IGBT驱动电路及电磁加热烹饪器具的制作方法

igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具
技术领域
1.本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具。


背景技术：

2.目前市面上ih加热产品(如电磁炉、ih电饭煲、压力锅等)，igbt驱动电路多采用推挽输出方式，通过串接igbt的g极的驱动电阻和推挽下管放电电阻来降低igbt开关速度，以减小igbt开关时的emi干扰，串接的驱动电阻越大，emi干扰则越小，emc余量就越大。然而，这种做法会加大igbt开关损耗，增大igbt的温升，降低加热产品的能效。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具，旨在降低关断igbt时所产生的损耗。
4.第一方面，提供一种igbt驱动电路，包括：
5.驱动电路，与igbt的g极连接，通过输出驱动电压至igbt以驱动igbt开通或关断；
6.控制电路，与驱动电路连接，输出控制信号至驱动电路，使驱动电路接收到控制信号时输出驱动电压；
7.调节电路，与驱动电路连接，在控制电路输出关断igbt的控制信号时调节驱动电路输出的驱动电压，使调节后的驱动电压先维持在低于完全开通igbt的电压再下降至低于开通igbt的电压。
8.进一步，驱动电路包括推挽模块和转换模块；
9.推挽模块与igbt的g极连接；
10.转换模块，分别与控制电路和推挽模块连接，接入控制电路输出的控制信号时调节推挽模块的开通状态，以改变推挽模块输出的驱动电压；
11.调节电路，连接推挽模块和转换模块，在转换模块接入关断igbt的控制信号时延迟开通，延迟控制信号输入至推挽模块的下管，使推挽模块的下管先维持部分开通再完全开通。
12.进一步，推挽模块包括第一开关单元和第二开关单元；
13.第一开关单元，作为推挽模块的上管，连接转换模块和igbt的g极，接入直流电压以在开通时作为驱动电压输出至igbt的g极；
14.第二开关单元，作为推挽模块的下管，连接igbt的g极以及通过调节电路连接转换模块，在开通时拉低igbt的g极的电压以关断igbt；
15.转换模块包括第三开关单元和第一分压单元；
16.第一分压单元，连接控制电路和第三开关单元，将控制信号接入至第三开关单元；
17.第三开关单元，连接第一开关单元和第二开关单元，接入关断igbt的控制信号时开通以关断第一开关单元和开通第二开关单元，接入开通igbt的控制信号时关断以开通第一开关单元和关断第二开关单元。
18.进一步，调节电路包括充电单元、第四开关单元和第二分压单元；
19.第二分压单元，连接直流电压和第四开关单元，将直流电压接入至第四开关单元；
20.第四开关单元，连接在第二开关单元和第三开关单元之间，接入直流电压时开通以将第二开关单元的开通电压拉低至低于开通igbt的电压，开通第二开关单元以关断igbt；
21.充电单元，连接在第二分压单元和第三开关单元之间，在第三开关单元开通时充电，以使第四开关单元在充电完成前维持关断。
22.进一步，调节电路，与igbt的g极连接，调节igbt的g极的电压，在控制电路输出关断igbt的控制信号时调节igbt的g极的电压，使igbt的g极的电压先维持在低于完全开通igbt的电压再下降至低于开通igbt的电压。
23.进一步，控制电路，与调节电路连接，向驱动电路输出关断igbt的控制信号时向调节电路输出控制信号，使调节电路对驱动电路输出的驱动电压进行调节。
24.进一步，调节电路，在控制电路输出关断igbt的控制信号时调节驱动电路输出的驱动电压，使调节后的驱动电压梯次递减至低于开通igbt的电压。
25.进一步，调节电路，在控制电路输出关断igbt的控制信号时调节驱动电路输出的驱动电压，使调节后的驱动电压持续递减至低于开通igbt的电压。
26.进一步，驱动电路和调节电路集成于一个驱动芯片中。
27.进一步，驱动电路、控制电路和调节电路集成于一个芯片中。
28.第二方面，提供一种电磁加热烹饪器具，包括根据第一方面的igbt驱动电路。
29.本发明的有益效果：在关断igbt时通过调节电路对驱动igbt的驱动电压进行调节，关断igbt的过程中驱动电压的电压值下降先经过一个次级电压阶段后再下降至低于开通igbt的电压，延缓了驱动电压的下降速度，降低emi干扰、igbt的开关损耗以及igbt的温升，提升电磁加热烹饪器具的能效。
附图说明
30.图1是第一个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
31.图2是第二个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
32.图3是第三个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
33.图4是第四个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
34.图5是第五个实施例提供的igbt驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
36.在本发明的实施例中，若干的含义是不定量，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
37.在本发明的实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他
性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
38.相关技术中，由于绝缘栅双极性晶体管(igbt)具有较高的电流容量及电压耐量，导通损耗较小，静态驱动功率小等特点，在中、大功率变换器中有着广泛的应用，例如电磁炉，igbt驱动电路的功能就是将来自于微控制器的开关信号转换成具有足够功率的驱动脉冲信号，来保证igbt可靠地关断与开通，同时，igbt驱动电路也为微控制器和功率晶体管之间的电压提供安全电气隔离。目前，igbt驱动电路多采用推挽输出方式，通过串接igbt的g极的驱动电阻和推挽下管放电电阻来降低igbt开关速度，以减小igbt开关时的emi干扰，串接的驱动电阻越大，emi干扰则越小，emc余量就越大。然而，这种做法会加大igbt开关损耗，增大igbt的温升，降低加热产品的能效。
39.基于此，本发明实施例提供一种igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具，在关断igbt时通过延长驱动电压的下降速度来降低emi干扰以及关断igbt时所产生的损耗。
40.根据本发明的第一方面，提供一种igbt驱动电路。
41.如图1所示，该igbt驱动电路包括驱动电路100、控制电路200和调节电路300。
42.驱动电路100与igbt的g极(门极)连接，驱动电路100通过输出驱动电压至igbt以驱动igbt关断或开通。控制电路200与驱动电路100连接，控制电路200输出控制信号至驱动电路100，使驱动电路100接收到控制信号时输出驱动电压。调节电路300与驱动电路100连接，调节电路300在控制电路200输出关断igbt的控制信号时调节驱动电路100输出的驱动电压，使调节后的驱动电压先维持在低于完全开通igbt的电压再下降至低于开通igbt的电压。
43.在电磁加热烹饪器具的工作过程中，控制电路200输出控制信号(如，ppg脉冲)至驱动电路100，使接入控制信号的驱动电路100向igbt输出对应电压值的驱动电压，从而驱动igbt关断或开通。示例性地，控制电路200输出电压为+5v的控制信号，接入控制信号的驱动电路100开通igbt，控制电路200输出电压为+0v的控制信号，接入控制信号的驱动电路100关断igbt。
44.驱动电路100在接收到控制信号时，对控制电路200输出的控制信号进行转换以生成驱动电压。示例性地，驱动电路100可将控制电路200输出电压为+5v的控制信号转换输出电压为18v的驱动电压，并输出该驱动电压至igbt，以驱动igbt开通，以便igbt控制对应的谐振模块进行谐振工作。
45.控制电路200输出开通igbt的控制信号时，调节电路300不参与开通igbt，控制电路200输出关断igbt的控制信号时，调节电路300对驱动电路100当前用于开通igbt的驱动电压进行调节，延迟驱动电压的下降速度，使调节后的驱动电压先从可以完全开通igbt的电压值下降至低于完全开通igbt的电压(大于低于开通igbt的电压)，igbt接入低于完全开通igbt的电压后弱导通，再从低于完全开通igbt的电压下降至低于开通igbt的电压甚至是更低。示例性地，控制电路200输出电压为+0v的控制信号时，驱动电路100输出电压为+18v的驱动电压至igbt，igbt完全开通，控制电路200输出电压为+5v的控制信号，驱动电路100输出的驱动电压的变化趋势是从+18v下降至+0v，调节电路300调节驱动电压，使驱动电压先从+18v下降至+7v，维持一段时间后再从+7v下降至+0v，此时igbt关断。
46.由此，在关断igbt时通过调节电路300对驱动igbt的驱动电压进行调节，关断igbt的过程中驱动电压的电压值下降先经过一个次级电压阶段后再下降至低于开通igbt的电
压，延缓了驱动电压的下降速度，降低emi干扰、igbt的开关损耗以及igbt的温升，提升电磁加热烹饪器具的能效。
47.根据本发明的一个实施例，调节电路300在控制电路200输出关断igbt的控制信号时调节驱动电路100输出的驱动电压，使调节后的驱动电压梯次递减至低于开通igbt的电压。
48.根据本发明的一个实施例，调节电路300在控制电路200输出关断igbt的控制信号时调节驱动电路100输出的驱动电压，使调节后的驱动电压持续递减至低于开通igbt的电压。
49.下面结合一个具体的实施例对本发明的igbt驱动电路进行说明。
50.如图1和图5所示，根据本发明的一个实施例，驱动电路100包括推挽模块110和转换模块120。
51.推挽模块110与igbt的g极连接。转换模块120分别与控制电路200和推挽模块110连接，转换模块120接入控制电路200输出的控制信号时调节推挽模块110的开通状态，以改变推挽模块110输出的驱动电压。调节电路300连接推挽模块110和转换模块120，调节电路300在转换模块120接入关断igbt的控制信号时延迟开通，延迟控制信号输入至推挽模块110的下管，使推挽模块110的下管先维持部分开通再完全开通。
52.控制电路200输出控制信号至转换模块120，通过转换模块120调节推挽模块110的开通状态，接入控制信号以根据接入的控制信号调节推挽模块110的开通状态，当推挽模块110的上管开通时输出的驱动电压完全导通igbt，而推挽模块110开通时则拉低igbt的g极的电压，使igbt关断。
53.转换模块120分别连接推挽模块110的上管和下管，当转换模块120接入关断igbt的控制信号时，转换模块120关断推挽模块110的上管以及开通推挽模块110的下管，设置在转换模块120和推挽模块110之间的调节电路300通过延迟开通以延缓转换模块120开通推挽模块110的下管的过程，在延迟开通过程中，推挽模块110输出的驱动电压先跌落至低于完全开通igbt的电压再跌落至低于开通igbt的电压。
54.根据本发明的一个具体实施例，推挽模块110包括第一开关单元111和第二开关单元112，转换模块120包括第三开关单元121和第一分压单元122。
55.第一开关单元111作为推挽模块110的上管，第一开关单元111连接转换模块120和igbt的g极，接入直流电压以在开通时作为驱动电压输出至igbt的g极。第二开关单元112作为推挽模块110的下管，第二开关单元112连接igbt的g极以及通过调节电路300连接转换模块120，在开通时拉低igbt的g极的电压以关断igbt。
56.更为具体地，第一开关单元111包括第一三极管q1、第一电阻r1和第二电阻r2，第二开关单元112包括第二三极管q2和第三电阻r3。第一三极管q1的集电极连接直流电压(+18v)，第一三极管q1的发射极通过第一电阻r1连接igbt的g极，第一三极管q1的基极连接转换模块120，第二电阻r2连接在第一三极管q1的集电极和基极之间。第二三极管q2的发射极通过第三电阻r3连接igbt的g极，第二三极管q2的集电极接地，第二三极管q2的基极连接转换模块120。其中，第一三极管q1为npn三极管，第二三极管q2为pnp三极管，第一电阻r1作为igbt的g极驱动电阻，第三电阻r3作为igbt的g极放电电阻。
57.第一分压单元122连接控制电路200和第三开关单元121，第一分压单元122将控制
信号接入至第三开关单元121。第三开关单元121连接第一开关单元111和第二开关单元112，第三开关单元121接入关断igbt的控制信号时开通以关断第一开关单元111和开通第二开关单元112，接入开通igbt的控制信号时关断以开通第一开关单元111和关断第二开关单元112。
58.更为具体地，第三开关单元121包括第三三极管q3和第四电阻r4，第一分压单元122包括第五电阻r5和第六电阻r6。第五电阻r5的一端连接直流电压，第五电阻r5的另一端连接控制电路200和第六电阻r6的一端，第六电阻r6的另一端连接第三三极管q3的基极，第三三极管q3的集电极通过第四电阻r4连接第一三极管q1的基极和第二三极管q2的基极，第三三极管q3的发射极接地。第三三极管q3为npn三极管，控制模块输出高电平的控制信号时，第三三极管q3开通，使第一三极管q1关断而第二三极管q2开通，igbt关断，控制模块输出低电平的控制信号时，第三三极管q3关断，使第一三极管q1开通而第二三极管q2关断，第一三极管q1将接入的直流电压作为驱动电压输出，igbt开通。
59.根据本发明的一个具体实施例，调节电路300包括充电单元301、第四开关单元302和第二分压单元303。
60.第二分压单元303连接第四开关单元302和直流电压，将直流电压接入至第四开关单元302。第四开关单元302连接在第二开关单元112和第三开关单元121之间，第四开关单元302接入直流电压时开通以将第二开关单元112的开通电压拉低至低于开通igbt的电压，开通第二开关单元112以关断igbt。充电单元301连接在第二分压单元303和第三开关单元121之间，充电单元301在第三开关单元121开通时充电，以使第四开关单元302在充电完成前维持关断。
61.更为具体地，第四开关单元302包括第四三极管q4和第七电阻r7，第二分压单元303包括第八电阻r8和第九电阻r9，充电单元301包括第一电容。第八电阻r8的一端连接直流电压，第八电阻r8的另一端连接连接第九电阻r9的一端和通过第七电阻r7连接第四三极管q4的基极，第九电阻r9的另一端接地，第四三极管q4的发射极连接第三三极管q3的集电极，第四三极管q4的集电极连接第二三极管q2的基极，第一电容的一端连接第四三极管q4的发射极，第一电容的另一端连接第七电容远离第四三极管q4的一端。第四三极管q4为npn三极管，控制模块输出高电平的控制信号时，第三三极管q3导通，拉低第一三极管q1的基极电压，使第一三极管q1关断，第二电阻r2、第四电阻r4和第三三极管q3构成一个分压支路，使第二三极管q2的基极电压为直流电压经分压支路分压后的电压值，第二三极管q2维持关断，推挽模块110的输出电压跌落至低于完全开通igbt的电压。第三三极管q3导通后，第一电容通过第八电阻r8和第九电阻r9接入直流电压并开始充电，第四三极管q4维持关断，第一电容充电结束后，第四三极管q4的基极通过第八电阻r8和第七电阻r7接入直流电压并开通，拉低第二三极管q2的基极电压，使第二三极管q2开通，igbt关断。
62.如图2所示，根据本发明的另一个实施例，调节电路300与igbt的g极连接，调节电路300调节igbt的g极的电压，在控制电路200输出关断igbt的控制信号时调节igbt的g极的电压，使igbt的g极的电压先维持在低于完全开通igbt的电压再下降至低于开通igbt的电压。本实施例中，调节电路300直接作用于igbt的g极或者是驱动电路100的输出端，可以是在驱动电路100的驱动电压跌落至低于开通igbt的电压之前提供一个低于完全开通igbt的电压，随后再下降至低于开通igbt的电压。
63.如图3和图4所示，根据本发明的另一个实施例，控制电路200与调节电路300连接，控制电路200向驱动电路100输出关断igbt的控制信号时向调节电路300输出控制信号，调节电路300可以是连接驱动电路100，也可以是连接igbt的g极，使调节电路300对驱动电路100输出的驱动电压进行调节。本实施例中，控制电路200直接控制调节电路300，当控制电路200输出关断igbt的控制信号至驱动电路100时，控制电路200输出另一种控制信号至调节电路300，接入控制信号的调节电路300调节驱动电路100输出的驱动电压，使调节后的驱动电压先维持在低于完全开通igbt的电压再下降至低于开通igbt的电压。
64.根据本发明的另一个实施例，驱动电路100和调节电路300集成于一个驱动芯片中。
65.根据本发明的另一个实施例，驱动电路100、控制电路200和调节电路300集成于一个芯片中。
66.根据本发明的第二方面，提供一种电磁加热烹饪器具。
67.在本发明的实施例中，电磁加热烹饪器具可包括电磁电饭煲和电磁压力锅。
68.电磁加热烹饪器具包括如第一方面的igbt驱动电路，通过上述的igbt驱动电路，在关断igbt时通过调节电路对驱动igbt的驱动电压进行调节，关断igbt的过程中驱动电压的电压值下降先经过一个次级电压阶段后再下降至低于开通igbt的电压，延缓了驱动电压的下降速度，降低emi干扰、igbt的开关损耗以及igbt的温升，提升电磁加热烹饪器具的能效。
69.igbt驱动电路的具体结构参照上述实施例，由于本发明第二方面的电磁加热烹饪器具采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
70.综上所述，根据本发明实施例的igbt驱动电路及电磁加热烹饪器具，在关断igbt时通过调节电路对驱动igbt的驱动电压进行调节，关断igbt的过程中驱动电压的电压值下降先经过一个次级电压阶段后再下降至低于开通igbt的电压，延缓了驱动电压的下降速度，降低emi干扰、igbt的开关损耗以及igbt的温升，提升电磁加热烹饪器具的能效。
71.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
72.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。基于此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
73.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。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。
74.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。
75.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。
76.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复12数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式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方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
77.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。