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，控制簡單、開關(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*為穩(wěn)定，能為用戶提供真正高質(zhì)量的正弦波電源。
①旁路開關(guān)(ACBYPASSSWITCH)
旁路開關(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)電器件的壽命問題?？煽毓璩Ｒ娪谥写蠊β蔝PS中。優(yōu)點(diǎn)是控制電流大，沒有切換時(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，這樣就會產(chǎn)生一個(gè)*大10ms的環(huán)流電流。如果采用IGBT，則可以避免這個(gè)問題，使用IGBT有控制簡單的優(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)展和各國對電源輸入功率因數(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。
