降低功率转换器中的过冲的箝位电路的制作方法

背景

1.公开领域

本发明大体上涉及用于控制不间断电源(ups)的系统及方法。

2.背景描述

诸如不间断电源(ups)的电源通常用于向电气设备或负载供电。ups能够在主电源或市电不可用时供电。传统的在线式ups利用功率因数校正电路(pfc)对电力公司提供的输入功率进行整流，以便向dc总线供电。整流后的dc电压通常用于在市电电源可用时给电池充电，以及为dc总线供电。在没有市电电源的情况下，电池为dc总线供电。逆变器从dc总线向负载生成ac输出电压。由于dc总线由市电或者电池供电，因此在市电出现故障并且电池被充分充电时，ups的输出功率是不间断的。

概述

本发明的至少一些方面和实施例针对一种供电系统，该供电系统包括配置成从输入电源接收输入ac功率的输入端，该输入ac功率包括输入正弦波形；配置成向负载提供输出ac功率的输出端，该输出ac功率包括输出正弦波形；中性点；耦合到输入端并配置成将输入ac功率转换成转换后的dc功率的转换器，该转换器包括耦合在输入端和中性点之间的第一转换器开关；配置成接收转换后的dc功率的正dc总线；配置成接收转换后的dc功率的负dc总线；耦合到输出端并配置成将来自正dc总线和负dc总线的dc功率转换成输出ac功率的逆变器，该逆变器包括耦合在中性点和输出端之间的第一逆变器开关；以及箝位电路，其耦合到正dc总线并且耦合在第一转换器开关和第一逆变器开关中的至少一个的两端，箝位电路被配置为在开关操作期间，将第一转换器开关和第一逆变器开关中的至少一个两端的电压箝位到正dc总线或负dc总线的电压电平。

根据一个实施例，箝位电路包括至少一个开关回路，至少一个开关回路耦合在第一转换器开关和第一逆变器开关中的至少一个的两端，并且被配置为在第一转换器开关和第一逆变器开关中的至少一个的开关操作期间，将第一转换器开关和第一逆变器开关中的至少一个两端的电压箝位到正dc总线或负dc总线的电压电平。在一个实施例中，至少一个开关回路包括第一开关回路，该第一开关回路包括第一箝位二极管和耦合到第一箝位二极管的箝位电容器。

根据另一个实施例，第一转换器开关耦合到输入端，箝位电路耦合在第一转换器开关两端，并且第一箝位二极管耦合在输入端和箝位电容器之间，并且其中在输入正弦波形的正半周期期间且在第一转换器开关的断开期间，来自输入端的电流经由第一箝位二极管提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于正dc总线的电压电平。在一个实施例中，至少一个开关回路包括第二开关回路，该第二开关回路包括第二箝位二极管和箝位电容器。在一个实施例中，第一开关回路和第二开关回路中的至少一个的长度约为3cm。

根据一个实施例，转换器包括耦合在第一转换器开关和中性点之间的第二转换器开关，箝位电路耦合在第二转换器开关两端，并且第二箝位二极管耦合在箝位电容器和中性点之间，并且其中在输入正弦波形的负半周期期间且在第二转换器开关的断开期间，来自中性点的电流经由第二箝位二极管提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于负dc总线的电压电平。

根据另一实施例，箝位电路还包括耦合到箝位电容器的第三箝位二极管，以及耦合在第三箝位二极管和正dc总线之间的箝位电阻器，其中在第一转换器开关或第二转换器开关的接通期间，来自箝位电容器的电流经由第三箝位二极管和箝位电阻器放电到正dc总线。

根据一个实施例，第一逆变器开关耦合到输出端，箝位电路耦合在第一逆变器开关两端，并且第一箝位二极管耦合在输出端和箝位电容器之间，并且其中在输出正弦波形的正半周期期间且在第一逆变器开关的断开期间，来自输出端的电流经由第一箝位二极管被提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于正dc总线的电压电平。

根据另一实施例，至少一个开关回路包括包含第二箝位二极管的第二开关回路，并且箝位电容器进一步耦合到第二箝位二极管。在一个实施例中，逆变器还包括耦合在第一逆变器开关和中性点之间的第二逆变器开关，箝位电路耦合在第二逆变器开关两端，并且第二箝位二极管耦合在箝位电容器和中性点之间，并且其中在输出正弦波形的负半周期期间且在第二逆变器开关的断开期间，来自中性点的电流经由第二箝位二极管提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于负dc总线的电压电平。在一个实施例中，第一开关回路和第二开关回路中的至少一个的长度约为3cm。

根据一个实施例，箝位电路还包括耦合到箝位电容器的第三箝位二极管以及耦合在第三箝位二极管和正dc总线之间的箝位电阻器，其中在第一逆变器开关或第二逆变器开关的接通期间，将来自箝位电容器的电流经由第三箝位二极管和箝位电阻器放电到正dc总线。

根据另一个实施例，供电系统还包括耦合到逆变器的控制器，其中逆变器还包括第三逆变器开关，第三逆变器开关耦合到输出端并被配置为向输出端提供来源于正dc总线和负dc总线的dc功率的ac功率，并且其中在逆变器初始接通时，控制器被配置为向第三逆变器开关发送多个脉冲，以限制从输出端经由第一箝位二极管提供给箝位电容器的电流。

本发明的另一方面针对一种用于操作供电系统的方法，该供电系统包括输入端；输出端；中性点；耦合到输入端并包括耦合在输入端和中性点之间的第一转换器开关的转换器；耦合到转换器的正dc总线；耦合到转换器的负dc总线；以及逆变器，其耦合到输出端并且包括耦合在中性点和输出端之间的第一逆变器开关，该方法包括在输入端处接收来自电源的输入ac功率，该输入ac功率包括输入正弦波形；利用转换器将输入ac功率转换成转换后的dc功率；将转换后的dc功率提供给正dc总线和负dc总线；利用逆变器将来自正dc总线和负dc总线的dc功率转换成输出ac功率；将输出ac功率提供给输出端；并且在第一转换器开关和第一逆变器开关中的至少一个的开关操作期间，将第一转换器开关和第一逆变器开关中的至少一个两端的电压箝位到正dc总线或负dc总线的电压电平。

根据一个实施例，第一转换器开关耦合到输入端，并且转换器还包括耦合在第一转换器开关和中性点之间的第二转换器开关，其中箝位该电压包括，在输入正弦波形的正半周期期间且在第一转换器开关的断开期间，将来自输入端的电流经由第一开关回路提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于正dc总线的电压电平，并且其中箝位该电压还包括，在输入正弦波形的负半周期期间且在第二转换器开关的断开期间，将来自中性点的电流经由第二开关回路提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于负dc总线的电压电平。在一个实施例中，该方法还包括，在第一转换器开关或第二转换器开关的接通期间，使箝位电容器放电至正dc总线。

根据另一个实施例，第一逆变器开关耦合到输出端，并且逆变器还包括耦合在第一逆变器开关和中性点之间的第二逆变器开关，其中箝位该电压包括，在输出正弦波形的正半周期期间且在第一逆变器开关的断开期间，将来自输出端的电流经由第一开关回路提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于正dc总线的电压电平，并且其中箝位该电压还包括，在输出正弦波形的负半周期期间且在第二逆变器开关的断开期间，将来自中性点的电流经由第二开关回路提供给箝位电容器以对箝位电容器充电，使得箝位电容器两端的电压电平至少等于负dc总线的电压电平。在一个实施例中，该方法还包括，在逆变器初始接通时，向逆变器发送多个选通脉冲(gatepulse)，以限制从输出端经由第一开关回路提供给箝位电容器的电流。

本发明的至少一个方面针对一种供电系统，该供电系统包括：输入端，其被配置为从输入电源接收输入ac功率，该输入ac功率包括输入正弦波形；输出端，其被配置为向负载提供输出ac功率，该输出ac功率包括输出正弦波形；中性点；转换器，其耦合到输入端，并被配置为将输入ac功率转换成转换后的dc功率，该转换器包括耦合在输入端和中性点之间的转换器开关；正dc总线，其配置成接收转换后的dc功率；负dc总线，其配置成接收转换后的dc功率；逆变器，其耦合到输出端并配置成将来自正dc总线和负dc总线的dc功率转换成输出ac功率，该逆变器包括耦合在中性点和输出端之间的逆变器开关；以及用于降低转换器开关和逆变器开关中的至少一个两端的电压过冲的装置，该装置通过在转换器开关和逆变器开关中的至少一个的开关操作期间，将转换器开关和逆变器开关中的至少一个两端的电压箝位到正dc总线或负dc总线的电压电平来降低电压过冲。

附图说明

下面参考附图讨论至少一个实施例的各种方面，附图并非按比例绘制。附图被包括以提供对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，并且被并入说明书并构成该说明书的一部分，但是不旨在作为对本公开的限制的定义。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的数字表示。为了清楚的目的，不是每个部件在每个附图中都被标出。在附图中：

图1是根据本公开多个方面的三相三电平ups(3phase,3-levelups)拓扑结构的示意图；

图2是根据本公开多个方面的包括耦合到转换器的箝位电路的示意图；

图3是根据本公开多个方面的印刷电路板的图示；和

图4是根据本公开多个方面的包括耦合到逆变器的箝位电路的示意图。

详细描述

本文所讨论的方法和系统的示例在应用中并不限于下面说明中阐述的或者在附图中示出的部件的结构和布置的细节。该方法和系统能够在其他实施例中实施，并且能够以各种方式实践或执行。本文提供特定实施方式的示例仅出于说明性目的，且并非为限制性的。具体来说，结合任何一个或更多个示例论述的动作、部件、元件以及特征不旨在排除任何其他示例中的类似作用。

此外，在本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制性的。对在本文中以单数形式提及的系统和方法的示例、实施例、部件、元件或者行动的任何提及也可以包含包括复数形式的实施例，并且对本文的任何实施例、部件、元件或者行动的以复数形式的任何提及也可以包含仅包括单数形式的实施例。以单数形式或者复数形式的提及并非旨在限制当前公开的系统或者方法、它们的部件、行动或者元件。“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“涉及(involving)”及其变形在本文中的使用意欲包括其后列举的项目及其等价物以及额外的项目。对“或”的提及可被解释为包括性的，使得使用“或”所描述的任何项目可以指示所描述的项目的单个、多于一个以及全部中的任何一种。另外，在本文件和通过引用并入本文的文件之间术语的用法不一致的情况下，在并入的文件中的术语用法作为对本文件中的术语用法的补充；对于不可协调的不一致，以本文件中的术语用法为准。

如上所述，ups系统通常用于向负载供电。在功率转换器中，例如ups系统中的功率因数校正(pfc)转换器或逆变器，通常希望将半导体开关期间的电压过冲限制在可接受的水平内(即，在部件规格内)。电压过冲可能由寄生效应引起，例如印刷电路板(pcb)和/或部件中的杂散电感。电压过冲也可能由二极管的正向恢复时间和反向恢复效应导致。

一些降低电压过冲的传统方法包括降低转换器的半导体的开关速度，降低转换器中的dc总线电压，或者利用转换器中具有较高额定电压/降低的正向恢复时间的部件。然而，这些方法可能导致诸如更高的损耗、更高的成本的缺点和/或可能由于设计限制而不可行。另一种最小化过冲的传统方法是利用箝位二极管，箝位二极管耦合到转换器的dc总线或本地dc总线去耦电容器，并被配置为传导过冲。然而，这通常需要每相两个额外的二极管，加上靠近开关半导体放置的两个额外的去耦电容器。此外，箝位二极管的正向电压必须相对较高，否则箝位二极管将传导过多电流。与过冲中的潜在改进相比，这种解决方案的成本和复杂性很高。

在一些实施例中，提供箝位电路，其可以位于转换器中相对靠近开关半导体的位置。通过放置在相对靠近开关半导体的位置，箝位电路可以操作以形成相对短的开关回路，这导致杂散电感减小，从而导致电压过冲减小。

图1是根据本文所述的至少一个实施例的三电平(3-level)ups100的示意图。ups100是包括三个部分102、104、106的三相ups。每个部分102、104、106被配置成耦合到三相电源中的一相。每个部分102、104、106基本相同，并且以基本相同的方式在其对应的相位上操作。这样，下面将关于第一部分102更详细地讨论ups100。

ups100包括pfc转换器101、逆变器103、正dc总线136、负dc总线138、正“浮动(floating)”dc总线140、负“浮动”dc总线142、第一dc开关电路105、第一电容器132、第二dc开关电路109、第二电容器134、中性点144、dc-dc转换器160、箝位电路180和控制器152。pfc转换器101包括第一电感器108、第一二极管112、第二二极管114和第一开关116和第二开关118。逆变器103包括第三开关120、第四开关122、第五开关124、第六开关126和第二电感器146。第一dc开关电路105包括第七开关128和内部二极管150。第二dc开关电路109包括第八开关130和内部二极管151。dc-dc转换器160包括第九开关162、第十开关164、第十一开关166和第十二开关168。

根据一个实施例，第三开关120和第四开关122是1200v绝缘栅双极晶体管(igbt)；然而，在其他实施例中，可以对igbt120、122进行不同的额定，或者可以使用不同类型的开关。在一个实施例中，第一开关116、第二开关118、第五开关124和第六开关126是650vigbt；然而，在其他实施例中，可以对igbt116、118、124、126进行不同的额定，或者可以使用不同类型的开关。每个igbt116-126还包括耦合在其集电极和发射极之间的内部二极管148。根据一个实施例，第七开关128和第八开关130是650vigbt；然而，在其他实施例中，可以对igbt128、130进行不同的额定，或者可以使用不同类型的开关。根据一个实施例，开关162-168是650vigbt；然而，在其他实施例中，可以对igbt162-168进行不同的额定，或者可以使用不同类型的开关。每个开关162-168包括耦合在其集电极和发射极之间的内部二极管170。第一dc开关电路105的内部二极管150耦合在第七开关128的集电极和发射极之间。第二dc开关电路109的内部二极管151耦合在第八开关130的集电极和发射极之间。

第一电感器108的第一端子耦合到ups100的输入端107。输入端107被配置成耦合到三相电源。第一电感器108的第二端子耦合到第一二极管112的阳极。第一二极管112的阴极耦合到正“浮动”dc总线140。第三开关120的集电极耦合到正“浮动”dc总线140。第三开关120的发射极耦合到第二电感器146的第一端子。第二电感器146的第二端子耦合到ups100的输出端147。第二二极管114的阴极也耦合到第一电感器108的第二端子。第二二极管114的阳极耦合到负“浮动”dc总线142。第四开关122的发射极也耦合到负“浮动”dc总线142。第四开关122的集电极也耦合到第二电感器146的第一端子。

第一开关116的集电极也耦合到第一电感器108的第二端子。第一开关116的发射极耦合到第二开关118的发射极。第二开关118的集电极耦合到中性点144。第六开关126的集电极耦合到中性点144。第六开关126的发射极耦合到第五开关124的发射极。第五开关124的集电极也耦合到第二电感器146的第一端子。第七开关128的发射极耦合到正“浮动”dc总线140。第七开关128的集电极耦合到正dc总线136。第一电容器132的第一端子耦合到正dc总线136，第一电容器132的第二端子耦合到中性点。第二电容器134的第一端子耦合到中性点144，并且第二电容器134的第二端子耦合到负dc总线138。第八开关130的发射极也耦合到负dc总线138。第八开关130的集电极耦合到负“浮动”dc总线142。

第九开关162的集电极耦合到正“浮动”dc总线140。第九开关162的发射极耦合到第十开关164的集电极。第十开关164的发射极耦合到中性点144。第十一开关166的集电极也耦合到中性点144。第十一开关166的发射极耦合到第十二开关168的集电极。第十二开关168的发射极耦合到负“浮动”dc总线142。正dc-dc转换器线172耦合到第九开关162的发射极和第十开关164的集电极。正dc-dc转换器线172也被配置成耦合到电池的正极侧。负dc-dc转换器线174耦合到第十一开关166的发射极和第十二开关168的集电极。负dc-dc转换器线174也被配置成耦合到电池的负极侧。控制器152耦合到ups100中每个开关116-130、162-168的栅极。箝位电路180耦合到第一开关116的集电极和发射极、第二开关118的集电极和发射极以及正dc总线136。

ups100的操作将在下面关于第一部分102处的输入相线的正极部分进行描述。类似的操作也发生在第一部分102处的输入相线的负极部分。输入端107接收由三相电源提供的ac三相功率中的一相。控制器152结合第一二极管112操作第一开关116，以将ac三相功率中的一相转换成转换后的dc功率。控制器152还结合第一二极管112操作第一开关116，以在输入端107处提供功率因数校正。转换后的dc功率被提供给“浮动”dc总线140。逆变器103的第三开关120由控制器152操作，以将来自正“浮动”dc总线140的dc功率转换成调节后的ac功率。调节后的ac功率被提供给输出端147。

根据ups100的输出端147处的电流，从正“浮动”dc总线140提供给逆变器开关(即，第三开关120)的dc功率可以来源于ups100的不同部分。例如，当ups100的输出端147处的电流小于ups100的输入端107处的电流时，由逆变器开关(即，第三开关120)转换的dc功率来源于由pfc开关(即，第一开关116)提供给“浮动”dc总线140的转换后的dc功率。在这样的实施例中，“浮动”dc总线140上的转换后的dc功率的一部分也经由二极管150提供给dc总线136以对第一电容器132充电。当ups100的输出端147处的电流大于ups100的输入端107处的电流时，第一电容器132放电，并且放电的dc功率经由第七开关128从dc总线136提供给“浮动”dc总线140。源自pfc开关(即，第一开关116)和dc总线136的dc功率被提供给逆变器开关(即，第三开关120)，用于转换成调节后的ac功率。

控制器152还可以操作开关116-130，以在pfc开关(即，第一开关116)接通时和在逆变器开关(即，第三开关120)断开时提供zvs。控制器152同步pfc开关和逆变器开关，使得在同步的开关周期期间，pfc开关(即，第一开关116)接通，且逆变器开关(即，第三开关120)断开。在一个实施例中，在同步的开关周期期间，基本上同时接通pfc开关和断开逆变器开关。在另一个实施例中，在同步的开关周期期间，在逆变器开关断开之前，pfc开关可以被接通相对短的时间。

根据一个实施例，dc总线开关(即，第七开关128)通常由控制器152保持接通，但是在大约pfc开关和逆变器开关的同步的开关周期时短时期内断开。当dc总线开关(即，第七开关128)断开时，每当总逆变器正电流高于总pfc转换器正电流时(即，当第七开关128向正“浮动”dc总线140供电时)，正“浮动”dc总线140上的电压将降至零(中性)。这将允许pfc开关(即，第一开关116)接通且两端上具有零电压(即，zvs)，并且逆变器开关(即，第三开关120)断开且两端上具有零电压(即，zvs)。

在电池操作模式下(例如，当从电源接收的ac功率不足时)，dc-dc转换器160经由正dc-dc转换器线172和负dc-dc转换器线174从电池接收备用dc功率，并向“浮动”dc总线140、142提供调节后的dc功率。控制器152操作dc-dc转换器160的开关162-168，以向“浮动”dc总线140、142提供期望的dc功率。通过将dc-dc转换器160耦合到具有零电压的“浮动”dc总线140、142(即，当dc开关128、130断开时)，只要在同步的开关点，对于每个dc总线，总逆变器电流大于dc-dc转换器电流，就有可能在电池操作中在升压开关(即，第十开关164或第十一开关166)接通期间获得zvs。类似地，在充电操作期间(即，在利用从ac电源获得的充电功率对电池充电的正常操作期间)，在第九开关162或第十二开关168断开期间能够获得zvs。

根据至少一个实施例，ups100可以进一步如2014年6月27日提交的且题为“3-levelpowertopology”的美国专利申请序列号no.15/320,622中所描述的那样操作，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。此外，本文描述的系统可以应用于其他ups拓扑结构或电力系统。

如上所述，功率转换器中的电压过冲可能由寄生效应引起，例如印刷电路板(pcb)和/或部件中的杂散电感。例如，如图1中由虚线176所示，在igbt断开期间，由于ups100的pcb的物理布局限制，可以形成相对大的电流回路(包括串联的第一开关116、第二开关118、第一二极管112和第七开关128)。

更具体地，在输入端107处接收的输入功率的正半周期中，输入端107处的电压(vin)为正，并且电流经由第一电感器108从输入端107传递到第一开关116。当需要增加电流时，第一开关116接通，并且经由第一开关116和第二开关118的内部二极管148，生成从输入端107到中性点144的电流路径。通过第一电感器108的电流因此增加。当第一开关116断开时(例如，在给定时间之后)，通过第一电感器108的电流通常将开始经由第一二极管112和第七开关128的内部二极管150，自由轮转到(free-wheelto)正dc总线136。该电流路径可以形成相对较大的回路176，从而导致杂散电感和电压过冲。随着通过第一二极管112的电流增加，回路176中的杂散电感会导致电压增加到dc总线电平以上。

本文描述了箝位电路(例如，箝位电路180)，其减少了电流回路的长度，从而减少了pcb中的杂散电感(和潜在电压过冲)。图2是包括耦合到pfc转换器101的箝位电路180的更详细的示意图。箝位电路180包括第一二极管(cl_d1)202、第二二极管(cl_d2)204、第三二极管(cl_d3)206、电容器(cl_c1)208和电阻器(cl_r1)210。第一箝位二极管(cl_d1)202的阳极耦合到第一开关116的集电极。第二箝位二极管(cl_d2)204的阳极耦合到第二开关118的集电极。第一箝位二极管(cl_d1)202和第二箝位二极管(cl_d2)204的阴极都耦合到电容器(cl_c1)208的第一端子。电容器(cl_c1)208的第二端子耦合到第一开关116的发射极和第二开关118的发射极。第三箝位二极管(cl_d3)206的阳极也耦合到电容器(cl_c1)208的第一端子。第三箝位二极管(cl_d3)206的阴极耦合到电阻器(cl_r1)210的第一端子。电阻器的第二端子耦合到正dc总线136。

根据一个实施例，第一箝位二极管(cl_d1)202和第二箝位二极管(cl_d2)204是650v二极管，例如dpak情况下的650v/10asic二极管。可以使用sic二极管，因为它们的有效正向恢复时间通常为零。然而，在其他实施例中，可以使用不同额定值和/或不同类型的二极管。根据一个实施例，电容器(cl_c1)208包括两个68nf/630v陶瓷电容器，它们具有相对小的表面尺寸，并且可以靠近ups100的半导体放置。然而，在其他实施例中，可以使用不同额定值和/或不同类型的电容器。下面更详细地讨论箝位电路180的操作。

最初，当第一次(即，在第一开关116的开关开始之前)向输入端107施加输入电压(vin)时，电容器(cl_c1)208通过第一二极管(cl_d1)202被充电到vin电平。当pfc开关开始时(即，如上所述，第一开关116由控制器152操作)，第一开关116接通以增加通过第一电感器108的电流，第一箝位二极管(cl_d1)202被阻断，箝位电路180不活动。当第一开关116断开时，一旦第一箝位二极管(cl_d1)202的阳极上的电压超过电容器(cl_c1)208两端的电压，第一箝位二极管(cl_d1)202就开始导通。当第一箝位二极管(cl_d1)202导通时，电容器(cl_c1)将被流过第一电感器108的电流快速充电。

一旦电容器(cl_c1)208两端的电压等于(或稍微超过)正dc总线136上的电压，电流就开始流过第一二极管112和第七开关的内部二极管150。流经第一二极管112的电流继续增加，而流经第一箝位二极管(cl_d1)202的电流减少。当通过电感器108的所有电流被引导通过第一二极管112并且通过第一箝位二极管(cl_d1)202的电流变为零时，箝位电路180再次不活动，并且电容器(cl_c1)208两端的电压保持略高于正dc总线136上的电压。根据一个实施例，第一箝位二极管(cl_d1)202在每个41.6μs的开关周期中导通少于100ns；然而，在其他实施例中，第一箝位二极管(cl_d1)202可以导通另一个适当的时间量。

下一次接通第一开关116时，第一开关116的发射极和第二开关118的发射极之间的中点212处的电压变为零，该电压先前为略负。一旦发生这种情况，电容器(cl_c1)208通过第三箝位二极管(cl_d3)206二极管和电阻器(cl_r1)210放电。根据一个实施例，该放电的时间被选择为大约1μs，使得电容器(cl_c1)208放电足够快，以便为下一个开关周期做好准备。然而，在其他实施例中，该放电的时间可以设置为不同的适当值。

下一次断开第一开关116时，由于由第一开关116、第一箝位二极管(cl_d1)202和电容器(cl_c1)208形成的相对小环路，第一开关116两端的电压将再次被箝位电路180有效地箝位(例如，如上所述)。小环路具有相对较低的杂散电感，这将导致减少的电压过冲。在至少一个实施例中，通过利用箝位电路180，转换器中的电压过冲可以从大约200v降低到大约90v；然而，在其他实施例中，电压过冲可以被配置到另一个适当的电平。

在负半周期期间，箝位电路180的功能大致相同，除了它是第二开关118进行开关以及第二箝位二极管(cl_d2)204二极管将箝位。例如，一旦第二开关118断开，第一开关116/第二开关118的中点212处的电压将下降到负dc总线138的电平。一旦中点212的电压下降到电容器(cl_c1)208两端的电压电平以下，第二箝位二极管(cl_d2)204将开始导通。

如上所述，箝位电路180可以位于转换器中相对靠近开关半导体(例如，第一开关116和第二开关118)的位置。通过放置在相对靠近开关半导体的位置，箝位电路180可以操作以形成相对短的开关回路，这导致杂散电感的减小，从而减少电压过冲。例如，图3示出了pcb300的底面302，在该底面302上可以实现ups(例如，上述ups100)的部分。pcb300的顶面包括ups的半导体(例如，上述ups100的igbt)。箝位电路180位于pcb300的底面302上，并且当相应的igbt开关断开时(例如，如上所述)提供短的开关回路(由第一虚线304示出)。根据一个实施例，短回路304的长度约为3cm；然而，在其他实施例中，短回路的长度可以不同地配置。短回路的长度比传统上缺少箝位电路180时在igbt断开时生成的传统开关回路(例如，由第二虚线306示出)的长度短。传统的开关回路通常具有大约50cm的长度。

上述箝位电路180也可以耦合到ups100的逆变器103。图4是包括耦合到逆变器103的箝位电路180的详细示意图。如图4所示，第一箝位二极管(cl_d1)202的阳极耦合到中性点144。第二箝位二极管(cl_d2)204的阳极耦合到第二电感器146的第一端子。第一箝位二极管(cl_d1)202和第二箝位二极管(cl_d2)204的阴极都耦合到电容器(cl_c1)208的第一端子。电容器(cl_c1)208的第二端子耦合到第五开关124的发射极和第六开关126的发射极。第三箝位二极管(cl_d3)206的阳极也耦合到电容器(cl_c1)208的第一端子。第三箝位二极管(cl_d3)206的阴极耦合到电阻器(cl_r1)210的第一端子。电阻器的第二端子耦合到正dc总线136。

根据至少一个实施例，箝位电路180也可以用于逆变器应用(例如，如图4所示)，以减少第三开关120/第四开关122接通期间的电压过冲。当箝位电路180用于逆变器应用而不是pfc转换器应用时，箝位电路180的一般功能是相同的，除了可以利用特定的启动序列来避免当相应的逆变器接通时出现的潜在的浪涌电流(inrushcurrent)问题。例如，根据至少一个实施例，电容器(cl_c1)208最初完全放电(在逆变器103接通之前)。一旦逆变器103被接通(例如，通过控制器152)，第三开关120或第四开关122将被接通，以增加通过第二电感器146的输出电流。例如，当第三开关120第一次接通时，结果可以是经由第三开关120和第一箝位二极管(cl_d1)204提供给电容器(cl_c1)208的大峰值电流，以对电容器(cl_c1)208充电。因为由所产生的回路(即，由第三开关120、第一箝位二极管(cl_d1)204、电容器(cl_c1)208和第六开关126的内部二极管148产生的)生成的电感相对较小，所以通过该回路所产生的峰值电流可以非常大(例如，大于600a)。

这样，根据至少一个实施例，箝位电路180由控制器152操作，以避免逆变器103接通时出现如此大的峰值电流。例如，在一个实施例中，第三开关120/第四开关122由控制器152以窄(例如，200ns)的选通脉冲接通，从而驱动第三开关120/第四开关122脱离饱和状态，并且以有限的电流缓慢地对电容器(cl_c1)208充电。根据至少一个实施例，控制器152向第三开关120/第四开关122发送五个窄选通脉冲；然而，在其他实施例中，控制器152可以在启动逆变器103时向第三开关120/第四开关122发送任意数量的窄脉冲。在初始窄的启动脉冲之后，电容器(cl_c1)208被充分充电，箝位电路180可以正常工作(例如，如类似如上所述)。

如上所讨论，控制器152被配置成监测和控制ups100的操作。使用储存在相关联的存储器中的数据，控制器152可操作以执行一个或更多个指令，这些指令可以导致对一个或更多个开关的导通状态的操纵。在一些示例中，控制器152可以包括一个或更多个处理器或其他类型的控制器。控制器152可以在处理器上执行本文中讨论的功能的一部分，并使用定制成执行特定操作的专用集成电路(asic)来执行另一部分。根据本发明的示例可以使用硬件和软件的很多特定组合来执行本文所述的操作，并且本发明不受硬件部件和软件部件的任何特定的组合所限制。

根据至少一个实施例，本文描述的箝位电路可以与图2所示的转换器一起使用；然而，在其他实施例中，可以在其他类型的转换器/逆变器/ups系统/电力系统中使用箝位电路。例如，在一个实施例中，箝位电路可以用于npc-2(t型)转换器，这种转换器传统上用于ups系统和太阳能逆变器，其省略了第七开关128和第八开关130。在另一个实施例中，箝位电路可以与类似于图2所示的转换器一起使用，除了dc-dc转换器160被去除。

如上所述，提供了一种箝位电路，其可以位于转换器中相对靠近开关半导体的位置。通过放置在相对靠近开关半导体的位置，箝位电路可以操作以形成相对短的开关回路，这导致杂散电感减少，从而减少电压过冲。

在已经描述了至少一个实施例的几个方面后，应认识到，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进被认为是本公开的一部分，并且旨在落入本公开的范围内。因此，前述的描述和附图仅仅作为示例，且本公开的范围应当根据所附权利要求及其等效方案的适当构造来确定。