一種實用的逆變橋功率開關管門極關斷箝位電路

摘要：針對１kVA高頻在線式UPS主功率電路的設計，并結合實際電路調試中所遇到的問題，提出了一種實用的電路——逆變橋功率開關管門極關斷箝位電路,它可以有效地抑制開關管門極的干擾，從而提高電路的可靠性；同時給出了部分電路的實驗波形和實驗結果。

    關鍵詞：逆變 抑制 可靠性 箝位

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＜＜ＲＳ＜＜ＲＰ)   (１)

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。

圖4 帶有門極關斷箝位電路的驅動

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