【应用】Vincotech 1200V IGBT模块助力40kW UPS逆变，开关频率高达40KHz

时间： 2021-02-28 来源：世强

技术问答

在工商业应用中，越来越多的关键性设备依赖UPS电源来确保设备的供电不间断和数据的稳定传输。UPS不间断电源和分为商业级和工业级，根据不同的应用领域和技术类型来区分，商业级UPS的负责设备多为需要交流供电的IT设备，因此其产品多为典型的交流输出USP，而工业级UPS既包括交流输出UPS，又包括直流输出UPS，下图1所示为工业级交流输出UPS结构框图。

图1 工业级交流输出UPS结构框图

目前市场上三进三出的工业级交流输出UPS功率段在10-300KVA，主功率拓扑类型多为可控硅整流加IGBT逆变技术，采用工频技术，全隔离设计，体积大。设计40KVA的工业UPS，逆变电路IGBT模块选型需求考虑到短路、过载等功能需求，衡量模块内续流二极管及IGBT的峰值电流参数，具体算法如下：按照125%负载核算，算法(40KW*1.25/3/230)*1.414*3=307A（后面乘3是考虑整流性负载3：1峰值比），由于母线是800V系统，需要选择耐压1200V的IGBT模块，推荐VINCOTECH 30-FT12NMA160SH02-M669F28，满足UPS逆变电路耐压和峰值电流需求。

本文重点推荐Vincotech 1200V的IGBT模块30-FT12NMA160SH02-M669F28，应用于工业UPS系统设计，提高开关频率，缩小磁性器件的体积，降低系统成本。基于高效理念，通常需提高整机的开关频率（最高可达40kHz），主功率电路采用T型三电平拓扑（图2所示），30-FT12NMA160SH02-M669F28（1200V/160A）的IGBT模块的内部如图2所示。主要是由二极管晶圆和IGBT晶圆搭建的I型拓扑，内部晶圆集成度高。模块内部集成温度检测电阻，更有利于模块温度监测设计。

图2 30-FT12NMA160SH02-M669F28电气原理图

对该模块进行热仿真验证，30-FT12NMA160SH02-M669F28 模块内的各个续流二极管及IGBT结温数据如下图3所示：

仿真条件:

1、散热片温度95度 2、输入电压800V 3、输出相电压230V 4、输出电流73A 5、输出功率：50KW（125%的额定负载）

图2 30-FT12NMA160SH02-M669F28热仿真数据

从上图3热仿真数据可以看出，从损耗以及综合成本来看，IGBT模块内的二极管及IGBT综合损耗以及成本来说性价比最高，同时在额定功率为40KVA下，开关频率可以做到40kHz，满足客户高开关频率需求，且管子的热应力余量比较充足，能够满足降额应用。

综上，T型IGBT模块30-FT12NMA160SH02-M669F28用于UPS设计有以下几点核心优势：

1、快速IGBT4晶圆降低开关损耗，易于并联、高速开关等特性；

2、反向重复峰值电压可达1200V，平均整流输出电流可达160A，可用于大功率系统设计；

3、集成NTC使温度测量设计简单，成本更低；

4、开尔文-发射极用于改善开关性能；

满足更高的开关频率，实现高效率设计，满足大功率不间断电源UPS的设计需求。

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