高頻變壓器耦合的UPS變換電路的設(shè)計(jì)與研究

　　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(chǔ)能的問(wèn)題。這就要求能量能在四個(gè)象限范圍內(nèi)實(shí)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。　　　　
　　①D1~D4為整流環(huán)節(jié)，將市電整流成直流電壓Va。
　　
　　②T1~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(lái)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(shí)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。
　　
　　④T4、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(shí)，整流成負(fù)方向的電壓vB，如圖2（c）所示。
　　
　　⑤zui后經(jīng)L4~L5與C3高頻濾波器濾波，將20kHz開(kāi)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　　　　
　　三、電路的運(yùn)行
　　
　　負(fù)載為感性時(shí)，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(shí)間里將負(fù)載側(cè)的儲(chǔ)能反饋至變壓器，即能在四個(gè)象限里運(yùn)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(chǔ)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(gè)短時(shí)共態(tài)導(dǎo)通時(shí)間△，這段時(shí)間內(nèi)一個(gè)晶體管電流減小，另一個(gè)晶體管電流增大，進(jìn)行換流。此時(shí)，變壓器的電流和磁勢(shì)要進(jìn)行換向。
　　
　　在第Ⅰ、Ⅲ象限電路處于整流狀態(tài)時(shí)，電源電壓較高的一相開(kāi)始導(dǎo)通后，電源電壓使該相電流逐漸增大，迫使原來(lái)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(shí)，換向過(guò)程與整流狀態(tài)時(shí)相同，但為了獲得較大的負(fù)電壓，逆變控制時(shí)間β應(yīng)盡量減小到接近于換流時(shí)間γ。若β＜γ，在變壓器電動(dòng)勢(shì)e2不等于零的時(shí)期內(nèi)不能完成電流換向，只能等到晶體管關(guān)斷時(shí)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(guò)程中，變壓器漏感將產(chǎn)生較大的尖峰電壓，使過(guò)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(shí)間△應(yīng)與換流時(shí)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%。