《電子技術(shù)應(yīng)用》
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采用IGBT設(shè)計(jì)UPS的技術(shù)方案
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摘要: 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。它既有功率MOSFET易于驅(qū)動,、控制簡單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn),,又有功率晶體管的導(dǎo)通電壓低,通態(tài)電流大,,損耗小的顯著優(yōu)點(diǎn),。 。
關(guān)鍵詞: MOS|IGBT|元器件 IGBT UPS 整流器
Abstract:
Key words :

    在UPS 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,、控制簡單,、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn),又有功率晶體管的導(dǎo)通電壓低,,通態(tài)電流大的優(yōu)點(diǎn),、使用IGBT 成為UPS  功率設(shè)計(jì)的首選,只有對IGBT的特性充分了解和對電路進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì),,才能發(fā)揮IGBT 的優(yōu)點(diǎn),。本文介紹UPS中的IGBT 的應(yīng)用情況和使用中的注意事項(xiàng)。

  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,。它既有功率MOSFET易于驅(qū)動,、控制簡單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn),,又有功率晶體管的導(dǎo)通電壓低,,通態(tài)電流大,損耗小的顯著優(yōu)點(diǎn),。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具有效率高,抗沖擊能力強(qiáng),、可靠性高的顯著優(yōu)點(diǎn),。

          UPS主要有后備式、在線互動式和在線式三種結(jié)構(gòu),。在線式UPS  以其可靠性高,,輸出電壓穩(wěn)定,無中斷時(shí)間等顯著優(yōu)點(diǎn),,廣泛用于通信系統(tǒng),、稅務(wù),、金融,、證券、電力,、鐵路,、民航、政府機(jī)關(guān)的機(jī)房中,。本文以在線式為介紹對象,,介紹UPS中的IGBT的應(yīng)用。
  

  圖1 在線式不間斷電源主電路圖
  
          圖1 為在線式UPS 的主電路,,在線式UPS 電源具有獨(dú)立的旁路開關(guān),、AC/DC 整流器、充電器,、DC/AC  逆變器等系統(tǒng),,工作原理是:市電正常時(shí)AC/DC 整流器將交流電整流成直流電,同時(shí)對蓄電池進(jìn)行充電,,再經(jīng)DC/AC  逆變器將直流電逆變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)正弦波交流電,,市電異常時(shí),電池對逆變器供電,,在UPS  發(fā)生故障時(shí)將輸出轉(zhuǎn)為旁路供電,。在線式UPS輸出的電壓和頻率最為穩(wěn)定,能為用戶提供真正高質(zhì)量的正弦波電源,。
  a.旁路開關(guān)(AC BYPASS SWITCH)
          旁路開關(guān)常使用繼電器和可控硅,。繼電器在中小功率的UPS  中廣泛應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)是控制簡單,,成本低,,缺點(diǎn)是繼電器有轉(zhuǎn)換時(shí)間,,還有就是機(jī)電器件的壽命問題??煽毓璩R娪谥写蠊β蔝PS  中,。優(yōu)點(diǎn)是控制電流大,沒有切換時(shí)間,。但缺點(diǎn)就是控制復(fù)雜,,且由于可控硅的觸發(fā)工作特性,在觸發(fā)導(dǎo)通后要在反向偏置后才能關(guān)斷,,這樣就會產(chǎn)生一個(gè)最大10ms  的環(huán)流電流,,如圖2。如果采用IGBT,,如圖3,,則可以避免這個(gè)問題,使用IGBT  有控制簡單的優(yōu)點(diǎn),,但成本較高,。其工作原理為:當(dāng)輸入為正半周時(shí),電流流經(jīng)Q1,、D2,,負(fù)半周時(shí)電流流經(jīng)D1、Q2,。
   
  b.整流器AC/DC
          UPS 整流電路分為普通橋堆整流,、SCR 相控整流和PFC   高頻功率因數(shù)校正的整流器。傳統(tǒng)的整流器由于基頻為50HZ,,濾波器的體積重量較重,,隨著UPS 技術(shù)的發(fā)展和各國對電源輸入功率因數(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),。
  c.充電器
          UPS 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,。
  d.DC/AC 逆變器
          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,,如下圖4。

  
  
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