H桥双变换APCUPS的一种参考设计-施耐德APCUPS电源发布
近20年随着信息技术的发展促进APCUPS技术迅速发展。回顾APCUPS发展历史,我们能看到其发展主要依赖于功率器件的进步以及磁性材料和功率半导体技术的提高。中大功率UPS系统的功率开关由双极晶体管改为IGBT后使得高频脉宽调制成为现实。
在各种UPS电路结构中,应用最多的还是带输出变压器的双变换结构。它是在晶体管时代设计的,但近20年来系统原理和电路变化不大,是IGBT才使得这种技术有持续的生命力。
与无输出变压器的高频机新的设计相比，带输出变压器双变换结构UPS的缺点也是明显的，如重量大，成本高。但是由于它技术成熟、稳定性好，几乎标准化的模块结构,还是深受用户欢迎。
如何改进这一产品,推广减小尺寸,提高效率和降低成本的新设计,是当务之急。英飞凌在UPS领域引入了高性能的16位单片机XC164CM和Econo FourPACK H桥IGBT模块(国际业内标准Econo)。目标是实现更好的系统性能,如高可靠、快速响应、低谐波等。
2 设计
APCUPS系统,在正常工作模式下,交流输入经整流转化成直流母线电压给逆变器供电。
后备电池GB通过隔离二极管D3连到直流母线上。当市电异常时,它取代市电为逆变器供电,保证UPS输出连续不间断。旁路开关是由机械继电器和辅助双向晶闸管实现的。在继电器渡越过程中,触发双向晶闸管来实现零渡越时间,系统控制采用16位单片机,包括同步基准信号的产生,保护,故障管理,旁路控制等。显示、键盘和接口由另一8位单片机XC866完成。
2.1 逆变器设计
在上面提到的各部分中,逆变器是关键部分之一。它是一个用Econo封装的全桥模块实现的,在模块中有四个600V IGBT。输出电压由逆变变压器Tr隔离并抬高(匝比1:1.8),输出交流滤波器由电容和变压器次级漏感构成。
初次级的电压电流信号都给到XC164CM作为控制环的输入,XC164CM中专用的PWM模块CCU6E产生SPWM影响信号送到驱动板。
2.2 电流设计
功率和电流计算结果见表1,极端情况下IGBT需要关断186A电流,按照反向安全工作区,见图3,这时候在IGBT上峰值电压不能超过520V。
2.3 电压设计
在器件规格书中标出的最大集电极发射极电压是指芯片的最大反向耐压(图3中虚线)。由于芯片与功率引脚之间的杂散电感,模块引脚所加的最大电压必须比该值低(图3中实线)。IGBT功率端子上电压不能超过实线。所以在关断IGBT时要特别注意IGBT上尖峰电压,特别是大电流情况。
