一種實(shí)用的逆變橋功率開關(guān)管門極關(guān)斷箝位電路

1、    一種實(shí)用的逆變橋功率開關(guān)管門極關(guān)斷箝位電路        劉振來1 葉浩屹 胡 磊 時(shí)間:2008年10月07日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        ? 摘? 要:? 關(guān)鍵詞: 逆變? 抑制? 可靠性? 箝位? 不間斷電源(Uninterr

2、upted Power Supply,簡(jiǎn)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(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求的不斷增高,它已經(jīng)成為許多重要場(chǎng)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(jiǎn)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)Vg1Vg4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)Vg1Vg4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

3、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(duì)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。? 實(shí)際電路中,虛線框部分是IR2110的輸出推挽電路,RS、RP2兩端可等效為一個(gè)電阻RM,這個(gè)電阻與RS、RP一起等效為電阻Rg。? ? 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

4、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。? 通過減小RS和改善電路布線可以使這個(gè)電壓尖刺有所降低,但均不能達(dá)到可靠防止橋臂直通的要求。?2 門極關(guān)斷箝位電路? 針對(duì)前面的分析,本文將提出一種門

5、極關(guān)斷箝位電路,通過在開關(guān)管驅(qū)動(dòng)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(guān)斷箝位電路的驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。? 門極關(guān)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(shí)際上該電路是由MOSFET構(gòu)成的兩級(jí)反相器。當(dāng)MC1門極為高電平時(shí),MC1導(dǎo)通,MC2因門極為低電平而關(guān)斷,不影響功率開關(guān)管的正常導(dǎo)通;當(dāng)MC1門極為低電平時(shí),MC1關(guān)斷,MC2因門極為高電平而飽和導(dǎo)通,從而在功率開關(guān)管的門極形成了一個(gè)極低阻抗的通路,將功率開關(guān)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(gè)電路時(shí),要注意使MC2 D、S與功

6、率開關(guān)管G、E間的連線盡量短,以最大限度地降低功率開關(guān)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(guān)管,而MC1、RC1和RC2卻不必太靠近MC2,這樣既可以發(fā)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(shí)現(xiàn)上述電路的功能。雙極型晶體管是電流型驅(qū)動(dòng),其基極必須要串聯(lián)電阻。為了加速其關(guān)斷,同時(shí)防止其本身受到干擾,基極同樣需要并聯(lián)下拉電阻,這樣就使電路更加復(fù)雜。同時(shí),要維持雙極型晶體管飽和導(dǎo)通,其基極就必須從電源抽取電流,在通常的應(yīng)用場(chǎng)合這并無太大影響,但在自舉驅(qū)動(dòng)并且是SPWM的應(yīng)用場(chǎng)合,這些抽流會(huì)大大加重自舉電容的負(fù)擔(dān),容易使自

7、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(gòu)成上述門極關(guān)斷箝位電路。? 圖5是在沒有門極關(guān)斷箝位電路的情況下,直流母線電壓為100V時(shí)T2門極信號(hào)的波形?？梢钥吹皆陂T極有一個(gè)電壓尖刺,這個(gè)尖刺與門極脈沖的時(shí)間間隔剛好等于死區(qū)時(shí)間,由此可以證明它是在同一橋臂另一開關(guān)管開通時(shí)產(chǎn)生的。? 圖6是在有門極關(guān)斷箝位電路的情況下,直流母線電壓為400V時(shí)T2門極信號(hào)的波形。此時(shí)電壓尖刺基本消除。? 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該電路確實(shí)可以抑制和消除干擾,有一定的使用價(jià)值,可以提高電路的可靠性。?參考文獻(xiàn)?3 A New Integrated Circuit for Current Mode Control.Unitrode?Application Note U-93,19