高頻變壓器耦合的UPS變換電路的設計與研究

　　一、引言
　　
　　由整流和逆變電路組成的UPS變換電路是UPS中的關鍵組成部分。根據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，以適應不同的電壓、頻率和負載性質的要求。若用于感性負載，UPS的變換電路既要考慮到輸出交流又要考慮到負載反饋儲能的問題。這就要求能量能在四個象限范圍內實現傳輸。
　　
　　二、電路的工作原理
　　
　　高頻耦合UPS的變換電路如圖1所示。　　　　
　?、貲1~D4為整流環節，將市電整流成直流電壓Va。
　　
　?、赥1~T2為逆變環節，輸出20kHz交流電壓，其脈寬由Va和三角波VS比較來調制，如圖2（a）所示。
　　
　?、墼诿}沖間隔期間將T3導通，使變壓器T一次側短路，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。
　　
　　④T4、T5及D9~D16構成循環變流器。T4、T5輪流導通，在正半周期將高頻正弦波形整流成正方向電壓vA；在負半周期時，整流成負方向的電壓vB，如圖2（c）所示。
　　
　　⑤zui后經L4~L5與C3高頻濾波器濾波，將20kHz開關頻率的諧波濾除后，輸出50Hz正弦交流電壓vc，如圖2（d）所示　　　　
　　三、電路的運行
　　
　　負載為感性時，循環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載側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D9、T4、D12流出，輸出功率。t0~t1期間（第Ⅱ象限）v0為正，i0為負，電流可經D10、T4、D11流入，負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，T4、T5必須有一個短時共態導通時間△，這段時間內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時，電源電壓較高的一相開始導通后，電源電壓使該相電流逐漸增大，迫使原來導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時，換向過程與整流狀態時相同，但為了獲得較大的負電壓，逆變控制時間β應盡量減小到接近于換流時間γ。若β＜γ，在變壓器電動勢e2不等于零的時期內不能完成電流換向，只能等到晶體管關斷時自換向，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、T5兩管的共態導通時間△應與換流時間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%，輸出電壓穩定度約為2%。