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，只要对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在UPS中的运用状况
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，抗冲击才干强、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 整流器将交流电整流成直流电，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 产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。
a.旁路开关（AC BYPASS SWITCH）
旁路开关常运用继电器和可控硅。继电器在中小功率的UPS 中广泛运用。长处是操控简略，本钱低，缺陷是继电器有转化时刻，还有便是机电器材的寿数问题。可控硅常见于中大功率UPS 中。长处是操控电流大，没有切换时刻。但缺陷便是操控杂乱，且因为可控硅的触发作业特性，在触发导通后要在反向偏置后才干关断，这样就会产生一个最大10ms 的环流电流，如图2。假如选用IGBT，如图3，则能够避免这个问题，运用IGBT 有操控简略的长处，但本钱较高。其作业原理为：当输入为正半周时，电流流经Q1、D2，负半周时电流流经D1、Q2。
b.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。
c.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。
d.DC/AC 逆变器
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。
IGBT 损坏的原因
UPS 在运用过程中，常常遭到容性或理性负载的冲击、过负荷乃至负载短路等，以及UPS 的误操作，或许导致IGBT 损坏。IGBT 在运用时的损坏原因主要有以下几种状况：
a.过电流损坏；
IGBT 有必定抗过电流才干，但有必要留意避免过电流损坏。IGBT 复合器材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，在规则的漏极电流范围内，NPN 的正偏压缺乏以使NPN 晶体管导通，当漏极电流大到必定程度时，这个正偏压足以使NPN 晶体管注册，进而使NPN 和PNP 晶体管处于饱和状态，所以寄生晶闸管注册，门极失去了操控作用，便产生了擎住效应。IGBT 产生擎住效应后，漏极电流过大形成了过高的功耗，最终导致器材的损坏。
b.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或许形成IGBT 击穿损坏。
c.桥臂共导损坏；
d.过热损坏和静电损坏。
IGBT 损坏的处理对策
a.过电流损坏
为了避免IGBT 产生擎住效应而损坏，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，且供电的设备或许产生电源毛病短路，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 产生过电流，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 由饱和状态转入放大区，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，当产生过电流，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。
b.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作用。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。
c.桥臂共导损坏
在UPS 中，逆变桥同臂支路两个驱动有必要是互锁的，并且应该设置死区时刻（即一起不导通时刻）。假如产生共导，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。
d.过热损坏
可经过降额运用，加大散热器，涂敷导热胶，强制电扇制冷，设置过温度维护等办法来处理过热损坏的问题。此外还要留意装置过程中的静电损坏问题，操作人员、东西有必要进行防静电维护。
定论
a.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。
b.只要合理运用IGBT，并采纳有用的维护计划，才或许
