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6.2.2 UPS电源的逆变电路

逆变器是双变换在线式UPS电源的重要组成部分，其直接影响到UPS整机的可靠性和输出电器指标的优劣。

大多数情况，我们希望UPS输出50Hz的正弦交流电，所以要求其逆变电路为正弦波逆变电路。逆变电路实现输出为正弦的方法很多，主要有以下三种。

（1）阶梯波逆变器。由于逆变电路得到矩形波相对容易，我们可以利用不同相位的矩形波叠加的方式得到一个近似正弦波的阶梯波。阶梯越多，其所含正弦分量就越多。

（2）多脉冲调制逆变器。多脉冲调制法的基本原理是用一组等高不等宽的矩形脉冲等效正弦波。具体方法是将正弦波沿横轴分割为若干等份，每一个等份包含的正弦面积用一个相同面积的矩形波来代替，这些矩形波组成的半个周期波形便与半个周期正弦波等效。

（3）正弦脉宽调制（SPWM）逆变器。

下面就简单介绍一下正弦波PWM逆变器的工作原理，如图6-7所示。功率开关管构成全桥式电路的四个桥臂，输出电感L与电容C组成高频滤波器。全桥式电路的直流供电来自前级DC/DC高频变换器。当功率开关管VT,和VT3在PWM驱动下导通时，输出电流/01通过滤波电感L为负载供电而形成交流电压和电流的正半周，VT,与VT3关断时，电感L的储能通过负载、VD2电源S及VD4续流释放。负半周时，功率开关管VT2与VT4以PWM驱动方式导通，输出电流化2则以相反的方向流过负载，VT2与VT4关断时电感L的储能通过VD1、E、VD3及负栽续流释放。因此在一个周期内负载获得了交流供电。

这种电路中功率开关管VT1-VT4的驱动控制方式一般采用三角波与正弦波比较产生的PWM方式。

三角波与正弦波相比较而产生的PWM控制信号如图6-8（a）所示。由图6-8中可以看出正弦波与三角波经过电压比较器后所产生的PWM驱动信号的宽度与正弦波的幅度成正比，如图6-8（b）所示。当用此PWM驱动信号去控制逆变器中的VTi和VT3的通断时，可在全桥式电路得到与驱动脉冲宽度相等，幅度等于逆变器输入直流电压值的一串方波电压，此一串方波电压经过滤波电感L和电容C后，按照其调制脉冲宽度规律还原为与基准正弦波相近的波形。这种正弦波PWM逆变电路较多地应用于中大型UPS电源中，其工作频率一般在15kHz左右，提高工作频率有利于改善输出正弦波波形和负载动态响应。

UPS单相逆变电路可以有推挽式、半桥式和全桥式等，均用于中小型UPS系统中；大型UPS的逆变电路往往采用三相逆变电路。目前大功率三相UPS的输出端一般都带有隔离变压器，这种UPS与负载隔离，具有较好的短路特性。

为保证UPS电源安全稳定的工作，UPS中使用的逆变器不仅仅将直流电简单地变换为交流电输出，还应具有以下功能。

（1）保证UPS输出电压稳定。由于负载的变化、输入电压的被动以及元器件的老化等因素的影响，要实现UPS输出电压的稳定，UPS电源的逆变器应有自动调压的能力。在逆变器中，常采用移相控制的方法和脉宽调制（PWM）的方法实现对输出电压的自动调节。

（2）大功率在线式UPS-般要求正弦波输出，所以在逆变器电路屮要加滤波器。如果逆变器输出波形中谐波成分较多，特别是低次谐波的含量大时，滤波器的电感量、电容量就要增大，导致滤波器的体积、重量增大，电路动态响应变坏。因此，在晶体管、场效应管逆变器中，多采用正弦波脉宽调制技术，通过提高开关管的工作频率减少谐波，或使逆变器输出阶梯波代替方波，来减少谐波分量。

（3）为了使UPS实现同步切换和并机运行，逆变器的输出交流电应与市电或并机运行UPS锁相同步，因此UPS逆变器输出交流电的频率、相位应方便可调。

（4）要求逆变器的效率要高，动态特性好，触发控制电路简单，元器件及材料消耗要少，并且维护容易，成本低等。

UPS交流滤波器应具有以下性能。

（1）输出电压中单次谐波含量和总谐波含量降到指标允许的范围内。

（2）在三相条件下，使输出电压不平衡度符合规定范围。

（3）使负载变化引起的输出电压波动小，且满足动态指标，同时要重量轻、体积小。

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