IGBT應用電子電路設計圖集錦 —電路圖天天讀（189）

　　IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應管）組成的復合全控型電壓驅動(dòng)式功率半導體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在不間斷電源系統中的應用情況，分析了IGBT 在UPS 中損壞的主要原因和實(shí)際應用中應注意的問(wèn)題。在UPS 中使用的功率器件有雙極型功率晶體管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT 既有功率MOSFET 易于驅動(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通電壓低，通態(tài)電流大的優(yōu)點(diǎn)、使用IGBT成為UPS 功率設計的首選，只有對IGBT的特性充分了解和對電路進(jìn)行可靠性設計，才能發(fā)揮IGBT 的優(yōu)點(diǎn)。本文介紹UPS 中的IGBT 的應用情況和使用中的注意事項。

　　IGBT電路原理圖

　　IR2110驅動(dòng)IGBT電路如圖所示。電路采用自舉驅動(dòng)方式，VD1為自舉二極管，C1為自舉電容。接通電源，VT2導通時(shí)Cy通過(guò)VDt進(jìn)行充電。這種電路適用于驅動(dòng)較小容量的IGBT.對于IR2110，當供電電壓較低時(shí)具有使驅動(dòng)器截止的保護功能。自舉驅動(dòng)方式支配著(zhù)VT2的導通電壓，因此電壓較低的保護功能是其必要條件。若驅動(dòng)電壓較低時(shí)驅動(dòng)IGBT，則IGBT就會(huì )發(fā)生熱損壞。VD1選用高速而耐壓大于600V的ERA38-06、ERB38-06等二極管。

　　絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種MOSFET 與雙極晶體管復合的器件。它既有功率MOSFET 易于驅動(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通電壓低，通態(tài)電流大，損耗小的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。據東芝公司資料，1200V/100A 的IGBT 的導通電阻是同一耐壓規格的功率 MOSFET 的1/10，而開(kāi)關(guān)時(shí)間是同規格GTR的1/10。由于這些優(yōu)點(diǎn)，IGBT廣泛應用于不間斷電源系統（UPS）的設計中。這種使用 IGBT 的在線(xiàn)式UPS 具有效率高，抗沖擊能力強、可靠性高的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)?！PS 主要有后備式、在線(xiàn)互動(dòng)式和在線(xiàn)式三種結構。在線(xiàn)式UPS 以其可靠性高，輸出電壓穩定，無(wú)中斷時(shí)間等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于通信系統、稅務(wù)、金融、證券、電力、鐵路、民航、政府機關(guān)的機房中。本文以在線(xiàn)式為介紹對象，介紹UPS 中的IGBT的應用。

　　圖1 在線(xiàn)式不間斷電源主電路圖

　　圖1 為在線(xiàn)式UPS 的主電路，在線(xiàn)式UPS 電源具有獨立的旁路開(kāi)關(guān)、AC/DC 整流器、充電器、DC/AC 逆變器等系統，工作原理是：市電正常時(shí)AC/DC 整流器將交電整流成直流電，同時(shí)對蓄電池進(jìn)行充電，再經(jīng)DC/AC 逆變器將直流電逆變?yōu)闃藴收也ń涣麟?，市電異常時(shí)，電池對逆變器供電，在UPS 發(fā)生故障時(shí)將輸出轉為旁路供電。在線(xiàn)式UPS輸出的電壓和頻率最為穩定，能為用戶(hù)提供真正高質(zhì)量的正弦波電源。

　　圖3：應用IGBT 的旁路開(kāi)關(guān)

　　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(zhù)UPS 技術(shù)的發(fā)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(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。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。3KVA 以上功率的在線(xiàn)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。