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（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。本文介紹了絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在不間斷電源系統(tǒng)中的應用情況，分析了IGBT 在UPS 中損壞的主要原因和實際應用中應注意的問題。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，控制簡單、開關頻率高的優(yōu)點，又有功率晶體管的導通電壓低，通態(tài)電流大的優(yōu)點、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行可靠性設計，才能發(fā)揮IGBT 的優(yōu)點。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IGBT電路如圖所示。電路采用自舉驅動方式，VD1為自舉二極管，C1為自舉電容。接通電源，VT2導通時Cy通過VDt進行充電。這種電路適用于驅動較小容量的IGBT.對于IR2110，當供電電壓較低時具有使驅動器截止的保護功能。自舉驅動方式支配著VT2的導通電壓，因此電壓較低的保護功能是其必要條件。若驅動電壓較低時驅動IGBT，則IGBT就會發(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，控制簡單、開關頻率高的優(yōu)點，又有功率晶體管的導通電壓低，通態(tài)電流大，損耗小的顯著優(yōu)點。據(jù)東芝公司資料，1200V/100A 的IGBT 的導通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率 MOSFET 的1/10，而開關時間是同規(guī)格GTR的1/10。由于這些優(yōu)點，IGBT廣泛應用于不間斷電源系統(tǒng)（UPS）的設計中。這種使用 IGBT 的在線式UPS 具有效率高，抗沖擊能力強、可靠性高的顯著優(yōu)點?！PS 主要有后備式、在線互動式和在線式三種結構。在線式UPS 以其可靠性高，輸出電壓穩(wěn)定，無中斷時間等顯著優(yōu)點，廣泛用于通信系統(tǒng)、稅務、金融、證券、電力、鐵路、民航、政府機關的機房中。本文以在線式為介紹對象，介紹UPS 中的IGBT的應用。

　　圖1 在線式不間斷電源主電路圖

　　圖1 為在線式UPS 的主電路，在線式UPS 電源具有獨立的旁路開關、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AC/DC 整流器將交電整流成直流電，同時對蓄電池進行充電，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，電池對逆變器供電，在UPS 發(fā)生故障時將輸出轉為旁路供電。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量的正弦波電源。

　　圖3：應用IGBT 的旁路開關

　　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。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。