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，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

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，控制簡單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點，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。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)時間是同規(guī)格GTR的1/10。由于這些優(yōu)點，IGBT廣泛應(yīng)用于不間斷電源系統(tǒng)(UPS)的設(shè)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。

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，無中斷時間等顯著優(yōu)點，廣泛用于通信系統(tǒng)、稅務(wù)、金融、證券、電力、鐵路、民航、政府機關(guān)的機房中。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AC/DC整流器將交流電整流成直流電，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�弦波交流電，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(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)點是控制簡單，成本低，缺點是繼電器有轉(zhuǎn)換時間，還有就是機電器件的壽命問題�？煽毓璩Ｒ娪谥写蠊β蔝PS中。優(yōu)點是控制電流大，沒有切換時間。但缺點就是控制復(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)生一個最大10ms的環(huán)流電流。如果采用IGBT，則可以避免這個問題，使用IGBT有控制簡單的優(yōu)點，但成本較高。其工作原理為：當輸入為正半周時，電流流經(jīng)Q1、D2，負半周時電流流經(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。

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

①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)有一個寄生晶閘管，所以有擎住效應(yīng)。圖5為一個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，當漏極電流大到一定程度時，這個正偏壓足以使NPN晶體管開通，進而使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。