| 出版日期：1999-09-06 总期号：855 本年期号：65 |
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小型在线式（on line）ups电源工作原理之三
功率因数校正电路是如何有效控制ups 的整流滤波控制电路的？ 李成章 今天我们共同探讨一下ups是如何为负载提供高质量的纯净正弦波电源的。 
图1 采用微处理器控制的小型在线式ups控制框图 如图1所示，如果将该逆变器电源v4同来自市电电网的普通电源v0相比，就会发现它具有如下极其优越的电气特性： ①由于在ups的逆变器调控电路中，建立有由电压负反馈控制电路→微处理器→逆变器电源输出→电压负反馈控制电路所构成的闭环反馈控制电路，可以确保ups的逆变器向负载提供稳压精度高达±0.5％～±1％的高精度稳压电源。 ②利用位于ups电源内部的锁相同步电路确保从ups的逆变器所输出的逆变器电源的工作频率具有如下特性： 当市电电源的频率在ups的锁相同步电路所允许的同步窗口（50hz±2hz）内时，从ups的逆变器所输出的逆变器电源与市电电源保持锁相同步关系（即：两种交流电源的频率相同和相位相同，见图2）。当市电电源的频率超过ups的锁相同步电路所允许的同步窗口时，逆变器电源将不再跟踪市电电源，它将回到ups电源的本机振荡频率50hz。对于目前的绝大多数ups来说，当它处于本机振荡工作状态时，其稳频精度可达50hz±0.1％左右。因此，当我们在谈论ups逆变器电源的工作频率时，它有两个指标：当它处于与市电同步跟踪状态时，它所允许的同步窗口越大越好；反之，当它的逆变器电源处于本机振荡状态时，则频率的波动范围越小越好。 ③由于在ups电源的逆变器中，采用高频（20khz～40khz）正弦脉宽调制（spwm）技术，从逆变器所输出的正弦波电源具有非常标准的正弦波形。这就意味着，在逆变器电源中所包含的谐波很少，具有输出波形失真度很小的优良特性。目前所生产的ups电源都能达到如下输出波形失真度指标：带线性负载时，其波形失真度为1％～2％，带峰值比（crest ratio） 3:1的非线性 负载时，其波形 失真度小于5％ （注：计算机型负载的峰值比为2.6:1左右）。 ④由于在ups中，实质上是将来自市电电网的低质量的交流电源经整流滤波器ac/dc变换成直流电源，然后再经逆变器执行dc/ac变换重新变成正弦波电源，这样就可完全消除掉来自市电电网的任何电压波动、波形畸变、频率波动及干扰可能产生的任何影响。正是基于这点，ups的逆变器电源才可向用户提供这种无干扰的高质量的纯净正弦波电源。 ⑤在ups的机内配置有由蓄电池组→dc/dc直流变换器所组成的后备直流电源供电系统。因此，在ups电源的运行中，如果遇到市电电源出故障（输入电压过高或过低）或市电供电中断时，在微处理器的控制下，dc/dc直流变换器将立即投入运行，从而将蓄电池的相对较低的直流端电压提升到完全符合逆变器输入端所要求的电源v1的电平上。利用这样的dc/dc变换技术，可以确保从ups所输出逆变器电源永远都是处于不间断地向用户的负载供电的局面。在此条件下，用户完全不需要考虑电网供电到底是否正常。 综上所述：我们可以看到从ups的逆变器所输出的高质量正弦波电源，不仅是一般的市电电网的电源不能与之相比的，而且，按目前所知的情报，除了ups电源以外，现在还没有任何一种交流稳压电源有可能输出同时具有以上5种优异特性的高质量电源。 由于在ups电源的整流滤波器的控制电路中引入了“输入功率因数校正电路”，从而可确保进入整流器的输入电流和输入电压保持着良好的相位一致关系。这样就有输入功率因数高达0.99的ups电源产品，如爱克赛公司的powerware 9150 ups产品。显然，这对提高市电电网的利用率是十分有利的。 
a．由于两路交流电源间出现相位差而产生的瞬态电压差 
b． 由于两路同步的交流电源间出现幅度差而产生的瞬态电源差 
c． ups电源再执行市电旁路<=>逆变器电源供电切换时可能出现的环流 图2 同步切换和不同步切换可能带来的对“环流”的影响 |
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