高频UPS不间断电源

随着计算机的越来越普及，与之配套的UPS使用也越来越广泛，而传统的UPS系统中由于采用工频逆变，UPS中有工频变压器，体积比较庞大，而采用高频方式后，缩小了体积，降低了波形失真度，同时，由于高频UPS可以采用模块化设计，扩容非常方便，因此得到越来越广泛的应用。

 

　　一、前言

随着计算机的越来越普及，与之配套的UPS使用也越来越广泛，而传统的UPS系统中由于采用工频逆变，UPS中有工频变压器，体积比较庞大，而采用高频方式后，缩小了体积，降低了波形失真度，同时，由于高频UPS可以采用模块化设计，扩容非常方便，因此得到越来越广泛的应用。

二、高频环节DC／AC变换方式2、1高频环节DC／AC变换方式的比较高频环节DC／AC变换方式有多种，如图（一）所示6种方式。
 

图（一）高频环节DC/AC变换方式

图中，HF(HighFrequency)为高频，PWM(PulseWidthModulation)为脉宽调制，REC(Rectifier)为整流器，INV(1nverter)为逆变器，CYC(CycleConverter)为循环换流器LCINV(LineCommutatedInverter)为电源换流器，RINV(ResonantInverter)为谐振逆变器，PCCYC(PhaseControlledCycleConverter)为相控循环换流器。第一和第二种方式的中间都有直流环节，功率由DC到AC单向传送。第一种方式是高频逆变器输出电压经整流变为直流，再由高额PWM逆变器变为正弦被输出电压的方式，从负载看．它具有电压变换器的特性。为此，第一种变换是适用于UPS的一种实用方式。

第二种是用整流器、电抗器把高频PWM逆变器的输出电压变为市电倍频的直流脉动电流，再经负载换流型逆变器变为工频交流电流，供给负载。它显然具有电流变换器的特性。可作为太阳能发电系统的变换器。

另外几种是中间没有直流环节的电路方式，都是用循环换流器把由逆变器产生的高频交流直接变换为工频交流，因此，它具有功率变换级数少，变换效率高的特点。第三种和第四种的高额逆变器采用谐振逆变器、减轻开关元件的负担，ZMI噪声也较小。在第三种变换中利用循环换流器的输入短路方式限制输出，从而控制输出电压波形。第四种由RINV1和RINV2的电压合成使输出为正弦波形，正弦波的幅度与频率由RINV1和RINV2的频率及其差值确定。第五种和第六中变换的高频逆变器及循环换流器都容易进行双向功率传送。第五种变换由高原逆变器的PWM的方式控制输出电压的波形频率与幅度，它与第一种方式一样，也是适用于UPS的一种实用方式。第六中是控制逆变器与循环换流器对应的开关间的动作相位，由循环换流器获得交流PWM输出电压。

对于以上高频环节DC／AC变换的各种方式，要根据应用系统进行选用，适用于UPS的是第一种、第五种和第六中变换方式，但已经真正应用于生产的是第一种和第五种变换方式。

2、2高原环节变换方式UPS的持征高额环节变换方式UPS有如图（二）(方式I)和如图（三）(方式II)所示两种。用晶闸管

图（二）高频环节变换方式的UPS（方式I）

图（三）高频环节变换方式的UPS（方式II）

整流器对输入交流电压进行整流，从而获得稳定的电压，并对蓄电池浮充充电。AC／DC变换电路采用以下两种方式：―是用二极管整流器把交流变为直流，再经降压斩波器恒定控制直流电压的方式；二是不恒定控制直流电压，用晶闸管开关把蓄电池接到直流线路上的方式。图（二）是用第一种高频环节DC/AC变换方式的UPS系统(方式1)的结构。这种结构有利于小型轻量化，但由于UPS内部压降与功率变换使损耗增大。

由于中间接入直流环节，高频逆变器与PWM逆变器的换流与输出电压的控制可分别进行。另外，高额变压器的漏感与布线的分布电感中蓄积的能量容易处理，设计上方便简单。

如图（三）所示是采用第五种的DC／AC变换方式的UPS(方式II)系统结构。它是把高频电压直接变换为工频电压，因此，更利于小型轻量化．而内部电压降与功率损耗比方式I小。然而，循环换流器的换流与逆变器是分别处理的，对于高额变压器漏感与布线分布电感在换流时蓄积的能量要进行必要的处理，因此，设计上比较麻烦。

　　三、中间有直流回路的高频环节变换方式的UPS中间有直流回路的高频环节变换方式的UPS的主回路结构如图（四）所示。电路中的

图（四）主回路结构（方式I）

DC/DC变换器有两种功能：第一，对输入回路与输出回路起隔离作用，第二，可对逆变输出电压进行升压。为此，需要采用变压器，要使变压器小型轻量化、低噪声化，Dc／DC变换器的工作频率要在20kHz以上。这样，可进行高速控制，也可获得较好的过渡响应特性。DC／DC变换器的输出直流电压经PWM变换器变为工频交流电压供给负载。通常，高频环节变换方式UPS中的适用于DC/DC变换器的高频技术也适用于后级的逆变器，这样，可提高PWM控制功载波频率。开关元件采用功率MOSFET，DC／DC变换器的开关频率为50kHZ，PWM逆变器的载波频率为25kHZ，采用高频环节变换器方式I的UPS的性能优于传统UFS，在相同功率情况下、体积减小了33％，重量减轻了46％，噪声减少了7dB。电压波形失真度由5％降到3％，过流时电压变动低于土2％，恢复时间在1周波以内。它适用于10kVA以内的UPS。