【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(yáng)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(gè)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(fù)）極性的直流電壓信號(hào)就可以控制雙向晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，對(duì)于反并聯(lián)的兩個(gè)普通晶閘管則可以分別（或同時(shí)）給普通晶閘管的門極加上正極性的直流電壓信號(hào)就可以控制兩個(gè)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(huì)產(chǎn)生合閘時(shí)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(guó)內(nèi)外對(duì)普通晶閘管制造和應(yīng)用技術(shù)的成熟程度，在實(shí)際應(yīng) 用中更多采用兩個(gè)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(gè)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(shí)際設(shè)計(jì)過程中，為了簡(jiǎn)化線路和降低成本，在一般應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)中小型 UPS電源往往采用開關(guān)特性良好（開通 /關(guān)斷時(shí)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(jiǎn)稱 IGBT,是由 N MOS(場(chǎng)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(jī)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(jìn)一步降低通態(tài)壓降和提高工作速度。產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)模塊化，根據(jù)封裝型式分為四類： ⑴ 單獨(dú) 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(yè) 共 186 頁(yè) IGBT 的等效電路如下圖 a)所示： a). IGBT 等效電路 b). IGBT 圖形符號(hào) 圖中看出 IGBT 是以 GTR為主導(dǎo)元件， MOSFET 為驅(qū)動(dòng)元件。該器件為 N溝道 IGBT，MOSFET為 N溝道型， GTR 為 PNP型。對(duì)于 P溝道 IGBT，其圖形符號(hào)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(lái)控制的。門極施以正電壓時(shí)， 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(fù)電壓時(shí)， 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(diǎn) 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(dá)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(wú)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(yè) 共 186 頁(yè) 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(duì)于 600V等級(jí)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?hào)艍?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(lái)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(yùn)行時(shí) ,關(guān)斷時(shí)間會(huì)有所增長(zhǎng) ,這一點(diǎn)值得注意 . IGBT 的電氣特性 為了說(shuō)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(xiàng) 目 符 號(hào) 單位 測(cè) 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(shí)間 上升時(shí)間 tr 181。s VGS=177。 15V 1 開通時(shí)間 ton 181。s RG=51Ω 1 下降時(shí)間 Tf 181。s VCC=600V 1 UPS 電源設(shè)備理論培訓(xùn) 第 24 頁(yè) 共 186 頁(yè) 關(guān)斷時(shí)間 Toff 181。s 負(fù)載電阻 24Ω 1 2 反問恢復(fù)時(shí)間 Trr 181。s ID=25A,VGS=10V, di/dt=100A/181。s 注：本公司在 此次項(xiàng)目中選用的 IGBT（以 15K 機(jī)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(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，如圖所示。當(dāng)有電流 I 流過薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) Vh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)，上述半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。 原理簡(jiǎn)述如下：激勵(lì)電流 I 從 a、 b 端流入，磁場(chǎng) B 由正上方作用于薄片，這時(shí)電子 e的運(yùn)動(dòng)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(chǎng) 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(dòng)勢(shì) Vh就是霍爾電勢(shì)。 由實(shí)驗(yàn)可知，流入激勵(lì)電流端的電流 I 越大、作用在薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度 B 越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。磁場(chǎng)方向相反，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變，因此霍爾傳感器能用于測(cè)量靜態(tài)磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)。 由霍爾效應(yīng)的原理知，霍爾電勢(shì)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(chǎng)強(qiáng)度；d 為半導(dǎo)體材料的厚度。 對(duì)于一個(gè)給定的霍爾器件， Vh將完全取決于被測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)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 )。霍爾元件置于 C形冷軋硅鋼片的空隙中，當(dāng)有電流流過導(dǎo)線時(shí)，就會(huì)在 C形圓環(huán)中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其大小正比于流過導(dǎo)線電流的 安匝數(shù)；這個(gè)磁場(chǎng)作用于霍爾元件，感應(yīng)出相應(yīng)的霍爾電勢(shì)，其靈敏度為 7V／ T，經(jīng)過運(yùn)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(jiǎn)單：導(dǎo)線中的電流為零時(shí)，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(shí)驗(yàn)，其靈敏度不小于 ／ A，同樣，本電流表也可用于交流電流的測(cè)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(yè) 共 186 頁(yè) 由于 UPS 電源中所使用的電器、電子元件品種較多，時(shí)間和篇幅限制就介紹這些，下面主要介紹北京地鐵 1 號(hào)線信號(hào)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(shí)進(jìn)行介紹，并以工業(yè)級(jí) CDT15KHW 機(jī)型為主進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和實(shí)際操作方法解說(shuō)，希望對(duì)通過這些介紹，給大家在 UPS 電源、智能電源屏的實(shí)際操作中，能得到啟發(fā)和幫助 .