剖析UPS電源整流器的工作原理

1、OFweek電源網(wǎng) -中國電源門戶剖析UPS電源整流器的工作原理現(xiàn)代的整流充電器分降壓型和升壓型兩種，降壓型主要用于UPS電池組電壓低于輸入交流峰值電壓一定值的情況，而升壓型主要用于ups電池組電壓高于輸入交流峰值電壓的情況。一、 輸入配電系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的UPS供電系統(tǒng)中，輸入電路一個最重要的指標就是輸入功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)低會造 成成下面的不利影響：(1)導(dǎo)致輸入供電線路上各環(huán)節(jié)的早期老畫輸入功率因數(shù)低的原因是輸入諧波電流成分含量大，諧波電流經(jīng)過輸入電纜時，使電纜產(chǎn)生附加發(fā)熱量，導(dǎo)致電纜外皮材料長期發(fā)熱、變軟、變脆、變酥、變碎；諧波電流經(jīng)過車入斷路器 (開關(guān))時，開關(guān)出點由于長期發(fā)熱而導(dǎo)致

2、接觸不良，一個正反饋的效應(yīng)是開關(guān)過早時效；諧波電流經(jīng)過輸入保險絲時，由于長期的附加發(fā)熱而導(dǎo)致熔絲變軟、下垂 (使整個保險絲粗細變得不均與 卜自然斷裂而引起斷電。(2)不能充分利用輸入功率由于輸入功率中含有大量的無功分量，有功功率被吸收，無功功率在電纜中往復(fù)流動，使正常的有效 電流通道變窄，由于線路的“擁擠”而使單位截面積傷的電流密度加大，功耗加大。根據(jù)歐姆定律。導(dǎo)線 上的功耗P為P=I2R由上式可以看出，線路上的功耗和電流I的平方值成正比，與導(dǎo)線的電阻R成正比，而發(fā)熱量又是功耗 P和時間T的函數(shù)，即Q=0.24Pt這樣一個長期效應(yīng)造成了電力的浪費。(3)對供電電網(wǎng)產(chǎn)生干擾輸入電路是可控硅(閘流

3、管)整流器時，由于可控硅的開啟往往伴隨著高壓電和大電流，不但破壞了輸入 電壓波形，而且還形成很強的傳到干擾和輻射干擾，應(yīng)系那個了同一線路上其他用電設(shè)備的正常運行。(4)使前置發(fā)電機的裝機功率成幾倍增大輸入功率因數(shù)低(一般未經(jīng)補償?shù)闹禐楣β视脝蜗喽O管整流器的0.6,較大功率用三相可控硅全波整流6脈沖整流的0.8),可導(dǎo)致前置發(fā)電機的裝機功率至少3倍于UPS的額定功率。二、工頻整流器與高頻整流器由前面的討論可以看出，UPS輸入功率因數(shù)低的主要原因在于輸入部分的電路結(jié)構(gòu)和工作方式。現(xiàn)代的整流充電器分降壓型和升壓型兩種，降壓型主要用于UPS電池組電壓低于輸入交流峰值電壓一定值的情況，而升壓型主要用于

4、 UPS電池組電壓高于輸入交流峰值電壓的情況。1 .工頻降壓整流器降壓整流器有工頻和高頻之分，而工頻又有穩(wěn)壓和不穩(wěn)壓之分。下面以UPS中應(yīng)用最廣的穩(wěn)壓工頻電路為例進行討論。一般采用三相整流，是因為三相整流的脈動系數(shù)和紋波系數(shù)都低。一個三相可控硅全橋 整流電路中用了 6只可控硅整流器，需要 6個脈沖進行分別控制，也俗稱其為6脈沖整流。三相全橋整流電路是按線電壓工作的，在市電為額定值380V/220V時的最高整數(shù)流出電壓可達到UDC=380VX，2=537V一般電池組額定電壓為 12Vx 32只=384V的浮充電壓（約438V）已足夠了。由于這種電路是按照市電的頻 率（所謂工頻）節(jié)奏而工作的，成為

5、工頻整流器。由于可控硅的電流容量和耐壓都可以做的很高，因此它在中 大功率傳統(tǒng)雙變換 UPS中得到了廣泛的應(yīng)用。 又由于這種電路整流器件的開啟 （相位）是可控的，因此它就具 有了輸出穩(wěn)壓的功能。但這個輸出穩(wěn)壓的功能不能作為輸入市電大范圍變化的根據(jù)，原因是可控硅存在著 在一定條件下失控的隱患。例如，一個電池組額定電壓為384V,在正常情況下的浮充電壓低于440V,如果認為及時是電線電壓額定值Un上升到135%Un時也可保證整流電壓低于450V,就可把這時的輸入電壓 （135%Un）作為改UPS的優(yōu)點提供給用戶，就會給用戶的使用埋下隱患。當然，按照相控原理，即使輸入市電電壓上升到150%Un,在正常

6、情況下也可使電池浮充電壓穩(wěn)定在440V以下，但萬一在135%Un時可控硅失控，這時可控硅整流器就變成了普通二極管整流器，此時的輸出整流電壓UDC就變成了UDC=380VX 1.35Xa/2=725V這時就出現(xiàn)了兩個危險情況：一種情況是，整流器后面的濾波電容是否可耐此高壓，否則必炸無疑；另一種情況是，原來 12V一節(jié)的電池，現(xiàn)在變?yōu)槊抗?jié)電壓UB=725/32=2.6V,這就意味著電池也因此而報廢！甚至還會帶來其他的危險，如因電池炸裂而噴出的硫酸傷人和傷物。另一方面，由于6脈沖整流電路的工作是脈沖式的，對市電輸入電壓博興的破壞作用非常顯著，使輸 入電流諧波成分達到 30%以上，輸入功率因數(shù)僅為 0

7、.8左右，為了實現(xiàn)“綠色”電源的目標，還必須進行功 率因數(shù)校正。采用普通二極管的整流器就不具備穩(wěn)壓功能，它一般用于小功率UPS電路中，充電器另外設(shè)置。2 .高頻降壓整流器在一般小功率 UPS電源中，為了簡化電路的復(fù)雜程度而采用了二極管整流器，但二極管整流器無穩(wěn)壓 功能，為了濾波電容和逆變器的安全，有的采用了BUCK型高頻降壓整流器。BUCK降壓）型高頻降壓整流器工作原理：控制信號以高頻脈沖（一般式20kHz的固定脈沖寬度）加到開關(guān)功率管的控制極，當一個控制脈沖到來時，VT打開，電流由整流器二極管經(jīng) VT流向負載和濾 波電容，這是電感 L儲能;控制信號結(jié)束后，VT截至，電感L產(chǎn)生的反電勢繼續(xù)維持原來的電流流向?qū)⒋迥?/p>