【正文】 正向普通晶閘管 1 的門極； A2 為反向普通晶閘管 2 的陽極， K2 為反向普通晶閘管 2 的陰極， G2 為反向普通晶閘管 2 的門極。 從圖中看出雙向晶閘管等效于兩個反向并聯(lián)的普通晶閘管的功能，給雙向晶閘管的門極加上正（或負）極性的直流電壓信號就可以控制雙向晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，對于反并聯(lián)的兩個普通晶閘管則可以分別（或同時）給普通晶閘管的門極加上正極性的直流電壓信號就可以控制兩個晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而具備電器開關(guān)的作用，由于雙向晶閘管（含普通晶閘管）導(dǎo)通和關(guān)斷過程中不象一般電器開關(guān)會產(chǎn)生合閘時產(chǎn)生聲響，為區(qū)別于電器開關(guān)故稱之為靜態(tài)開關(guān)或電子開關(guān)。 但考慮到目前國內(nèi)外對普通晶閘管制造和應(yīng)用技術(shù)的成熟程度，在實際應(yīng) 用中更多采用兩個反向 并聯(lián)的普通晶閘管（應(yīng)用方便制造商早已提供兩個普通晶閘管做在一起的模塊）代替雙向晶閘管作靜態(tài)開關(guān)，雖然其控制線路稍為復(fù)雜，但其可靠性更高，更受用戶歡迎。 在實際設(shè)計過程中，為了簡化線路和降低成本，在一般應(yīng)用場合，對中小型 UPS電源往往采用開關(guān)特性良好（開通 /關(guān)斷時間 10mS）的交流接觸器或電流繼電器替代靜態(tài)開關(guān)。 絕緣柵雙極晶體管（ IGBT） 絕緣柵雙極晶體管簡稱 IGBT,是由 N MOS(場效應(yīng)晶體管 )和 GTR （功率晶體管）技術(shù)結(jié)合而成的復(fù)合器件 ,是二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的新型復(fù)合器件 ,在電 機控制、中頻、開關(guān)電源和 UPS電源，以及要求快速、低損耗的領(lǐng)域備受青睞。 目前 IGBT 的研制水平，其特征是進一步降低通態(tài)壓降和提高工作速度。產(chǎn)品已實現(xiàn)模塊化，根據(jù)封裝型式分為四類： ⑴ 單獨 IGBT，容量一般為 15~600A， 600V~1200V； ⑵ 半橋 IGBT，容量一般為 15~100A， 600V~1200V； ⑶ 全橋 IGBT，容量一般為 15~50A， 600V~1200V； ⑷ 三相 IGBT，容量一般為 15~600A， 600V~1200V； UPS 電源設(shè)備理論培訓(xùn) 第 22 頁 共 186 頁 IGBT 的等效電路如下圖 a)所示： a). IGBT 等效電路 b). IGBT 圖形符號 圖中看出 IGBT 是以 GTR為主導(dǎo)元件， MOSFET 為驅(qū)動元件。該器件為 N溝道 IGBT，MOSFET為 N溝道型， GTR 為 PNP型。對于 P溝道 IGBT，其圖形符號中的箭頭方向恰好相反。 IGBT 的開通和關(guān)斷是由門極電壓來控制的。門極施以正電壓時， MOSFET 內(nèi)形成溝道，并為 PNP 晶體管提供基極電流，從而使 IGBT 導(dǎo)通。在門極施以負電壓時， MOSFET內(nèi)溝道消失， PNP晶體管的基極電流被切斷， IGBT 即為關(guān)斷。 IGBT 的特點 ⑴ . IGBT 的伏安特性與二極管的通態(tài)特性沒有多大差別 ,即使是阻斷電壓額定值很高的器件 ,其電流容量也能達到很高水平 .IGBT 的伏 安特性曲線如下圖所示 ,從圖中看出 ,IGBT 的過流能力 IF主要由柵壓 UG決定 ,而與正偏壓無關(guān) . IF UG UR 0 UF GV MOSR drNPNR brPNPC(D)E(S)GE(S)C(D)UPS 電源設(shè)備理論培訓(xùn) 第 23 頁 共 186 頁 IR IGBT 的輸出特性 ⑵ .當(dāng) IGBT 的柵極導(dǎo)電溝道充分開啟 ,其集電極電流的伏安特性 (上圖中第一象限 )是指數(shù)函數(shù) ,而 VMOS和 GTR皆為線性特性 ,因而在同樣的耐壓額定值下 ,IGBT比 VMOS和 GTR都容易通過更大電流 .比如 ,對于 600V等級的器件 ,IGBT的過流能力是 VMOS的 20倍左右 ,是 GTR的 5倍左右 . ⑶ .IGBT關(guān)斷過程柵壓 UG的下降速率決定于放電電阻 RG的大小 ,所以可以通過改變 RG來改變器件通過電流的下降速率 . ⑷ . IGBT 具有卓越的高溫通態(tài)特性 ,在散熱器接近 200℃的情況下也能正常工作 ,特別適合于環(huán)境溫度很高的惡劣工作條件 . ⑸ . IGBT 在高溫環(huán)境運行時 ,關(guān)斷時間會有所增長 ,這一點值得注意 . IGBT 的電氣特性 為了說明 IGBT 的具體特性和參數(shù) ,以日本東芝公司的 MG25N2S1 型 25A/1000V IGBT模塊為例給出特性表如下 : 東芝公司 MG25N2S1的電氣特性表 (TC=25℃ ) 項 目 符 號 單位 測 試 條 件 最 小 標(biāo) 準(zhǔn) 最 大 通態(tài)電流 ID A 25 門極漏電流 IGSS nA VGS=177。 20V,VDS=0 177。 500 漏極漏電流 IDSS mA VDS=1000V,VGS=0 1 漏 源電壓 VDSS V ID= 10mA,VGS=0 1000 門 源電壓 VGS(off) V VDS=5V, ID= 25mA 3 6 漏 源飽和壓降 VDSS V ID= 25A,VGS=15V 3 5 輸入電容 C pF VDS=10V,VGS=0,f=1MHz 3000 開關(guān)時間 上升時間 tr 181。s VGS=177。 15V 1 開通時間 ton 181。s RG=51Ω 1 下降時間 Tf 181。s VCC=600V 1 UPS 電源設(shè)備理論培訓(xùn) 第 24 頁 共 186 頁 關(guān)斷時間 Toff 181。s 負載電阻 24Ω 1 2 反問恢復(fù)時間 Trr 181。s ID=25A,VGS=10V, di/dt=100A/181。s 注：本公司在 此次項目中選用的 IGBT（以 15K 機型為例）漏 源（或集 射）電壓 VDSS（ VCES）為2400V，通態(tài)電流 ID（或集電極電流 IC）為 200A。 霍爾電流傳感器 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為 B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，如圖所示。當(dāng)有電流 I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢 Vh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電動勢稱為霍爾電勢，上述半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。 原理簡述如下：激勵電流 I 從 a、 b 端流入，磁場 B 由正上方作用于薄片，這時電子 e的運動方向與電流方向相反，將受到洛侖茲力 FL 的 作用，向內(nèi)側(cè)偏移，該側(cè)形成電子的堆積，從而在薄片的 c、 d 方向產(chǎn)生電場 E。電子積累得越多， FE 也越大，在半導(dǎo)體薄片 c、 d 方向的端面之間建立的電動勢 Vh就是霍爾電勢。 由實驗可知，流入激勵電流端的電流 I 越大、作用在薄片上的磁場強度 B 越強，霍爾電勢也就越高。磁場方向相反，霍爾電勢的方向也隨之改變，因此霍爾傳感器能用于測量靜態(tài)磁場或交變磁場。 由霍爾效應(yīng)的原理知，霍爾電勢的大小取決于： 式中， Rh為霍爾常數(shù)，它與半導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān)； IC為霍爾元件的偏置電流； B 為磁場強度；d 為半導(dǎo)體材料的厚度。 對于一個給定的霍爾器件， Vh將完全取決于被測的磁場強度 B。 UGN350lT 是一種目前較常用的三端型線性霍爾元件。它由穩(wěn)壓器、霍爾發(fā)生器和放大器組成。 用 UGN3501T 可以十分方便地組成如下圖所示的電流傳感器 (電流表 )?；魻栐糜?C形冷軋硅鋼片的空隙中，當(dāng)有電流流過導(dǎo)線時，就會在 C形圓環(huán)中產(chǎn)生磁場，其大小正比于流過導(dǎo)線電流的 安匝數(shù)；這個磁場作用于霍爾元件，感應(yīng)出相應(yīng)的霍爾電勢，其靈敏度為 7V／ T，經(jīng)過運放μ A741 調(diào)零，線性放大后送入 DVM，組成數(shù)字式鉗形電流表。該表的調(diào)試也十分簡單：導(dǎo)線中的電流為零時，調(diào)節(jié) W W2使 DVM 的示值為零。然后輸入 50A 的電流，調(diào) W3使 DVM 讀數(shù)為 5V；反向輸入 50A 電流，數(shù)字表示值為 5V。反復(fù)調(diào)節(jié) W W W3，讀數(shù)即可符合要求。本鉗形電流表經(jīng)實驗，其靈敏度不小于 ／ A，同樣，本電流表也可用于交流電流的測量，將 DVM 換成交流電壓表即可，十分方便。 UPS 電源設(shè)備理論培訓(xùn) 第 25 頁 共 186 頁 由于 UPS 電源中所使用的電器、電子元件品種較多，時間和篇幅限制就介紹這些，下面主要介紹北京地鐵 1 號線信號電源系統(tǒng)所涉及的 UPS 電源柜、智能電源屏、電池組以及 UPS、智能電源屏監(jiān)控方面知識進行介紹，并以工業(yè)級 CDT15KHW 機型為主進行簡要介紹和實際操作方法解說，希望對通過這些介紹，給大家在 UPS 電源、智能電源屏的實際操作中，能得到啟發(fā)和幫助 .