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易事特不间断电源(UPS)中IGBT的应用
发布日期:[2018-03-28 13:12:01]

   在易事特UPS电源中使用的功率器件有双极型功率晶体管、功率MOSFET、可控硅IGBT,IGBT既有功率MOSFET易于驱动,控制简朴、开关频率高的长处,又有功率晶体管的导通电压低,通态电流大的长处、使用IGBT成为UPS功率设计的首选,只有对IGBT的特性充分了解和对电路进行可靠性设计,才能施展IGBT的长处。本文先容UPS中的IGBT的应用情况和使用中的留意事项。


  2.IGBT在UPS中的应用情况


  绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOSFET与双极晶体管复合的器件。它既有功率MOSFET易于驱动,控制简朴、开关频率高的长处,又有功率晶体管的导通电压低,通态电流大,损耗小的明显长处。据东芝公司资料,1200V/100A的IGBT的导通电阻是统一耐压规格的功率MOSFET的1/10,而开关时间是同规格GTR的1/10。因为这些长处,IGBT广泛应用于不中断电源系统(UPS)的设计中。这种使用IGBT的在线式UPS具有效率高,抗冲击能力强、可靠性高的明显长处。


  UPS主要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。在线式UPS以其可靠性高,输出电压不乱,无间断时间等明显长处,广泛用于通讯系统、税务、金融、证券、电力、铁路、民航、政府机关的机房中。本文以在线式为先容对象,先容UPS中的IGBT的应用。


  易事特在线式UPS电源具有独立的旁路开关、AC/DC整流器、充电器、DC/AC逆变器等系统,工作原理是:市电正常时AC/DC整流器将交流电整流成直流电,同时对蓄电池进行充电,再经DC/AC逆变器将直流电逆变为尺度正弦波交流电,市电异常时,电池对逆变器供电,在UPS发生故障时将输出转为旁路供电。在线式UPS输出的电压和频率最为不乱,能为用户提供真正高质量的正弦波电源。


  ①旁路开关(ACBYPASSSWITCH)


  旁路开关常使用继电器和可控硅。继电器在中小功率的UPS中广泛应用。长处是控制简朴,本钱低,缺点是继电器有转换时间,还有就是机电器件的寿命题目。可控硅常见于中大功率UPS中。长处是控制电流大,没有切换时间。但缺点就是控制复杂,且因为可控硅的触发工作特性,在触发导通后要在反向偏置后才能关断,这样就会产生一个最大10ms的环流电流。假如采用IGBT,则可以避免这个题目,使用IGBT有控制简朴的长处,但本钱较高。其工作原理为:当输入为正半周时,电流流经Q1、D2,负半周时电流流经D1、Q2。


  ②整流器AC/DC


  易事特UPS整流电路分为普通桥堆整流、SCR相控整流和PFC高频功率因数校正的整流器。传统的整流器因为基频为50HZ,滤波器的体积重量较重,跟着UPS技术的发展和各国对电源输入功率因数要求,采用PFC功率因数校正的UPS日益普及,PFC电路工作的基频至少20KHZ,使用的滤波器电感和滤波电容的体积重量大大减少,不必加谐波滤波器就可使输入功率因数达到0.99,PFC电路中常用IGBT作为功率器件,应用IGBT的PFC整流器是有效率高、功率容量大、绿色环保的长处。


  ③充电器


  UPS的充电器常用的有反激式、BOOST升压式和半桥式。大电流充电器中可采用单管IGBT,用于功率控制,可以取得很高的效率和较大的充电电流。


  ④DC/AC逆变器


  3KVA以上功率的在线式UPS几乎全部采用IGBT作为逆变部门的功率器件,常用全桥式电路和半桥电路。


  3.IGBT损坏的原因


  易事特UPS电源在使用过程中,常常受到容性或感性负载的冲击、过负荷甚至负载短路等,以及UPS的误操纵,可能导致IGBT损坏。IGBT在使用时的损坏原因主要有以下几种情况:


  ①过电流损坏;


  IGBT有一定抗过电流能力,但必需留意防止过电流损坏。IGBT复合器件内有一个寄生晶闸管,所以有擎住效应。图5为一个IGBT的等效电路,在划定的漏极电流范围内,NPN的正偏压不足以使NPN晶体管导通,当漏极电流大到一定程度时,这个正偏压足以使NPN晶体管开通,进而使NPN和PNP晶体管处于饱和状态,于是寄生晶闸管开通,门极失去了控制作用,便发生了擎住效应。IGBT发生擎住效应后,漏极电流过大造成了过高的功耗,最后导致器件的损坏。


  ②过电压损坏;


  IGBT在关断时,因为逆变电路中存在电感成分,关断瞬间产生尖峰电压,假如尖峰电压过压则可能造成IGBT击穿损坏。


  ③桥臂共导损坏;


  ④过热损坏和静电损坏。

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