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IGBT在UPS电源中的应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-04-02 15:42:34 * 浏览: 18
UPS中使用的功率设备包括双极型功率晶体管,功率MOSFET,晶闸管和IGBT。 IGBT具有易于驱动功率MOSFET,控制简单和开关频率高以及功率晶体管导通电压低的优点。大电流导通状态的优点是,使用IGBT已成为UPS电源设计。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)? ” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _ bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript '%3E%3C / script%3E”)),UPS中使用的功率器件包括双极型功率晶体管,功率MOSFET,晶闸管和IGBT。IGBT不仅具有易于驱动MOSFET,简单控制和高开关频率的优点,而且还具有功率晶体管的低导通电压和大导通电流的优点。 IGBT设计用于UPS电源。 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具有驱动功率MOSFET容易,控制简单,开关频率高以及功率晶体管导通的优点。低压和大通态电流的优点,使用IGBT作为UPS电源设计,只有充分了解IGBT的特性和电路的可靠性设计,才能发挥IGBT的优点。介绍了IGBT在UPS中的应用及注意事项。 2. IGBT在UPS中的应用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是由MOSFET和双极型晶体管组成的器件。它具有易于驱动功率MOSFET,控制简单和开关频率高的优点,并且具有导通电压低,导通电流大和功率晶体管损耗小的显着优点。根据东芝公司的说法,1200V / 100A IGBT的导通电阻是相同电压规格的功率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。这种采用IGBT的在线式UPS具有效率高,抗冲击性强,可靠性高的明显优点。 UPS主要具有备份,在线互动和在线结构。在线式UPS以其高可靠性,稳定的输出电压和无中断时间等显着优势而广泛用于电信系统,税务,金融,证券,电力,铁路,民航和政府机构。本文以在线型为对象,介绍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逆变器和其他系统。工作原理是:市电正常时,AC / DC整流器将交流电整流为直流电,同时充电后,通过DC / AC逆变器将直流电转换为标准正弦波交流电。当市电异常时,电池为逆变器供电;当UPS故障时,输出切换为旁路电源。在线UPS的输出电压和频率最稳定,可以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。缺点是继电器具有开关时间和机电设备的寿命。晶闸管在中高功率UPS中很常见。优点是控制电流大并且没有开关时间。但是,缺点是控制复杂,并且由于晶闸管的触发特性,在触发器打开之后,可以在反向偏置后将其关闭,这将产生10ms的循环电流。如果使用IGBT,则可以避免此问题。使用IGBT具有控制简单的优点,但是成本较高。其工作原理是:当输入处于正半周期时,电流流经Q1和D2,而在负半周期中,电流流经D1和Q2。 ②整流器AC / DC UPS整流电路分为普通桥式整流器,SCR相控整流器和PFC高频功率因数c整流整流器。传统的整流器的基频为50HZ,滤波器的体积和重量相对较重。随着UPS技术的发展以及各国对功率输入功率因数的要求,使用PFC功率因数校正的UPS越来越流行。 PFC电路的基频至少为20KHZ。所使用的滤波电感器和滤波电容器的体积和重量大大减小,无需添加谐波滤波器,输入功率因数可达到0.99。 IGBT通常用作PFC电路中的功率器件。使用IGBT的PFC整流器具有高效率和高功率。容量大,绿色环保优势。 ③充电器UPS充电器通常用于反激式,BOOST升压式和半桥式。大电流充电器可采用单管IGBT进行功率控制,可实现高效率和大充电电流。 ④DC/ AC逆变器功率在3KVA以上的在线式UPS几乎都使用IGBT作为逆变器部分的功率器件,通常使用全桥电路和半桥电路。 3. IGBT损坏的原因在使用UPS时,经常会受到电容性或电感性负载,负载的过载甚至短路的影响,以及UPS的误操作,这可能会导致IGBT损坏。使用中损坏IGBT的原因如下:①过电流损坏,IGBT具有一定的抵抗过电流的能力,但必须注意防止过电流损坏。 IGBT复合器件中存在一个寄生晶闸管,因此具有保持效应。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。当漏极电流达到一定水平时,该正偏压足以使NPN晶体管导通,从而使NPN和PNP晶体管处于饱和状态,从而使寄生晶闸管导通,栅极失去控制功能,并发生保持效果。 IGBT保持效应后,过大的漏极电流会导致过大的功耗,并最终损坏器件。 ②过电压损坏。当IGBT关断时,由于逆变器电路中的电感成分,在关断时会产生峰值电压。如果峰值电压过电压,则可能导致IGBT击穿损坏。 ③桥臂损坏,④过热损坏和静电损坏。 4. IGBT损坏对策①过电流损坏为了避免IGBT的保持效应和损坏,电路设计应确保IGBT的工作电流不超过IGBT的IDM值,同时要注意适当增加驱动电阻RG的方法,以延长关断时间,降低IGBT的di / dt。驱动电压的大小也会影响IGBT的保持效应。驱动电压低,过电流长。 IGBT必须为负偏置。 IGBT制造商通常建议使用约-5V的反向偏置电压。在负偏置的情况下,驱动正电压在10-15V之间,并且漏极电流可以在5-10μs内超过额定电流的4-10倍,因此驱动IGBT必须设计为负偏置。由于UPS的负载冲击特性不同,并且电源设备可能会发生电源故障短路,因此有必要采取限流措施来限制UPS设计中的IGBT电流。您可以考虑使用IGBT制造商提供的驱动厚膜电路。例如,FUJI公司的EXB841,EXB840,三菱公司的M57959AL,57962CL,它们检测IGBT的集电极电压,如果IGBT过电流发生,内部电路将被关闭并驱动。有时这种方法仍然无法保护IGBT。根据IR公司的信息,IR公司推荐的短路保护方法是:首先检测导通状态的压降Vce,如果Vce超过设定值,保护电路会立即将驱动电压降至8V,因此IGBT从饱和状态转移到放大区域,导通电阻增加,短路减少。在连续检测到4us的通态电压降Vce之后,如果正常,则驱动电压恢复正常。如果未还原,则关闭驱动器以启用收集器。电流减小到零,以便短路电流软关断可以避免快速关断对di / dt造成的过度损害。此外,根据三菱公司的IGBT数据,三菱推出的F系列IGBT均包含过电流限制器。 (RTC电路),如图6所示,当发生过电流时,IGBT的启动电压在10us内降至9V。使用M57160AL驱动厚膜电路,可以快速关断IGBT并提供保护。 ②防止过电压损坏的方法包括:优化主电路的工艺结构,通过减少大电流回路的路径来减小线路的寄生电感,并适当增加IGBT驱动电阻Rg来降低开关速度(但是,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,并且电容器必须是具有良好频率特性的高频,低损耗薄膜电容器。只有这样,才能达到良好的吸收效果。通用电路包括能量消耗和反馈缓冲电路。反馈有两种类型:被动反馈和主动反馈。有关详细的电路设计,请参阅所选设备的技术手册。桥臂共同导通的损坏在UPS中,逆变器桥的同一支臂的两个驱动器必须互锁,并且必须设置空载时间(即,共同不导通时间)。如果发生导通,IGBT将迅速损坏。控制电路应考虑各种工况下的驱动问题和控制时序问题。 ④过热损坏可以通过降低额定值,增加散热器,涂抹导热胶,强迫风扇冷却以及设置过热保护来解决过热损坏的问题。另外,在安装过程中必须注意静电损坏的问题。必须保护操作员和工具免受静电影响。 5.结论①IGBT具有功率MOSFET和GTR的优点,是UPS充电,旁路开关,逆变器,整流器等功率转换的理想设备。 ②只有合理使用IGBT并采用有效的保护方案,才有可能提高UPS中IGBT的可靠性。