电磁加热烹饪系统及其功率开关管的驱动芯片的制作方法

本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片以及一种具有其的电磁加热烹饪系统。

背景技术：

相关技术中的电磁加热装置例如电磁炉，通常将康铜丝串接在igbt的e极和地之间，通过康铜丝将igbt的工作电流信号转化为电压信号，然后主控芯片内置的运算放大器对此电压信号进行放大，并进行ad采样以获取igbt的电流ad值。同时，主控芯片根据电流ad值判断电流是否超过限定值，并在超过限定值时进入过电流保护处理程序。

但是，相关技术存在的缺点是，在读取电流ad值时主控芯片做相应的软件滤波处理，例如采用多次求和算平均值的滤波方法，因此，通过读取ad值的方式进行软件判断过电流状态，存在过电流判断不准确、不及时的问题。

技术实现要素：

本发明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，本发明的一个目的在于提出一种电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片，该驱动芯片通过内部集成的电路，能够在过流发生时及时控制功率开关管关闭，防止功率开关管因过流而烧毁。

本发明的另一个目的在于提出一种电磁加热烹饪系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片，包括：电流信号接收端，所述电流信号接收端与电流采样单元相连，以接收所述电流采样单元根据流过所述功率开关管的电流生成的电流采样信号；信号放大单元，所述信号放大单元与所述电流信号接收端相连，以对所述电流采样信号进行放大处理，并输出放大后的电流采样信号；过流保护单元，所述过流保护单元与所述信号放大单元相连，以根据放大后的电流采样信号生成过流保护信号；控制信号接收端，所述控制信号接收端与控制芯片相连以接收控制芯片输出的控制信号；驱动单元，所述驱动单元分别与所述功率开关管、所述控制信号接收端和所述过流保护单元相连，所述驱动单元用于根据所述控制信号驱动所述功率开关管的开通或关断，并在接收到所述过流保护信号时驱动所述功率开关管关断。

根据本发明实施例提出的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片，通过电流信号接收端接收电流采样单元根据流过功率开关管的电流生成的电流采样信号，并通过控制信号接收端接收控制芯片输出的控制信号，然后信号放大单元对电流采样信号进行放大处理，过流保护单元根据放大后的电流采样信号生成过流保护信号，驱动单元根据控制信号驱动功率开关管的开通或关断，并在接收到过流保护信号时驱动功率开关管关断。由此，在驱动芯片内集成过电流保护功能，在过流故障发生时能够及时关断功率开关管，防止功率开关管因电流过大而烧毁。并且，在驱动芯片内集成电流采样信号放大功能，可使得电流采样信号先放大再传输，比相关技术中的先传输再放大的方式稳定性高，且不易受电磁干扰。

具体地，所述信号放大单元包括：运算放大器，所述运算放大器的正输入端与所述电流信号接收端相连；第一电阻，所述第一电阻的一端与所述运算放大器的负输入端相连，所述第一电阻的另一端接地；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述运算放大器的负输入端相连，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的输出端相连并具有第一节点，所述第一节点与所述过流保护单元相连。

具体地，所述过流保护单元包括：比较器，所述比较器的正输入端与所述信号放大单元相连，所述比较器的负输入端与参考电压提供单元相连，所述比较器的输出端与所述驱动单元相连。

进一步地，所述过流保护单元还包括：第三电阻，所述第三电阻的一端与第一预设电源相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第三电阻的另一端相连，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容与所述第三电阻之间具有第二节点，所述第二节点与所述比较器的输出端相连。

其中，所述参考电压提供单元包括串联的第四电阻和第五电阻，所述串联的第四电阻和第五电阻的一端与第一预设电源相连，所述串联的第四电阻和第五电阻的另一端接地，所述串联的第四电阻和第五电阻之间具有第三节点，所述第三节点与所述比较器的负输入端相连。

具体地，所述功率开关管为igbt，所述igbt的c极与谐振加热电路相连，所述igbt的e极接地，所述igbt的g极与所述驱动单元相连。

具体地，所述电流采样单元包括采样电阻，所述采样电阻连接在所述igbt的e极与地之间，所述采样电阻与所述igbt的e极之间的第四节点与所述电流信号接收端相连。

具体地，所述电流采样单元还包括第六电阻和第二电容，所述第六电阻连接在所述第四节点与所述电流信号接收端之间，所述第二电容的一端与所述电流信号接收端相连，所述第二电容的另一端接地。

具体地，所述驱动单元包括：信号处理器，所述信号处理器与分别与所述控制信号接 收端和所述过流保护单元相连，所述信号处理器用于对所述控制信号和所述过流保护信号进行处理以输出处理后的信号；驱动电路，所述驱动电路与所述信号处理器和所述功率开关管相连，所述驱动电路根据所述处理后的信号驱动所述功率开关管。

具体地，所述控制信号接收端包括用于接收ppg信号的ppg信号端和用于接收电压控制信号的电压控制端，其中，在所述信号处理器未接收到所述过流保护信号时，所述驱动电路根据所述ppg信号输出驱动信号至所述功率开关管，以驱动所述功率开关管开通或关断，并根据所述电压控制信号调整所述驱动信号的电压幅值，以使所述功率开关管工作在放大状态或饱和导通状态。

更具体地，在所述电磁加热烹饪系统处于启动阶段时，所述信号处理器将所述驱动信号的电压幅值调整为第一预设电压，以使所述功率开关管工作在放大状态。

或者，在所述电磁加热烹饪系统处于启动阶段时，所述信号处理器将所述驱动信号的电压幅值调整为在第一预设电压和第二预设电压之间切换的台阶电压，以使所述功率开关管相应地在放大状态和饱和导通状态之间切换。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的一种电磁加热烹饪系统，包括所述的功率开关管的驱动芯片。

根据本发明实施例提出的电磁加热烹饪系统，通过在上述的功率开关管的驱动芯片，可提升电磁加热烹饪系统的性能。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片的方框示意图；

图2是根据本发明一个实施例的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片的电路原理图；

图3是根据本发明一个实施例的电磁加热烹饪系统的电路原理图；

图4是根据本发明一个实施例的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片的方框示意图；

图5是根据本发明一个实施例的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片的驱动信号的波形示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片的驱动信号的波形示意图；

图7是根据本发明又一个实施例的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片的驱动信号的波形示意图；以及

图8是图7中台阶电压的放大示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片以及电磁加热烹饪系统。

图1是根据本发明实施例的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片的方框示意图。如图1所示，该电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片100包括：电流信号接收端11、信号放大单元12、过流保护单元13、控制信号接收端14和驱动单元15。

其中，电流信号接收端11与电流采样单元200相连，以接收电流采样单元200根据流过功率开关管300的电流生成的电流采样信号cur-in；信号放大单元12与电流信号接收端11相连，以对电流采样信号进行放大处理，并输出放大后的电流采样信号cur-out；过流保护单元13与信号放大单元12相连，以根据放大后的电流采样信号cur-out生成过流保护信号；控制信号接收端14与控制芯片400相连以接收控制芯片400输出的控制信号；驱动单元15分别与功率开关管300、控制信号接收端14和过流保护单元13相连，驱动单元15用于根据控制信号驱动功率开关管300的开通或关断，并在接收到过流保护信号时驱动功率开关管300关断。

也就是说，本发明实施例的驱动芯片100在具有驱动功能的同时，还具有电流采样信号放大功能，以及过电流保护功能。具体来说，驱动单元15可根据控制信号生成驱动信号drive，并输出驱动信号drive至功率开关管300的控制极以驱动功率开关管300的开通或关断。在驱动单元15根据控制信号驱动功率开关管300的过程中，信号放大单元12对电流采样信号cur-in进行放大处理，并输出放大后的电流采样信号cur-out至过流保护单元13，过流保护单元13在根据放大后的电流采样信号cur-out判断功率开关管300处于过电流状态时，输出过流保护信号例如高电平信号至驱动单元15，驱动单元15及时关断功率开关管300，停止输出驱动信号drive，从而防止功率开关管因过流而烧毁。

另外，如图1所示，信号放大单元12也可以与控制芯片400相连，以将放大后的电流采样信号cur-out发送给控制芯片400，这样控制芯片400可接收到来自信号放大单元12的放大后的电流采样信号cur-out，从而实现电流信号的采集，可使得电流采样信号先放大再传输，比相关技术中的先传输再放大更加稳定，且不易受电磁干扰。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，信号放大单元12包括：运算放大器amp、 第一电阻r1和第二电阻r2。

其中，运算放大器amp的正输入端与电流信号接收端11相连；第一电阻r1的一端与运算放大器amp的负输入端相连，第一电阻r1的另一端接地；第二电阻r2的一端与运算放大器amp的负输入端相连，第二电阻r2的另一端与运算放大器amp的输出端相连并具有第一节点，第一节点与过流保护单元13相连。另外，第一节点还可与控制芯片400相连。

具体来说，信号放大单元12可由运算放大器amp、第一电阻r1和第二电阻r2组成，信号放大单元12的信号放大比例为(r2+r1)/r1。也就是说，放大后的电流采样信号cur-out的电压可为电流采样信号cur-in的电压的(r2+r1)/r1倍。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，过流保护单元13包括：比较器cmp，其中，比较器cmp的正输入端与信号放大单元12即第一节点相连，比较器cmp的负输入端与参考电压提供单元16相连，比较器cmp的输出端作为过流保护单元13的输出端p1与驱动单元15相连。

进一步地，如图2所示，过流保护单元13还包括：第三电阻r3和第一电容c1。其中，第三电阻r3的一端与第一预设电源vcc相连；第一电容c1的一端与第三电阻r3的另一端相连，第一电容c1的另一端接地，第一电容c1与第三电阻r3之间具有第二节点，第二节点与比较器cmp的输出端相连。

更具体地，如图2所示，参考电压提供单元16包括串联的第四电阻r4和第五电阻r5，串联的第四电阻r4和第五电阻r5的一端与第一预设电源vcc相连，串联的第四电阻r4和第五电阻r5的另一端接地，串联的第四电阻r4和第五电阻r5之间具有第三节点，第三节点与比较器cmp的负输入端相连。

也就是说，过流保护单元13将放大后的电流采样信号cur-out与参考电压提供单元16的参考电压信号vref做比较。参考电压信号vref的电压由第四电阻r4和第五电阻r5分压得到，当cur_out的电压大于vref的电压时，比较器cmp的输出端p1输出高电平，驱动单元15判断功率开关管300处于过流状态，驱动单元15及时关断功率开关管300，停止输出驱动信号drive，从而防止功率开关管因过流而烧毁；当cur_out的电压小于或等于vref的电压时，比较器cmp的输出端p1输出低电平，驱动单元15判断功率开关管300未处于过流状态，正常驱动功率开关管300开通或关断。

具体地，在本发明的一个实施例，如图3所示，功率开关管300为igbt，igbt的c极与谐振加热电路500相连，igbt的e极接地，igbt的g极与驱动单元15相连。其中，谐振加热电路500可包括并联的谐振电容cx1和加热线圈l1，并联的谐振电容cx1和加热线圈l1的一端与滤波电感l2的一端相连，并联的谐振电容cx1和加热线圈l1的另一 端与igbt的c极相连；滤波电感l2的另一端与供电电路600相连，滤波电容cx2的一端与滤波电感l2的一端相连，滤波电容cx2的另一端接地。

进一步地，igbt的g极还与稳压管zd的阴极相连，稳压管zd的阳极接地，稳压管zd与第七电阻r7并联。

也就是说，驱动单元15的输出端连接至功率开关管300的控制极即igbt的g极，以驱动igbt开通或关断，并且，稳压管zd和下拉电阻即第七电阻r7也连接在驱动单元15的输出端上。

具体地，在本发明的一个实施例，如图3所示，电流采样单元300包括采样电阻rc，采样电阻rc连接在igbt的e极与地之间，采样电阻rc与igbt的e极之间的第四节点与电流信号接收端11相连。

进一步地，电流采样单元11还包括第六电阻r6和第二电容c2，第六电阻r6连接在第四节点与电流信号接收端11之间，第二电容c2的一端与电流信号接收端11相连，第二电容c2的另一端接地。

更具体地，采样电阻rc可采用康铜丝，采样电阻rc将流过igbt的电流信号转化为电压信号即电流采样信号cur_in，并且，第六电阻r6和第二电容c2组成滤波电路，以对电流采样信号cur_in进行滤波处理。

由此，由于实际中驱动芯片靠近电流采样单元200例如康铜丝处，且康铜丝的电阻值比较小，电流采样信号为小信号，本发明实施例将电流采样信号放大功能集成在驱动芯片100内，可使得电流采样信号先放大再传输，比相关技术中的先传输再放大更加稳定，且不易受电磁干扰。同时，在驱动芯片100内集成过电流保护功能，当功率开关管处于过电流状态时，能够及时关断功率开关管，防止功率开关管因电流过大而烧毁。

另外，需要说明的是，由于滤波电容cx2的存在，功率开关管300例如igbt在启动阶段存在硬开通现象，开通电压可能达310v(220v*3.14)，进而造成冲击电流非常大，高达150a以上，容易造成功率开关管烧毁。基于此，本发明实施例的驱动单元15在启动阶段采用低电压驱动，从而降低功率开关管启动瞬间的脉冲电流。

具体地，在本发明的一个实施例中，如图4所示，驱动单元15包括：信号处理器151和驱动电路152。

其中，信号处理器151与分别与控制信号接收端14和过流保护单元13相连，信号处理器151用于对控制信号和过流保护信号进行处理以输出处理后的信号；驱动电路152与信号处理器151和功率开关管300相连，驱动电路152根据处理后的信号驱动功率开关管300。

并且，如图3和4所示，驱动芯片100可由电源模块700提供供电电压，具体地，电 源模块700可向过流保护单元13提供第一预设电压vcc例如5v，并向驱动电路152提供第二预设电压vdd例如18v。

具体地，如图3和4所示，控制信号接收端14包括用于接收ppg信号的ppg信号端142和用于接收电压控制信号in2的电压控制端141，其中，在信号处理器151未接收到过流保护信号时，驱动电路152根据ppg信号输出驱动信号至功率开关管300，以驱动功率开关管300开通或关断，并根据电压控制信号in2调整驱动信号的电压幅值，以使功率开关管300工作在放大状态或饱和导通状态。

具体来说，当信号处理器151接收到过流保护信号时，屏蔽控制信号即ppg信号和电压控制信号in2，信号处理器151控制驱动电路152输出关断驱动信号至功率开关管300以驱动功率开关管300关断。如图6所示，当过流保护单元的输出端p1输出高电平时，驱动信号drive始终为低电平状态，即当功率开关管300处于过电流状态时，驱动信号drive为低电平，功率开关管300立即截止。

当信号处理器151未接收到过流保护信号时，信号处理器151将接收到的控制信号输出至驱动电路152，驱动电路152根据控制信号生成驱动信号drive以驱动功率开关管300开通或关断。如图5-7所示，当过流保护单元的输出端p1输出低电平时，驱动信号drive为ppg脉冲驱动信号，即当功率开关管300未处于过电流状态时，驱动信号drive为ppg脉冲驱动信号，功率开关管300在ppg脉冲的驱动下导通或关断。

由此，信号处理器151通过对控制信号例如和过流保护信号进行处理，来控制驱动电路152输出相应的驱动波形至功率开关管300，从而实现对功率开关管300的驱动。

并且，驱动电路152输出的驱动信号的电压幅值可根据电压控制信号进行调整。如图5的示例(此时过流保护单元的输出端p1输出低电平)，当ppg信号端152接收到ppg信号时，不同的电压控制信号in2对应不同电压幅值的驱动信号drive，当电压控制信号in2为高电平时，驱动电路152输出至功率开关管300的驱动信号的电压幅值为第一驱动电压v1；当电压控制信号in2为低电平时，驱动电路152输出至功率开关管300的驱动信号的电压幅值为第二驱动电压v2。其中，v1<v2，当驱动信号的电压幅值为第一驱动电压v1时,功率开关管300工作在放大状态，当驱动信号的电压幅值为第二驱动电压v2时,功率开关管300饱和导通状态即开关状态。

在本发明的一个具体示例中，7v≤v1≤12v，v2≥15v。

需要说明的是，当功率开关管300工作在放大状态时，流过功率开关管300的电流值恒定，该电流值与驱动信号的电压幅值相关。

更具体地，根据本发明的一个实施例，如图6所示，在电磁加热烹饪系统处于启动阶段时，信号处理器151将驱动信号的电压幅值调整为第一预设电压v1，以使功率开关管 300工作在放大状态。

也即是说，在电磁加热烹饪系统启动瞬间，可通过将驱动信号的电压幅值调整为放大状态对应的第一预设电压v1，以将功率开关管300的电流恒定，且保持电流值较小。具体地，如图6所示，在电磁加热烹饪系统处于启动阶段t1时，信号处理器151可将电压控制信号in2调整为高电平，当电压控制信号in2为高电平时，驱动电路152输出至功率开关管300的驱动信号的电压幅值为第一驱动电压v1，功率开关管300工作在放大状态。由此，在启动阶段，将第一预设电压v1作为驱动信号的电压幅值，可以降低功率开关管300硬开通带来的冲击电流。

在启动阶段结束后，可通过将驱动信号的电压幅值调整为放大状态对应的第二预设电压v2，维持功率开关管300的正常驱动。具体地，如图6所示，在启动阶段t1之后，信号处理器151可将电压控制信号in2调整为低电平，当电压控制信号in2为低电平时，驱动电路152输出至功率开关管300的驱动信号的电压幅值为第二驱动电压v2，功率开关管300工作在饱和导通状态。

或者，根据本发明的一个实施例，如图7和8所示，在电磁加热烹饪系统处于启动阶段时，信号处理器151将驱动信号的电压幅值调整为在第一预设电压v1和第二预设电压v2之间切换的台阶电压，以使功率开关管300相应地在放大状态和饱和导通状态之间切换。

也即是说，在电磁加热烹饪系统启动瞬间，可通过将驱动信号的电压幅值调整为放大状态对应的第一预设电压v1，以将功率开关管300的电流恒定，且保持电流值较小。具体地，如图7所示(此时过流保护单元的输出端p1输出低电平)，在电磁加热烹饪系统处于启动阶段t1时，信号处理器151可将电压控制信号in2调整为高电平，当电压控制信号in2为高电平时，驱动电路152输出至功率开关管300的驱动信号的电压幅值为台阶电压，台阶电压放大后的波形可图8所示，即先将驱动信号的电压幅值调整为第一预设电压并保持第一预设时间t1，并在第一预设时间t1后，再将驱动信号的电压幅值调整为第二预设电压v2，其中2us≤t1≤5us。由此，在启动阶段，将台阶电压作为驱动信号的电压幅值，可以降低功率开关管300硬开通带来的冲击电流。

在启动阶段结束后，可通过将驱动信号的电压幅值调整为放大状态对应的第二预设电压v2，维持功率开关管300的正常驱动。具体地，如图7所示，在启动阶段t1之后，信号处理器151可将电压控制信号in2调整为低电平，当电压控制信号in2为低电平时，驱动电路152输出至功率开关管300的驱动信号的电压幅值为第二驱动电压v2，功率开关管300工作在饱和导通状态。

由此，在驱动芯片内集成信号处理器，可实现在启动阶段采用低电压驱动功率开关管，从而降低功率开关管启动瞬间的脉冲电流。

综上，根据本发明实施例提出的电磁加热烹饪系统中功率开关管的驱动芯片，通过电流信号接收端接收电流采样单元根据流过功率开关管的电流生成的电流采样信号，并通过控制信号接收端接收控制芯片输出的控制信号，然后信号放大单元对电流采样信号进行放大处理，过流保护单元根据放大后的电流采样信号生成过流保护信号，信号处理单元根据控制信号并通过驱动单元对功率开关管进行控制，并在接收到过流保护信号时通过驱动单元控制功率开关管关断。由此，在驱动芯片内集成过电流保护功能，在过流故障发生时能够及时关断功率开关管，防止功率开关管因电流过大而烧毁。并且，在驱动芯片内集成电流采样信号放大功能，可使得电流采样信号先放大再传输，比相关技术中的先传输再放大的方式稳定性高，且不易受电磁干扰。

本发明实施例还提出了一种电磁加热烹饪系统，包括上述实施例的功率开关管的驱动芯片。

根据本发明实施例提出的电磁加热烹饪系统，通过在上述的功率开关管的驱动芯片，可提升电磁加热烹饪系统的性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，除非另有明确的限定。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。

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。

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。

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。