UPS(Uninterruptible Power System )，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(tǒng)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(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)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(xù)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。

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

PWM技術原理 由于全控型電力半導體器件的出現(xiàn)，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?yōu)槊}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(yōu)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(xiàn)調壓又實現(xiàn)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(jié)速度快、系統(tǒng)的動態(tài)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(fā)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(xiàn)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(lián)電阻，Zg是門極限幅穩(wěn)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(qū)的存在，T1、T2均處于關斷狀態(tài)，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(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。[!--empirenews.page--]

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(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)同樣可以實現(xiàn)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(lián)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(lián)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(qū)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。