IGBT在UPS不間斷電源中的作用

來源：存能電氣  日期：2019-08-08 15:48  瀏覽量：次

　　IGBT在UPS不間斷電源中的作用。3KVA以上功率的在線式UPS幾乎全部采用IGBT作為逆變部分的功率器件，常用全橋式電路和半橋電路。在UPS電源中使用的功率器件有雙極型功率晶體管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT既有功率MOSFET易于驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)。

　　IGBT在UPS不間斷電源中的作用

　　UPS電源的發(fā)展主要經(jīng)歷了4個(gè)階段，將IGBT新技術(shù)應(yīng)用于UPS領(lǐng)域，使得整機(jī)性能、效率、可靠性等都得到很大提升，為廣播電視、通訊等行業(yè)現(xiàn)代化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的電力保障。在UPS不間斷電源系統(tǒng)中的主要模塊IGBT是電源系統(tǒng)關(guān)鍵的電子元器件，起到摯關(guān)重要的作用那這個(gè)模塊在UPS電源系統(tǒng)中的IGBT的驅(qū)動(dòng)和放大的電路運(yùn)行性能有以下4點(diǎn)：

　　1、IC17組成的光電隔離電路，光電隔離電路使得來自于接口的SPWM電壓信號(hào)的±15V電源與驅(qū)動(dòng)放電電路中的電源進(jìn)行隔離，應(yīng)為驅(qū)動(dòng)放大電路的±15V電源以IGBT發(fā)射極為基準(zhǔn)。

　　2、兩個(gè)TL431及IC66B組成的SPWM脈沖自鎖電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平或低電平時(shí)，通過自鎖電路將脈沖電平進(jìn)行鉗位，防止SPWM脈沖信號(hào)受到外界的干擾，提高了驅(qū)動(dòng)放大電路的抗干擾能力。

　　3、三極管VT6及IC6A、IC6F組成的IGBT功率管過流保護(hù)電路，為了防止由于某種原因使得IGBT功率管過流，通過過流保護(hù)電路封鎖SPWM脈沖信號(hào)。

　　4、三極管VT9、VT8、VT7及MOS管MF6、MF5組成的IGBT脈沖驅(qū)動(dòng)電路，為了防止由于某種原因使得IGBT功率管在±15V時(shí)快速開通，—15V時(shí)迅速關(guān)斷，防止逆變器橋出現(xiàn)“連通”現(xiàn)象。

　　IGBT在UPS中的應(yīng)用情況

　　絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種MOSFET與雙極晶體管復(fù)合的器件。據(jù)東芝公司資料，1200V/100A的IGBT的導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率MOSFET的1/10，而開關(guān)時(shí)間是同規(guī)格GTR的1/10。由于這些優(yōu)點(diǎn)，IGBT廣泛應(yīng)用于不間斷電源系統(tǒng)UPS的設(shè)計(jì)中。這種使用IGBT的在線式UPS電源具有效率高，抗沖擊能力強(qiáng)、可靠性高的顯著優(yōu)點(diǎn)。

　　隨著UPS不間斷電源技術(shù)的發(fā)展和各國(guó)對(duì)電源輸入功率因數(shù)要求，采用PFC功率因數(shù)校正的UPS日益普及，PFC電路工作的基頻至少20KHZ，使用的濾波器電感和濾波電容的體積重量大大減少，不必加諧波濾波器就可使輸入功率因數(shù)達(dá)到0.99，PFC電路中常用IGBT作為功率器件，應(yīng)用IGBT的PFC整流器是有效率高、功率容量大、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

　　UPS電源的充電器常用的有反激式、BOOST升壓式和半橋式。大電流充電器中可采用單管IGBT，用于功率控制，可以取得很高的效率和較大的充電電流。

　　UPS不間斷電源在使用過程中，經(jīng)常受到容性或感性負(fù)載的沖擊、過負(fù)荷甚至負(fù)載短路等，以及UPS的誤操作，可能導(dǎo)致IGBT損壞。IGBT在使用時(shí)的損壞原因主要有以下幾種情況：

　　(1)過電流損壞

　　IGBT有一定抗過電流能力，但必須注意防止過電流損壞。IGBT復(fù)合器件內(nèi)有一個(gè)寄生晶閘管，所以有擎住效應(yīng)。當(dāng)漏極電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)正偏壓足以使NPN晶體管開通，進(jìn)而使NPN和PNP晶體管處于飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開通，門極失去了控制作用，便發(fā)生了擎住效應(yīng)。IGBT發(fā)生擎住效應(yīng)后，漏極電流過大造成了過高的功耗，最后導(dǎo)致器件的損壞。

　　(2)過電壓損壞

　　IGBT在關(guān)斷時(shí)，由于逆變電路中存在電感成分，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生尖峰電壓，如果尖峰電壓過壓則可能造成IGBT擊穿損壞。

　　(3)橋臂共導(dǎo)損壞

　　在UPS電源中，逆變橋同臂支路兩個(gè)驅(qū)動(dòng)必須是互鎖的，而且應(yīng)該設(shè)置死區(qū)時(shí)間(即共同不導(dǎo)通時(shí)間)。如果發(fā)生共導(dǎo)，IGBT會(huì)迅速損壞。在控制電路應(yīng)該考慮到各種運(yùn)行狀況下的驅(qū)動(dòng)問題控制時(shí)序問題。

　　(4)過熱損壞和靜電損壞

　　可通過降額使用，加大散熱器，涂敷導(dǎo)熱膠，強(qiáng)制風(fēng)扇制冷，設(shè)置過溫度保護(hù)等方法來解決過熱損壞的問題。此外還要注意安裝過程中的靜電損壞問題，操作人員、工具必須進(jìn)行防靜電保護(hù)。

　　文末總結(jié)：只有合理運(yùn)用IGBT，并采取有效的保護(hù)方案，才可能提高IGBT在UPS不間斷電源中的可靠性。有功率晶體管的導(dǎo)通電壓低，通態(tài)電流大的優(yōu)點(diǎn)、使用IGBT成為UPS電源功率設(shè)計(jì)的首選，只有對(duì)IGBT的特性充分了解和對(duì)電路進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，才能發(fā)揮IGBT的優(yōu)點(diǎn)。

　　隨著新技術(shù)發(fā)展對(duì)供電質(zhì)量需求的不斷提高,UPS電源經(jīng)歷了多次技術(shù)變革,特別是將IGBT技術(shù)應(yīng)用于UPS領(lǐng)域,使UPS發(fā)生了一次巨大的變革,使得整機(jī)性能發(fā)生了非常大的變化。