基于安森美产品的在线式不间断电源解决方案

20 世纪不间断电源(UPS)刚问世时，其唯一用途是在停电时提供应急供电，而高昂的成本限制了它的应用范围。如今，随着电力电子技术的持续发展，UPS 已能够高效优化电能质量、过滤线路噪声、抑制电压浪涌，并可在任意场景下按需提供更长时间的备用电源。在低碳社会背景下，低能耗、高可靠性、小占地面积已成为 UPS 的新发展方向。

不间断电源(UPS)能够保护所连接的设备免受电力问题影响，并在停电时提供电池备用供电。此外，它还能避免昂贵设备受损、数据丢失及停机情况的发生;根据型号不同，部分 UPS 还可应对电压异常问题。输出容量是 UPS 的核心性能指标之一，指连接负载可从 UPS 系统获取的最大电力，单位以伏安(VA)表示。

框图 – 在线式 UPS

下面的框图展示了由 安森美 (onsemi) 打造的在线式不间断电源 (UPS) 方案，通过将输入交流电 (AC) 转换为直流电(DC) ，再将直流电逆变为交流电的方式提供持续电力，确保实现稳定且不间断的供电。 安森美可提供品类丰富的产品，包括碳化硅 (SiC) 分立器件、 IGBT 分立器件、功率模块、隔离型栅极驱动器及电源管理控制器，助力系统实现更高的功率密度与效率。

分立式 UPS 方案

碳化硅 (SiC) JFET 产品组合

安森美的全新 EliteSiC 系列 JFET 产品组合具备出色的开关速度与极低的单位面积导通电阻( RDS(ON)x 面积) ， 可显著提升 UPS 系统的效率， 并降低热损耗。 此外， SiC JFET 还能提升静态开关的性能与可靠性， 是静态开关应用的理想选择。

SiC Combo JFET

关键特性：

1 个封装内含 2 颗芯片 → Combo JFET

可分别接入 MOSFET 与 JFET 的栅极 → 实现更优的开关电压变化率 (dV/dt) 控制

超低 RDS(ON)、高脉冲电流

1200V ， RDS(ON)≤10mΩ

750V ， RDS(ON)… 5mΩ -10mΩ

目标应用：固态断路器、隔离开关

SiC Cascode JFET

关键特性：

Cascode 结构共封装 2 颗芯片

兼容拾取贴装工艺，可直接替换标准常关型MOSFET

超低RDS(ON)、高脉冲电流

1700V ， RDS(ON)… 410mΩ

1200V ， RDS(ON)… 9mΩ - 410mΩ

750V ， RDS(ON)… 5.4mΩ - 58mΩ

目标应用：电源、逆变器、车载充电器、 DC -DC 转换器

IGBT 分立器件

与 Si MOSFET 相比， IGBT 在同等材料厚度下可提供更高的阻断电压， 因此非常适合高压应用。 IGBT 开关是 DC/AC逆变器和图腾柱 PFC 慢桥臂的理想选择。

场截止 VII、 IGBT 、 1200V

全新 1200 V 沟槽场截止 VII IGBT 系列

快速开关型，适合高开关频率应用

改善了寄生电容，适合高频操作

优化了二极管，实现低 VF 和软度

图 1：场截止 VII 的导通损耗 (V CE=600V)

图 2： TO247 -3 和 TO247 -4 封装的场截止 VII 开关损耗比较

IGBT FGY4L140T120SWD

FS7 系列 1200V 、 140A IGBT

TO247 -4 封装具有较低的 Eon，可支持更高的开关频率和功率

UPS 系统中的功率集成模块 (PIM)

安森美在工业功率集成模块 (PIM) 设计领域表现出色， 利用 SiC MOSFET 和 IGBT 技术实现 UPS 设计改进， 其中包括使用 1200 V SiC 器件的 PFC 、 DC/DC 和逆变器模块。 能源基础设施行业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。 得益于更低的开关损耗， SiC 功率器件可以实现更高的效率， 降低散热要求， 或者实现更高的开关频率， 减小无源元件的尺寸和成本， 从而弥补 SiC 功率器件成本较高的缺点。

事实证明 ， 在电气和热性能及功率密度方面 ， 采用 SiC MOSFET 模块均展现出明显优势 。 安森美已发布第二代1200 V SiC 模块， 采用 M3S MOSFET 技术， 着重于提升开关性能和减少 RDS(ON) * 面积。

表 1：用于 UPS 的 SiC PIM 模块

全 SiC PIM NXH011F120M3F2PTHG

SiC 1200 V 全桥模块还包含一个带有 HPS DBC 的热敏电阻， 采用 F2 封装。

M3S MOSFET 技术提供 RDS(ON) 典型值 = 11.3mΩ( 在 VGS = 18V、 ID = 100 A 条件下)

使用 Elite Power 仿真工具和 PLECS 模型生成工具可对采用 SiC 模块的各种电源拓扑进行仿真。

全 SiC PIM NXH008T120M3F2PTHG

基于 1200 V M3S 技术的 T 型中性点箝位转换器(TNPC) SiC 模块

M3S MOSFET 技术提供 RDS(ON) 典型值 = 8.5 mΩ(在 VGS = 18V 、 ID = 100A 条件下)

IGBT PIM NXH 800 H 120 L 7QDSG

额定电压为 1200 V、 额定电流为 800 A 的 IGBT 半桥功率模块， 采用 PIM11 (QD 3) 封装

新的场截止沟槽 7 IGBT 技术和第 7 代二极管可提供更低的导通损耗和开关损耗，使设计人员能够实现高效率和优异的可靠性

NTC 热敏电阻，低电感布局

图 3：各种安森美模块封装

表 2：用于 UPS 的 IGBT 和混合 PIM 模块

以上内容摘自UPS系统方案指南，扫码可获取完整版。