1.UPS系統(tǒng)基本組成

        傳統(tǒng)工頻UPS系統(tǒng)一般UPS主要包括由整流模塊(REC)和逆變模塊(INV)、旁路靜態(tài)開關(guān)和逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出隔離變壓器、蓄電池組以及輸入輸出配電開關(guān)等組成，開關(guān)是主路輸入空開、旁路輸入空開、維修旁路空開、輸出空開以及蓄電池開關(guān)等。系統(tǒng)組成如圖1-1所示，其中，空氣斷路器Q1控制主路交流電源輸入，整流模塊將交流電源變成直流電源，逆變模塊進(jìn)行DC/AC變換，將整流模塊和蓄電池提供的直流電源變換成交流電源，經(jīng)過隔離變壓器輸出。蓄電池組在交流停電時(shí)通過逆變向負(fù)載供電。輸入電源也可以通過旁路靜態(tài)開關(guān)從旁路回路向負(fù)載供電，另外對(duì)負(fù)載供電不間斷而對(duì)UPS內(nèi)部進(jìn)行維修時(shí)，可使用維修旁路開關(guān)Q3。

2. Buck-Boost電路介紹

工作過程：

1. 當(dāng)功率管導(dǎo)通時(shí)，等效如圖a，二極管D截止，電感L儲(chǔ)能，感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，電容用自己儲(chǔ)能向負(fù)載放電。

2. 當(dāng)功率管截止時(shí)，等效如圖b，二極管D導(dǎo)通，電感中電流不能反向，電感兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)為下正上負(fù)。電感儲(chǔ)能向電容充電和向負(fù)載放電。

3. 控制電路根據(jù)輸出電壓和電流的變化，控制功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，就可以控制輸出電壓的大小。

2.2  UPS中典型PFC主功率模塊圖

APFC技術(shù)的核心是引進(jìn)電壓和電流反饋，以構(gòu)成一個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)穩(wěn)定輸出電壓，內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入電流調(diào)控和整形，使之成為與電壓同相位的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，以提高入端功率因數(shù),例圖說明其主要功能：市電供電時(shí)作整流升壓電路，并進(jìn)行輸入功率因數(shù)校正；電池供電時(shí)作DC/DC升壓，PFC模塊電路工作原理圖如：

工作原理：主電路采用PFC主電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼作電池供電時(shí)的DC/DC升壓主電路。正負(fù)半周分別控制。控制電路由硬件構(gòu)成，一般采用PFC專用芯片UC3854AN。

市電輸入正半周時(shí)，上部分正半周PFC電路工作；市電輸入負(fù)半周時(shí)，下部分負(fù)半周PFC電路工作，在UC3854AN芯片內(nèi)部電流環(huán)的調(diào)節(jié)下，輸入電流跟蹤輸入電壓呈正弦波形，且與輸入電壓同相； 在UC3854AN芯片內(nèi)部電壓環(huán)的調(diào)節(jié)下，使輸出電壓穩(wěn)定電壓。

電池輸入時(shí)，正半周PFC電路工作在直流BOOST電路狀態(tài)；負(fù)半周電路工作在BUCK/BOOST電路狀態(tài)。使輸出電壓仍穩(wěn)定電壓不變。

3.整流器基本原理

3.1三相全橋整流

對(duì)于中大功率UPS，早期一般采用晶閘管整流電路完成整流，該變換器由于輸入電流不連續(xù)，功率因數(shù)較低，需要輸入側(cè)加LC二階濾波器以濾除電流諧波，這就增加了變換器的體積及成本，另一種形式采用IGBT及功率二極管組成Vienna整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)確保輸入的高功率因數(shù)。SCR整流電路一般有6脈沖和12脈沖整流。如圖3-6為SCR整流原理示意圖及采用三相SCR全橋整流電路6脈沖整流器圖，SCR觸發(fā)脈沖順序：1－2－3－4－5－6－1。

圖3-1 6脈沖SCR全橋整流原理圖

   12脈沖整流器采用了兩個(gè)6脈沖整流器，其中一個(gè)6脈沖整流器的輸入經(jīng)過了一個(gè)30度移相的移相變壓器。如圖3-2所示，圖中“負(fù)載”所指為“電池及逆變器”。

4. 逆變器基本原理

4.1  SPWM波

       UPS逆變輸出功率管的控制方式一般采用SPWM（正弦波脈沖寬度調(diào)制）方式；它用調(diào)整脈沖寬度和控制占空比的方法來(lái)達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定。如圖4-1為SPWM波產(chǎn)生過程。

4.2 全橋逆變

   原理工作過程，逆變電路在SPWM信號(hào)的控制下兩主功率管互補(bǔ)導(dǎo)通，這樣在橋臂中點(diǎn)得到如圖4-2所示寬度變化、幅值相同的正負(fù)極性方波。此波經(jīng)LC濾波器濾除高次諧波后即可輸出正弦波，全橋逆變電路如下圖所示：

5.靜態(tài)開關(guān)

UPS的旁路和逆變輸出支路分別接有靜態(tài)開關(guān)。靜態(tài)開關(guān)是有兩個(gè)正反向并接的晶閘管組成，如圖5-1所示，它使負(fù)載既可以連接到逆變器的輸出又可以連接旁路電源上。在正常情況下，負(fù)載由逆變器供電，此時(shí)逆變器側(cè)的靜態(tài)開關(guān)閉合；但出現(xiàn)過載或逆變器故障時(shí)，靜態(tài)旁路開關(guān)自動(dòng)將負(fù)載切換到旁路電源。

6. UPS系統(tǒng)常見工作模式介紹

6.1  正常工作模式

在主路市電正常時(shí)，UPS一方面通過整流器、逆變器給負(fù)載提供高品質(zhì)交流電源；另一方面通過整流器為電池充電，將能量?jī)?chǔ)存在電池中。 AC輸入經(jīng)過整流器由AC變換成DC電壓，再經(jīng)逆變器由DC變換成AC輸出，經(jīng)由兩級(jí)變換以后，能得到精度和質(zhì)量都較好的輸出電壓，可以防止輸入諧波、毛刺、電壓瞬變等干擾影響負(fù)載；同時(shí)整流后的母線通過充電器為電池充電原理框圖見圖6-1。

6.2  電池工作模式

當(dāng)UPS正常工作，整流器AC輸入電壓發(fā)生異常時(shí)，UPS系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)間斷地切換到電池工作模式，由電池通過逆變器輸出交流電向負(fù)載供電。市電恢復(fù)后系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)間斷地恢復(fù)到正常工作模式。原理框圖見圖6-2。