IGBT保护电路及电磁加热器具的制作方法

igbt保护电路及电磁加热器具
技术领域
1.本技术实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种igbt保护电路及电磁加热器具。


背景技术：

2.电磁加热器具是一种常见的用于加热的家用电器，电磁加热器具在工作时，利用脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)信号控制绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)高频通断，使得加热线圈上产生高频交流电进而进行谐振加热。
3.在异常情况下，若pwm信号出现错误，例如pwm信号为持续高电平或pwm信号占空比过大，导致igbt导通时间过长，会使流过igbt的电流超过最大值，导致igbt过流损坏。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种igbt保护电路及电磁加热器具，以避免igbt过热损坏。
5.第一方面，本技术提供一种igbt保护电路，包括：控制电路、驱动电路、igbt和比较电路；
6.所述控制电路的第一端口与所述比较电路的第一输入端和所述驱动电路分别连接，所述驱动电路与所述igbt连接；所述控制电路的第二端口与所述比较电路的第二输入端连接；所述比较电路的输出端与所述驱动电路连接；
7.所述控制电路通过所述第一端口输出脉冲信号至所述驱动电路，以通过所述驱动电路控制所述igbt导通或关断，所述控制电路还通过所述第一端口输出所述脉冲信号至所述第一输入端，并通过第二端口输出参考信号至所述第二输入端；
8.所述比较电路用于在所述第一输入端的电压大于所述第二输入端的电压时，通过所述驱动电路控制所述igbt关断。
9.所述igbt保护电路中，在控制电路和驱动电路之间增加比较电路，控制电路的pwm信号除了输出至驱动电路之外，还输出至比较电路的一个输入端，比较电路的另一个输入端连接参考信号，在pwm信号出现异常，例如pwm信号为持续高电平或pwm信号占空比过大时，比较电路的输出高电平信号来控制驱动电路输出低电平信号，从而使得igbt关断，避免igbt长时间导通而过流损坏。
10.在一种实施方式中，所述比较电路包括比较器和正反馈电路；
11.所述控制电路通过所述第一端口与所述比较器的同相端连接，并通过所述第二端口与所述比较器的反相端连接，所述正反馈电路与所述同相端和所述比较器的输出端分别连接。
12.由于正反馈电路的作用，当比较器的输出端输出高电平信号之后，即使比较器的同相端的电压下降，比较器的输出端也保持输出高电平信号，持续硬件关断igbt。从而，避免了igbt过流损坏。
13.在一种实施方式中，所述比较电路还包括：第一滤波电路；
14.所述第一滤波电路与所述第一端口和所述同相端分别连接。
15.在一种实施方式中，所述第一滤波电路包括：第一电容和第一电阻；
16.所述第一电阻的第一端与所述第一端口连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端和所述同相端分别连接，所述第一电容的第二端接地。
17.在一种实施方式中，所述比较电路还包括：分压电路；
18.所述分压电路与所述第二端口和所述反相端分别连接。
19.在一种实施方式中，所述分压电路包括：第二电阻和第三电阻；
20.所述第二电阻的第一端与所述第二端口连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端和所述反相端分别连接，所述第三电阻的第二端接地。
21.在一种实施方式中，所述比较电路还包括第二滤波电路；所述第二滤波电路与所述比较器的输出端和所述驱动电路分别连接。
22.在一种实施方式中，所述第二滤波电路包括：第二电容和第四电阻；
23.所述第四电阻的第一端与所述比较器的输出端连接，所述第四电阻的第二端与所述第二电容的第一端和所述驱动电路分别连接，所述第二电容的第二端接地。
24.在一种实施方式中，还包括：igbt电流检测电路；
25.igbt电流检测电路用于检测所述igbt的电流；
26.所述控制电路用于在所述igbt的电流为零的时长超过预设时长时，控制所述第一端口输出的脉冲信号为持续低电平信号，并控制所述第二端口输出的参考信号为低电平信号。
27.所述控制电路通过所述igbt电流检测电路确定igbt关断一段时间后，复位比较电路，从而使igbt恢复工作，避免igbt被关断后无法再恢复工作。
28.第二方面，本技术提供一种电磁加热器具，包括如第一方面以及第一方面的实施方式所述的igbt保护电路。
29.本技术提供的igbt保护电路及电磁加热器具，该igbt保护电路中，在控制电路和驱动电路之间增加比较电路，控制电路的pwm信号除了输出至驱动电路之外，还输出至比较电路的一个输入端，比较电路的另一个输入端连接参考信号，在pwm信号出现异常，例如pwm信号为持续高电平或pwm信号占空比过大时，比较电路输出高电平信号来控制驱动电路输出低电平信号，从而使得igbt关断，避免igbt长时间导通而过流损坏。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为现有技术中的一种电磁加热器具的电路示意图；
32.图2为本技术实施例提供的一种igbt保护电路的示意图一；
33.图3为本技术实施例提供的一种igbt保护电路的示意图二；
34.图4为本技术实施例提供的一种igbt保护电路的示意图三；
35.图5为本技术实施例提供的一种igbt保护电路的示意图四；
36.图6为本技术实施例提供的一种igbt保护电路的示意图五。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.在本技术的描述中，需要解释的是，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技术和简化描述，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技术的限制。
39.电磁加热器具，例如电磁炉、电磁灶、电饭锅等，主要是运用高频电磁感应原理进行加热。电磁加热器具工作时，控制器输出pwm信号控制igbt高频通断，使得加热线圈上产生高频交流电进而进行谐振加热。示例的，图1为现有技术中的一种电磁加热器具的电路示意图，如图1中所示，微控制单元(microcontroller unit，mcu)10的pwm端口输出pwm信号至第一驱动电路11，利用第一驱动电路11控制igbt0高频通断，其中，pwm信号为高电平时，第一驱动电路11输出高电平信号驱动igbt0导通，pwm信号为低电平时，第一驱动电路11输出低电平信号，则igbt0关断，igbt0高频通断使得第一谐振电路12产生谐振对锅具加热，第一谐振电路12中包括了加热线圈以及谐振电容(图中未示意)。
40.电磁加热器具通过调节pwm信号的占空比来控制输出功率。在异常情况下，若pwm信号出现异常，例如pwm信号为持续高电平或pwm信号占空比过大，则会导致igbt0导通时间过长，流过igbt0的电流过大，使得igbt0发热过大而损坏。
41.为了解决上述问题，本技术实施例中提出一种igbt保护电路，该igbt保护电路中，在控制电路和驱动电路之间增加比较电路，控制电路的pwm信号除了输出至驱动电路之外，还输出至比较电路的一个输入端，比较电路的另一个输入端连接参考信号，在pwm信号出现异常，例如pwm信号为持续高电平或pwm信号占空比过大时，比较电路的输出高电平信号来控制驱动电路输出低电平信号，从而使得igbt关断，避免igbt长时间导通而过流损坏。
42.下面，将通过具体的实施例对本技术提供的igbt保护电路进行详细地说明。可以理解的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。此外，本技术实施例提供的igbt保护电路，除了可以用于上述的电磁加热器具之外，也可以应用于其他任何需要进行igbt保护的电路中，对于控制器(控制电路)通过驱动电路控制igbt通断的电路中，均可采用本技术实施例提供的igbt保护电路来避免igbt过流损坏，达到安全保护的作用，本技术实施例对于该igbt保护电路的应用场景并不做限定，在以下实施例中以该igbt保护电路应用于电磁加热器具来示例说明。
43.图2为本技术实施例提供的一种igbt保护电路的结构示意图一。如图2所示，igbt保护电路包括：控制电路20、驱动电路21、igbt和比较电路22。
44.其中，控制电路20的第一端口(pwm端口)与比较电路22的第一输入端和驱动电路21分别连接，驱动电路21与igbt连接；控制电路20的第二端口与比较电路22的第二输入端连接；比较电路22的输出端与驱动电路21连接。
45.控制电路20通过第一端口输出脉冲信号(pwm信号)至驱动电路21，以通过驱动电
路21控制igbt导通或关断，控制电路20还通过第一端口输出脉冲信号至比较电路22的第一输入端，并通过第二端口输出参考信号至比较电路22的第二输入端。
46.比较电路22用于在比较电路22的第一输入端的电压大于比较电路22的第二输入端的电压时，通过驱动电路21控制igbt关断。
47.本实施例中的控制电路20可以为mcu。
48.此外，图2中以igbt保护电路应用于电磁加热器具为例，示意性画出了igbt与谐振电路23连接，谐振电路23用于谐振加热。
49.电磁加热器具正常工作时，控制电路20的第一端口输出一定占空比的pwm信号至驱动电路21，从而控制igbt进行高频通断，使得谐振电路23谐振加热。pwm信号的占空比根据加热功率确定。
50.在本技术实施例中，控制电路20的第一端口输出的pwm信号除了输出至驱动电路21之外，还输出至比较电路22的第一输入端。其中，在pwm信号的占空比正常的情况下，比较电路22的第一输入端的电压不会大于比较电路22的第二输入端的电压，从而比较电路22的输出端的输出信号为低电平信号，比较电路22输出的低电平信号不会对驱动电路21产生影响。
51.然而，在一些情况下，控制电路20的第一端口输出的pwm信号异常，例如pwm信号为持续高电平信号(即占空比为100％)，或者pwm信号的占空比过高，例如占空比接近100％，在这些异常情况下，比较电路22的第一输入端的电压会大于比较电路22的第二输入端的电压，从而比较电路22的输出端的输出信号为高电平信号，比较电路22输出的高电平信号可以控制驱动电路21输出低电平信号，从而使得igbt关断。从而，避免了igbt在异常的pwm信号的控制下长时间导通而导致过流损坏。
52.在上述实施例的基础上对比较电路22做进一步说明。
53.在一种实施方式中，参见图3，比较电路22包括比较器ua和正反馈电路221。
54.其中，控制电路20通过第一端口与比较器ua的同相端连接，并通过第二端口与比较器ua的反相端连接，正反馈电路221与同相端和比较器ua的输出端分别连接。
55.在pwm信号的占空比正常的情况下，比较器ua的同相端的电压不会大于比较器ua的反相端的电压，从而比较器ua的输出端的输出信号为低电平信号，比较器ua输出的低电平信号不会对驱动电路21产生影响。
56.在pwm信号异常的情况下，比较器ua的同相端的电压会大于比较器ua的反相端的电压，从而比较器ua的输出端的输出信号为高电平信号，比较器ua输出的高电平信号可以控制驱动电路21输出低电平信号，从而使得igbt关断。同时，由于比较器ua的同相端和输出端之间的正反馈电路221，当比较器ua的输出端输出高电平信号之后，即使比较器ua的同相端的电压下降，小于比较器ua的反相端的电压，比较器ua的输出端也保持输出高电平信号，持续硬件关断igbt。从而，避免了igbt在异常的pwm信号的控制下长时间导通而导致过流损坏。
57.在一种实施方式中，参见图4，比较电路22还包括：第一滤波电路222。
58.其中，第一滤波电路222与控制电路20的第一端口和比较器ua的同相端分别连接。
59.在一种实施方式中，参见图4，比较电路22还包括：分压电路223。
60.其中，分压电路223与控制电路20的第二端口和比较器ua的反相端分别连接。
61.在一种实施方式中，参见图4，比较电路22还包括第二滤波电路224；第二滤波电路224与比较器ua的输出端和驱动电路21分别连接。
62.控制电路20的第一端口输出的pwm信号经过第一滤波电路222后输入至比较器ua的同相端，第一滤波电路222为低通滤波电路；控制电路20的第二端口输出的高电平的参考信号为比较器ua供电，且参考信号经过分压电路223分压后输入至比较器ua的反相端；比较器ua的输出端的输出信号经过第二滤波电路224后输入至驱动电路21。
63.在一种实施方式中，参见图5，第一滤波电路222包括：第一电容c1和第一电阻r1。
64.其中，第一电阻r1的第一端与第一端口连接，第一电阻r1的第二端与第一电容c1的第一端和比较器ua的同相端分别连接，第一电容c1的第二端接地。
65.在一种实施方式中，参见图5，分压电路223包括：第二电阻r2和第三电阻r3。
66.其中，第二电阻r2的第一端与第二端口连接，第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第一端和比较器ua的反相端分别连接，第三电阻r3的第二端接地。
67.在一种实施方式中，参见图5，第二滤波电路224包括：第二电容c2和第四电阻r4。
68.其中，第四电阻r4的第一端与比较器ua的输出端连接，第四电阻r4的第二端与第二电容c2的第一端和驱动电路21分别连接，第二电容c2的第二端接地。
69.在一种实施方式中，参见图5，正反馈电路221包括：第五电阻r5。
70.此外，比较电路22中还包括比较器ua的输出端的上拉电阻r6。
71.控制电路20的第二端口(图5中io口)输出的高电平的参考信号为比较器ua供电，同时该参考信号经过第二电阻r2和第三电阻r3的分压后输入至比较器ua的反相端；控制电路20的第一端口(图5中pwm口)输出的pwm信号输入至驱动电路21，并且，pwm信号还经过第一电阻r1后为第一电容c1充电并输入至比较器ua的同相端。
72.图5中示意了一种可行的驱动电路21的电路结构，需要说明的是，驱动电路21的电路结构并不局限于此。pwm信号为高电平时，驱动电路21输出高电平至igbt，igbt导通；pwm信号为低电平时，驱动电路21输出低电平至igbt，igbt关断。
73.在pwm信号的占空比正常的情况下，即pwm信号的高电平的持续时长在正常范围，第一电容c1的电压不会超过限定值，比较器ua的同相端的电压不会大于比较器ua的反相端的电压，从而比较器ua的输出端的输出信号为低电平信号，比较器ua输出的低电平信号不会对驱动电路21的输出信号产生影响，驱动电路21的输出信号由pwm信号控制。
74.在pwm信号的占空比异常的情况下，即pwm信号的高电平的持续时长过长，第一电容c1的电压超过限定值，比较器ua的同相端的电压大于比较器ua的反相端的电压，从而比较器ua的输出端的输出信号为高电平信号，比较器ua输出的高电平信号可以控制驱动电路21输出低电平信号，从而使得igbt关断。同时，由于第五电阻r5的正反馈回路，当比较器ua的输出端输出高电平信号之后，即使比较器ua的同相端的电压下降，小于比较器ua的反相端的电压，比较器ua的输出端也保持输出高电平信号，持续硬件关断igbt。从而，避免了igbt在异常的pwm信号的控制下长时间导通而导致过流损坏。
75.在一种实施方式中，参见图6，igbt保护电路还包括：igbt电流检测电路24。
76.igbt电流检测电路24用于检测igbt的电流；控制电路20用于在igbt的电流为零的时长超过预设时长时，控制第一端口输出的脉冲信号为持续低电平信号，并控制第二端口输出的参考信号为低电平信号。
77.igbt电流检测电路24与控制电路20的ad口连接，当控制电路20确定在预设时长内检测到的igbt电流为零时，表示igbt已经被关断一段时间，需要重新初始化pwm控制器和相关软件等，控制电路20控制第一端口和第二端口均输出低电平信号，从而复位比较器ua，使比较器ua输出低电平信号，从而比较器ua的输出信号不再影响驱动电路21的输出信号。之后，控制电路20可以再次重新启动pwm信号输出检测锅具，当检测到锅具时，正常输出pwm信号进行加热。
78.控制电路20通过igbt电流检测电路24确定igbt关断一段时间后，复位比较电路22，从而使igbt恢复工作，避免igbt被关断后无法再恢复工作。
79.本技术实施例还提供一种电磁加热器具，该电磁加热器具中包括上述任一实施例中的igbt保护电路，其实现原理和技术效果与上述类似，此处不再赘述。
80.在本技术中，术语“包括”及其变形可以指非限制性的包括；术语“或”及其变形可以指“和/或”。本技术中术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。本技术中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，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：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
81.本领域普通技术人员可以理解：实现上述各实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
82.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术实施例进行了详细的说明，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技术实施例方案的范围。