每个采用“沟槽”技术的“场终止”型IGBT由几千个晶体管单元构成(见图2)。平板模块的外壳见图3。借助于IGBT,这种配置能够适应电网以及具有宽的输入电压范围。
对于100%负载不平衡的情况,相电压差低于2%。深入的计算机辅助设计(CAD)研究已经能够实现对元器件的分布、大小、可及性和EMC等级进行优化。
·蓄电池充电;
·逆变器功能和效率;
选择内部直流电压电平来优化以下各项机能:

(6)直流电压电平和滤波器的尺寸

另外,滤波电容器要垂直安装,以避免电解液外泄并有助于进步透风机能。

六单元IGBT装配在共用基座上的单个外壳中。

(2)六单元IGBT的特性

IGBT(绝缘栅双极晶体管)是一种MOS晶体管控制的双极晶体管。

③启动发电机组时的输入电流限流

图9 宽阔的输入电压范围

数字电压控制技术结合六单元IGBT一起提供了宽阔的输入电压范围(见图9)并与所有类型的供电设备和含有各种*的电网兼容,因此减少了对电池的依靠,延长了电池的使用寿命;频率范围为45Hz到65Hz。
·通过计算机网络和Web实施操纵和监控的可行性要求。梅兰日兰已充分考虑到负载的这一演变,在产品中集成了一台特殊的输出滤波器,能够适应给负载功率因数从0.8(感性)到0.9(容性)的所有负载供电(见图11)。该DCB(氧化铝直接铜焊技术)陶瓷基片同时兼备绝佳的电气绝缘性和导热性。

(1)六单元IGBT

2 六单元 IGBT元器件的应用

要将传统的UPS转变成最高机能的UPS,需要把握各类全新技术,而且长年积累的专业经验在此扮演了重要的角色。这里将着重分析最明显的变化以及因此所必需把握的技术。它能够:

(4)无输出变压器的逆变器

经由调整的充电器对不再是缓冲器的电池进行充电。

(1)双转换式UPS回顾


图1 三相双转换式UPS

其VFI级的拓扑结构(按照IEC62040尺度的定义)要求将电网所提供的交流电完全再生,用以向负载供电。
(8)结论
·C2类A级同时可供选择。

(4)高效率

图 11 从cosφ1=0.8(感性)到0.9(容性),无需对有功功率进行折算

假如输出滤波器规格选择不当,这些电容性负载可能会*UPS的运行,或者*交流发电机的运行。

图10 自由频率斩波原理

该产品所达到的总谐波电压失真度(THDU)能够合用于所有的负载类型:线性负载、容性负载和非线性负载(符合IEC 62040-3尺度的RCD负载)。

④无输入中性线

该功能对所配的发电机组与UPS额定功率相称的现场尤为有用。其与以上技术相关的主要特性如下:

(3)给容性负载供电

过载能力较高,容许峰值因数>3:1。
运用“在线式”双转换技术的不中断电源(UPS)通常为10kVA以上的三相UPS,能够知足枢纽用电设备(数据中央、电信、数据处理……)对高可用性和高质量电源的要求。并采用横向连接,“+”(正极)和“-”(负极)均在统一侧,而三相极在另一侧,从而便于连接和摆放。

(3)选择带有充电器调节的整流器拓扑结构

图6 将损耗最小化的斩波频率

以上的选择均在5kHz左右的频率上做出的,因而有助于将开关损耗降低到最小,如图6所示。在脱离负载的情况下,将不再要求发电机组涡轮供电。
·设备热模拟。
·“C3类”,严格遵照IEC 62040-2尺度,能够确保与恶劣产业和商用环境中的设备完全兼容;
除了绝佳的可及性以外,还要对电路图以及各类元件的公道对称布局特别关注,从而能够确保最高级别的电磁兼容性:

(7)EMC技术

·电力电容器和电感器的尺寸,以确保输出电压和输出的整流器电流的平滑。

图12 效率

不管对何种类型的负载，该新一代UPS的效率在负载率为50%和100%之间时几乎是恒定的，高达94%(见图12)。
·进步效率;
·节省空间;
·大幅减少整机的重量;
这种逆变器(见图7)最先应用于小功率UPS。舍弃中性线电缆将节约相称本钱。它可以在10秒内分阶段逐步增加从发电机组提供的电力,从而给装有涡轮的发电机组时间达到满功率状态并向额定负载供电。

图4 六单元 IGBT直接温度控制

·IGBT的直接热控制(见图4)。 UPS将在不中断供电的情况下切换到旁路电网并发出报警。芯片背面采用特殊工艺焊接到一个绝缘基片的金属表面上。在该调节模式下,逆变器输出阻抗非常低,因此能够得到极高质量的输出电压,并同时最大程度地进步了整机的效率。它的结构极其紧凑,却能实现电压控制和非常短的开关时间(在10%和90%阈值之间一般为几十纳秒)。

图3 “平板模块”的外壳

六单元IGBT在一个3mm基座上使用了17mm的平面模块(而非旧式的32mm模块)。
·自由频率的输出逆变器,以快速跟踪负载的波动并进步效率。现在,跟着IGBT元件和调整可能性的发展,以及考虑到变压器的局限性,它也天然成为了大功率UPS的首选。逆变器能够输出非常纯净的正弦电压,其幅值和频率都不受电网波动的影响。
对于额定功率从100%到0以及从0到100%的负载变化,其动态机能为±2%,返回到有效值的±1%所需时间不到100ms。
·因为将诸多功能(PFC、逆变器、静态接触器等)更紧密地结合在一起,减小了导线的电感,因此进步了EMC等级;
·与平等的额定功率比拟,具有极高的紧凑性,因而增加了空间,进步了可及性和可维护性,并相应减小了占地面积;
·因为减少了元件数目,并将控制卡直接焊接到六单元上(无需电缆和接线),因此与传统的IGBT比拟,整流器和逆变器的可靠性明显进步(基于运行测试);

六单元技术具备以下上风:

(3)技术上风

热耗散是与制造商合作过程中对芯片和外壳热图进行深入研究的重要课题,旨在优化散热装置的效率。将驱动器安装在模块的顶部,使连接很短,非常有助于优化电磁兼容性。这些变化源于以下诸多因素,其中包括:

(2)概念的转变

静态旁路能够在需要的时候将负载无中断地切换到旁路电网供电,手动维修旁路保证对负载连续供电时对其它部件进行维护,以便对这种设计进行完善。

图2 采用沟槽技术的场终止型IGBT的原理

六单元IGBT的特性是专门为UPS的要求而设计的,从而优化了IGBT进而优化了UPS的运行。
·固定频率的输入整流器,以确保电网的不乱性;



1 三相双转换式UPS
。在单个外壳中,集成了6个IGBT用于三相系统,可用于PFC(功率因数校正)输入整流器、输出逆变器以及电池充电器。这导致了IEC 61000-3-2尺度(每相电流<16A的设 备)中强制要求在输入端加入电容滤波器来降低THDI(总电流谐波失真度)。

4 带来的产品特性

这种多方面的专业知识和经验需要各学科专家共同介入并使用高技术的设备。从而减小了空调/透风举措措施的功率，节省了能源和运行本钱。
·降低本钱。输出变压器的各项功能将通过运用电力电子及其调节技术来实现。

①自由频率

(2)输出逆变器

该选择方案将挣脱中性线,答应在所有类型的电网上运行。
·避免对上游电网产生*(上游的总电流谐波失真度THDI < 3%);

图8 高机能PFC整流器

六单元IGBT PFC整流器的设计(见图8)。

梅兰日兰所采用的六单元 IGBT是市场上最新、最紧凑、最集成化的第五代IGBT。

3 优化六单元应用所需要把握的技术

集成化的具有负温度系数(NTC)的温度传感器直接安顿在整流器和逆变器六单元基座中,能够更快速地检测出潜伏的破坏性异常现象(好比有异物梗阻散热装置)。因为未造成任何元件损坏,因此明显进步了可用性。因为Uce饱和值较低,传导损失将大大减少。 ■





(2)技术的选择和最佳的斩波频率
图5 最公道的元器件分布



有限和较短的链接,加上体积优化,实现了六单元紧凑的最大上风(见图5)。这种拓扑结构是借助配有电池备份的双转换式整流器/充电器——逆变器电路实现的(见图1)。 在备用电网不乱且在容许范围内期间,采用ECO经济节能运行方式能使效率高达97%。
所采用技术方案的独创性(六单元 IGBT、无变压器的拓扑结构、高技术输出滤波器)成就了该产品的高效率。

·CF(峰值因数) 2
·THDI(总谐波电流失真度) ? 20%
·cosφ1(基波U和I)? 0.92(电容性)
·PF(功率因数)? 0.9

负载的典型特性如下:
新一代计算机负载(服务器、数据中央、电信等举措措施……)均吸收相位超前的电流。
·确保采样的电流与电压同步(输入功率因数PF>0.99),整流器的输入电流明显减小,进而上游电源、电缆和保护装置得以优化。
①无谐波或损失的采样

(1)高机能PFC输入整流器/充电器

对所有这些技术的全面把握,结合梅兰日兰多年的资深专业经验,缔造了新一代的Galaxy 5000型UPS。

(1)元件分布公道简朴、可靠,具有电路图概念

采用六单元技术制造高机能的UPS,需要进行多项研究和技术选择方案,以对可行性进行优化。在这段时间内,电池将充电器用作增压变换器给负载提供部门电力。

②输出电压的质量及不乱性

如图10所示,输出电压调节采用一种自由频率脉宽调制(PWM)斩波技术。
·占地面积优化的限制;
·设备可进级性和经济优化要求所带来的限制;
·被保护负载的特性变化,这些负载已经变成了非线性和电容性负载;
·尺度的要求,例如无谐波污染或电磁兼容性(EMC)等尺度的新要求;
·元器件(尤其是IGBT)的技术立异;

尽管尺度化的双转换概念早已奠定了此类UPS的原理基础,但是跟着该领域的技术提高,其原有的技术概念已经发生了变化。该类失真通常大于60%,因此可通过降低3次谐波将其减少到20%左右,也通常会将输入功率因数从0.7增加到0.9,且基波电流的相位超前于电压。

②宽阔的输入电压范围

该技术演变符合各类尺度的要求,特别是有关谐波注入的IEC 61000-3-4尺度。
·高科技散热片的优化设计;
鉴于六单元IGBT中的高功率密度,因此要求采用最新的强制对流技术:

(5)驾驭冷却技术

图7 配有充电器调节和无输出变压器的拓扑结构

在设计电路图以及选择输出电压时,要求娴熟把握转换成这种无电气隔离的变换。当逆变器输出频率与旁路同步时,这将确保所保护的敏感负载免受旁路交流电网频率快速变化的影响。

逆变器的频率变化速度也可以选择:1Hz/s或2Hz/s。

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