【導(dǎo)讀】UPS 技術(shù)已從初代單一應(yīng)急供電演進(jìn)為兼具電能優(yōu)化、故障防護(hù)等多元功能的核心電力設(shè)備，低能耗、高可靠性成為新時(shí)代發(fā)展方向。本文聚焦安森美在線式 UPS 方案，系統(tǒng)解析其“AC-DC-AC”核心架構(gòu)，并深入闡述碳化硅（SiC）器件、IGBT 器件及功率集成模塊（PIM）等關(guān)鍵產(chǎn)品的特性與價(jià)值，展現(xiàn)功率器件技術(shù)升級(jí)對(duì) UPS 系統(tǒng)效率與功率密度提升的核心驅(qū)動(dòng)作用。
20 世紀(jì)不間斷電源（UPS）剛問世時(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。
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
從功能迭代到技術(shù)革新，UPS 系統(tǒng)的發(fā)展始終與功率器件技術(shù)突破深度綁定。安森美憑借豐富的 EliteSiC 系列器件、高性能 IGBT 及集成化 PIM 解決方案，為在線式 UPS 實(shí)現(xiàn)高效、可靠、小型化設(shè)計(jì)提供了核心支撐。隨著 SiC 等寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的持續(xù)成熟與應(yīng)用深化，未來 UPS 系統(tǒng)將進(jìn)一步契合低碳發(fā)展需求，在能源基礎(chǔ)設(shè)施等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮更重要的電力保障作用。
