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基于双变换UPS的全桥IGBT

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科技的飞速发展为人们的生活带来了便利,各种各样的电源开始充斥着人们的生活。其中UPS被大量使用在信息和数据保护设备上,不间断电源的发展很大程度上是依赖于IGBT、PowerMOSFET等电力电子器件的。UPS拥有较多的电路拓扑结构,在这些电路当中,带输出变压器的双变换电路结构的应用是最为广泛的。从被研发至今,这种电路结构几乎没有经过多少改造,而是仅仅在控制电路和用户界面做了改进。这就从侧面说明了这种电路结构的经典性。


1楼2014-12-10 14:35回复
    但即便是经典,也在近几年的科技冲击下逐渐显示出劣势,相较于大热的高频链双变换UPS,传统的双变换电路结构的缺点已经逐渐暴露出来,但是依赖其成熟的技术,几乎工业化的标准模块式结构和很高的可靠性,使它在市场拥有的份额并没有减小,而且产量越来越大,迫使各大UPS厂商寻找新的技术,以提高效率,降低成本。尤其效率的提高,能有效地减小散热器尺寸,减少后备电池容量,减小充电器功率,明显减小整机体积重量。如果10KVAUPS的8小时机型,提高2%的整机效率,可以减少使用相当12V6.5AH电池20多节。
    典型的双变换UPS
      
       图1,带输出变压器的双变换UPS


    2楼2014-12-10 14:35
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      如图1所示,是一个典型的双变换UPS,输入交流电经过由D1~D4构成的全桥整流电路,整流得到220V~330V的直流母线电压,电池电压范围为160V~220V,通过隔离二极管D5送给直流母线,供逆变器,所以逆变器的输入电压范围为160~330V。为了输出220V的稳定交流电压,必然需要升压隔离式逆变变压器T1并采用SPWM调制技术。
      由于使用IGBT,逆变器一定会采用SPWM技术,且尽量提高调制频率来减小输出谐波分量,但是由于考虑IGBT的开关损耗,合理的调制频率在8~10kHZ。如果直接采用全桥式单极性调制方式,逆变变压器有8~10kHZ的谐波分量,会有明显的可闻运行噪声,如果进一步提高调制频率到20kHZ可消除可闻运行噪声,在目前技术条件下,无论选用何种芯片技术的IGBT,都会明显增加开关损耗,整机效率降低,这是不可取的。
      现有的倍频式PWM调制技术就能很好的解决这一问题,只要采用两个反向的三角波,分别调制Q1和Q4,Q2和Q3,就能使输出的调制频率翻倍。这样一来就能保证IGBT工作在最理想的状态,同时满足整机设计要求。
      实例讲解
         
         图2


      3楼2014-12-10 14:35
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        为了简化讨论,这里讨论一个半桥臂的工作情况,参考图1。我们分析当逆变器Q1关闭时的电压电流波形,见图2。由于负载电感的电流不能突变,继续流过Q2,下部IGBT的中续流二极管。其电流变化速率di/dt在寄生电感上会产生一个压降ΔV=-Lσ×di/dt,它叠加在直流母线上,可以看作在关断Q1的电压尖峰,这个尖峰电压会损坏Q1。
        在常见的采用半桥IGBT模块并用并行直流母线连接的UPS设计,为了保护IGBT,使其工作在安全工作区RBSOA内,一般需要采用复杂的吸峰电路。成本高,且要消耗不少能量,有一典型的用于10kVAUPS逆变回路吸峰电路,需要80×80风扇冷却,这是UPS逆变电路亟待改进的地方。


        4楼2014-12-10 14:36
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           EconoFourPACK系列模块由四个IGBT和四个反向续流二极管构成,它还包括温度检测NTC,可用于超载、过温保护等。对称的芯片分布,合理的管脚设计使得模块内部和功率组件设计寄生电感最小;引出脚按能量流向分布,母线设计,控制线设计更容易。所有引出脚采用可焊接针,这样便于设计双面覆铜板叠层直流母线,它有很小的寄生电感,如果与EconoBRIDGE整流模块一起构成系统设计更方便,更能体现优良的性能。
          结论
          本篇文章主要对双变换UPS不间断电源的全桥IGBT进行了全方位的介绍,这种设计能够在非常多的设计前提下对UPS不间断电源进行性能的整体提高,从而起到明显降低成本的作用。希望大家在阅读过本篇文章之后,能对这种全桥IGBT有进一步的认识和理解。
            


          6楼2014-12-10 14:36
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