通信用UPS行業標準的制定與應用
不間斷電源(UPS)實現電能變換和功率傳遞，是一種技術含量高、更新換代快的產品，現已廣泛應用在工業、能源、交通、金融、信息、航空、國、教育、文化等領域。隨著電信技術、通信網絡的智能化改造和IDC(主機托管)等業務的飛速發展，采用交流供電的設備大量增加。通信行業標準YD/T1095《通信用不間斷電源-UPS》版于2000年及時頒布實施，為我國UPS設備的研發、生產、測試、工程設計、驗收和維護管理提供了技術依據。
1、UPS相關的通信行業標準 UPS在通信行業的作用越來越重要，T將其作為重要課題進行研究，與其相關的行業標準有：——YD/T1095-2008通信用不間斷電源(UPS)；——YD/T1963.4-2009通信局(站)電源設備維護技術要求 第4部分：不間斷電源(UPS)系統；——通信用模塊化不間斷電源技術條件。 1.1 YD/T1095-2008 YD/T1095的版是2000年頒布實施的，為運營商選型提供了重要的質量檢驗依據，去年在總結多年應用經驗的基礎上，并根據UPS的技術發展和產業現狀，對YD/T1095-2000進行了修訂，YD/T1095-2008的主要指標如表1所示。
從表中可以看出，輸入功率因數、輸入電流諧波成分及輸出電壓穩壓與舊版指標相比均有較大，前兩項Ⅰ、Ⅱ類指標基本不變，但刪除了Ⅲ類指標，因此了合格的門檻；小功率UPS的效率由80%到82%，增加了≥60kVA機型半載時的效率指標；輸出電壓波形失真度分別規定了阻性和非線性兩種負載條件下的指標要求(2000版只規定線性負載情況)。這些是比較關鍵的指標，每次運營商選型測試都重視，能效指標合減排、綠色的發展方向。 1.2 UPS維護技術要求 UPS是通信供電連續性的主要設備，其運行是通信的關鍵。它和其他通信設備一樣也存在失效和冗余等問題，設計、安裝、使用、維護等各個方面對產品的性能和壽命均有較大影響，尤其在維護上須及時發現和處理各種故障，才能延長UPS的使用壽命，通信系統的運行。 (1)UPS的維護項目與要求 標準中的重點維護項目有：——UPS和機房應保持清潔，風扇、過濾網的通風順暢都是重要的，否則影響散熱效果；——定期測量元器件和部件、蓄電池連接條的溫升等，及時發現隱患；——定期測量UPS的輸入線電壓、輸入相電壓、輸入頻率、輸入電流諧波成分、輸入功率因數、效率、輸出相電壓、輸出頻率、輸出火線-線波形、蓄電池的充電電流等參數，應合相關要求；——對于并聯冗余系統，應定期檢查負載均分性能。 (2)現場驗收項目與要求 由于檢測的局限性，往往無法考察并機工作性能，尤其是大功率UPS，樣品準備困難，因此在UPS維護要求中強調了現場驗收項目和要求，先應核查前后級配電開關容量的額定值或整定值、功能等是否滿足負載的正常要求，輸入/輸出線徑是否合標準、接確且標識清楚，并按照YD/T1095-2008的要求測試電氣性能和功能。在現場，由于多臺UPS設備已安裝到位，連接完成，在正式使用前充分試驗并機功能是很有要也是可行的，方法如下：——UPS并機工作帶半載，記錄各臺輸出電流，計算并機負載電流不均衡度；——分別關閉一臺或多臺UPS，再重新投入，檢查輸出電壓波形有無明顯變化；——UPS并機工作帶半載，分別關閉各臺UPS市電、旁路輸入開關，模擬市電停電，再恢復市電供電，檢查UPS輸出電壓波形有無明顯變化；——UPS并機工作帶半載，然后轉到油機供電，再倒回市電供電，檢查UPS輸出電壓波形有無明顯變化，測量UPS的頻率跟蹤速度。 (3)關鍵器件及其壽命 這部分提示用戶在UPS的工作年限內，不能忽視關鍵器件的維護和更換：——濾波電解電容的實際工作壽命一般與環境溫度、工作電壓、紋波電流或諧波電流等因素有關，濾波電解電容的建議工作年限為6～7年，5年后或根據設備的要求進行更換，電容若出現爆閥開裂、外表鼓脹或漏液等現象應立即更換；——風扇的建議工作年限為6年，5年后宜進行更換，日常維護中應檢查風扇轉速和噪聲，異常時應立即更換。 1.3 模塊化UPS (1)模塊化UPS的優點 模塊化UPS由于具有以下優點，近幾年在通信行業的應用逐步增多：——可擴展性：擴容升級方便；——可維護性：具有在線熱插拔功能，加減功率模塊無需轉旁路；——綠色：效率高、輸入電流諧波成分低；——：降低用戶初期購置費用、日后擴容維護及設備的運營成本；——可用性高：可降低平均時間MTTR，供電系統的可用性。 (2)模塊化UPS的定義 模塊化UPS具有“N+X”的架構特性，由輸入配電、輸出配電、功率模塊、監控模塊等組成，其率模塊在機械上具有的框架結構和完整的功率變換功能，系統電路拓撲如圖1所示。
(3)關注問題 該標準制定過程中考慮了以下重點課題:——熱插拔功能:系統的易維護性，在冗余允許的情況下可以進行在線維護，實現“維修時間”；——各模塊的故障隔離性和沖擊能力：要求具有故障功率模塊自動退出功能，系統運行中，故障功率模塊應自動退出運行，不影響系統其他部件的正常工作，保障供電；——對各種電流不均衡度、環流等參數進行詳盡的規定：如輸入電流不均衡度、旁路電流不均衡度、輸出電流不均衡度、輸出空載環流度等。 2、UPS測試情況分析 UPS的輸入功率因數、輸入電流諧波成分、電壓波形失真度、電源效率是運營商選型測試時都重視的。這些參數除了與元器件質量及匹配有關外，還與工作原理、電路形式及設計有很大關系。 2.1 高頻機與工頻機的比較 UPS的整流部分按照設計電路工作頻率的不同可分為高頻機和工頻機。高頻機采用較高工作頻率的PWM電路原理及微處理器控制技術，工頻機采用傳統的模擬電路原理。兩者除了體積、重量的差異比較明顯外，在指標參數方面也有所不同，圖2示出了兩者在輸入功率因數、輸入電流諧波成分、輸出波形失真度、電源效率等參數的統計數據，工頻機的外置濾波器使效率下降1%左右。兩者的選擇要根據客戶的需求、安裝環境、負載情況等條件權衡考慮。 
2.2 整流模式的比較 UPS整流器的工作原理可分為IGBT整流、6脈波模式為主、12脈波模式為主及可控整流+IGBT升壓電路，圖3中示出了各種整流模式的UPS在滿載、輕載、阻性負載、非線性負載條件下的四個參數的統計數據，不同工作原理UPS的輸出參數差異較大。
2.3 濾波方式的比較 UPS的濾波方式對其技術指標的影響也很大，圖4中示出了無濾波、只有無源濾波及無源濾波+有源濾波等三種模式的UPS在滿載、輕載、阻性負載、非線性負載條件下的四個參數的統計數據。
2013年中國光伏逆變器市場現狀與趨勢分析
一、2010-2012年中國光伏逆變器產品市場總規模1、2010-2012年中國光伏逆變器產品市場規模分析
2009年是中國光伏逆變器開啟的元年。2010年，市場從無到有，受市場基數較小影響，率較大。2011年下半年，受太陽能光伏發電市場的快速，中國光伏逆變器市場才真正發展起來，市場競爭更加激烈，涌現出了一批新的市場進入者。2012年光伏行業受經濟低迷及美歐“雙反”雙重壓力，產業鏈產品價格持續下跌，受此影響，國內積應對，規模化逐步啟動，2012年中國光伏逆變器市場規模27.48億元。2011年逆變器產能的擴張使得2012年市場整體呈現供大于求的狀態，同時，光伏市場低迷，競爭激烈，銷售價格持續下跌，受價格跌幅較大拖累，2012年中國光伏逆變器市場率下降。
二、2012年中國光伏逆變器產品市場特點
1、鼓勵政策密集
光伏產能的持續擴張導致光伏產業鏈價格整體下跌，上游光伏制造商虧損不斷。2012年中國光伏行業遭受歐美“雙反”、歐洲反調查多重壓力，市場低迷，了多項政囈懈稍ぃ繞涫?012年下半年，以裝機量預期的金太陽示范工程為代表的政策對市場起到了較大刺激作用。
2、分布式成為光伏技術應用推廣的主要動力
光伏分布式發電是一種新型的、具有廣闊發展前景的發電和能源綜合利用方式，它倡導“就近發電，就近并網，就近轉換，就近使用”的原則，不能夠同等規模光伏電站的發電量，同時還了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題。然而分布式發電對如何化太陽能發電量、如何也提出了嚴格要求，這一過程光伏逆變器的功能性和穩定性也顯得異常關鍵。
由于大型電站并網問題尚未得到，分布式將成為我國光伏技術應用的主要內容。德國等光伏大國在分布式發電應用上的成功經驗，也為我國發展光伏發電提供了很好的借鑒。金太陽示范工程作為推廣分布式發電的重要政策，在我國每年新增光伏裝機中占有較高比例；隨著其審批規模的，國內光伏產業鏈包括逆變器廠商在內的各相關企業都直接受益。
3、產品價格繼續走低
隨著中國光伏裝機市場的啟動，電氣設備生產商爭相涌人，競爭對手擴大生產規模，致使逆變器銷售價格下降。激烈的市場競爭導致了2011年逆變器價格下降了20%左右。2012年光伏行業經歷美國“雙反”、歐洲反調查、意大利裝機下滑等重大利空影響，產品價格延續201 1年的趨勢一路下滑，降幅10%-15%，進一步降低了廠商的毛利水平。
4、微逆變器快速發展
根據并網連接方式的不同，可有集中式逆變器、組串式逆變器和微逆變器之分，因為接入組件的數量不同，一般來講，集中式逆變器的功率大于組串式逆變器，再大于微逆變器。微逆變器一般是指只連接一個組件，進行交流輸出的裝置，出現于上世紀90年代，于近些年快速發展。
微逆變器多用于小型民用或商用項目。一般對于大型電站而言，除了云層之外，自然遮擋物較少，并且由于經常維護，陰影遮擋對輸出功率的影響相對較少；但對于小型住宅項目或是商用項目，由于多數建筑環境復雜，容易被樹陰、建筑或其它雜物遮擋，受影響比例較大。根據國外研究機構結果表明，根據不同遮擋程度，輸出功率可會有50%以上的損失。
當采用傳統的集中式逆變器或組串式逆變器，因為對接入組件有一致性的要求，當某一組件因陰影遮擋降低了輸出功率，則同一串聯的其它組件也要降這一組件的輸出功率，從而影響了整串組件的輸出。使用微逆變器，因為每個組件單獨配置一個逆變器，所以沒被遮擋組件可以正常輸出，從而減少了對整個系統的損失。
除了實現相對較高的系統輸出效率之外，微逆變器還有節省直流線纜、壽命相對較長和可實現單個組件監測等優點，缺點是目前每瓦價格相對較高。但如果考慮在光伏發電系統的整個運行周期內，微逆變器對系統效率的，使用微逆變器的系統已略低于使用傳統組串式或集中式逆變器的系統發電成本。
如今，逆變器的發展趨勢是向兩頭集中：電站型大功率逆變器和微逆變器。隨著技術進步和規模，微逆變器的成本有望降低，未來應用前景值得看好。目前，很多企業都將注意力投向了微逆變器市場。
三、中國光伏逆變器產品市場整體預測分析
1、2013-2017年中國光伏逆變器產品市場整體預測
盡管近期新能源行業面臨各種各樣的網難，2013年內外形勢可能還比較艱難，還將面臨外部的競爭加劇、產品價格降低、行業產能過剩等問題。但對行業而言，也存在著行業洗牌、分布式發電等諸多機會。能源局新公布的“十二五”期間光伏發電的裝機目標確定為21GW，這為國內逆變器企業提供了廣闊的空間，然而廣闊的市場也將會吸引更多的競爭對手進入，產品價格下跌會影響整個市場的銷售規模。
2、市場整體發展趨勢
(1)有利因素
加快開發利用可再生能源已成為應對日益嚴峻的能源環境問題的由之路
可再生能源是能源體系的重要組成部分，具有資源分布廣、開發大、環境影響小、可利用的特點，是有利于人與自然和諧發展的能源資源。當前，開發利用可再生能源已成為世界各國保障能源、加強環境保護、應對氣候變化的重要措施。隨著經濟社會的發展，能源需求持續，能源資源和環境問題日益突出，加快開發利用可再生能源已成為應對日益嚴峻的能源環境問題的由之路。未來，伴隨減排的需要以及傳統石化能源的枯竭，可再生能源在能源供應系統中所扮演的角色將越來越重要。近期，我國中東部地區持續霧霾天氣，顯示出我們正面臨大的環境壓力，對綠色、清潔能源提出了更迫切的需求。
光伏發電成本下降推動平價上網時代來臨，光伏發電將逐漸具有市場競爭力
2012年發布的《太陽能光伏產業“十二五”發展規劃》專門提出光伏發電成本目標：到2015年，光伏系統成本將下降到1.5萬元/kW，發電成本下降到0.8元／kWh，配電側平價上網，到2020年，系統成本下降到l萬元／kW，發電成本0.6元／kWh，在發電側實現平價上網，在主要電力市場實現競爭。實際上，2012年光伏安裝系統成本已經降至l萬元／kW左右，可以預見在不久的將來，平價上網時代的到來將給太陽能光伏發電帶來大的發展空間。
中國光伏市場啟動，并將成為光伏應用的重要市場之一
從我國未來社會經濟發展戰略路徑看，發展太陽能光伏產業是我國保障能源供應、建設低碳社會、推動經濟結構調整、培育戰略性新興產業的重要方向。“十二五”期間，我國光伏產業將繼續處于快速發展階段，光伏產業發展目標多次上調。了光伏產業扶持力度，也政策大力支持分布式光伏發電，這些都促使光伏裝機容量。隨著國內市場的逐步啟動，中國正逐漸成為重要的光伏市場。
(2)不利因素
政策風險
雖然可再生能源發電相關技術仍處于不斷的進步中，但由于現階段的發電成本和上網電價均高于常規化石能源，仍需政策扶持。由于這些扶持政策均由各國自行制定，盡管減排的趨勢不變，但如果主要市場的宏觀經濟或相關的補貼、扶持政策發生重大變化，將在程度上影響行業的發展。
一段時間內仍然依賴行業政策扶持
太陽能光伏、風能發電與傳統能源發電相比成本較高，目前行業發展還有賴于行業政策的扶持。將來，隨著太陽能光伏、風能發電技術的不斷完善和傳統化石能源發電成本的不斷上升，這一劣勢將逐漸被彌補。
此外，可再生能源發電的特點之一是分布式接人，太陽能、風能具有間歇性，對的接納能力提出新的挑戰。但隨著技術的發展，包括智能、電力儲能等技術的應用，將對可再生能源電力的接納能力。
行業競爭加劇
光伏逆變器作為一個在中國發展不久的產業，相對較低的進入門檻吸引了眾多國內企業參與研發生產，光伏逆變器市場將迎來更為激烈的競爭。在日益激烈的市場競爭中，光伏產業鏈也趨于整合，對生產廠商的技術研發水平、產品生產實力等方面都提出了高要求。因此，缺乏自主研發技術，以購買原器件按圖組裝為主的中水逆變器生產企業將面臨生存考驗，獲得持續發展。而注重技術積累和技術、具有深厚技術研發能力的主流廠商，憑借各方面所擁有的綜合優勢將獲得更大的發展空間，滿足光伏行業發展的應用需求。
新一代500kW光伏并網逆變器
1、前言在當今世界經濟發展的格局下，對能源的需求在不斷，能源的可持續發展越來越受到人們的重視。太陽能發電是通過太陽能電池的光生伏應，將光能轉化成直流電能，通過逆變器的作用將直流電轉換成交流電，然后與并網發電。
光伏并網逆變器作為太陽能電池與的接口裝置，在光伏發電系統中起著的作用。目前，光伏發電系統中的逆變多采用工作在SPWM狀態的全橋式逆變方案，逆變器的轉化效率、MPPT追蹤能力，對整個太陽能發電項目的、投入回收周期有決定性影響。本文以性能技術指標、逆變器內部設計等角度出發，重點介紹寶士達高護等級型光伏并網逆變器的性能。
2 、寶士達逆變器介紹
2.1 戶外機箱設計
寶士達逆變器以提供光伏系統高發電效率為設計原則，合德國BDEW規范，轉換效率過98.5%。IP54護等級的機箱設計了內部器件的穩定運行。IP54雨／沙保護設計，使逆變器適合室內或戶外環境使用，無需建造配電機房，可降低系統額外的土建費用。戶外機箱外形參見圖2。
2.2 卓越的散熱設計
寶士達逆變器采用自然冷風循環降低機器溫度，既減少了系統散熱造成的能量損失，又增強了整機的穩定性。自然的散熱風循環，將熱風從系統上端的出風口釋放，使設備穩定工作在要求的溫度范圍之內。
機箱內部被分成兩個隔離的空間，前面的空間安裝了的電子元件，后半部的空間作為自然循環散熱，參見圖3。安裝電子元件的空間，以IP54的護等級使其與后半部的空間隔開，避免散熱時熱空氣對流或者沙塵的影響，了系統穩定工作的效率。整機IP54護等級，大大了內部電子器件工作的耐久性，了設備的穩定運行和使用。
2.3 智能通訊接口
5寸LCD顯示接口，便于日常的信息查詢與操作設定，參見圖4。逆變器內部的數據記錄器會自動儲存太陽能系統不同時段所產生的電力數據，重要信息存儲時間長達10年。
每5min記錄的發電數據，存儲時間。每15min記錄的發電數據，存儲時間一個月。太陽能系統日發電數據，存儲時間一個月。太陽能系統月發電數據，存儲時間10年。
2.4 低電壓穿越和無功補償
寶士達型逆變器通過德國BDEW法規，合中國金太陽與低電壓穿越技術規范要求。LVRT（低電壓穿越）太陽能系統在不穩定時提供無功功率，以保持發電系統與持續一致的狀態，既避免因不穩定所造成的系統反復啟動，也有助于太陽能系統的發電效率。
當逆變器連接到中壓，低電壓穿越功能會自動啟動并以預設的模式工作。低電壓穿越的相關參數可依據當地規范要求設定。
2.5 的機構設計
寶士達逆變器的體積有1600×1950×800mm，重量為1250 kg。與其他公司500kW逆變器相比，體積、重量皆減少三分之一以上，便于運輸，方便安裝，逆變器對安裝空間的要求更具有彈性。故障保護設計：以兩組250kW設計推動，當任一組元器件發生故障或損壞時，也仍可維持250kW的效率運作，降低及減少停機損失。
3、結束語
綜上所述，寶士達500kW逆變器，采用無隔離變壓器設計，峰值轉換效率98.5%，的散熱風道設計延長了內部電子元件的使用壽命，故障保護設計將機器內部一組元件發生故障時系統的發電損失降小，減小了使用風險。IP54高護等級了設備具有良好的環境適應性和系統穩定性。寶士達逆變器將在光伏系統的解決方案中給客戶帶來更多的期待和驚喜。
IGBT的原理與應用——IGBT的選擇及保護
對IGBT管，G不加電壓，就不形成導電溝道，C-E電阻很大，因此，應用數字萬用表電阻“×10kΩ”檔，測得C-E電阻近似為“∞”。在理論上C-E電阻等于一個正向PN結電阻與一個反向PN結電阻串聯之和。一般IGBT管E-C電阻為續流二管正向電阻55kQ，C-E電阻RCE≥107Ω。IGBT管的二管測量
由于緣柵雙晶體管通常與反并聯的快速二管封裝在一起，制成模塊，因此在數字萬用表二管檔，用紅表筆接“E”，黑表筆接“C”，應有0.4V左右的二管正向電壓降（對于一些沒有內置二管的型號，如GT40T101則沒有電壓降）。
對于IGBT管，若G不加電壓，就不形成導電溝道，C-E電阻很大，因此，將數字萬用表置二管檔時，測得C-E為不導通。
E-C二管檔測量為續流二管正向壓降0.3V。
1、IGBT的使用
(1)驅動保護電路的設計
驅動電路的設計是決定IGBT能否充分發揮其性能的關鍵。
保護電路是IGBT在過流和過壓等異常情況下避免受到損壞的重要措施，須在充分了解器件特性的基礎上，配合器件的特性進行設計。
(2)作結溫散熱設計
每個IGBT都有既定的容許結溫(Tj)，在工作時需要控制IGBT的結溫不過這個容許結溫。一般而言，IGBT需要散熱器才能工作，要根據器件的損耗進行散熱設計，結溫Tj不過容許值。
先，需要計算出IGBT在電路中的損耗。IGBT工作時的損耗包括兩大部分：一個是IGBT內部晶體管的損耗，另外則是IGBT的反并聯二管上的損耗。
IGBT內部晶體管的損耗包括IGBT的導通損耗和開關損耗（開關損耗包括開通損耗和關斷損耗，軟開關電路中這兩個損耗可能為）。二管上的損耗則包括二管的導通損耗和二管的反向恢復損耗。把的損耗相加即可得到IGBT工作時的總損耗，選擇的總損耗進行熱設計，IGBT工作時的結溫可以由下面的熱方程得到
式中，P∑為IGBT損耗功率；Rthjc為IGBT結到外殼間的熱阻；Rthcs為外殼到散熱器間的熱阻；Rthsa為散熱器到周圍空間之間的熱阻；Ta為外界溫度。根據上述公式，確定結溫Tj在容許值范圍內選擇合適的散熱器。
(3)并聯連接
當IGBT模塊用于控制大電流時，有時將器件并聯使用。器件并聯使用時，重要的是在設計時要使并聯連接的器件中通過等量的電流。一旦電流失去平衡，有可能由于電流集中流過某單個器件而使該器件損壞。
(4)保管和使用注意事項
電力電子設備的保管存放場所，以溫度為5～35℃、相對濕度為45%～75%為適宜。是IGBT和功率晶體管等，如果處于干燥的區域中，需要用加濕器加濕。再者，如果使用自來水，則由于自來水中所含的氯元素會使電力電子設備的導線生銹，因此需注意使用純凈水或蒸餾水。避開產生腐蝕性氣體和塵埃多的場所。
在溫度急劇變化的場所，電力電子設備的表面容易結露，因此要避開此類場所，將其保管在溫度變化小的地方。
臨時放置半導體電子設備時，應選擇不易產生靜電的容器。
(5)其他
在模塊的端子部位測定驅動電壓( UCE)，并確認已外加既定的電壓驅動電路端的電壓與實際作用在IGBT上的電壓，可能有偏差。
通過產品的端子部位測定開通、關斷時的脈沖電壓。
務在產品的額定值（電壓、電流、溫度等）范圍內使用。一旦出額定值，可能損壞器件。
IGBT應在功率周期壽命以內使用。
反偏柵電壓-UGE不足時，可能引起誤觸發，為了避免誤觸發，需設定的-UGE值（推
薦-15V)。
如果開通du/dt偏高，則對偏置支路的IGBT可能發生誤觸發。為了避免誤觸發，需在適當的柵觸發驅動(+UGE、-UGE., RG等)條件下使用。
2、IGBT的保護電路
電力電子電路工作時，由于外部或操作失誤等原因，為了用電設備和用戶的，同時將由于非正常運行造成的損失降到小，需要在電力電子電路中設計保護電路。
IGBT常用的保護電路有兩種：過電流保護和過電壓保護。
2.1 過電流保護
IGBT的過電流往往是由于電路中的短路引起的。當電路中發生短路時，IGBT集電電流將急劇增加并過額定值，集電電流增加也引起IGBT集電—發射電壓UCE的上升，于是IGBT功率損耗增加。長時間運行于這種狀態，將使IGBT的結溫過允許值而燒毀。
發生短路的原因可能有很多種，下面以一個三相逆變電路為例，介紹常見的短路狀態：
(1)支路短路
由于電路中IGBT或其反并聯二管損壞造成短路，如圖28(a)所示。
(2)橋路直通短路
由于控制電路、驅動電路故障或干擾引起的開關誤動作造成同一橋臂上下兩個IGBT同時導通，如圖28(b)所示。
(3)輸出短路
由于裝配失誤或負載緣損壞造成短路，如圖28(c)所示。
(4)接地短路
由于配線等人為失誤造成接地短路，如圖28(d)所示。
2.2 過電流保護方法
為了實現過電流保護，需要進行過電流狀態檢測。對IGBT而言，常用的過電流檢測方法有兩種：
電流傳感器檢測法與IGBT的飽和壓降檢測法。
(1)電流傳感器檢測法
通過在電路中加入電流傳感器，通過檢測電路中的電流，判斷IGBT是否過電流。通過此方法可以對電路的各種短路狀態進行檢測和區分，從而根據不同的短路狀態采取不同的保護策略，減小由于電路異常所造成的損失。
另外，如果過快地關斷IGBT中的過電流，將引起集電與發射之間發生過電壓，造成IGBT損壞。因此，在檢測出過電流以后，須采取的策略關斷IGBT，使關斷過程落在反向偏置工作區(RBSOA)內，即采取所謂“柔性關斷”。
(2)IGBT的飽和壓降檢測法
IGBT過電流時的飽和壓降UCE(sat)比正常工作時要高。
圖29是采用間接電壓法的過流保護電路，它是應用IGBT過流時UCE值的原理來檢測IGBT的過流現象。M57959AL驅動器內部電路能很好地完成軟關斷功能。電路中含有過電流信息的UCE經二管VD2檢測，直接送至M57959AL的集電電壓監測端子l，8腳輸出；通過U2光電耦合器，送到比較器U1A正相端與反相端的基準電壓比較后輸出，關斷驅動信號。如果發生過流現象，驅動器M57959AL的低速切斷電路慢速關斷IGBT，以避免集電因過大的di/dt形成的過電壓脈沖損壞IGBT，同時也降低了干擾噪聲電平。
目前，大多數IGBT的驅動芯片內置了類似的保護電路。
2.3 過電壓保護
這里所講述的過電壓保護特指IGBT關斷時的浪涌電壓抑制，不涉及具體電路中由于輸入、輸出或操作失誤等引起的過電壓而需要設計的保護電路。
因為IGBT的關斷速度很快，IGBT關斷或其反并聯二管反向恢復時會產生很高的di/dt，由于IGBT內部引線或外部導線寄生電感的存在，引起很高的Ldi/dt電壓，即關斷浪涌電壓。當這個電壓過IGBT的正向耐壓值時，將造成IGBT過電壓擊穿而損壞。
常用的抑制IGBT關斷浪涌電壓的方法有以下幾種：
(1)在IGBT上安裝緩沖電路，在緩沖電路中使用可以吸收高頻浪涌電壓的薄膜電容器；
(2)調整IGBT驅動電路中的關斷偏置電壓-UCE和驅動柵電阻RG，減小關斷時的di/dt；
(3)降低主電路和緩沖電路中的引線電感，盡量使用更粗、更短的導線；另外，使用平板配線（分層配線）方式也可以地降低引線電感。
IGBT的緩沖電路有兩種配置方法：一種是為每個IGBT單獨配置的緩沖電路；另一種是為多個IGBT安裝一個集中式的緩沖電路。
常用的單獨配置緩沖電路有RC緩沖電路、充放電型RC-VD緩沖電路和放電阻止型RC-VD緩沖電路。
RC緩沖電路如圖30所示。在IGBT的集電和發射之間并聯一個RC串聯支路，適用于斬波電路中。但是RC串聯支路在IGBT開通時將通過IGBT進行放電，使得IGBT開通時電流增加，額外增加了IGBT負載；另外，RC緩沖電路中，每次關斷以后存儲在電容上的電能都將以熱的形式消耗掉，它的損耗較大，不適合高頻應用。RC緩沖電路的損耗為
式中：Csunber，為緩沖電路電容；Ud為IGBT截止時所承受的正向壓降；fs為開關頻率。
式中：L為主電路寄生電感；Ic為IGBT關斷時的集電電流；Cs為緩沖電容值；Ud為直流電壓； fs為開關頻率。
放電阻止型RC-VD緩沖電路結構如圖32所示。適合于對同一個橋臂兩個IGBT浪涌電壓的吸收。它能地消除IGBT關斷時的浪涌電壓，而且緩沖電路的損耗相對前面兩種緩沖電路要小，也適合于高頻應用場合。它的損耗可以由下面的公式計算得到
式中：L為主電路寄生電感；Ic為IGBT關斷時的集電電流；fs為開關頻率。
集中式緩沖電路適合于多個IGBT同時使用的場合，如圖33所示。在該圖中，通過在一個全橋逆變器的兩個輸出端子上并聯一個RC電路，可縱對四個IGBT關斷時的電壓進行吸收。
DC240V直流供電系統在模塊化機房中的應用
以電信和金融等行業為的數據中心，經過近幾年大規模的建設和運營，在基礎配套設施上陸續暴露出一些弊端：占地面積大、能源消耗高，維護管理難，成本居高不下等，如何建設新一代數據中心的，立足現有資源，長遠規劃未來的理念已成為業內關注的重點。為此，業界提出了數據機房模塊化的規劃，很好的解決了上述傳統機房的弊端。然而，相對數據中心的模塊化發展，供電保障基本沒有發生質的變化，還是沿用傳統UPS供電模式。這種傳統的UPS供電模式的牲、性及高耗能等方面凸現的問題越來越多。成為模塊數據機房的發展中的一個瓶頸，為了解決這一難題，本文提出一種新的解決方案：模塊化數據中心+高壓直流供電，使得數據中心建設限度規避傳統機房的弊端。
模塊化機房是把IT機柜、空調、配電柜、布線柜整合在一起并柜，在頂部加蓋天窗，兩側加裝封閉通道門，形成密閉通道，解決高密度的散熱問題，實現智能管理、高密部署、綠色、柔性擴展的整合方案。
一、傳統的UPS供電
(1)傳統UPS供電方案
服務器設備一般采用交流電源輸入，電壓為220V，50Hz的單相交流電源，因此IDC機房一般采用交流UPS供電方案。UPS供電系統由整流器、逆變器、蓄電池和靜態開關等組成。在市電正常時，市電交流電源經整流器變換為直流電供給逆變器，同時給蓄電池充電，逆變器將直流電變換為50Hz交流電供給負載。在停電時，蓄電池放出電能，通過逆變器變換為交流電，供給負載。UPS供電系統的基本結構如圖1所示。
圖1：傳統UPS供電方案
為了設備供電的性，通常采取多臺UPS冗余并機的方式，即N+1系統。對于一些重要的雙電源負載，采用兩套(N+1) UPS系統并聯組成雙系統雙總線冗余供電方案，這種供電方案性相當高。
(2) UPS供電系統的缺點
①負載率低，設備利用率不高
為了性，多機并聯，負載率低，使設備的實際使用率低下。例如1+1冗余的UPS負載率也不過是50%，同時低負載率也帶來了低效率。
②系統存在單點故障瓶頸
從圖2可直觀的看出，電池、逆變器、負載為串聯關系，任意一點的蓽點故障都會帶來系統斷電的風險。
③設備維護時間長
由于不是模塊化組裝，維護還處于電路板、元器件的水平，造成維護時間長。
④電池管理能力差，后備電池壽命短
UPS的部分是逆變器，其充電器是輔助部分，因此，在充電管理上不如專門設計高頻開關電源功能強大。
⑤標準化難度大
是大功率的UPS，生產基本還是手工組裝，使每一臺設備的離散性大，現場的每一條設備都要單獨調試。
二、高壓直流供電方案
現在，IT設備內部均使用高頻開關電源，把外部輸入的交流電轉化為內部電子電路所用的直流電。終變換為12V、SV、3.3V的低壓直流給IT設備供電，對于前段是否交流供電并無直接關系。IT設備的開關電源，在交流供電和直流供電狀態下的基本工作原理如圖2所示。
圖2：高壓直流供電方案
(1)高壓直流供電的優勢
①性，整流器和電池并聯為后端負載供電。
②系統效率，合減排。
③模塊化配置，便于擴容和維護。
④直流輸出，對后端設備無諧波和地電壓問題。
⑤輸入輸出隔離，使后端負載免受不明干擾。
(2)直流供電系統替代交流UPS帶來的好處
①簡化了電路的逆變環節，了性，取消交流UPS也就取消了逆變器和與之配套的相關電路，硬件電路簡化使故障點大大減少，系統供電性得到大幅。
②降低了工程投資和維護費用
同等的直流電源系統，要比中大型交流UPS系統成本相對較低，維護簡單，可操作性強。
③運營成本大大減少
在設備運行過程中，電源的維護成本、降耗的貢獻，使機房的變壓器、空調、電能質量的治理等支出成本和運營成本大為降低。
④多機并聯變得簡單而容易
直流整流模塊采用（N+M）舊模式，實現多機冗余備用，故障模塊可自動退出，避免引起電源間斷；多機并機時各模塊單元可自主均流，使系統中的各部件能在負載均衡條件下工作，從而了系統中各模塊工作的穩定性，電源系統的運行穩定性。整流模塊可實現熱插拔操作，對于系統中故障的模塊可在系統不斷電情況下進行故障處理或模塊更換，而不影響系統的供電，從而簡化了系統故障維修過程，使用戶更容易操作。直流供電系統采用智能分布式功率分配模式，即將輸出功率分配到系統配置的各個電源模塊。對比傳統的交流UPS電源將電源輸出功率集中在單臺設備的配置模式，直流供電系統供電的性將得到大幅。
⑤系統組態靈活
整流模塊可實現靈活的多機冗余配置模式（N+M），針對不同規模的用戶可靈活組建不同容量的直流后備電源系統，按照后備電源系統的容量需要可分步投資、分布建設。系統可配置為單機系統模式、多機冗余熱備用模式、多機冗余冷備用模式等。由于整流模塊采用模塊化生產，使系統的擴容和維護為方便。
⑥智能化電池管理
對于后備供電系統中常用的鉛酸蓄電池組，仍是系統中的薄弱環節，由于酸蓄電池的生產工藝及其自有特性，蓄電池組在使用一段時間后會出現一些問題，如：電池內阻、內阻不匹配等，如不能及時處理這些問題，可引起后備電源供電異常，嚴重時可造成電池組報廢。由于目前尚無更好的產品替代鉛酸蓄電池，所以在以后較長的一段時間內，后備電源系統中仍將以鉛酸蓄電池作為主要電能儲存介質。嚴格按照蓄電池給定參數使用和定期的維護，是解決電池組使用壽命的方法，合理、科學地使用和及時的維護可地延長蓄電池使用壽命。采用直流供電系統，可對蓄電池實施智能化的充、放電管理。按電池組充電曲線對電池組進行智能化的充電管理和放電維櫨，大大了蓄電池組的使用壽命，同時大大減輕了用戶對系統維護的工作量。系統具備的單體電池巡檢功能，可對電池組進行實時監控，發現落后單體后立即報警，提醒用戶及時處理，可避免故障的進一步擴大，如整組電池報廢等。
三、模塊化機房應用
某機房在建設規劃時，采用模塊化設計，網絡機柜采用高密度機柜設計，以機房的利用率，每個網絡機柜功率密度10KW，每個模塊包含10個網絡機柜，每個模塊總功率的功耗折合100KW，后備時間15min。
(1)規劃方案
機房供電方式采用每個數據模塊用一套電源供電，位置布局見圖3，供電原理圖見圖4。
其優點如下：
①散供電，降低風險；
②域劃分，便于電源管理；
③應性強，電源化整為，容易實現配置。
圖3：位置布局
圖4：供電原理圖
(2)系統配置
①交流屏一個：兩路交流輸入，具備總電壓、電流、電量統計、RS485輸出。
柜體尺寸：200mm（深）×800mm（寬）×2200mm（高）
②整流屏一個：兩路交流，ATS輸入。整流模塊規格：6KW模塊配置30個，容量滿足150KW輸出需要。
柜體尺寸：1200mm（深）×600mm（寬）×2500mm（高）
③直流屏一個。
柜體尺寸：200mm（深）×400mm（寬）×2200mm（高）
模塊化數據中心的建設方式了系統的性和性，效能解決是目前大多數數據中心面臨的問題，這種構建方式將會在新一代數據中心整體規劃中得到廣泛應用。2012年2月1日，高壓直流電源的行業標準《YDT2378-2011通信用240V直流供電系統》正式發布實施，為高壓直流電源在通信行業的應用掃清了后的障礙，而在模塊化數據機房中引進DC240V直流供電系統，以其體積小、重量輕、功耗小、效率高、紋波小、噪音低、易擴容、替換性好、性能穩定、智能化程度高等優良特性，將會為IT行業的供電保障帶來一個質的飛躍。
