IGBT 在不间断电源 UPS 中的应用
UPS基础知识
UPS基础知识[UPS作为一种不间断电源，在各个领域应用广泛。
本文着重介绍UPS基础知识及日常维护。
]目录第一章UPS电源概述 (4)1.1 UPS电源概述 (4)1.2 UPS的分类及工作原理 (5)1.3 UPS高可靠性供电方案 (6)第二章UPS功率器件 (10)2.1 UPS常见功率器件分类 (10)2.2 UPS常用器件 (11)第三章UPS基本原理 (17)3.1 UPS基本组成 (17)3.2 整流器 (17)3.3 逆变器 (18)3.4 静态旁路开关 (19)3.5 电池电路 (19)3.6 工作模式 (19)第四章UPS电池 (23)4.1 阀控式铅酸蓄电池的定义 (23)4.2 阀控式铅酸蓄电池的分类 (23)4.3 电池的结构及工作原理 (23)4.4 阀控式铅酸蓄电池的性能参数 (25)4.5 电池技术特性 (26)4.6 电池使用与维护 (32)第五章UPS工程设计参考 (35)5.1 UPS系统容量配置 (35)5.2 UPS电缆的选配 (35)第六章UPS 电源安全防护 (38)6.1 UPS设备接地系统 (38)6.2 雷电与UPS安全防护 (40)第七章UPS 日常维护内容 (47)7.1 日常维护和巡查内容 (47)7.2 季度电池组维护 (47)7.3 年度UPS 维护 (48)第一章UPS电源概述1.1UPS电源概述1.1.1什么是UPSUPS是一种利用电池化学能作为后备能量，在市电断电或发生异常等电网故障时，不间断地为用户设备提供电能的一种能量转换装置。
我们称之为不间断供电系统。
1.1.2UPS的发展过程UPS不间断电源起源于20世纪初的美国。
1903年，第一台UPS由艾默生公司制造，在当时的重工业中起到了重要作用，并为国家的快速发展奠定了基础。
这一阶段的UPS主要用于工业领域，为关键设备提供电力保护。
其次，随着技术的发展，UPS的功能和应用范围不断扩大。
IGBT整流型不间断电源技术规范书
江苏省广电有线信息网络股份有限公司苏州分公司传输中心机房工程不间断电源设备（IGBT整流型）技术规范书目录1 概述11.1 定义11.2必须满足的技术标准/规范32 主要技术要求42.1 设备类型及功率42.2 环境条件52.3 电气性能62.4 电磁兼容限值102.5 ▲保护与告警功能112.6 遥测、遥信性能122.7 电池组智能管理功能122.8 外壳保护要求132.9 安全要求132.10 可靠性要求142.11 蓄电池开关柜142.12 外观与结构152.13 节能环保163 技术服务要求173.1 设备检验173.1.1 工程技术协调会173.1.2 出厂检验173.1.3 供货183.1.4 到货检验193.1.5 到货抽检203.2 工程服务213.2.1 安装调测服务223.2.2 督导调测服务233.2.3 督导服务243.3 设备验收253.3.1 初验253.3.2 试运行253.3.3 终验263.4 保修273.4.1 保修期273.4.2 设备巡检服务273.4.3 故障件修理283.4.4 故障响应及技术支持服务29 3.4.5 备件供应323.4.6 技术文件333.4.7 软件补丁333.4.8 特殊情况下的服务343.4.9 电子文档提供服务343.4.10 资料共享343.5 技术培训353.5.1 现场培训353.5.2 集中培训353.6 其它服务要求364 技术建议书371概述1.1 定义1.本规范书为江苏省广电有线信息网络股份有限公司苏州分公司（以下简称苏州广电）IGBT整流型不间断电源采购项目的技术要求和服务要求，提供给不间断电源投标人进行技术应答和报价之用。
2.投标人须对本技术规范书进行点对点应答，必须在引用本技术规范书的基础上,进行逐条逐项答复、说明和解释,即:首先针对投标人所提供的设备对实现或满足程度明确作出“满足”、“不满足”、“部分满足”的应答，不得使用“明白”、“理解”等词语。
IGBT 系统设计全攻略【详细】
IGBT 系统设计全攻略【详细】----摘自中华电源网详解IGBT系统[图文]IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内。
理想等效电路与实际等效电路如图所示：IGBT 的静态特性一般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。
动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：IGBT的开通过程IGBT 在开通过程中，分为几段时间1.与MOSFET类似的开通过程，也是分为三段的充电时间2.只是在漏源DS电压下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和过程中增加了一段延迟时间。
在上面的表格中，定义了了：开通时间Ton，上升时间Tr和Tr.i除了这两个时间以外，还有一个时间为开通延迟时间td.on:td.on=Ton-Tr.iIGBT在关断过程IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。
功率器件在绿色节能设计中的应用【IGBT、MOSFET】功率器件是功率电子技术的核心器件，特别是IGBT模块和MOSFET器件被广泛应用于工业设备、汽车电子、家电等领域，为这些领域的节能提供了帮助。
在世界都需要节能的情况下，功率器件的重要性将日益提高，发展前景将更加光明。
本专题为你呈现功率器件的最新资讯及其主要应用领域中的节能设计方案。
关于IGBT保护电路设计必知问题摘要：全面论述了IGBT的过流保护、过压保护与过热保护的有关问题，并从实际应用中总结出各种保护方法，这些方法实用性强，保护效果好。
1 引言IGBT（绝缘栅双极性晶体管）是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，因而广泛应用在变频器的逆变电路中。
不间断电源(UPS)中IGBT的应用
不间断电源(UPS)中IGBT的应用1.引言在UPS中使用的功率器件有双极型功率晶体管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT既有功率MOSFET易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大的优点、使用IGBT成为UPS功率设计的首选，只有对IGBT的特性充分了解和对电路进行可靠性设计，才能发挥IGBT的优点。
本文介绍UPS中的IGBT的应用情况和使用中的注意事项。
2.IGBT在UPS中的应用情况绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种MOSFET与双极晶体管复合的器件。
它既有功率MOSFET 易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大，损耗小的显著优点。
据东芝公司资料，1200V/100A的IGBT的导通电阻是同一耐压规格的功率MOSFET的1/10，而开关时间是同规格GTR的1/10。
由于这些优点，IGBT广泛应用于不间断电源系统（UPS）的设计中。
这种使用IGBT的在线式UPS具有效率高，抗冲击能力强、可靠性高的显著优点。
UPS主要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。
在线式UPS以其可靠性高，输出电压稳定，无中断时间等显著优点，广泛用于通信系统、税务、金融、证券、电力、铁路、民航、政府机关的机房中。
本文以在线式为介绍对象，介绍UPS中的IGBT的应用。
在线式UPS电源具有独立的旁路开关、AC/DC整流器、充电器、DC/AC逆变器等系统，工作原理是：市电正常时AC/DC整流器将交流电整流成直流电，同时对蓄电池进行充电，再经DC/AC逆变器将直流电逆变为标准正弦波交流电，市电异常时，电池对逆变器供电，在UPS 发生故障时将输出转为旁路供电。
在线式UPS输出的电压和频率最为稳定，能为用户提供真正高质量的正弦波电源。
①旁路开关（ACBYPASSSWITCH）旁路开关常使用继电器和可控硅。
继电器在中小功率的UPS中广泛应用。
优点是控制简单，成本低，缺点是继电器有转换时间，还有就是机电器件的寿命问题。
UPS高频机中主功率器件的选择和设计(电感、电容 、IGBT、SCR)
Vbu s
Vo
0 0
0 0
等效Boost的特性：
-Vbus
-Vbus
Vbus
Vg 1 D
Vg L
di DTs
=》
L
Vbus(1 D) D fi
当开关管占空比为 50%时刻，电感纹波最大。一般△ i取低压 125% 负载电流峰值的40%。
L
Vbus 4 * fi
在设计中假如使用特性较软的磁材料来设计PFC电感时，考虑到电感 量的跌落，最好电感量有50%裕量。 同样道理设计INV高频电感（BUCK），值得注意时取峰值电流时要 按照实际需求来，不能简单乘以1.414。最后要核算电流密度以及热损 （铁损铜损）。
2
I cp I cp I cp 1 1 1 2 2 (VCE 0 r ) m cos (VCE 0 r I cp ) .m r I cp 2 4 8 3 75
Psw , IGBT
1 2
0
Vbus I cp Vbus Icpsin t 1 ( Eon Eoff ) . dt f sw ( Eon Eoff ) . Vnom Inom U nom I nom
1（1）工作在交流模式的SCR
对于工作在交流模式的SCR： 设导通晶闸管两端电压为： ， VAK Vto Rt I rms 2 sin wt 电流瞬时值：
I I rms 2 sin wt
式中 Vto ：晶闸管导通电压初始值 Rt ：晶闸管导通后的阻抗值 I rms ：流过晶闸管的交流有效值，按半个正弦波周期计算 则在一个周期内的功耗为：
Normally, 输出滤 波器LC的截止频率一般取
绝缘栅双极晶体管(IGBT)原理介绍及在UPS方面应用
绝缘栅双极晶体管（IGBT）原理介绍及在UPS方面应用作者：赵懿来源：《神州·上旬刊》2018年第03期摘要： IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），也称为绝缘栅双极晶体管，是一种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，本文主要介绍了IGBT的结构特性、工作原理，最后对IGBT在UPS方面的实际应用进行了分析介绍。
关键词：“IGBT；绝缘栅双极晶体管”；“MOSFET；金属-氧化层-半导体-场效晶体管”；“GTR；电力晶体管”1 前言近年来，新型功率开关器件IGBT已逐渐被人们所认识，IGBT是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，与以前的各种电力电子器件相比，IGBT具有以下特点：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；高速开关特性，导通状态低损耗。
IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件，IGBT在综合性能方面占有明显优势，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
本文主要通过对IGBT的结构特性和工作原理的学习，介绍IGBT在UPS领域的实际应用。
2 IGBT工作原理和工作特性2.1 IGBT工作原理IGBT是双极型晶体管（BJT）和MOSFET的复合器件，IGBT将BJT的电导调制效应引入到VDMOS的高祖漂流区，大大改善了器件的导通特性，同时它还具有MOSFET的栅极高输入阻抗的特点。
IGBT所能应用的范围基本上替代了传统的功率晶体管。
绝缘栅双极型晶体管本质上是一个场效应晶体管，在结构上与功率MOSFET相似，只是在原功率MOSFET的漏极和衬底之间额外增加了一个P+型层。
IGBT的特点、应用及未来的研究方向
IGBT的特点、应⽤及未来的研究⽅向近年来，IGBT被⼴泛关注，随着技术的发展，其应⽤前景被⼴泛看好，作为国家战略性新兴产业IGBT，在很多领域应⽤⼴泛。
什么是IGBT？IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的⾼输⼊阻抗和GTR的低导通压降两⽅⾯的优点。
GTR饱和压降低，载流密度⼤，但驱动电流较⼤；MOSFET驱动功率很⼩，开关速度快，但导通压降⼤，载流密度⼩。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率⼩⽽饱和压降低。
⾮常适合应⽤于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT的原理IGBT是将强电流、⾼压应⽤和快速终端设备⽤垂直功率MOSFET的⾃然进化。
由于实现⼀个较⾼的击穿电压BVDSS需要⼀个源漏通道，⽽这个通道却具有很⾼的电阻率，因⽽造成功率MOSFET具有RDS(on)数值⾼的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。
虽然最新⼀代功率MOSFET 器件⼤幅度改进了RDS(on)特性，但是在⾼电平时，功率导通损耗仍然要⽐IGBT 技术⾼出很多。
较低的压降，转换成⼀个低VCE(sat)的能⼒，以及IGBT的结构，同⼀个标准双极器件相⽐，可⽀持更⾼电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。
IGBT模块的特点与应⽤IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯⽚)与FWD(续流⼆极管芯⽚)通过特定的电路桥接封装⽽成的模块化半导体产品，封装后的IGBT模块直接应⽤于变频器、UPS不间断电源等设备上。
IGBT模块具有节能、安装维修⽅便、散热稳定等特点，当前市场上销售的多为此类模块化产品，⼀般所说的IGBT也指IGBT模块。
随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。
UPS_6脉冲整流器、12脉冲整流器和IGBT整流器技术区别
UPS_6脉冲整流器、12脉冲整流器和IGBT整流器技术区别UPS 6脉冲整流器、12脉冲整流器和IGBT 整流器技术区别6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别控制，所以叫6脉冲整流。
三相桥式整流电路忽略换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为⽆穷⼤，延迟触发⾓a 为零，则交流侧电流傅⾥叶级数展开为：iA=2?31/2/π?Id( sinwt -1/5sin5wt -1/7sin7wt +1/11sin11wt +1/13sin13wt -1/17Sin17wt -1/19sinwt +…) (1-1)由此可得以下简洁的结论：电流中含6k ±1（k 为正整数）次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反⽐，且与基波有效值的⽐值为谐波次数的倒数。
2、12脉冲整流器12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输⼊端增加移相变压器后在增加⼀组6脉冲整流器，使直流母线电流由12个可控硅整流完成，因此⼜称为12脉冲整流。
下图所⽰I 和II 两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。
电池及逆变器输⼊电池及逆变器输⼊ II桥1的⽹侧电流傅⽴叶级数展开为：iIA=iIa=2?31/2/π?Id( sinwt-1/5sin5wt-1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt-1/17Sin17wt-1/19sinwt+…) (1-2)桥II⽹侧线电压⽐桥I超前30?，因⽹侧线电流⽐桥I超前30?。
iIA=2?31/2/π?Id( sinwt+1/5sin5wt+1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt+1/17Sin17wt+1/19sinwt+…) (1-3)故合成的⽹侧线电流iA=iIA+iIIA=4?31/2/π(sinwt+1/11sinwt+1/13sin13wt+…)可见，两个整流桥产⽣的5、7、17、19、…次谐波相互抵消，注⼊电⽹的只有12k±1（k为正整数）次谐波，且其有效值与与谐波次数成反⽐，⽽与基波有效值的⽐值为谐波次数的倒数。
不间断电源UPS工作原理及应用
不连续电源〔UPS)知识何谓不断电系统(UPS)?不断电系统的英文名称是Uninterruptible Power Supply取其英文字缩写即为"UPS"。
所以不断电系统依其字面的意义，就是当电源中断或异常时能够不连续提供电力以维持计算机正常运作的设备。
为何需要不断电系统(UPS)?不稳定的电源质量均足以影响计算机的正常运作。
而不断电系统，不仅在输入电源中断时可立即供给电力，在电源输入平时，也可对质量不良的电源进展稳压、滤除噪声、防雷击等功能以提供使用者稳定纯净的电源。
所以，拥有不断电系统就像为计算机设备购置了保险一样，有备无患。
不断电系统(UPS)种类有那些?按照不同的标准有不同的划分方法，如按UPS工作性质可分为以下几种：离线式(OFF LINE) ,在线式(ON LINE),在线互动式式(LINE INTERACTIVE)和串并联工作模式。
何谓离线式不断电系统(Off-Line UPS)?如下离线式系统方块图，平常市电走旁边的一条直通路径(直接供电给负载。
只有停电或市电异常时，才由电池提供电力。
经逆变器转换为交流电源提供给负载电力。
特色:1. 市电正常时，UPS对市电几无处理而直接输出至负载，对市电噪声、突波衰减能力差。
2. 具转换时间，保护性最低。
3.结构简单、体积小、重量轻、控制容易、低本钱特性。
何谓在线式不断电系统(On-Line UPS)?在线式UPS平常由逆变器输出给负载电力，只有UPS故障、过载或过热时才会转为旁路输出给负载。
特色:1.输出至负载之电力经UPS处理，输出电源质量最高3.结构复杂，本钱较高4.保护性最高，对市电噪声、突波衰减能力最优何谓在线互动式不断电系统(Line-Interactive UPS)?互动式UPS平常由旁路经变压器输出给负载，逆变器此时做为充电器。
当断电时逆变器如此将电池能量转为交流电输出给负载。
特色:1.具双向性转换器设计，UPS电池回充时间较短3.控制结构复杂，本钱较高4.保护性介于在线式与离线式UPS之间，对市电噪声，突波衰减能力差如何选购适当的不断电系统(UPS)?3.具最优秀的研发工程人员,具产品创新开发能力4.产品具备效率高，噪音低等优异特性5.厂商声誉较佳,与财务结构健全者6.产品经过国外检验机构认证合格等7.工厂经过检验机构认证合格如ISO9001,ISO9002我住的地方很少停电，我需要拥有不断电系统(UPS)吗?据统计，电力问题中停电只占一小局部,不易发觉的电力问题，例如电压过高、电压过低、突波等才是电力问题之大宗。
IGBT是做什么的？有什么作用？
IGBT 是做什么的？有什么作用？IGBT 又叫绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR 的低导通压降两方面的优点。
IGBT 模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT 模块直接应用于变频器、UPS 不间断电源等设备上；IGBT 模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT 模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。
IGBT 是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的CPU，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。
应用领域手机在日益增长的变频器市场，许多厂商提供性能和尺寸各异的变换器类型。
这正是以低损耗和高开关频率而著称的新IGBT 技术施展的舞台。
在62 毫米（当前模块的标准尺寸）模块中使用新IGBT 技术使用户可以因不必改变其机械设计概念而获益。
基于平台技术的标准62 毫米SEMITRANS?模块，由于针对IGBT 和二极管采用了不同的半导体技术，因此适合于多种应用场合。
采用标准尺寸模块外壳这一事实意味着用户有更多可供选择的供应商。
新能源汽车IGBT 模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。
IGBT 模块占电动汽车成本将近10%，占充电桩成本约20%。
IGBT 主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：电动控制系统大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机；车载空调控制系统小功率直流/交流(DC/AC)逆变，使用电流较小的IGBT 和FRD；充电桩智能充电桩中IGBT 模块被作为开关元件使用；智能电网IGBT 广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端：从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT 模块。
IGBT模块：技术、驱动和应用课件：基本电路与应用实例
DC-AC逆变器
相对于两电平逆变器，三电平逆变器有许多优点 损耗降低 输出滤波器更小 输出电压或电流的失真度降低 电磁兼容（EMC）性能得到提升 系统成本降低
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
DC-AC逆变器
三电平模块/三电平桥臂
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
简介
换流：在变换器的运行期间（通常）电流周期性的从一个
半导体开关换流到另一个半导体开关。这个过程被称为电 流换流或换流。
外部换流 内部换流
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
主动前端：IGBT 辅助主动开关
AC-DC整流器和制动斩波器
启动时：每个辅助开关分别与相对应的开关VT1、VT3和VT5共 发射极串联连接，通过PWM控制给直流母线充电，这样就可以限制 电力半导体器件的电流。
正常工作：辅助开关开通（引入额外通态损耗，提高驱动电压）
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
制动斩波器 消耗再生制动能量
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
AC-DC整流器和制动斩波器
主动前端：SCR
不需要制动电阻 再生的能量反馈到电网
需要有源逆变单元 机构和控制复杂 存在换流失败的可能
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
U out
浅析IGBT功率模块整流的UPS工作原理及维护
浅析IGBT功率模块整流的UPS工作原理及维护作者：陈涛来源：《科技创新与应用》2016年第09期摘要：现在人们的生活中越来越多的使用UPS。
UPS的整流方式主要有：可控硅整流方式和IGBT功率模块整流两种。
由于IGBT功率模块有很多优点，现在先进的UPS基本都采用IGBT功率模块整流方式。
文章简单的介绍了IGBT功率模块整流的UPS的工作原理，简要介绍其维护方法。
关键词：UPS；IGBT；功率模块1 概述卫星广播电视传输要求在任何情况下保障电力的可靠传输，保障设备正常工作，信号正常传输，因此要求电力系统配备UPS（Uninterruptible Power Supply，不间断电源）进行保障。
UPS系统可以为重要的负载提供可靠、连续、无干扰的电源供应，它具有很多优势：输出电源的电压稳定；工作频率稳定；输出电压波形纯正等。
当外电出现问题（外电问题：外电中断；电压浪涌、电压波形下陷；高压尖脉冲；瞬态高压；谐波干扰；频率漂移；持续高低压等）时，由储能电池向负载供电，确保负载运行正常，至外电恢复或后备油机启动。
同时UPS 还有自动旁路和手动旁路两种切换方式，当UPS电源本身出现问题时，UPS可以切换至自动旁路，保证电力的可靠供应，当UPS需要检修时可以切换到手动旁路进行检修。
2 UPS的原理2.1 UPS基本原理UPS系统是由整流器、逆变器、电池组、静态开关四个部分组成（如图1所示）。
UPS正常工作时，Q1闭合，Q2断开，外电通过整流器、逆变器、静态开关供应负载使用。
整流器在系统中起到稳定电压的功能，它可以在外电出现一定幅度的波动时，仍然输出稳定的电压。
逆变器在系统中主要是保障UPS输出频率的稳定。
电池组完成储能、净化的功能，消除整流器无法净化的瞬间干扰脉冲，同时当外电中断时提供储能保障。
静态开关负责检测逆变器输出电的质量，当UPS逆变器输出电故障时，静态开关瞬间切换到UPS自动旁路，确保负载供电不中断。
论应用IGBT新技术的UPS电源
论应用IGBT新技术的UPS电源摘要：随着新技术发展对供电质量需求的不断提高，ups经历了多次技术变革，特别是将igbt技术应用于ups领域，使ups发生了一次巨大的变革，使得整机性能发生了非常大的变化，并为下阶段的发展打下了坚实的基础。
关键词：ups电源；igbt技术；维护管理近年来，我国广播电视、通讯、网络等行业发展迅速，覆盖了全国绝大多数地区，已经成为人们现代生活密不可分的重要组成部分。
电源对保障系统安全可靠运行起着至关重要的作用。
为了确保可靠的供电，有交流电源供电的设备需要采用交流不间断电源（ups），在电源系统中引入ups是为了以优良的供电质量向负载连续供电，从而提高供电系统的可靠性和质量。
1 ups电源的构成原理1.1 ups电源的功能及主要构成ups实际上就是一个大容量蓄电池，它的原理是外电网为其供电，由它再给我们的设备供电，平时它处于不断充放电的状态，它主要作用有两个，第一当断电时它起到一个蓄电池的作用，为设备提供一定时长的供电，保证设备断电后仍然能正常工作；第二就是起到稳压作用，由于它能提供稳定的电压输出，从而避免因外电网的电压波动损坏设备。
通俗的讲他就好比一个蓄水池，在有水的时候把水存起来，一旦断水它就提供给我们水。
ups（uninterruptible power system ）即不间断电源是一种储备能量的装置，它是一种恒频、恒压的以逆变器为主要组成部分的电源。
在广播电影电视领域，主要用于给发射机系统、天馈线系统、卫星上行系统、车载发射系统及直播系统提供不间断优质电源的设备。
当外接市电正常供电时，ups电源将市电进行净化整定后供应给后端负载使用，此时ups即是一台交流市电的稳压设备，同时它还负责向附属的12v，60ah蓄电池充电；当市电意外中断时，在线式的ups能够立即通过逆变器使用平时蓄电池储备的电能给负载供应220v的纯净、恒定交流电，避免负载在突然断电的情况下，电路板等设备受到冲击、flash等存储器数据丢失，但后备式的ups 不能够实现零秒切换，因此其使用受到了一定程度的限制。
高频UPS与工频UPS的区别
目前，UPS通常分为工频机结构UPS和和高频机结构UPS两种。
以下就这两种UPS的定义和区别做一简单介绍。
1.工频机结构UPS与高频机结构UPS的定义工频机结构UPS和高频机结构UPS是按其设计电路工作频率来区分的。
工频机结构UPS 是以传统的模拟电路原理设计，由可控硅SCR整流器、IGBT逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。
因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。
而高频机结构UPS通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成。
IGBT可以通过控制加在门极的驱动来控制其开通与关断，IGBT整流器开关频率通常在几k到几十kHz,甚至高达上百kHz，远远高于工频机,因此称为高频UPS。
2.工频机结构UPS与高频机结构UPS的区别(1)电路结构的区别在工频机结构UPS电路中，主路三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压。
通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。
由于SCR属于半控器件，控制系统只能够控制开通点，一旦SCR导通之后，即使门极驱动撤消，也无法关断，只有等到其电流为零之后才能自然关断，所以其开通和关断均是基于一个工频周期，不存在高频的开通和关断控制。
由于SCR整流器属于降压整流，因此直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入电压低，要使输出相电压能够得到恒定的220V电压，就必须在逆变输出增加升压隔离变压器。
相比而言，高频机结构UPS整流属于升压整流，其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高，一般典型值为800V左右，如果电池直接挂接母线，所需要的标配电池节数达到67节，这样给实际应用带来极大的限制。
因此一般高频机结构UPS会单独配置一个电池变换器，市电正常的时候电池变换器把800V的母线电压降压到电池组电压;市电故障或超限时，电池变换器把电池组电压升压到800V的母线电压。
由于高频机母线电压为800V左右，所以逆变器输出相电压可以直接达到220V，逆变器之后就不再需要升压变压器。
UPS不间断电源工作原理及应用说明
UPS不间断电源工作原理及应用说明UPS（不间断电源）是一种通过储存电能来提供不间断电力供应的设备。
它主要由逆变器、储能装置、电源切换装置和控制电路等多个组成部分构成。
下面将对UPS的工作原理及应用进行详细说明。
一、UPS的工作原理：1.储能装置：UPS的核心是储能装置，主要包括电池组和超级电容器。
当电网供电正常时，UPS通过整流器将交流电转换为直流电，并同时充电电池组和超级电容器。
当电网断电时，储能装置开始放电，将储存的电能转换为交流电。
2.逆变器：逆变器是UPS的关键部件，它通过将直流电转换为交流电，提供稳定的交流电力输出。
逆变器通常采用PWM调制技术，通过高频开关器件（如IGBT）将直流电源进行逆变，产生纯正弦波的交流电输出，其波形质量接近纯电网电源的波形质量。
3.电源切换装置：当电网正常时，电源切换装置将电网供电与UPS输出电源进行隔离。
一旦电网断电，电源切换装置会自动将负载连接到UPS输出电源，以保证负载持续供电。
4.控制电路：控制电路是UPS的智能核心，负责监测电网状态、电池容量、负载状态等，并根据实时情况控制整个系统的运行。
控制电路还负责实现UPS的各种保护功能，如过压保护、欠压保护、过载保护等。
二、UPS的应用：1.电脑及IT设备保护：UPS广泛应用于计算机机房、数据中心等电子设备的保护。
在电网供电稳定的情况下，UPS可以提供干净稳定的电源，防止因电网电压波动、短时断电等原因造成设备损坏或数据丢失。
而在电网断电时，UPS可以维持设备的正常工作并进行有序关机，保护设备的安全运行。
2.工业控制系统保护：UPS也广泛应用于工业领域的自动化设备和控制系统。
UPS的稳定电源输出可以有效保护各种工业设备免受电网波动的影响，防止工业生产中因电力干扰引起的设备停机和数据丢失。
3.医疗设备保护：医疗设备对电力供应的要求非常高，如手术室的手术灯和监护仪器等。
UPS可以为医疗设备提供稳定可靠的电源供应，保证医疗操作的安全和连续性。
绝缘栅双极晶体管(IGBT)原理介绍及在UPS方面应用
208绝缘栅双极晶体管(IGBT)原理介绍及在UPS 方面应用赵懿重庆广电集团(总台)摘要：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),也称为绝缘栅双极晶体管,是一种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件,本文主要介绍了IGBT 的结构特性、工作原理，最后对IGBT 在UPS 方面的实际应用进行了分析介绍。
关键词：“IGBT；绝缘栅双极晶体管”；“MOSFET；金属-氧化层-半导体-场效晶体管”；“GTR；电力晶体管”1 前言近年来，新型功率开关器件IGBT 已逐渐被人们所认识，IGBT 是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 与以前的各种电力电子器件相比，IGBT 具有以下特点：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；高速开关特性,导通状态低损耗。
IGBT 兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR 的低导通压降两方面的优点。
GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低,是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件，IGBT 在综合性能方面占有明显优势，非常适合应用于直流电压为600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
本文主要通过对IGBT 的结构特性和工作原理的学习，介绍IGBT 在UPS 领域的实际应用。
2 IGBT 工作原理和工作特性2.1 IGBT 工作原理IGBT 是双极型晶体管(BJT)和MOSFET 的复合器件，IGBT 将BJT 的电导调制效应引入到VDMOS 的高祖漂流区，大大改善了器件的导通特性，同时它还具有MOSFET 的栅极高输入阻抗的特点。
IGBT 所能应用的范围基本上替代了传统的功率晶体管。
绝缘栅双极型晶体管本质上是一个场效应晶体管，在结构上与功率MOSFET 相似，只是在原功率MOSFET 的漏极和衬底之间额外增加了一个P+型层。
电力电子技术在UPS系统中的应用
电力电子技术在UPS系统中的应用UPS系统是不间断电源系统的简称，主要用于在电网供电中断或者电压波动时，为关键设备提供稳定的电力供应。
电力电子技术在UPS 系统中扮演着至关重要的角色，本文将探讨电力电子技术在UPS系统中的应用。
1. UPS系统概述UPS系统由整流器、储能装置和逆变器组成。
整流器将电网交流电转换为直流电，并将电能储存在储能装置中，逆变器则将储能装置中的直流电转换为交流电供给关键设备使用。
电力电子技术在这三个组成部分中都有广泛的应用。
2. 整流器中的电力电子技术在UPS系统中，整流器起到将电网交流电转换为直流电的作用。
为了使得输出直流电能具有较高的质量和稳定性，需要使用各种电力电子器件，例如整流二极管、IGBT等。
这些器件能够有效地进行电能的整流和功率因数校正，提高UPS系统的效率和可靠性。
3. 储能装置中的电力电子技术储能装置在UPS系统中起到储存和释放电能的作用。
目前常用的储能技术包括铅酸蓄电池、锂离子电池等。
电力电子技术能够实现对储能装置中电能的高效充放电控制，确保UPS系统在停电或电网波动时能够稳定供电。
4. 逆变器中的电力电子技术逆变器是将储能装置中的直流电转换为交流电的关键部分。
为了保证输出交流电的电压、频率和波形等参数符合设备的要求，需要使用高性能的逆变器控制技术。
电力电子器件在逆变器中起到核心作用，通过控制开关器件的开关状态，实现对直流电的逆变转换。
例如，使用可控硅、IGBT等器件实现PWM控制和谐波滤波，从而提高逆变器的输出质量和效率。
5. 其他电力电子技术在UPS系统中的应用除了上述提到的核心部分，电力电子技术还在UPS系统中的其他方面有着广泛的应用。
例如，电磁干扰抑制技术能够减少UPS系统对其他电子设备的干扰；过电流保护技术能够有效地保护UPS系统及关键设备不受过电流损害；能量回收技术能够将储能装置中的电能再循环利用，提高UPS系统的能效等。
总结：电力电子技术在UPS系统中扮演着至关重要的角色。
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IGBT 在不间断电源（UPS）中的应用
1. 引言
在UPS 中使用的功率器件有双极型功率晶体管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT 既有功率MOSFET 易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大的优点、使用IGBT 成为UPS 功率设计的首选，只有对IGBT的特性充分了解和对电路进行可靠性设计，才能发挥IGBT 的优点。
本文介绍UPS 中的IGBT 的应用情况和使用中的注意事项。
2. IGBT 在UPS 中的应用情况
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种MOSFET 与双极晶体管复合的器件。
据东芝公司资料，1200V/100A 的IGBT 的导通电阻是同一耐压规格的功率MOSFET 的
1/10，而开关时间是同规格GTR 的1/10。
由于这些优点，IGBT广泛应用于不间断电源系统（UPS）的设计中。
这种使用IGBT 的在线式UPS 具有效率高，抗冲击能力强、可靠性高的显着优点。
UPS 主要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。
在线式UPS 以其可靠性高，输出电压稳定，无中断时间等显着优点，广泛用于通信系统、税务、金融、证券、电力、铁路、民航、政府机关的机房中。
本文以在线式为介绍对象，介绍UPS 中的IGBT 的应用。
图 1 为在线式UPS 的主电路，在线式UPS 电源具有独立的旁路开关、AC/DC 整流器、充电器、DC/AC 逆变器等系统，工作原理是：市电正常时AC/DC 整流器将交流电整流成直流电，同时对蓄电池进行充电，再经DC/AC 逆变器将直流电逆变为标准正弦波交流电，市电异常时，电池对逆变器供电，在UPS 发生故障时将输出转为旁路供电。
在线式UPS输出的电压和频率最为稳定，能为用户提供真正高质量的正弦波电源。
图1 在线式不间断电源主电路图
①旁路开关（AC BYPASS SWITCH）
旁路开关常使用继电器和可控硅。
继电器在中小功率的UPS 中广泛应用。
优点是控制简单，成本低，缺点是继电器有转换时间，还有就是机电器件的寿命问题。
可控硅常见于中大功率UPS 中。
优点是控制电流大，没有切换时间。
但缺点就是控制复杂，且由于可控硅的触发工作特性，在触发导通后要在反向偏置后才能关断，这样就会产生一个最大10ms 的环流电流，如图2。
如果采用IGBT，如图3，则可以避免这个问题，使用IGBT 有控制简单的优点，但成本较高。
其工作原理为：当输入为正半周时，电流流经Q1、D2，负半周时电流流经D1、Q2。
图2：SCR 的延时关断现象图
图3：应用IGBT 的旁路开关
②整流器AC/DC
UPS 整流电路分为普通桥堆整流、SCR 相控整流和PFC 高频功率因数校正的整流器。
传统的整流器由于基频为50HZ，滤波器的体积重量较重，随着UPS 技术的发展和各国对电源输入功率因数要求，采用PFC 功率因数校正的UPS 日益普及，PFC 电路工作的基频至少20KHZ，使用的滤波器电感和滤波电容的体积重量大大减少，不必加谐波滤波器就可使输入功率因数达到0.99，PFC 电路中常用IGBT 作为功率器件，应用IGBT 的PFC 整流器是有效率高、功率容量大、绿色环保的优点。
③充电器
UPS 的充电器常用的有反激式、BOOST 升压式和半桥式。
大电流充电器中可采用单管IGBT，用于功率控制，可以取得很高的效率和较大的充电电流。
④DC/AC 逆变器
3KVA 以上功率的在线式UPS 几乎全部采用IGBT 作为逆变部分的功率器件，常用全桥式电路和半桥电路，如下图4。
3. IGBT 损坏的原因
UPS 在使用过程中，经常受到容性或感性负载的冲击、过负荷甚至负载短路等，以及UPS 的误操作，可能导致IGBT 损坏。
IGBT 在使用时的损坏原因主要有以下几种情况：
1.过电流损坏；
IGBT 有一定抗过电流能力，但必须注意防止过电流损坏。
IGBT 复合器件内有一个寄生晶闸管，所以有擎住效应。
图5 为一个IGBT 的等效电路，在规定的漏极电流范围内，NPN 的正偏压不足以使NPN 晶体管导通，当漏极电流大到一定程度时，这个正偏压足以使NPN 晶体管开通，进而使NPN 和PNP 晶体管处于饱和状态，于是寄生晶闸管开通，门极失去了控制作用，便发生了擎住效应。
IGBT 发生擎住效应后，漏极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。
2.过电压损坏；
IGBT 在关断时，由于逆变电路中存在电感成分，关断瞬间产生尖峰电压，如果尖峰电压过压则可能造成IGBT 击穿损坏。
3.桥臂共导损坏；
过热损坏和静电损坏。
4. IGBT 损坏的解决对策
1.过电流损坏
为了避免IGBT 发生擎住效应而损坏，电路设计中应保证IGBT 的最大工作电流应不超过IGBT 的IDM 值，同时注意可适当加大驱动电阻RG 的办法延长关断时间，减小IGBT 的di/dt。
驱动电压的大小也会影响IGBT 的擎住效应，驱动电压低，承受过电流时间长，IGBT 必须加负偏压，IGBT 生产厂家一般推荐加-5V 左右的反偏电压。
在有负偏压情况下，驱动正电压在10—15V 之间，漏极电流可在5～
10μs 内超过额定电流的4～10 倍，所以驱动IGBT 必须设计负偏压。
由于UPS 负载冲击特性各不相同，且供电的设备可能发生电源故障短路，所以在UPS 设计中采取限流措施进行IGBT的电流限制也是必须的，可考虑采用IGBT 厂家提供的驱动厚膜电路。
如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它们对IGBT 的集电极电压进行检测，如果IGBT 发生过电流，内部电路进行关闭驱动。
这种办法有时还是不能保护IGBT，根据IR 公司的资料，IR 公司推荐的短路保护方法是：首先检测通态压降Vce，如果Vce 超过设定值，保护电路马上将驱动电压降为8V，于是IGBT 由饱和状态转入放大区，通态电阻增大，短路电路减削，经过4us 连续检测通态压降Vce，如果正常，将驱动电压恢复正常，如果未恢复，将驱动关闭，使集电极电流减为零，这样实现短路电流软关断，可以避免快速关断造成的过大di/dt 损坏IGBT，另外根据最新三菱公司IGBT 资料，三菱推出的 F 系列IGBT 的均内含过流限流电路（RTC circuit），如图6，当发生过电流，10us 内将IGBT 的启动电压减为9V，配合M57160AL 驱动厚膜电路可以快速软关断保护IGBT。
图5：IGBT 等效电路图
图6 三菱F 系列IGBT 的RCT 电路
2.过电压损坏
防止过电压损坏方法有：优化主电路的工艺结构，通过缩小大电流回路的路径来减小线路寄生电感；适当增加IGBT 驱动电阻Rg 使开关速度减慢（但开关损耗也增加了）；设计缓冲电路，对尖峰电压进行抑制。
用于缓冲电路中的二极管必须是快恢复的二极管，电容必须是高频、损耗小，频率特性好的薄膜电容。
这样才能取得好的吸收效果。
常见电路有耗能式和回馈式缓冲电路。
回馈式又有无源式和有源式两种，详细电路设计可参见所选用器件的技术手册。
3.桥臂共导损坏
在UPS 中，逆变桥同臂支路两个驱动必须是互锁的，而且应该设置死区时间（即共同不导通时间）。
如果发生共导，IGBT 会迅速损坏。
在控制电路应该考虑到各种运行状况下的驱动问题控制时序问题。
4.过热损坏
可通过降额使用，加大散热器，涂敷导热胶，强制风扇制冷，设置过温度保护等方法来解决过热损坏的问题。
此外还要注意安装过程中的静电损坏问题，操作人员、工具必须进行防静电保护。
5. 结论
1.IGBT 兼具有功率MOSFET 和GTR 的优点，是UPS 中的充电、旁路开关、逆变器，整流器等功率变换的理想器件。
2.只有合理运用IGBT，并采取有效的保护方案，才可能提高IGBT 在UPS 中的可靠性。