大中型UPS原理分析-大中型UPS逆变器

图1三相输出混合波的情况
(a)电路图（b）波形图（变压器初级）

图2三相桥式逆变电路

图3三相桥式逆变电路主要波形

式而小于阶梯式，多用于中大容量的UPS。脉宽阶梯混合波的波形如图所示。
图（a)为电路原理图，图中S1,S2,S3,和S4分别组成半桥电路，两个半桥产生相同的调宽波UA和UD，这里取输出电压，Uout=UA－UD

由图（b）可以看出UA和UD均反映出正弦波的规律。
当两组脉冲同相时，Uout=UA－UD=0
当两组脉冲反相时，Uout=UA－UD=2E
当UA和UD的相位差在0－180°之间变化时,其幅度就在0－2E之间变化。如果输出为单相交流电压，有这样一个“开关对”[图（a）的简称]似乎就够了，但在中大功率UPS中多半需要三相输出，在实用中每一个调宽波（UA或UD）都用一个全桥逆变器给出，而三相就需要6个这样的全桥逆变器，如图所示。图（a）是它的电路图，而（b）是线电压（两相电压相差120°时的叠加)。
由图（b）的波形可以看出：正弦波的轮廓很明显，这种电压经变压器滤波后输出正弦波。这种变压器绕制时故意做成有一定的漏感，以便和变压器输出端的电容形成LC滤波器，从而省去了体积庞大的滤波电感，而且输出的正弦波电压失真度很小（小于3％）。这是因为输出变压器初级接成△型，次级接成Y型，这种经△/Y变换的波形，3次及3的倍数次谐波都被抑制了，而5次和7次谐波为零，故不需要多大的滤波器即可。
2 大中型UPS逆变电路
三相桥式逆变电路是中、大容量UPS逆变器的基本电路，这里以三相桥式逆变电路为例，如图所示，它是由直流电源E，3块两单元晶体管模块S1～S6，输出变压器T组成。市电正常供电时，直流电源E由整流电路提供，市电中断时，直流电源由蓄电池提供。输出变压器初级接成三角形，次级接成星型。
S1～S6的基极b1－b6分别加上正弦脉宽触发信号，其波形如图4－9所示。工作过程如下：
t0～t1期间，ub1>0,ub6>0,ub5>0,ub2=0,ub4=0,ub3=0,S1，S6，S5导通，S2，S3，S4截止。
　　（1）变压器初级电流iAB沿着E＋→S1→变压器初级绕组AB→S6→E－路径流动。由于S1，S6导通，故变压器初级绕组AB两端电压为：

图4梅兰日兰公司的EPS2000UPS的静态开关控制框图

电源能量转移到变压器，变压器次级绕组ao感应出电压为：
该电压推动的电流iao沿着a→RL→L→0路径流动，变压器中能量的一部分消耗在负载电阻上，另一部分储存在负载电感中。
（2）变压器初级电流iCB沿着E＋→S5→变压器初级绕组CB→S6→E－路径流动。由于S5，S6导通，变压器初级绕组CB两端电压为：　　电源能量转移到变压器，变压器次级绕组bo感应出电压为：　　该电压推动的电流ibo沿着0→L→RL→b路径流动，变压器中能量的一部分消耗在负载电阻上，另一部分储存在负载电感中。
　　由上述可见，3个导电臂中均有晶体管导通，二极管不通，负载从直流电源中获取能量。
　　在t1～t2期间，ub1>0,ub3>0,ub5>0,ub2=0,ub4=0,ub6=0。由于S6截止，iao要减小，但是iao不能突变，仍沿着a→RL→L→0路径流动，负载电感中能量一部分消耗在负载电阻上，另一部分存储在变压器中，电流iAB也不能突变，它沿着B→D3→S1→A路径流动，将变压器能量消耗在回路电阻上。与上述类似，由于S6截止，ibo要减小，但是ibo不能突变，仍沿着0→L→RL→b路径流动，因此，电流iCB也不能突变，它沿着B→D3→S5→C路径流动，将变压器能量消耗在回路电阻上。在上述过程中，由于D3续流，S3不能导通。由上述可见，3个导电臂中，2个晶体管导通，1个二极管导通。
若负载电感L比较大，变压器储存能量比较多，维持D3导通时间长；反之，维持D3导通时间短。
　　在t2～t3期间，ub1>0,ub5>0,ub6>0,ub2=0,ub3=0,ub4=0。3个导电臂中，3个晶体管导通。两相负载均从电源E获取能量。
　　输出波形uAB如图3所示。由图看出：
①变压器初级、次级输出三组互差120°的正弦脉宽调制波。
②输出uO脉冲频率是驱动信号脉冲频率的两倍。
③逆变器具有3种工作模式：
　　第1种工作模式：3个晶体管导通，二极管不导通；
　　第2种工作模式：2个晶体管导通，1个二极管导通；
　　第3种工作模式：1个晶体管导通，2个二极管导通。