设备环境考试UPS电源的静态开关和锁相电路

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6.2.3 UPS电源的静态开关和锁相电路

1.静态开关

以在线式UPS静态开关的质量、切换性能的优劣以及在UPS电源整机中的工作环境是否能满足其要求，将直接影响UPS的可靠性。所以静态开关是UPS电源中的重要部件。

大多数UPS电源的静态开关是由两个反向并联的晶闸管组成的，如图6-9所示，其工作原理较为简单，当其输入端为正弦波电压正半周时，晶闸管VS,的栅极触发脉冲使V&正向导通向负载及提供正半周供电。当输入端电压为负半周时，晶闸管VS2承受正向阳极电压，乂&在反向阳极电压下关断，vs2的栅极触发脉冲到来时，vs2正向导通，负载及上流过与正半周相反的电流。

UPS电源中逆变器输出静态开关与旁路静态开关的并联工作方式如图6-10所示。当逆变器正常工作时，通过静态开关&为负载R供电，逆变器因故障退出供电时，静态开关关断，旁路静态开关导通继续为负载供电。这种静态开关与其检测控制电路配合使用，可使大中型UPS电源的逆变到旁路切换的时间达到1ms甚至更短。一般大中型UPS电源为了在主机检修时不中断对负载的供电而设置了检修旁路开关。

UPS电源逆变器输出静态开关、自动旁路静态开关和检修旁路开关的连接方式如图6-11所示。UPS电源正常工作时逆变器的输出静态开关灸导通为负载供电。当检修时先将逆变供电方式转为自动旁路供电，这种切换方式是UPS电源所必有的功能，所以切换时间极短而且可靠。切换到自动旁路后市电通过静态开关s2为负载供电，此时可将检修旁路开关&闭合与自动旁路静态开关S2并联为负载供电。由于次与灸并联在同一相市电上，所以其输出必然同频率、同相位、同幅度。而后将自动旁路开关灸断开改为由检修旁路开关S1供电，UPS主机已完全退出供电，便可对UPS各部分进行维护检修。当恢复逆变器供电时，可将自动旁路开关52投入工作，而后把检修旁路开关断开，最后将自动旁路供电状态切换为逆变器供电。

也有一些UPS电源在切换控制电路的时序上做了过渡设计，允许UPS电源由逆变器供电状态直接切换到检修旁路供电。以上所介绍的静态开关的切换条件必须是在逆变器的频率及相位跟踪市电功能正常的情况下进行切换。

当主备用电源产生切换时，两电源应保持同步，若频韦或相位存在差异，或两者电压不-样，则会造成负载波形异常：另外，由于主备用电源存在的输出电压差，还将会造成环流，严甫时会损坏静态开关及主电路中的逆变器件。因此，在UPS电源中需具有锁相同步电路，当市电电源频率超过UPS锁相同步电路所允许的同步窗口时，逆变器电源将不再跟踪市电电源，而回到UPS电源的本机振荡频率50Hz.事实上，配E了静态开关的UPS当发生逆变频率不跟踪市电电网频率时，当输出过载或UPS逆变器故阵时将会拒绝执行旁路动作，使输出中断。因此，UPS电源在频率指标中提出了频率跟踪范围、频率跟踪速度等指标。

保证同步切换方法如下。

（1）直接检测两电源电压的相位，以此作为切换时的一个控制信号。

（2）检测两电源的电压差，以此间接反映出相位差，产牛切换控制信号。

为防止切换时感性负载中出现浪涌而损坏元件，可通过检测主用电源在稳态电流过；时接通旁路电源，以实现安全切换。除此之外，还有其他切换条件，如主用电源的电压过商、过低，使旁路电源投入工作，但必须也对旁路电源电压进行检测，若旁路电压不正常，则发生禁止切换信号。又如负栽电流超过允许值时，电流检测电路发出切断静态开关信号，中断对负载供电，以防设备损坏。

2.锁相电路

锁相电路由三个基本部件组成，即鉴相器、低通滤波器和压控振荡器。

锁相电路用于检测两个交流电源的相位差并将它变成一个电压信号去控制逆变的输出电压相位与频率，从而保持逆变器与交流电源的同步运行。

控振荡器是一个振荡频率受某个控制电压控制的振荡器。鉴相器是一个相位比较器。它把输入信号相位与压控振荡器输出信号相位进行比较，输出一个反映两个信号相位差大小的误差电压，这个电压经低通滤波器。将误差电压中的高频成分和噪声滤除后，加到压控振荡器，使压控振荡器的频中向输入信号靠近，直至最后频率相等而相位同步实现锁定。

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