电磁加热系统和用于其的半桥隔离驱动电路的制作方法

本发明涉及家用电器技术领域，特别涉及一种用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路和一种具有该半桥隔离驱动电路的电磁加热系统。

背景技术：

相关技术中，采用半桥加热方案的电磁加热系统，如图4所示，上桥开关管q10和下桥开关管q20根据控制信号交替开通，通常需要采用隔离变压器对上桥开关管q10和下桥开关管q20的驱动电路进行隔离。但是隔离变压器体积比较大，不仅造成空间设计困难，而且可靠性较低。

因此，相关技术需要进行改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路，该半桥隔离驱动电路只需采用一个光耦隔离电路，就可以有效隔离上桥和下桥的开关管驱动电路，不仅简单实用，而且不会影响电磁加热系统的空间设计，成本低，可靠性高。

本发明的另一个目的在于提出一种电磁加热系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路，其中，所述电磁加热系统包括半桥谐振电路，所述半桥谐振电路由第一功率开关管、第二功率开关管、谐振电容和线圈盘构成，所述半桥隔离驱动电路包括第一驱动单元，第二驱动单元，微处理器，光耦隔离电路，直接为所述第二驱动单元提供驱动电压的驱动电源，在所述第二功率开关管开通时进行充电以在所述第二功率开关管关断时为所述第一驱动单元提供驱动电压的自举电路；其中，所述光耦隔离电路连接在所述微处理器的第一控制输出端与所述第一驱动单元的输入端之间，所述第一驱动单元的输出端与所述第一功率开关管的控制端相连，所述微处理器的第二控制输出端与所述第二驱动单元的输入端相连，所述第二驱动单元的输出端与所述第二功率开关管的输入端相连，所述微处理器通过向所述第一驱动单元和第二驱动单元发送控制信号，以驱动所述第一功率开关管与所述第二功率开关管交替开通和关断。

根据本发明实施例提出的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路，通过驱动电源直接为第二驱动单元提供驱动电压以驱动第二功率开关管的开通或关断，并通过自举电路在第二功率开关管开通时进行充电以在第二功率开关管关断时为第一驱动单元提供驱动电压，并将光耦隔离电路连接在微处理器的第一控制输出端和第一驱动单元的输入端之间，以通过控制光耦隔离电路的通断控制第一驱动单元，从而可以有效隔离电磁加热系统上桥和下桥的开关管驱动电路，电路结构不仅简单实用，而且不会影响电磁加热系统的空间设计，成本低，可靠性高。

根据本发明的一个实施例，所述驱动电源具有电源端和第一接地端，所述电源端与所述第二驱动单元的供电端相连，所述第一接地端与所述第二驱动单元的地端相连，所述自举电路的供电端与所述电源端相连，所述自举电路的输出端与所述第一驱动单元的供电端相连，所述自举电路的地端与所述第一驱动单元的地端相连以构成第二接地端，所述光耦隔离电路实现所述第一接地端与所述第二接地端之间的隔离。

根据本发明的一个实施例，所述第一功率开关管为igbt1，所述第二功率开关管为igbt2，所述igbt1的门极与所述第一驱动单元的输出端相连，所述igbt1的发射极与所述第二接地端相连，所述igbt2的集电极分别与所述igbt1的发射极和所述第二接地端相连，所述igbt2的门极与所述第二驱动单元的输出端相连，所述igbt2的发射极与所述第一接地端相连。

根据本发明的一个实施例，所述谐振电容包括第一谐振电容和第二谐振电容，所述第一谐振电容与所述第二谐振电容串联后连接在所述第一igbt的集电极与所述第二igbt的发射极之间，所述第一谐振电容与所述第二谐振电容之间的节点与所述线圈盘的一端相连，所述线圈盘的另一端分别连接到所述第一igbt的发射极和所述第二igbt的集电极。

根据本发明的一个实施例，所述自举电路包括：第一二极管的阳极与所述电源端相连；电解电容的正极端与所述第一二极管的阴极相连，所述电解电容的负极端与所述第二接地端相连，其中，在所述第二功率开关管开通时，所述驱动电源给所述电解电容充电。

根据本发明的一个实施例，所述自举电路还包括稳压电容，所述稳压电容与所述电解电容并联。

根据本发明的一个实施例，所述光耦隔离电路包括隔离光耦，并通过所述隔离光耦实现所述第一接地端与第二接地端之间的隔离。

根据本发明的一个实施例，所述光耦隔离电路还包括：第一三极管的基极与所述微处理器的第一控制输出端相连，所述第一三极管的集电极与预设电压的电源相连；第一电阻的一端与所述第一三极管的基极相连，所述第一电阻的另一端与所述第一接地端相连；第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的 发射极相连；第三电阻连接在所述隔离光耦的电源管脚与所述自举电路之间，所述隔离光耦的地管脚与所述第二接地端相连，所述隔离光耦的第一输入管脚通过第四电阻与所述第一三极管的发射极相连，所述隔离光耦的第二输入管脚与所述第一接地端相连，所述隔离光耦的输出管脚与所述第一驱动单元的输入端相连。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器通过所述第一控制输出端输出第一pwm信号，所述隔离光耦在所述第一pwm信号的控制下开通或关断，以通过所述第一驱动单元驱动所述第一功率开关管。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的一种电磁加热系统，包括：上述的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路。

根据本发明实施例提出的电磁加热系统，通过上述实施例的半桥隔离驱动电路中的自举电路和光耦隔离电路，可以实现第一接地端与第二接地端之间的隔离，从而可以有效隔离电磁加热系统上桥和下桥的开关管驱动电路，不仅电路结构简单实用，而且成本低，可靠性高。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路的方框示意图；

图2是根据本发明一个实施例的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路的电路原理图；

图3是根据本发明一个实施例的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路的驱动波形示意图；以及

图4是现有电磁加热系统的半桥隔离驱动电路的电路原理图。

附图标记：

第一功率开关管11、第二功率开关管12、半桥隔离驱动电路2、微处理器20、第一驱动单元21、第二驱动单元22、自举电路24和光耦隔离电路25；

电源端vcc、第一接地端gnd1、第二接地端gnd2、第一二极管d1、电解电容c10、稳压电容c1、第一三极管q1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和隔离光耦ic1；谐振电容13、第一谐振电容c101、第二谐振电容c102和线圈盘l1；

第一控制输出端out1和第二控制输出端out2。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来详细描述本发明实施例提出的电磁加热系统和用于其的半桥隔离驱动电路。

图1是根据本发明实施例的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路的方框示意图。如图1所示，电磁加热系统包括半桥谐振电路10，半桥谐振电路10由第一功率开关管11、第二功率开关管12、谐振电容13和线圈盘l1构成，半桥隔离驱动电路2包括：微处理器20、第一驱动单元21、第二驱动单元22、驱动电源、自举电路24和光耦隔离电路25。

其中，第一驱动单元21用以驱动第一功率开关管11的开通或关断；第二驱动单元22用以驱动第二功率开关管12的开通或关断；微处理器20用以分别控制第一驱动单元21和第二驱动单元22；驱动电源直接为第二驱动单元22提供驱动电压；自举电路24在第二功率开关管12开通时进行充电，并在第二功率开关管12关断时为第一驱动单元21提供驱动电压；光耦隔离电路25连接在微处理器20的第一控制输出端out1与第一驱动单元21的输入端之间，第一驱动单元21的输出端与第一功率开关管11的控制端相连，微处理器20的第二控制输出端out2与第二驱动单元22的输入端相连，第二驱动单元22的输出端与第二功率开关管12的输入端相连。

具体来说，在电磁加热系统通过半桥电路进行加热时，微处理器20向第一驱动单元21和第二驱动单元22发送控制信号，如图3所示，微处理器20向第一驱动单元21发送第一pwm信号，微处理器20向第二驱动单元22发送第二pwm信号，以驱动第一功率开关管11和第二功率开关管12按照一定的频率交替开通，交替开通的频率可以根据电磁加热系统中的谐振电容和线圈盘进行设定。

具体地，第一功率开关管11和第二功率开关管12的开通或者关断分别对应由第一驱动单元21和第二驱动单元22进行驱动，并且需要对第一驱动单元21和第二驱动单元22提供驱动电压。驱动电源直接为第二驱动单元22提供驱动电压，当微处理器20的第二控制输出端out2输出的控制信号为高电平，第二驱动单元22根据接收到的控制信号驱动第二功率开关管12开通，第二功率开关管12的集电极与发射极之间存在压差，并且在第二功率开关管12开通时，驱动电源对自举电路24进行充电。

进一步地，当微处理器20的第一控制输出端out1输出的控制信号为高电平时，第二功率开关管12关断，自举电路24的充电回路断开，此时，自举电路24为第一驱动单元21提供隔离电源，同时，光耦隔离电路25输出高电平至第一驱动单元21的输入端，以驱动第一功率开关管11开通。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，驱动电源具有电源端vcc和第一接地端gnd1，电源端vcc与第二驱动单元22的供电端相连，第一接地端gnd1与第二驱动单元22的地端相连，自举电路24的供电端与电源端vcc相连，自举电路24的输出端与第一驱动单元21 的供电端相连，自举电路24的地端与第一驱动单元21的地端相连以构成第二接地端gnd2，光耦隔离电路25实现第一接地端gnd1与第二接地端gnd2之间的隔离。

由此，通过光耦隔离电路实现第一接地端与第二接地端之间的隔离，从而可以有效隔离电磁加热系统上桥和下桥的开关管驱动电路，电路结构简单实用，可靠性高。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，第一功率开关管可为igbt1，第二功率开关管可为igbt2，igbt1的门极g与第一驱动单元21的输出端相连，igbt1的发射极e与第二接地端gnd2相连，igbt2的集电极c分别与igbt1的发射极e和第二接地端gnd2相连，igbt2的门极g与第二驱动单元22的输出端相连，igbt2的发射极e与第一接地端gnd1相连。

如图2所示，谐振电容13包括第一谐振电容c101和第二谐振电容c102。其中，第一谐振电容c101与第二谐振电容c102串联后连接在igbt1的集电极与igbt2的发射极之间，第一谐振电容c101与第二谐振电容c102之间的节点与线圈盘l1的一端相连，线圈盘l1的另一端分别连接到igbt1的发射极和igbt2的集电极。

这样，当第一功率开关管igbt1与第二功率开关管igbt2分别在第一驱动单元21和第二驱动单元22的驱动下交替开通时，第一谐振电容c101和第二谐振电容c102交替参与半桥谐振电路10的谐振，线圈盘l1上产生高频交变的磁场，并最终转化为热能输出。值得注意的是，如图2所示的谐振电路为对称半桥谐振电路，即同时具有两个等容值的第一谐振电容c101和第二谐振电容c102。本发明实施例提出的半桥隔离驱动电路还可以适用于非对称半桥谐振电路，该非对称半桥谐振电路仅具有第一谐振电容c101或者仅具有第二谐振电容c102。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，自举电路24包括：第一二极管d1和电解电容c10。

其中，第一二极管d1的阳极与电源端vcc相连；电解电容c10的正极端与第一二极管d1的阴极相连，电解电容c10的负极端与第二接地端gnd2相连，其中，在第二功率开关管igbt2开通时，驱动电源给电解电容c10充电。

进一步地，如图2所示，自举电路24还包括稳压电容c1，稳压电容c1与电解电容c10并联。

具体来说，当第二功率开关管igbt2开通，第一功率开关管igbt1关断时，驱动电源为第二驱动单元22提供驱动电压，并且驱动电源的电源端vcc通过第一二极管d1和第二功率开关管igbt2与第一接地端gnd1形成通路，对电解电容c10进行充电。当第二功率开关管igbt2关断时，充电回路断开，由于电容的储能特性，电解电容c10两端电压不能突变，由电解电容c10提供隔离电源，以为第一驱动单元21提供驱动电压。

根据本发明的一个具体示例，驱动电源的电源端vcc的电压值可为18v。

进一步地，如图2所示，光耦隔离电路25连接在自举电路24与电磁加热系统的微处理器20之间，光耦隔离电路25包括隔离光耦ic1，并通过隔离光耦ic1实现第一接地端gnd1与第二接地端gnd2之间的隔离。

如图2所示，光耦隔离电路25包括：第一三极管q1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4。

其中，第一三极管q1的基极b与微处理器20的第一控制输出端相连，第一三极管q1的集电极e与预设电压例如+3.3v的电源相连；第一电阻r1的一端与第一三极管q1的基极b相连，第一电阻r1的另一端与第一接地端gnd1相连；第二电阻r2的一端与第一电阻r1的另一端相连，第二电阻r2的另一端与第一三极管q1的发射极e相连；第三电阻r3连接在隔离光耦ic1的电源管脚通过与自举电路24之间，隔离光耦ic1的地管脚与第二接地端gnd2相连，隔离光耦ic1的第一输入管脚通过第四电阻r4与第一三极管q1的发射极e相连，隔离光耦ic1的第二输入管脚与第一接地端gnd1相连，隔离光耦ic1的输出管脚与第一驱动单元21的输入端相连。

具体来说，第二接地端gnd2与隔离光耦ic1的地管脚相连，如果第一三极管q1开通，则隔离光耦ic1开通，第二接地端gnd2电气接地；如果第一三极管q1关断，则隔离光耦ic1关断，第二接地端gnd2不接地，这样，通过控制隔离光耦ic1的开通或关断，可以实现第一接地端gnd1和第二接地端gnd2之间的隔离。

根据本发明的一个实施例，结合图1和图2所示，微处理器20通过第一控制输出端out1输出第一pwm信号，隔离光耦ic1在第一pwm信号的控制下开通或关断，以通过第一驱动单元21驱动第一功率开关管igbt1。并且，微处理器20通过第二控制输出端out2输出第二pwm信号，以通过第二驱动单元22驱动第二功率开关管igbt2。

具体来说，如图3所示，微处理器20交替发出第一pwm信号和第二pwm信号。当微处理器20第一控制输出端out1输出的第一pwm信号为高电平，第二控制输出端out2输出的第二pwm信号为低电平时，第二功率开关管igbt2关断，同时第一三极管q1开通，预设电压例如+3.3v的电源通过第四电阻r4、隔离光耦ic1的第一输入管脚和第二输入管脚与第一接地端gnd1相连，进而控制隔离光耦ic1开通，隔离光耦ic1的输出管脚输出高电平，以驱动第一驱动单元21，并通过自举电路24为第一驱动单元21提供驱动电压，进而驱动第一功率开关管igbt1的开通或关断。

当微处理器20第二控制输出端out2输出的第二pwm信号为高电平，第一控制输出端out1输出的第一pwm信号为低电平时，第一三极管q1关断，进而驱动第一功率开关管igbt1的关断，同时微处理器20通过第二控制输出端out2输出的第二pwm信号驱动第二驱动单 元22，并通过驱动电源为第二驱动单元22提供驱动电压，进而驱动第二功率开关管igbt2开通或关断。

这样，第一功率开关管igbt1和第二功率开关管igbt2交替开通。

具体地，如图2所示，第一驱动单元21包括：第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第二三极管q2、第三三极管q3、第四三极管q4、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10和第一稳压二极管zd1；第二驱动单元22包括：第二二极管d2、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第五三极管q5、第六三极管q6、第七三极管q7、第八三极管q8、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16和第二稳压二极管zd2。

其中，如图2所示，第五电阻r5的一端与第一二极管d1的阴极相连；第六电阻r6的一端与第五电阻r5的另一端相连，第五电阻r5与第六电阻r6之间具有第一节点，第一节点与隔离光耦ic1的输出管脚相连；第六电阻r6的另一端与第二三极管q2的基极相连；第二三极管q2的发射极与第二接地端gnd2相连，第二三极管q2的集电极与第七电阻r7的一端相连，第七电阻r7的另一端与第一二极管d1的阴极相连；第二三极管q2的集电极与第七电阻r7的一端之间具有第二节点，第二节点与第三二极管q3和第四二极管q4的基极相连，第三三极管q3的集电极与第一二极管d1的阴极相连，第三三极管q3的发射极与第四三极管q4的发射极极相连，第三三极管q3的发射极与第四三极管q4的发射极之间具有第三节点，第四三极管q4的集电极与第二接地端gnd2相连；第八电阻r8与第九电阻r9并联，并联的第八电阻r8、第九电阻r9的一端与第三节点相连；第一稳压二极管zd1的阴极与并联的第八电阻r8、第九电阻r9的另一端相连，第一稳压二极管zd1的阳极与第二接地端gnd2相连；第十电阻r10与第一稳压二极管zd1并联。

如图2所示，第二二极管d2的阳极与微处理器20的第二控制输出端out2相连；第十一电阻r11的一端与第二二极管d2的阴极相连，第十一电阻r11的另一端与第一接地端gnd1相连；第五三极管q5的基极与第二二极管d2的阴极相连，第五三极管q5的集电极与第六三极管q6的基极相连，第五三极管q5的集电极与第六三极管q6的基极之间具有第四节点，第五三极管q5的发射极与第一接地端gnd1相连；第十二电阻r12的一端与第四节点相连，第十二电阻r12的另一端与电源端vcc相连；第六三极管q6的发射极与第一接地端gnd1相连，第六三极管q6的集电极与第十三电阻r13的一端相连；第十三电阻的另一端与电源端vcc相连；第七三极管q7的集电极与电源端vcc相连，第七三极管q7的发射极与第八三极管q8的发射极相连，第七三极管q7的发射极与第八三极管q8的发射极之间具有第五节点，第七三极管q7的基极与第六三极管q6的集电极相连；第八三极管q8的基极与第七三极管q7的基极相连，第八三极管q8的集电极与第一接地端gnd1相连；第十四电阻r14与第十五电阻r15并联，并联的第十四电阻r14、第十五电阻r15的一端与第 五节点相连；第二稳压二极管zd2的阴极与并联的第十四电阻r14、第十五电阻r15的另一端相连，第二稳压二极管zd2的阳极第一接地端gnd1相连；第十六电阻r16与第二稳压二极管zd2并联。

这样，当隔离光耦ic1的输出管脚输出高电平时，第二三极管q2开通，第三三极管q3开通，第四三极管q4关断，并通过自举电路24为第一驱动单元21提供驱动电压，以驱动第一功率开关管igbt1的开通；当隔离光耦ic1的输出管脚输出低电平时，第二三极管q2关断，第三三极管q3关断，第四三极管q4开通，驱动第一功率开关管igbt1的关断。

当微处理器20的第二控制输出端out2输出第二pwm信号为高电平时，第五三极管q5开通，第六三极管q6关断，第七三极管q7开通，第八三极管q8关断并通过驱动电源为第二驱动单元22提供驱动电压，以驱动第二功率开关管igbt2开通；当微处理器20的第二控制输出端out2输出第二pwm信号为低电平时，第五三极管q5关断，第六三极管q6开通，第七三极管q7关断，第八三极管q8开通，以驱动第二功率开关管igbt2关断。

由此，第一功率开关管igbt1和第二功率开关管igbt2可交替开通。

综上，根据本发明实施例提出的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路，通过自举电路在第二功率开关管开通时进行充电，并在第二功率开关管关断时为第一驱动单元提供驱动电压，并通过光耦隔离电路实现第一接地端与第二接地端之间的隔离，从而只需采用一个光耦隔离电路，就可以有效隔离电磁加热系统上桥和下桥的开关管驱动电路，电路结构不仅简单实用，而且不会影响电磁加热系统的空间设计，成本低，可靠性高。

本发明还提出了一种电磁加热系统，该电磁加热系统包括上述的用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路。

应当理解的是，用于电磁加热系统的半桥隔离驱动电路的具体结构和工作原理如前面的实施例所述，在这里出于简洁的目的，不再一一赘述。

其中，电磁加热系统可以是电磁炉、电磁电饭煲、电磁压力锅等电磁加热产品。

综上，根据本发明实施例提出的电磁加热系统，通过上述的半桥隔离驱动电路这的自举电路和光耦隔离电路，可以实现第一接地端与第二接地端之间的隔离，从而可以有效隔离电磁加热系统上桥和下桥的开关管驱动电路，不仅电路结构简单实用，而且成本低，可靠性高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。

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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。