20 世紀不間斷電源(UPS)剛問世時，其唯一用途是在停電時提供應急供電，而高昂的成本限制了它的應用范圍。如今，隨著電力電子技術的持續發展，UPS 已能夠高效優化電能質量、過濾線路噪聲、抑制電壓浪涌，并可在任意場景下按需提供更長時間的備用電源。在低碳社會背景下，低能耗、高可靠性、小占地面積已成為 UPS 的新發展方向。

不間斷電源(UPS)能夠保護所連接的設備免受電力問題影響，并在停電時提供電池備用供電。此外，它還能避免昂貴設備受損、數據丟失及停機情況的發生;根據型號不同，部分 UPS 還可應對電壓異常問題。輸出容量是 UPS 的核心性能指標之一，指連接負載可從 UPS 系統獲取的最大電力，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) 轉換為直流電(DC) ，再將直流電逆變為交流電的方式提供持續電力，確保實現穩定且不間斷的供電。 安森美可提供品類豐富的產品，包括碳化硅 (SiC) 分立器件、 IGBT 分立器件、功率模塊、隔離型柵極驅動器及電源管理控制器，助力系統實現更高的功率密度與效率。

分立式 UPS 方案

碳化硅 (SiC) JFET 產品組合

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

SiC Combo JFET

關鍵特性：

1 個封裝內含 2 顆芯片 → Combo JFET

可分別接入 MOSFET 與 JFET 的柵極 → 實現更優的開關電壓變化率 (dV/dt) 控制

超低 RDS(ON)、高脈沖電流

1200V ， RDS(ON)≤10m?

750V ， RDS(ON)… 5m? -10m?

目標應用：固態斷路器、隔離開關

SiC Cascode JFET

關鍵特性：

Cascode 結構共封裝 2 顆芯片

兼容拾取貼裝工藝，可直接替換標準常關型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?

目標應用：電源、逆變器、車載充電器、 DC -DC 轉換器

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用。 IGBT 開關是 DC/AC逆變器和圖騰柱 PFC 慢橋臂的理想選擇。

場截止 VII、 IGBT 、 1200V

全新 1200 V 溝槽場截止 VII IGBT 系列

快速開關型，適合高開關頻率應用

改善了寄生電容，適合高頻操作

優化了二極管，實現低 VF 和軟度

圖 1：場截止 VII 的導通損耗 (V CE=600V)

圖 2： TO247 -3 和 TO247 -4 封裝的場截止 VII 開關損耗比較

IGBT FGY4L140T120SWD

FS7 系列 1200V 、 140A IGBT

TO247 -4 封裝具有較低的 Eon，可支持更高的開關頻率和功率

UPS 系統中的功率集成模塊 (PIM)

安森美在工業功率集成模塊 (PIM) 設計領域表現出色， 利用 SiC MOSFET 和 IGBT 技術實現 UPS 設計改進， 其中包括使用 1200 V SiC 器件的 PFC 、 DC/DC 和逆變器模塊。 能源基礎設施行業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。 得益于更低的開關損耗， SiC 功率器件可以實現更高的效率， 降低散熱要求， 或者實現更高的開關頻率， 減小無源元件的尺寸和成本， 從而彌補 SiC 功率器件成本較高的缺點。

事實證明 ， 在電氣和熱性能及功率密度方面 ， 采用 SiC MOSFET 模塊均展現出明顯優勢 。 安森美已發布第二代1200 V SiC 模塊， 采用 M3S MOSFET 技術， 著重于提升開關性能和減少 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帶有 HPS DBC 的熱敏電阻， 采用 F2 封裝。

M3S MOSFET 技術提供 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 模型生成工具可對采用 SiC 模塊的各種電源拓撲進行仿真。

全 SiC PIM NXH008T120M3F2PTHG

基于 1200 V M3S 技術的 T 型中性點箝位轉換器(TNPC) SiC 模塊

M3S MOSFET 技術提供 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

新的場截止溝槽 7 IGBT 技術和第 7 代二極管可提供更低的導通損耗和開關損耗，使設計人員能夠實現高效率和優異的可靠性

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

以上內容摘自UPS系統方案指南，掃碼可獲取完整版。