一種實用的逆變橋功率開關管門極關斷箝位電路設計

不間斷電源(Uninterrupted Power Supply，簡稱UPS)是一種穩頻、穩壓、純凈、不間斷的高質量電源，隨著電子和電器設備對電網質量要求的不斷增高，它已經成為許多重要場合必備的輔助電源。

　　1 逆變電路及其控制

　　正弦脈寬調制(SPWM)技術在逆變器的控制中得到了廣泛應用，正弦脈寬調制方式很多，在此不一一描述。本電路采用的是倍頻式的調制方式，下面簡單加以介紹。

　　全橋逆變電路的基本結構如圖1所示。在倍頻式調制方式中，四個開關管的門極脈沖信號Vg1～Vg4的產生方法如圖2所示。四個開關管門極脈沖信號Vg1～Vg4與兩橋臂中點A、B間電壓VAB的波形也如圖2所示。

　　由圖2可以看出，在倍頻式調制方式中，A、B間電壓頻率是開關管工作頻率的兩倍，這種調制方式的好處在于在不增加開關管工作頻率的情況下，可以減小逆變器輸出濾波器的尺寸。它的缺點在于四個門極脈沖信號各不相同，提高了控制電路和脈沖發生電路的復雜性。本文提及的逆變電路開關管門極SPWM信號是由數字信號處理器(DSP)產生的，對于數字控制電路而言，倍頻式調制方式所帶來的電路復雜性可以忽略。

　　該電路采用IGBT作為功率開關管。由于IGBT寄生電容和線路寄生電感的存在，同一橋臂的開關管在開關工作時相互會產生干擾，這種干擾主要體現在開關管門極上。以上管開通對下管門極產生的干擾為例，實際驅動電路及其等效電路如圖3所示。

　　實際電路中，虛線框部分是IR2110的輸出推挽電路，RS、RP分別是T2門極串、并聯電阻，Zg是門極限幅穩壓管。當上管T1開通時，下管T2門極信號必然為低電平，即M2導通，M2兩端可等效為一個電阻RM，這個電阻與RS、RP一起等效為電阻Rg。

　　Rg=(RM+RS)//RP≈RS(RM S P)

　　Zg兩端相當于開路。電容Cge和Cgc都是T2的寄生電容。電感L是功率電路線路的等效寄生電感，Lg是驅動電路的線路電感。

　　在T1開通前，由于互補門極信號死區的存在，T1、T2均處于關斷狀態，橋臂中點電壓是高壓母線電壓VBUS的一半。當T1開通時，中點電壓立刻上升，很高的dv/dt使L和T2的寄生電容發生振蕩，由于Lg和Rg的存在且Cge的阻抗也并不足夠低，在T2門極會產生一個電壓尖刺。這個電壓尖刺幅值隨母線電壓VBUS和負載電流的增大而增大，可能達到足以導致T2瞬間誤導通的幅值，這時橋臂就會形成直通，造成電路燒毀。同樣地，當T2開通時，T1的門極也會有電壓尖刺產生。

　　通過減小RS和改善電路布線可以使這個電壓尖刺有所降低，但均不能達到可靠防止橋臂直通的要求。