上海UPS不间断电源中的IGBT

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET和双极晶体管的复合器件。它不仅具有功率MOSFET驱动容易、控制简单、开关频率高的优点，还具有功率晶体管导通电压低、导通电流大、损耗小的**优点。

2022-12-09 11:29:42

上海UPS不间断电源中绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET和双极晶体管的复合器件。它不仅具有功率MOSFET驱动容易、控制简单、开关频率高的优点，还具有功率晶体管导通电压低、导通电流大、损耗小的**优点。
1.IGBT在不间断电源中的应用
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET和双极晶体管的复合器件。它不仅具有功率MOSFET驱动容易、控制简单、开关频率高的优点，还具有功率晶体管导通电压低、导通电流大、损耗小的**优点。根据东芝公司的数据，IGBT 1200v/100 a的导通电阻是相同耐压规格功率MOSFET的1/10，开关时间是相同规格GTR的1/10。由于这些优点，IGBT被广泛应用于不间断电源的设计中。这种采用IGBT的在线不间断电源具有效率高、抗冲击能力强、可靠性高等**优点。
UPS主要有三种结构：待机、在线交互和在线。在线不间断电源以其可靠性高、输出电压稳定、时间不间断的**优势，被广泛应用于通信系统、税务、金融、证券、电力、铁路、民航和****的机房。本文以在线为介绍对象，介绍了IGBT在不间断电源中的应用。
在线不间断电源有**的旁路开关、交流/DC整流器、充电器、DC/交流逆变器等系统。其工作原理是：交流/DC整流器在市电正常时将交流电整流成直流电，同时给电池充电，再由DC/交流逆变器将直流电转换成标准正弦波交流电。市电异常时，电池给逆变器供电，UPS故障时，输出转换成旁路电源。在线UPS具有*稳定的输出电压和频率，能够为用户提供真正高质量的正弦波电源。
旁路开关(ACBYPASSSWITCH)
旁路开关通常使用继电器和晶闸管。继电器广泛应用于中小功率不间断电源。优点是控制简单，成本低，缺点是继电器切换时间，机电设备使用寿命。可控硅整流器在中大功率UPS中较为常见。其优点是控制电流大，无开关时间。但缺点是控制复杂，且由于可控硅的触发工作特性，只能在触发器开启并反向偏置后才能关断，会产生10ms的**循环电流。如果使用IGBT，这个问题是可以避免的。IGBT的优势是控制简单，但成本高。其工作原理是：当输入为正半周时，电流流经Q1和D2，而电流以负半周流经D1和Q2。交流/DC整流器
UPS整流电路分为普通桥式整流器、可控硅相控整流器和带高频功率因数校正的PFC整流器。由于传统整流器的基频为50HZ，滤波器的体积重量较重。随着UPS技术的发展和各国对功率输入功率因数的要求，采用PFC功率因数校正的UPS越来越普及。PFC电路的基频至少为20KHZ，使用的滤波电感和滤波电容的体积重量**降低，在不增加谐波滤波器的情况下，输入功率因数可以达到0.99。IGBT常被用作功率因数校正电路中的功率器件。采用IGBT的PFC整流器具有效率高、功率容量大、环保等优点。
过电压损坏
防止过电压损坏的方法包括：优化主电路的工艺结构，通过减少大电流回路的路径来降低线路的寄生电感；适当增加IGBT驱动电阻Rg会降低开关速度(但开关损耗也会增加)；设计缓冲电路抑制峰值电压。缓冲电路中使用的二极管必须是快速恢复二极管，电容必须是高频、低损耗、频率特性好的薄膜电容。这样，可以获得良好的吸收效果。常见的电路是耗能和反馈缓冲电路。反馈有两种类型：被动和主动。详细的电路设计请参考所选器件的技术手册。
桥臂常见传导损伤
在UPS中，逆变桥和臂支路两个驱动器必须联锁，并设置死区时间(即公共非导通时间)。如果发生普通传导，IGBT就会很快受损。在控制电路中，要考虑各种工况下的驱动问题，还要考虑控制时序问题。
过热损坏
过热损坏的问题可以通过降额、加大散热器、涂散热脂、强制风扇冷却、设置超温保护来解决。此外，还应注意安装过程中的静电损坏问题。操作人员和工具必须受到防静电保护。
4.结论
IGBT兼有功率MOSFET和GTR的优点，是UPS中充电、旁路开关、逆变器、整流器等功率转换的理想器件。
只有合理利用IGBT，采取有效的保护方案，才能提高IGBT在上海UPS不间断电源中的可靠性。