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IGBT在不间断电源(UPS)中的应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-09-01 15:59:36 * 浏览: 2
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是MOSFET和双极型晶体管的复合器件。它不仅具有功率MOSFET易于驱动,控制简单,开关频率高的优点,而且具有导通电压低,导通电流大,功率晶体管损耗低的优点。 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”)),绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是MOSFET和双极型晶体管的复合器件。它不仅具有功率MOSFET易于驱动,控制简单和开关频率高的优点,而且还具有导通电压低,导通电流大和功率晶体管损耗低的明显优点。 1. IGBT在UPS中的应用绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET和双极晶体管的复合器件。它不仅具有易于驱动功率MOSFET,控制简单和开关频率高的优点,而且还具有导通电压低,导通电流大和功率晶体管损耗低的显着优点。根据东芝的数据,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的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主要具有三种结构:备用类型,在线交互类型和在线类型。在线式UPS具有可靠性高,输出电压稳定,无中断时间等优点,广泛用于通讯系统,税务,金融,证券,电力,铁路,民航和政府机构的机房。本文以在线型为介绍对象,并介绍了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,同时进行充电,再通过直流/交流逆变器将直流电转换为标准正弦波交流电。 。市电异常时,电池将为逆变器供电,UPS发生故障时,输出将转换为旁路电源。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)bypass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廉,但缺点是继电器具有开关时间和机电设备的寿命。 SCR通常出现在中功率和大功率UPS中。优点是控制电流大且没有开关时间。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。工作原理是:当输入为正半个周期时,电流流经Q1和D2;当输入为负半个周期时,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高频功率因数校正整流器。传统整流器的基本频率为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电路工作的基频至少为20KHZ,滤波器电感和滤波电容器的使用大大减少,无需增加谐波滤波器,输入功率因数可达到0.99。 IGBT通常用作pPFC电路中的功率较低的设备。使用IGBT的PFC整流器高效且功能强大。具有大容量和环保的优点。 ③充电器常用的UPS充电器有反激式,BOOST升压式和半桥式。单管IGBT可以用于大电流充电器中以进行功率控制,从而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几乎都使用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,过载甚至短路等的影响,并且UPS的误操作可能会导致IGBT损坏。使用中造成IGBT损坏的主要原因如下: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的正偏压不足以导通NPN晶体管。当漏极电流大到一定程度时,正偏压足以构成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,栅极失去控制作用,并发生保持效应。在IGBT保持效果之后,过多的漏极电流会导致过多的功耗,并最终导致器件损坏。 ②过电压损坏IGBT截止时,由于逆变器电路中的电感成分,在截止时会产生峰值电压。如果峰值电压过电压,则可能导致IGBT击穿和损坏。 ③桥臂常见传导损坏,④过热损坏和静电损坏。 3. IGBT损坏的对策①过电流损坏为了避免由于保持效应而损坏IGBT,电路设计应确保IGBT的工作电流不超过IGBT的IDM值,并注意适当地增加驱动电阻RG的方法。关断时间,降低IGBT的di / dt。驱动电压的大小也会影响IGBT的保持效果。驱动电压低,过电流长。 IGBT必须为负偏置。 IGBT制造商通常建议反向偏置电压约为-5V。在负偏置的情况下,正驱动电压在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,因此必须设计负偏置来驱动IGBT。由于UPS负载的冲击特性不同,并且供电设备可能会出现电源故障和短路,因此在UPS设计中还必须采取限流措施来限制IGBT的电流。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,57962CL,它们检测IGBT的集电极电压,如果IGBT过电流,则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,导通电阻增加,并且短路电路减少。在4us之后,连续检测到导通电压降Vce。如果正常,驱动电压将恢复正常。否则,将关闭驱动器以使集电极电流减小到零,从而实现短路电流的软关断,从而避免了快速关断对di / dt造成的过度损坏。 。另外,根据三菱IGBT的数据,三菱推出的F系列IGBT均包括一个过流限制电路(RTCcircuit),如图6所示,当发生过流时,IGBT的启动电压降至9V。在10us内,M57160AL驱动厚膜电路可以快速软关断保护IGBT。 ②过电压损坏我防止过压损坏的方法包括:优化主电路的工艺结构,通过缩小大电流环路的路径来减小线路的寄生电感,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,被动类型和主动类型。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,逆变器桥同一个臂分支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问题,并控制时序问题。 ④过热损坏可以通过降额,增加散热器,涂抹导热膏,强迫风扇冷却以及设置过热保护来解决过热损坏的问题。此外,在安装过程中应注意静电损坏。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。它是UPS中充电,旁路开关,逆变器,整流器和其他电源转换的理想设备。 ②只有合理使用IGBT并采取有效的保护措施,才能提高UPS中IGBT的可靠性。