典型電力電子裝置介紹

第8章典型電力電子裝置介紹

8.1開(kāi)關(guān)電源8.2UPS不間斷電源8.3有源功率因數(shù)校正器8.1開(kāi)關(guān)電源

8.1.1開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理

1．線性穩(wěn)壓電源的工作原理及其特點(diǎn)穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。電子技術(shù)課程中所介紹的直流穩(wěn)壓電源一般是線性穩(wěn)壓電源,它的特點(diǎn)是起電壓調(diào)整功能的器件始終工作在線性放大區(qū)，其原理框圖如圖8-1所示,由50Hz工頻變壓器、整流器、濾波器和串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器組成。

圖8-1線性穩(wěn)壓電源

它的基本工作原理為：工頻交流電源經(jīng)過(guò)變壓器降壓、整流、濾波后成為一穩(wěn)定的直流電。圖8-1中其余部分是起電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的控制部分。電源接上負(fù)載后，通過(guò)采樣電路獲得輸出電壓，將此輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓，則將誤差值經(jīng)過(guò)放大電路放大后送入調(diào)節(jié)器的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使輸出電壓增加，直到與基準(zhǔn)值相等；如果輸出電壓大于基準(zhǔn)電壓，則通過(guò)調(diào)節(jié)器使輸出減小。

這種穩(wěn)壓電源具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，但同時(shí)存在以下缺點(diǎn)：

(1)輸入采用50Hz工頻變壓器，體積龐大。(2)電壓調(diào)整器件（如圖8-1所示的三極管）工作在線性放大區(qū)內(nèi)，損耗大，效率低。(3)過(guò)載能力差。

2．開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)關(guān)電源，這種電源中，起電壓調(diào)整，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制功能的器件始終以開(kāi)關(guān)方式工作。圖8-2所示為輸入輸出隔離的開(kāi)關(guān)電源原理框圖。

圖8-2開(kāi)關(guān)電源的基本框圖

其主電路的工作原理為：50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓首先經(jīng)EMI防電磁干擾的電源濾波器濾波（這種濾波器主要濾除電源的高次諧波），直接整流濾波（不經(jīng)過(guò)工頻變壓器降壓，濾波電路主要濾除整流后的低頻脈動(dòng)諧波），獲得一直流電壓；然后再將此直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十或數(shù)百千赫的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過(guò)高頻變壓器隔離并降壓（或升壓）后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。

控制電路的工作原理是：電源接上負(fù)載后，通過(guò)取樣電路獲得其輸出電壓，將此電壓與基準(zhǔn)電壓做比較后，將其誤差值放大，用于控制驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開(kāi)關(guān)管的占空比，使輸出電壓升高（或降低），以獲得一穩(wěn)定的輸出電壓。

3．開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的控制原理

開(kāi)關(guān)電源中，變換電路起著主要的調(diào)節(jié)穩(wěn)壓作用，這是通過(guò)調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)管的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期為T(mén)，在一個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)通時(shí)間為ton，則占空比定義為D＝ton／t。在開(kāi)關(guān)電源中，改變占空比的控制方式有兩種，即脈沖寬度調(diào)制（PWM）和脈沖頻率調(diào)制（PWF）。在脈沖寬度控制中，保持開(kāi)關(guān)頻率（開(kāi)關(guān)周期T）不變，通過(guò)改變ton來(lái)改變占空比D，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的，即D越大，濾波后輸出電壓也就越大；D越小，濾波后輸出電壓越小,如圖8-3所示。圖8-3PWM控制方式

頻率率控控制制方方式式中中，，保保持持導(dǎo)導(dǎo)通通時(shí)時(shí)間間ton不變變，，通通過(guò)過(guò)改改變變頻頻率率（（即即開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)周周期期T）而達(dá)達(dá)到到改改變變占占空空比比的的一一種種控控制制方方式式。。由由于于頻頻率率控控制制方方式式的的工工作作頻頻率率是是變變化化的的，，造造成成后后續(xù)續(xù)電電路路濾濾波波器器的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)比較較困困難難，，因因此此，，目目前前絕絕大大部部分分的的開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)電電源源均均采采用用PWM控制制。。4．開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)穩(wěn)穩(wěn)壓壓電電源源的的特特點(diǎn)點(diǎn)開(kāi)關(guān)關(guān)穩(wěn)穩(wěn)壓壓電電源源具具有有如如下下的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：(1)功耗小小、效效率率高。。開(kāi)關(guān)管管中的的開(kāi)關(guān)關(guān)器件件交替替工作作在導(dǎo)導(dǎo)通—截止—導(dǎo)通的的開(kāi)關(guān)關(guān)狀態(tài)態(tài)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換速速度快快，這這使使得功功率損損耗小小，電電源的的效率率可以以大幅幅度提提高，，可達(dá)達(dá)90％～95％。(2)體積小小、重重量輕輕。開(kāi)關(guān)電電源效效率高高，損損耗小小，可可以省省去較較大體體積的的散熱熱器；；用用起隔隔離作作用的的高頻頻變壓壓器取取代工工頻變變壓器器，可可大大大減小小體積積，降降低重重量；；因?yàn)闉殚_(kāi)關(guān)關(guān)頻率率高，，輸出出濾波波電容容的容容量和和體積也可可大為為減小小。(3)穩(wěn)壓范范圍寬寬。開(kāi)關(guān)電電源的的輸出出電壓壓由占占空比比來(lái)調(diào)調(diào)節(jié)，，輸入入電壓壓的變變化可可以通通過(guò)占占空比比的大大小來(lái)來(lái)補(bǔ)償償。這這樣，，在工工頻電電網(wǎng)電電壓變變化較較大時(shí)時(shí)，它它仍仍能保保證有有較穩(wěn)穩(wěn)定的的輸出出電壓壓。(4)電路形形式靈靈活多多樣。。設(shè)計(jì)者者可以以發(fā)揮揮各種種類(lèi)型型電路路的特特長(zhǎng)，，設(shè)設(shè)計(jì)出出能滿(mǎn)滿(mǎn)足不不同應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)場(chǎng)合的的開(kāi)關(guān)關(guān)電源源。開(kāi)關(guān)電電源的的缺點(diǎn)點(diǎn)主要要是存存在開(kāi)開(kāi)關(guān)噪噪聲干干擾。。在開(kāi)關(guān)關(guān)電源源中，，開(kāi)關(guān)關(guān)器件件工作作在開(kāi)開(kāi)關(guān)狀狀態(tài)，，它產(chǎn)產(chǎn)生的的交流流電壓壓和電電流會(huì)會(huì)通過(guò)過(guò)電路路中的的其它它元器器件產(chǎn)產(chǎn)生尖尖峰干干擾和和諧振振干擾擾，對(duì)對(duì)這些些干擾擾如果果不采采取一一定的的措施施進(jìn)行行抑制制、消消除和和屏蔽蔽，就就會(huì)嚴(yán)嚴(yán)重影影響整整機(jī)正正常工工作。。此外外，這這些干干擾還還會(huì)串串入工工頻電電網(wǎng)，，使電電網(wǎng)附附近的的其它它電子子儀器器、設(shè)設(shè)備和和家用用電器器受到到干擾擾。因因此，，設(shè)計(jì)計(jì)開(kāi)關(guān)關(guān)電源源時(shí)，，必須須采取取合理理的措措施來(lái)來(lái)抑制制其本身產(chǎn)產(chǎn)生的的干擾擾。8.1.2隔離式式高頻頻變換換電路路在開(kāi)關(guān)關(guān)穩(wěn)壓壓電源源的主主電路路中，，調(diào)頻頻變換換電路路是核核心部部分，，其其電路路形式式多種種多樣樣，下下面介介紹輸輸入輸輸出隔隔離的的開(kāi)關(guān)關(guān)電源源常用用的幾幾種高高頻變變換電電路的的結(jié)構(gòu)構(gòu)和工工作原原理。。1．正激式式變換換電路路（Forward）所謂正正激式式變換換電路路，是是指開(kāi)開(kāi)關(guān)電電源中中的變變換器器不僅僅起著著調(diào)節(jié)節(jié)輸出出電壓壓使其其穩(wěn)定定的作作用，，還作作為振振蕩器器產(chǎn)生生恒定定周期期T的方波波，后后續(xù)續(xù)電路路中的的脈沖沖變壓壓器也也具有有振蕩蕩器的的作用。該電路路的結(jié)結(jié)構(gòu)如如圖8-4（a）所示。。工頻頻交流流電源源通過(guò)過(guò)電源源濾波波器、、整流流濾波波器后后轉(zhuǎn)換換成該該圖中中所示示的直直流電電壓Ui；V1為功率率開(kāi)關(guān)關(guān)管，，多為為絕緣緣柵雙雙極型型晶體體管IGBT（其基極極的驅(qū)驅(qū)動(dòng)電電路圖圖中未未畫(huà)出出）；；TR為高頻頻變壓壓器；；L和C1組成LC濾波器器；二二極管管VD1為半波波整流流元件件，VD2為續(xù)流流二極極管；；RL為負(fù)載載電阻阻；Uo為輸出出穩(wěn)定定的直直流電電壓。。當(dāng)當(dāng)控控制電電路使使V1導(dǎo)通時(shí)時(shí)，變變壓器器原、、副邊邊均有有電壓壓輸出出且電電壓方方向與與圖示示參考考方向向一致致，所所以二二極管管VD1導(dǎo)通，，VD2截止，，此此時(shí)電電源經(jīng)經(jīng)變壓壓器耦耦合向向負(fù)載載傳輸輸能量量，負(fù)負(fù)載上上獲得電電壓，，濾波波電感感L儲(chǔ)能。。當(dāng)控制制電路路使V1截止時(shí)時(shí)，變變壓器器原、、副邊邊輸出出電壓壓為零零。此此時(shí)時(shí)，變變壓器器原邊邊在V1導(dǎo)通時(shí)時(shí)儲(chǔ)存存的能能量經(jīng)經(jīng)過(guò)線線圈N3和二極極管VD3反送回回電源源。變變壓器器的副副邊由由于輸輸出電電壓為為零，，所以以二極極管VD1截止，，電感感L通過(guò)二二極管管VD2續(xù)流并并向負(fù)負(fù)載釋釋放能能量，，由于于電容容C1的濾波作用用，此此時(shí)負(fù)負(fù)載上上所獲獲得的的電壓壓保持持不變變，其其輸出出電壓壓為式中k為變壓壓器的的變壓壓比，，D為方波波的占占空比比,N1,N2為變壓壓器原原、副副邊繞繞組的的匝數(shù)數(shù)。由上上式可可看出出，輸輸出電電壓Uo僅由電電源電電壓Ui和占空空比D決定。。圖8-4正激變變換電電路(a)原理圖圖；(b)開(kāi)關(guān)管管驅(qū)動(dòng)動(dòng)波形形；(c)VF波形2．半半橋變變換電電路半橋變變換電電路又又可稱(chēng)稱(chēng)為半半橋逆逆變電電路，，如圖圖8-5（a）所示。。工工頻交交流電電源通通過(guò)電電源濾濾波器器、整整流濾濾波器器后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成圖中中所示示的直直流電電壓Ui；V1、V2為功率率開(kāi)關(guān)關(guān)管IGBT；TR為高頻頻變壓壓器，，L、C3組成LC濾波電電路，，二極極管VD3、VD4組成全全波整流元元件。。圖8-5半橋變變換電電路及及波形形(a)電路；；(b)波形半橋變變換電電路的的工作作原理理：兩兩個(gè)輸輸入電電容C1、C2的容量量相同同，其其中中A點(diǎn)的電電壓UA是輸入入電壓壓Ui的一半半，即即有UC1＝UC2＝Ui／2。開(kāi)關(guān)管管V1和V2的驅(qū)動(dòng)動(dòng)信號(hào)號(hào)分別別為ug1和ug2，由控制制電路路產(chǎn)生生兩個(gè)個(gè)互為為反相相的PWM信號(hào)，，如圖圖8-5（b）所示。。當(dāng)ug1為高電平平時(shí)，ug2為低電平平，V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷。電電容C1兩端的電電壓通過(guò)過(guò)VD1施加在高高頻變壓壓器的原原邊，此此時(shí)uV1＝Ui／2，在V1和V2共同關(guān)斷斷期間，，原邊繞繞組上的的電壓為為零，即即uV1＝0。當(dāng)ug2為高電平平期間，，V2導(dǎo)通，V1關(guān)斷，電電容C2兩端的電電壓施加加在高頻頻變壓器器的原邊邊，此此時(shí)uV1＝-Ui／2。其波形如如圖8-5（b）所示?？煽梢钥闯龀?，在一一個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)周期T內(nèi)，變壓壓器上的的電壓分分別為正正、負(fù)負(fù)、零零值，這這一點(diǎn)點(diǎn)與正激激變換電電路不同同。為了了防止開(kāi)開(kāi)關(guān)管V1、V2同時(shí)導(dǎo)通通造成電電源短路路，驅(qū)動(dòng)動(dòng)信號(hào)ug1、ug2之間必須須具有一一定的死死區(qū)時(shí)間間，即二二者同時(shí)時(shí)為零的的時(shí)間。。當(dāng)uV1＝Ui／2時(shí)，變壓壓器副邊邊所接二二極管VD3導(dǎo)通，VD4截止，整整流輸出出電壓的的方向與與圖示Uo方向相同同；當(dāng)uV1＝-Ui／2時(shí)，二極極管VD4導(dǎo)通，VD3截止，整整流輸出出電壓的的方向也也與圖示示Uo方向相同同；在二二極管VD3、VD4導(dǎo)通期間間，電電感L開(kāi)始儲(chǔ)能能。在開(kāi)開(kāi)關(guān)管V1、V2同時(shí)截止止期間，，雖然變變壓器副副邊電壓壓為零，，但此時(shí)時(shí)電感L釋放能量量，又由由于電容容C3的作用使使輸出電壓恒定定不變。。半橋變換換電路的的特點(diǎn)為為，在一一個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)周期T內(nèi)，前半半個(gè)周期期流過(guò)高高頻變壓壓器的電電流與后后半個(gè)周周期流過(guò)過(guò)的電流流大小相相等，方方向相反反，因此此，變壓壓器的磁磁芯工作作在磁滯滯回線B—H的兩端，，磁芯得得到充分分利用。。在一個(gè)個(gè)開(kāi)關(guān)管管導(dǎo)通時(shí)時(shí)，處于于截止?fàn)顮顟B(tài)的另另一個(gè)開(kāi)開(kāi)關(guān)管所所承受的的電壓與與輸入電電壓相等等，開(kāi)關(guān)關(guān)管由導(dǎo)導(dǎo)通轉(zhuǎn)為為關(guān)斷的的瞬間，，漏感引引起的尖尖峰電壓壓被二極極管VD1或VD2箝位，因因此開(kāi)關(guān)關(guān)管所承承受的電電壓絕對(duì)對(duì)不會(huì)超超過(guò)輸入入電壓，，二極管管VD1、VD2還作為續(xù)續(xù)流二極極管具有有續(xù)流作作用，施施加在在高頻變變壓器上上的電壓壓只是輸輸入電壓壓的一半半。欲得得到與下下面將介介紹的全全橋變換換電路相相同的輸輸出功率率，開(kāi)關(guān)關(guān)管必須須流過(guò)兩兩倍的電電流，因因此半橋橋式電路路是通過(guò)過(guò)降壓擴(kuò)擴(kuò)流來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)大功功率輸出出的。另另外，驅(qū)驅(qū)動(dòng)信號(hào)號(hào)ug1和ug2需要彼此此隔離的的PWM信號(hào)。3．全橋橋變換電電路將半橋電電路中的的兩個(gè)電電解電容容C1和C2換成另外外兩只開(kāi)開(kāi)關(guān)管，，并配配上相應(yīng)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路即即可組成成圖8-6所示的全全橋電路路。圖8-6全橋變換換電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)號(hào)ug1與ug4相同，ug2與ug3相同，而而且ug1、ug4與ug2、ug3互為反相相。其工工作原理理如下：：當(dāng)ug1與ug4為高電平平，ug2與ug3為低電平平時(shí)，開(kāi)開(kāi)關(guān)管V1和V4導(dǎo)通，V2和V3關(guān)斷，電電源電壓壓通過(guò)V1和V4施加在高高頻變壓壓器的原原邊，此此時(shí)變壓壓器原邊邊電壓為為uV1＝Ui。當(dāng)ug1和ug4為低電平平，ug2與ug3為高電平平時(shí)，開(kāi)開(kāi)關(guān)管V2和V3導(dǎo)通，V1、V4關(guān)斷，變變壓器原原邊電壓壓為uV1＝-Ui。與半橋電電路相比比，初級(jí)級(jí)繞組上上的電壓壓增加了了一倍，，而每每個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)管的耐耐壓仍為為輸入電電壓。圖8-6中變壓器器副邊所所接二極極管VD5、VD6為整流二二極管，，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)全波整整流。電電感L、電容C組成LC濾波電路路，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)整流流輸出電電壓的濾濾波。開(kāi)關(guān)管V1、V2、V3和V4的集電極極與發(fā)射射極之間間反接有有箝位二二極管VD1、VD2、VD3和VD4，由于這些些箝位二二極管的的作用，，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)管從導(dǎo)導(dǎo)通到截截止時(shí)，，變壓器器初級(jí)磁磁化電流流的能量量以及漏漏感儲(chǔ)能能引起的的尖峰電電壓的最最高值不不會(huì)超過(guò)過(guò)電源電電壓Ui，同時(shí)還可可將磁化化電流的的能量反反饋給電電源，從從而提高高整機(jī)的的效率。。全橋變變換電路路適用于于數(shù)百瓦瓦至數(shù)千千瓦的開(kāi)開(kāi)關(guān)電源源。除了了上述變變換電路路外，常常用的隔隔離型高高頻電路路還有反反激型變變換電路路、推挽挽型變換換電路和和雙正激型變變換電路路。8.1.3開(kāi)關(guān)電源源的應(yīng)用用圖8-7直流操作作電源電電路(a)主電路圖8-7直流操作作電源電電路(b)控制電路路1．交流進(jìn)進(jìn)線EMI濾波器電磁干擾EMI為英文ElectroMagneticInterference的縮寫(xiě)。為為了防止開(kāi)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)產(chǎn)生的噪聲聲進(jìn)入電網(wǎng)網(wǎng)或者防止止電網(wǎng)的噪噪聲進(jìn)入開(kāi)開(kāi)關(guān)電源內(nèi)內(nèi)部，干擾擾開(kāi)關(guān)電源源的正常工工作，必須須在開(kāi)關(guān)電電源的輸入入端施加EMI濾波器，有有時(shí)又稱(chēng)此此濾波器為為電源濾波波器，用于于濾除電源源輸入輸出出中的高頻頻噪聲（150kHz～30MHz）。圖8-8給出了一種種常用的高高性能EMI濾波器，該濾波波器能同時(shí)時(shí)抑制共模模和差模干干擾信號(hào)。。圖8-8交流進(jìn)線EMI濾波器該圖中A、N間為電源的的相電壓，，G為電源的接接地線。Cc1、Cc2和Lc構(gòu)成的低通通濾波器用用來(lái)抑制共共模干擾信信號(hào)。所謂謂共模干擾擾信號(hào)，通通常是指與與電源電壓壓并聯(lián)且極極性相同的的干擾信號(hào)號(hào)。由于電電源干擾信信號(hào)的頻率率遠(yuǎn)大于工工頻50Hz，因此它們通通過(guò)電容Cc1、Cc2接入地消除除干擾。其中Lc為磁芯電感感，它與普普通電感相相比具有體體積小、電電感值大的的特點(diǎn)，在在此電路中中稱(chēng)為共模模電感，其其兩組線圈圈的匝數(shù)相相等，繞向向相反。共共模干擾信信號(hào)的極性性相同，在在Lc產(chǎn)生很大的的阻抗，從從而抑制共共模信號(hào)進(jìn)進(jìn)入后續(xù)整整流電路。。對(duì)于極性性相反，串串接在電源源內(nèi)的差模模干擾信號(hào)號(hào)，Lc產(chǎn)生的阻抗抗為零，則則由Cd1、Ld組成低通濾波器來(lái)抑抑制干擾信信號(hào)。2．啟動(dòng)浪浪涌抑制電電路開(kāi)啟電源時(shí)時(shí)，由于將將對(duì)濾波電電容C1和C2充電，接通通電源瞬間間電容相當(dāng)當(dāng)于短路，，因而會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生很大的的浪涌電流流，其大小小取決于啟啟動(dòng)時(shí)的交交流電壓的的相位和輸輸入濾波器器的阻抗。。抑制啟動(dòng)動(dòng)浪涌電流流最簡(jiǎn)單的的辦法是在在整流橋的的直流側(cè)和和濾波電容容之間串聯(lián)聯(lián)具有負(fù)溫溫度系數(shù)的的熱敏電阻阻。啟動(dòng)時(shí)時(shí)電阻處于于冷態(tài)，呈呈現(xiàn)較大的的電阻，從從而可抑制制啟動(dòng)電流流。啟動(dòng)后后，電阻溫溫度升高，，阻值降低低，以保證證電源具有有較高的效效率。雖然然啟動(dòng)后電電阻已較小小，但電阻阻在電源工工作的過(guò)程程中仍具有有一定的損損耗，降低低了電源的的效率，因因此，該方方法只適合合小功率電電源。對(duì)于大功率率電路，將將上述熱敏敏電阻換成成普通電阻阻，同時(shí)在在電阻的兩兩端并接晶晶閘管，電電源啟動(dòng)時(shí)時(shí)晶閘管關(guān)關(guān)斷，由電電阻限制啟啟動(dòng)浪涌電電流。濾波波電容的充充電過(guò)程完完成后，觸觸發(fā)晶閘管管，使之導(dǎo)通通，從而既既達(dá)到了短短接電阻降降低損耗的的目的，又又可限制啟啟動(dòng)浪涌電電流。3．輸出控控制電路控制電路是是開(kāi)關(guān)電源源的核心，，它決定開(kāi)開(kāi)關(guān)電源的的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定定性。該開(kāi)開(kāi)關(guān)電源采采用雙閉環(huán)環(huán)控制方式式，如圖8-9所示。電壓壓環(huán)為外環(huán)環(huán)控制，起起著穩(wěn)定輸輸出電壓的的作用。電電流環(huán)為內(nèi)內(nèi)環(huán)控制，，起穩(wěn)定輸輸出電流的的作用。交交流電源經(jīng)經(jīng)過(guò)電源濾濾波、整流流再次濾波波后得到電電壓的給定定信號(hào)UOG，輸出電壓經(jīng)經(jīng)過(guò)取樣電電路獲得一一反饋電壓壓UOF。UOF通過(guò)反饋電電路送到給給定端與給給定信號(hào)UOG比較，誤差差信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)節(jié)后形成輸輸出電感電電流的給定定信號(hào)IOG。將IOG與電感電流流的反饋信信號(hào)IOF比較，其誤誤差信號(hào)經(jīng)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)節(jié)后送入PWM控制器SG3525，然后與控制器內(nèi)部部三角波比比較形成PWM信號(hào),該信號(hào)再通通過(guò)驅(qū)動(dòng)電電路去驅(qū)動(dòng)動(dòng)變換電路路中的IGBT。圖8-9直流開(kāi)關(guān)電電源控制系系統(tǒng)原理框框圖如果輸出電電壓因種種種原因在給給定電壓沒(méi)沒(méi)有改變的的情況下有有所降低，，即反饋電電壓UOF小于給定電電壓UOG，則電壓調(diào)節(jié)節(jié)器將誤差差放大后使使輸出電壓壓升高，即即電感電流流的給定IOG增大。電感感電流給定定增大又導(dǎo)導(dǎo)致電流調(diào)調(diào)節(jié)器的輸輸出電壓增增大，使得得PWM信號(hào)的占空空比增大，，最后達(dá)到到增大輸出出電壓的目目的。當(dāng)輸輸出電壓達(dá)達(dá)到給定電電壓所要求求的值時(shí)，，調(diào)節(jié)器停停止調(diào)節(jié)，，輸出電壓穩(wěn)定在所所要求的值值。4．SG3525的管腳功能能SG3525系列開(kāi)關(guān)電電源PWM控制集成電電路是美國(guó)國(guó)硅通用公公司設(shè)計(jì)的的第二代PWM控制器，工工作性能好好，外部元元件用量小小，適用用于各種開(kāi)開(kāi)關(guān)電源。。圖8-10給出了SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)，其管腳腳功能如下下：①腳：誤誤差放大大器的反相相輸入端；；②腳：誤誤差放大大器的同相相輸入端；；③腳：同同步信號(hào)號(hào)輸入端，，同步脈脈沖的頻率率應(yīng)比振蕩蕩器頻率fS要低一些；；④腳：振振蕩器輸出出；⑤腳：振振蕩器外接接定時(shí)電阻阻RT端，RT值為2～150kΩ；⑥⑥腳：振蕩器器外接電容容CT端，振蕩器器頻率fs＝1／CT（0.7RT+3R0）,R0為⑤腳與⑦⑦腳之間跨跨接的電阻阻，用來(lái)調(diào)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)時(shí)間，定時(shí)時(shí)電容范圍圍為0.001～0.1μμF；⑦腳：：振振蕩蕩器器放放電電端端，，用用外外接接電電阻阻來(lái)來(lái)控控制制死死區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)間間，，電電阻阻范范圍圍為為0～500ΩΩ；⑧腳：：軟軟啟啟動(dòng)動(dòng)端端，，外外接接軟軟啟啟動(dòng)動(dòng)電電容容，，該該電電容容由由內(nèi)內(nèi)部部Uref的50μμA恒流流源源充充電；；⑨腳腳：：誤誤差差放放大大器器的的輸輸出出端端；；10腳：：PWM信號(hào)號(hào)封封鎖鎖端端，，當(dāng)當(dāng)該該腳腳為為高高電電平平時(shí)時(shí)，，輸輸出出驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)脈脈沖沖信信號(hào)號(hào)被被封封鎖鎖，，該該腳腳主主要要用用于于故故障障保保護(hù)護(hù)；；11腳：：A路驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)信信號(hào)號(hào)輸輸出出；；12腳：：接接地地；；13腳：：輸輸出出集集電電極極電電壓壓；；14腳：：B路驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)信信號(hào)號(hào)輸輸出出；；15腳：：電電源源，，其其范范圍圍為為8～35V；16腳：：內(nèi)內(nèi)部部＋＋5V基準(zhǔn)準(zhǔn)電電壓壓輸輸出出。。圖8-10SG3525內(nèi)部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)框框圖圖5．IGBT驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路采采用用日日本本三三菱菱公公司司生生產(chǎn)產(chǎn)的的驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)模模塊塊M57962L。該驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)模模塊塊為為混混合合集集成成電電路路，，將將IGBT的驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)和和過(guò)過(guò)流流保保護(hù)護(hù)集集于于一一體體，，能能驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電壓壓為為600V和1200V系列列電電流流容容量量不不大大于于400A的IGBT。驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路的的接接線線圖圖如如圖圖8-11所示示。。圖8-11IGBT驅(qū)動(dòng)電路8.2.1UPS的分類(lèi)1．離線式UPS電源該電源的基本本結(jié)構(gòu)如圖8-12所示，它由充充電器、蓄電電池組、逆變變器、交流穩(wěn)穩(wěn)壓器和轉(zhuǎn)換換開(kāi)關(guān)等部分分組成。市電電存在時(shí)，逆逆變器不工作作，市電經(jīng)交交流穩(wěn)壓器穩(wěn)穩(wěn)壓后，通過(guò)過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)向向負(fù)載供電，，同時(shí)充電器器工作，對(duì)蓄蓄電池組充電電；市電掉電電時(shí)，逆變變器工作，將將蓄電池提供供的直流電壓壓變換成穩(wěn)壓壓、穩(wěn)頻的交交流電壓，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)同時(shí)時(shí)斷開(kāi)市電通通路，接通逆逆變器，繼續(xù)續(xù)向負(fù)載供電電。對(duì)離線線式UPS電源，當(dāng)市電電掉電時(shí)，輸輸出有轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間。目前前市場(chǎng)上銷(xiāo)售售的這種電源源均為小功率，，一般在2kVA以下。8.2UPS不間斷電源圖8-12后備式UPS的結(jié)構(gòu)框圖這種電源的特特點(diǎn)為：(1)當(dāng)市電正常時(shí)時(shí)，只是通過(guò)過(guò)交流穩(wěn)壓后后直接輸出至至負(fù)載，因此此電路對(duì)市電電噪音以及浪浪涌的抑制能能力較差。(2)存在轉(zhuǎn)換時(shí)間間。(3)保護(hù)性能較差差。(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體體積小，重重量輕，控控制容易，，成本低。。2．在線式UPS電源在線式UPS的基本結(jié)構(gòu)如如圖8-13所示，它由整整流器、逆變變器、蓄電池池組以及靜態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等等部分組成。。正常工作時(shí)時(shí)，市電經(jīng)經(jīng)整流器變成成直流后，再再經(jīng)逆變器器變換成穩(wěn)壓壓、穩(wěn)頻的的正弦波交流流電壓供給負(fù)負(fù)載。當(dāng)市市電掉電時(shí)，，由蓄電池組組向逆變器供供電，以保保證負(fù)載不間間斷供電。如如果逆變器發(fā)發(fā)生故障，UPS則通過(guò)靜態(tài)開(kāi)開(kāi)關(guān)切換到旁旁路，直接由由市電供電。。故障消失后后，UPS又重新切換到到由逆變器向向負(fù)載供電。。由于在線式式UPS總是處于穩(wěn)壓壓、穩(wěn)頻供電電狀態(tài)，輸出出電壓動(dòng)態(tài)響響應(yīng)特性好，，波形畸變變小，因此，，其供電質(zhì)量量明顯優(yōu)于離離線式UPS。目前大多數(shù)UPS，特別是大功率率UPS均為在線式。。圖8-13在線式UPS的結(jié)構(gòu)框圖在線式UPS的特點(diǎn)是：(1)輸出的電壓經(jīng)經(jīng)過(guò)UPS處理，輸出電電源品質(zhì)較高高。(2)無(wú)轉(zhuǎn)換時(shí)間。。(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成成本較高。(4)保護(hù)性能好，，對(duì)市電噪音音以及浪涌的的抑制能力強(qiáng)強(qiáng)。3．在線交互互式UPS電源在線交互式UPS的結(jié)構(gòu)框圖如如圖8-14所示。它由交交流穩(wěn)壓器、、交流開(kāi)關(guān)、、逆變器、充充電器、蓄電電池組和雙向向轉(zhuǎn)換器組成成。市電正常常時(shí)經(jīng)交流穩(wěn)穩(wěn)壓器后直接接輸出給負(fù)載載。此時(shí)，通通過(guò)雙向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器，逆變變器工作在整整流狀態(tài)，作作為充電器向向蓄電池組充充電。當(dāng)市電電掉電時(shí)，逆逆變器則將電池能量量轉(zhuǎn)換為交流流電輸出給負(fù)負(fù)載。圖8-14在線交互式UPS的結(jié)構(gòu)框圖在線交互式UPS的特點(diǎn)如下：：(1)具有雙向轉(zhuǎn)換換器，UPS電池充電間較較短。(2)存在轉(zhuǎn)換時(shí)間間。(3)控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜，成本較高高。(4)保護(hù)性能介于于在線式與離離線式UPS之間，對(duì)市市電噪聲和浪浪涌的抑制能能力較差。對(duì)于小功率UPS，整流器一般采采用二極管整整流電路，它它的作用是向向逆變器提供供直流電源，，蓄電池充電電由專(zhuān)門(mén)的充充電器來(lái)完成成。而對(duì)于于中、大功功率UPS，它的整流器具具有雙重功能能，在向逆變變器提供直流流電源的同時(shí)時(shí)還要向蓄電電池進(jìn)行充電電，因此，，整流器的的輸出電壓必必須是可控的的。中、大功率UPS的整流器一般般采用相控式式整流電路。。相控式整流流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，控制技技術(shù)成熟，但但交流輸入功功率因數(shù)低并并向電網(wǎng)注入入大量的諧波波電流。目前前，對(duì)于大容容量UPS大多采用12相或24相整流電路。。因?yàn)檎麟婋娐返南鄶?shù)越越多，交流輸輸入功率因數(shù)數(shù)越高，入電電網(wǎng)的諧波含含量也就越低低。除了增加加整流電路的的相數(shù)外，還還可以通過(guò)在在整流器的輸輸入側(cè)增加有有源或無(wú)源濾波波器濾濾去UPS注入電電網(wǎng)的的諧波波電流流。8.2.2UPS的整流流器目前，，比較較先進(jìn)進(jìn)的UPS采用PWM整流電電路，，可使使注入入電網(wǎng)網(wǎng)的電電流基基本接接近正正弦波波，且且功率率因數(shù)數(shù)接近近1，即整整流電電路交交流側(cè)側(cè)的電電流、、電壓壓的相相位基基本同同相,這樣大大大降降低UPS對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)的諧波污污染?！，F(xiàn)以以單相相電路路為例例，說(shuō)說(shuō)明PWM整流電電路的的工作作原理理。圖8-15所示是是單相相橋式式全控控整流流電路路結(jié)構(gòu)構(gòu)，其其中起起整流流作用用的開(kāi)開(kāi)關(guān)器器件采采用全全控器器件IGBT。電路的的工作作原理理為：：在交交流電電源us的正半半周，，控制制電路路關(guān)斷斷V2、V3,而在V1、V4的控制制極輸輸入SPWM控制脈脈沖序序列，，則在在A、B兩點(diǎn)間間獲得得正半半周的的SPWM波形，，如圖圖8-16所示。。同理理,在交流流電源源us的負(fù)半半周，，控控制電電路關(guān)關(guān)斷V1、V4,而在V2、V3的控制制極輸輸入SPWM控制脈沖序序列，則在在A、B兩點(diǎn)間獲得得負(fù)半周的的SPWM波形，通過(guò)過(guò)電容C濾波，在負(fù)負(fù)載上可獲獲得穩(wěn)定的的直流電壓壓。調(diào)節(jié)加加在V1、V2、V3、V4控制極上的的脈沖序列列的寬度，，即可調(diào)節(jié)節(jié)整流電路輸出直直流電壓的的大小，實(shí)實(shí)現(xiàn)可控控整流。圖8-15單相全橋PWM整流電路圖8-16單相全橋PWM整流電路波波形可見(jiàn)，在PWM整流電路的的交流端A、B之間產(chǎn)生了了一個(gè)正弦弦波調(diào)制的的電壓uAB，uAB中除了含有有與電源同同頻率的基基波分量外外，還含有有與開(kāi)關(guān)頻頻率有關(guān)的的高次諧波波。圖8-15中在整流電電路的交流流側(cè)串有電電感Ls，它的作用就就是將交流流側(cè)電流中中的高次諧諧波濾除，，使交流側(cè)側(cè)電流is產(chǎn)生很小的的脈動(dòng)。如如果忽略這這些脈動(dòng)成成分，is為頻率與電電源電壓us頻率相同的的正弦波。。在在交流流電源電壓壓us一定時(shí)，is的幅值和相相位由uAB中基波分量量的幅值及及其與us的相位差決決定，改變變uAB中基波分量量的值和相相位即改變變加在V1、V2、V3、V4控制極上SPWM脈沖序列的的幅值和相相位，就可可使電源電電流is與電壓us相位相同，，從而使整整流電路交交流側(cè)的輸入功功率因數(shù)為為1，徹底解決決UPS電力電子裝裝置造成的的電網(wǎng)諧波波污染的問(wèn)問(wèn)題。圖8-17給出了如何何實(shí)現(xiàn)電源源電流is與電壓us同相位的控控制系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖圖。該控制制系統(tǒng)為雙雙閉環(huán)控制制系統(tǒng)。電電壓環(huán)為外外環(huán)，其作作用是調(diào)節(jié)節(jié)和穩(wěn)定整整流輸出電電壓。電流流環(huán)為內(nèi)環(huán)環(huán)，其作用是是使整流電電路交流側(cè)側(cè)的電流is與電壓us相位相同。。圖8-17電流電壓同同相位控制制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖該圖中電壓壓給定控制制信號(hào)為直直流電壓U*d，調(diào)節(jié)U*d可以調(diào)節(jié)PWM調(diào)制波的幅幅值，即可可調(diào)節(jié)PWM控制脈寬，，使整流輸輸出電壓增增大或減小小。Ud為整流輸出出的實(shí)際電電壓的反饋饋信號(hào)，如如果整流輸輸出電壓與與給定控制制信號(hào)所希希望的電壓壓值相同，，即Ud=U*d，則圖中比例例積分調(diào)節(jié)節(jié)器PI不起調(diào)節(jié)作作用，整流流輸出電壓壓Ud保持不變。。在U*d不變的情況況下，因?yàn)闉槠渌蛞蚴箤?shí)際輸輸出電壓Ud與希望電壓壓值不相等等時(shí)，U*d與反饋的實(shí)實(shí)際電壓信信號(hào)Ud相比較后，，可使控制制電路輸出出的PWM脈沖寬度根根據(jù)誤差值值（Ud大于或小于于U*d）增大或減小小，從而使使輸出電壓壓增大或減小小，使輸出出電壓穩(wěn)定定在希望值值。圖中直流輸輸出電壓給給定信號(hào)和和實(shí)際的直直流電壓反反饋信號(hào)比比較后送入入比例積分分PI調(diào)節(jié)器，PI電壓調(diào)節(jié)器器的輸出即即為整流器器交流輸入入電流的幅幅值Im，這是一直流流信號(hào)，它它的大小反反應(yīng)了整流流輸出電壓壓的實(shí)際值值與希望值值之間的差差異。它與與標(biāo)準(zhǔn)的正正弦波相乘乘后形成交交流輸入電電流的給定定信號(hào)i*s。標(biāo)準(zhǔn)的正弦弦波就是與與電源電壓壓us同相位的電電壓信號(hào)，，當(dāng)它與信信號(hào)Im相乘后，只只增加或減減小其幅值值，而不會(huì)會(huì)改變它的的相位，即即i*s的相位始終終與電源電電壓us的相位相同同，其幅值值則隨著PI調(diào)節(jié)的差值值而變化。。這個(gè)幅值值的變化就就是后續(xù)PWM控制電路的的電壓幅值值變化的控控制信號(hào)。因此此，可以根根據(jù)實(shí)際輸輸出的電壓壓來(lái)調(diào)節(jié)PWM的脈寬，使使輸出電壓壓達(dá)到希望望值。圖中is為整流電路路交流側(cè)實(shí)實(shí)際電流的的反饋信號(hào)號(hào)，當(dāng)這個(gè)個(gè)電流與給給定電流的的相位相同同時(shí)，圖中中比例調(diào)節(jié)節(jié)器K不起作用，，PWM控制信號(hào)保保持不變；；當(dāng)反饋電電流信號(hào)is與電源電壓壓us相位有差異異時(shí)，即is與i*s有相位差時(shí)時(shí)，調(diào)節(jié)器器K起調(diào)節(jié)作用用，它可以以調(diào)節(jié)后續(xù)續(xù)比較器電電路，從而而調(diào)整PWM脈沖的相位位，直到反反饋信號(hào)is與給定信號(hào)號(hào)i*s的相位相同同而止，這這樣就達(dá)到了了整流電路路交流側(cè)電電流、電電壓同相位位的目的。。正弦波輸出出的UPS通常采用SPWM逆變器，這這是一種抑抑制諧波分分量的最有有效的方法法，有單相相輸出，也也有三相輸輸出。下面面以單相橋橋式脈寬調(diào)調(diào)制逆變器器為例，說(shuō)說(shuō)明它的的基本工作作原理。如如圖8-18所示，對(duì)對(duì)于小功功率的UPS，電路中的的開(kāi)關(guān)器器件一般般采用MOSFET管；而對(duì)對(duì)于大功率的UPS，則采用IGBT管。8.2.3UPS中的逆變變器圖8-18UPS單相逆變變電路圖8-18中，V1、V2和V3、V4不能同時(shí)時(shí)導(dǎo)通，，否則則將使輸輸入直流流電源短短路，這這個(gè)電路路只在V1、V4和V2、V3間交替導(dǎo)導(dǎo)通與關(guān)關(guān)斷，負(fù)負(fù)載上才才有連續(xù)續(xù)的交流流矩形波波。如如果在輸輸出電壓壓的半個(gè)個(gè)周期內(nèi)內(nèi)V1和V4導(dǎo)通和關(guān)關(guān)斷許多多次，在在另外半半個(gè)周期期內(nèi)V2和V3也導(dǎo)通和和關(guān)斷同同樣的次次數(shù)，并并且在每每半周內(nèi)內(nèi)開(kāi)關(guān)器器件的導(dǎo)導(dǎo)通時(shí)間間按正弦弦規(guī)律變變化，那那么輸出出波形如如圖8-19所示。這這種波的的基波分分量按正正弦規(guī)律律變化，，而諧波波成分最最小。當(dāng)當(dāng)需要調(diào)調(diào)節(jié)逆變變器輸出出電壓時(shí)時(shí)，控制制每個(gè)矩矩形波均均按某一比例加加寬或減減窄，則則可實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸輸出電壓壓的調(diào)節(jié)節(jié)。圖8-19UPS單相逆變變電路輸輸出波形形為了濾去去開(kāi)關(guān)頻頻率噪聲聲，輸出出采用LC濾波電路路，因?yàn)闉殚_(kāi)關(guān)頻頻率較高高，一般般大于20kHz，因此采用用較小的的LC濾波器便便能濾去去開(kāi)關(guān)頻頻率噪聲聲。輸出出隔離變變壓器實(shí)實(shí)現(xiàn)逆變變器與負(fù)負(fù)載之間間的隔離離，避免免了它們們之間電電路上的的直接聯(lián)聯(lián)系，從從而減少少了干擾擾。另另外，為為了節(jié)約約成本，，絕大多多數(shù)UPS利用隔離離變壓器器的漏感感來(lái)充當(dāng)當(dāng)輸出濾濾波電感感，從從而可省省去圖8-18中的電感感L。逆變器是是UPS的核心部部分，這這不僅由由它的功功能所決決定，也也可從它它的控制制電路的的復(fù)雜程程度看出出來(lái)。逆逆變器的的主電路路目前已已比較完完善，但但是逆逆變器的的控制電電路卻千千變?nèi)f化化，差別別很大。。一般般而言，，UPS電源逆變變器的控控制電路路除了與與整流電電路一樣樣，通通過(guò)電壓壓閉環(huán)控控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)輸出電電壓的自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)和自動(dòng)動(dòng)穩(wěn)壓外外，還還要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)相位跟跟蹤。圖圖8-20中所示的的電壓給給定信號(hào)號(hào)U*d、電壓反饋饋信號(hào)uF、PI調(diào)節(jié)器即即可完成成這項(xiàng)功功能。圖8-20UPS逆變控制制系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)框圖圖在線式UPS中，有時(shí)時(shí)要求變變頻器輸輸出的電電壓與市市電電壓壓保持同同頻、同同相、同同幅度，，即變頻頻器的輸輸出必須須跟蹤市市電的變變化，這這就需要要鎖相技技術(shù)。鎖相就是是利用兩兩個(gè)信號(hào)號(hào)的相位位差，通通過(guò)轉(zhuǎn)換換裝置形形成控制制信號(hào)，，以強(qiáng)迫迫兩個(gè)信信號(hào)相位位同步的的一種自自動(dòng)控制制系統(tǒng)，，稱(chēng)為鎖鎖相環(huán)或或環(huán)路。。基本的鎖鎖相環(huán)路路由鑒相相器、低低通濾波波器和壓壓控振蕩蕩器組成成,如圖8-21所示。鑒鑒相器也也叫相位位比較器器，它將將周期性性變化的的輸入信信號(hào)的相相位（從從市電或或本機(jī)振振蕩獲得得）與反反饋信號(hào)號(hào)的相位位（從壓壓控振蕩蕩器的輸輸出獲得得）進(jìn)行行比較，，產(chǎn)生對(duì)對(duì)應(yīng)于與與兩信號(hào)號(hào)相位差差成正比比的直流流誤差電電壓信號(hào)u(t)，該信號(hào)可可以調(diào)整整壓控振振蕩器的的頻率，，以達(dá)達(dá)到與輸輸入信號(hào)號(hào)同步的的目的。。8.2.4UPS中的鎖相相技術(shù)圖8-21基本鎖相相環(huán)路的的方框圖圖低通濾波波器用來(lái)來(lái)濾除鑒鑒相器輸輸出電壓壓中的高高頻分量量和噪聲聲，只只有直流流分量才才對(duì)壓控控振蕩器器起控制制作用。。為了提提高系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)態(tài)特性即即改善動(dòng)動(dòng)態(tài)跟蹤蹤性，在在低通濾濾波器之之后加一一個(gè)由比比例積分分放大器器組成的的調(diào)節(jié)器器可改善善捕捉過(guò)過(guò)程中的的調(diào)節(jié)性性能。壓控振蕩器是是一個(gè)由電壓壓來(lái)控制振蕩蕩頻率的器件件，振蕩器在在未加控制電電壓時(shí)的振蕩蕩頻率稱(chēng)為固固有振蕩頻率率，用ω0表示。當(dāng)振振蕩器的瞬時(shí)時(shí)頻率ωv與輸入信號(hào)的的頻率ωi不相同時(shí)，由由于電壓的相相位值是頻率率變化值的積積分，因而頻頻率的變化會(huì)會(huì)引起電壓相相位差的變化化，而有相位位差的變化就就有誤差電壓壓產(chǎn)生，該誤誤差電壓經(jīng)低低通濾波器去去控制壓控振振蕩器的輸出出頻率，使其其朝著輸入頻率率的方向變化化，使二者同同步。所謂靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)，是一種以以雙向晶閘管管為基礎(chǔ)構(gòu)成成的無(wú)觸點(diǎn)通通斷組件。圖圖8-22(a)所示為光電雙雙向晶閘管耦耦合器的非零零電壓開(kāi)關(guān)，，輸入端1、2加輸入信號(hào)時(shí)時(shí)，光電雙向向晶閘管耦合合器B導(dǎo)通，門(mén)極由由R2、B形成通路觸發(fā)發(fā)雙向晶閘管管。這種電路路相對(duì)于輸入入信號(hào)的交流流電源的任意意相位均可同步步接通，稱(chēng)為為非零電壓開(kāi)開(kāi)關(guān)。8.2.5UPS中的靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)圖8-22(b)所示為光電晶晶閘管耦合的的零電壓開(kāi)關(guān)關(guān)，1、2端加輸入信號(hào)號(hào)，V1管截止，即光光控晶閘管門(mén)門(mén)極不短接時(shí)時(shí)，耦合器B中的光控晶閘閘管導(dǎo)通，電電流經(jīng)整流橋橋和導(dǎo)通的光光控晶閘管一一起為雙向晶晶閘管V提供門(mén)極電流流，使V導(dǎo)通。由R3、R2、V1組成零電壓開(kāi)開(kāi)關(guān)電路，適適當(dāng)?shù)剡x擇R3、R2的參數(shù)，使當(dāng)當(dāng)電源電壓過(guò)過(guò)零并升至一一定幅值時(shí)V1導(dǎo)通，光控晶晶閘管被關(guān)斷斷，這時(shí)雙向向晶閘管截止止。為了進(jìn)一步提提高UPS電源的可靠性性，在線式UPS均裝有靜態(tài)開(kāi)開(kāi)關(guān)，將市電電作為UPS的后備電源，，在UPS發(fā)生故障或維維護(hù)檢修時(shí)，，無(wú)間斷地將將負(fù)載切換到到市電上，由由市電直接供供電。靜態(tài)態(tài)開(kāi)關(guān)的主電電路比較簡(jiǎn)單單，一般由兩兩只晶閘管或或一只雙向晶晶閘管組成，，單相輸出出UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)如圖8-23所示。圖8-22兩種靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)(a)非零電壓開(kāi)關(guān)關(guān)(a)零電壓開(kāi)關(guān)圖8-23單相輸出UPS靜態(tài)開(kāi)關(guān)原理理圖靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切切換有兩種方方式：同步切切換和非同步步切換。在在同步切換方方式中，為了了保證在切換換過(guò)程中供電電不間斷，靜靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切切換為先通后后斷。假設(shè)負(fù)負(fù)載由逆變器器供電，由于于某種故障，，例如蓄電池池電壓太低，，需要由逆變變器供電轉(zhuǎn)向向旁路市電供供電，切換換時(shí)首先觸發(fā)發(fā)靜態(tài)開(kāi)關(guān)2，使之導(dǎo)通，，然后再封鎖鎖靜態(tài)開(kāi)關(guān)1的觸發(fā)脈沖。。由于晶閘閘管導(dǎo)通以后后，即使除去去觸發(fā)脈沖，，它仍然保保持導(dǎo)通，只只有等到下半半個(gè)周期到來(lái)來(lái)時(shí)，使其其承受反壓，，才能將其關(guān)關(guān)斷，因此此，存在靜態(tài)態(tài)開(kāi)關(guān)1和2同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)現(xiàn)象，此時(shí)市市電和逆變器器同時(shí)向負(fù)載載供電。為了了防止環(huán)流的的產(chǎn)生，逆變變器輸出電壓壓必須與市電電同頻、同相相、同幅度。。這就要求在在切換的過(guò)程程中，逆變器器必須跟蹤市市電的頻率、、相位和幅值值，即上面面所說(shuō)的鎖相相，否則，，環(huán)流會(huì)使逆逆變器燒壞。絕大部分在線線式UPS除了具有同步步方式外，還還具有非同步步切換方式。。當(dāng)需要切換換時(shí)，如果UPS的逆變器輸出出電壓不能跟跟蹤市電，則則采用非同同步切換方式式，即先斷后后通切換方式式，首先封鎖鎖正在導(dǎo)通的的靜態(tài)開(kāi)關(guān)觸觸發(fā)脈沖，延延遲一段時(shí)間間，待導(dǎo)通通的靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)關(guān)斷后，再再觸發(fā)另外一路路靜態(tài)開(kāi)關(guān)。。很明顯，非非同步切換換方式會(huì)造成成負(fù)載短時(shí)間間斷電。8.3.1有源電力濾波波器和有源功功率因數(shù)校正正消除電力系統(tǒng)統(tǒng)的諧波有無(wú)無(wú)源技術(shù)和有有源技術(shù)兩種種辦法。無(wú)源源技術(shù)是指在在電路中接入入LC網(wǎng)絡(luò)，這種技技術(shù)只能對(duì)某某些特定的諧諧波進(jìn)行抑制制和基波移相相補(bǔ)償。這種種方法最早用用于電力系統(tǒng)統(tǒng)，其電路路體積和質(zhì)量量都很大。隨隨著電力電子子技術(shù)的發(fā)展展，人們又提提出了兩種對(duì)對(duì)策：一種是是在電網(wǎng)的公公用負(fù)載端并并接一個(gè)專(zhuān)用用的功率變換換器，對(duì)無(wú)無(wú)功及諧波電電流進(jìn)行補(bǔ)償償，這就是是有源濾波器器，如圖8-24所示。它能能將電網(wǎng)電電流補(bǔ)償成成為與電網(wǎng)網(wǎng)電壓同相相的正弦電電流。另一一種是在負(fù)負(fù)載即電力力電子裝置置本身的整整流器和濾濾波電容之之間增加一一個(gè)功率變變換電路，，這就是有有源功率因因數(shù)校正。。它能將整整流器的輸輸入電流校校正成與電電網(wǎng)電壓同同相位的正正弦波，消消除了諧波波和無(wú)功電電流，將電電網(wǎng)功率因因數(shù)提高到近近似為1，其原理框框圖如圖8-25所示。8.3有源功率因因數(shù)校正器器圖8-24有源濾波器器圖8-25APFC的基本原理理框圖圖8-26(a)是傳統(tǒng)的整整流濾波電電路，整流流二極管只只有在輸入入電壓ui大于負(fù)載電電壓uo時(shí)才導(dǎo)通。。也就是說(shuō)說(shuō)，只有在在電容C充電期間才才有電網(wǎng)的的輸入電流流ii,該電流為峰峰值很高的的脈沖電流流，如圖圖8-26(b)所示。由由于輸入電電流存在波波形畸變因因而會(huì)導(dǎo)致致功率因數(shù)數(shù)下降并產(chǎn)產(chǎn)生高次諧波分分量，污污染電網(wǎng)。。8.3.2畸變電流的的產(chǎn)生與APFC的基本原理理圖8-26傳統(tǒng)整流電電路及波形形圖(a)整流濾波電電路；(b)波形圖采用有源功功率因數(shù)校校正技術(shù)是是解決上述述問(wèn)題的有有效途徑。。APFC技術(shù)的基本本思想是將將輸入交流流電進(jìn)行全全波整流，，在整流流電路與濾濾波電容之之間加入DC/DC變換電路，，通過(guò)適當(dāng)當(dāng)控制使輸輸入電流的的波形自動(dòng)動(dòng)跟隨輸入入電壓的波波形，即使使整流器的的輸出電流流跟隨它輸輸出的直流流脈動(dòng)電壓壓波形且要要保持儲(chǔ)能能電容電壓壓穩(wěn)定，從從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)穩(wěn)壓輸出和和單位功率率因數(shù)輸入入，其原理理如圖8-27所示。從原原理框圖來(lái)來(lái)看，這就就是一種開(kāi)開(kāi)關(guān)電源，，但它與傳傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)關(guān)電源不同同，DC/DC變換電路之之前沒(méi)有濾濾波電容，，電壓是全全波整流器器輸出的半半波正弦脈脈動(dòng)電壓，，而不像開(kāi)開(kāi)關(guān)電源那那樣是方波波。這個(gè)個(gè)正弦半波波脈動(dòng)直流流電壓和整整流器的輸輸出電流與與輸出的負(fù)負(fù)載電壓都都受到實(shí)時(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)監(jiān)控，控制結(jié)果是是使全波整整流器的輸輸入功率因因數(shù)近似為為1。圖8-27APFC基本電路APFC的電路結(jié)構(gòu)構(gòu)有雙級(jí)式式和單級(jí)式式兩種，如如圖8-28所示。雙雙級(jí)式電路路是由Boost轉(zhuǎn)換器和DC/DC變換器級(jí)聯(lián)聯(lián)而成的，，中間直流流母線電壓壓一般都穩(wěn)穩(wěn)定在400V。前級(jí)的Boost電路實(shí)現(xiàn)功功率因數(shù)校校正，后級(jí)級(jí)的DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)隔離和降降壓。其優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是每級(jí)級(jí)電路可單單獨(dú)分析、、設(shè)計(jì)和控控制，特別別適合作為為分布式電電源系統(tǒng)的的前置級(jí)。。單級(jí)式APFC電路集功率率因數(shù)校正正和輸出隔隔離、電電壓穩(wěn)定于于一體，結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，，效率高，，但分析和和控制復(fù)雜雜，適用用于單一集集中式電源源系統(tǒng)。8.3.3有源功率因因數(shù)校正的的電路結(jié)構(gòu)構(gòu)圖8-28有源功率因因數(shù)校正電電路結(jié)構(gòu)(a)雙級(jí)式；(b)單級(jí)式有源功率因因數(shù)校正技技術(shù)的思路路是，控制制已整流后后的電流，，使之在在對(duì)濾波大大電容充電電之前能與與整流后的的電壓波形形相同，從從而避免免形成電流流脈沖，達(dá)達(dá)到改善功功率因數(shù)的的目的。有有源功率因因數(shù)校正電電路原理如如圖8-29所示，主主電路是一一個(gè)全波整整流器，實(shí)實(shí)現(xiàn)AC/DC的變換，電電壓波形不不會(huì)失真；；在濾波電電容C之前是一個(gè)個(gè)Boost變換器，實(shí)實(shí)現(xiàn)升壓式式DC/DC變換。從控控制回路來(lái)來(lái)看，它它由一個(gè)電電壓外環(huán)和和一個(gè)電流流內(nèi)環(huán)構(gòu)成成。在工作作過(guò)程中，，升壓電感感L1中的電流受受到連續(xù)的的監(jiān)控和調(diào)調(diào)節(jié)，使之之能跟隨整整流后正弦弦半波電壓壓波形。8.3.4有源功率因因數(shù)校正的的控制圖8-29有源功率因因數(shù)校正電電路原理整流器輸出出電壓ud、升壓變換器器輸出電容容電壓uC與給定電壓壓U*c的差值都同同時(shí)作為乘乘法器的輸輸入，構(gòu)成成電壓外環(huán)環(huán),而乘法器的的輸出就是是電流環(huán)的的給定電流流I*s。升壓變換器器輸出電容容電壓uC與給定電壓U*c作比較的目目的是判斷斷輸出電壓壓是否與給給定電壓相相同，如果果不相同，，可以通過(guò)過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)調(diào)節(jié)使之與與給定電壓壓相同，調(diào)調(diào)節(jié)器（圖圖中的運(yùn)算算放大器））的輸出是是一個(gè)直流流值，這就就是電壓環(huán)環(huán)的作用。。而整流器器輸出電壓壓ud顯然是正弦弦半波電壓壓波形，它它與調(diào)節(jié)器器結(jié)果相乘乘后波形不不變，所所以很明顯顯也是正弦弦半波的波波形且與ud同相。

將乘法器的輸出作為電流環(huán)的給定信號(hào)I*s，才能保證被控制的電感電流iL與電壓波形ud一致。I*s的幅值與輸出電壓uC同給定電壓U*c的差值有關(guān)，也與ud的幅值有關(guān)。L1中的電流檢測(cè)信號(hào)iF與I*s構(gòu)成電流環(huán)，產(chǎn)生PWM信號(hào),即開(kāi)關(guān)V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。V導(dǎo)通，電感電流iL增加。當(dāng)i