但即便是經典，也在近幾年的科技衝擊下逐漸顯示出劣勢，相較於大熱的高頻鏈雙變換UPS
，傳chuan統tong的de雙shuang變bian換huan電dian路lu結jie構gou的de缺que點dian已yi經jing逐zhu漸jian暴bao露lu出chu來lai
，但dan是shi依yi賴lai其qi成cheng熟shu的de技ji術shu，幾ji乎hu工gong業ye化hua的de標biao準zhun模mo塊kuai式shi結jie構gou和he很hen高gao的de可ke靠kao性xing
，使shi它ta在zai市shi場chang擁yong有you的de份fen額e並bing沒mei有you減jian小xiao，而er且qie產chan量liang越yue來lai越yue大da，迫po使shi各ge大daUPS廠(chang)商(shang)尋(xun)找(zhao)新(xin)的(de)技(ji)術(shu)
，以(yi)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)

，降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。尤(you)其(qi)效(xiao)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)
，能(neng)有(you)效(xiao)地(di)減(jian)小(xiao)散(san)熱(re)器(qi)尺(chi)寸(cun)，減(jian)少(shao)後(hou)備(bei)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)，減(jian)小(xiao)充(chong)電(dian)器(qi)功(gong)率(lv)，明(ming)顯(xian)減(jian)小(xiao)整(zheng)機(ji)體(ti)積(ji)重(zhong)量(liang)。如(ru)果(guo)10KVA UPS的8小時機型
，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，是一個典型的雙變換UPS
，輸入交流電經過由D1~D4構成的全橋整流電路，整流得到220V~330V的直流母線電壓
，電池電壓範圍為160V~220V
，通過隔離二極管D5送給直流母線，供逆變器，所以逆變器的輸入電壓範圍為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並采用SPWM調製技術。

由於使用IGBT
，逆變器一定會采用SPWM技術，且盡量提高調製頻率來減小輸出諧波分量，但是由於考慮IGBT的開關損耗
，合理的調製頻率在8~10kHz。如果直接采用全橋式單極性調製方式
，逆變變壓器有8~10kHz的諧波分量，會有明顯的可聞運行噪聲
，如果進一步提高調製頻率到20kHz可消除可聞運行噪聲
，在目前技術條件下
，無論選用何種芯片技術的IGBT

，都會明顯增加開關損耗
，整機效率降低，這是不可取的。

現有的倍頻式PWM調製技術就能很好的解決這一問題，隻要采用兩個反向的三角波，分別調製Q1和Q4，Q2和Q3，就能使輸出的調製頻率翻倍。這樣一來就能保證IGBT 工作在最理想的狀態，同時滿足整機設計要求。
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實例解析

為了簡化討論，這裏討論一個半橋臂的工作情況，參考圖1。我們分析當逆變器Q1關閉時的電壓電流波形，見圖2。由於負載電感的電流不能突變，繼續流過Q2，下部IGBT的中續流二極管。其電流變化速率di/dt在寄生電感上會產生一個壓降ΔV=-Lσ×di/dt，它疊加在直流母線上，可以看作在關斷Q1的電壓尖峰
，這個尖峰電壓會損壞Q1。

在常見的采用半橋IGBT模塊並用並行直流母線連接的UPS設計，為了保護IGBT
，使其工作在安全工作區RBSOA內
，一般需要采用複雜的吸峰電路。成本高

，且要消耗不少能量
，有一典型的用於10kVA UPS逆變回路吸峰電路，需要80×80風扇冷卻，這是UPS逆變電路亟待改進的地方。

產生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，就是通常說的關斷比較軟，但是會增加損耗;另一方法是減小電感，這個電感就是寄生電感。

從原理上說寄生電感與回路包圍的麵積有關
，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。那麼如何在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設計者關心的問題。

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發明時，在第一代IGBTkaiguansudubutaikuaideqiantixia
，changshangcaiyongshuangjixingsanjiguanmokuaidefengzhuangguojigongyebiaozhun，keyishideyonghuzaibugaibianzhengjijiegoudeqingkuangxia
，fangbianqudaishuangjixingsanjiguanmokuai，qibushiweiyigehenhaodexuanze。

結果是UPS廠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，這樣一來引進比模塊本身更大的寄生電感。寄生電感會在IGBT關斷的過程中形成很大的尖峰電壓。尤其當今IGBT的開關速度已很高了。

那麼如何來減小寄生電感是一個IGBT應用關鍵技術，最有效的方法是把並行母線改為疊層母線
，減小回路包圍的麵積。對於並行母線，其母線寬度與母線距離之比a/b>1
，其寄生電感Lσ>300nH，而疊層母線很容易做到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實際可以控製在100nH以下。

封裝的改進

為了使這一技術實用化
，EUPEC公司在1994年製定了一種IGBT國際工業標準化的封裝
，即Econo，它是第一個IGBT的封裝。Econo有兩種封裝尺寸，即Econo2和Econo3，見(圖3)。現有的主要產品是用於逆變器三相全橋模塊。最近EUPEC推出單相全橋模塊 Econo FourPACK ,其600V係列是專為UPS設計的
，包括以下幾種常用型號，見表1：

Econo FourPACK係列模塊由四個IGBT和四個反向續流二極管構成，它還包括溫度檢測 NTC，可用於超載
、過溫保護等。對稱的芯片分布，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yin出chu腳jiao按an能neng量liang流liu向xiang分fen布bu，母mu線xian設she計ji，控kong製zhi線xian設she計ji更geng容rong易yi。所suo有you引yin出chu腳jiao采cai用yong可ke焊han接jie針zhen，這zhe樣yang便bian於yu設she計ji雙shuang麵mian覆fu銅tong板ban疊die層ceng直zhi流liu母mu線xian，它ta有you很hen小xiao的de寄ji生sheng電dian感gan

，如ru果guo與yuEconoBRIDGE 整流模塊一起構成係統設計更方便
，更能體現優良的性能。

結語

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後，能夠對全橋IGBT有係統的理解。

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