一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路的制作方法

本实用新型属于IGBT互锁保护技术领域，具体涉及一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路。

背景技术：

电磁炉主电路主要分为三种，第一种是家用小功率电磁炉普遍采用的单管结构，即只有一个开关器件IGBT产生高频振荡，通过炉盘加热锅具；第二种是商用电磁炉，由于商用电磁炉功率大，需要长时间运行，一般采用半桥和全桥电路结构：半桥电路结构是使用两个开关器件IGBT，上下两个IGBT组成一个桥臂，半桥只有一个桥臂，另一边用两个电容替代；全桥电路结构是使用四个开关器件IGBT，四个开关器件IGBT组成两个桥臂，一个桥臂上的两个开关器件IGBT分别称为上IGBT管和下IGBT管，工作的时候，两个开关器件IGBT交替导通。半桥电路结构和全桥电路结构均通过上IGBT管和下IGBT管交替导通，驱动炉盘产生高频电流，再通过谐振电容和炉盘电感的谐振提高炉盘电压电流进而提高输出功率。但是根据电磁炉返品故障分析得到电磁炉最容易损坏的器件就是开关器件IGBT，在半桥和全桥电路结构，开关器件IGBT存在严重的问题就是上IGBT管和下IGBT管同时导通(共态导通)，此时相当于两个导通的开关器件IGBT将电网短路，强电流将会从这个桥臂流过，瞬间将两个开关器件IGBT同时烧坏。因此，现如今缺少一种结构简单、设计合理且成本低的电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路，在IGBT驱动电路中加入了互锁保护电路，避免共态导通造成IGBT烧坏失效，降低电磁炉返品率，提高产品可靠性。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路，其结构简单、设计合理且成本低，在IGBT驱动电路中加入了互锁保护电路，避免共态导通造成IGBT烧坏失效，降低电磁炉返品率，提高产品可靠性，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路，其特征在于：包括与IGBT驱动电路相接的第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路以及与第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路相接的IGBT互锁电路，所述IGBT互锁电路与IGBT模块相接；

所述IGBT互锁电路包括芯片CD4001，所述芯片CD4001的第1引脚和第13引脚相接后与第一光耦隔离电路的输出端相接，所述芯片CD4001的第5引脚和第9引脚相接后与第二光耦隔离电路的输出端相接，所述芯片CD4001的第8引脚、第6引脚、第11引脚和第3引脚相接后为IGBT互锁电路的第一信号输出端，所述芯片CD4001的第2引脚、第12引脚、第10引脚相接和第4引脚相接后为IGBT互锁电路的第二信号输出端，所述IGBT互锁电路的第一信号输出端和所述IGBT互锁电路的第二信号输出端均与IGBT模块相接。

上述的一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路，其特征在于：所述第一光耦隔离电路包括光耦芯片U10，所述光耦芯片U10的第1引脚与电阻R44的一端，所述光耦芯片U10的第3引脚分两路，一路与电阻R48的一端相接，另一路接地；所述电阻R44的另一端分两路，一路与电阻R48的另一端相接，另一路与IGBT驱动电路的信号输出端相接；所述光耦芯片U10的第6引脚分两路，一路经电容C34接地，另一路经电阻R43与+15V电源输出端相接；所述光耦芯片U10的第4引脚接地，所述光耦芯片U10的第5引脚分两路，一路与电阻R45的一端相接，另一路为第一光耦隔离电路的信号输出端；所述电阻R45的另一端分两路，一路与+15V电源输出端相接，另一路经电容C35接地。

上述的一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路，其特征在于：所述第二光耦隔离电路包括光耦芯片U14，所述光耦芯片U14的第1引脚与电阻R55的一端相接，所述光耦芯片U14的第3引脚分两路，一路与电阻R59的一端相接，另一路接地；所述电阻R55的另一端分两路，一路与电阻R59的另一端相接，另一路与IGBT驱动电路的信号输出端相接；所述光耦芯片U14的第6引脚分两路，一路经电容C39接地，另一路经电阻R51与+15V电源输出端相接；所述光耦芯片U14的第4引脚接地，所述光耦芯片U14的第5引脚分两路，一路与电阻R56的一端相接，另一路为第二光耦隔离电路的信号输出端，所述电阻R56的另一端与+15V电源输出端相接。

上述的一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路，其特征在于：所述IGBT驱动电路包括单片机或者驱动芯片SG2524。

上述的一种电磁炉桥式电路IGBT互锁保护电路，其特征在于：所述IGBT模块包括上IGBT管和下IGBT管，所述上IGBT管与IGBT互锁电路的第一信号输出端相接，所述下IGBT管与IGBT互锁电路的第二信号输出端相接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的电路结构简单、设计合理，实现方便，成本低且体积小。

2、本实用新型采用了芯片CD4001，代替目前普遍采用的三极管、电阻等构成的IGBT互锁电路，使得互锁电路结构简单，安装便捷且成本低，芯片CD4001包括四个或非门，通过将两个或非门并联作为输出端驱动IGBT模块，提高了信号输出的驱动能力，且保证IGBT能正常被驱动，采用芯片CD4001硬件对IGBT驱动信号进行互锁，使得IGBT驱动信号在干扰或者驱动信号源发生紊乱时不会产生共态导通故障，有效地避免了IGBT模块被烧坏，可靠性高。

3、本实用新型通过设置第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路，将IGBT驱动电路输出端的原始IGBT驱动信号进行隔离并反向，再通过芯片CD4001组成的IGBT互锁电路对反向的IGBT驱动信号进行信号互锁，使得IGBT互锁电路输出信号不会同时为高电平，确保了IGBT模块中两个IGBT不会同时导通，实现了互锁保护，同时经过互锁的IGBT驱动信号再次经过芯片CD4001反向后进行驱动IGBT模块，避免共态导通造成IGBT烧坏失效，降低电磁炉返品率，提高产品可靠性。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且成本低，在IGBT驱动电路中加入了互锁保护电路，避免共态导通造成IGBT烧坏失效，降低电磁炉返品率，提高产品可靠性，实用性强，便于推广使用。

下面经附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

附图标记说明:

1—第一光耦隔离电路； 2—第二光耦隔离电路； 3—IGBT互锁电路；

4—IGBT驱动电路； 5—IGBT模块； 5-1—上IGBT管；

5-2—下IGBT管。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括与IGBT驱动电路1相接的第一光耦隔离电路1和第二光耦隔离电路2以及与第一光耦隔离电路1和第二光耦隔离电路2相接的IGBT互锁电路3，所述IGBT互锁电路3与IGBT模块5相接；

所述IGBT互锁电路3包括芯片CD4001，所述芯片CD4001的第1引脚和第13引脚相接后与第一光耦隔离电路1的输出端相接，所述芯片CD4001的第5引脚和第9引脚相接后与第二光耦隔离电路2的输出端相接，所述芯片CD4001的第8引脚、第6引脚、第11引脚和第3引脚相接后为IGBT互锁电路3的第一信号输出端，所述芯片CD4001的第2引脚、第12引脚、第10引脚相接和第4引脚相接后为IGBT互锁电路3的第二信号输出端，所述IGBT互锁电路3的第一信号输出端和所述IGBT互锁电路3的第二信号输出端均与IGBT模块5相接。

如图2所示，本实施例中，所述第一光耦隔离电路1包括光耦芯片U10，所述光耦芯片U10的第1引脚与电阻R44的一端，所述光耦芯片U10的第3引脚分两路，一路与电阻R48的一端相接，另一路接地；所述电阻R44的另一端分两路，一路与电阻R48的另一端相接，另一路与IGBT驱动电路1的信号输出端相接；所述光耦芯片U10的第6引脚分两路，一路经电容C34接地，另一路经电阻R43与+15V电源输出端相接；所述光耦芯片U10的第4引脚接地，所述光耦芯片U10的第5引脚分两路，一路与电阻R45的一端相接，另一路为第一光耦隔离电路1的信号输出端；所述电阻R45的另一端分两路，一路与+15V电源输出端相接，另一路经电容C35接地。

如图2所示，本实施例中，所述第二光耦隔离电路2包括光耦芯片U14，所述光耦芯片U14的第1引脚与电阻R55的一端相接，所述光耦芯片U14的第3引脚分两路，一路与电阻R59的一端相接，另一路接地；所述电阻R55的另一端分两路，一路与电阻R59的另一端相接，另一路与IGBT驱动电路1的信号输出端相接；所述光耦芯片U14的第6引脚分两路，一路经电容C39接地，另一路经电阻R51与+15V电源输出端相接；所述光耦芯片U14的第4引脚接地，所述光耦芯片U14的第5引脚分两路，一路与电阻R56的一端相接，另一路为第二光耦隔离电路2的信号输出端，所述电阻R56的另一端与+15V电源输出端相接。

本实施例中，所述光耦芯片U10和所述光耦芯片U14均为光耦芯片VOM452T。

本实施例中，所述电阻R44和电阻R55均为220Ω电阻，所述电阻R48、电阻59、电阻R45和电阻R56均为10KΩ电阻，所述电阻R43和电阻R51均为3.6KΩ电阻；所述电容C34、电容C35和电容C39均为电容值为0.1μF的非极性电容。

本实施例中，通过设置电阻R48和电阻R59是为了抗干扰，即便是IGBT驱动电路4输出端的原始IGBT驱动信号OUTA和OUTB为高组态，分别通过电阻R48和电阻R59，也能将原始IGBT驱动信号OUTA和OUTB拉低。

本实施例中，通过设置电阻R44和电阻R55，是因为原始IGBT驱动信号OUTA和OUTB均为5V电压，而光耦芯片U10和光耦芯片U14中二极管的工作电压为1.8V，所以分别通过电阻R44和电阻R55进行限流转换为光耦芯片U10和光耦芯片U14中二极管需要的电压，保证光耦芯片U10和光耦芯片U14中二极管正常工作。

本实施例中，通过设置电阻R43和电容C34配合为光耦芯片U10供电，且设置C35是电源滤波，滤高频干扰。

本实施例中，通过设置电阻R51和电容C39配合为光耦芯片U14供电。

本实施例中，通过设置电阻R45和电阻R56，分别作为光耦芯片U10和光耦芯片U14输出端的上拉电阻，保证光耦芯片U10和光耦芯片U14输出端能输出高电平。

本实施例中，所述IGBT驱动电路1包括单片机或者驱动芯片SG2524。

本实施例中，所述IGBT模块5包括上IGBT管5-1和下IGBT管5-2，所述上IGBT管5-1与IGBT互锁电路3的第一信号输出端相接，所述下IGBT管5-2与IGBT互锁电路3的第二信号输出端相接。

本实施例中，IGBT互锁电路3采用了芯片CD4001，代替目前普遍采用的三极管、电阻等构成的IGBT互锁电路，使得IGBT互锁电路3结构简单，安装便捷且成本低，芯片CD4001包括四个或非门，分别为或非门U11A、或非门U11B、或非门U11C和或非门U11D，通过将或非门U11A和或非门U11C并联后作为IGBT互锁电路3的第一信号输出端，同时将或非门U11B和或非门U11D并联后作为IGBT互锁电路3的第二信号输出端，IGBT互锁电路3的第一信号输出端驱动上IGBT管5-1，IGBT互锁电路3的第二信号输出端驱动下IGBT管5-2，通过将两个或非门并联作为输出端驱动IGBT模块，提高了芯片CD4001信号输出的驱动能力，且保证IGBT模块5能正常被驱动，采用芯片CD4001硬件对IGBT驱动信号进行互锁，使得IGBT驱动信号在干扰或者驱动信号源发生紊乱时不会产生共态导通故障，有效地避免了IGBT模块5被烧坏，可靠性高。

本实施例中，通过设置第一光耦隔离电路1和第二光耦隔离电路2，将IGBT驱动电路4输出端的原始IGBT驱动信号进行隔离并反向，再通过芯片CD4001组成的IGBT互锁电路3对反向的IGBT驱动信号进行信号互锁，使得IGBT互锁电路3输出信号不会同时为高电平，确保了IGBT模块5中两个IGBT不会同时导通，实现了互锁保护，同时经过互锁的IGBT驱动信号再次经过芯片CD4001反向后进行驱动IGBT模块5。

本实用新型使用时，IGBT驱动电路4输出原始IGBT驱动信号OUTA和OUTB，当原始IGBT驱动信号OUTA和OUTB同时为低电平时，原始IGBT驱动信号OUTA经过第一光耦隔离电路1进行隔离并反向，原始IGBT驱动信号OUTB经过第二光耦隔离电路2进行隔离并反向，反向后的IGBT驱动信号OUTAn和反向后的IGBT驱动信号OUTBn同时为高电平，反向后的IGBT驱动信号OUTAn经过并联的或非门U11A和或非门U11C使得IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD为低电平，同时反向后的IGBT驱动信号OUTBn经过并联的或非门U11B和或非门U11D后使得IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC为低电平，因为IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD和IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC均为低电平，因此实现了对IGBT模块5的互锁工作,确保了IGBT模块5中上IGBT管5-1和下IGBT管5-2不同时导通；

当原始IGBT驱动信号OUTA和OUTB同时为高电平时，原始IGBT驱动信号OUTA经过第一光耦隔离电路1进行隔离并反向，原始IGBT驱动信号OUTB经过第二光耦隔离电路2进行隔离并反向，反向后的IGBT驱动信号OUTAn和反向后的IGBT驱动信号OUTBn同时为低电平，反向后的IGBT驱动信号OUTAn和反向后的IGBT驱动信号OUTBn会同时经过芯片CD4001向高电平转换，但是由于并联的或非门U11A和或非门U11C以及并联的或非门U11B和或非门U11D存在转换时间延迟，所以当反向后的IGBT驱动信号OUTAn先经过并联的或非门U11A和或非门U11C转换为高电平时，IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD为高电平，因为IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD连接到或非门U11B和或非门U11D的输入端，从而使反向后的IGBT驱动信号OUTBn经过并联的或非门U11B和或非门U11D转换为低电平；如果当反向后的IGBT驱动信号OUTBn先经过并联的或非门U11B和或非门U11D转换为高电平时，IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC为高电平，因为IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC连接到或非门U11A和或非门U11C的输入端，从而使反向后的IGBT驱动信号OUTBn经过并联的或非门U11A和或非门U11C转换为低电平，确保了IGBT模块5中上IGBT管5-1和下IGBT管5-2不同时导通；

当原始IGBT驱动信号OUTA为高电平，原始IGBT驱动信号OUTB为低电平时，原始IGBT驱动信号OUTA经过第一光耦隔离电路1进行隔离并反向，反向后的IGBT驱动信号OUTAn为低电平，原始IGBT驱动信号OUTB经过第二光耦隔离电路2进行隔离并反向，反向后的IGBT驱动信号OUTBn为高电平，反向后的IGBT驱动信号OUTBn经过并联的或非门U11B和或非门U11D后使得IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC为低电平，反向后的IGBT驱动信号OUTAn和IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC经过并联的或非门U11A和或非门U11C使得IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD为高电平，因为IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD为高电平，IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC为低电平，确保了IGBT模块5中上IGBT管5-1导通，下IGBT管5-2不导通；

当原始IGBT驱动信号OUTA为低电平，原始IGBT驱动信号OUTB为高电平时，原始IGBT驱动信号OUTA经过第一光耦隔离电路1进行隔离并反向，反向后的IGBT驱动信号OUTAn为高电平，原始IGBT驱动信号OUTB经过第二光耦隔离电路2进行隔离并反向，反向后的IGBT驱动信号OUTBn为低电平，反向后的IGBT驱动信号OUTAn经过并联的或非门U11A和或非门U11C使得IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD为低电平，反向后的IGBT驱动信号OUTBn和IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTBC经过并联的或非门U11B和或非门U11D后使得IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC为高电平，因为IGBT互锁电路3的第一信号输出端OUTAD为低电平，IGBT互锁电路3的第二信号输出端OUTBC为高电平，确保了IGBT模块5中上IGBT管5-1不导通，下IGBT管5-2导通，实现了互锁保护，避免共态导通造成IGBT烧坏失效，降低电磁炉返品率，提高产品可靠性，实用性强。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。