功率器件IGBT在不間斷電源（UPS）中的應(yīng)用

圖3：應(yīng)用IGBT 的旁路開關(guān)

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，如下圖4。

3. IGBT 損壞的原因
　　
UPS 在使用過程中，經(jīng)常受到容性或感性負(fù)載的沖擊、過負(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：

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(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)，于是寄生晶閘管開通，門極失去了控制作用，便發(fā)生了擎住效應(yīng)。IGBT 發(fā)生擎住效應(yīng)后，漏極電流過大造成了過高的功耗，最后導(dǎo)致器件的損壞。

過電壓損壞；

IGBT 在關(guān)斷時(shí)，由于逆變電路中存在電感成分，關(guān)斷瞬間產(chǎn)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(dǎo)損壞；

過熱損壞和靜電損壞。

4. IGBT 損壞的解決對(duì)策

過電流損壞
　　
為了避免IGBT 發(fā)生擎住效應(yīng)而損壞，電路設(shè)計(jì)中應(yīng)保證IGBT 的最大工作電流應(yīng)不超過IGBT 的IDM 值，同時(shí)注意可適當(dāng)加大驅(qū)動(dòng)電阻RG 的辦法延長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間，減小IGBT 的di/dt。驅(qū)動(dòng)電壓的大小也會(huì)影響IGBT 的擎住效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電壓低，承受過電流時(shí)間長(zhǎng)，IGBT 必須加負(fù)偏壓，IGBT 生產(chǎn)廠家一般推薦加-5V 左右的反偏電壓。在有負(fù)偏壓情況下，驅(qū)動(dòng)正電壓在10—15V 之間，漏極電流可在5～10μs 內(nèi)超過額定電流的4～10 倍，所以驅(qū)動(dòng)IGBT 必須設(shè)計(jì)負(fù)偏壓。由于UPS 負(fù)載沖擊特性各不相同，且供電的設(shè)備可能發(fā)生電源故障短路，所以在UPS 設(shè)計(jì)中采取限流措施進(jìn)行IGBT的電流限制也是必須的，可考慮采用IGBT 廠家提供的驅(qū)動(dòng)厚膜電路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它們對(duì)IGBT 的集電極電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果IGBT 發(fā)生過電流，內(nèi)部電路進(jìn)行關(guān)閉驅(qū)動(dòng)。