1.导言
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。
2.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。
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。
①旁路开关（ACBYPASSSWITCH）
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。假如选用IGBT，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。
②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。
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。
④DC/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。 3.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：
①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。
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或许形成IGBT击穿损坏。
③桥臂共导损坏;
④过热损坏和静电损坏。
4.IGBT损坏的处理对策
①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（RTCcircuit），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。 ②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，频率特性好的薄膜电容。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。
③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。
④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。
5.定论
①IGBT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。
②只要合理运用IGBT，并采纳有用的维护计划，才或许进步IGBT在UPS中的可靠性。
