IGBT欠压保护电路和电磁炉的制作方法

本实用新型涉及电路结构技术领域，尤其涉及一种绝缘栅双极型晶体管IGBT欠压保护电路和电磁炉。

背景技术：

电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热量直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是电磁炉中用于能源变换和传输的核心器件，IGBT正常工作是电磁炉正常使用的前提。

目前，通常使用稳压二极管来保护IGBT。具体的，在IGBT与IGBT驱动电路之间连接稳压二极管，当IGBT的驱动电压过高时，稳压二极管被击穿，使得驱动电压无法施加到IGBT上，进而使施加到IGBT上的驱动电压稳定在限定值以内，从而有效保护IGBT不被烧坏。

但是，稳压二极管只在IGBT的驱动电压过高时被击穿，其在IGBT的驱动电压过低时并不发挥任何作用，然而，根据IGBT本身的特性，当IGBT上施加的驱动电压低于安全电压时，IGBT的发热量会急剧增加，严重时将致使IGBT被烧坏，使得电磁炉不能正常工作。

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欠压保护电路和电磁炉，在IGBT的驱动电压过低时，能够有效保护IGBT不被烧坏，保证了电磁炉的正常工作。

本实用新型一方面提供一种IGBT欠压保护电路，包括：比较单元、控制单元和IGBT驱动单元；

所述比较单元的两个输入端分别与IGBT驱动电源和参考电源连接，所述比较单元的输出端与所述控制单元的控制端连接，所述控制单元的输入端与所述IGBT驱动电源连接，所述控制单元的输出端与所述IGBT驱动单元连接；

所述比较单元用于在所述IGBT驱动电源输出的IGBT驱动电压与所述参考电源输出的参考电压的比值低于预设阈值时输出欠压保护控制信号，所述控制单元用于在所述欠压保护控制信号的控制作用下控制所述IGBT驱动单元关闭，使IGBT截止。

本实用新型提供的IGBT欠压保护电路，在IGBT上施加的IGBT驱动电压过低时可使IGBT截止，能够有效保护IGBT不被烧坏，提升了IGBT的使用寿命，保证了电磁炉的正常使用。

可选的，所述比较单元还用于在所述IGBT驱动电压与所述参考电压的比值高于所述预设阈值时输出IGBT启动信号，所述控制单元用于在所述IGBT启动信号的控制作用下输出所述IGBT驱动电压并控制所述IGBT驱动单元开启，使所述IGBT导通。这样，在IGBT驱动电源输出的IGBT驱动电压为IGBT安全驱动电压时，IGBT导通，电磁炉能够正常工作。

可选的，所述IGBT欠压保护电路，还包括：与所述控制单元和所述IGBT驱动单元均连接的采集单元；

所述采集单元用于采集所述控制单元的输出电压，并在所述输出电压等于所述IGBT驱动电压时输出脉冲信号，所述IGBT驱动单元用于在接收到所述IGBT驱动电压和所述脉冲信号时开启，使所述IGBT导通，有效避免了由于比较单元故障而使控制单元作出的误操作，从而有效控制了IGBT驱动单元的工作状态，保护了IGBT不被损坏。

可选的，所述比较单元包括比较器；

所述比较器的反相输入端与第一电阻和第二电阻连接，所述第一电阻与所述IGBT驱动电源连接，所述第二电阻接地；

所述比较器的同相输入端与所述参考电源连接。

可选的，在所述IGBT欠压保护电路中，在所述IGBT驱动电源输出的IGBT驱动电压低于所述IGBT的安全电压时，所述比较器反相输入端的输入电压低于所述参考电压，也就是说，在IGBT驱动电压低于IGBT的安全电压时，比较器反相输入端的输入电压低于同相输入端的输入电压，使得比较器输出具有高阻抗特性的欠压保护控制信号，从而有效保护了IGBT不被损坏。

可选的，所述比较单元还包括连接在所述参考电源与所述比较器之间的电压维持单元；

所述电压维持单元包括第三电阻和第一电容，所述第三电阻和所述第一电容均与所述比较器的同相输入端连接，所述第三电阻与所述参考电源连接，所述第一电容接地；

所述电压维持单元用于在所述IGBT驱动电压下降至所述IGBT的安全电压之前维持所述参考电压不变。

可选的，所述控制单元包括：PNP型三极管；

所述PNP型三极管的基极与所述比较单元的输出端连接，所述PNP型三极管的发射极与所述IGBT驱动电源连接，所述PNP型三极管的集电极与所述IGBT驱动单元连接，所述基极与所述发射极之间连接有用于保护所述PNP型三极管的第四电阻。

控制单元利用了PNP型三极管的开关特性，在基极电压高于发射极电压时，使PNP型三极管截止，使得发射极电压无法流向集电极，在基极电压低于发射极电压时，使PNP型三极管导通，发射极电压流向集电极，从而IGBT驱动电压从PNP型三极管的发射极正常流向集电极。

可选的，所述IGBT驱动电压为18V，所述参考电压为5V，所述IGBT的安全电压为15V。

可选的，所述预设阈值大于等于所述IGBT的安全电压与所述参考电压的比值，所述预设阈值等于3。

本实用新型另一方面提供一种电磁炉，包括如上任意所述的IGBT欠压保护电路。

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

图1为本实用新型实施例一提供的IGBT欠压保护电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的IGBT欠压保护电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的IGBT欠压保护电路的原理图。

具体实施方式

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的IGBT欠压保护电路结构示意图。如图1所示，本实施例提供的IGBT欠压保护电路，包括：比较单元11、控制单元12和IGBT驱动单元13。

其中，该比较单元11的两个输入端分别与IGBT驱动电源14和参考电源15连接，该比较单元11的输出端与控制单元12的控制端连接，控制单元12的输入端与IGBT驱动电源14连接，控制单元12的输出端与IGBT驱动单元13连接。

具体的，比较单元11用于在IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压与参考电源15输出的参考电压的比值低于预设阈值时输出欠压保护控制信号，控制单元12用于在该欠压保护控制信号的控制作用下控制IGBT驱动单元13关闭，使IGBT(未示出)截止。

通常情况下，IGBT在安全驱动电压下工作在饱和区，集电极和发射极之间的电压均较小，IGBT在导通时的饱和压降与其栅极驱动电压有关，在集电极电流不变的情况下，IGBT的栅极驱动电压低于安全驱动电压时，IGBT将进入线性区，导通时其集电极与发射极之间的集电极-发射极压降会呈指数级急剧上升，这导致IGBT在相同的电流下，发热量急剧增加，严重时会烧坏IGBT，甚至发生爆炸。因此，亟需对IGBT设置欠压保护功能。

在实际应用中，首先将IGBT欠压保护电路的各功能单元进行连接，具体的，将比较单元11的两个输入端分别与IGBT驱动电源14和参考电源15连接，比较单元11的输出端与控制单元12的控制端连接，控制单元12的输入端与IGBT驱动电源14连接，控制单元12的输出端与IGBT驱动单元13连接，IGBT驱动单元13与IGBT连接。

值得说明的是，IGBT驱动电源14用于输出IGBT驱动电压，参考电源15用于输出参考电压。

作为一种示例，比较单元11的一种可能的功能如下：比较单元11用于比较IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压与参考电源15输出的参考电压，并且在IGBT驱动电压与参考电压的比值低于预设阈值时输出欠压保护控制信号。

可选的，控制单元12具有三个端口，作为一种示例，该控制单元12的三个端口分别是控制端、输入端和输出端。可选的，控制单元12的控制端与比较单元11的输出端连接，用于接收比较单元11输出的信号，例如，可以是欠压保护控制信号。控制单元12的输入端与IGBT驱动电源14连接，用于接收IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压；控制单元12的输出端与IGBT驱动单元13连接，用于在控制端接收到欠压保护控制信号时控制IGBT驱动单元13关闭，以使IGBT上无施加电压，从而使IGBT截止，从而在IGBT驱动电压过低时，有效保护IGBT不被烧坏，提升了IGBT的使用寿命。

本实用新型提供的IGBT欠压保护电路，通过利用比较单元比较IGBT驱动电压和参考电压，并在IGBT驱动电压与参考电压的比值低于预设阈值时输出欠压保护控制信号，以使控制单元在该欠压保护控制信号的控制作用下控制IGBT驱动单元关闭，从而在IGBT驱动电压过低时使IGBT截止，从而有效保护了IGBT不被烧坏，提升了IGBT的使用寿命，进而保证了电磁炉的正常使用。

进一步的，在图1所示实施例提供的IGBT欠压保护电路中，比较单元11还用于在IGBT驱动电压与参考电压的比值高于预设阈值时输出IGBT启动信号，相应的，上述控制单元12用于在IGBT启动信号的控制作用下输出IGBT驱动电压并控制IGBT驱动单元13开启，使IGBT导通。

具体的，作为一种示例，若比较单元11判断出IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压与参考电源15输出的参考电压的比值高于预设阈值时输出IGBT启动信号。

相应的，控制单元12的控制端接收比较单元11输出的IGBT启动信号，并且，该控制单元12则在该IGBT启动信号的控制作用下通过输出端输出控制单元12输入端接收到的IGBT驱动电压，并控制IGBT驱动单元13开启，该IGBT驱动电压施加到IGBT上，使IGBT导通，从而在IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压为IGBT安全驱动电压时，使得电磁炉能够正常工作。

实施例二

图2为本实用新型实施例二提供的IGBT欠压保护电路结构示意图。本实施例二是在上述实施例的基础上对IGBT欠压保护电路的进一步说明。如图2所示，本实施例提供的IGBT欠压保护电路，还包括：与控制单元12和IGBT驱动单元13均连接的采集单元21。

可选的，该采集单元21用于采集控制单元12的输出电压，并在该输出电压等于IGBT驱动电压时输出脉冲信号，该IGBT驱动单元13用于在接收到IGBT驱动电压和脉冲信号时开启，使IGBT导通。

可选的，采集单元21为单片机等具有采集功能的芯片。

在本实施例中，IGBT驱动单元13的开启或关闭取决于采集单元21和控制单元12的双重作用。

具体的，控制单元12接收到比较单元11输出的IGBT启动信号之后，将通过控制单元12输入端输入的IGBT驱动信号通过控制单元12的输出端输出，因此，与控制单元12和IGBT驱动单元13均连接的采集单元21可采集到控制单元12的输出电压。

一般情况下，采集单元21采集到的输出电压等于IGBT驱动电压，但是如果比较单元11的内部功能出现故障，比较单元11在IGBT驱动电压与参考电压的比值低于预设阈值时也可能输出IGBT启动信号，所以，本实施例通过采集单元21采集控制单元12的输出电压，并判断采集到的输出电压是否等于IGBT驱动电压，若输出电压等于IGBT驱动电压，采集单元21则通过可编程脉冲发生器(programme pulse generator，简称PPG)输出脉冲信号以使IGBT驱动单元13接收，但是若输出电压小于IGBT驱动电压，采集单元21将关闭脉冲信号的输出功能。所以，在IGBT驱动单元13接收到IGBT驱动电压和脉冲信号时，表明IGBT驱动电压处于安全驱动电压范围内，此时，IGBT驱动单元才开启，进而使IGBT驱动电压施加到IGBT上，进而使IGBT导通。

本实用新型实施例提供的IGBT欠压保护电路，采集单元与控制单元和IGBT驱动单元均连接，该采集单元在采集到控制单元的输出电压等于IGBT驱动电压时输出脉冲信号，使IGBT驱动单元在接收到IGBT驱动电压和脉冲信号时开启，进而使IGBT导通，有效避免了由于比较单元故障而使控制单元作出的误操作，从而有效控制了IGBT驱动单元的工作状态，保护了IGBT不被损坏。

实施例三

图3为本实用新型实施例三提供的IGBT欠压保护电路的原理图。本实施例是在上述实施例的基础上对IGBT欠压保护电路的详细说明。如图3所示，在本实施例提供的IGBT欠压保护电路中，上述比较单元11包括比较器110。

该比较器110的反相输入端1与第一电阻R1和第二电阻R2连接，第一电阻R1与IGBT驱动电源14连接，第二电阻R2接地GND；该比较器110的同相输入端2与参考电源15连接。

具体的，IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压通过第一电阻R1和第二电阻R2分压后进入比较器110的反相输入端1，参考电源15输出的参考电压输入比较器110的同相输入端2。

需要注意的是，在IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压低于IGBT的安全电压时，比较器110反相输入端1的输入电压低于参考电压。

也就是说，在IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压高于IGBT的安全电压时，经过第一电阻R1和第二电阻R2分压后进入比较器110反相输入端1的反相端电压高于比较器110同相输入端2的同相端电压，此时，比较器110的输出端3输出IGBT启动信号。实际上，该IGBT启动信号可为稳定的低电平信号，以使控制单元12在该IGBT启动信号的控制作用下控制IGBT驱动单元13开启，从而使IGBT导通。

然而，在IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压低于IGBT的安全电压时，经过第一电阻R1和第二电阻R2分压后进入比较器110反相输入端1的反相端电压低于比较器110同相输入端2的同相端电压，此时，比较器110的输出端3输出欠压保护控制信号，也即，高阻抗信号，从而使控制单元12控制IGBT驱动单元13关闭，从而使IGBT截止。

值得说明的是，本实用新型实施例为了降低IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压中携带干扰信号，通过在第一电阻R1与地GND之间连接第二电容C2来实现滤波，从而降低了干扰信号对比较器110反相输入端1输入电压的影响。

进一步的，如图3所示的IGBT欠压保护电路原理图，上述比较单元11还包括连接在参考电源15与比较器110之间的电压维持单元31。

该电压维持单元31包括第三电阻R3和第一电容C1，第三电阻R3和第一电容C1均与比较器110的同相输入端2连接，第三电阻R3与参考电源15连接，第一电容C1接地GND。

该电压维持单元31用于在IGBT驱动电压下降至IGBT的安全电压之前维持参考电源15输出的参考电压不变。

具体的，当IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压下降时，为了防止参考电源15输出的参考电压受IGBT驱动电压降低的影响，以保证IGBT驱动电压降低时参考电源15输出的参考电压稳定不变，因此，比较器110同相端电压其维持时间必须要大于比较器110反相端电压的下降时间。

本实施例通过在参考电源15与比较器110之间连接电压维持单元31用于在IGBT驱动电压下降至IGBT的安全电压之前维持参考电源15输出的参考电压不变。

具体的，由于时间常数τ＝RC，维持时间的长短与电阻和电容有关，因此，该电压维持单元31采用第三电阻R3和第一电容C1来实现，而且，第三电阻R3和第一电容C1的参数需要满足IGBT驱动电压下降至IGBT的安全电压所需的时间。

可选的，参照图3所示的IGBT欠压保护电路原理图，控制单元12包括：PNP型三极管32。

具体的，PNP型三极管32的基极b与比较单元11的输出端连接，PNP型三极管32的发射极e与IGBT驱动电源14连接，PNP型三极管32的集电极c与IGBT驱动单元13连接，基极b与发射极e之间连接有用于保护PNP型三极管32的第四电阻R4。

当比较单元11输出高阻抗特性的欠压保护控制信号时，该欠压保护控制信号流向PNP型三极管32基极b，使得PNP型三极管32基极b的电压高于发射极e的电压，PNP型三极管32处于截止状态，从PNP型三极管32发射极e输入的IGBT驱动电压无法流向PNP型三极管32的集电极c，此时，IGBT驱动单元13处于关闭状态，IGBT截止。

类似的，当比较单元11输出低电平的IGBT启动信号时，该IGBT启动信号流向PNP型三极管32基极b，此时，PNP型三极管32基极b的电压低于发射极e的电压，PNP型三极管32处于导通状态，从PNP型三极管32发射极e输入的IGBT驱动电压流向PNP型三极管32的集电极c，因此，IGBT驱动单元13接收PNP型三极管32的集电极c输出的IGBT驱动电压。

值得说明的是，PNP型三极管32在本实施例中等效于开关的作用，用于在基极b的电压高于发射极e的电压时，使PNP型三极管32截止，发射极e的电压无法流向集电极c，在基极b的电压低于发射极e的电压时，使PNP型三极管32导通，发射极e的电压可以流向集电极c。

可选的，在比较器110的输出端3与PNP型三极管32之间还连接有第五电阻R5，该第五电阻R5具有限流的作用。

本实用新型实施例提供的IGBT欠压保护电路，利用比较器检测IGBT驱动电压是否下降至IGBT的安全电压，并在IGBT驱动电压下降至IGBT的安全电压时，使PNP型三极管处于截止状态，从而使IGBT驱动单元在采集单元和PNP型三极管的共同作用下实现对IGBT的控制，从而保护了IGBT不受损坏，提升了IGBT的使用寿命。

可选的，在上述各实施例提供的IGBT欠压保护电路中，IGBT驱动电压为18V，参考电压为5V，IGBT的安全电压为15V。

值得说明的是，上述的预设阈值大于等于IGBT的安全电压与参考电压的比值。可选的，该预设阈值等于3。

具体的，当IGBT驱动电源14输出的IGBT驱动电压为18V，参考电源15输出的参考电压为5V，IGBT的安全电压为15V时，IGBT的施加电压必须维持在18V与15V之间，才能保证IGBT不被烧坏，所以，在本实施例中，预设阈值的取值应该在3至3.6之间。因此，保证IGBT不被烧坏对应的预设阈值可选等于3。

基于上述各实施例提供的IGBT欠压保护电路，本实用新型再一方面提供一种电磁炉，包括上述任意实施例中的IGBT欠压保护电路，其中IGBT欠压保护电路的具体结构、工作原理和有益效果，可参照上述任意实施例的详细描述，此处不再赘述。

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。