20 世紀(jì)不間斷電源(UPS)剛問(wèn)世時(shí)，其唯一用途是在停電時(shí)提供應(yīng)急供電，而高昂的成本限制了它的應(yīng)用范圍。如今，隨著電力電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，UPS 已能夠高效優(yōu)化電能質(zhì)量、過(guò)濾線路噪聲、抑制電壓浪涌，并可在任意場(chǎng)景下按需提供更長(zhǎng)時(shí)間的備用電源。在低碳社會(huì)背景下，低能耗、高可靠性、小占地面積已成為 UPS 的新發(fā)展方向。

不間斷電源(UPS)能夠保護(hù)所連接的設(shè)備免受電力問(wèn)題影響，并在停電時(shí)提供電池備用供電。此外，它還能避免昂貴設(shè)備受損、數(shù)據(jù)丟失及停機(jī)情況的發(fā)生;根據(jù)型號(hào)不同，部分 UPS 還可應(yīng)對(duì)電壓異常問(wèn)題。輸出容量是 UPS 的核心性能指標(biāo)之一，指連接負(fù)載可從 UPS 系統(tǒng)獲取的最大電力，單位以伏安(VA)表示。

框圖 – 在線式 UPS

下面的框圖展示了由 安森美 (onsemi) 打造的在線式不間斷電源 (UPS) 方案，通過(guò)將輸入交流電 (AC) 轉(zhuǎn)換為直流電(DC) ，再將直流電逆變?yōu)榻涣麟姷姆绞教峁┏掷m(xù)電力，確保實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且不間斷的供電。 安森美可提供品類豐富的產(chǎn)品，包括碳化硅 (SiC) 分立器件、 IGBT 分立器件、功率模塊、隔離型柵極驅(qū)動(dòng)器及電源管理控制器，助力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的功率密度與效率。

分立式 UPS 方案

碳化硅 (SiC) JFET 產(chǎn)品組合

安森美的全新 EliteSiC 系列 JFET 產(chǎn)品組合具備出色的開關(guān)速度與極低的單位面積導(dǎo)通電阻( RDS(ON)x 面積) ， 可顯著提升 UPS 系統(tǒng)的效率， 并降低熱損耗。 此外， SiC JFET 還能提升靜態(tài)開關(guān)的性能與可靠性， 是靜態(tài)開關(guān)應(yīng)用的理想選擇。

SiC Combo JFET

關(guān)鍵特性：

1 個(gè)封裝內(nèi)含 2 顆芯片 → Combo JFET

可分別接入 MOSFET 與 JFET 的柵極 → 實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的開關(guān)電壓變化率 (dV/dt) 控制

超低 RDS(ON)、高脈沖電流

1200V ， RDS(ON)≤10m?

750V ， RDS(ON)… 5m? -10m?

目標(biāo)應(yīng)用：固態(tài)斷路器、隔離開關(guān)

SiC Cascode JFET

關(guān)鍵特性：

Cascode 結(jié)構(gòu)共封裝 2 顆芯片

兼容拾取貼裝工藝，可直接替換標(biāo)準(zhǔn)常關(guān)型MOSFET

超低RDS(ON)、高脈沖電流

1700V ， RDS(ON)… 410m?

1200V ， RDS(ON)… 9m? - 410m?

750V ， RDS(ON)… 5.4m? - 58m?

目標(biāo)應(yīng)用：電源、逆變器、車載充電器、 DC -DC 轉(zhuǎn)換器

IGBT 分立器件

與 Si MOSFET 相比， IGBT 在同等材料厚度下可提供更高的阻斷電壓， 因此非常適合高壓應(yīng)用。 IGBT 開關(guān)是 DC/AC逆變器和圖騰柱 PFC 慢橋臂的理想選擇。

場(chǎng)截止 VII、 IGBT 、 1200V

全新 1200 V 溝槽場(chǎng)截止 VII IGBT 系列

快速開關(guān)型，適合高開關(guān)頻率應(yīng)用

改善了寄生電容，適合高頻操作

優(yōu)化了二極管，實(shí)現(xiàn)低 VF 和軟度

圖 1：場(chǎng)截止 VII 的導(dǎo)通損耗 (V CE=600V)

圖 2： TO247 -3 和 TO247 -4 封裝的場(chǎng)截止 VII 開關(guān)損耗比較

IGBT FGY4L140T120SWD

FS7 系列 1200V 、 140A IGBT

TO247 -4 封裝具有較低的 Eon，可支持更高的開關(guān)頻率和功率

UPS 系統(tǒng)中的功率集成模塊 (PIM)

安森美在工業(yè)功率集成模塊 (PIM) 設(shè)計(jì)領(lǐng)域表現(xiàn)出色， 利用 SiC MOSFET 和 IGBT 技術(shù)實(shí)現(xiàn) UPS 設(shè)計(jì)改進(jìn)， 其中包括使用 1200 V SiC 器件的 PFC 、 DC/DC 和逆變器模塊。 能源基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)以非常快的速度采用了 SiC 功率器件， 旨在提高效率或增加功率密度。 得益于更低的開關(guān)損耗， SiC 功率器件可以實(shí)現(xiàn)更高的效率， 降低散熱要求， 或者實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)頻率， 減小無(wú)源元件的尺寸和成本， 從而彌補(bǔ) SiC 功率器件成本較高的缺點(diǎn)。

事實(shí)證明 ， 在電氣和熱性能及功率密度方面 ， 采用 SiC MOSFET 模塊均展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì) 。 安森美已發(fā)布第二代1200 V SiC 模塊， 采用 M3S MOSFET 技術(shù)， 著重于提升開關(guān)性能和減少 RDS(ON) * 面積。

表 1：用于 UPS 的 SiC PIM 模塊

全 SiC PIM NXH011F120M3F2PTHG

SiC 1200 V 全橋模塊還包含一個(gè)帶有 HPS DBC 的熱敏電阻， 采用 F2 封裝。

M3S MOSFET 技術(shù)提供 RDS(ON) 典型值 = 11.3mΩ( 在 VGS = 18V、 ID = 100 A 條件下)

使用 Elite Power 仿真工具和 PLECS 模型生成工具可對(duì)采用 SiC 模塊的各種電源拓?fù)溥M(jìn)行仿真。

全 SiC PIM NXH008T120M3F2PTHG

基于 1200 V M3S 技術(shù)的 T 型中性點(diǎn)箝位轉(zhuǎn)換器(TNPC) SiC 模塊

M3S MOSFET 技術(shù)提供 RDS(ON) 典型值 = 8.5 mΩ(在 VGS = 18V 、 ID = 100A 條件下)

IGBT PIM NXH 800 H 120 L 7QDSG

額定電壓為 1200 V、 額定電流為 800 A 的 IGBT 半橋功率模塊， 采用 PIM11 (QD 3) 封裝

新的場(chǎng)截止溝槽 7 IGBT 技術(shù)和第 7 代二極管可提供更低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)高效率和優(yōu)異的可靠性

NTC 熱敏電阻，低電感布局

圖 3：各種安森美模塊封裝

表 2：用于 UPS 的 IGBT 和混合 PIM 模塊

以上內(nèi)容摘自UPS系統(tǒng)方案指南，掃碼可獲取完整版。