍然大于其反向輸入端的基準電壓，使 第一比較器Dl輸出高電平，即第一開關管Ql的發射極電平為高電平，此時，第一開關管Ql打 開，將第一供電電源VCCl輸出的電源信號輸出；經第一開關管Ql的集電極輸出的電源信號 經過穩壓模塊13中的第二二極管D2整流(通正濾負）后，輸出至第三二極管D3,控制第三二 極管D3導通，導通后，第三二極管D3的陽極電壓被鉗位，其陽極電壓為鉗位電源VDD輸出的 電壓加上二極管的壓降，鉗位后的信號即作為上述下降沿觸發電路10的下降沿脈沖信號。 [0053]此外，第一開關管Ql的基極可設置一偏置電阻R15與穩壓管Zl的陰極連接，以給第 一開關管Ql提供偏置電壓。
[0054]基于上述實施例，需要說明的是，在該下降沿觸發電路10的具體實施例中，還可進 一步設置第六電阻R6和第七電阻R7，第六電阻R6的第一端與第一供電電源VCCl連接，第二 端與第七電阻R7的第一端、第一電壓比較器的反向輸入端互連，第七電阻R7的第二端接地。 第六電阻R6和第七電阻R7對第一供電電源VCCl進行分壓而構成第一電壓基準信號。
[0055]上述實施例中，延時控制電路20可采用任意實現其功能的邏輯電路實現，在一優 選實施中，延時控制電路20包括充放電模塊21及比較模塊22。具體地，所述充放電模塊21的 輸入端為延時控制電路20的輸入端，所述充放電模塊21的輸出端與所述比較模塊22的正向 輸入端連接;所述比較模塊22的反向輸入端輸入第二基準電壓信號，所述比較模塊22的輸 出端為所述延時控制電路20的輸出端。其中，比較模塊22在充放電模塊21未接收到下降沿 觸發電路10輸出的下降沿脈沖信號時，控制模擬開關電路30開啟；在充放電模塊21接收下 降沿觸發電路10輸出的下降沿脈沖信號時，進行充電儲能，并在充電電壓高于預設電壓值 時，控制模擬開關電路30關閉；當充放電模塊21在充滿后釋放電能，通過放電過程對輸出比 較模塊22輸出的比較信號進行延時。可以理解的是，比較模塊22正向輸入端的電壓即為充 放電模塊21的放電電壓，當充放電模塊21的放電電壓高于其反向輸入端的基準電壓時，比 較模塊22輸出為高，模擬開關電路30不導通；當充放電模塊21的放電電壓低于其反向輸入 端的第二基準電壓時，比較模塊22輸出為低，模擬開關電路30導通，此時，驅動信號輸出至 IGBT，使其工作。需要說明的是，充放電模塊21開始放電至其放電電壓低于基準電壓的時間 段即為脈寬限制后的IGBT低電平脈寬時間，由于該時間較初始IGBT驅動信號的低電平脈寬 時間增長，從而保證LC振蕩過程中由高壓區間進入低壓區間后，才控制IGBT打開，避免IGBT 在LC振蕩過程中處于高壓期間打開而損壞。
[0056]優選地，上述充放電模塊21包括并聯的所述第八電阻R8和第二電容C2,以及串聯 的第九電阻R9和第三電容C3,所述第八電阻R8和第二電容C2的其中一個公共連接端為所述 充放電模塊21的輸入端，并與所述第九電阻R9的自由連接端連接，所述第八電阻R8和第二 電容C2的另一個公共連接端和所述第三電容C3的自由連接端同時接地，所述第九電阻R9和 所述第三電容C3的公共連接端為所述充放電模塊21的輸出端。本實施例中，第二電容C2和 第八電阻R8組成前級充放電電路，第三電容C3和第九電阻R9組成后級充放電電路，當下降 沿觸發電路輸出5V電源時，第二電容C2首先充電，第二電容C2充滿電后通過第八電阻R8放 電并經第九電阻R9限流后給第三電容C3充電，第三電容C3充滿電后，通過第九電阻R9放電， 該第三電容C3的充電時間非常快，可以忽略不計，因此，第三電容C3滿電至放電電壓低于預 設電壓值的這一段時間為脈寬限制后的IGBT低電平脈寬時間。其中，第二電容C2應選擇容 值大于第三電容C3。該第二電容C2-方面能夠給第三電容C3提供更多的電源，另一方面是 起隔離濾波作用，避免第三電容C3充電時受第一開關管Ql和第三二極管D3電壓波動影響。 [0057]優選地，上述比較模塊22第二供電電源VCC2,第二比較器U2,串聯在所述第二供電 電源VCC2和接地之間的第十電阻RlO和第^^一電阻Rll，以及連接在所述第二供電電源VCC2 和第二比較器U2輸出端之間的第十二電阻R12;所述第十電阻RlO和第十一電阻Rll之間的 公共連接端向所述比較模塊22的反向輸入端輸入第二基準電壓信號;所述第二比較器U2的 正向輸入端為所述比較模塊22的正向輸入端，所述第二比較器U2的輸出端為所述比較模塊 22的輸出端。其中，第十電阻RlO和第^^一電阻Rll對第二供電電源VCC2輸出的電壓進行分 壓，以構成第二比較器U2的反向基準電壓(對應第二基準電壓信號），該反向基準電壓的大 小根據LC振蕩電路的諧振頻率
大小進行相應設置。為了保護IGBT不受損壞，一般 設置充放電模塊21從其充電至其放電降低至基準電壓的時間t等于.
[0058]上述實施例中，模擬開關電路30可采用任意實現其功能的邏輯電路實現，在一優 選實施中，上述模擬開關電路30包括第三供電電源VCC3、模擬電子開關Kl及第十三電阻 R13。具體地，所述模擬電子開關Kl包括電源腳vdd、第一輸入腳si、第一輸出腳da，控制第一 輸入腳si與第一輸出腳da之間連通或者切斷的第一受控腳(a0腳和al腳)及接地腳(gnd腳 和vss腳），所述模擬電子開關Kl的電源腳vdd與所述第三供電電源VCC3連接，所述模擬電子 開關Kl的第一輸入腳Sl為所述模擬開關電路30的輸入端，所述第十三電阻Rl 3的第一端與 所述模擬電子開關Kl的第一輸入腳si連接，所述第十三電阻R13的第二端為所述模擬開關 電路30的輸出端，所述模擬電子開關Kl的第一受控腳為所述模擬開關電路30的受控端，所 述模擬電子開關Kl的接地腳(gnd腳和vss腳)接地。其中，第一受控腳包括a0腳和al腳，模擬 電子開關Kl的a0腳和al腳輸入都為高電平時，該模擬電子開關Kl的第一輸入腳si和第一輸 出腳da之間斷開，當aO腳和al腳輸入都為低電平時，該模擬電子開關Kl的第一輸入腳si和 第一輸出腳da之間連通。
[0059] 基于該實施例，上述模擬開關電路30還進一步包括推免輸出電路31，所述推免輸 出電路31的輸入端與所述模擬開關電路30輸出端連接，所述推免輸出電路31的輸出端與所 述IGBT的受驅動端連接。模擬開關電路30通過推免輸出電路31推免輸出IGBT驅動信號，驅 動IGBT，可以降低開關損耗，提高開關效率。
[0060] 具體地，推免輸出電路31包括第二開關管Q2、第三開關管Q3及第十四電阻R14,所 述第二開關管Q2的基極和第三開關管Q3的基極分別與所述模擬電子開關Kl的第一輸出腳 si連接，所述第一開關管Ql的集電極經所述第十四電阻R14與所述第三供電電源VCC3連接， 所述第一開關管Ql的發射極和第二開關管Q2的發射極互連，且該互連的一端為所述模擬開 關電路30的輸出端，用于連接IGBT;其中，第三開關管Q3的集電極接地。
[0061]基于上述所有實施例，以下結合附圖1、圖2及圖3對本實用新型IGBT驅動信號的脈 寬限制電路的電路原理進行詳細闡述：
[0062] 本實用新型IGBT驅動信號的脈寬限制電路通過IGBT驅動信號輸入電路5輸入IGBT 驅動信號并輸出，該IGBT驅動信號經過第五電阻R5及穩壓管Zl組成的穩壓電路穩壓后，穩 定為5伏。該5伏IGBT驅動信號分為三路，第一路輸送至模擬電子開關Kl的第一輸入腳si，第 二路輸送至第一開關管Ql的基極，第三路輸送至第一比較器Dl的正向輸入端，第一比較器 Dl的反向輸入端輸入由第六電阻R6和第七電阻R7對第一供電電源VCCl分壓的電壓信號，以 作為第一比較器Dl的反向基準電壓。其中，第一供電電源VCCl的電壓為8伏，鉗位電源VDD的 電壓為5伏，第二供電電源VCC2的電壓為8伏，第三供電電源VCC3的電壓為18伏。
[0063]由上可知，在IGBT驅動信號的高電平脈寬期間，第一開關管Ql的受控端則接收到 IGBT驅動信號輸入電路5輸出的電平信號也為高電平，同時第一比較器Dl的正向輸入端電 壓大于其反向輸入端的基準電壓，第一比較器Dl輸出高電平信號，此時，第一開關管Ql關 斷。在IGBT驅動信號下降沿來臨（由高電平脈寬跳轉至低電平脈寬）時，第一開關管Ql的受 控端接收到IGBT驅動信號輸入電路5輸出的電平信號為低電平，此時，由于第一電容Cl接收 IGBT驅動信號輸入電路5輸出的IGBT驅動信號進行儲能，以對輸入至第一比較器Dl的高電 平脈寬進行延時，使得第一使得IGBT驅動信號下降沿來臨（由高電平脈寬跳轉至低電平脈 寬）的瞬間，第一比較器Dl的正向輸入端電壓仍然大于其反向輸入端的基準電壓，使第一比 較器Dl輸出高電平，即第一開關管Ql的發射極電平為高電平。其中，輸入的IGBT驅動信號經 IGBT驅動信號輸入電路5及下降沿檢測模塊11處理后的波形示意圖如圖3所示;其中，Al為 輸入至IGBT驅動信號輸入電路5的IGBT驅動信號的波形曲線;A2為經Zl穩壓，第一電阻Rl和 第二電阻R2限流，第一電容Cl充放電后的IGBT驅動信號的波形曲線;A3為第六電阻和第七 電阻對第一供電電源輸出的信號進行分壓后的波形曲線;A4為經第一比較器Dl延遲輸出的 比較信號的波形曲線;A5為光標間隔，表示第一比較器Dl輸出的比較信號和經IGBT驅動信 號輸入電路5輸出的IGB T驅動信號下降沿的時間差。
[0064]當第一開關管Ql的發射極電平為高電平時，第一開關管Ql打開，第一供電電源 VCCl輸出的電源信號經過第二二極管D2整流(通正隔負）之后，由鉗位電源VDD和第三二極 管D3將其鉗位至5伏電壓，以保證前后級電路的電平幅度一致。鉗位后5伏電壓給由第八電 阻R8和第二電容C2組成的前級充放電電路和第三電容C3和第九電阻R9組成的后級充放電 電路進行充電，充滿后再進行放電。其中，經第一開關管Ql輸出的信號波形曲線和經第二電 容C2、第三電容C3充放電后的信號波形曲線如圖4所示，圖4中A6為經第一開關管Ql輸出的 信號波形曲線，圖4中A7為經第二電容C2充放電后的信號波形曲線。
[0065]在放電的過程中，第二比較器U2的正向輸入端的電壓隨放電電壓由高至低變化， 在放電電壓高于第二比較器U2的反向輸入端輸入的電壓時，第二比較器U2輸出高電平，模 擬電子開關Kl的第一輸入腳si和第一輸出腳da不導通，IGBT不工作;其中，第二比較器U2的 反向輸入端輸入的電壓由第十電阻RlO和第十一電阻Rll分壓得到；當放電電壓低于其反向 輸入端的電壓時，第二比較器U 2輸出為低，模擬電子開關K1的第一輸入腳s 1和第一輸出腳 da導通，此時，驅動信號輸出至IGBT，使其工作。其中，經第十電阻RlO和第^^一電阻Rll對第 二供電電源VCC2分壓后的波形曲線及經第二比較器U2輸出的信號波形曲線如圖5所示，圖5 中A6為經第十電阻RlO和第^^一電阻Rll對第二供電電源VCC2分壓后的波形曲線；圖5中A9 為經第九電阻R9限流、第三電容C3充放電后的信號波形曲線；圖5中AlO為經第二比較器U2 輸出的信號波形曲線，其中AlO波形曲線所示的低電平脈寬即為需要的低電平脈寬安全值， 例如10微秒，只要保證經該脈寬限制電路進行脈寬限制處理后的IGBT驅動信號的低電平脈 寬大于或者等于該低電平脈寬安全值，就能保證LC振蕩過程中由高壓區間進入低壓區間 后，才控制IGBT打開。
[0066]可以理解的是，從第三電容C3充滿電后開始放電起至其放電電壓降低至第二比較 器U2的反向基準電壓的時間段t即為脈寬限制后的IGBT低電平脈寬時間，由于該時間的增 長，使得驅動信號的低電平脈寬延長，以此保證LC振蕩過程中由高壓區間進入低壓區間后， 才控制IGBT打開，從而避免IGBT在LC振蕩電路處于高壓期間打開而損壞。
[0067]其中，圖6為IGBT驅動信號輸入脈寬異常時的波形曲線，圖7為IGBT驅動信號輸入 脈寬正常時的波形曲線。其中，All為光標，表示IGBT驅動信號的低電平脈寬大于低電平脈 寬安全值，通過該脈寬限制電路之后，其波形曲線為A12;A13為光標，表示IGBT驅動信號的 低電平脈寬低于低電平脈寬安全值，通過該脈寬限制電路調整之后，其波形曲線為A14。 [0068]此外，可進一步參考圖8中所示，圖8中A和B均為IGBT驅動信號和IGBT振蕩信號的 波形對比圖，其中A表示IGBT驅動信號的低電平脈寬出現異常(過窄）時，在LC振蕩過程中的 高壓期間就打開了 IGBT; B表示通過IGBT驅動信號的脈寬限制電路對A中IGBT驅動信號進行 低電平脈寬進行延長后的波形。圖8中nl表示IGBT振蕩波形;n2表示IGBT驅動信號；tl表示 正常低電平脈寬；t2表示異常低電平脈寬;ml表示由于IGBT驅動信號的低電平脈寬異常，在 LC振蕩過程中的高壓期間打開了 IGBT;m2表示在異常低電平脈寬上延長了t3時間后打開 IGBT。由圖8中B可知，由于在異常IGBT驅動信號的低電平脈寬t2上增加了t3時間，使得IGBT 在LC振蕩過程中處于低壓期間才被打開，由此避免IGBT的集電極電壓過高而損壞IGBT，實 現了對IGBT進行了保護。
[0069] 本實用新型還提供一種電磁加熱裝置，該電磁加熱裝置可以是電飯煲、電磁爐、電 壓力鍋等電器設備。在一實施例中，該電磁加熱裝置包括上述IGBT驅動信號的脈寬限制電 路；可以理解的是，由于在電磁加熱裝置中使用了上述IGBT驅動信號的脈寬限制電路，因 此，該電磁加熱裝置的實施例包括上述IGBT驅動信號的脈寬限制電路全部實施例的全部技 術方案，且所達到的技術效果也完全相同，在此不再贅述。
[0070] 以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍， 凡是在本實用新型的實用新型構思下，利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構 變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【主權項】
1. 一種IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，包括下降沿觸發電路、延時控制電 路、模擬開關電路，所述下降沿觸發電路的輸入端與所述IGBT驅動信號輸入電路的輸出端 連接，所述下降沿觸發電路的輸出端與所述延時控制電路的輸入端連接，所述延時控制電 路的輸出端與所述模擬開關電路的受控端連接，所述模擬開關電路的輸入端與所述IGBT驅 動信號輸入電路的輸出端連接，所述模擬開關電路的輸出端與IGBT的受驅動端連接； 所述下降沿觸發電路，用于在所述IGBT驅動信號輸入電路輸入的IGBT驅動信號處于下 降沿時，輸出下降沿脈沖信號； 所述延時控制電路，用于接收所述下降沿脈沖信號，并進行儲能和放電，在放電電壓高 于預設電壓值時，輸出第一控制信號，在放電電壓低于所述預設電壓值時，輸出第二控制信 號； 所述模擬開關電路，用于在接收到所述第一控制信號時，控制其輸入端與輸出端斷開， 停止將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT，在接收到所述第二控制信號時控制其輸入端與輸出 端接通，以將所述IGBT驅動信號輸出至IGBT。2. 如權利要求1所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述下降沿觸發電 路包括下降沿檢測模塊、開關輸出模塊及穩壓模塊，所述下降沿檢測模塊的檢測端為所述 下降沿觸發電路的輸入端，所述下降沿檢測模塊的輸出端與所述開關輸出模塊的受控端連 接，所述開關輸出模塊的輸出端與所述穩壓模塊的輸入端連接，所述穩壓模塊的輸出端為 所述下降沿觸發電路的輸出端； 其中，所述下降沿檢測模塊，用于在檢測到所述IGBT驅動信號輸入電路輸入的IGBT驅 動信號處于下降沿時，控制所述開關輸出模塊開啟； 所述開關輸出模塊，用于在開啟時，輸出第一電壓信號； 所述穩壓模塊，用于對所述開關輸出模塊輸出的第一電壓信號的幅值進行限定，以輸 出所述下降沿脈沖信號。3. 如權利要求2所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述下降沿檢測模 塊包括第一二極管、第一電阻、第二電阻、第一電容及第一比較器;所述第一二極管的陽極 為所述下降沿檢測模塊的檢測端，所述第一二極管的陰極與所述第一電阻的第一端連接， 所述第一電阻的第二端分別與所述第二電阻的第一端、所述第一電容的第一端及所述第一 比較器的正向輸入端連接，所述第二電阻的第二端和所述第一電容的第二端接地;所述第 一比較器的反向輸入端輸入第一電壓基準信號，所述第一比較器的輸出端為所述下降沿檢 測模塊的輸出端。4. 如權利要求3所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述開關輸出模塊 包括第一開關管、第三電阻、第四電阻及第一供電電源，所述第一開關管的發射極經所述第 三電阻與所述第一供電電源連接，所述第一開關管的發射極與所述第三電阻連接的一端為 所述開關輸出模塊的受控端，所述第一開關管的集電極與所述第四電阻的一端連接，所述 第四電阻的第二端接地，所述第一開關管與所述第四電阻互連的一端為所述開關輸出模塊 的輸出端，所述第一開關管的基極與所述IGBT驅動信號輸入電路的輸出端連接。5. 如權利要求2所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述穩壓模塊包括 鉗位電源、第二二極管及第三二極管，所述第二二極管的陽極為所述穩壓模塊的輸入端，所 述第二二極管的陰極與所述第三二極管的陽極連接，所述第三二極管的陰極與所述鉗位電 源連接，所述第二二極管與所述第三二極管互連的一端為所述穩壓模塊的輸出端。6. 如權利要求4所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述IGBT驅動信號 輸入電路包括用于輸入IGBT驅動信號的信號輸入端、第五電阻及穩壓管，所述第五電阻的 第一端與所述信號輸入端連接，所述第五電阻的第二端與所述穩壓管的陰極、所述第一開 關管的基極及所述第一電阻的第一端分別連接，所述穩壓管的陽極接地;所述第五電阻的 第二端與所述穩壓管的陰極互連的一端為IGBT驅動信號輸入電路的輸出端。7. 如權利要求1至6任意一項所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述 延時控制電路包括充放電模塊及比較模塊，所述充放電模塊的輸入端為延時控制電路的輸 入端，所述充放電模塊的輸出端與所述比較模塊的正向輸入端連接;所述比較模塊的反向 輸入端輸入第二基準電壓信號，所述比較模塊的輸出端為所述延時控制電路的輸出端。8. 如權利要求7所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述充放電模塊包 括并聯的第八電阻和第二電容，以及串聯的第九電阻和第三電容，所述第八電阻和第二電 容的其中一個公共連接端為所述充放電模塊的輸入端，并與所述第九電阻的自由連接端連 接，所述第八電阻和第二電容的另一個公共連接端和所述第三電容的自由連接端同時接 地，所述第九電阻和所述第三電容的公共連接端為所述充放電模塊的輸出端。9. 如權利要求7所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述比較模塊包括 第二供電電源，第二比較器，串聯在所述第二供電電源和接地之間的第十電阻和第十一電 阻，以及連接在所述第二供電電源和第二比較器輸出端之間的第十二電阻;所述第十電阻 和第十一電阻之間的公共連接端向所述比較模塊的反向輸入端輸入第二基準電壓信號;所 述第二比較器的正向輸入端為所述比較模塊的正向輸入端，所述第二比較器的輸出端為所 述比較模塊的輸出端。10. 如權利要求1至6任意一項所述的IGBT驅動信號的脈寬限制電路，其特征在于，所述 模擬開關電路包括第三供電電源、模擬電子開關及第十三電阻，所述模擬電子開關包括電 源腳、第一輸入腳、第一輸出腳，控制第一輸入腳與第一輸出腳之間連通或者切斷的第一受 控腳及接地腳，所述模擬電子開關的電源腳與所述第三供電電源連接，所述第十三電阻的 第一端與所述模擬電子開關的第一輸入腳連接，所述第十三電阻的第二端為所述模擬開關 電路的輸入端，所述模擬電子開關的第一輸出腳為所述模擬開關電路的輸出端，所述模擬 電子開關的第一受控腳為所述模擬開關電路的受控端，所述模擬電子開關的接地腳接地。11. 一種電磁加熱裝置，其特征在于，包括如權利要求1至10任意一項所述的IGBT驅動 信號的脈寬限制電路。
【文檔編號】H03K17/567GK205490469SQ201620097414
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月29日
【發明人】馬志海, 王志鋒, 陳逸凡, 區達理, 馮江平, 劉志才, 伍世潤
【申請人】佛山市順德區美的電熱電器制造有限公司, 美的集團股份有限公司