但即便是經(jīng)典，也在近幾年的科技沖擊下逐漸顯示出劣勢，相較于大熱的高頻鏈雙變換UPS，傳統的雙變換電路結構的缺點(diǎn)已經(jīng)逐漸暴露出來(lái)，但是依賴(lài)其成熟的技術(shù)，幾乎工業(yè)化的標準模塊式結構和很高的可靠性，使它在市場(chǎng)擁有的份額并沒(méi)有減小，而且產(chǎn)量越來(lái)越大，迫使各大UPS廠(chǎng)商尋找新的技術(shù)，以提高效率，降低成本。尤其效率的提高，能有效地減小散熱器尺寸，減少后備電池容量，減小充電器功率，明顯減小整機體積重量。如果10KVA UPS的8小時(shí)機型，提高2%的整機效率，可以減少使用相當12V 6.5AH電池20多節。

雙變換UPS 的應用

如圖1所示，是一個(gè)典型的雙變換UPS，輸入交流電經(jīng)過(guò)由D1~D4構成的全橋整流電路，整流得到220V~330V的直流母線(xiàn)電壓，電池電壓范圍為160V~220V，通過(guò)隔離二極管D5送給直流母線(xiàn)，供逆變器，所以逆變器的輸入電壓范圍為160~330V。為了輸出220V的穩定交流電壓，必然需要升壓隔離式逆變變壓器T1并采用SPWM調制技術(shù)。

由于使用IGBT，逆變器一定會(huì )采用SPWM技術(shù)，且盡量提高調制頻率來(lái)減小輸出諧波分量，但是由于考慮IGBT的開(kāi)關(guān)損耗，合理的調制頻率在8~10kHz。如果直接采用全橋式單極性調制方式，逆變變壓器有8~10kHz的諧波分量，會(huì )有明顯的可聞運行噪聲，如果進(jìn)一步提高調制頻率到20kHz可消除可聞運行噪聲，在目前技術(shù)條件下，無(wú)論選用何種芯片技術(shù)的IGBT，都會(huì )明顯增加開(kāi)關(guān)損耗，整機效率降低，這是不可取的。

現有的倍頻式PWM調制技術(shù)就能很好的解決這一問(wèn)題，只要采用兩個(gè)反向的三角波，分別調制Q1和Q4，Q2和Q3，就能使輸出的調制頻率翻倍。這樣一來(lái)就能保證IGBT 工作在最理想的狀態(tài)，同時(shí)滿(mǎn)足整機設計要求。
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實(shí)例解析

為了簡(jiǎn)化討論，這里討論一個(gè)半橋臂的工作情況，參考圖1。我們分析當逆變器Q1關(guān)閉時(shí)的電壓電流波形，見(jiàn)圖2。由于負載電感的電流不能突變，繼續流過(guò)Q2，下部IGBT的中續流二極管。其電流變化速率di/dt在寄生電感上會(huì )產(chǎn)生一個(gè)壓降ΔV=-Lσ×di/dt，它疊加在直流母線(xiàn)上，可以看作在關(guān)斷Q1的電壓尖峰，這個(gè)尖峰電壓會(huì )損壞Q1。

在常見(jiàn)的采用半橋IGBT模塊并用并行直流母線(xiàn)連接的UPS設計，為了保護IGBT，使其工作在安全工作區RBSOA內，一般需要采用復雜的吸峰電路。成本高，且要消耗不少能量，有一典型的用于10kVA UPS逆變回路吸峰電路，需要80×80風(fēng)扇冷卻，這是UPS逆變電路亟待改進(jìn)的地方。

產(chǎn)生ΔV原因可以從下式可以看出：ΔV=-Lσ×di/dt，其與IGBT電流下降速率和回路的電感成正比。要減小尖峰電壓，可以減小電流下降速率，就是通常說(shuō)的關(guān)斷比較軟，但是會(huì )增加損耗;另一方法是減小電感，這個(gè)電感就是寄生電感。

從原理上說(shuō)寄生電感與回路包圍的面積有關(guān)，在設計中，應該選用適當的低電感器件，而且器件布局盡量緊湊。那么如何在UPS設計中減小寄生電感，廢除耗能的吸峰電路，降低成本，這是UPS設計者關(guān)心的問(wèn)題。

目前UPS逆變器的功率管采用的是IGBT半橋功率模塊，如EUPEC的BSM200GB60DLC。這些IGBT都采用了雙極型三極管模塊的封裝。其體積大，成本高，自身的寄生電感也大。

在IGBT發(fā)明時(shí)，在第一代IGBT開(kāi)關(guān)速度不太快的前提下，廠(chǎng)商采用雙極型三極管模塊的封裝國際工業(yè)標準，可以使得用戶(hù)在不改變整機結構的情況下，方便取代雙極型三極管模塊，其不失為一個(gè)很好的選擇。

結果是UPS廠(chǎng)商的逆變功率模塊也始終按雙極型三極管的半橋模塊設計，這樣一來(lái)引進(jìn)比模塊本身更大的寄生電感。寄生電感會(huì )在IGBT關(guān)斷的過(guò)程中形成很大的尖峰電壓。尤其當今IGBT的開(kāi)關(guān)速度已很高了。

那么如何來(lái)減小寄生電感是一個(gè)IGBT應用關(guān)鍵技術(shù)，最有效的方法是把并行母線(xiàn)改為疊層母線(xiàn)，減小回路包圍的面積。對于并行母線(xiàn)，其母線(xiàn)寬度與母線(xiàn)距離之比a/b>1，其寄生電感Lσ>300nH，而疊層母線(xiàn)很容易做到a/b<0.01,這樣寄生電感Lσ僅為20~30nH，考慮其它因素，寄生電感Lσ實(shí)際可以控制在100nH以下。

封裝的改進(jìn)

為了使這一技術(shù)實(shí)用化，EUPEC公司在1994年制定了一種IGBT國際工業(yè)標準化的封裝，即Econo，它是第一個(gè)IGBT的封裝。Econo有兩種封裝尺寸，即Econo2和Econo3，見(jiàn)(圖3)?，F有的主要產(chǎn)品是用于逆變器三相全橋模塊。最近EUPEC推出單相全橋模塊 Econo FourPACK ,其600V系列是專(zhuān)為UPS設計的，包括以下幾種常用型號，見(jiàn)表1：

Econo FourPACK系列模塊由四個(gè)IGBT和四個(gè)反向續流二極管構成，它還包括溫度檢測 NTC，可用于超載、過(guò)溫保護等。對稱(chēng)的芯片分布，合理的管腳設計使得模塊內部和功率組件設計寄生電感最小;引出腳按能量流向分布，母線(xiàn)設計，控制線(xiàn)設計更容易。所有引出腳采用可焊接針，這樣便于設計雙面覆銅板疊層直流母線(xiàn)，它有很小的寄生電感，如果與EconoBRIDGE 整流模塊一起構成系統設計更方便，更能體現優(yōu)良的性能。

結語(yǔ)

本文剖析了雙變換UPS不間斷電源中的全橋IGBT，這種設計方案能夠大大提高整體性能，降低了成本。希望讀者閱讀完本文后，能夠對全橋IGBT有系統的理解。

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