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直流電源主要有開關型、線性式二種結構。開關式大功率直流電源以其可靠性高，輸出電壓穩(wěn)定，無中斷時間等顯著優(yōu)點，廣泛用于通信系統(tǒng)、稅務、金融、證券、電力、鐵路、民航、政府機關的機房中。本文以開關式為介紹對象，介紹大功率直流電源中的IGBT的應用。
開關式大功率直流電源具AC/DC整流器、濾波器、DC/AC逆變器等系統(tǒng)，工作原理是：AC/DC整流器將交流電整流成直流電，再經DC/AC逆變器將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡?/span>然后再由交流電整流成直流電，為設備提供高質量的直流電壓及電流
(2)、整流器AC/DC
大功率直流電源整流電路分為普通橋堆整流、SCR相控整流和PFC高頻功率因數(shù)校正的整流器。傳統(tǒng)的整流器由于基頻為50HZ，濾波器的體積重量較重，隨著技術的發(fā)展和各國對電源輸入功率因數(shù)要求，采用PFC功率因數(shù)校正的UPS日益普及，PFC電路工作的基頻至少20KHZ，使用的濾波器電感和濾波電容的體積重量大大減少，不必加諧波濾波器就可使輸入功率因數(shù)達到0.99，PFC電路中常用IGBT作為功率器件，應用IGBT的PFC整流器是有效率高、功率容量大、綠色環(huán)保的優(yōu)點。
(3)、充電器
充電器常用的有反激式、BOOST升壓式和半橋式。大電流充電器中可采用單管IGBT，用于功率控制，可以取得很高的效率和較大的充電電流。
(4)、DC/AC逆變器
3KVA以上功率的直流電源幾乎全部采用IGBT作為逆變部分的功率器件，常用全橋式電路和半橋電路。
IGBT損壞的原因及解決方法
大功率直流電源在使用過程中，經常受到容性或感性負載的沖擊、過負荷甚至負載短路等，以及大功率直流電源的誤操作，可能導致IGBT損壞。IGBT在使用時的損壞原因主要有以下幾種情況：
(1)、過電流損壞
IGBT有一定抗過電流能力，但必須注意防止過電流損壞。IGBT復合器件內有一個寄生晶閘管，所以有擎住效應。圖5為一個IGBT的等效電路，在規(guī)定的漏極電流范圍內，NPN的正偏壓不足以使NPN晶體管導通，當漏極電流大到一定程度時，這個正偏壓足以使NPN晶體管開通，進而使NPN和PNP晶體管處于飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開通，門極失去了控制作用，便發(fā)生了擎住效應。IGBT發(fā)生擎住效應后，漏極電流過大造成了過高的功耗，zui后導致器件的損壞。
為了避免IGBT發(fā)生擎住效應而損壞，電路設計中應保證IGBT的zui大工作電流應不超過IGBT的IDM值，同時注意可適當加大驅動電阻RG的辦法延長關斷時間，減小IGBT的di/dt。驅動電壓的大小也會影響IGBT的擎住效應，驅動電壓低，承受過電流時間長，IGBT必須加負偏壓，IGBT生產廠家一般推薦加-5V左右的反偏電壓。在有負偏壓情況下，驅動正電壓在10—15V之間，漏極電流可在5～10μs內超過額定電流的4～10倍，所以驅動IGBT必須設計負偏壓。由于大功率直流電源負載沖擊特性各不相同，且供電的設備可能發(fā)生電源故障短路，所以在大功率直流電源設計中采取限流措施進行IGBT的電流限制也是必須的，可考慮采用IGBT廠家提供的驅動厚膜電路。
(2)、過電壓損壞
IGBT在關斷時，由于逆變電路中存在電感成分，關斷瞬間產生尖峰電壓，如果尖峰電壓過壓則可能造成IGBT擊穿損壞。
防止過電壓損壞方法有：優(yōu)化主電路的工藝結構，通過縮小大電流回路的路徑來減小線路寄生電感;適當增加IGBT驅動電阻Rg使開關速度減慢(但開關損耗也增加了);設計緩沖電路，對尖峰電壓進行抑制。用于緩沖電路中的二極管必須是快恢復的二極管，電容必須是高頻、損耗小，頻率特性好的薄膜電容。這樣才能取得好的吸收效果。常見電路有耗能式和回饋式緩沖電路?；仞伿接钟袩o源式和有源式兩種，詳細電路設計可參見所選用器件的技術手冊。
(3)、橋臂共導損壞
在大功率直流電源中，逆變橋同臂支路兩個驅動必須是互鎖的，而且應該設置死區(qū)時間(即共同不導通時間)。如果發(fā)生共導，IGBT會迅速損壞。在控制電路應該考慮到各種運行狀況下的驅動問題控制時序問題。
(4)、過熱損壞和靜電損壞
可通過降額使用，加大散熱器，涂敷導熱膠，強制風扇制冷，設置過溫度保護等方法來解決過熱損壞的問題。此外還要注意安裝過程中的靜電損壞問題，操作人員、工具必須進行防靜電保護。
總結
1)IGBT兼具有功率MOSFET和GTR的優(yōu)點，是大功率直流電源中的逆變器，整流器等功率變換的理想器件。
2)只有合理運用IGBT大功率晶體管，并采取有效的保護方案，及成熟的電路，才可能提高IGBT在大功率直流電源中的可靠性。