一种实用的逆变桥功率开关管门极关断箝位电路设计

不间断电源(Uninterrupted Power Supply，简称UPS)是一种稳频、稳压、纯净、不间断的高质量电源，随着电子和电器设备对电网质量要求的不断增高，它已经成为许多重要场合必备的辅助电源。

　　1 逆变电路及其控制

　　正弦脉宽调制(SPWM)技术在逆变器的控制中得到了广泛应用，正弦脉宽调制方式很多，在此不一一描述。本电路采用的是倍频式的调制方式，下面简单加以介绍。

　　全桥逆变电路的基本结构如图1所示。在倍频式调制方式中，四个开关管的门极脉冲信号Vg1～Vg4的产生方法如图2所示。四个开关管门极脉冲信号Vg1～Vg4与两桥臂中点A、B间电压VAB的波形也如图2所示。

　　由图2可以看出，在倍频式调制方式中，A、B间电压频率是开关管工作频率的两倍，这种调制方式的好处在于在不增加开关管工作频率的情况下，可以减小逆变器输出滤波器的尺寸。它的缺点在于四个门极脉冲信号各不相同，提高了控制电路和脉冲发生电路的复杂性。本文提及的逆变电路开关管门极SPWM信号是由数字信号处理器(DSP)产生的，对于数字控制电路而言，倍频式调制方式所带来的电路复杂性可以忽略。

　　该电路采用IGBT作为功率开关管。由于IGBT寄生电容和线路寄生电感的存在，同一桥臂的开关管在开关工作时相互会产生干扰，这种干扰主要体现在开关管门极上。以上管开通对下管门极产生的干扰为例，实际驱动电路及其等效电路如图3所示。

　　实际电路中，虚线框部分是IR2110的输出推挽电路，RS、RP分别是T2门极串、并联电阻，Zg是门极限幅稳压管。当上管T1开通时，下管T2门极信号必然为低电平，即M2导通，M2两端可等效为一个电阻RM，这个电阻与RS、RP一起等效为电阻Rg。

　　Rg=(RM+RS)//RP≈RS(RM < S < P)

　　Zg两端相当于开路。电容Cge和Cgc都是T2的寄生电容。电感L是功率电路线路的等效寄生电感，Lg是驱动电路的线路电感。

　　在T1开通前，由于互补门极信号死区的存在，T1、T2均处于关断状态，桥臂中点电压是高压母线电压VBUS的一半。当T1开通时，中点电压立刻上升，很高的dv/dt使L和T2的寄生电容发生振荡，由于Lg和Rg的存在且Cge的阻抗也并不足够低，在T2门极会产生一个电压尖刺。这个电压尖刺幅值随母线电压VBUS和负载电流的增大而增大，可能达到足以导致T2瞬间误导通的幅值，这时桥臂就会形成直通，造成电路烧毁。同样地，当T2开通时，T1的门极也会有电压尖刺产生。

　　通过减小RS和改善电路布线可以使这个电压尖刺有所降低，但均不能达到可靠防止桥臂直通的要求。