IGBT的驱动电路、半桥电磁加热电路以及电磁炉的制作方法

本实用新型涉及电路结构技术领域，尤其涉及一种IGBT的驱动电路、半桥电磁加热电路以及电磁炉。

背景技术：

电磁炉、开水炉是常见的电磁加热设备，电磁加热电路中的开关器件通常选用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)模块，为节约成本IGBT模块通常选用半桥型，通过控制上下桥臂的IGBT轮流导通，实现电磁加热电路连续、稳定的加热功能。

由于上下两桥臂中的IGBT串联连接，上桥臂的IGBT的接地端实际与下桥臂的集电极连接，与驱动上桥臂的IGBT驱动电路的接地端之间存在电位差，因此在对上下两桥臂中的IGBT进行驱动时，需进行隔离驱动。现有IGBT驱动电路中，通常采用隔离变压器来驱动上下桥臂的IGBT。但是，采用隔离变压器进行IGBT驱动时，由于变压器体积较大，因此不利于加热设备的小型化和集成化，同时隔离变压器的功耗也较大。

技术实现要素：

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本实用新型提供一种IGBT的驱动电路、半桥电磁加热电路以及电磁炉，使用较少的电子元器件，具有较简单的结构。

本实用新型一方面提供一种IGBT的驱动电路，应用于半桥电磁加热电路，包括：第一驱动单元、脉冲隔离单元和充电单元；其中，

充电单元的正电压输出端分别与脉冲隔离单元的正电压输入端和第一驱动单元的正电压输入端连接，充电单元的负电压输出端分别与脉冲隔离单元的负电压输入端和第一驱动单元的负电压输入端连接，充电单元用于为第一驱动单元和脉冲隔离单元，提供稳定的电压差；

第一驱动单元的输出端与半桥电磁加热电路中的上桥臂IGBT的栅极连接，第一驱动单元的负电压输入端与上桥臂IGBT的发射极连接，第一驱动单元的脉冲输入端与脉冲隔离单元的输出端连接；

第一驱动单元用于在第一驱动单元的脉冲输入端接收到脉冲信号时，向上桥臂IGBT发送驱动信号；

脉冲隔离单元用于在脉冲隔离单元的脉冲输入端接收到脉冲信号时，向第一驱动单元发送脉冲信号。

通过采用脉冲隔离单元将脉冲信号生成电路与第一驱动单元隔离，同时增加充电单元，为第一驱动单元和脉冲隔离单元提供稳定的电压差，且电压差中的高、低电压随着上桥臂IGBT的参考地电压的变化而变化，从而实现了上桥臂IGBT的驱动。因此，本实用新型通过增加脉冲隔离单元和充电单元即可实现上桥臂IGBT的驱动，结构简单，面积较小，且成本较低。

如上所述的IGBT的驱动电路，充电单元包括：二极管、电阻和电容；

二极管的正极与直流电源连接，二极管的负极与电阻的一端连接；

电容的一端分别与电阻的另一端、脉冲隔离单元的正电压输入端和第一驱动单元的正电压输入端连接，电容的另一端分别与脉冲隔离单元的负电压输入端和第一驱动单元的负电压输入端连接。

如上所述的IGBT的驱动电路，脉冲隔离单元为驱动型光耦电路。

如上所述的IGBT的驱动电路，第一驱动单元为推挽驱动电路。

本实用新型另一方面提供一种半桥电磁加热电路，包括如上所述的IGBT的驱动电路、第二驱动单元、下桥臂IGBT、第一谐振单元、第二谐振单元和整流滤波单元；其中，

市电电源通过整流滤波单元与上桥臂IGBT、下桥臂IGBT连接，形成供电回路，上桥臂IGBT的发射极与下桥臂IGBT的集电极连接，下桥臂IGBT的发射极接地；

第一谐振单元与上桥臂IGBT并联，第二谐振单元与下桥臂IGBT并联；

IGBT的驱动电路与上桥臂IGBT的栅极连接，向上桥臂IGBT提供驱动信号；

第二驱动单元的正电压输入端与直流电源连接，第二驱动单元的负电压输入端与下桥臂IGBT的发射极连接，第二驱动单元的输出端与下桥臂IGBT的栅极连接，第二驱动单元用于在第二驱动单元的脉冲输入端接收到脉冲信号时，向下桥臂IGBT发送驱动信号。

如上所述的半桥电磁加热电路，第一谐振单元包括电容，第二谐振单元包括电容。

本实用新型再一方面提供一种电磁炉，包括如上所述的半桥电磁加热电路和控制单元；

其中，控制单元分别与脉冲隔离单元的输入端和第二驱动单元的脉冲输入端连接；

控制单元用于轮流向脉冲隔离单元的输入端和第二驱动单元的脉冲输入端提供脉冲信号。

本实用新型的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型提供的IGBT的驱动电路实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型提供的IGBT的驱动电路实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型提供的半桥电磁加热电路实施例一的结构示意图；

图4为本实用新型提供的半桥电磁加热电路实施例二的结构示意图；

图5为本实用新型提供的电磁炉实施例一的结构示意图。

附图标记：

10—第一驱动单元； 20—脉冲隔离单元； 30—充电单元；

40—上桥臂IGBT； 50—第二驱动单元； 60—下桥臂IGBT；

70—第一谐振单元； 80—第二谐振单元； 90—整流滤波单元；

100—控制单元； 31—二极管； 32—电阻；

33—电容； 71—电容； 81—电容。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型一方面提供一种IGBT的驱动电路，图1为本实用新型提供的IGBT的驱动电路实施例一的结构示意图。如图1所示，应用于半桥电磁加热电路的IGBT的驱动电路包括：第一驱动单元10、脉冲隔离单元20和充电单元30；其中，

充电单元30的正电压输出端分别与脉冲隔离单元20的正电压输入端和第一驱动单元10的正电压输入端连接，充电单元30的负电压输出端分别与脉冲隔离单元20的负电压输入端和第一驱动单元10的负电压输入端连接，充电单元30用于为第一驱动单元10和脉冲隔离单元20，提供稳定的电压差；

第一驱动单元10的输出端与半桥电磁加热电路中的上桥臂IGBT40的栅极连接，第一驱动单元10的负电压输入端与上桥臂IGBT50的发射极连接，第一驱动单元10的脉冲输入端与脉冲隔离单元20的输出端连接；

第一驱动单元10用于在第一驱动单元10的脉冲输入端接收到脉冲信号时，向上桥臂IGBT50发送驱动信号；

脉冲隔离单元20用于在脉冲隔离单元20的脉冲输入端接收到脉冲信号时，向第一驱动单元10发送脉冲信号。

具体的，半桥电磁加热电路中，包括上下两个桥臂，两个桥臂在不同的时刻导通，使得谐振电路的不同部分分别工作，实现加热。由于上桥臂IGBT、下桥臂IGBT串联，上桥臂IGBT的接地端(即发射极)并没有实际接地，而是与下桥臂IGBT的集电极连接，与实际的地电位存在电位差。上桥臂IGBT的发射极处的电位即为为整个上桥臂IGBT的参考地电位。

由于上桥臂IGBT能够导通，依赖于施加在上桥臂IGBT的栅极与发射极间的电压存在一定的电压差，因此，当上桥臂IGBT的参考地电位的电位升高时，上桥臂IGBT的栅极、发射极的电位也应同步升高。

示例性的，第一驱动单元10的输出端与上桥臂IGBT40的脉冲输入端连接，用于向上桥臂IGBT40提供驱动，第一驱动单元10的低电压输入端与上桥臂IGBT40的发射极连接，以使第一驱动单元10的参考地电位与上桥臂IGBT40的参考地电位保持一致，此时施加在第一驱动单元10的正电压输入端的电压也应随着参考地电位的升高而升高。

充电单元30的正电压输出端分别与脉冲隔离单元20的正电压输入端和第一驱动单元10的正电压输入端连接，充电单元30的负电压输出端分别与脉冲隔离单元20的负电压输入端和第一驱动单元10的负电压输入端连接，从而使得充电单元30向第一驱动单元10和脉冲隔离单元20，提供稳定的电压差。

示例性的，充电单元30可采用任意具有充电功能的电路结构，例如电容等。

当充电单元30向第一驱动单元10提供的电压差满足要求时，充电单元30向第一驱动单元10的负电压输入端和正电压输入端的电压也应满足要求。通过将充电单元30的低电压输出端与第一驱动单元10、上桥臂IGBT40的低电压输入端连接，从而使得充电单元30的低电压输出端的电位(即充电单元30的参考地电压)，随着上桥臂IGBT40的参考地电压的升高而升高。

由于充电单元30具有充电功能，能提供稳定的电压差，因此，当充电单元30的参考地电压的电位升高，充电单元30的高电压输出端的电位同时升高，从而使得充电单元30的高电压输出端向第一驱动单元10和脉冲隔离单元20提供符合要求的高电压。

脉冲隔离单元20的输出端与第一驱动单元10的脉冲输入端连接，当脉冲隔离单元20的输入端接收到脉冲信号时，由于施加在脉冲隔离单元20上的高电压和低电压均为升高后的电压，因此，脉冲隔离单元20生成的脉冲也为电压升高后的脉冲，符合第一驱动单元10的脉冲输入端所需的电压。

脉冲隔离单元20具有隔离功能，可将接地的脉冲信号生成电路与未真正接地的第一驱动单元10、充电单元30隔离开，避免第一驱动单元10、充电单元30的参考地电压的升高而导致脉冲信号生成电路的电压被升高，导致脉冲信号生成电路损坏。

示例性的，脉冲隔离单元20可以采用任意隔离型电路结构，例如可以为光耦型驱动电路，也可以为声控型驱动电路，本实用新型对此不做限定。

本实用新型通过采用脉冲隔离单元将脉冲信号生成电路与第一驱动单元隔离，同时增加充电单元，为第一驱动单元和脉冲隔离单元提供稳定的电压差，且电压差中的高、低电压随着上桥臂IGBT的参考地电压的变化而变化，从而实现了上桥臂IGBT的驱动。因此，本实用新型通过增加脉冲隔离单元和充电单元即可实现上桥臂IGBT的驱动，结构简单，面积较小，且成本较低。

进一步，在图1所示实施例的基础上，对充电单元30的电路结构进行详细说明。

图2为本实用新型提供的IGBT的驱动电路实施例二的结构示意图，如图2所示，充电单元30包括：二极管31、电阻32和电容33；

二极管31的正极与直流电源连接，二极管31的负极与电阻32的一端连接；

电容33的一端分别与电阻32的另一端、脉冲隔离单元20的正电压输入端和第一驱动单元10的正电压输入端连接，电容33的另一端分别与脉冲隔离单元20的负电压输入端和第一驱动单元10的负电压输入端连接。

具体的，考虑到电容具有存储电能的功能，在电容所在的回路存在电源时，电源向电容充电，当电容所在的回路不存在电源时，电容向其他器件供电。

示例性的，如图2所示，充电电路30包括二极管31、电阻32和电容33，直流电源、二极管31、电阻32和电容33依次串联。其中，二极管的正极与直流电源连接，电容还与上桥臂IGBT40的发射极连接。

因此，当下桥臂IGBT导通、上桥臂IGBT40关断时，直流电源、二极管31、电阻32、电容33和下桥臂IGBT形成供电回路，直流电源的电压高于下桥臂IGBT的接地端的电压，因此，二极管31导通，直流电源通过电阻32向电容33充电，使得电容33两端的电压与直流电源相同。示例性的，直流电源的电压值可以为5伏、18伏等。该电压值大于第一驱动单元10的正、负电压输入端所需的电压差。

当上桥臂IGBT40的发射极的参考地电压升高时，电容33两端的电压同时升高，但是电容33两端的电压差仍保持为与直流电源相同。

当下桥臂IGBT关断、上桥臂IGBT40导通时，直流电源、二极管31、电阻32、电容33和下桥臂IGBT形成的供电回路断开，直流电源无法向电容33充电，此时，电容33并联在脉冲隔离单元20和第一驱动单元10的两端，形成了放电回路，电容33可向脉冲隔离单元20和第一驱动单元10提供稳定的电压差。

可选的，在上述任一实施例的基础上，第一驱动单元10可以采用推挽驱动电路。

本实用新型另一方面还提供一种半桥电磁加热电路，图3为本实用新型提供的半桥电磁加热电路实施例一的结构示意图。如图3所示，包括如图1或图2所示的IGBT的驱动电路、第二驱动单元50、下桥臂IGBT60、第一谐振单元70、第二谐振单元80和整流滤波单元90；其中，

市电电源通过整流滤波单元90与上桥臂IGBT40、下桥臂IGBT60连接，形成供电回路，上桥臂IGBT40的发射极与下桥臂IGBT60的集电极连接，下桥臂IGBT60的发射极接地；

第一谐振单元70与上桥臂IGBT40并联，第二谐振单元80与下桥臂IGBT60并联；

IGBT的驱动电路与上桥臂IGBT40的栅极连接，向上桥臂IGBT40提供驱动信号；

第二驱动单元50的正电压输入端与直流电源连接，第二驱动单元50的负电压输入端与下桥臂IGBT60的发射极连接，第二驱动单元50的输出端与下桥臂IGBT60的栅极连接，第二驱动单元50用于在第二驱动单元50的脉冲输入端接收到脉冲信号时，向下桥臂IGBT60发送驱动信号。

具体的，如图3所示，半桥电磁加热电路包括并联的第一谐振单元70和上桥臂IGBT40，以及并联的第二谐振单元80和下桥臂IGBT60，两个并联支路串联。市电电源通过整流滤波单元90转换为直流电源，直流电源向串联的两个并联支路供电。

当上桥臂IGBT40导通、下桥臂IGBT60关断时，整流后的市电电源、上桥臂IGBT40、第二谐振单元80串联，形成供电回路，第二谐振单元80发热进行工作。当上桥臂IGBT40关断、下桥臂IGBT60导通时，整流后的市电电源、第一谐振单元70、下桥臂IGBT60串联，形成供电回路，第一谐振单元70发热进行工作。

由于下桥臂IGBT60的发射极直接接地，其参考地电压与提供脉冲信号的脉冲信号生成电路的参考地电压相同，因可将第二驱动单元50的正电压输入端与直流电源连接，第二驱动单元50的负电压输入端与下桥臂IGBT60的发射极连接，即接地。第二驱动单元50的输出端与下桥臂IGBT60的栅极连接，当第二驱动单元50的脉冲输入端接收到脉冲信号时，向下桥臂IGBT60发送驱动信号。

示例性的，整流滤波单元90可以由整流桥和滤波器件构成。整流滤波单元90用于实现将交流电源转化为直流电源，并滤除干扰信号，保护电路。示例性的，市电电源通常为220伏的交流电压。

可选的，在图3所示实施例的基础上，图4为本实用新型提供的半桥电磁加热电路实施例二的结构示意图。如图4所示，第一谐振单元70包括电容71，第二谐振单元80包括电容81。

本实用新型再一方面还提供一种电磁炉，图5为本实用新型提供的电磁炉实施例一的结构示意图。如图5所示，电磁炉包括如图3或图4的半桥电磁加热电路和控制单元100；

控制单元100分别与脉冲隔离单元20的输入端和第二驱动单元50的脉冲输入端连接；

控制单元100用于轮流向脉冲隔离单元20的输入端和第二驱动单元50的脉冲输入端提供脉冲信号。

示例性的，控制单元100控制上桥臂IGBT40和下桥臂IGBT60轮流导通，具体的，首先控制下桥臂IGBT60导通，再控制上桥臂IGBT40导通。

具体的，控制单元100分别与脉冲隔离单元20的输入端和第二驱动单元50的脉冲输入端连接，轮流向脉冲隔离单元20的输入端和第二驱动单元50的脉冲输入端提供脉冲信号。

当控制单元100向第二驱动单元50发送脉冲信号，第二驱动单元50驱动下桥臂IGBT60导通，此时，上桥臂40断开，整流后的市电电源流经第一谐振单元70和下桥臂IGBT60，而且充电单元30通过下桥臂60接地，形成充电回路，充电单元30开始充电。

当控制单元100向脉冲隔离单元20发送脉冲信号，下桥臂IGBT60断开，充电单元30的充电回路断开，充电单元30向脉冲隔离单元20和第一驱动单元10提供稳定的电压差，脉冲隔离单元20根据充电单元30提供的电压向第一驱动单元10提供脉冲信号，第一驱动单元10根据脉冲信号向上桥臂IGBT40提供驱动，驱动上桥臂IGBT40导通，此时，整流后的市电电源流经上桥臂IGBT40和第二谐振单元80。

具体的，控制单元100控制上桥臂IGBT40和下桥臂IGBT60轮流导通的时间具体根据充电单元30保持稳定的电压差的能力决定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。