功率器件IGBT在不間斷電源（UPS）中的應用

圖3：應用IGBT 的旁路開(kāi)關(guān)

②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 高頻功率因數校正的整流器。傳統的整流器由于基頻為50HZ，濾波器的體積重量較重，隨著(zhù)UPS 技術(shù)的發(fā)展和各國對電源輸入功率因數要求，采用PFC 功率因數校正的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達到0.99，PFC 電路中常用IGBT 作為功率器件，應用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)。

③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。

④DC/AC 逆變器
　　
3KVA 以上功率的在線(xiàn)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。

3. IGBT 損壞的原因
　　
UPS 在使用過(guò)程中，經(jīng)常受到容性或感性負載的沖擊、過(guò)負荷甚至負載短路等，以及UPS 的誤操作，可能導致IGBT 損壞。IGBT 在使用時(shí)的損壞原因主要有以下幾種情況：

過(guò)電流損壞；
　　
IGBT 有一定抗過(guò)電流能力，但必須注意防止過(guò)電流損壞。IGBT 復合器件內有一個(gè)寄生晶閘管，所以有擎住效應。圖5 為一個(gè)IGBT 的等效電路，在規定的漏極電流范圍內，NPN 的正偏壓不足以使NPN 晶體管導通，當漏極電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)正偏壓足以使NPN 晶體管開(kāi)通，進(jìn)而使NPN 和PNP 晶體管處于飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開(kāi)通，門(mén)極失去了控制作用，便發(fā)生了擎住效應。IGBT 發(fā)生擎住效應后，漏極電流過(guò)大造成了過(guò)高的功耗，最后導致器件的損壞。

過(guò)電壓損壞；

IGBT 在關(guān)斷時(shí)，由于逆變電路中存在電感成分，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生尖峰電壓，如果尖峰電壓過(guò)壓則可能造成IGBT 擊穿損壞。

橋臂共導損壞；

過(guò)熱損壞和靜電損壞。

4. IGBT 損壞的解決對策

過(guò)電流損壞
　　
為了避免IGBT 發(fā)生擎住效應而損壞，電路設計中應保證IGBT 的最大工作電流應不超過(guò)IGBT 的IDM 值，同時(shí)注意可適當加大驅動(dòng)電阻RG 的辦法延長(cháng)關(guān)斷時(shí)間，減小IGBT 的di/dt。驅動(dòng)電壓的大小也會(huì )影響IGBT 的擎住效應，驅動(dòng)電壓低，承受過(guò)電流時(shí)間長(cháng)，IGBT 必須加負偏壓，IGBT 生產(chǎn)廠(chǎng)家一般推薦加-5V 左右的反偏電壓。在有負偏壓情況下，驅動(dòng)正電壓在10—15V 之間，漏極電流可在5～10μs 內超過(guò)額定電流的4～10 倍，所以驅動(dòng)IGBT 必須設計負偏壓。由于UPS 負載沖擊特性各不相同，且供電的設備可能發(fā)生電源故障短路，所以在UPS 設計中采取限流措施進(jìn)行IGBT的電流限制也是必須的，可考慮采用IGBT 廠(chǎng)家提供的驅動(dòng)厚膜電路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它們對IGBT 的集電極電壓進(jìn)行檢測，如果IGBT 發(fā)生過(guò)電流，內部電路進(jìn)行關(guān)閉驅動(dòng)。