正弦波UPS中逆變電路結(jié)構(gòu)及SPWM方法

前言

逆變電路是UPS電源的核心電路。作者在剖析若干知名廠家生產(chǎn)的UPS電源電路的基礎(chǔ)上，對(duì)UPS電源中的逆變電路進(jìn)行了探討。本文所涉及的電路，是這些廠家技術(shù)人員多年技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，并且經(jīng)歷過(guò)大量產(chǎn)品投放市場(chǎng)后的考驗(yàn)，具有很好的參考價(jià)值。作者在此發(fā)表出來(lái)，供業(yè)內(nèi)人士和有興趣者參考。

UPS電源有很多分類(lèi)，作者根據(jù)業(yè)內(nèi)的習(xí)慣，將UPS電源分為工頻機(jī)和高頻機(jī)。本文中的工頻機(jī)和高頻機(jī)采用的都是正弦波逆變電路，輸出的都是正弦波電壓，并且都是在線式結(jié)構(gòu)。文中只涉及正弦波逆變電路，以下簡(jiǎn)稱逆變電路。

逆變電路的結(jié)構(gòu)

逆變電路由正弦波SPWM調(diào)制電路和功放電路組成。

1 工頻機(jī)所采用的逆變電路的結(jié)構(gòu)圖

圖1所示為工頻機(jī)所采用的逆變電路的結(jié)構(gòu)圖。由圖可見(jiàn)，工頻機(jī)逆變電路中右側(cè)的功放電路采用的是全橋式功放電路，這種功放電路需要正弦波調(diào)制電路提供4路相互獨(dú)立的SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在左側(cè)的正弦波調(diào)制電路中，用正弦波信號(hào)去調(diào)制三角波信號(hào)，得到4路獨(dú)立的SPWM信號(hào)，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)后送至功放電路。

在這種結(jié)構(gòu)中，每一橋臂功率管的數(shù)量視輸出功率而定，當(dāng)輸出功率較小時(shí)，功率管采用MOS器件，輸出功率大時(shí)，采用IGBT模塊。

2 高頻機(jī)所采用的逆變電路的結(jié)構(gòu)圖

圖2所示為高頻機(jī)所采用的逆變電路的結(jié)構(gòu)圖。由圖可見(jiàn)，高頻機(jī)逆變電路中的功放電路采用的是半橋式功放電路，這種功放電路需要正弦波調(diào)制電路提供2路相互獨(dú)立的SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在左側(cè)的正弦波調(diào)制電路中，由電腦板直接提供2路SPWM波信號(hào)，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)后送至功放電路。

在這種結(jié)構(gòu)中，每一橋臂功率管的數(shù)量也視輸出功率而定，當(dāng)輸出功率較小時(shí)，功率管采用MOS器件，輸出功率較大時(shí)，也采用IGBT模塊。正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方法

SPWM信號(hào)實(shí)際上就是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波。

在20KVA以下的小型逆變電路中，通常用正弦波(調(diào)制波)調(diào)制三角波(載波)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的目的，又稱為三角波調(diào)制法，它是利用比較器來(lái)完成這一功能的。根據(jù)調(diào)制信號(hào)所包含的信息量，調(diào)制電路可以分為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制。

1 SPWM調(diào)制方法及特點(diǎn)

在單電源供電的比較器重，若將正弦波送到比較器的同相輸入端，將三角波送到比較器的反相輸入端，則在正三角波幅值大于正弦波的幅值時(shí)，比較器將輸出一個(gè)負(fù)向脈沖，這個(gè)負(fù)向脈沖的寬度等于三角波大于正弦波部分所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔。而在三角波幅值小于正弦波的幅值時(shí)，比較器將輸出一個(gè)正向脈沖，這個(gè)正向脈沖的寬度等于三角波小于正弦波部分所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔。從圖3可見(jiàn)，這時(shí)在電壓比較器的輸出端將得到一連串脈沖方波序列，其特點(diǎn)是：對(duì)應(yīng)于正弦波幅值較低的部位，脈沖方波的寬度較窄，而對(duì)應(yīng)于正弦波幅值較高的部位，脈沖方波的寬度較寬。這就是正弦脈沖調(diào)制信號(hào)，即SPWM信號(hào)。

根據(jù)分析，這種三角波調(diào)制電路有以下特點(diǎn)：