功率器件IGBT在不間斷電源（UPS）中的應用

圖3：應用IGBT 的旁路開關

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UPS 技術的發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、綠色環保的優點。

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 在使用過程中，經常受到容性或感性負載的沖擊、過負荷甚至負載短路等，以及UPS 的誤操作，可能導致IGBT 損壞。IGBT 在使用時的損壞原因主要有以下幾種情況：

過電流損壞；
　　
IGBT 有一定抗過電流能力，但必須注意防止過電流損壞。IGBT 復合器件內有一個寄生晶閘管，所以有擎住效應。圖5 為一個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，這個正偏壓足以使NPN 晶體管開通，進而使NPN 和PNP 晶體管處于飽和狀態，于是寄生晶閘管開通，門極失去了控制作用，便發生了擎住效應。IGBT 發生擎住效應后，漏極電流過大造成了過高的功耗，最后導致器件的損壞。

過電壓損壞；

IGBT 在關斷時，由于逆變電路中存在電感成分，關斷瞬間產生尖峰電壓，如果尖峰電壓過壓則可能造成IGBT 擊穿損壞。

橋臂共導損壞；

過熱損壞和靜電損壞。

4. IGBT 損壞的解決對策

過電流損壞
　　
為了避免IGBT 發生擎住效應而損壞，電路設計中應保證IGBT 的最大工作電流應不超過IGBT 的IDM 值，同時注意可適當加大驅動電阻RG 的辦法延長關斷時間，減小IGBT 的di/dt。驅動電壓的大小也會影響IGBT 的擎住效應，驅動電壓低，承受過電流時間長，IGBT 必須加負偏壓，IGBT 生產廠家一般推薦加-5V 左右的反偏電壓。在有負偏壓情況下，驅動正電壓在10—15V 之間，漏極電流可在5～10μs 內超過額定電流的4～10 倍，所以驅動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生電源故障短路，所以在UPS 設計中采取限流措施進行IGBT的電流限制也是必須的，可考慮采用IGBT 廠家提供的驅動厚膜電路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它們對IGBT 的集電極電壓進行檢測，如果IGBT 發生過電流，內部電路進行關閉驅動。