电磁炉专用芯片三级反压保护电路的制作方法

本发明涉及电磁炉技术领域，特别是涉及一种电磁炉专用芯片三级反压保护电路。

背景技术：

目前电磁炉专用芯片都带有反压保护电路(反压即igbt的c极对e极的电压，即vce)，采用此电路的目的是为了让igbt的反压vce不超过额定最大耐压(例如1200v)。

但是，目前反压保护一般只采用一级，即igbt的vce接近额定最大值时，vce的采样电压让比较器输出一个下降沿信号，此信号让mcu产生中断，在中断服务程序内适当降低ppg的脉宽，保证vce不超标。生产厂家为了提高电磁炉功率，会尽量提高vce的实际工作电压，但由于成本因素，厂家又很少选择vce耐压高的igbt。因此，通常会让igbt的vce的实际工作电压接近于额定最大电压，vce工作电压几乎没有余量。由于市电中常有浪涌电压存在，会导致vce电压异常升高。如果igbt在正常工作时vce几乎没有余量，即使很弱的浪涌信号也会使vce超过额定最大值，从而导致igbt损坏。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种既能适当提高电磁炉功率，又能在较弱的浪涌信号到来时保证igbt反压不高的电磁炉专用芯片三级反压保护电路。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种电磁炉专用芯片三级反压保护电路，包括整流滤波电路、线盘谐振和策动电路、igbt驱动电路、同步电路、浪涌信号采集电路和mcu控制芯片，其中，所述同步电路包括反压采集电路，所述mcu控制芯片包括cpu、比较器comp1、比较器comp2、比较器comp3、ppg控制电路和浪涌保护电路；

所述整流滤波电路的输入端与外部交流电源的火线和零线相连，所述整流滤波电路的第一输出端与所述线盘谐振和策动电路的第一输入端相连，所述线盘谐振和策动电路的输出端与电磁炉线盘相连；所述整流滤波电路的第二输出端通过所述浪涌信号采集电路与所述浪涌保护电路的输入端相连；

所述线盘谐振和策动电路的输出端与所述同步电路的输入端相连，所述同步电路的输出端分别与所述比较器comp1的负相输入端、所述比较器comp2的负相输入端、所述比较器comp3的负相输入端、所述ppg控制电路的第一输入端相连；所述cpu的输入端分别与所述浪涌保护电路的输出端、所述比较器comp1的输出端、所述比较器comp2的输出端、所述比较器comp3的输出端相连；所述cpu的输出端分别与所述比较器comp1的正相输入端、所述比较器comp2的正相输入端、所述比较器comp3的正相输入端、所述ppg控制电路的第二输入端相连；所述ppg控制电路的第三输入端分别与所述浪涌保护电路的输出端、所述比较器comp1的输出端、所述比较器comp2的输出端、所述比较器comp3的输出端相连；所述ppg控制电路的输出端通过所述igbt驱动电路与所述线盘谐振和策动电路的第二输入端相连。

相比于传统的电磁炉专用芯片，本申请提供的电磁炉专用芯片三级反压保护电路既能适当调高反压vce，将功率做大；又能保证在较弱的浪涌信号到来时及时降低ppg的输出，即使有小的浪涌信号也保证接下来的igbt的驱动脉宽不宽，从而也保证接下来的igbt的反压不高。即在igbt停止工作前加一级预保护，这可让igbt在适当调高vce的实际工作电压的情况下不至于因为较弱的浪涌信号而保护停机。此三级反压保护电路还有如下功能：当用户快速提锅的时候，电路负载突然降低，igbt的反压也会异常升高，可能造成igbt损坏，此三级反压保护电路能在用户快速提锅的时候迅速关断igbt，防止igbt损坏。当线盘谐振回路的参数发生突变(例如线盘谐振电容容量突然变小)的时候，igbt的反压也会异常升高，在此情况下，此三级反压保护电路能快速关断igbt，防止igbt损坏。

在其中一个实施例中，所述ppg控制电路包括ppg发生器、ppg停止电路、ppg大幅降低电路和ppg小幅降低电路，所述ppg发生器的第一输入端分别与所述ppg停止电路的输出端、所述ppg大幅降低电路的输出端、所述ppg小幅降低电路的输出端相连，所述ppg发生器的输出端通过所述igbt驱动电路与所述线盘谐振和策动电路的第二输入端相连；

所述cpu包括mcu核心部件和mcu中断模块，所述mcu中断模块的输入端分别与所述比较器comp1的输出端、所述比较器comp2的输出端、所述比较器comp3的输出端、所述浪涌保护电路的输出端相连，所述mcu中断模块的输出端与所述mcu核心部件的输入端相连；所述mcu核心部件的输出端分别与所述比较器comp1的正相输入端、所述比较器comp2的正相输入端、所述比较器comp3的正相输入端相连，所述ppg停止电路的第一输入端、所述ppg大幅降低电路的第一输入端、所述ppg小幅降低电路的第一输入端、所述ppg发生器的第二输入端相连；所述ppg停止电路的第二输入端分别与所述浪涌保护电路的输出端、所述比较器comp3的输出端相连；所述ppg大幅降低电路的第二输入端与所述比较器comp2的输出端相连；所述ppg小幅降低电路的第二输入端与所述比较器comp1的输出端相连；所述ppg发生器的第三输入端与所述同步电路的输出端相连。

在其中一个实施例中，所述整流滤波电路包括x电容c1、x电容c2、共模电感t1、扼流圈l2和整流桥堆bg1,所述x电容c1的第一端和所述共模电感t1的第一输入端均与所述火线相连,所述共模电感t1的第一输出端分别与所述x电容c2的第一端、所述整流桥堆bg1的第一交流输入端相连，所述整流桥堆bg1的直流输出端的正极与所述扼流圈l2的第一端相连；所述x电容c1的第二端和所述共模电感t1的第二输入端均与所述零线相连，所述共模电感t1的第二输出端分别与所述x电容c2的第二端、所述整流桥堆bg1的第二交流输入端相连，所述整流桥堆bg1的直流输出端的负极接地。

在其中一个实施例中，所述线盘谐振和策动电路包括电容c3、电容c4、电阻r1、电阻r2和igbt管q1，所述扼流圈l2的第二端分别与所述电容c3的第一端、所述电容c4的第一端、所述电磁炉线盘的第一端相连，所述电容c3的第二端接地；所述电磁炉线盘的第二端分别与所述电容c4的第二端、所述igbt管q1的集电极相连，所述igbt管q1的门极分别与所述电阻r1的第一端、所述电阻r2的第一端相连，所述电阻r1的第二端与所述igbt管q1的发射极接地。

在其中一个实施例中，所述同步电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c5和电容c6，所述电阻r3的第一端与所述电磁炉线盘的第一端，所述电阻r3的第二端分别与所述电阻r5的第一端、所述电容c5的第一端、所述电容c6的第一端、所述ppg发生器的第三输入端相连；所述电阻r4的第一端与所述电磁炉线盘的第二端相连，所述电阻r4的第二端分别与所述电阻r6的第一端、所述电容c5的第二端、所述比较器comp1的负相输入端、所述比较器comp2的负相输入端、所述比较器comp3的负相输入端、所述ppg发生器的第三输入端相连，所述电阻r5的第二端、所述电阻r6的第二端与所述电容c6的第二端均接地。

在其中一个实施例中，所述igbt驱动电路包括三极管q2、三极管q3、三极管q4、二极管d1、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c7和电解电容ec1，所述电阻r2的第二端分别与所述二极管d1的阳极、所述三极管q2的发射极、所述三极管q3的发射极相连，所述二极管d1的阴极、所述电阻r7的第一端、所述电阻r8的第一端、所述电阻r9的第一端、所述电容c7的第一端和所述电解电容ec1的正极均与18v电源相连，所述电阻r7的第二端与所述三极管q2的集电极相连，所述三极管q2的基极分别与所述电阻r8的第二端、所述三极管q3的基极、所述三极管q4的集电极相连，所述三极管q4的基极分别与所述电阻r9的第二端、所述ppg发生器的输出端相连，所述三极管q3的集电极、所述三极管q4的发射极、所述电容c7的第二端与所述电解电容ec1的负极均接地。

在其中一个实施例中，所述浪涌信号采集电路包括二极管d2、二极管d3、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c8和电容c9，所述二极管d2的阳极与所述共模电感t1的第一输出端相连，所述二极管d3的阳极与所述共模电感t1的第二输出端相连，所述二极管d2的阴极、所述二极管d3的阴极、所述电阻r10的第一端与所述电容c8的第一端共接一点，所述电阻r11的第一端分别与所述电阻r10的第二端、所述电容c8的第二端相连，所述电阻r11的第二端分别与所述电阻r12的第一端、所述电容c9的第一端、所述浪涌保护电路的输入端相连，所述电阻r12的第二端与所述电容c9的第二端接地。

附图说明

图1为一实施例中电磁炉专用芯片三级反压保护电路的结构示意图；

图2为一实施例中整流滤波电路的电路原理示意图；

图3为一实施例中线盘谐振和策动电路的电路原理示意图；

图4为一实施例中同步电路的电路原理示意图；

图5为一实施例中igbt驱动电路的电路原理示意图；

图6为一实施例中浪涌信号采集电路的电路原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

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。

参见图1，本实施例提供了一种电磁炉专用芯片三级反压保护电路，包括整流滤波电路、线盘谐振和策动电路、igbt驱动电路、同步电路、浪涌信号采集电路和mcu控制芯片，其中，同步电路包括反压采集电路，mcu控制芯片包括cpu、比较器comp1、比较器comp2、比较器comp3、ppg控制电路和浪涌保护电路；

整流滤波电路的输入端与外部交流电源的火线(l)和零线(n)相连，整流滤波电路的第一输出端与线盘谐振和策动电路的第一输入端相连，线盘谐振和策动电路的输出端与电磁炉线盘相连；整流滤波电路的第二输出端通过浪涌信号采集电路与浪涌保护电路的输入端相连；

线盘谐振和策动电路的输出端与同步电路的输入端相连，同步电路的输出端分别与比较器comp1的负相输入端、比较器comp2的负相输入端、比较器comp3的负相输入端、ppg控制电路的第一输入端相连；cpu的输入端分别与浪涌保护电路的输出端、比较器comp1的输出端、比较器comp2的输出端、比较器comp3的输出端相连；cpu的输出端分别与比较器comp1的正相输入端、比较器comp2的正相输入端、比较器comp3的正相输入端、ppg控制电路的第二输入端相连；ppg控制电路的第三输入端分别与浪涌保护电路的输出端、比较器comp1的输出端、比较器comp2的输出端、比较器comp3的输出端相连；ppg控制电路的输出端通过igbt驱动电路与线盘谐振和策动电路的第二输入端相连。

具体地，ppg控制电路包括ppg发生器、ppg停止电路、ppg大幅降低电路和ppg小幅降低电路，ppg发生器的第一输入端分别与ppg停止电路的输出端、ppg大幅降低电路的输出端、ppg小幅降低电路的输出端相连，ppg发生器的输出端通过igbt驱动电路与线盘谐振和策动电路的第二输入端相连；cpu包括mcu核心部件和mcu中断模块，mcu中断模块的输入端分别与比较器comp1的输出端、比较器comp2的输出端、比较器comp3的输出端、浪涌保护电路的输出端相连，mcu中断模块的输出端与mcu核心部件的输入端相连；mcu核心部件的输出端分别与比较器comp1的正相输入端、比较器comp2的正相输入端、比较器comp3的正相输入端相连，ppg停止电路的第一输入端、ppg大幅降低电路的第一输入端、ppg小幅降低电路的第一输入端、ppg发生器的第二输入端相连；ppg停止电路的第二输入端分别与浪涌保护电路的输出端、比较器comp3的输出端相连；ppg大幅降低电路的第二输入端与比较器comp2的输出端相连；ppg小幅降低电路的第二输入端与比较器comp1的输出端相连；ppg发生器的第三输入端与同步电路的输出端相连。

在本实施例中，比较器comp1的正相输入端接基准电压v1，比较器comp2的正相输入端接基准电压v2，比较器comp3的正相输入端接基准电压v3，并且v3>v2>v1。v1、v2、v3这三个基准电压的值由mcu核心部件控制，用户可以通过软件改变v1、v2、v3的大小。

其中，mcu核心部件可以用于控制ppg发生器脉宽的启动和停止，可以将ppg脉宽的设定值发给ppg发生器，可以调整3个比较器的正相输入端的基准电压v1、v2、v3。向ppg大幅降低电路写入ppg脉宽设定值，该ppg脉宽设定值在比较器comp3的输出的下降沿装入ppg发生器。向ppg小幅降低电路写入ppg脉宽设定值，该ppg脉宽设定值在比较器comp2的输出的下降沿装入ppg发生器；mcu核心部件还可以使能或关闭ppg停止电路，确定ppg停止电路是否能停止ppg发生器的ppg输出。

mcu中断模块用于处理来自反压保护电路的三个比较器和浪涌保护电路送过来的中断信号。

ppg小幅降低电路用于当没有浪涌信号到来时，如果ppg脉宽太宽，导致igbt的反压升高，反压采集电压v超过v1，比较器comp1输出下降沿信号送到ppg小幅降低电路，该模块将一个略低于当前ppg脉宽的值送到ppg发生器，从而小幅降低ppg脉宽；ppg大幅降低电路用于当有较弱浪涌信号到来时，反压采集电压v超过v2，比较器comp2输出下降沿信号送到ppg大幅降低电路，该模块将一个远低于当前ppg脉宽的值送到ppg发生器,从而大幅降低ppg脉宽；ppg停止电路用于当有较强浪涌信号到来、用户快速提锅或线盘谐振回路参数发生突变(例如线盘谐振电容容量突然变小)时，反压采集电压v超过v3，比较器comp3输出下降沿信号送给ppg停止电路，该模块立即切断ppg发生器的脉冲输出。

mcu控制芯片内部的三级反压保护过程如下：

当没有浪涌信号到来时，如果ppg脉宽太宽，导致igbt的反压升高，反压采集电压v超过v1，比较器comp1的输出电平出现下降沿翻转，这个下降沿信号送给ppg小幅降低电路，适当降低ppg的输出脉宽(将一个比当前ppg脉宽略低的ppg脉冲设定值送到ppg发生器)，该下降沿信号还可以作为中断信号送给mcu中断模块，mcu核心部件可在中断服务程序内适当降低ppg的输出脉宽，保证igbt的反压vce不超标；

当有较弱浪涌信号到来时，反压采集电压v超过v2，比较器comp2输出电平出现下降沿翻转，这个下降沿信号一方面送给ppg大幅降低电路，立即大幅度降低ppg输出脉宽(将一个远低于当前ppg脉宽的ppg脉冲设定值送到ppg发生器)，以让接下来的igbt的反压vce不超标。另一方面，这个下降沿信号作为中断信号送给mcu中断模块，使mcu核心部件产生中断，mcu核心部件会在较短的时间内恢复正常功率输出，在用户看来，仍然是连续加热；

当有较强浪涌信号到来、用户快速提锅或线盘谐振回路参数发生突变(例如线盘谐振电容容量突然变小)时，反压采集电压v超过v3，比较器comp3输出电平出现下降沿翻转，这个下降沿信号一方面送给ppg停止电路立即关掉ppg输出。另一方面，这个下降沿信号送给单片机的mcu中断模块，使单片机产生中断，单片机会在延时几秒后重新启动电磁加热。即当有较强的浪涌脉冲到来时，单片机会停止工作几秒钟再启动加热。

相比于传统的电磁炉专用芯片，本申请提供的电磁炉专用芯片三级反压保护电路既能适当调高反压vce，将功率做大；又能保证在较弱的浪涌信号到来时及时降低ppg的输出，即使有小的浪涌信号也保证接下来的igbt的驱动脉宽不宽，从而也保证接下来的igbt的反压不高。即在igbt停止工作前加一级预保护，这可让igbt在适当调高vce的实际工作电压的情况下不至于因为较弱的浪涌信号而保护停机。此三级反压保护电路还有如下功能：当用户快速提锅的时候，电路负载突然降低，igbt的反压也会异常升高，可能造成igbt损坏，此三级反压保护电路能在用户快速提锅的时候迅速关断igbt，防止igbt损坏。当线盘谐振回路的参数发生突变(例如线盘谐振电容容量突然变小)的时候，igbt的反压也会异常升高，在此情况下，此三级反压保护电路能快速关断igbt，防止igbt损坏。

在一个实施例中，参见图2，整流滤波电路包括x电容c1、x电容c2、共模电感t1、扼流圈l2和整流桥堆bg1,x电容c1的第一端和共模电感t1的第一输入端均与火线相连,共模电感t1的第一输出端分别与x电容c2的第一端、整流桥堆bg1的第一交流输入端相连，整流桥堆bg1的直流输出端的正极与扼流圈l2的第一端相连；x电容c1的第二端和所述共模电感t1的第二输入端均与零线相连，共模电感t1的第二输出端分别与x电容c2的第二端、整流桥堆bg1的第二交流输入端相连，整流桥堆bg1的直流输出端的负极接地。

在本实施例中，从火线(l)和零线(n)进来的市电信号经过x电容c1、共模电感t1和x电容c2形成滤波后的信号l1、n1，再经过整流桥堆bg1整流，和扼流圈l2滤波送给线盘谐振和策动电路。

在一个实施例中，参见图3，线盘谐振和策动电路包括电容c3、电容c4、电阻r1、电阻r2和igbt管q1，扼流圈l2的第二端分别与电容c3的第一端、电容c4的第一端、电磁炉线盘的第一端相连，电容c3的第二端接地；电磁炉线盘的第二端分别与电容c4的第二端、igbt管q1的集电极相连，igbt管q1的门极分别与电阻r1的第一端、电阻r2的第一端相连，电阻r1的第二端与igbt管q1的发射极接地。

在本实施例中，接在col1和col2端口的线盘与电容c4构成并联谐振电路。q1为igbt，用于给谐振回路提供能量。

在一个实施例中，参见图4，同步电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c5和电容c6，电阻r3的第一端与电磁炉线盘的第一端，电阻r3的第二端分别与电阻r5的第一端、电容c5的第一端、电容c6的第一端、ppg发生器的第三输入端相连；电阻r4的第一端与电磁炉线盘的第二端相连，电阻r4的第二端分别与电阻r6的第一端、电容c5的第二端、比较器comp1的负相输入端、比较器comp2的负相输入端、比较器comp3的负相输入端、ppg发生器的第三输入端相连，电阻r5的第二端、电阻r6的第二端与电容c6的第二端均接地。

在本实施例中，线盘两端的电压v_dc、v_igbt_c分别经过电阻r3、电阻r5、电阻r4和电阻r6分压后形成sync_n信号和sync_p信号，作为同步信号，以使ppg的驱动和线盘谐振同步。同时，线盘的一端接在igbt的集电极(c极)，c极的电压即反压v_igbt_c，反压v_igbt_c经过电阻r4、电阻r6分压后形成的sync_p信号也是反压采集信号，该信号送给mcu控制芯片内部的比较器comp1、比较器comp2、比较器comp3的负相输入端，形成三级反压保护。

在一个实施例中，参见图5，igbt驱动电路包括三极管q2、三极管q3、三极管q4、二极管d1、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c7和电解电容ec1，电阻r2的第二端分别与二极管d1的阳极、三极管q2的发射极、三极管q3的发射极相连，二极管d1的阴极、电阻r7的第一端、电阻r8的第一端、电阻r9的第一端、所述电容c7的第一端和电解电容ec1的正极均与18v电源相连，电阻r7的第二端与三极管q2的集电极相连，三极管q2的基极分别与电阻r8的第二端、三极管q3的基极、三极管q4的集电极相连，三极管q4的基极分别与电阻r9的第二端、ppg发生器的输出端相连，三极管q3的集电极、三极管q4的发射极、电容c7的第二端与电解电容ec1的负极均接地。

在本实施例中，由ppg发生器发出的ppg信号通过三极管q4反向，再经过三极管q2、三极管q3发射极跟随输出，驱动igbt工作。

在一个实施例中，参见图6，浪涌信号采集电路包括二极管d2、二极管d3、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c8和电容c9，二极管d2的阳极与共模电感t1的第一输出端相连，二极管d3的阳极与共模电感t1的第二输出端相连，二极管d2的阴极、二极管d3的阴极、电阻r10的第一端与电容c8的第一端共接一点，所述电阻r11的第一端分别与电阻r10的第二端、电容c8的第二端相连，电阻r11的第二端分别与电阻r12的第一端、电容c9的第一端、浪涌保护电路的输入端相连，电阻r12的第二端与电容c9的第二端接地。

在本实施例中，火线(l)和零线(n)经过二极管d2、二极管d3整流，经过电阻r10、电阻r11、电阻r12分压，形成浪涌采集信号v_surge，送给mcu控制芯片内部的浪涌保护电路。其中，电容c8的作用是通高频，阻低频，让浪涌信号通过；电容c9的作用是滤波。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。