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IGBT在不间断电源(UPS)中的应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-07-16 0:43:20 * 浏览: 3
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET和双极晶体管的复合器件。它具有易于驱动功率MOSFET,控制简单和开关频率高的优点,并且具有低导通电压,大通态电流和功率晶体管损耗小的明显优点。var_bdhmProtocol =((“ https:” == document .location .protocol)吗? 'text / javascript'%3E%3C / script%3E“)),绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是MOSFET和双极型晶体管的复合器件。它具有易于驱动功率MOSFET,控制简单和开关频率高的优点,以及低导通电压,大导通状态电流和功率晶体管损耗小的显着优点。 1. IGBT在UPS中的应用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是MOSFET和双极型晶体管的复合器件。它具有易于驱动功率MOSFET,控制简单和开关频率高的优点,以及低导通电压,大导通状态电流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UPS具有效率高,抗冲击性强和可靠性高的显着优势。 UPS主要具有三种类型的备份,即在线交互和在线备份。在线UPS由于其高可靠性,稳定的输出电压和不间断的时间而广泛用于通信系统,税务,金融,证券,电力,铁路,民航和政府机构的计算机房。本文以在线型为对象介绍了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,交直流整流器将交流电整流为直流电,充电后,直流电通过直流/交流逆变器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。 UPS发生故障时,输出将切换为旁路电源。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功率。 ①旁路开关(ACBYPASSSWITCH)y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,成本低。缺点是继电器具有转换时间,并且还存在机电设备寿命的问题。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。但是缺点是控制很复杂,并且由于晶闸管的触发操作特性,必须在触发打开后在反向偏置之后将其关闭,这会产生10ms的循环电流。如果使用IGBT,则可以避免此问题,使用IGBT具有控制简单的优势,但成本较高。其工作原理是:当输入为正半周期时,电流流经Q1,D2,而在负半周期中,电流流经D1,Q2。 ②整流器AC / DC UPS整流器电路分为普通桥式整流器,SCR相控整流器和PFC高频功率因数校正整流器。传统的整流器的基频为50HZ,滤波器的体积和重量较重。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越来越普及。 PFC电路工作的基本频率至少为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,并且无需添加谐波滤波器即可使输入功率因数达到0.99。 IGBT通常用作PFC电路中的功率器件。使用IGB的PFC整流器T具有高效率和功率。大容量和环保的优点。 ③充电器UPS充电器通常用于反激式,升压-升压和半桥式中。单管IGBT可以用于大电流充电器中以进行功率控制,并且可以实现高效率和大充电电流。 ④DC/ AC逆变器power功率在3KVA以上的在线UPS几乎全部采用IGBT作为逆变器部分的功率器件,常用的是全桥电路和半桥电路。 2. IGBT损坏的原因在使用过程中,UPS经常受到电容性或电感性负载,过载甚至负载短路的影响,并且UPS的误操作可能会导致IGBT损坏。在使用中损坏IGBT的主要原因有以下几种情况:①过电流损坏,IGBT具有一定的抗过电流能力,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,因此具有保持作用。图5显示了IGBT的等效电路。在规定的漏极电流范围内,NPN的正偏置电压不足以导通NPN晶体管。当漏极电流达到一定程度时,此正偏置电压足以使NPN晶体管导通,然后使NPN和PNP晶体管处于饱和状态,因此寄生晶闸管导通,栅极失去控制,并发生闩锁效应。 IGBT的保持效果发生后,过大的漏极电流会导致过大的功耗,并最终导致器件损坏。 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桥臂常见传导损坏,④过热损坏和静电损坏。 3. IGBT损坏的解决方案①过电流损坏为了避免由闩锁效应引起的IGBT损坏,电路设计应确保IGBT的工作电流不超过IGBT的IDM值,并注意适当增加驱动电阻RG以延长关断时间,减小IGBT的di / dt的方法。驱动电压的大小也会影响IGBT的保持效果。驱动电压低,过电流时间长。 IGBT必须负偏压。 IGBT制造商通常建议添加大约-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的不同负载冲击特性以及电源设备发生电源故障和短路的可能性,因此在UPS设计中还必须采取限流措施以限制IGBT的电流。可以考虑使用IGBT制造商提供的驱动厚膜电路。如FUJI公司的EXB841,EXB840,三菱公司的M57959AL和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。这种方法有时无法保护IGBT。根据IR的信息,IR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,则保护电路会立即将驱动电压降低至8V,因此IGBT从饱和状态转移到放大区域,导通电阻增加,并且短路电路减少。 4us后,连续检测到导通电压降Vce。如果正常,驱动电压将恢复正常。如果未恢复,则驱动器将关闭,以使集电极电流减小到零,从而使短路电流柔和地关闭,这可以避免因快速关闭​​而对IGBT造成过大的di / dt损坏。此外,根据三菱IGBT的数据,三菱推出的F系列IGBT均包含一个过流限制电路。 (RTC电路),如图6所示,当发生过流时,IGBT的启动电压在10us内降至9V,由M57160AL驱动的厚膜电路可以快速关断并保护IGBT。 ②过电压损坏方法防止过压损坏的方法包括:优化主电路的工艺结构,通过减少大电流环路的路径来减少线路的寄生电感,并适当增加IGBT驱动电阻Rg来降低开关速度(但是开关损耗也会增加),设计一个缓冲电路来抑制峰值电压。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高频,低损耗和良好频率特性的薄膜电容器。只有这样,才能获得良好的吸收效果。常见电路包括耗能和反馈缓冲电路。反馈类型有两种,被动和主动。有关详细的电路设计,请参阅所选设备的技术手册。 ③桥臂共同导通损坏在UPS中,逆变器桥的同一支臂的两个驱动器必须互锁,并且必须设置停滞时间(即共同不导通时间)。如果发生普通导通,IGBT将迅速损坏。控制电路应考虑各种工作条件下的驱动时序控制问题。 ④过热损坏可以通过降低额定值,扩大散热器,涂覆导热胶,迫使风扇冷却以及设置过热保护来减少过热损坏。另外,在安装过程中要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。 4.结论①IGBT具有功率MOSFET和GTR的优点。是UPS中充电,旁路开关,逆变器,整流器等电源转换的理想设备。 ②只有合理使用IGBT和有效的保护方案才能提高UPS中IGBT的可靠性。