IGBT绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器材， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的长处。本文介绍了绝缘栅双极晶体管（IGBT）在不间断电源体系中的运用状况，剖析了IGBT 在UPS 中损坏的首要原因和实践运用中应留意的问题。在UPS 中运用的功率器材有双极型功率晶体管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT 既有功率MOSFET 易于驱动，操控简略、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、运用IGBT成为UPS 功率规划的首选，只需对IGBT的特性充沛了解和对电路进行可靠性规划，才干发挥IGBT 的长处。本文介绍UPS 中的IGBT 的运用状况和运用中的留意事项。
IGBT电路原理图
IR2110驱动IGBT电路如图所示。电路选用自举驱动办法，VD1为自举二极管，C1为自举电容。接通电源，VT2导通时Cy经过VDt进行充电。这种电路适用于驱动较小容量的IGBT.关于IR2110，当供电电压较低时具有使驱动器截止的维护功用。自举驱动办法支配着VT2的导通电压，因而电压较低的维护功用是其必要条件。若驱动电压较低时驱动IGBT，则IGBT就会发生热损坏。VD1选用高速而耐压大于600V的ERA38-06、ERB38-06等二极管。
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种MOSFET 与双极晶体管复合的器材。它既有功率MOSFET 易于驱动，操控简略、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。据东芝公司材料，1200V/100A 的IGBT 的导通电阻是同一耐压规范的功率 MOSFET 的1/10，而开关时刻是同规范GTR的1/10。因为这些长处，IGBT广泛运用于不间断电源体系（UPS）的规划中。这种运用 IGBT 的在线式UPS 具有功率高，抗冲击才能强、可靠性高的明显长处。 UPS 首要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。在线式UPS 以其可靠性高，输出电压安稳，无中止时刻等明显长处，广泛用于通讯体系、税务、金融、证券、电力、铁路、民航、政府机关的机房中。本文以在线式为介绍目标，介绍UPS 中的IGBT的运用。
图1 在线式不间断电源主电路图
图1 为在线式UPS 的主电路，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 逆变器等体系，作业原理是：市电正常时AC/DC 整流器将交电整流成直流电，一起对蓄电池进行充电，再经DC/AC 逆变器将直流电逆变为规范正弦波交流电，市电反常时，电池对逆变器供电，在UPS 发生毛病时将输出转为旁路供电。在线式UPS输出的电压和频率最为安稳，能为用户供给真实高质量的正弦波电源。
图3：运用IGBT 的旁路开关
整流器AC/DC
UPS 整流电路分为一般桥堆整流、SCR 相控整流和PFC 高频功率因数校对的整流器。传统的整流器因为基频为50HZ，滤波器的体积分量较重，跟着UPS 技能的开展和各国对电源输入功率因数要求，选用PFC 功率因数校对的UPS 日益遍及，PFC 电路作业的基频至少20KHZ，运用的滤波器电感和滤波电容的体积分量大大削减，不用加谐波滤波器就可使输入功率因数到达0.99，PFC 电路中常用IGBT 作为功率器材，运用 IGBT 的PFC 整流器是有功率高、功率容量大、绿色环保的长处。UPS 的充电器常用的有反激式、BOOST 升压式和半桥式。大电流充电器中可选用单管IGBT，用于功率操控，能够获得很高的功率和较大的充电电流。3KVA 以上功率的在线式UPS 简直悉数选用IGBT 作为逆变部分的功率器材，常用全桥式电路和半桥电路，如下图4。
过电流损坏
为了避免IGBT 发生擎住效应而损坏，电路规划中应确保IGBT 的最大作业电流应不超越IGBT 的IDM 值，一起留意可恰当加大驱动电阻 RG 的办法延伸关断时刻，减小IGBT 的di/dt。驱动电压的巨细也会影响IGBT 的擎住效应，驱动电压低，接受过电流时刻长，IGBT 有必要加负偏压，IGBT 生产厂家一般引荐加-5V 左右的反偏电压。在有负偏压状况下，驱动正电压在10—15V 之间，漏极电流可在5～10μs 内超越额定电流的4～10 倍，所以驱动IGBT 有必要规划负偏压。因为UPS 负载冲击特性各不相同，且供电的设备或许发生电源毛病短路，所以在UPS 规划中采纳限流办法进行IGBT的电流约束也是有必要的，可考虑选用IGBT 厂家供给的驱动厚膜电路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它们对IGBT 的集电极电压进行检测，假如IGBT 发生过电流，内部电路进行封闭驱动。这种办法有时仍是不能维护IGBT，依据IR 公司的材料，IR 公司引荐的短路维护办法是：首要检测通态压降Vce，假如Vce 超越设定值，维护电路马大将驱动电压降为 8V，所以IGBT 由饱和状态转入扩大区，通态电阻增大，短路电路减削，经过4us 接连检测通态压降Vce，假如正常，将驱动电压康复正常，假如未康复，将驱动封闭，使集电极电流减为零，这样完成短路电流软关断，能够避免快速关断形成的过大di/dt 损坏IGBT，别的依据最新三菱公司IGBT 材料，三菱推出的F 系列IGBT 的均内含过流限流电路（RTC circuit），如图6，当发生过电流，10us 内将IGBT 的发动电压减为 9V，合作M57160AL 驱动厚膜电路能够快速软关断维护IGBT。
图5：IGBT 等效电路图
图6 三菱F 系列IGBT 的RCT 电路
过电压损坏
避免过电压损坏办法有：优化主电路的工艺结构，经过缩小大电流回路的途径来减小线路寄生电感；恰当添加IGBT 驱动电阻Rg 使开关速度减慢（但开关损耗也添加了）；规划缓冲电路，对尖峰电压进行按捺。用于缓冲电路中的二极管有必要是快康复的二极管，电容有必要是高频、损耗小，频率特性好的薄膜%&&&&&%。这样才干获得好的吸收效果。常见电路有耗能式和回馈式缓冲电路。回馈式又有无源式和有源式两种，具体电路规划可拜见所选用器材的技能手册。在UPS 中，逆变桥同臂支路两个驱动有必要是互锁的，而且应该设置死区时刻（即一起不导通时刻）。假如发生共导，IGBT 会敏捷损坏。在操控电路应该考虑到各种运行状况下的驱动问题操控时序问题。可经过降额运用，加大散热器，涂敷导热胶，强制电扇制冷，设置过温度维护等
IGBT欠压确定维护（UVLO）功用
在刚刚上电的进程中，芯片供电电压由0V逐步上升到最大值。假如此刻芯片有输出会形成IGBT门极电压过低，那么它会作业在线性扩大区。 HCPL316J芯片的欠压确定维护的功用（UVLO）能够处理此问题。当VCC与VE之间的电压值小于12V时，输出低电平，以避免IGBT作业在线性作业区形成发热过多从而焚毁。示意图详见图1中含UVLO部分。
图1 HCPL-316J内部原理图
IGBT过流维护功用
HCPL-316J具有对IGBT的过流维护功用，它经过检测IGBT的导通压降来施行维护动作。相同从图上能够看出，在其内部有固定的7V电平，在检测电路作业时，它将检测到的IGBT C～E极两头的压降与内置的7V电平比较，当超越7V时，HCPL-316J芯片输出低电平关断IGBT，一起，一个过错检测信号经过片内光耦反应给输入侧，以便于采纳相应的处理办法。在IGBT关断时，其C～E极两头的电压必定是超越7V的，但此刻，过流检测电路失效，HCPL-316J芯片不会报毛病信号。实践上，因为二极管的管压降，在IGBT的C～E 极间电压不到7V时芯片就采纳维护动作。
驱动电路计划规划
驱动电路的首要逻辑部件是芯片HCPL-316J。它操控IGBT管的导通、关断而且维护IGBT。它的输出功用能够简略的用下面的逻辑功用表来描绘。（详见表1）
表1 HCPL-316J逻辑功用表
表格中最终一列为输出。当输出为High时IGBT导通，不然IGBT关断。IGBT导通需求一起具有最终一行的五个条件，缺一不可，即同相输入为高；反相输入为低；欠压维护功用无效；未检测到IGBT毛病，无毛病反应信号或毛病反应信号已被铲除。
依据上述输出操控功用，规划电路如图2。
图2 IGBT驱动电路
整个电路板的效果相当于一个光耦阻隔扩大电路。它的中心部分是芯片HCPL-316J，其间由操控器（DSP-TMS320F2812）发生XPWM1及XCLEAR*信号输出给HCPL-316J，一起HCPL-316J发生的IGBT毛病信号 FAULT*给操控器。一起在芯片的输出端接了由NPN和PNP组成的推挽式输出电路，意图是为了进步输出电流才能，匹配IGBT驱动要求。
当HCPL-316J输出端VOUT输出为高电平时，推挽电路上管（T1）导通，下管（T2）截止， 三端稳压块LM7915输出端加在IGBT门极（VG1）上，IGBT VCE为15V，IGBT导通。当HCPL-316J输出端VOUT输出为低电平时，上管（T1）截止，下管（T1）导通，VCE为-9V，IGBT关断。以上便是IGBT的注册关断进程。
IGBT驱动电路剖析
如图是一个单项变频器IGBT驱动电路的一部分电路，输出只需有Q2那部分，假如A314J的VO端子输出电压缺乏是不是能够判定是A314J自身或许之前电路的问题，而不是之后电路的问题。
修改点评：IGBT 兼具有功率MOSFET 和GTR 的长处，是UPS 中的充电、旁路开关、逆变器，整流器等功率改换的抱负器材。只需合理运用IGBT，并采纳有用的维护计划，才或许进步IGBT 在UPS 中的可靠性。
