UPS逆變器

　　逆變器是UPS的主要組成部分。由于整流器已將交流輸入電壓變成直流電壓，而負(fù)載所需的是交流電壓，就必須有一種電路再將該直流電壓變回交流，執(zhí)行這個(gè)任務(wù)的裝置就叫逆變器。逆變器電路的種類很多，在UPS中常見的有推挽變換器、半橋逆變器、全橋逆變器、雙向變換器等。

1.直流變換器

　　直流變換器是一種最簡(jiǎn)單最基本的逆變器電路，主要應(yīng)用于后備式UPS中，它分為自激式和它激式兩種。

1.自激式推挽變換器

圖1 自激式直流推挽變換器

　　圖1(a)所示是自激式直流推挽變換器電路，所謂自激就是不用外來的觸發(fā)信號(hào)，UPS就可以利用自激振蕩的方式輸出交流電壓，其交流電壓的波形為方波，如圖1(b)所示的波形U_N。U_N是當(dāng)電源電壓E為額定值時(shí)的輸出情況（其中陰影部分除外）。自激直流變換器電路主要用于對(duì)電壓穩(wěn)定度要求不高但不能斷電的地方，如電冰箱、緊要照明用的白熾燈、高壓鈉燈和金屬鹵素?zé)舻?，供電條件差的農(nóng)村居民也有不少采用了這種電路作不間斷電源。由于它的電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性高，故也很受歡迎。

　　該電路的工作原理如下：在時(shí)間t=t₀加直流電壓E，這時(shí)由于晶體管V₁和V₂的基極電壓

　　U_b1=U_b2=0，                                                       (1)

　　所示二者不具備開啟條件，但在它們的集電極和發(fā)射極之間卻都有漏電流，如圖中的I₁和I₂所示，且二電流在變壓器繞組中的流動(dòng)方向相反，由于器件的分散性，使得

　　I₁-I₂=ΔI≠0，                                                        （2）

　　這個(gè)差值電流ΔI就在繞組中產(chǎn)生一個(gè)磁通量，于是就在基極繞組中感應(yīng)出電壓U_b1和U_b2，由同名端的標(biāo)志可以看出，這兩個(gè)電壓的極性是相反的，即一個(gè)U_b給晶體管基極加正電壓，使其開通，另一個(gè)U_b給另一個(gè)晶體管基極加負(fù)壓，使其進(jìn)一步截止。電路的設(shè)計(jì)正好是漏電流大的那一個(gè)晶體管基極所感應(yīng)出的U_b給自己基極加正壓，而漏電流小的那一個(gè)晶體管基極所加的是負(fù)壓，基極加正壓管子的集電極電流進(jìn)一步增加，又進(jìn)一步使它的基極電壓增大，這樣一個(gè)雪崩式的過程很快使該管（設(shè)為V₁）電流達(dá)到飽和值，即V₁集電極-發(fā)射極之間的壓降U_CE1=0，繞組N₁和N₂上的電壓也達(dá)到了最大值U_N1=U_N2=E，此后由于磁芯進(jìn)入飽和階段，磁芯中磁通的變化量減小，各繞組感應(yīng)的電壓也相應(yīng)減小，原來導(dǎo)通的管子由于集電極電流增大（磁芯飽和所致）和基極電流減小而脫離飽和區(qū)，使繞組感應(yīng)的電壓進(jìn)一步減小，這樣一個(gè)反變化過程使得V₁雪崩式地截止而V₂達(dá)到飽和，如圖1(b)t₁所示。而后就再重復(fù)上面的過程，于是就形成了如圖1(b)所示的方波波形。有時(shí)為了使啟動(dòng)更快和更可靠，就加一個(gè)RC啟動(dòng)觸發(fā)環(huán)節(jié)。

　　該電路方案的不足之處就在于它的不穩(wěn)壓。它的輸出電壓隨著電源電壓E的高低起伏，如圖1(b)U_H陰影部分所示的情形，如果電源電壓E一直這樣高，其輸出電壓也就一直高。若電源電壓E降到U_L這樣低的水平，如圖1(b)U_L陰影部分所示，則輸出電壓也跟著低下去。因此，這種電路方案在以后的后備式UPS中就不被采用了。{{分頁(yè)}}

2.它激式推挽變換器

圖2 它激式推挽直流變換器電路原理圖

　　由于自激式推挽變換器不能滿足輸出電壓穩(wěn)定的要求，它激式推挽變換器就得到了廣泛地應(yīng)用。所謂“它激”就是電路的振蕩工作是由外加控制信號(hào)的激發(fā)而實(shí)現(xiàn)的。圖2(a)所示的就是它激式推挽直流變換器電路原理圖。由圖中可以看出，前面自激式推挽變換器的基極反饋繞組被取消了，代替它的功能的環(huán)節(jié)是電源控制組件IC，在早期用的是TDA1060，后來多采用LM3842或LM3845等。采用電源控制組件IC發(fā)出方波控制脈沖使UPS工作，在變壓器輸出端有一個(gè)與輸出電壓成正比的反饋信號(hào)回送給IC，使其根據(jù)輸入端電壓的變化和輸出負(fù)載的變化來調(diào)整控制脈沖的寬度，以保證輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

　　下面就介紹一下該電路的工作原理。

　　當(dāng)接通電源控制脈沖時(shí)，電源控制組件IC開始工作并發(fā)出方波控制脈沖，使推挽變換器的兩個(gè)功率管按照脈沖的同樣寬度輸出方波電壓，設(shè)在E為額定值時(shí)，UPS的輸出電壓也為額定值，如圖2(b)輸出波形圖中粗線所示的波形U_N，設(shè)此時(shí)的輸出脈沖寬度為δ₂，如果由于某種原因使電源電壓升至U_H，這時(shí)的測(cè)量與控制電路就會(huì)自動(dòng)將控制信號(hào)的脈沖寬度由δ₂減小至δ₁，如圖2(b)U_H陰影所示，以保證輸出脈沖電壓的面積不變，即

                                                    (3)

　　時(shí)，輸出電壓不變。同樣，當(dāng)由于某種原因使電源電壓降低到U_L時(shí)，這時(shí)的測(cè)量與控制電路就會(huì)自動(dòng)將控制信號(hào)的脈沖寬度由δ₂增大到δ₃，如圖1(b)U_L陰影所示，以保證輸出脈沖電壓的面積不變，即

                                                    （4）

　　由此就得出了維持輸出電壓穩(wěn)定的條件為：

                                               （5）

　　當(dāng)輸出端負(fù)載變化時(shí)，由于輸出線路和UPS內(nèi)阻的共同作用也必然導(dǎo)致輸出電壓的變動(dòng)，這種瞬間地變動(dòng)通電壓過反饋電路送入電源控制組件IC的相應(yīng)輸入端，經(jīng)比較和轉(zhuǎn)換后，去改變控制脈沖的寬度，以保證輸出電壓的穩(wěn)定。

　　由這種它激式推挽變換器輸出的具有穩(wěn)壓功能的脈沖電壓波形稱為準(zhǔn)方波，以區(qū)別于不具穩(wěn)壓功能的自激式直流變換器輸出的波形。有的將準(zhǔn)方波叫成階梯波，這是一種誤會(huì)，所謂階梯，如圖3所示（該圖是將上圖一種電源電壓U_N或U_H或U_L的情況單畫出來的波形）。而實(shí)際上并非如此，因?yàn)檩敵鲭妷悍终氩ê拓?fù)半波，并且每個(gè)半波僅有一個(gè)臺(tái)階，不在階梯定義范疇之內(nèi)。是否可以當(dāng)階梯來看呢？不可以。因?yàn)槿舭言摪氩ó?dāng)成階梯波來看，就必須將基線移到最上端或最下端，不論移到哪一端，電壓都變成了單極性的值：正半波或負(fù)半波。這和正負(fù)半波交替的事實(shí)完全不符，因此階梯波之說是一種誤會(huì)。{{分頁(yè)}}

圖3 準(zhǔn)方波輸出電壓波形

　　準(zhǔn)方波輸出電壓波形的采用又引出另一個(gè)誤會(huì)，有不少工程師和用戶在對(duì)輸出電壓的測(cè)量中發(fā)現(xiàn)原來應(yīng)該220V的電壓變成了難以相信的值，或者是170V，或者是190V等。于是就懷疑UPS的正確性，甚至認(rèn)為UPS出了故障。實(shí)際上問題就出在測(cè)量表上，普通的電壓表大都是在正弦波失真很?。ū热?lt;5%）的情況下給測(cè)量值定義的，而且這些表也不是測(cè)量的有效值。準(zhǔn)方波是失真非常大的正弦波，普通表根本無法用，只有用可以測(cè)有效值的儀表才行，如FLUKE-87或相應(yīng)的示波器、計(jì)算機(jī)等才能反映出它的實(shí)際值。

2.橋式逆變器

　　橋式逆變器名稱的來源是它的電路結(jié)構(gòu)形式很像“惠斯登”電橋。由于對(duì)輸出電壓要求穩(wěn)定的原因，故橋式逆變器的觸發(fā)方式幾乎都是它激。在線式UPS多采用橋式逆變器，因?yàn)樗兄韧仆熳儞Q器更大的優(yōu)點(diǎn)。比如推挽變換器功率管上的電壓為電源電壓的2倍，更加上狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的上沖尖峰，要求該器件的耐壓就更高，這樣以來不但增加了器件的成本，而且也由于功率管工作電壓的提高，降低了它的輸出能力，因此用在后備式UPS上居多。橋式逆變器就克服了這些缺點(diǎn)，并且根據(jù)要求的不同，電路又分成半橋逆變器和全橋逆變器，下面將分別進(jìn)行討論。

1.半橋逆變器

　　所謂半橋逆變器實(shí)際上電路的結(jié)構(gòu)形式也是橋式的，所差的是兩個(gè)橋臂上的器件不同。圖4所示的是半橋逆變器結(jié)構(gòu)及電原理圖，圖4(a)是它的電原理圖，圖4(b)是它的輸出波形圖。由圖中可見，電橋的左邊由電容器構(gòu)成，右邊由功率管構(gòu)成，輸出端就設(shè)在兩電容器連接點(diǎn)和兩功率管連接點(diǎn)之間。下面就討論一下它的簡(jiǎn)單工作原理。

(a)電原理圖                               (b)輸出波形

圖4 半橋逆變器結(jié)構(gòu)及電原理圖

　　假設(shè)電路已處于工作的準(zhǔn)備狀態(tài)，即電容C₁和C₂已充滿電。在時(shí)間t=0功率管V₁被打開，電流I₁由電容器C₁的正極出發(fā)，如空心箭頭所示，流經(jīng)功率管V₁、變壓器T_r初級(jí)繞組N₁的BA、回到C₁的負(fù)極，一直到t=t₁，形成正半波，如圖4(b)所示。在t=t₁時(shí)，V₁由于正觸發(fā)信號(hào)的消失而截止，此時(shí)正觸發(fā)信號(hào)加到了V₂的控制極，使其開通，電流I₂由電容器C₂的正極出發(fā)流經(jīng)變壓器T_r初級(jí)繞組N₁的AB，如圖中的實(shí)心箭頭所示，可以看出這時(shí)的電流方向是相反的，電流I₂通過變壓器后流經(jīng)功率管V₂的集電極-發(fā)射極回到電容器C₂的負(fù)極，一直到t=t₂由于觸發(fā)信號(hào)消失而截止，這一過程形成了負(fù)半波，如圖4(b)所示。以后就再重復(fù)上面的過程，于是就形成了一系列連續(xù)不斷的正弦波。

　　上面只簡(jiǎn)單地討論了交流輸出電壓形成的過程。但從這里并看不出是如何產(chǎn)生正弦波的，為了使讀者有一個(gè)整體的概念，有必要將形成正弦波的簡(jiǎn)單原理做一介紹。

　　早期UPS產(chǎn)生正弦波的方法比現(xiàn)在要復(fù)雜很多，由于早期的逆變器功率器件和技術(shù)所限，只能產(chǎn)生方波或準(zhǔn)方波，而后再利用龐大的濾波器將它們?yōu)V成正弦波，后來為了減小濾波器的體積和重量，從電路上采取了多個(gè)方波疊加成階梯波的方法，雖然減小了濾波器，卻增加了逆變器的數(shù)量，UPS的體積、重量仍然很大，同時(shí)也使得噪聲大、效率低等。{{分頁(yè)}}

　　高頻大功率器件的出現(xiàn)使UPS發(fā)生了根本的變化，脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)就是在這樣的條件下產(chǎn)生的。圖5所示的就是脈寬調(diào)制波(PWM)產(chǎn)生的機(jī)理過程簡(jiǎn)圖，正弦波輸出電壓的產(chǎn)生要經(jīng)過幾個(gè)階段。

圖5 脈寬調(diào)制波(PWM)產(chǎn)生的機(jī)理過程簡(jiǎn)圖

　　(1)產(chǎn)生方波  UPS本省要有一個(gè)本地振蕩器，目的是使UPS的電路工作節(jié)奏有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般的原始振蕩器多是張弛振蕩器，它們所產(chǎn)生的波形都是方波。

　　(2)產(chǎn)生三角波  該波形是脈寬調(diào)制技術(shù)所需要的，它是利用積分電路將方波轉(zhuǎn)換成三角波，如圖5(a)所示。圖中示出了方波（細(xì)線）和三角波（粗線）的關(guān)系。

　　(3)產(chǎn)生正弦波  因?yàn)閁PS的輸出電壓波形除有特殊說明外一般都是正弦波，在以往的UPS中，正弦波的產(chǎn)生有幾種方法，有的采用復(fù)合電路，后來又出現(xiàn)了專門的集成電路，這就省去了組成電路的麻煩，還有的利用軟件的方法產(chǎn)生。

　　(4)產(chǎn)生脈寬調(diào)制波  因?yàn)樵赨PS中影響其價(jià)格的主要是效率和體積。轉(zhuǎn)換效率低就必須采用復(fù)雜的散熱措施，工作頻率低就必須采用大濾波系數(shù)的濾波器，濾波用的扼流圈和電容器就非常笨重且造價(jià)高。脈寬調(diào)制技術(shù)的高頻操作有效地解決了上述的問題。在這里利用三角波和正弦波的共同作用而產(chǎn)生出脈寬調(diào)制波。如圖5(b)所示是將三角波和正弦波進(jìn)行比較的比較器，由圖中可以看出，正弦波信號(hào)加比較器的同相輸入端（+），三角波加在比較器的反相輸入端（-）。圖5(c)的圖形表示出了脈寬調(diào)制波形成的原理。當(dāng)正弦波的包絡(luò)高于三角波時(shí)，比較器就輸出正脈沖，反之就輸出0，負(fù)半波的原理與過程與正半波完全相同，故不重復(fù)。這樣以來就把復(fù)雜的正弦波輸出電壓生成過程變成了簡(jiǎn)單的高頻等幅脈寬調(diào)制波。同時(shí)也使逆變器的工作得到了簡(jiǎn)單化，從此就使UPS進(jìn)入了一個(gè)嶄新階段。

　　(5)輸出正弦波的形成  圖5(a)~(c)所示是逆變器控制信號(hào)的形成過程，逆變器功率管就按照控制信號(hào)的規(guī)律進(jìn)行工作，使逆變器的輸出波形呈現(xiàn)圖5(d)的脈寬調(diào)制波的形狀。該脈寬調(diào)制波的解調(diào)也很簡(jiǎn)單，只需在輸出端接一適量的濾波電容就可以了。其濾波后的波形如該圖中的正弦波所示。

　　(6)輸出電壓的穩(wěn)定  上面介紹了正弦輸出電壓波形的產(chǎn)生，一般要求UPS是一個(gè)電壓源，即要求它的輸出電壓是穩(wěn)定的。在脈寬調(diào)制波中是如何實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定的呢？由圖5(c)可以看出，既然脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生是由于三角波和正弦波比較的共同作用結(jié)果，那么二者中任何一個(gè)的幅度變化都可導(dǎo)致輸出脈寬調(diào)制波寬度的變化。但在比較器中為了保證比較波形的質(zhì)量，一般不主張變化波形，而是采用改變比較波形基準(zhǔn)電壓的方法來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓的調(diào)整。圖6所示就是穩(wěn)定輸出電壓的波形調(diào)整原理圖。這里采用的是變化三角波基準(zhǔn)電壓的方法，下面就進(jìn)行簡(jiǎn)單地討論。

圖6 穩(wěn)定輸出電壓的波形調(diào)整原理圖

　　為了方便討論，只看一個(gè)脈寬調(diào)制波的情況，如圖6所示，設(shè)定在額定輸出電壓時(shí)，三角波的基準(zhǔn)電壓是U_N，換言之是三角波形疊加在一個(gè)直流電壓U_N上。因?yàn)榉€(wěn)定調(diào)節(jié)都需要反饋信號(hào)，于是就把這個(gè)電壓U_N作為UPS輸出額定電壓時(shí)的反饋信號(hào)，這時(shí)作為例子的一個(gè)脈寬調(diào)制波寬度為t_N。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，設(shè)負(fù)反饋信號(hào)電壓U_N升高到U_H，使三角波電壓有一個(gè)上升量：

　　ΔU=U_H-U_N                                                       (6)

　　就是說在比較器的輸入端正弦波保持不變的情況下三角波向上平移了ΔU，就必然導(dǎo)致在這一點(diǎn)上正弦波高出三角波的區(qū)域減小，使脈寬調(diào)制波的寬度由t_N減小到t_H，經(jīng)過幾個(gè)過程后使已升高的電壓返回正常值，如圖上所示。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，三角波的基準(zhǔn)電壓降低，使正弦波高出三角波的區(qū)域變大，使脈寬調(diào)制波的寬度由t_N增大t_L，同樣經(jīng)過幾個(gè)過程后使已降低的電壓返回到正常值。

2.單相全橋逆變器

　　上述的半橋逆變器具有比推挽變換器工作電壓低的優(yōu)點(diǎn)，但由于一個(gè)橋臂由電容構(gòu)成，這就決定了它的輸出功率不會(huì)很大。因此在要求輸出功率較大的場(chǎng)合，比如500VA以上時(shí)，一般都采用全橋式逆變器電路結(jié)構(gòu)。全橋式逆變器電路結(jié)構(gòu)又分為單相橋和多相橋。單相橋多用于小功率的單進(jìn)單出UPS中，一般在10kVA左右，在特殊情況下，比如三進(jìn)單出UPS中也有大功率，比如30kVA或以上。不過在大功率時(shí)多用三進(jìn)三出全橋式逆變器電路結(jié)構(gòu)。

圖7 單相全橋逆變器電路結(jié)構(gòu)圖

　　圖7所示就是單相全橋逆變器電路結(jié)構(gòu)圖。它和半橋電路的不同之處僅在于其橋臂都是由具有開關(guān)功能功率管構(gòu)成，如圖7(a)中的V₁、V₂、V₃和V₄，這樣一來就賦予了電路以更大的輸出功率能力。在半橋電路中無論那一只功率管開通，流過它的電流還要通過一只電容器，隨著電容器電荷量的增加，電容器上的電壓也在逐漸升高，這時(shí)的電流也會(huì)隨著時(shí)間而變化，就必須增加電容器的容量或減小功率管的開通時(shí)間。電容量的增加會(huì)造成設(shè)備體積的增大和寄生參量的增大。頻率的提高又會(huì)提高對(duì)功率管的要求。因此限制了它的功率的提高。{{分頁(yè)}}

　　在全橋時(shí)，就順利地解決了上述這些問題。因?yàn)樵谌珮驎r(shí)的功率管開通是成對(duì)的，如圖7(a)所示，V₁、V₄和V₂、V₃是成對(duì)導(dǎo)通的，比如V₁、V₄被觸發(fā)而開通時(shí)，電流I的流經(jīng)途徑是：

　　I由E的“+”極出發(fā)→V₁集電極—發(fā)射極→變壓器初級(jí)繞組AB→V₄集電極—發(fā)射極→回到E的“-”極，如圖7(b)所示的正半波。

　　同樣當(dāng)V₂和V₃被觸發(fā)開通時(shí)，電流I的流經(jīng)途徑是：

　　I由E的“+”極出發(fā)→V₂集電極—發(fā)射極→反向通過變壓器初級(jí)繞組BA→V₃集電極—發(fā)射極→回到E的“-”極，形成如圖7(b)所示的負(fù)半波。

　　由這個(gè)簡(jiǎn)單的過程可以看出，不論哪一對(duì)管子開通，電流I的路徑上都沒有任何使其變化的因素，只要觸發(fā)信號(hào)足夠強(qiáng)，這個(gè)電流就可以一直不變地維持下去。換言之，輸出功率也就得到了保證。在無輸出變壓器的情況下，對(duì)脈沖寬度和調(diào)制頻率的要求就更不嚴(yán)格。當(dāng)然是在滿足要求的情況下。

3.三相橋式逆變器

　　在大功率的情況下，比如10kVA以上，就多采用三相橋式逆變器。三相橋式逆變器又分為三相全橋和三相半橋，這兩種結(jié)構(gòu)在UPS中都有應(yīng)用。下面就分別做一介紹。

1.三相全橋逆變器

圖8 三相全橋逆變器電原理圖

　　圖8所示就是三相全橋逆變器的電原理圖。由圖中可見，三相全橋由6只功率管構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)的UPS逆變器后面一般都有一個(gè)隔離變壓T_r，這是因?yàn)橥ǔ５挠脩舳嗍遣捎?80V/220V三相四線制，而220V則是火線與0線之間的相電壓?？墒侨嗳珮蚰孀兤鞯妮敵鋈龡l線都是火線，必須通過“D-Y”變壓器將三相三線制轉(zhuǎn)換成三相四線制。這個(gè)變壓器大都只是一個(gè)普通的電源變壓器，只起對(duì)工作電壓隔離和邊壓的作用，而不能隔離干擾。

　　它的工作和單相全橋一樣，也是兩只管子同時(shí)導(dǎo)通，它們的導(dǎo)通配對(duì)情況是：V₁V₅、V₁V₆、V₂V₄、V₂V₆、V₃V₄和V₃V₅，其脈寬調(diào)制波經(jīng)濾波后就得出如圖9的三相全橋逆變器輸出波形U_OUT。三相全橋逆變器的控制方式以前多為三相統(tǒng)一控制，這就造成了對(duì)輸出端三相不平衡負(fù)載的限制，就有的要求三相負(fù)載的不平衡度不要超過50%。但三相負(fù)載極度不平衡的情況是經(jīng)常發(fā)生的。比如UPS三相輸出電壓中有一相滿載而其他兩相空載或輕載，就會(huì)造成滿載的那一相電壓降低，于是逆變器控制電路就要按照負(fù)載最重的那一相調(diào)整功率管的開關(guān)時(shí)間，以使降低了的電壓恢復(fù)到正常值。這樣調(diào)整的結(jié)果，在重載的一相恢復(fù)到正常值的同時(shí)，也抬高了空載或輕載的其他相的電壓，就造成了所謂的“三相不平衡”。為此，有的UPS制造商對(duì)控制電路進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將統(tǒng)一控制改成了分別控制，改善了原來的功能，但仍不夠理想，因?yàn)槿嗳珮蚰孀兤鞯妮敵鲎儔浩魇恰癉”連接，這種結(jié)構(gòu)又將三個(gè)橋臂有機(jī)地連接起來，因此就導(dǎo)致了三相電壓的相互牽制，換言之，調(diào)整任何一相必然會(huì)或多或少地影響其他相的電壓。不過只要細(xì)心地調(diào)整就可以將不平衡度減到最小。

圖9 三相全橋逆變器輸出波形

2.三相半橋逆變器

圖10 三相半橋逆變器電原理圖

　　為了減小由于三相負(fù)載不平衡而造成的三相輸出電壓的差異，半橋電路是一個(gè)很好的解決方案，圖10所示就是三相半橋逆變器電原理圖。從這個(gè)電路中明顯看出，電路的功率管并未增加，只是將電路換了一種接法。功率管雖未增加，但電池卻多增加了一組。這樣的一種改變就使UPS真正地具有了適應(yīng)三相負(fù)載100%不平衡的能力。由圖中看出，原來的三個(gè)橋臂V₁、V₄、V₂、V₅和V₃、V₆的輸出是各自獨(dú)立的，各自與中線N之間形成了獨(dú)立的相電壓輸出?，F(xiàn)以V₁、V₄為例把簡(jiǎn)單的工作原理介紹一下。

　　當(dāng)V1開通時(shí)，電流的流經(jīng)途徑是：

　　U_B+“+”→V₁→L₃→負(fù)載→中線N→U_B+ “-” （U_B-“+”），形成正半波。

　　當(dāng)V₄開通時(shí)，電流的流經(jīng)途徑是：

　　U_B-“+”→中線N→負(fù)載→反向通過L₃→V₄→U_B-“-”，形成負(fù)半波。

　　其他兩個(gè)臂的工作情況完全相同，不再重復(fù)。由上面的介紹可以看出，半橋電路與全橋電路的區(qū)別如下：

　　①半橋電路由一個(gè)臂就可以形成正負(fù)半波，比如V₁和其他臂上的功率管不發(fā)生任何關(guān)系。而全橋電路V₁導(dǎo)通時(shí)和V₅、V₆都發(fā)生關(guān)系。

　?、诎霕螂娐返妮敵霰旧砭褪蔷哂兄芯€的三相四線制結(jié)構(gòu)，可以不加輸出變壓器。而全橋電路必須加輸出變壓器。

　?、郯霕螂娐沸枰獌山M電池，而全橋電路只需一組電池。

　?、苡蓤D11也可以看出，半橋電路的每一組輸出電壓均需經(jīng)過一個(gè)LC濾波器將脈寬調(diào)制波解調(diào)成正弦波，在解調(diào)過程中，每次諧波經(jīng)電容器的低阻抗旁路到中線N，又由于三相輸出電壓在相位上互差120º，不能將高次諧波互相抵消，所以其中線N上具有不易消除的高次諧波。

3.三相半橋與單相半橋的不同

　　三相半橋逆變器和上述的圖4所示的單相逆變器也是有區(qū)別的：

　?、偕鲜龅膯蜗喟霕蚰孀兤麟m然也可形成正負(fù)半波，但它的輸出電壓是懸空的，即其輸出的兩條線都是火線，而三相半橋電路的輸出電壓就已具備了一零三火的要求。

　?、谏鲜鰡蜗喟霕蚰孀兤髅恳粋€(gè)功率管的導(dǎo)通電流都通過一只電容，故限制了它的輸出能力。而三相半橋電路每一個(gè)功率管的導(dǎo)通電流通過的是蓄電池，所以輸出功率可以很大。是否可將單相半橋逆變器電容器換成蓄電池呢？當(dāng)然可以。不過從經(jīng)濟(jì)上講是不劃算的，因?yàn)閱蜗喟霕蚰孀兤魉圆捎脙芍浑娙?，就是為了在小功率輸出時(shí)的最簡(jiǎn)電路和最低造價(jià)。

　　當(dāng)然，為了滿足三相負(fù)載100%不平衡的要求還有采用三個(gè)單相全橋電路的組合以及改變變壓器結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)等。

4.雙向變換器

　　逆變器的概念來自三端口和在線互動(dòng)式UPS。因?yàn)樵谶@些UPS的結(jié)構(gòu)中已經(jīng)取消了單獨(dú)的輸入整流器/充電器。整流器/充電器和逆變器的全部功能都由雙向變換器一身完成。圖11所示虛線方框內(nèi)就是構(gòu)成三端口UPS的雙向變換器電原理圖。由圖中可以看出，它就是用于所有UPS中的一個(gè)普通逆變橋電路結(jié)構(gòu)。但在這里的作用又賦予了新的含義和功能，在市電故障而改由電池放電時(shí)，雙向變換器的作用就是逆變器，其工作過程和其他UPS的逆變器完全一樣，其中二極管VD₁~VD₄的作用是：在功率管由導(dǎo)通而轉(zhuǎn)為截止的瞬間在變壓器繞組上將有反電勢(shì)出現(xiàn)，二極管就是將反電勢(shì)泄放回電池。比如V₁、V₄導(dǎo)通時(shí)，變壓器T_r的繞組AB的電勢(shì)極性為A“-”、B“+”，在V₁、V₄截止的瞬間在該繞組中激起的反電勢(shì)極性變?yōu)锳“+”、B“-”，此反電勢(shì)會(huì)影響電路的正常工作和器件的安全。但由于二極管VD₁~VD₄的存在，這個(gè)電勢(shì)就可以通過A“+”→VD₂→U_B→VD₃→B“-”形成泄放回路，將繞組中的儲(chǔ)能回授給電池，從而保證了下一周期V₂、V₃的順利開啟。V₂、V₃導(dǎo)通和截止時(shí)的過程完全一樣，不再重復(fù)。

　　VD₁~VD₄除了具有泄放作用外，由于它又是一個(gè)整流橋結(jié)構(gòu)，故在這里又可作為整流橋。三端口或在線互動(dòng)式UPS平時(shí)由市電U_IN供電時(shí)，在變壓器T_r次級(jí)繞組AB上就出現(xiàn)了經(jīng)降壓后的交流市電電壓，這個(gè)交流電壓經(jīng)VD₁~VD₄整流橋整流后給電池U_B充電。

　　由上述的介紹可以看出，這種雙變換器整流時(shí)不逆變，逆變時(shí)不整流。

圖11 三端口UPS的雙向變換器電原理圖