高频耦合UPS变换电路设计
一、引言
由整流和逆变电路组成的ups变换电路是ups中的关键组成部分。根据其所采用的功率电子器件和ups不同的用途，变换电路有很多种类，以适应不同的电压、频率和负载性质的要求。若用于感性负载，ups的变换电路既要考虑到输出交流又要考虑到负载反馈储能的问题。这就要求能量能在四个象限范围内实现传输。
二、电路的工作原理 高频耦合ups的变换电路如图1所示。
图1 变换电路
① d1~d4为整流环节，将市电整流成直流电压va。
② t1~t2为逆变环节，输出20khz交流电压，其脉宽由va和三角波vs比较来调制，如图2（a）所示。
③ 在脉冲间隔期间将t3导通，使变压器t一次侧短路，电压为零，此时磁通暂不变化，能量也暂不释放。高频变压器一、二次电压v1、v2的波形如图2（b）所示。
④ t4、t5及d9~d16构成循环变流器。t4、t5轮流导通，在正半周期将高频正弦波形整流成正方向电压va;在负半周期时，整流成负方向的电压vb，如图2（c）所示。
⑤ 最后经l4~l5与c3高频滤波器滤波，将20khz开关频率的谐波滤除后，输出50hz正弦交流电压vc，如图2（d）所示
图2 波形图
三、电路的运行 负载为感性时，循环变流器一方面将高频交流变换成50hz交流，一方面又在部分时间里将负载侧的储能反馈至变压器，即能在四个象限里运行。如图2（e）所示滞后于v0的感性负载电流i0。在图中t1~t2期间（第ⅰ象限 ）v0为正，i0为正，电流可经d9、t4、d12流出，输出功率。t0~t1期间（第ⅱ象限）v0为正，i0为负，电流可经d10、t4、d11流入，负载向变压器反馈储能。第ⅲ、ⅳ象限情况类似。
四、换向 由于电流连续，t4、t5必须有一个短时共态导通时间△，这段时间内一个晶体管电流减小，另一个晶体管电流增大，进行换流。此时，变压器的电流和磁势要进行换向。
在第ⅰ、ⅲ象限电路处于整流状态时，电源电压较高的一相开始导通后，电源电压使该相电流逐渐增大，迫使原来导通的一相电流减小直至零值。在第ⅱ、ⅳ象限电路处于逆变状态时，换向过程与整流状态时相同，但为了获得较大的负电压，逆变控制时间β应尽量减小到接近于换流时间γ。若β《γ，在变压器电动势e2不等于零的时期内不能完成电流换向，只能等到晶体管关断时自换向，迫使另一管子电流增大到i0。在自换向电流迅速减小的过程中，变压器漏感将产生较大的尖峰电压，使过电压吸收电路功耗增大。为了使电流能平滑换流，t4、t5两管的共态导通时间△应与换流时间γ相近，而l4及l5的漏感较变压器的漏感大得多，亦可使尖峰电流减小。
五、结论 此电路输出功率为200w，效率为70%，正弦波的谐波含量小于5%，输出电压稳定度约为2%。
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① d1~d4为整流环节，将市电整流成直流电压va。
② t1~t2为逆变环节，输出20khz交流电压，其脉宽由va和三角波vs比较来调制，如图2（a）所示。
③ 在脉冲间隔期间将t3导通，使变压器t一次侧短路，电压为零，此时磁通暂不变化，能量也暂不释放。高频变压器一、二次电压v1、v2的波形如图2（b）所示。
④ t4、t5及d9~d16构成循环变流器。t4、t5轮流导通，在正半周期将高频正弦波形整流成正方向电压va;在负半周期时，整流成负方向的电压vb，如图2（c）所示。
⑤ 最后经l4~l5与c3高频滤波器滤波，将20khz开关频率的谐波滤除后，输出50hz正弦交流电压vc，如图2（d）所示
图2 波形图
三、电路的运行 负载为感性时，循环变流器一方面将高频交流变换成50hz交流，一方面又在部分时间里将负载侧的储能反馈至变压器，即能在四个象限里运行。如图2（e）所示滞后于v0的感性负载电流i0。在图中t1~t2期间（第ⅰ象限 ）v0为正，i0为正，电流可经d9、t4、d12流出，输出功率。t0~t1期间（第ⅱ象限）v0为正，i0为负，电流可经d10、t4、d11流入，负载向变压器反馈储能。第ⅲ、ⅳ象限情况类似。
四、换向 由于电流连续，t4、t5必须有一个短时共态导通时间△，这段时间内一个晶体管电流减小，另一个晶体管电流增大，进行换流。此时，变压器的电流和磁势要进行换向。
在第ⅰ、ⅲ象限电路处于整流状态时，电源电压较高的一相开始导通后，电源电压使该相电流逐渐增大，迫使原来导通的一相电流减小直至零值。在第ⅱ、ⅳ象限电路处于逆变状态时，换向过程与整流状态时相同，但为了获得较大的负电压，逆变控制时间β应尽量减小到接近于换流时间γ。若β《γ，在变压器电动势e2不等于零的时期内不能完成电流换向，只能等到晶体管关断时自换向，迫使另一管子电流增大到i0。在自换向电流迅速减小的过程中，变压器漏感将产生较大的尖峰电压，使过电压吸收电路功耗增大。为了使电流能平滑换流，t4、t5两管的共态导通时间△应与换流时间γ相近，而l4及l5的漏感较变压器的漏感大得多，亦可使尖峰电流减小。
五、结论 此电路输出功率为200w，效率为70%，正弦波的谐波含量小于5%，输出电压稳定度约为2%。
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