絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOSFET與雙極晶體管復(fù)合的器件。它既有功率MOSFET易于驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管的導(dǎo)通電壓低，通態(tài)電流大，損耗小的顯著優(yōu)點(diǎn)

1、IGBT在UPS中的應(yīng)用情況

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOSFET與雙極晶體管復(fù)合的器件。它既有功率MOSFET易于驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管的導(dǎo)通電壓低，通態(tài)電流大，損耗小的顯著優(yōu)點(diǎn)。據(jù)東芝公司資料，1200V/100A的IGBT的導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率MOSFET的1/10，而開(kāi)關(guān)時(shí)間是同規(guī)格GTR的1/10。由于這些優(yōu)點(diǎn)，IGBT廣泛應(yīng)用于不間斷電源系統(tǒng)(UPS)的設(shè)計(jì)中。這種使用IGBT的在線式UPS具有效率高，抗沖擊能力強(qiáng)、可靠性高的顯著優(yōu)點(diǎn)。

UPS主要有后備式、在線互動(dòng)式和在線式三種結(jié)構(gòu)。在線式UPS以其可靠性高，輸出電壓穩(wěn)定，無(wú)中斷時(shí)間等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于通信系統(tǒng)、稅務(wù)、金融、證券、電力、鐵路、民航、政府機(jī)關(guān)的機(jī)房中。本文以在線式為介紹對(duì)象，介紹UPS中的IGBT的應(yīng)用。

在線式UPS電源具有獨(dú)立的旁路開(kāi)關(guān)、AC/DC整流器、充電器、DC/AC逆變器等系統(tǒng)，工作原理是：市電正常時(shí)AC/DC整流器將交流電整流成直流電，同時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，再經(jīng)DC/AC逆變器將直流電逆變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)正弦波交流電，市電異常時(shí)，電池對(duì)逆變器供電，在UPS發(fā)生故障時(shí)將輸出轉(zhuǎn)為旁路供電。在線式UPS輸出的電壓和頻率最為穩(wěn)定，能為用戶提供真正高質(zhì)量的正弦波電源。

①旁路開(kāi)關(guān)(ACBYPASSSWITCH)

旁路開(kāi)關(guān)常使用繼電器和可控硅。繼電器在中小功率的UPS中廣泛應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，成本低，缺點(diǎn)是繼電器有轉(zhuǎn)換時(shí)間，還有就是機(jī)電器件的壽命問(wèn)題�？煽毓璩Ｒ�(jiàn)于中大功率UPS中。優(yōu)點(diǎn)是控制電流大，沒(méi)有切換時(shí)間。但缺點(diǎn)就是控制復(fù)雜，且由于可控硅的觸發(fā)工作特性，在觸發(fā)導(dǎo)通后要在反向偏置后才能關(guān)斷，這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大10ms的環(huán)流電流。如果采用IGBT，則可以避免這個(gè)問(wèn)題，使用IGBT有控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。其工作原理為：當(dāng)輸入為正半周時(shí)，電流流經(jīng)Q1、D2，負(fù)半周時(shí)電流流經(jīng)D1、Q2。

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(shù)校正的整流器。傳統(tǒng)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(shù)的發(fā)展和各國(guó)對(duì)電源輸入功率因數(shù)要求，采用PFC功率因數(shù)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(shù)達(dá)到0.99，PFC電路中常用IGBT作為功率器件，應(yīng)用IGBT的PFC整流器是有效率高、功率容量大、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

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。

2、IGBT損壞的原因

UPS在使用過(guò)程中，經(jīng)常受到容性或感性負(fù)載的沖擊、過(guò)負(fù)荷甚至負(fù)載短路等，以及UPS的誤操作，可能導(dǎo)致IGBT損壞。IGBT在使用時(shí)的損壞原因主要有以下幾種情況：

①過(guò)電流損壞;

IGBT有一定抗過(guò)電流能力，但必須注意防止過(guò)電流損壞。IGBT復(fù)合器件內(nèi)有一個(gè)寄生晶閘管，所以有擎住效應(yīng)。圖5為一個(gè)IGBT的等效電路，在規(guī)定的漏極電流范圍內(nèi)，NPN的正偏壓不足以使NPN晶體管導(dǎo)通，當(dāng)漏極電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)正偏壓足以使NPN晶體管開(kāi)通，進(jìn)而使NPN和PNP晶體管處于飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開(kāi)通，門(mén)極失去了控制作用，便發(fā)生了擎住效應(yīng)。IGBT發(fā)生擎住效應(yīng)后，漏極電流過(guò)大造成了過(guò)高的功耗，最后導(dǎo)致器件的損壞。