在线式UPS工作原理.docx

On－  line UPS Principle Analysis （ UPS技术讲座三） 1在线式  UPS工作原理 电对  电路结构如图 3－ 1所示，输入滤波器实质上就是 EMI 滤波器， 一方面滤除、 隔离市UPS系统的干扰，另一方面也避免 UPS内部的高频开关信号“污染”市电。 在线式 UPS不论是由市电还是由蓄电池供电， 其输出功率总是由逆变器提供。 市电中断或送电时，无任何转换时间。 平时，市电经整流器变成直流， 然后再由逆变器将直流转换成纯净的正弦电压供给 负载。另一路，市电经整流后对蓄电池进行充电。正常供电时的工作原理见图 3－ 1（ a）。 图 3－ 1（ a）正常供 电时在线式 UPS工作原理示意图 一旦市电中断时， 转为蓄电池供电， 经逆变器把直流转变为正弦交流供给负载。 市电中断时的工作原理见图 3－1(b) 。 图 3－ 1（ b）市电中 断时在线式 UPS工作原理示意图 图 3－ 1（ c）市电正 常而逆变器故障时的工作原理示意图 在市电正常供电状况下， 若逆变器出现故障， 则静态开关动作转向由市电直接供电，此时的工作原理见图 3－ 1(c) 。 如果静态开关的转换是由于逆变器故障引起， UPS会发出报警信号；如果是由于过载引起，当过载消失后，静态开关重新切换回到逆变器输出端。 2在线式 UPS充电电路 虽然后备式 UPS中的恒压充电电路具有电路简单、 成本低廉等优点。 但这种充电电路使蓄电池组初期充电电流较大， 影响蓄电池的寿命。 所以在在线式 UPS中一般采用分级充电电路，即在充电初期采用恒流充电， 当蓄电池端电压达到其浮充电压后， 再采用恒压充电。在线式 UPS蓄电池的典型充电特性如图 3－ 2所示。 图 3－ 2在线式 UPS蓄电池理想充电过 程 图 3-3 小型在线式 UPS充电 电路 图3－ 3所示为某小型在线式  UPS的充电电路，该电路的工作原理如下  : 变压器将市电电压由  220V 降到 110V，经整流滤波后变成  140V 的直流电压  U1，这个 电压分成两路  : 一路由  R1降压和  V1、 V2稳压后，得到  18V 左右的电压  U2，加到集成控制器 （UC3842）的 7端，作为该控制器的辅助电源；另一路经电感  L1后加到场效应管  V3的漏极。 V3工作在开关状况，是个提升式（  BOOST）开关稳压器，当  UC3842的 6端输出一正脉冲方波 时，V3导通，电压  U1几乎都降在电压  L1上，通过  L1的电流等于漏极电流  ID，当正脉冲方波 过去后，在该脉冲的后沿激起一个反电势电压 为脉冲下降时间。 这个反电势电压的方向 与整流电压 UO=U1＋Δu  式中 : Δu 为瞬时反电势电压，Δt U1相叠加，经过二极管 V4的充电电压 UO为 : 这样，蓄电池就得到了足够的充电电压，因为 Δt和 ID 由电路参数决定，该充 电电压是固定不变的。随着电池组的充电，当其端电压提高到设定值后，再经 R7送到 RP及 R5组成的分压器上，经分压后的反馈信号送到 UC3842的输入端 2，经过该信号的控制，使 6 端输入脉冲的频率降低， 这样一来充电电压的平均值比原来减小， 于是充电的电压被稳定下 来。 电流的控制过程是这样的 : 电流的采样信号是由 V3源极上的 R10取得的，当充电电流增大时，由于对应频率的增加， V3开关频率增加，在 R10上通过电流所造成的电压平均值增大，这个增大了的电压 US经 R11、 C6平滑后送到 UC3842的 3端，使 6端输出脉冲的频率下降，从而也稳定了电流。 由上述可见， 这个充电电路实际上是个具有限流稳压功能的开关电源， 只要将额定 电压、 浮充电压、 恒流充电电流设置恰当， 就能使蓄电池的充电过程基本上沿着理想的充电 曲线进行，从而延长蓄电池的使用寿命。 3在线式 UPS逆变器 逆变器控制技术——正弦脉宽调制 正弦脉宽调制是根据能量等效原理发展起来的一种脉宽调制法，如图  3－ 4所示。 为了得到接近正弦波的脉宽调制波形， 我们将正弦波的一个周期在时间上划分成 N 等份（ N 是偶数），每一等份的脉宽都是 2π/N。在每个特定的时间间隔中，可以用一个脉冲 幅度都等于 U m、脉宽与其对应的正弦波所包含的面积相等或成比例的矩形电压脉冲来分 别代替相应的正弦波部分。 这样的 N 个宽度不等的脉冲就组成了一个与正弦波等效的脉宽调 制波形。假设正弦波的幅值为 U～ m，等效矩形波的幅值为 U m，则各等效矩形脉冲波的宽 度为 δ 式中 : βi是各时间间隔分段的中心角，也就是各等效脉冲的位置中心角。上面的公式表 明: 由能量等效法得出的等效脉冲宽度 δ 与分段中心 βi