文档介绍：不间断电源中的IGBT应用总结
摘要:在UPS中使用的功率器件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,控制简单、开关频率高的优点,又有功率晶体管的导通电压低,通态电流大的优点、使用IGBT成为UPS功率设计的首选。
关键字:UPS,IGBT,不间断电源,
1. 引言
在UPS 中使用的功率器件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,控制简单、开关频率高的优点,又有功率晶体管的导通电压低,通态电流大的优点、使用IGBT 成为UPS 功率设计的首选,只有对IGBT的特性充分了解和对电路进行可靠性设计,才能发挥IGBT 的优点。本文介绍UPS 中的IGBT 的应用情况和使用中的注意事项。
2. IGBT 在UPS 中的应用情况
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOSFET 与双极晶体管复合的器件。据东芝公司资料,1200V/100A 的IGBT 的导通电阻是同一耐压规格的功率MOSFET 的1/10,而开关时间是同规格GTR 的1/10。由于这些优点,IGBT广泛应用于不间断电源系统(UPS)的设计中。这种使用IGBT 的在线式UPS 具有效率高,抗冲击能力强、可靠性高的显著优点。
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,输出电压稳定,无中断时间等显著优点,广泛用于通信系统、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对象,介绍UPS 中的IGBT 的应用。
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 逆变器等系统,工作原理是:市电正常时AC/DC 整流器将交流电整流成直流电,同时对蓄电池进行充电,再经DC/AC 逆变器将直流电逆变为标准正弦波交流电,市电异常时,电池对逆变器供电,在UPS 发生故障时将输出转为旁路供电。在线式UPS输出的电压和频率最为稳定,能为用户提供真正高质量的正弦波电源。
图1 在线式不间断电源主电路图
①旁路开关(AC BYPASS SWITCH)
旁路开关常使用继电器和可控硅。继电器在中小功率的UPS 中广泛应用。优点是控制简单,成本低,缺点是继电器有转换时间,还有就是机电器件的寿命问题。可控硅常见于中大功率UPS 中。优点是控制电流大,没有切换时间。但缺点就是控制复杂,且由于可控硅的触发工作特性,在触发导通后要在反向偏置后才能关断,这样就会产生一个最大10ms 的环流电流,如图2。如果采用IGBT,如图3,则可以避免这个问题,使用IGBT 有控制简单的优点,但成本较高。其工作原理为:当输入为正半周时,电流流经Q1、D2,负半周时电流流经D1、Q2。
图2:SCR 的延时关断现象图
图3:应用IGBT 的旁路开关
②整流器AC/DC
UPS 整流电路分为普通桥堆整流、SCR 相控整流和PFC 高频功率因数校正的整流器。传统的整流器由于基频为50HZ,滤波器的体积重量较重,随着UPS 技术的发展和各国对电源输入功率因数要求,采用PFC 功率因数校正的UPS 日益普及,PFC 电路工作的基频至少20KHZ,使用的滤波器电感和滤波电容的体积重量大大减少,不必加