專利名稱：一種半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于感應(yīng)加熱電路的電路保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過(guò)電流相 位檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)半橋感應(yīng)加熱電路的功率開(kāi)關(guān)管進(jìn)行保護(hù)的電路。
背景技術(shù)：
半橋式感應(yīng)加熱電路是當(dāng)前感應(yīng)加熱技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最常用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 主要由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管和諧振電容組成。該技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方式靈活， 工作效率高。但是該技術(shù)所采用一般都是功率高、電流大的電路，最主要是其 中的功率開(kāi)關(guān)管都是在零電流、零電壓條件下開(kāi)始工作的。而如果其中一個(gè)功 率開(kāi)關(guān)管是在電流自然降為零時(shí)再關(guān)斷的話，那么另一個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通就不是 在零電流，零電壓條件下實(shí)現(xiàn)的，于是在大電流工作條件下，功率開(kāi)關(guān)管損耗 大，溫升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)管燒掉。
現(xiàn)有技術(shù)中，半橋式感應(yīng)加熱的穩(wěn)定工作需要很多保護(hù)電路來(lái)保證，現(xiàn)有 的保護(hù)電路包括峰值電流保護(hù)電路，頻率跟蹤保護(hù)電路等等，但是還沒(méi)有出現(xiàn) 電流鑒相電路，以確保功率開(kāi)關(guān)管在電流自然降為零之前被強(qiáng)制關(guān)斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，在現(xiàn)有半橋式感應(yīng)加熱電路中 設(shè)計(jì)一種功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，可以實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)管在電流自然降為零之前被 強(qiáng)制關(guān)斷，從而能更好保護(hù)功率開(kāi)關(guān)管。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明包括如下技術(shù)方案 一種半橋感應(yīng)加熱電 路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，包括電流諧振電路、信號(hào)轉(zhuǎn)變電路、整流電路和 組合邏輯電路，所述電流諧振電路的輸出端與信號(hào)轉(zhuǎn)變電路的輸入端連接，信 號(hào)轉(zhuǎn)變電路的輸出端與整流電路輸入端相連；還包括鑒相脈沖生成電路，所述 鑒相脈沖生成電路的輸入端與整流電路的輸出端連接，鑒相脈沖生成電路的輸 出端與組合邏輯電路的輸入端連接，組合邏輯電路的輸出端與電流諧振電路連 接。
所述的鑒相脈沖生成電路包括相位撿測(cè)電路、同步輸出電路，所述相位檢 測(cè)電路和同步輸出電路的輸出端通過(guò)相與的邏輯關(guān)系后連接組合邏輯電路的輸 入端。
所述相位檢測(cè)電路包括比較器T41、電阻R41、電阻R42、電阻R43、電阻 R44、電容C41、電容C42;比較器T41的負(fù)端分別與電阻R41、電容C41的一端 相連，電阻R41的另一端與整流電路輸出端相連；電容C41的另一端分別與比 較器T41的正端，電阻R42,電阻R43，電容C42的一端相連，電阻R43與電容 C42并聯(lián)后接地，電阻R42的另一端連接電源電壓U1;
所述同步輸出電路包括比較器T42、電阻R45、電阻R46、電容C44;比較 器T42的正端與三角鋸齒波信號(hào)Uj輸入端連接，比較器T42的負(fù)端分別與電阻 R45、電阻R46、電容C44的一端相連接；電阻R46另一端連接電源電壓Ul，電 阻R45與電容C44并聯(lián)后接地；
比較器T42的輸出端與比較器T41的輸出端連接后，通過(guò)電阻R44與電源 電壓Ul連接，并且通過(guò)二極管D41與組合邏輯電路的輸入端連接。
所述同步輸出電路還包括三級(jí)管Q41，所述三級(jí)管Q41的基極與市電過(guò)零電壓信號(hào)U3端連接，射極與電源地連接，集電極與比較器T42的輸出端連接。 所述電流諧振電路設(shè)置的功率開(kāi)關(guān)管為IGBT管或者M(jìn)OSFET管。 所述的信號(hào)轉(zhuǎn)變電路包括一側(cè)連接在電流諧振電路上的電流互感器。 所述的整流電路是橋式整流電路。
所述組合邏輯電路包括電阻R51、電阻R52、'電容C53，電容C54、穩(wěn)壓二 極管D51和集成芯片X1;
所述集成芯片XI的3腳連接二極管D41陰極和穩(wěn)壓二極管D51陰極，穩(wěn)壓 二極管D51陽(yáng)極與集成芯片XI的1腳、16腳連接后接地；集成芯片XI的2腳、 13腳、14腳與15腳彼此通過(guò)外部相連；集成芯片XI的8腳連接電源電壓Ul;
電容C53、 C54并聯(lián)組成一個(gè)濾波電路后其一端與集成芯片XI的12腳相連 且連接電源電壓U1，電容C53、 C54的另一端分別與集成芯片XI的11腳連接后 接地；集成芯片X1的9腳、IO腳輸出IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且分別通過(guò)電阻R51、 R52與電流諧振電路的輸入控制引腳相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將半橋式電流諧振電路中的交流電流信號(hào)分別依 次通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)變電路和整流電路后轉(zhuǎn)化為直流電壓信號(hào)。在鑒相脈沖生成電路 中根據(jù)期望相位設(shè)置參考電壓，利用比較器讓該直流電壓信號(hào)與參考電壓進(jìn)行 比較，從而讓半橋式電流諧振電路中的交流電流信號(hào)在自然降為零之前由比較 器輸出一個(gè)鑒相脈沖，該鑒相脈沖在組合邏輯電路作用下，強(qiáng)制讓半橋式電流 諧振電路中的功率開(kāi)關(guān)管在電流值自然降為零之前提前關(guān)斷，起到保護(hù)功率開(kāi) 關(guān)管作用。這種電路實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單有效,成本低，安全可靠。


圖1為本發(fā)明的模塊連接原理框圖； 圖2為本發(fā)明的連接原理圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的電路連接原理圖4A為本發(fā)明半橋式電流諧振電路中交流電流信號(hào)的周期為T(mén)的波形圖； 圖4B為本發(fā)明交流電流信號(hào)依次通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)變電路、整流電路后轉(zhuǎn)化為
直流電壓信號(hào)Up的周期為T(mén)的波形圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，包括半橋式電流諧振電路l、信號(hào)轉(zhuǎn)變電路2、整流電路3、 鑒相脈沖生成電路4和組合邏輯電路5，其中電流諧振電路1的輸出端與信號(hào)轉(zhuǎn) 變電路2的輸入端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)變電路2的輸出端與整流電路3輸入端相連， 鑒相脈沖生成電路4輸入端連接整流電路3的輸出端，鑒相脈沖生成電路4的 輸出端連接組合邏輯電路5的輸入端，組合邏輯電路5的輸出端與電流諧振電 路1連接。
半橋式電流諧振電路1中有兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，本實(shí)施例中的功率開(kāi)關(guān)管采 用IGBT，各位于上下兩個(gè)橋臂上。如圖4A所示，假設(shè)半橋式電流諧振電路l 中每一個(gè)交流電流信號(hào)的周期為T(mén)，則上下橋臂的IGBT1、 IGBT2各工作半個(gè) 周期，即T/2。上半周期為上橋臂IGBTl工作周期,時(shí)間為0-T/2,下半周期為下 橋臂IGBT2工作周期,時(shí)間為T(mén)/2-T;
加図zir斷云.說(shuō)々添.由琉佶馬休^誦襯佶g鈷亦由路？、救琉由路3后鈷
化為直流電壓信號(hào)Up,頻率為交流電流信號(hào)的兩倍,相位稍微滯后于交流電流信 號(hào)。前一個(gè)周期為上橋臂IGBT1工作周期,時(shí)間為0-T/2,后一個(gè)周期為下橋臂 IGBT2工作周期,時(shí)間為T(mén)/2-T。
本發(fā)明的電路作用在于讓直流電壓信號(hào)Up在越過(guò)零電壓之前(即T/4--T/2 和3T/4—T周期時(shí)段)產(chǎn)生高電平脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)時(shí)間要足夠長(zhǎng),即鑒相相 位大,以實(shí)現(xiàn)交流電流信號(hào)在自然降為零之前強(qiáng)制關(guān)斷IGBT,從而達(dá)到保護(hù)IGBT的作用。
如圖3本發(fā)明實(shí)施例的電路原理圖所示，其中半橋式電流諧振電路1、信號(hào)
轉(zhuǎn)變電路2、整流電路3中的各電器元件及其邏輯連接關(guān)系是常規(guī)電路，不再贅 述。所述的鑒相脈沖生成電路4包括比較器T41，T42，電阻R41， R42， R43， R44， R45， R46， R47， 二級(jí)管D41，電容C41， C42，C43， C44,三級(jí)管Q41。
比較器T41的負(fù)端分別與電阻R41、電容C41的端相連，電阻R41的另 一端與整流電路3輸出端相連；電容C41的另一端分別與比較器T41的正端， 電阻R42，電阻R43,電容C42的一端相連，電阻R43與電容C42并聯(lián)后接地， 電阻R42的另一端連接開(kāi)關(guān)電源U1。
比較器T41的輸出端分別與電容C43、電阻R44、 二極管D41陽(yáng)極、三極 管Q41集電極、比較器T42輸出端相連。電容C43的另一端接地，電阻R44的 另一端連接開(kāi)關(guān)電源U1， 二極管D41陰極作為鑒相脈沖輸出端，三極管Q41 發(fā)射極接地。 一個(gè)市電過(guò)零電壓信號(hào)U3通過(guò)電阻R47連接到三極管Q41基極。
三角鋸齒波信號(hào)Uj輸入到比較器T42的正端，比較器T42的負(fù)端分別與電 阻R45、R46、電容C44的一端相連接。R46另一端連接開(kāi)關(guān)電源U1，電阻R45 與電容C44并聯(lián)后接地。
上述組合邏輯電路5包括電阻R51， R52;電容C53， C54;穩(wěn)壓二極管D51 和一個(gè)集成芯片X1。
其中集成芯片XI的3腳連接二極管D41陰極和穩(wěn)壓二極管D51陰極，穩(wěn) 壓二極管D51陽(yáng)極與集成芯片XI的1腳、16腳連接后接地。集成芯片X]的2 腳、13腳、14腳與15腳彼此通過(guò)外部相連。集成芯片X1的8腳連接電源電壓 Ul。電容C53、 C54并聯(lián)組成一個(gè)濾波電路后其一端與集成芯片X1的12腳相連且連接電源電壓U1，電容C53、 C54的另一端分別與集成芯片X1的11腳連 接后接地。集成芯片X1的9腳、IO腳輸出IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且分別通過(guò)電阻 R51、 R52與集成芯片IR2113的輸入控制引腳相連。
只有當(dāng)比較器T41、 T42正端比負(fù)端電壓高時(shí)，且三極管Q41截止的條件 下，才能由電壓電源U1通過(guò)電阻R44、 二級(jí)管D41輸出高電平鑒相脈沖給組合 邏輯電路5中的集成芯片X1，集成芯片X1的9腳和IO腳會(huì)輸出兩個(gè)低電平信 號(hào)，通過(guò)電阻R51、 R52限流之后，分別傳輸給芯片IR2113，則IR2113會(huì)輸出 兩個(gè)低電平信號(hào)，使得IGBT1、 IGBT2截止，以實(shí)現(xiàn)交流電流信號(hào)在自然降為 零之前強(qiáng)制關(guān)斷IGBT,從而達(dá)到保護(hù)IGBT的作用。
如果T41、 T42中的任何一個(gè)或兩個(gè)中的負(fù)端比正端電壓高,或三極管Q41 導(dǎo)通,則二級(jí)管D41輸出低電平信號(hào)給組合邏輯電路5中的集成芯片X1，集成 芯片X1的9腳和10腳其中一個(gè)輸出高電平信號(hào)，另一個(gè)輸出低電平信號(hào)，通 過(guò)電阻R51、 R52限流之后，分別傳輸給芯片IR2113，貝U IR2113其中一個(gè)輸出 高電平信號(hào)，另一個(gè)輸出低電平信號(hào)，使得IGBT1、 IGBT2總有一個(gè)處于導(dǎo)通， 即正常工作狀態(tài)。
比較器T42的作用是使產(chǎn)生該高電平鑒相脈沖的時(shí)間在T/4-T/2或3T/4-T 之間，也即直流電壓信號(hào)Up在越過(guò)零電壓之前。實(shí)現(xiàn)方法是電源電壓U1通 過(guò)分壓電阻R46、 R45給T42負(fù)端提供一個(gè)固定基準(zhǔn)電壓Ui， T42正端接入三 角鋸齒波信號(hào)Uj。當(dāng)Uj〉Ui時(shí),電壓波形處于T/4-172或3T/4-T之間,于是產(chǎn)生 鑒相脈沖的時(shí)間在T/4-T/2或3T/4-T之間。
比較器T41的作用是在T/4-T/2或3T/4-T之間內(nèi)獲取期望相位t,實(shí)現(xiàn)方法 是電源電壓U1通過(guò)分壓電阻R42、 R43給比較器T41正端提供固定基準(zhǔn)電壓Uk,負(fù)端接入直流電壓信號(hào)Up。假設(shè)直流電壓信號(hào)幅值為Upmax,則 Uk=0-l/3Upmax時(shí)，即可獲取期望相位t。
三極管Q41的基極接入的是市電過(guò)零電壓信號(hào)U3,工作頻率為100HZ。該 信號(hào)的作用是不讓市電電壓信號(hào)過(guò)零時(shí)半橋式感應(yīng)加熱電路的電流鑒相裝置起 作用,以免出現(xiàn)誤保護(hù)現(xiàn)象。該信號(hào)出現(xiàn)時(shí)為高電平，時(shí)間很短,三極管Q41會(huì)導(dǎo) 通。大部分時(shí)間為低電平,三級(jí)管Q41截止。所以在整機(jī)工作絕大部分時(shí)間里， 三級(jí)管Q41是截止?fàn)顟B(tài)。
權(quán)利要求
1. 一種半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，包括電流諧振電路(1)、信號(hào)轉(zhuǎn)變電路(2)、整流電路(3)和組合邏輯電路(5)，所述電流諧振電路(1)的輸出端與信號(hào)轉(zhuǎn)變電路(2)的輸入端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)變電路(2)的輸出端與整流電路(3)輸入端相連；其特征在于還包括鑒相脈沖生成電路(4)，所述鑒相脈沖生成電路(4)的輸入端與整流電路(3)的輸出端連接，鑒相脈沖生成電路(4)的輸出端與組合邏輯電路(5)的輸入端連接，組合邏輯電路(5)的輸出端與電流諧振電路(1)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，其特征在于所述的鑒相脈沖生成電路(4)包括相位檢測(cè)電路(41)、同步輸出電路(42)，所述相位檢測(cè)電路(41)和同步輸出電路(42)的輸出端通過(guò)相與的邏輯關(guān)系后連接組合邏輯電路(5)的輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，其特征在于所述相位檢測(cè)電路(41)包括比較器T41、電阻R41、電阻R42、電阻R43、電阻R44、電容C41、電容C42;比較器T41的負(fù)端分別與電阻R41、電容C41的一端相連，電阻R41的另一端與整流電路(3)輸出端相連；電容C41的另一端分別與比較器T41的正端，電阻R42,電阻R43，電容C42的一端相連，電阻R43與電容C42并聯(lián)后接地，電阻R42的另一端連接電源電壓Ul;所述同步輸出電路(42)包括比較器T42、電阻R45、電阻R46、電容C44;比較器T42的正端與三角鋸齒波信號(hào)Uj輸入端連接，比較器T42的負(fù)端分別與電阻R45、電阻R46、電容C44的一端相連接；電阻R46另一端連接電源電壓Ul，電阻R45與電容C44并聯(lián)后接地；比較器T42的輸出端與比較器T41的輸出端連接后，通過(guò)電阻R44與電源 電壓U1連接，并且通過(guò)二極管D41與組合邏輯電路(5)的輸入端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，其 特征在于所述同步輸出電路(42)還包括三級(jí)管Q41，所述三級(jí)管Q41的基極 與市電過(guò)零電壓信號(hào)U3端連接，射極接電源地，集電極與比較器T42的輸出端 連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保 護(hù)電路，其特征在于所述電流諧振電路(1)設(shè)置的功率開(kāi)關(guān)管為IGBT管或 者M(jìn)0SFET管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，其 特征在于所述的信號(hào)轉(zhuǎn)變電路(2)包括一側(cè)連接在電流諧振電路(1)上的 電流互感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，其 特征在于所述的整流電路(3)是橋式整流電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半橋感應(yīng)加熱電路中的功率開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路，其 特征在于所述組合邏輯電路(5)包括電阻R51、電阻R52、電容C53，電容 C54、穩(wěn)壓二極管D51和集成芯片XI;所述集成芯片XI的3腳連接二極管D41陰極和穩(wěn)壓二極管D51陰極，穩(wěn)壓 二極管D51陽(yáng)極與集成芯片XI的1腳、16腳連接后接地；集成芯片XI的2腳、 13腳、14腳與15腳彼此通過(guò)外部相連；集成芯片XI的8腳連接電源電壓Ul;電容C53、C54并聯(lián)后其一端與集成芯片XI的12腳相連且連接電源電壓Ul，電容C53、 C54的另一端分別與集成芯片X1的11腳連接后接地；集成芯片X1 的9腳、IO腳輸出IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且分別通過(guò)電阻R51、 R52與電流諧振電路 (1)輸入控制引腳相連。
全文摘要
本發(fā)明屬于感應(yīng)加熱電電路的電路保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，包括電流諧振電路、信號(hào)轉(zhuǎn)變電路、整流電路和組合邏輯電路，所述電流諧振電路的輸出端與信號(hào)轉(zhuǎn)變電路的輸入端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)變電路的輸出端與整流電路輸入端相連；還包括鑒相脈沖生成電路，所述鑒相脈沖生成電路的輸入端與整流電路的輸出端連接，鑒相脈沖生成電路的輸出端與組合邏輯電路的輸入端連接，組合邏輯電路的輸出端與電流諧振電路連接。本發(fā)明在常規(guī)的電流諧振電路的基礎(chǔ)上，使用信號(hào)轉(zhuǎn)變電路和整流電路生成直流電壓信號(hào)，再使用鑒相脈沖生成電路產(chǎn)生鑒相脈沖，該鑒相脈沖在組合邏輯電路的作用下，強(qiáng)制讓電流諧振電路中的功率開(kāi)關(guān)管在電流值自然降為零之前提前關(guān)斷，起到保護(hù)功率開(kāi)關(guān)管的作用。
文檔編號(hào)H02H7/20GK101478142SQ20081022006
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者琦 晏, 毛宏建, 陳宗訓(xùn) 申請(qǐng)人:美的集團(tuán)有限公司