簡述逆變電路及其控制及門極關斷箝位電路設計
UPS即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時，UPS立即將機內電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。
1逆變電路及其控制
PWM技術原理由于全控型電力半導體器件的出現，不僅使得逆變電路的結構大為簡化，而且在控制策略上與晶閘管類的半控型器件相比，也有著根本的不同，由原來的相位控制技術改變為脈沖寬度控制技術，簡稱PwM技術。PwM技術可以極其有效地進行諧波抑制，在頻率、效率各方面有著明顯的優點使逆變電路的技術性能與可靠性得到了明顯的提高。采用PwM方式構成的逆變器，其輸人為固定不變的直流電壓，可以通過PwM技術在同一逆變器中既實現調壓又實現調頻。由于這種逆變器只有一個可控的功率級，簡化了主回路和控制回路的結構，因而體積小、質量輕、可靠性高。又因為集凋壓、調頻于一身，所以調節速度快、系統的動態響應好。此外，采用PwM技術不僅能提供較好的逆變器輸出電壓和電流波形，而且提高了逆變器對交流電網的功率因數。
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。
2 門極關斷箝位電路
針對前面的分析，本文將提出一種門極關斷箝位電路，通過在開關管驅動電路中附加這種電路，可以有效地降低上述門極尖刺。帶有門極關斷箝位電路的驅動電路如圖4所示。
門極關斷箝位電路由 MOSFET 管MC1和MC2、MC1門極下拉電阻RC1和MC2門極上拉電阻RC2組成。實際上該電路是由 MOSFET 構成的兩級反相器。當MC1門極為高電平時，MC1導通，MC2因門極為低電平而關斷，不影響功率開關管的正常導通;當MC1門極為低電平時，MC1關斷，MC2因門極為高電平而飽和導通，從而在功率開關管的門極形成了一個極低阻抗的通路，將功率開關管的門極電壓箝位在0V，基本上消除了上文中提到的電壓尖刺。 在使用這個電路時，要注意使MC2 D、S與功率開關管G、E間的連線盡量短，以最大限度地降低功率開關管門極寄生電感和電阻。在電路板的排布上，MC2要盡量靠近功率開關管，而MC1、RC1和RC2卻不必太靠近MC2，這樣既可以發揮該電路的作用，也不至于給電路板的排布帶來很大困難。
用雙極型晶體管(如8050)同樣可以實現上述電路的功能。雙極型晶體管是電流型驅動，其基極必須要串聯電阻。為了加速其關斷，同時防止其本身受到干擾，基極同樣需要并聯下拉電阻，這樣就使電路更加復雜。同時，要維持雙極型晶體管飽和導通，其基極就必須從電源抽取電流，在通常的應用場合這并無太大影響，但在自舉驅動并且是SPWM的應用場合，這些抽流會大大加重自舉電容的負擔，容易使自舉電容上的電壓過低而影響電路的正常工作。因此選用MOSFET來構成上述門極關斷箝位電路。
圖5是在沒有門極關斷箝位電路的情況下，直流母線電壓為100V時T2門極信號的波形。可以看到在門極有一個電壓尖刺，這個尖刺與門極脈沖的時間間隔剛好等于死區時間，由此可以證明它是在同一橋臂另一開關管開通時產生的。
圖6是在有門極關斷箝位電路的情況下，直流母線電壓為400V時T2門極信號的波形。此時電壓尖刺基本消除。
通過實驗驗證，該電路確實可以抑制和消除干擾，有一定的使用價值，可以提高電路的可靠性。
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