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一種實(shí)用的逆變橋功率開關(guān)管門極關(guān)斷箝位電路
摘要：針對１kVA高頻在線式UPS主功率電路的設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)際電路調(diào)試中所遇到的問題，提出了一種實(shí)用的電路——逆變橋功率開關(guān)管門極關(guān)斷箝位電路,它可以有效地抑制開關(guān)管門極的干擾，從而提高電路的可靠性；同時(shí)給出了部分電路的實(shí)驗(yàn)波形和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)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(wěn)頻、穩(wěn)壓、純凈、不間斷的高質(zhì)量電源，隨著電子和電器設(shè)備對電網(wǎng)質(zhì)量要求的不斷增高，它已經(jīng)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(diào)制(ＳＰＷＭ)技術(shù)在逆變器的控制中得到了廣泛應(yīng)用，正弦脈寬調(diào)制方式很多，在此不一一描述。本電路采用的是倍頻式的調(diào)制方式，下面簡單加以介紹。
全橋逆變電路的基本結(jié)構(gòu)如圖１所示。在倍頻式調(diào)制方式中，四個(gè)開關(guān)管的門極脈沖信號(hào)Ｖｇ１～Ｖｇ４的產(chǎn)生方法如圖２所示。四個(gè)開關(guān)管門極脈沖信號(hào)Ｖｇ１～Ｖｇ４與兩橋臂中點(diǎn)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(diào)制方式中，Ａ、Ｂ間電壓頻率是開關(guān)管工作頻率的兩倍，這種調(diào)制方式的好處在于在不增加開關(guān)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(diǎn)在于四個(gè)門極脈沖信號(hào)各不相同，提高了控制電路和脈沖發(fā)生電路的復(fù)雜性。本文提及的逆變電路開關(guān)管門極ＳＰＷＭ信號(hào)是由數(shù)字信號(hào)處理器(ＤＳＰ)產(chǎn)生的，對于數(shù)字控制電路而言,倍頻式調(diào)制方式所帶來的電路復(fù)雜性可以忽略。
該電路采用ＩＧＢＴ作為功率開關(guān)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(guān)管在開關(guān)工作時(shí)相互會(huì)產(chǎn)生干擾，這種干擾主要體現(xiàn)在開關(guān)管門極上。以上管開通對下管門極產(chǎn)生的干擾為例，實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路及其等效電路如圖３所示。
實(shí)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(lián)電阻，Ｚｇ是門極限幅穩(wěn)壓管。當(dāng)上管Ｔ１開通時(shí)，下管Ｔ２門極信號(hào)必然為低電平，即Ｍ２導(dǎo)通，Ｍ２兩端可等效為一個(gè)電阻ＲＭ，這個(gè)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(dāng)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(qū)動(dòng)電路的線路電感。
在Ｔ１開通前，由于互補(bǔ)門極信號(hào)死區(qū)的存在，Ｔ１、Ｔ２均處于關(guān)斷狀態(tài)，橋臂中點(diǎn)電壓是高壓母線電壓ＶＢＵＳ的一半。當(dāng)Ｔ１開通時(shí)，中點(diǎn)電壓立刻上升，很高的ｄｖ／ｄｔ使Ｌ和Ｔ２的寄生電容發(fā)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓尖刺。這個(gè)電壓尖刺幅值隨母線電壓ＶＢＵＳ和負(fù)載電流的增大而增大，可能達(dá)到足以導(dǎo)致Ｔ２瞬間誤導(dǎo)通的幅值，這時(shí)橋臂就會(huì)形成直通，造成電路燒毀。同樣地，當(dāng)Ｔ２開通時(shí)，Ｔ１的門極也會(huì)有電壓尖刺產(chǎn)生。
圖4 帶有門極關(guān)斷箝位電路的驅(qū)動(dòng)
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