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IGBT在UPS电源中的应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-08-03 8:40:53 * 浏览: 4
UPS中使用的功率器件包括双极功率晶体管,功率MOSFET,晶闸管和IGBT。 IGBT具有易于驱动功率MOSFET,控制简单,开关频率高,功率晶体管导通电压低的优点。大型通态电流和IGBT的使用优势是UPS电源设计的首选。 var_bdhmProtocol =((” HTTPS:” == document.location.protocol)?”的https://”:” HTTP://”),文件撰写(UNESCAPE(”%3Cscriptsrc ='” + _bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript'%3E%3C / script%3E“)),UPS中使用的功率器件是双极功率晶体管,功率MOSFET,晶闸管和IGBT IGBT具有以下优点:易于驱动功率MOSFET,控制简单,开关频率高。它还具有功率晶体管的低导通电压和大的导通电流的优点。 IGBT的使用是UPS电源设计的首选。 1.简介UPS中使用的功率器件包括双极功率晶体管,功率MOSFET,晶闸管和IGBT。 IGBT具有易于驱动功率MOSFET,控制简单,开关频率高以及功率晶体管导通的优点。低电压和大导通电流的优势以及IGBT的使用是UPS电源设计的首选。只有充分了解IGBT的特性和设计电路的可靠性,才能实现IGBT的优势。本文介绍了IGBT在UPS中的应用及使用注意事项。 2. IGBT在UPS中的应用绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET与双极晶体管组合的器件。本实用新型的优点是功率MOSFET易于驱动,控制简单,开关频率高,功率晶体管导通电压低,导通电流大,损耗小。根据东芝的说法,1200V / 100A IGBT的导通电阻是相同耐压规格的功率MOSFET的1/10,开关时间是相同规格GTR的1/10。由于这些优点,IGBT被广泛用于不间断电源系统(UPS)的设计中。这种使用IGBT的在线式UPS具有高效率,高抗冲击性和高可靠性的显着优点。 UPS主要有三种结构:备份,在线交互和在线。在线UPS由于其高可靠性,稳定的输出电压和无中断时间,广泛应用于通信系统,税务,金融,证券,电力,铁路,民航和政府机构的计算机房。本文介绍了在线引入IGBT在UPS中的应用。在线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:交流/直流整流器在市电正常时将交流电整流为直流电,并同时执行电池充电后,直流电通过直流/交流逆变器反转为标准正弦波交流电。当市电电源异常时,电池为逆变器供电,当UPS发生故障时,输出转换为旁路电源。在线UPS输出是最稳定的电压和频率,为用户提供真正高质量的正弦波电源。 1旁路开关(ACBYPASSSWITCH)旁路开关通常使用继电器和晶闸管。继电器广泛用于中小功率UPS。优点是控制简单且成本低。缺点是继电器具有转换时间,并且机电装置的寿命也是一个问题。晶闸管通常用于中型和大型功率UPS。优点是控制电流很大,没有切换时间。然而,缺点是控制复杂,并且由于晶闸管的触发操作特性,在触发器接通之后可以在反向偏置之后关闭,这将产生高达10ms的循环电流。如果使用IGBT,则可以避免这个问题,并且IGBT的使用具有控制简单的优点,但是成本高。工作原理是:当输入为正半周期时,电流流过Q1和D2,电流在负半周期流过D1和Q2。 2整流器AC / DC UPS整流电路分为普通桥式电抗器ctifier,可控硅相控整流器和PFC高频功率因数校正整流器。传统整流器的基频为50Hz,滤波器的体积重量较重。随着UPS技术的发展和各国功率输入功率因数的要求,带PFC功率因数校正的UPS正变得越来越流行,而PFC电路运行的基频至少为20KHZ。滤波电感和滤波电容的体积大大减小。无需添加谐波滤波器,输入功率因数可高达0.99。 IGBT通常用作PFC电路中的功率器件。使用IGBT的PFC整流器效率高,功能强大。大容量和绿色环保的优点。 3充电器UPS充电器常用于反激式,BOOST升压和半桥。单管IGBT可用于大电流充电器进行功率控制,可实现高效率和大充电电流。 4DC / AC逆变器功率大于3KVA的在线UPS几乎使用IGBT作为逆变器部件的功率器件。它通常用于全桥电路和半桥电路。 3. IGBT损坏的原因在UPS使用过程中,它经常受到容性或感性负载冲击,过载甚至负载短路等,以及UPS误操作,这可能导致IGBT损坏。 IGBT在使用过程中损坏的原因有几个:1过流损坏,IGBT具有一定的抗过流能力,但必须注意防止过流损坏。 IGBT复合器件内部存在寄生晶闸管,因此具有保持效果。图5是IGBT的等效电路。在规定的漏极电流范围内,NPN的正偏压不足以导通NPN晶体管。当漏极电流足够大时,正偏压足以用于NPN晶体管。接通,然后NPN和PNP晶体管处于饱和状态,从而寄生晶闸管导通并且栅极失控,并且发生保持效应。在IGBT具有保持效应之后,过大的漏极电流会导致过多的功耗,最终导致器件损坏。 2过电压损坏,当IGBT关闭时,由于逆变器电路中的电感元件,在关断时产生尖峰电压。如果尖峰电压过压,可能会损坏IGBT击穿。 3桥臂关节损坏,4过热损坏和静电损坏。 4. IGBT损坏的解决方案1过流损坏为了避免IGBT损坏,电路设计应确保IGBT的最大工作电流不应超过IGBT的IDM值,并注意适当增加驱动的方法阻力RG。延长关断时间并降低IGBT的di / dt。驱动电压也会影响IGBT的保持效应,驱动电压低,过流时间长,IGBT必须负偏置。 IGBT制造商通常建议增加约-5V的反向偏压。在负偏压的情况下,正电压在10到15 V之间驱动,漏极电流可以在5到10μs内超过额定电流的4到10倍。因此,驱动IGBT必须设计为具有负偏压。由于UPS负载冲击特性不同,并且电源设备可能存在电源故障短路,因此在UPS设计中还必须采用限流措施来限制IGBT电流。考虑使用IGBT制造商提供的驱动厚膜电路。例如,FUJI的EXB841,EXB840,Mitsubishi的M57959AL,57962CL,它们检测IGBT的集电极电压。如果IGBT有过电流,则内部电路关闭。这种方法有时无法保护IGBT。根据IR公司的数据,IR公司推荐的短路保护方法是:首先检测导通电压降Vce。如果Vce超过设定值,保护电路立即将驱动电压降低到8V,因此IGBT从饱和状态转移到放大区域,导通状态电阻增加,短路电路减小,并且在4us后连续检测到导通状态电压降Vce。如果正常,则驱动电压恢复到常态人。如果没有恢复,则关闭驱动器以使集电极电流减小到零,从而使短路电流软关断,这可以避免由快速转向引起的过度di / dt损坏-off。此外,根据最新的三菱IGBT数据,三菱推出的F系列IGBT包含过流限制电流。电路(RTCcircuit),如图6所示,当发生过电流时,会在10us内将IGBT的启动电压降至9V。利用M57160AL驱动厚膜电路,可以快速轻柔地关闭IGBT。 2过压损坏防止过压损坏方法:优化主电路的工艺结构,通过减小大电流回路的路径来降低线路的寄生电感,并适当增加IGBT驱动电阻Rg以减慢开关速度(但开关损耗也增加)),设计一个缓冲电路来抑制尖峰电压。缓冲电路中使用的二极管必须是快速恢复二极管。电容器必须是高频,低损耗,良好频率的薄膜电容器。以这种方式,可以实现良好的吸收效果。公共电路具有耗能和反馈型缓冲电路。反馈类型既是被动的,也是主动的。详细的电路设计可以在所选器件的技术手册中找到。 3桥臂共性损坏在UPS中,逆变桥的两个驱动器和臂支路必须互锁,并设置死区时间(即常用的非导通时间)。如果出现共性,IGBT将很快损坏。控制电路应考虑各种操作条件下的驱动问题控制时序问题。 4过热损坏可用于减少热量,增加散热片,涂抹导热油脂,强制风扇冷却,设置温度保护等方法,解决过热损坏的问题。另外,注意安装过程中静电损坏的问题。必须保护操作员和工具免受静电影响。 5.结论1 IGBT具有功率MOSFET和GTR的优点,是UPS中充电,旁路开关,逆变器和整流器功率转换的理想器件。 2只有正确使用IGBT并采用有效的保护方案,才有可能提高UPS中IGBT的可靠性。