专利名称：一种半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路的制作方法
技术领域：
本发明属于感应加热电路的电路保护技术领域，特别涉及一种通过电流相 位检测来实现对半桥感应加热电路的功率开关管进行保护的电路。
背景技术：
半桥式感应加热电路是当前感应加热技术领域内最常用的一种拓扑结构， 主要由两个功率开关管和谐振电容组成。该技术拓扑结构简单，控制方式灵活， 工作效率高。但是该技术所采用一般都是功率高、电流大的电路，最主要是其 中的功率开关管都是在零电流、零电压条件下开始工作的。而如果其中一个功 率开关管是在电流自然降为零时再关断的话，那么另一个开关管的开通就不是 在零电流，零电压条件下实现的，于是在大电流工作条件下，功率开关管损耗 大，温升高，严重时会导致功率开关管烧掉。
现有技术中，半桥式感应加热的稳定工作需要很多保护电路来保证，现有 的保护电路包括峰值电流保护电路，频率跟踪保护电路等等，但是还没有出现 电流鉴相电路，以确保功率开关管在电流自然降为零之前被强制关断。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中的不足，在现有半桥式感应加热电路中 设计一种功率开关管保护电路，可以实现功率开关管在电流自然降为零之前被 强制关断，从而能更好保护功率开关管。为了解决上述技术问题，本发明包括如下技术方案 一种半桥感应加热电 路中的功率开关管保护电路，包括电流谐振电路、信号转变电路、整流电路和 组合逻辑电路，所述电流谐振电路的输出端与信号转变电路的输入端连接，信 号转变电路的输出端与整流电路输入端相连；还包括鉴相脉冲生成电路，所述 鉴相脉冲生成电路的输入端与整流电路的输出端连接，鉴相脉冲生成电路的输 出端与组合逻辑电路的输入端连接，组合逻辑电路的输出端与电流谐振电路连 接。
所述的鉴相脉冲生成电路包括相位捡测电路、同步输出电路，所述相位检 测电路和同步输出电路的输出端通过相与的逻辑关系后连接组合逻辑电路的输 入端。
所述相位检测电路包括比较器T41、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻 R44、电容C41、电容C42;比较器T41的负端分别与电阻R41、电容C41的一端 相连，电阻R41的另一端与整流电路输出端相连；电容C41的另一端分别与比 较器T41的正端，电阻R42,电阻R43，电容C42的一端相连，电阻R43与电容 C42并联后接地，电阻R42的另一端连接电源电压U1;
所述同步输出电路包括比较器T42、电阻R45、电阻R46、电容C44;比较 器T42的正端与三角锯齿波信号Uj输入端连接，比较器T42的负端分别与电阻 R45、电阻R46、电容C44的一端相连接；电阻R46另一端连接电源电压Ul，电 阻R45与电容C44并联后接地；
比较器T42的输出端与比较器T41的输出端连接后，通过电阻R44与电源 电压Ul连接，并且通过二极管D41与组合逻辑电路的输入端连接。
所述同步输出电路还包括三级管Q41，所述三级管Q41的基极与市电过零电压信号U3端连接，射极与电源地连接，集电极与比较器T42的输出端连接。 所述电流谐振电路设置的功率开关管为IGBT管或者MOSFET管。 所述的信号转变电路包括一侧连接在电流谐振电路上的电流互感器。 所述的整流电路是桥式整流电路。
所述组合逻辑电路包括电阻R51、电阻R52、'电容C53，电容C54、稳压二 极管D51和集成芯片X1;
所述集成芯片XI的3脚连接二极管D41阴极和稳压二极管D51阴极，稳压 二极管D51阳极与集成芯片XI的1脚、16脚连接后接地；集成芯片XI的2脚、 13脚、14脚与15脚彼此通过外部相连；集成芯片XI的8脚连接电源电压Ul;
电容C53、 C54并联组成一个滤波电路后其一端与集成芯片XI的12脚相连 且连接电源电压U1，电容C53、 C54的另一端分别与集成芯片XI的11脚连接后 接地；集成芯片X1的9脚、IO脚输出IGBT驱动信号，且分别通过电阻R51、 R52与电流谐振电路的输入控制引脚相连。
与现有技术相比，本发明将半桥式电流谐振电路中的交流电流信号分别依 次通过信号转变电路和整流电路后转化为直流电压信号。在鉴相脉冲生成电路 中根据期望相位设置参考电压，利用比较器让该直流电压信号与参考电压进行 比较，从而让半桥式电流谐振电路中的交流电流信号在自然降为零之前由比较 器输出一个鉴相脉冲，该鉴相脉冲在组合逻辑电路作用下，强制让半桥式电流 谐振电路中的功率开关管在电流值自然降为零之前提前关断，起到保护功率开 关管作用。这种电路实现原理简单有效,成本低，安全可靠。
图1为本发明的模块连接原理框图； 图2为本发明的连接原理图；图3为本发明具体实施例的电路连接原理图4A为本发明半桥式电流谐振电路中交流电流信号的周期为T的波形图； 图4B为本发明交流电流信号依次通过信号转变电路、整流电路后转化为
直流电压信号Up的周期为T的波形图。
具体实施例方式
如图1所示，包括半桥式电流谐振电路l、信号转变电路2、整流电路3、 鉴相脉冲生成电路4和组合逻辑电路5，其中电流谐振电路1的输出端与信号转 变电路2的输入端连接，信号转变电路2的输出端与整流电路3输入端相连， 鉴相脉冲生成电路4输入端连接整流电路3的输出端，鉴相脉冲生成电路4的 输出端连接组合逻辑电路5的输入端，组合逻辑电路5的输出端与电流谐振电 路1连接。
半桥式电流谐振电路1中有两个功率开关管，本实施例中的功率开关管采 用IGBT，各位于上下两个桥臂上。如图4A所示，假设半桥式电流谐振电路l 中每一个交流电流信号的周期为T，则上下桥臂的IGBT1、 IGBT2各工作半个 周期，即T/2。上半周期为上桥臂IGBTl工作周期,时间为0-T/2,下半周期为下 桥臂IGBT2工作周期,时间为T/2-T;
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化为直流电压信号Up,频率为交流电流信号的两倍,相位稍微滞后于交流电流信 号。前一个周期为上桥臂IGBT1工作周期,时间为0-T/2,后一个周期为下桥臂 IGBT2工作周期,时间为T/2-T。
本发明的电路作用在于让直流电压信号Up在越过零电压之前(即T/4--T/2 和3T/4—T周期时段)产生高电平脉冲信号，该脉冲信号时间要足够长,即鉴相相 位大,以实现交流电流信号在自然降为零之前强制关断IGBT,从而达到保护IGBT的作用。
如图3本发明实施例的电路原理图所示，其中半桥式电流谐振电路1、信号
转变电路2、整流电路3中的各电器元件及其逻辑连接关系是常规电路，不再赘 述。所述的鉴相脉冲生成电路4包括比较器T41，T42，电阻R41， R42， R43， R44， R45， R46， R47， 二级管D41，电容C41， C42，C43， C44,三级管Q41。
比较器T41的负端分别与电阻R41、电容C41的端相连，电阻R41的另 一端与整流电路3输出端相连；电容C41的另一端分别与比较器T41的正端， 电阻R42，电阻R43,电容C42的一端相连，电阻R43与电容C42并联后接地， 电阻R42的另一端连接开关电源U1。
比较器T41的输出端分别与电容C43、电阻R44、 二极管D41阳极、三极 管Q41集电极、比较器T42输出端相连。电容C43的另一端接地，电阻R44的 另一端连接开关电源U1， 二极管D41阴极作为鉴相脉冲输出端，三极管Q41 发射极接地。 一个市电过零电压信号U3通过电阻R47连接到三极管Q41基极。
三角锯齿波信号Uj输入到比较器T42的正端，比较器T42的负端分别与电 阻R45、R46、电容C44的一端相连接。R46另一端连接开关电源U1，电阻R45 与电容C44并联后接地。
上述组合逻辑电路5包括电阻R51， R52;电容C53， C54;稳压二极管D51 和一个集成芯片X1。
其中集成芯片XI的3脚连接二极管D41阴极和稳压二极管D51阴极，稳 压二极管D51阳极与集成芯片XI的1脚、16脚连接后接地。集成芯片X]的2 脚、13脚、14脚与15脚彼此通过外部相连。集成芯片X1的8脚连接电源电压 Ul。电容C53、 C54并联组成一个滤波电路后其一端与集成芯片X1的12脚相连且连接电源电压U1，电容C53、 C54的另一端分别与集成芯片X1的11脚连 接后接地。集成芯片X1的9脚、IO脚输出IGBT驱动信号，且分别通过电阻 R51、 R52与集成芯片IR2113的输入控制引脚相连。
只有当比较器T41、 T42正端比负端电压高时，且三极管Q41截止的条件 下，才能由电压电源U1通过电阻R44、 二级管D41输出高电平鉴相脉冲给组合 逻辑电路5中的集成芯片X1，集成芯片X1的9脚和IO脚会输出两个低电平信 号，通过电阻R51、 R52限流之后，分别传输给芯片IR2113，则IR2113会输出 两个低电平信号，使得IGBT1、 IGBT2截止，以实现交流电流信号在自然降为 零之前强制关断IGBT,从而达到保护IGBT的作用。
如果T41、 T42中的任何一个或两个中的负端比正端电压高,或三极管Q41 导通,则二级管D41输出低电平信号给组合逻辑电路5中的集成芯片X1，集成 芯片X1的9脚和10脚其中一个输出高电平信号，另一个输出低电平信号，通 过电阻R51、 R52限流之后，分别传输给芯片IR2113，贝U IR2113其中一个输出 高电平信号，另一个输出低电平信号，使得IGBT1、 IGBT2总有一个处于导通， 即正常工作状态。
比较器T42的作用是使产生该高电平鉴相脉冲的时间在T/4-T/2或3T/4-T 之间，也即直流电压信号Up在越过零电压之前。实现方法是电源电压U1通 过分压电阻R46、 R45给T42负端提供一个固定基准电压Ui， T42正端接入三 角锯齿波信号Uj。当Uj〉Ui时,电压波形处于T/4-172或3T/4-T之间,于是产生 鉴相脉冲的时间在T/4-T/2或3T/4-T之间。
比较器T41的作用是在T/4-T/2或3T/4-T之间内获取期望相位t,实现方法 是电源电压U1通过分压电阻R42、 R43给比较器T41正端提供固定基准电压Uk,负端接入直流电压信号Up。假设直流电压信号幅值为Upmax,则 Uk=0-l/3Upmax时，即可获取期望相位t。
三极管Q41的基极接入的是市电过零电压信号U3,工作频率为100HZ。该 信号的作用是不让市电电压信号过零时半桥式感应加热电路的电流鉴相装置起 作用,以免出现误保护现象。该信号出现时为高电平，时间很短,三极管Q41会导 通。大部分时间为低电平,三级管Q41截止。所以在整机工作绝大部分时间里， 三级管Q41是截止状态。
权利要求
1. 一种半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路，包括电流谐振电路(1)、信号转变电路(2)、整流电路(3)和组合逻辑电路(5)，所述电流谐振电路(1)的输出端与信号转变电路(2)的输入端连接，信号转变电路(2)的输出端与整流电路(3)输入端相连；其特征在于还包括鉴相脉冲生成电路(4)，所述鉴相脉冲生成电路(4)的输入端与整流电路(3)的输出端连接，鉴相脉冲生成电路(4)的输出端与组合逻辑电路(5)的输入端连接，组合逻辑电路(5)的输出端与电流谐振电路(1)连接。
2. 根据权利要求1所述的半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路，其特征在于所述的鉴相脉冲生成电路(4)包括相位检测电路(41)、同步输出电路(42)，所述相位检测电路(41)和同步输出电路(42)的输出端通过相与的逻辑关系后连接组合逻辑电路(5)的输入端。
3. 根据权利要求2所述的半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路，其特征在于所述相位检测电路(41)包括比较器T41、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电容C41、电容C42;比较器T41的负端分别与电阻R41、电容C41的一端相连，电阻R41的另一端与整流电路(3)输出端相连；电容C41的另一端分别与比较器T41的正端，电阻R42,电阻R43，电容C42的一端相连，电阻R43与电容C42并联后接地，电阻R42的另一端连接电源电压Ul;所述同步输出电路(42)包括比较器T42、电阻R45、电阻R46、电容C44;比较器T42的正端与三角锯齿波信号Uj输入端连接，比较器T42的负端分别与电阻R45、电阻R46、电容C44的一端相连接；电阻R46另一端连接电源电压Ul，电阻R45与电容C44并联后接地；比较器T42的输出端与比较器T41的输出端连接后，通过电阻R44与电源 电压U1连接，并且通过二极管D41与组合逻辑电路(5)的输入端连接。
4. 根据权利要求3所述的半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路，其 特征在于所述同步输出电路(42)还包括三级管Q41，所述三级管Q41的基极 与市电过零电压信号U3端连接，射极接电源地，集电极与比较器T42的输出端 连接。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的半桥感应加热电路中的功率开关管保 护电路，其特征在于所述电流谐振电路(1)设置的功率开关管为IGBT管或 者M0SFET管。
6. 根据权利要求5所述的半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路，其 特征在于所述的信号转变电路(2)包括一侧连接在电流谐振电路(1)上的 电流互感器。
7. 根据权利要求6所述的半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路，其 特征在于所述的整流电路(3)是桥式整流电路。
8. 根据权利要求7所述的半桥感应加热电路中的功率开关管保护电路，其 特征在于所述组合逻辑电路(5)包括电阻R51、电阻R52、电容C53，电容 C54、稳压二极管D51和集成芯片XI;所述集成芯片XI的3脚连接二极管D41阴极和稳压二极管D51阴极，稳压 二极管D51阳极与集成芯片XI的1脚、16脚连接后接地；集成芯片XI的2脚、 13脚、14脚与15脚彼此通过外部相连；集成芯片XI的8脚连接电源电压Ul;电容C53、C54并联后其一端与集成芯片XI的12脚相连且连接电源电压Ul，电容C53、 C54的另一端分别与集成芯片X1的11脚连接后接地；集成芯片X1 的9脚、IO脚输出IGBT驱动信号，且分别通过电阻R51、 R52与电流谐振电路 (1)输入控制引脚相连。
全文摘要
本发明属于感应加热电电路的电路保护技术领域，包括电流谐振电路、信号转变电路、整流电路和组合逻辑电路，所述电流谐振电路的输出端与信号转变电路的输入端连接，信号转变电路的输出端与整流电路输入端相连；还包括鉴相脉冲生成电路，所述鉴相脉冲生成电路的输入端与整流电路的输出端连接，鉴相脉冲生成电路的输出端与组合逻辑电路的输入端连接，组合逻辑电路的输出端与电流谐振电路连接。本发明在常规的电流谐振电路的基础上，使用信号转变电路和整流电路生成直流电压信号，再使用鉴相脉冲生成电路产生鉴相脉冲，该鉴相脉冲在组合逻辑电路的作用下，强制让电流谐振电路中的功率开关管在电流值自然降为零之前提前关断，起到保护功率开关管的作用。
文档编号H02H7/20GK101478142SQ20081022006
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年12月16日
发明者琦 晏, 毛宏建, 陈宗训 申请人:美的集团有限公司