Igbt驱动信号的脉宽限制电路及电磁加热装置的制造方法

Igbt驱动信号的脉宽限制电路及电磁加热装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种IGBT驱动信号的脉宽限制电路及电磁加热装置，该电路包括下降沿触发电路，在IGBT驱动信号输入电路输入的IGBT驱动信号处于下降沿时，输出下降沿脉冲信号；延时控制电路，接收下降沿脉冲信号，并进行储能和放电，在放电电压高于预设电压值时，输出第一控制信号，在放电电压低于预设电压值时，输出第二控制信号；模拟开关电路，在接收到第一控制信号时，控制其输入端与输出端断开，停止将IGBT驱动信号输出至IGBT，在接收到第二控制信号时控制其输入端与输出端接通，以将IGBT驱动信号输出至IGBT。本实用新型避免了IGBT在LC振荡过程中处于高压期间打开而损坏的问题，提高了IGBT工作的安全性。
【专利说明】
IGBT驱动信号的脉宽限制电路及电磁加热装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电加热技术领域，尤其涉及一种IGBT驱动信号的脉宽限制电路及 电磁加热装置。
【背景技术】
[0002] IGBT是一种用于高压控制的开关器件。在LC振荡电路中，IGBT的集电极与LC连接， IGBT的发射极接地，IGBT的栅极与驱动电路连接。
[0003] 当LC通电时，由于LC相互充放电而产生振荡，使LC电压在高压和低压之间往复切 换。其中，通过驱动电路输出IGBT驱动信号，控制IGBT相应开启或者关闭，以避免LC电压处 于平衡，而停止振荡。
[0004] 当驱动电路输出高电平信号时，IGBT开启，控制LC振荡电路对地放电，实现复位， 此时，IGBT集电极的电位处于低电压。
[0005] 当驱动电路输出低电平信号时，IGBT关闭，LC开始充放电，这个过程中LC电压在高 压状态和低压状态之间来回切换，对应地，IGBT的集电极电位在高压状态和低压状态之间 来回切换，如果在LC高压期间打开IGBT，则有可能因其集电极电压过高，而对IGBT造成损 害。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的主要目的在于提供一种IGBT驱动信号的脉宽限制电路，旨避免IGBT 在LC振荡过程中处于高压期间打开而损坏的问题，提高IGBT工作的安全性。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型提出一种IGBT驱动信号的脉宽限制电路，该IGBT驱 动信号的脉宽限制电路包括下降沿触发电路、延时控制电路、模拟开关电路，所述下降沿触 发电路的输入端与所述IGBT驱动信号输入电路的输出端连接，所述下降沿触发电路的输出 端与所述延时控制电路的输入端连接，所述延时控制电路的输出端与所述模拟开关电路的 受控端连接，所述模拟开关电路的输入端与所述IGBT驱动信号输入电路的输出端连接，所 述模拟开关电路的输出端与IGBT的受驱动端连接；
[0008] 所述下降沿触发电路，用于在所述IGBT驱动信号输入电路输入的IGBT驱动信号处 于下降沿时，输出下降沿脉冲信号；
[0009] 所述延时控制电路，用于接收所述下降沿脉冲信号，并进行储能和放电，在放电电 压高于预设电压值时，输出第一控制信号，在放电电压低于所述预设电压值时，输出第二控 制信号；
[0010] 所述模拟开关电路，用于在接收到所述第一控制信号时，控制其输入端与输出端 断开，停止将所述IGBT驱动信号输出至IGBT，在接收到所述第二控制信号时控制其输入端 与输出端接通，以将所述IGBT驱动信号输出至IGBT。
[0011]优选地，所述下降沿触发电路包括下降沿检测模块、开关输出模块及稳压模块，所 述下降沿检测模块的检测端为所述下降沿触发电路的输入端，所述下降沿检测模块的输出 端与所述开关输出模块的受控端连接，所述开关输出模块的输出端与所述稳压模块的输入 端连接，所述稳压模块的输出端为所述下降沿触发电路的输出端；
[0012] 其中，所述下降沿检测模块，用于在检测到所述IGBT驱动信号输入电路输入的 IGBT驱动信号处于下降沿时，控制所述开关输出模块开启；
[0013] 所述开关输出模块，用于在开启时，输出第一电压信号；
[0014] 所述稳压模块，用于对所述开关输出模块输出的第一电压信号的幅值进行限定， 以输出所述下降沿脉冲信号。
[0015] 优选地，所述下降沿检测模块包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容及 第一比较器;所述第一二极管的阳极为所述下降沿检测模块的检测端，所述第一二极管的 阴极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一 端、所述第一电容的第一端及所述第一比较器的正向输入端连接，所述第二电阻的第二端 和所述第一电容的第二端接地;所述第一比较器的反向输入端输入第一电压基准信号，所 述第一比较器的输出端为所述下降沿检测模块的输出端。
[0016] 优选地，所述开关输出模块包括第一开关管、第三电阻、第四电阻及第一供电电 源，所述第一开关管的发射极经所述第三电阻与所述第一供电电源连接，所述第一开关管 的发射极与所述第三电阻连接的一端为所述开关输出模块的受控端，所述第一开关管的集 电极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第一开关管与所述第 四电阻互连的一端为所述开关输出模块的输出端，所述第一开关管的基极与所述IGBT驱动 信号输入电路的输出端连接。
[0017] 优选地，所述稳压模块包括钳位电源、第二二极管及第三二极管，所述第二二极管 的阳极为所述稳压模块的输入端，所述第二二极管的阴极与所述第三二极管的阳极连接， 所述第三二极管的阴极与所述钳位电源连接，所述第二二极管与所述第三二极管互连的一 端为所述稳压模块的输出端。
[0018]优选地，所述IGBT驱动信号输入电路包括用于输入IGBT驱动信号的信号输入端、 第五电阻及稳压管，所述第五电阻的第一端与所述信号输入端连接，所述第五电阻的第二 端与所述稳压管的阴极、所述第一开关管的基极及所述第一电阻的第一端分别连接，所述 稳压管的阳极接地;所述第五电阻的第二端与所述稳压管的阴极互连的一端为IGBT驱动信 号输入电路的输出端。
[0019] 优选地，所述延时控制电路包括充放电模块及比较模块，所述充放电模块的输入 端为延时控制电路的输入端，所述充放电模块的输出端与所述比较模块的正向输入端连 接;所述比较模块的反向输入端输入第二基准电压信号，所述比较模块的输出端为所述延 时控制电路的输出端。
[0020] 优选地，所述充放电模块包括并联的所述第八电阻和第二电容，以及串联的第九 电阻和第三电容，所述第八电阻和第二电容的其中一个公共连接端为所述充放电模块的输 入端，并与所述第九电阻的自由连接端连接，所述第八电阻和第二电容的另一个公共连接 端和所述第三电容的自由连接端同时接地，所述第九电阻和所述第三电容的公共连接端为 所述充放电模块的输出端。
[0021] 优选地，所述比较模块包括第二供电电源，第二比较器，串联在所述第二供电电源 和接地之间的第十电阻和第十一电阻，以及连接在所述第二供电电源和第二比较器输出端 之间的第十二电阻;所述第十电阻和第十一电阻之间的公共连接端向所述比较模块的反向 输入端输入第二基准电压信号;所述第二比较器的正向输入端为所述比较模块的正向输入 端，所述第二比较器的输出端为所述比较模块的输出端。
[0022]优选地，所述模拟开关电路包括第三供电电源、模拟电子开关及第十三电阻，所述 模拟电子开关包括电源脚、第一输入脚、第一输出脚，控制第一输入脚与第一输出脚之间连 通或者切断的第一受控脚及接地脚，所述模拟电子开关的电源脚与所述第三供电电源连 接，所述第十三电阻的第一端与所述模拟电子开关的第一输入脚连接，所述第十三电阻的 第二端为所述模拟开关电路的输入端，所述模拟电子开关的第一输出脚为所述模拟开关电 路的输出端，所述模拟电子开关的第一受控脚为所述模拟开关电路的受控端，所述模拟电 子开关的接地脚接地。
[0023] 本实用新型还提供一种电磁加热装置，该电磁加热装置包括如上所述的IGBT驱动 信号的脉宽限制电路，该IGBT驱动信号的脉宽限制电路包括下降沿触发电路、延时控制电 路、模拟开关电路，所述下降沿触发电路的输入端与所述IGBT驱动信号输入电路的输出端 连接，所述下降沿触发电路的输出端与所述延时控制电路的输入端连接，所述延时控制电 路的输出端与所述模拟开关电路的受控端连接，所述模拟开关电路的输入端与所述IGBT驱 动信号输入电路的输出端连接，所述模拟开关电路的输出端与IGBT的受驱动端连接;所述 下降沿触发电路，用于在所述IGBT驱动信号输入电路输入的IGBT驱动信号处于下降沿时， 输出下降沿脉冲信号;所述延时控制电路，用于接收所述下降沿脉冲信号，并进行储能和放 电，在放电电压高于预设电压值时，输出第一控制信号，在放电电压低于所述预设电压值 时，输出第二控制信号;所述模拟开关电路，用于在接收到所述第一控制信号时，控制其输 入端与输出端断开，停止将所述IGBT驱动信号输出至IGBT，在接收到所述第二控制信号时 控制其输入端与输出端接通，以将所述IGBT驱动信号输出至IGBT。
[0024]本实用新型通过下降沿触发电路确定IGBT驱动信号下降沿的开始时间，并在IGBT 驱动信号输入电路输入的IGBT驱动信号处于下降沿时，通过延时控制电路的储能和放电作 用对其进行延时控制，以增长驱动信号低电平脉宽的控制时间，以此保证LC在振荡过程中 由高压区间进入低压区间后，才控制模拟开关电路将低电平脉宽的IGBT驱动信号输出至 IGBT，保证IGBT不在LC振荡电路处于高压期间打开而损坏，从而提高了 IGBT工作的安全性。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 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的前提 下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0026]图1为本实用新型IGBT驱动信号的脉宽限制电路较佳实施例的电路框图；
[0027]图2为图1所示的IGBT驱动信号的脉宽限制电路的电路结构示意图；
[0028]图3为输入的IGBT驱动信号经IGBT驱动信号输入电路及下降沿检测模块处理后的 波形示意图；
[0029]图4为经第一开关管输出的信号波形曲线和经第二电容、第三电容充放电后的信 号波形曲线；
[0030] 图5为经第十电阻和第十一电阻对第二供电电源分压后的波形曲线及经第二比较 器输出的信号波形曲线；
[0031] 图6为IGBT驱动信号输入脉宽异常时的波形曲线；
[0032]图7为IGBT驱动信号输入脉宽正常时的波形曲线；
[0033]图8为IGBT驱动信号与IGBT振荡信号出现异常和对异常进行处理后的波形对比 图。
[0034] 附图标号说明：
[0037] 本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0038] 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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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。
[0039] 需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……） 仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如 果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0040] 另外，在本实用新型中涉及"第一"、"第二"等的描述仅用于描述目的，而不能理解 为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方 案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合 出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求 的保护范围之内。
[0041 ]本实用新型提出一种IGBT驱动信号的脉宽限制电路，用于对IGBT驱动电路输出的 驱动信号的低电平脉宽进行最小时间间隔限制，以避免IGBT在LC振荡过程中处于高压期间 打开而损坏。
[0042] 参照图1及图2,在本实用新型实施例中，该IGBT驱动信号的脉宽限制电路包括下 降沿触发电路10、延时控制电路20及模拟开关电路30。
[0043]具体地，所述下降沿触发电路10的输入端与IGBT驱动信号输入电路5的输出端连 接，所述下降沿触发电路10的输出端与所述延时控制电路20的输入端连接，所述延时控制 电路20的输出端与所述模拟开关电路30的受控端连接，所述模拟开关电路30的输入端与所 述IGBT驱动信号输入电路5的输出端连接，所述模拟开关电路30的输出端与IGBT的受驱动 端连接。
[0044]本实施例中，IGBT驱动信号输入电路5用于输入IGBT驱动信号；下降沿触发电路10 用于在所述IGBT驱动信号输入电路5输入的IGBT驱动信号处于下降沿时，输出下降沿脉冲 信号;延时控制电路20用于接收所述下降沿脉冲信号，并进行储能和放电，在放电电压高于 预设电压值时，输出第一控制信号，在放电电压低于所述预设电压值时，输出第二控制信 号;模拟开关电路30用于在接收到所述第一控制信号时，控制其输入端与输出端断开，停止 将所述IGBT驱动信号输出至IGBT，在接收到所述第二控制信号时控制其输入端与输出端接 通，以将所述IGBT驱动信号输出至IGBT。其中，延时控制电路20的放电时间可以根据其储存 的电量进行设置，即可以通过选择合适储电量的延时控制电路20来确定其放电至预设电压 值时的时间t的长短，该放电时间t为IGBT驱动信号低电平脉宽的控制时间。应当理解的是， 该时间t为在原始IGBT驱动信号低电平脉宽tl的基础上增加了t3时间，如图3所示。其中，该 t3时间具体可通过选择合适的器件，调整延时控制电路20的放电时间进行确定。该时间t3 作为保护IGBT不在LC振荡过程中处于高压期间打开而损坏的时间。为了保护IGBT不受损 坏，一般设置延时控制电路20充电至其放电电压降低至预设电压的时间t等于
，该 sVZc为输入L和C的谐振周期。
[0045] 在IGBT驱动信号输入电路5输入的IGBT驱动信号刚进入下降沿时，不立即控制 IGBT导通，而是通过延时控制电路20对其进行延时控制，以在经过一段保护时间后(延时）， 保证LC在振荡过程中由高压区间进入低压区间后才控制模拟开关电路30开启，而导通 IGBT，以此避免IGBT在LC振荡电路处于高压期间打开而损坏。进而在该驱动信号控制模拟 开关电路30时，保证IGBT不在LC振荡过程中处于高压期间打开而损坏，从而提高了 IGBT工 作的安全性。
[0046]上述实施例中，所述IGBT驱动信号输入电路包括用于输入IGBT驱动信号的信号输 入端PWM-IN、第五电阻R5及稳压管Zl，所述第五电阻R5的第一端与所述信号输入端PffM-IN 连接，所述第五电阻R5的第二端与所述稳压管Zl的阴极、所述第一开关管Ql的基极及所述 第一电阻Rl的第一端分别连接，所述稳压管Zl的阳极接地;所述第五电阻R5的第二端与所 述稳压管Zl的阴极互连的一端为IGBT驱动信号输入电路的输出端。其中，第五电阻R5及稳 压管Zl组成稳压电路对IGBT驱动信号输入电路5输入的IGBT驱动信号进行稳压。本实施例 的目的是统一后级各电路模块的输入电平幅值。
[0047]上述实施例中，下降沿触发电路10可采用任意实现其功能的逻辑电路实现，在一 优选实施中，下降沿触发电路10包括下降沿检测模块11、开关输出模块12及稳压模块13,所 述下降沿检测模块11的检测端为所述下降沿触发电路10的输入端，所述下降沿检测模块11 的输出端与所述开关输出模块12的受控端连接，所述开关输出模块12的输出端与所述稳压 模块13的输入端连接，所述稳压模块13的输出端为所述下降沿触发电路10的输出端。
[0048]其中，所述下降沿检测模块11用于在检测到所述IGBT驱动信号输入电路5输入的 IGBT驱动信号处于下降沿时，控制所述开关输出模块12开启；所述开关输出模块12用于在 开启时，输出第一电压信号;所述稳压模块13，用于对所述开关输出模块12输出的第一电压 信号的幅值进行限定，以输出所述下降沿脉冲信号。
[0049] 优选地，上述下降沿检测模块11包括第一二极管Dl、第一电阻Rl、第二电阻R2、第 一电容Cl及第一比较器Dl;所述第一二极管Dl的阳极为所述下降沿检测模块11的检测端， 所述第一二极管Dl的阴极与所述第一电阻Rl的第一端连接，所述第一电阻Rl的第二端分别 与所述第二电阻R2的第一端、所述第一电容Cl的第一端及所述第一比较器Dl的正向输入端 连接，所述第二电阻R2的第二端和所述第一电容Cl的第二端接地;所述第一比较器Dl的反 向输入端输入第一电压基准信号，所述第一比较器Dl的输出端为所述下降沿检测模块11的 输出端。即第一电阻Rl与第二电阻R2串联，第二电阻R2与第一电容Cl并联，第一电阻RU第 二电阻R2和第一电容Cl的公共连接端与第一比较器Dl的正向输入端;第二电阻R2和第一电 容Cl的另一个公共连接端接地。
[0050] 优选地，上述开关输出模块12包括第一开关管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4及第一 供电电源VCCl，其中，第一开关管Ql优选为PNP三极管。所述第一开关管Ql的发射极与所述 第三电阻R3的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一供电电源VCCl连接，所述 第一开关管Ql的发射极与所述第三电阻R3连接的一端为所述开关输出模块12的受控端，所 述第一开关管Ql的集电极与所述第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的第二端接地， 所述第一开关管Ql与所述第四电阻R4互连的一端为所述开关输出模块(12)的输出端，所述 第一开关管Ql的基极与所述IGBT驱动信号输入电路5的输出端连接。
[0051 ]优选地，上述稳压模块13包括钳位电源VDD、第二二极管D2及第三二极管D3,所述 第二二极管D2的阳极为所述稳压模块的输入端，所述第二二极管D2的阴极与所述第三二极 管D3的阳极连接，所述第三二极管D3的阴极与所述钳位电源VDD连接，所述第二二极管D2与 所述第三二极管D3互连的一端为所述稳压模块的输出端。其中，钳位电源VDD和第三二极管 D3组成钳位电路，对经第二二极管D2输出的电源信号进行钳位，并钳位至一个固定电压值 输出，而作为下降沿触发电路10输出的下降沿脉冲信号。本实施例的目的是使延时控制电 路20的高电平幅值与下降沿触发电路10的高电平幅值一致，提高控制的准确性，避免由于 开关的寄生电容充电时间不一时，通过开关输出的电压信号不一致，而使延时控制电路20 存在控制偏差。其中钳位电源VDD可采用5伏电源。
[0052]结合上述下降沿检测模块11、开关输出模块12及稳压模块13的具体实施电路，对 三者的电路原理进行详细说明，在IGBT驱动信号的高电平脉宽期间，第一开关管Ql的受控 端接收到IGBT驱动信号输入电路5输入的电平信号为也高电平，同时第一比较器Dl的正向 输入端电压大于其反向输入端的基准电压，第一比较器Dl输出高电平信号，此时，第一开关 管Ql关断。在IGBT驱动信号下降沿来临（由高电平脉宽跳转至低电平脉宽）时，第一开关管 Ql的受控端接收到IGBT驱动信号输入电路5输入的电平信号为低电平，此时，由于第一电容 Cl接收IGBT驱动信号输入电路5输入的IGBT驱动信号进行储能，以对输入至第一比较器Dl 的高电平脉宽进行延时，使得第一使得IGBT驱动信号下降沿来临（由高电平脉宽跳转至低 电平脉宽）的瞬间，第一比较器Dl的正向输入端电压仍然大于其反向输入端的基准电压，使 第一比较器Dl输出高电平，即第一开关管Ql的发射极电平为高电平，此时，第一开关管Ql打 开，将第一供电电源VCCl输出的电源信号输出；经第一开关管Ql的集电极输出的电源信号 经过稳压模块13中的第二二极管D2整流(通正滤负）后，输出至第三二极管D3,控制第三二 极管D3导通，导通后，第三二极管D3的阳极电压被钳位，其阳极电压为钳位电源VDD输出的 电压加上二极管的压降，钳位后的信号即作为上述下降沿触发电路10的下降沿脉冲信号。 [0053]此外，第一开关管Ql的基极可设置一偏置电阻R15与稳压管Zl的阴极连接，以给第 一开关管Ql提供偏置电压。
[0054]基于上述实施例，需要说明的是，在该下降沿触发电路10的具体实施例中，还可进 一步设置第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6的第一端与第一供电电源VCCl连接，第二 端与第七电阻R7的第一端、第一电压比较器的反向输入端互连，第七电阻R7的第二端接地。 第六电阻R6和第七电阻R7对第一供电电源VCCl进行分压而构成第一电压基准信号。
[0055]上述实施例中，延时控制电路20可采用任意实现其功能的逻辑电路实现，在一优 选实施中，延时控制电路20包括充放电模块21及比较模块22。具体地，所述充放电模块21的 输入端为延时控制电路20的输入端，所述充放电模块21的输出端与所述比较模块22的正向 输入端连接;所述比较模块22的反向输入端输入第二基准电压信号，所述比较模块22的输 出端为所述延时控制电路20的输出端。其中，比较模块22在充放电模块21未接收到下降沿 触发电路10输出的下降沿脉冲信号时，控制模拟开关电路30开启；在充放电模块21接收下 降沿触发电路10输出的下降沿脉冲信号时，进行充电储能，并在充电电压高于预设电压值 时，控制模拟开关电路30关闭；当充放电模块21在充满后释放电能，通过放电过程对输出比 较模块22输出的比较信号进行延时。可以理解的是，比较模块22正向输入端的电压即为充 放电模块21的放电电压，当充放电模块21的放电电压高于其反向输入端的基准电压时，比 较模块22输出为高，模拟开关电路30不导通；当充放电模块21的放电电压低于其反向输入 端的第二基准电压时，比较模块22输出为低，模拟开关电路30导通，此时，驱动信号输出至 IGBT，使其工作。需要说明的是，充放电模块21开始放电至其放电电压低于基准电压的时间 段即为脉宽限制后的IGBT低电平脉宽时间，由于该时间较初始IGBT驱动信号的低电平脉宽 时间增长，从而保证LC振荡过程中由高压区间进入低压区间后，才控制IGBT打开，避免IGBT 在LC振荡过程中处于高压期间打开而损坏。
[0056]优选地，上述充放电模块21包括并联的所述第八电阻R8和第二电容C2,以及串联 的第九电阻R9和第三电容C3,所述第八电阻R8和第二电容C2的其中一个公共连接端为所述 充放电模块21的输入端，并与所述第九电阻R9的自由连接端连接，所述第八电阻R8和第二 电容C2的另一个公共连接端和所述第三电容C3的自由连接端同时接地，所述第九电阻R9和 所述第三电容C3的公共连接端为所述充放电模块21的输出端。本实施例中，第二电容C2和 第八电阻R8组成前级充放电电路，第三电容C3和第九电阻R9组成后级充放电电路，当下降 沿触发电路输出5V电源时，第二电容C2首先充电，第二电容C2充满电后通过第八电阻R8放 电并经第九电阻R9限流后给第三电容C3充电，第三电容C3充满电后，通过第九电阻R9放电， 该第三电容C3的充电时间非常快，可以忽略不计，因此，第三电容C3满电至放电电压低于预 设电压值的这一段时间为脉宽限制后的IGBT低电平脉宽时间。其中，第二电容C2应选择容 值大于第三电容C3。该第二电容C2-方面能够给第三电容C3提供更多的电源，另一方面是 起隔离滤波作用，避免第三电容C3充电时受第一开关管Ql和第三二极管D3电压波动影响。 [0057]优选地，上述比较模块22第二供电电源VCC2,第二比较器U2,串联在所述第二供电 电源VCC2和接地之间的第十电阻RlO和第^^一电阻Rll，以及连接在所述第二供电电源VCC2 和第二比较器U2输出端之间的第十二电阻R12;所述第十电阻RlO和第十一电阻Rll之间的 公共连接端向所述比较模块22的反向输入端输入第二基准电压信号;所述第二比较器U2的 正向输入端为所述比较模块22的正向输入端，所述第二比较器U2的输出端为所述比较模块 22的输出端。其中，第十电阻RlO和第^^一电阻Rll对第二供电电源VCC2输出的电压进行分 压，以构成第二比较器U2的反向基准电压(对应第二基准电压信号），该反向基准电压的大 小根据LC振荡电路的谐振频率
大小进行相应设置。为了保护IGBT不受损坏，一般 设置充放电模块21从其充电至其放电降低至基准电压的时间t等于.
[0058]上述实施例中，模拟开关电路30可采用任意实现其功能的逻辑电路实现，在一优 选实施中，上述模拟开关电路30包括第三供电电源VCC3、模拟电子开关Kl及第十三电阻 R13。具体地，所述模拟电子开关Kl包括电源脚vdd、第一输入脚si、第一输出脚da，控制第一 输入脚si与第一输出脚da之间连通或者切断的第一受控脚(a0脚和al脚)及接地脚(gnd脚 和vss脚），所述模拟电子开关Kl的电源脚vdd与所述第三供电电源VCC3连接，所述模拟电子 开关Kl的第一输入脚Sl为所述模拟开关电路30的输入端，所述第十三电阻Rl 3的第一端与 所述模拟电子开关Kl的第一输入脚si连接，所述第十三电阻R13的第二端为所述模拟开关 电路30的输出端，所述模拟电子开关Kl的第一受控脚为所述模拟开关电路30的受控端，所 述模拟电子开关Kl的接地脚(gnd脚和vss脚)接地。其中，第一受控脚包括a0脚和al脚，模拟 电子开关Kl的a0脚和al脚输入都为高电平时，该模拟电子开关Kl的第一输入脚si和第一输 出脚da之间断开，当aO脚和al脚输入都为低电平时，该模拟电子开关Kl的第一输入脚si和 第一输出脚da之间连通。
[0059] 基于该实施例，上述模拟开关电路30还进一步包括推免输出电路31，所述推免输 出电路31的输入端与所述模拟开关电路30输出端连接，所述推免输出电路31的输出端与所 述IGBT的受驱动端连接。模拟开关电路30通过推免输出电路31推免输出IGBT驱动信号，驱 动IGBT，可以降低开关损耗，提高开关效率。
[0060] 具体地，推免输出电路31包括第二开关管Q2、第三开关管Q3及第十四电阻R14,所 述第二开关管Q2的基极和第三开关管Q3的基极分别与所述模拟电子开关Kl的第一输出脚 si连接，所述第一开关管Ql的集电极经所述第十四电阻R14与所述第三供电电源VCC3连接， 所述第一开关管Ql的发射极和第二开关管Q2的发射极互连，且该互连的一端为所述模拟开 关电路30的输出端，用于连接IGBT;其中，第三开关管Q3的集电极接地。
[0061]基于上述所有实施例，以下结合附图1、图2及图3对本实用新型IGBT驱动信号的脉 宽限制电路的电路原理进行详细阐述：
[0062] 本实用新型IGBT驱动信号的脉宽限制电路通过IGBT驱动信号输入电路5输入IGBT 驱动信号并输出，该IGBT驱动信号经过第五电阻R5及稳压管Zl组成的稳压电路稳压后，稳 定为5伏。该5伏IGBT驱动信号分为三路，第一路输送至模拟电子开关Kl的第一输入脚si，第 二路输送至第一开关管Ql的基极，第三路输送至第一比较器Dl的正向输入端，第一比较器 Dl的反向输入端输入由第六电阻R6和第七电阻R7对第一供电电源VCCl分压的电压信号，以 作为第一比较器Dl的反向基准电压。其中，第一供电电源VCCl的电压为8伏，钳位电源VDD的 电压为5伏，第二供电电源VCC2的电压为8伏，第三供电电源VCC3的电压为18伏。
[0063]由上可知，在IGBT驱动信号的高电平脉宽期间，第一开关管Ql的受控端则接收到 IGBT驱动信号输入电路5输出的电平信号也为高电平，同时第一比较器Dl的正向输入端电 压大于其反向输入端的基准电压，第一比较器Dl输出高电平信号，此时，第一开关管Ql关 断。在IGBT驱动信号下降沿来临（由高电平脉宽跳转至低电平脉宽）时，第一开关管Ql的受 控端接收到IGBT驱动信号输入电路5输出的电平信号为低电平，此时，由于第一电容Cl接收 IGBT驱动信号输入电路5输出的IGBT驱动信号进行储能，以对输入至第一比较器Dl的高电 平脉宽进行延时，使得第一使得IGBT驱动信号下降沿来临（由高电平脉宽跳转至低电平脉 宽）的瞬间，第一比较器Dl的正向输入端电压仍然大于其反向输入端的基准电压，使第一比 较器Dl输出高电平，即第一开关管Ql的发射极电平为高电平。其中，输入的IGBT驱动信号经 IGBT驱动信号输入电路5及下降沿检测模块11处理后的波形示意图如图3所示;其中，Al为 输入至IGBT驱动信号输入电路5的IGBT驱动信号的波形曲线;A2为经Zl稳压，第一电阻Rl和 第二电阻R2限流，第一电容Cl充放电后的IGBT驱动信号的波形曲线;A3为第六电阻和第七 电阻对第一供电电源输出的信号进行分压后的波形曲线;A4为经第一比较器Dl延迟输出的 比较信号的波形曲线;A5为光标间隔，表示第一比较器Dl输出的比较信号和经IGBT驱动信 号输入电路5输出的IGB T驱动信号下降沿的时间差。
[0064]当第一开关管Ql的发射极电平为高电平时，第一开关管Ql打开，第一供电电源 VCCl输出的电源信号经过第二二极管D2整流(通正隔负）之后，由钳位电源VDD和第三二极 管D3将其钳位至5伏电压，以保证前后级电路的电平幅度一致。钳位后5伏电压给由第八电 阻R8和第二电容C2组成的前级充放电电路和第三电容C3和第九电阻R9组成的后级充放电 电路进行充电，充满后再进行放电。其中，经第一开关管Ql输出的信号波形曲线和经第二电 容C2、第三电容C3充放电后的信号波形曲线如图4所示，图4中A6为经第一开关管Ql输出的 信号波形曲线，图4中A7为经第二电容C2充放电后的信号波形曲线。
[0065]在放电的过程中，第二比较器U2的正向输入端的电压随放电电压由高至低变化， 在放电电压高于第二比较器U2的反向输入端输入的电压时，第二比较器U2输出高电平，模 拟电子开关Kl的第一输入脚si和第一输出脚da不导通，IGBT不工作;其中，第二比较器U2的 反向输入端输入的电压由第十电阻RlO和第十一电阻Rll分压得到；当放电电压低于其反向 输入端的电压时，第二比较器U 2输出为低，模拟电子开关K1的第一输入脚s 1和第一输出脚 da导通，此时，驱动信号输出至IGBT，使其工作。其中，经第十电阻RlO和第^^一电阻Rll对第 二供电电源VCC2分压后的波形曲线及经第二比较器U2输出的信号波形曲线如图5所示，图5 中A6为经第十电阻RlO和第^^一电阻Rll对第二供电电源VCC2分压后的波形曲线；图5中A9 为经第九电阻R9限流、第三电容C3充放电后的信号波形曲线；图5中AlO为经第二比较器U2 输出的信号波形曲线，其中AlO波形曲线所示的低电平脉宽即为需要的低电平脉宽安全值， 例如10微秒，只要保证经该脉宽限制电路进行脉宽限制处理后的IGBT驱动信号的低电平脉 宽大于或者等于该低电平脉宽安全值，就能保证LC振荡过程中由高压区间进入低压区间 后，才控制IGBT打开。
[0066]可以理解的是，从第三电容C3充满电后开始放电起至其放电电压降低至第二比较 器U2的反向基准电压的时间段t即为脉宽限制后的IGBT低电平脉宽时间，由于该时间的增 长，使得驱动信号的低电平脉宽延长，以此保证LC振荡过程中由高压区间进入低压区间后， 才控制IGBT打开，从而避免IGBT在LC振荡电路处于高压期间打开而损坏。
[0067]其中，图6为IGBT驱动信号输入脉宽异常时的波形曲线，图7为IGBT驱动信号输入 脉宽正常时的波形曲线。其中，All为光标，表示IGBT驱动信号的低电平脉宽大于低电平脉 宽安全值，通过该脉宽限制电路之后，其波形曲线为A12;A13为光标，表示IGBT驱动信号的 低电平脉宽低于低电平脉宽安全值，通过该脉宽限制电路调整之后，其波形曲线为A14。 [0068]此外，可进一步参考图8中所示，图8中A和B均为IGBT驱动信号和IGBT振荡信号的 波形对比图，其中A表示IGBT驱动信号的低电平脉宽出现异常(过窄）时，在LC振荡过程中的 高压期间就打开了 IGBT; B表示通过IGBT驱动信号的脉宽限制电路对A中IGBT驱动信号进行 低电平脉宽进行延长后的波形。图8中nl表示IGBT振荡波形;n2表示IGBT驱动信号；tl表示 正常低电平脉宽；t2表示异常低电平脉宽;ml表示由于IGBT驱动信号的低电平脉宽异常，在 LC振荡过程中的高压期间打开了 IGBT;m2表示在异常低电平脉宽上延长了t3时间后打开 IGBT。由图8中B可知，由于在异常IGBT驱动信号的低电平脉宽t2上增加了t3时间，使得IGBT 在LC振荡过程中处于低压期间才被打开，由此避免IGBT的集电极电压过高而损坏IGBT，实 现了对IGBT进行了保护。
[0069] 本实用新型还提供一种电磁加热装置，该电磁加热装置可以是电饭煲、电磁炉、电 压力锅等电器设备。在一实施例中，该电磁加热装置包括上述IGBT驱动信号的脉宽限制电 路；可以理解的是，由于在电磁加热装置中使用了上述IGBT驱动信号的脉宽限制电路，因 此，该电磁加热装置的实施例包括上述IGBT驱动信号的脉宽限制电路全部实施例的全部技 术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0070] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围， 凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构 变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，包括下降沿触发电路、延时控制电 路、模拟开关电路，所述下降沿触发电路的输入端与所述IGBT驱动信号输入电路的输出端 连接，所述下降沿触发电路的输出端与所述延时控制电路的输入端连接，所述延时控制电 路的输出端与所述模拟开关电路的受控端连接，所述模拟开关电路的输入端与所述IGBT驱 动信号输入电路的输出端连接，所述模拟开关电路的输出端与IGBT的受驱动端连接； 所述下降沿触发电路，用于在所述IGBT驱动信号输入电路输入的IGBT驱动信号处于下 降沿时，输出下降沿脉冲信号； 所述延时控制电路，用于接收所述下降沿脉冲信号，并进行储能和放电，在放电电压高 于预设电压值时，输出第一控制信号，在放电电压低于所述预设电压值时，输出第二控制信 号； 所述模拟开关电路，用于在接收到所述第一控制信号时，控制其输入端与输出端断开， 停止将所述IGBT驱动信号输出至IGBT，在接收到所述第二控制信号时控制其输入端与输出 端接通，以将所述IGBT驱动信号输出至IGBT。2. 如权利要求1所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述下降沿触发电 路包括下降沿检测模块、开关输出模块及稳压模块，所述下降沿检测模块的检测端为所述 下降沿触发电路的输入端，所述下降沿检测模块的输出端与所述开关输出模块的受控端连 接，所述开关输出模块的输出端与所述稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端为 所述下降沿触发电路的输出端； 其中，所述下降沿检测模块，用于在检测到所述IGBT驱动信号输入电路输入的IGBT驱 动信号处于下降沿时，控制所述开关输出模块开启； 所述开关输出模块，用于在开启时，输出第一电压信号； 所述稳压模块，用于对所述开关输出模块输出的第一电压信号的幅值进行限定，以输 出所述下降沿脉冲信号。3. 如权利要求2所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述下降沿检测模 块包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容及第一比较器;所述第一二极管的阳极 为所述下降沿检测模块的检测端，所述第一二极管的阴极与所述第一电阻的第一端连接， 所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端及所述第一 比较器的正向输入端连接，所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端接地;所述第 一比较器的反向输入端输入第一电压基准信号，所述第一比较器的输出端为所述下降沿检 测模块的输出端。4. 如权利要求3所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述开关输出模块 包括第一开关管、第三电阻、第四电阻及第一供电电源，所述第一开关管的发射极经所述第 三电阻与所述第一供电电源连接，所述第一开关管的发射极与所述第三电阻连接的一端为 所述开关输出模块的受控端，所述第一开关管的集电极与所述第四电阻的一端连接，所述 第四电阻的第二端接地，所述第一开关管与所述第四电阻互连的一端为所述开关输出模块 的输出端，所述第一开关管的基极与所述IGBT驱动信号输入电路的输出端连接。5. 如权利要求2所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述稳压模块包括 钳位电源、第二二极管及第三二极管，所述第二二极管的阳极为所述稳压模块的输入端，所 述第二二极管的阴极与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与所述钳位电 源连接，所述第二二极管与所述第三二极管互连的一端为所述稳压模块的输出端。6. 如权利要求4所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述IGBT驱动信号 输入电路包括用于输入IGBT驱动信号的信号输入端、第五电阻及稳压管，所述第五电阻的 第一端与所述信号输入端连接，所述第五电阻的第二端与所述稳压管的阴极、所述第一开 关管的基极及所述第一电阻的第一端分别连接，所述稳压管的阳极接地;所述第五电阻的 第二端与所述稳压管的阴极互连的一端为IGBT驱动信号输入电路的输出端。7. 如权利要求1至6任意一项所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述 延时控制电路包括充放电模块及比较模块，所述充放电模块的输入端为延时控制电路的输 入端，所述充放电模块的输出端与所述比较模块的正向输入端连接;所述比较模块的反向 输入端输入第二基准电压信号，所述比较模块的输出端为所述延时控制电路的输出端。8. 如权利要求7所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述充放电模块包 括并联的第八电阻和第二电容，以及串联的第九电阻和第三电容，所述第八电阻和第二电 容的其中一个公共连接端为所述充放电模块的输入端，并与所述第九电阻的自由连接端连 接，所述第八电阻和第二电容的另一个公共连接端和所述第三电容的自由连接端同时接 地，所述第九电阻和所述第三电容的公共连接端为所述充放电模块的输出端。9. 如权利要求7所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述比较模块包括 第二供电电源，第二比较器，串联在所述第二供电电源和接地之间的第十电阻和第十一电 阻，以及连接在所述第二供电电源和第二比较器输出端之间的第十二电阻;所述第十电阻 和第十一电阻之间的公共连接端向所述比较模块的反向输入端输入第二基准电压信号;所 述第二比较器的正向输入端为所述比较模块的正向输入端，所述第二比较器的输出端为所 述比较模块的输出端。10. 如权利要求1至6任意一项所述的IGBT驱动信号的脉宽限制电路，其特征在于，所述 模拟开关电路包括第三供电电源、模拟电子开关及第十三电阻，所述模拟电子开关包括电 源脚、第一输入脚、第一输出脚，控制第一输入脚与第一输出脚之间连通或者切断的第一受 控脚及接地脚，所述模拟电子开关的电源脚与所述第三供电电源连接，所述第十三电阻的 第一端与所述模拟电子开关的第一输入脚连接，所述第十三电阻的第二端为所述模拟开关 电路的输入端，所述模拟电子开关的第一输出脚为所述模拟开关电路的输出端，所述模拟 电子开关的第一受控脚为所述模拟开关电路的受控端，所述模拟电子开关的接地脚接地。11. 一种电磁加热装置，其特征在于，包括如权利要求1至10任意一项所述的IGBT驱动 信号的脉宽限制电路。
【文档编号】H03K17/567GK205490469SQ201620097414
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】马志海, 王志锋, 陈逸凡, 区达理, 冯江平, 刘志才, 伍世润
【申请人】佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司, 美的集团股份有限公司