正弦波UPS中逆变电路结构及SPWM方法

前言

逆变电路是UPS电源的核心电路。作者在剖析若干知名厂家生产的UPS电源电路的基础上，对UPS电源中的逆变电路进行了探讨。本文所涉及的电路，是这些厂家技术人员多年技术经验的结晶，并且经历过大量产品投放市场后的考验，具有很好的参考价值。作者在此发表出来，供业内人士和有兴趣者参考。

UPS电源有很多分类，作者根据业内的习惯，将UPS电源分为工频机和高频机。本文中的工频机和高频机采用的都是正弦波逆变电路，输出的都是正弦波电压，并且都是在线式结构。文中只涉及正弦波逆变电路，以下简称逆变电路。

逆变电路的结构

逆变电路由正弦波SPWM调制电路和功放电路组成。

1 工频机所采用的逆变电路的结构图

图1所示为工频机所采用的逆变电路的结构图。由图可见，工频机逆变电路中右侧的功放电路采用的是全桥式功放电路，这种功放电路需要正弦波调制电路提供4路相互独立的SPWM驱动信号。在左侧的正弦波调制电路中，用正弦波信号去调制三角波信号，得到4路独立的SPWM信号，经隔离驱动后送至功放电路。

在这种结构中，每一桥臂功率管的数量视输出功率而定，当输出功率较小时，功率管采用MOS器件，输出功率大时，采用IGBT模块。

2 高频机所采用的逆变电路的结构图

图2所示为高频机所采用的逆变电路的结构图。由图可见，高频机逆变电路中的功放电路采用的是半桥式功放电路，这种功放电路需要正弦波调制电路提供2路相互独立的SPWM驱动信号。在左侧的正弦波调制电路中，由电脑板直接提供2路SPWM波信号，经隔离驱动后送至功放电路。

在这种结构中，每一桥臂功率管的数量也视输出功率而定，当输出功率较小时，功率管采用MOS器件，输出功率较大时，也采用IGBT模块。正弦脉宽调制(SPWM)方法

SPWM信号实际上就是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波。

在20KVA以下的小型逆变电路中，通常用正弦波(调制波)调制三角波(载波)的方法来实现脉宽调制的目的，又称为三角波调制法，它是利用比较器来完成这一功能的。根据调制信号所包含的信息量，调制电路可以分为单极性调制和双极性调制。

1 SPWM调制方法及特点

在单电源供电的比较器重，若将正弦波送到比较器的同相输入端，将三角波送到比较器的反相输入端，则在正三角波幅值大于正弦波的幅值时，比较器将输出一个负向脉冲，这个负向脉冲的宽度等于三角波大于正弦波部分所对应的时间间隔。而在三角波幅值小于正弦波的幅值时，比较器将输出一个正向脉冲，这个正向脉冲的宽度等于三角波小于正弦波部分所对应的时间间隔。从图3可见，这时在电压比较器的输出端将得到一连串脉冲方波序列，其特点是：对应于正弦波幅值较低的部位，脉冲方波的宽度较窄，而对应于正弦波幅值较高的部位，脉冲方波的宽度较宽。这就是正弦脉冲调制信号，即SPWM信号。

根据分析，这种三角波调制电路有以下特点：