高頻耦合UPS變換電路設(shè)計

一、引言

由整流和逆變電路組成的UPS變換電路是UPS中的關(guān)鍵組成部分。根據(jù)其所采用的功率電子器件和UPS不同的用途，變換電路有很多種類，以適應(yīng)不同的電壓、頻率和負(fù)載性質(zhì)的要求。若用于感性負(fù)載，UPS的變換電路既要考慮到輸出交流又要考慮到負(fù)載反饋儲能的問題。這就要求能量能在四個象限范圍內(nèi)實現(xiàn)傳輸。

二、電路的工作原理

高頻耦合UPS的變換電路如圖1所示。

圖1　 變換電路

① D1~D4為整流環(huán)節(jié)，將市電整流成直流電壓Va。

② T1~T2為逆變環(huán)節(jié)，輸出20kHz交流電壓，其脈寬由Va和三角波VS比較來調(diào)制，如圖2（a）所示。

③ 在脈沖間隔期間將T3導(dǎo)通，使變壓器T一次側(cè)短路，電壓為零，此時磁通暫不變化，能量也暫不釋放。高頻變壓器一、二次電壓v1、v2的波形如圖2（b）所示。

④ T4、T5及D9~D16構(gòu)成循環(huán)變流器。T4、T5輪流導(dǎo)通，在正半周期將高頻正弦波形整流成正方向電壓vA;在負(fù)半周期時，整流成負(fù)方向的電壓vB，如圖2（c）所示。

⑤ 最后經(jīng)L4~L5與C3高頻濾波器濾波，將20kHz開關(guān)頻率的諧波濾除后，輸出50Hz正弦交流電壓vc，如圖2（d）所示

圖2　波形圖

三、電路的運行

負(fù)載為感性時，循環(huán)變流器一方面將高頻交流變換成50Hz交流，一方面又在部分時間里將負(fù)載側(cè)的儲能反饋至變壓器，即能在四個象限里運行。如圖2（e）所示滯后于v0的感性負(fù)載電流i0。在圖中t1~t2期間（第Ⅰ象限 ）v0為正，i0為正，電流可經(jīng)D9、T4、D12流出，輸出功率。t0~t1期間（第Ⅱ象限）v0為正，i0為負(fù)，電流可經(jīng)D10、T4、D11流入，負(fù)載向變壓器反饋儲能。第Ⅲ、Ⅳ象限情況類似。

四、換向

由于電流連續(xù)，T4、T5必須有一個短時共態(tài)導(dǎo)通時間△，這段時間內(nèi)一個晶體管電流減小，另一個晶體管電流增大，進行換流。此時，變壓器的電流和磁勢要進行換向。

在第Ⅰ、Ⅲ象限電路處于整流狀態(tài)時，電源電壓較高的一相開始導(dǎo)通后，電源電壓使該相電流逐漸增大，迫使原來導(dǎo)通的一相電流減小直至零值。在第Ⅱ、Ⅳ象限電路處于逆變狀態(tài)時，換向過程與整流狀態(tài)時相同，但為了獲得較大的負(fù)電壓，逆變控制時間β應(yīng)盡量減小到接近于換流時間γ。若β《γ，在變壓器電動勢e2不等于零的時期內(nèi)不能完成電流換向，只能等到晶體管關(guān)斷時自換向，迫使另一管子電流增大到i0。在自換向電流迅速減小的過程中，變壓器漏感將產(chǎn)生較大的尖峰電壓，使過電壓吸收電路功耗增大。為了使電流能平滑換流，T4、T5兩管的共態(tài)導(dǎo)通時間△應(yīng)與換流時間γ相近，而L4及L5的漏感較變壓器的漏感大得多，亦可使尖峰電流減小。

五、結(jié)論

此電路輸出功率為200W，效率為70%，正弦波的諧波含量小于5%，輸出電壓穩(wěn)定度約為2%。