带PFC过流保护的IGBT驱动电路、功率因数校正装置及设备

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种带PFC过流保护的IGBT驱动电路、功率因数校正装置及家电设备。

背景技术

目前，对于IGBT驱动电路的过流保护，主要是通过比较器搭建PFC过流保护电路以对功率器件IGBT进行保护，但是这样会增加元器件使用数量，增加电路的设计复杂性以及降低电路的可靠性。

发明内容

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，本发明的第一个目的在于提出一种带PFC过流保护的IGBT驱动电路，通过将过流保护电路集成至驱动芯片中，能够有效减少元器件使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性以及控制精度。

本发明的第二个目的在于提出一种功率因数校正装置。

本发明的第三个目的在于提出一种家电设备。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提供一种带PFC过流保护的IGBT驱动电路，包括：驱动芯片，驱动芯片的输入引脚连接到MCU，驱动芯片的输出引脚连接到IGBT的G极，驱动芯片用于根据输入引脚接收到的PFC控制信号生成驱动信号，并通过输出引脚将驱动信号输出给IGBT，以驱动IGBT的开通或关断；PFC电流检测单元，PFC电流检测单元的输出端与驱动芯片的电流反馈引脚相连，PFC电流检测单元用于检测PFC电流以输出电流检测电压至电流反馈引脚；驱动芯片还用于将电流检测电压与预设过流保护电压进行比较，并根据比较结果确定电流检测电压大于等于预设过流保护电压时关闭输出引脚。

根据本发明实施例的带PFC过流保护的IGBT驱动电路，通过驱动芯片根据输入引脚接收到的PFC控制信号生成驱动信号，并通过输出引脚将驱动信号输出给IGBT，以驱动IGBT的开通或关断，同时通过PFC电流检测单元检测PFC电流以输出电流检测电压至驱动芯片的电流反馈引脚，以及通过驱动芯片将电流检测电压与预设过流保护电压进行比较，并根据比较结果确定电流检测电压大于等于预设过流保护电压时关闭输出引脚。由此，通过将过流保护电路集成至驱动芯片中，能够有效减少元器件使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性以及控制精度。

根据本发明的一个实施例，驱动芯片的EN/FLT引脚连接到MCU，驱动芯片在确定电流检测电压大于等于预设过流保护电压时还通过EN/FLT引脚输出PFC过流中断信号至MCU，以便MCU根据PFC过流中断信号关断PFC控制信号。

根据本发明的一个实施例，驱动芯片包括：比较单元，比较单元的正输入端与电流反馈引脚相连，比较单元的负输入端连接到预设过流保护电压提供端，比较单元在电流检测电压大于等于预设过流保护电压时输出过流保护信号；逻辑处理单元，逻辑处理单元的第一输入端与比较单元的输出端相连，逻辑处理单元的第二输入端连接到输入引脚，逻辑处理单元的第一输出端连接到输出管脚，逻辑处理单元根据输入引脚接收到的PFC控制信号生成驱动信号，并通过输出引脚进行输出，以及在接收到过流保护信号时输出关闭信号以关闭输出引脚。

根据本发明的一个实施例，驱动芯片还包括第一开关管和第一电阻，第一开关管的控制端与逻辑处理单元的第二输出端相连，第一开关管的第一端与第一电阻的一端相连且具有第一节点，第一开关管的第二端连接到第一参考地，第一电阻的另一端连接到第一预设电源，第一节点连接到驱动芯片的EN/FLT引脚，其中，逻辑处理单元还根据过流保护信号控制第一开关管导通，以通过EN/FLT引脚输出PFC过流中断信号至MCU。

根据本发明的一个实施例，上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路还包括连接在EN/FLT引脚与MCU之间的延时滤波单元，延时滤波单元在PFC控制信号关断后还根据第二预设电源进行充电，以通过EN/FLT引脚输入使能信号至逻辑处理单元的第三输入端。

根据本发明的一个实施例，延时滤波单元包括：第二电阻，第二电阻的一端连接到第二预设电源；第一电容，第一电容的一端与第二电阻的另一端相连且具有第二节点，第一电容的另一端接地，第二节点与EN/FLT引脚相连；第三电阻，第三电阻的一端与第二节点相连，第三电阻的另一端连接到MCU；第二电容，第二电容的一端与第三电阻的另一端相连，第二电容的另一端接地。

根据本发明的一个实施例，上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路还包括连接在输入引脚与MCU之间的第一滤波单元，第一滤波单元包括：第四电阻，第四电阻的一端连接到MCU，第四电阻的另一端与输入引脚相连；第五电阻，第五电阻的一端与第四电阻的一端相连，第五电阻的另一端接地；第三电容，第三电容的一端与第四电阻的另一端相连，第三电容的另一端接地。

根据本发明的一个实施例，上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路还包括连接在输出引脚与IGBT的G极之间的驱动调节单元，驱动调节单元包括：第六电阻，第六电阻的一端与输出引脚相连，第六电阻的另一端与IGBT的G极相连；第七电阻，第七电阻与第六电阻并联；第八电阻，第八电阻的一端与输出引脚相连；第一二极管，第一二极管的阴极与第八电阻的另一端相连，第一二极管的阳极与IGBT的G极相连；稳压管，稳压管的阳极连接到驱动芯片的COM引脚和IGBT的E极后接地，稳压管的阴极与IGBT的G极相连；第九电阻，第九电阻连接在IGBT的G极与E极之间。

根据本发明的一个实施例，PFC电流检测单元包括：检流电阻，检流电阻的一端与IGBT的E极相连后接地，检流电阻的另一端连接到整流桥堆的桥堆负极端且具有第三节点；第十电阻，第十电阻的一端与第三节点相连，第十电阻的另一端与电流反馈引脚；第十一电阻，第十一电阻的一端与第十电阻的另一端相连，第十一电阻的另一端接地；第四电容，第四电容与第十一电阻并联。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提供了一种功率因数校正装置，包括上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路。

根据本发明实施例的功率因数校正装置，通过上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路，能够有效减少元器件使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性以及控制精度。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提供了一种家电设备，包括上述的功率因数校正装置。

根据本发明实施例的家电设备，通过上述的功率因数校正装置，能够有效减少元器件使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性以及控制精度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的带PFC过流保护的IGBT驱动电路的结构示意图；

图2为根据本发明另一个实施例的带PFC过流保护的IGBT驱动电路的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的驱动芯片的内部结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的功率因数校正装置的框图；

图5为根据本发明一个实施例的家电设备的框图。

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。

下面参考附图描述本发明实施例的带PFC过流保护的IGBT驱动电路、功率因数校正装置及家电设备。

图1为根据本发明一个实施例的带PFC过流保护的IGBT驱动电路的结构示意图，如图1所示，该带PFC过流保护的IGBT驱动电路包括：驱动芯片10和PFC电流检测单元20。

其中，驱动芯片10的输入引脚IN连接到MCU，驱动芯片10的输出引脚OUT连接到IGBT的G极，驱动芯片10用于根据输入引脚接IN收到的PFC控制信号生成驱动信号，并通过输出引脚OUT将驱动信号输出给IGBT，以驱动IGBT的开通或关断；PFC电流检测单元20的输出端与驱动芯片10的电流反馈引脚OCP相连，PFC电流检测单元20用于检测PFC电流以输出电流检测电压至电流反馈引脚OCP；驱动芯片10还用于将电流检测电压与预设过流保护电压进行比较，并根据比较结果确定电流检测电压大于等于预设过流保护电压时关闭输出引脚OUT。

具体而言，在对IGBT进行驱动控制时，MCU输出PFC控制信号至驱动芯片10的输入引脚IN，驱动芯片10在接收到PFC控制信号后，根据PFC控制信号生成驱动信号如PWM信号，并通过输出引脚OUT输出驱动信号至IGBT的G极，以控制IGBT开通或关断；同时，PFC电流检测单元20实时检测PFC电流，例如实时检测整流桥堆(图1中未具体示出)与IGBT的E极之间的电流以作为PFC电流，并输出与PFC电流相对应的电流检测电压，以及将电流检测电压反馈至驱动芯片10的电流反馈引脚OCP，驱动芯片10在接收到电流检测电压后，将其与预设过流保护电压进行比较，其中，如果电流检测电压大于或等于预设过流保护电压，则停止输出驱动信号至输出引脚OUT，以使IGBT停止工作，防止大电流对IGBT造成冲击，对IGBT进行过流保护。

上述实施例中，通过将过流保护电路集成至驱动芯片中，能够有效减少元器件的使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性，同时通过驱动芯片内部设置参考电压即过流保护电压，能够有效避免通过分压电路分压获得参考电压时，因受分压电阻影响导致的控制精度低的问题，有效提高了控制精度，并且通过驱动芯片进行过流保护，延时小，能够实现对IGBT的及时保护。

在一个实施例中，驱动芯片10的EN/FLT引脚连接到MCU，驱动芯片10在确定电流检测电压大于等于预设过流保护电压时还通过EN/FLT引脚输出PFC过流中断信号至MCU，以便MCU根据PFC过流中断信号关断PFC控制信号。

也就是说，在电流检测电压大于等于预设过流保护电压时，驱动芯片10在停止输出驱动信号至IGBT的同时，还通过EN/FLT引脚输出PFC过流中断信号至MCU，MCU在接收到PFC过流中断信号后，停止输出PFC控制信号至驱动芯片10，一方面可以减少MCU的资源占用，如继续生成PFC控制信号，另一方面可以避免当驱动芯片内置程序异常时，继续根据PFC控制信号生成驱动信号对IGBT进行控制，导致过流保护失效。

在一个实施例中，参考图2所示，驱动芯片10包括：比较单元11和逻辑处理单元12，比较单元11的正输入端与电流反馈引脚OCP相连，比较单元11的负输入端连接到预设过流保护电压提供端Vocth，比较单元11在电流检测电压大于等于预设过流保护电压时输出过流保护信号；逻辑处理单元12的第一输入端与比较单元11的输出端相连，逻辑处理单元12的第二输入端连接到输入引脚IN，逻辑处理单元12的第一输出端连接到输出管脚OUT，逻辑处理单元12根据输入引脚IN接收到的PFC控制信号生成驱动信号，并通过输出引脚OUT进行输出，以及在接收到过流保护信号时输出关闭信号以关闭输出引脚OUT。

在一个实施例中，继续参考图2所示，驱动芯片10还包括第一开关管Q1和第一电阻R1，第一开关管Q1的控制端与逻辑处理单元12的第二输出端相连，第一开关管Q1的第一端与第一电阻R1的一端相连且具有第一节点J1，第一开关管Q1的第二端连接到第一参考地，第一电阻R1的另一端连接到第一预设电源如+3.3V，第一节点J1连接到驱动芯片10的EN/FLT引脚，其中，逻辑处理单元12还根据过流保护信号控制第一开关管Q1导通，以通过EN/FLT引脚输出PFC过流中断信号至MCU。

具体来说，参考图2所示，驱动芯片10在通过输入引脚IN接收到PFC控制信号后，可先通过内部放大器对其进行放大处理后输入至逻辑处理单元12的第一输入端，由逻辑处理单元12生成驱动信号，并通过第二开关管Q2和第三开关管Q3构成的输出电路输出至输出引脚OUT，以对IGBT进行驱动控制。同时，驱动芯片10通过电流反馈引脚OCP接收与PFC电流相对应的电流检测电压，并通过比较单元11将其与预设过流保护电压提供端Vocth提供的预设过流保护电压进行比较，并在电流检测电压大于或等于预设过流保护电压时输出过流保护信号至逻辑处理单元12的第二输入端，此时逻辑处理单元12停止输出驱动信号至输出引脚OUT；同时，在过流保护信号的作用下，第一开关管Q1导通，第一节点J1为低电平，即EN/FLT引脚输出PFC过流中断信号，MCU根据该PFC过流中断信号停止输出PFC控制信号至驱动芯片10。

由此，通过在驱动芯片内部设置预设过流保护电压，并通过内部比较器对电流检测电压和预设过流保护电压进行比较以判断是否达到过流保护值，并在达到过流保护值时，通过内部逻辑电路计算判断，及时关闭驱动信号(不经过外部延时电路)，有效减少了电流对IGBT的冲击时间，能够更有效地保护IGBT。

在一个实施例中，参考图2-图3所示，上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路还包括连接在EN/FLT引脚与MCU之间的延时滤波单元30，延时滤波单元30在PFC控制信号关断后还根据第二预设电源如+5V进行充电，以通过EN/FLT引脚输入使能信号至逻辑处理单元12的第三输入端。

在一个实施例中，参考图3所示，延时滤波单元30包括：第二电阻R2、第一电容C1、第三电阻R3和第二电容C2，其中，第二电阻R2的一端连接到第二预设电源如+5V；第一电容C1的一端与第二电阻R2的另一端相连且具有第二节点J2，第一电容C1的另一端接地，第二节点J2与EN/FLT引脚相连；第三电阻R3的一端与第二节点J2相连，第三电阻R3的另一端连接到MCU；第二电容C2的一端与第三电阻R3的另一端相连，第二电容C2的另一端接地。

具体而言，参考图2所示，在电流检测电压大于或等于预设过流保护电压时，比较单元11输出过流保护信号至逻辑处理单元12的第二输入端，逻辑处理单元12根据过流保护信号控制第一开关管Q1导通，此时驱动芯片10的EN/FLT引脚输出PFC过流中断信号即低电平信号，并经过第二电阻R2和第一电容C1组成的延时电路以及第三电阻R3和第二电容C2组成的RC滤波电路传输至MCU，其中，当第一电容C1和第二电容C2放电完成时，MCU的PF引脚被拉低，MCU检测到PFC过流中断信号，此时MCU运算处理关断PFC控制信号。

在第一电容C1和第二电容C2放电完成后，驱动芯片10的EN/FLT引脚电平被拉低至最低值，之后在第二预设电源如+5V的作用下对第一电容C1和第二电容C2进行充电，达到驱动芯片10的高电平设定值，EN/FLT引脚恢复使能工作，但是此时MCU已经停止输出PFC控制信号，且维持一段时间(维持关断的时间大于EN/FLT引脚恢复使能时间)，因此电路仍无法动作。

在一个实施例中，参考图3所示，上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路还包括连接在输入引脚IN与MCU之间的第一滤波单元40，第一滤波单元40包括：第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3，其中，第四电阻R4的一端连接到MCU，第四电阻R4的另一端与输入引脚IN相连；第五电阻R5的一端与第四电阻R4的一端相连，第五电阻R5的另一端接地；第三电容C3的一端与第四电阻R4的另一端相连，第三电容C3的另一端接地。由此，通过第一滤波单元40对MCU输出的PFC控制信号进行滤波处理，可保证PFC控制信号的稳定性，进而保证控制的可靠性。

在一个实施例中，参考图3所示，上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路还包括连接在输出引脚OUT与IGBT的G极之间的驱动调节单元50，用于调节IGBT的开关速度。进一步地，驱动调节单元50包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一二极管D1、稳压管DZ和第九电阻R9。其中，第六电阻R6的一端与输出引脚OUT相连，第六电阻R6的另一端与IGBT的G极相连；第七电阻R7与第六电阻R6并联；第八电阻R8的一端与输出引脚OUT相连；第一二极管D1的阴极与第八电阻R8的另一端相连，第一二极管D1的阳极与IGBT的G极相连；稳压管DZ的阳极连接到驱动芯片10的COM引脚和IGBT的E极后接地，稳压管DZ的阴极与IGBT的G极相连；第九电阻R9连接在IGBT的G极与E极之间。

在一个实施例中，参考图3所示，PFC电流检测单元20包括：检流电阻Ri、第十电阻R10、第十一电阻R11和第四电容C4，其中，检流电阻Ri的一端与IGBT的E极相连后接地，检流电阻Ri的另一端连接到整流桥堆BR的桥堆负极端且具有第三节点J3；第十电阻R10的一端与第三节点J3相连，第十电阻R10的另一端与电流反馈引脚OCP；第十一电阻R11的一端与第十电阻R10的另一端相连，第十一电阻R11的另一端接地；第四电容C4与第十一电阻R11并联。可选的，检流电阻Ri为无感电阻。第十电阻R10和第十一电阻R11的阻值根据设定的预设过流保护电压进行计算调整。

具体而言，检流电阻Ri用于采样PFC电流(PFC电流为整流桥堆BR的桥堆负极端至IGBT的E极之间的电流)，并将PFC电流信号转化为电压信号，该电压信号经过由第十电阻R10和第十一电阻R11构成的分压电路以及由第十电阻R10、第十一电阻R11和第四电容C4构成的RC滤波电路后，经驱动芯片10的电流反馈引脚OCP输入至驱动芯片10内部，与驱动芯片10内部设定的预设过流保护电压进行比较以判断是否达到过流保护值。其中，通过与驱动芯片内部设定的预设过流保护电压进行比较判断，可有效解决通过参考电压电路获得过流保护电压时，因过流保护电压受电阻精度影响较大导致过流保护点的准确性低的问题，从而提高了过流保护的精度。

综上所述，根据本发明实施例的带PFC过流保护的IGBT驱动电路，通过驱动芯片根据输入引脚接收到的PFC控制信号生成驱动信号，并通过输出引脚将驱动信号输出给IGBT，以驱动IGBT的开通或关断，同时通过PFC电流检测单元检测PFC电流以输出电流检测电压至驱动芯片的电流反馈引脚，以及通过驱动芯片将电流检测电压与预设过流保护电压进行比较，并根据比较结果确定电流检测电压大于等于预设过流保护电压时关闭输出引脚。由此，通过将过流保护电路集成至驱动芯片中，能够有效减少元器件使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性、控制精度以及保护的及时性。

图4为根据本发明一个实施例的功率因数校正装置的框图，参考图4所示，该功率因数校正装置1000包括上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路100。

根据本发明实施例的功率因数校正装置，通过上述的带PFC过流保护的IGBT驱动电路，能够有效减少元器件使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性、控制精度以及保护的及时性。

图5为根据本发明一个实施例的家电设备的框图，参考图5所示，该家电设备10000包括上述的功率因数校正装置1000。

根据本发明实施例的家电设备，通过上述的功率因数校正装置，能够有效减少元器件使用数量，简化电路设计，提高电路的可靠性、控制精度以及保护的及时性。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

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。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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。

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。