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6.2.2 UPS電源的逆變電路

逆變器是雙變換在線式UPS電源的重要組成部分，其直接影響到UPS整機的可靠性和輸出電器指標的優劣。

大多數情況，我們希望UPS輸出50Hz的正弦交流電，所以要求其逆變電路為正弦波逆變電路。逆變電路實現輸出為正弦的方法很多，主要有以下三種。

（1）階梯波逆變器。由于逆變電路得到矩形波相對容易，我們可以利用不同相位的矩形波疊加的方式得到一個近似正弦波的階梯波。階梯越多，其所含正弦分量就越多。

（2）多脈沖調制逆變器。多脈沖調制法的基本原理是用一組等高不等寬的矩形脈沖等效正弦波。具體方法是將正弦波沿橫軸分割為若干等份，每一個等份包含的正弦面積用一個相同面積的矩形波來代替，這些矩形波組成的半個周期波形便與半個周期正弦波等效。

（3）正弦脈寬調制（SPWM）逆變器。

下面就簡單介紹一下正弦波PWM逆變器的工作原理，如圖6-7所示。功率開關管構成全橋式電路的四個橋臂，輸出電感L與電容C組成高頻濾波器。全橋式電路的直流供電來自前級DC/DC高頻變換器。當功率開關管VT,和VT3在PWM驅動下導通時，輸出電流/01通過濾波電感L為負載供電而形成交流電壓和電流的正半周，VT,與VT3關斷時，電感L的儲能通過負載、VD2電源S及VD4續流釋放。負半周時，功率開關管VT2與VT4以PWM驅動方式導通，輸出電流化2則以相反的方向流過負載，VT2與VT4關斷時電感L的儲能通過VD1、E、VD3及負栽續流釋放。因此在一個周期內負載獲得了交流供電。

這種電路中功率開關管VT1-VT4的驅動控制方式一般采用三角波與正弦波比較產生的PWM方式。

三角波與正弦波相比較而產生的PWM控制信號如圖6-8（a）所示。由圖6-8中可以看出正弦波與三角波經過電壓比較器后所產生的PWM驅動信號的寬度與正弦波的幅度成正比，如圖6-8（b）所示。當用此PWM驅動信號去控制逆變器中的VTi和VT3的通斷時，可在全橋式電路得到與驅動脈沖寬度相等，幅度等于逆變器輸入直流電壓值的一串方波電壓，此一串方波電壓經過濾波電感L和電容C后，按照其調制脈沖寬度規律還原為與基準正弦波相近的波形。這種正弦波PWM逆變電路較多地應用于中大型UPS電源中，其工作頻率一般在15kHz左右，提高工作頻率有利于改善輸出正弦波波形和負載動態響應。

UPS單相逆變電路可以有推挽式、半橋式和全橋式等，均用于中小型UPS系統中；大型UPS的逆變電路往往采用三相逆變電路。目前大功率三相UPS的輸出端一般都帶有隔離變壓器，這種UPS與負載隔離，具有較好的短路特性。

為保證UPS電源安全穩定的工作，UPS中使用的逆變器不僅僅將直流電簡單地變換為交流電輸出，還應具有以下功能。

（1）保證UPS輸出電壓穩定。由于負載的變化、輸入電壓的被動以及元器件的老化等因素的影響，要實現UPS輸出電壓的穩定，UPS電源的逆變器應有自動調壓的能力。在逆變器中，常采用移相控制的方法和脈寬調制（PWM）的方法實現對輸出電壓的自動調節。

（2）大功率在線式UPS-般要求正弦波輸出，所以在逆變器電路屮要加濾波器。如果逆變器輸出波形中諧波成分較多，特別是低次諧波的含量大時，濾波器的電感量、電容量就要增大，導致濾波器的體積、重量增大，電路動態響應變壞。因此，在晶體管、場效應管逆變器中，多采用正弦波脈寬調制技術，通過提高開關管的工作頻率減少諧波，或使逆變器輸出階梯波代替方波，來減少諧波分量。

（3）為了使UPS實現同步切換和并機運行，逆變器的輸出交流電應與市電或并機運行UPS鎖相同步，因此UPS逆變器輸出交流電的頻率、相位應方便可調。

（4）要求逆變器的效率要高，動態特性好，觸發控制電路簡單，元器件及材料消耗要少，并且維護容易，成本低等。

UPS交流濾波器應具有以下性能。

（1）輸出電壓中單次諧波含量和總諧波含量降到指標允許的范圍內。

（2）在三相條件下，使輸出電壓不平衡度符合規定范圍。

（3）使負載變化引起的輸出電壓波動小，且滿足動態指標，同時要重量輕、體積小。

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