深入剖析UPS电源整流器的工作原理
1. 工频降压整流器
降压整流器有工频和高频之分,而工频又有稳压和不稳压之分。下面以UPS中应用最广的稳压工频电路为例进行讨论。一般采用三相整流,是因为三相整流的脉动系数和纹波系数都低。一个三相可控硅全桥整流电路中用了6只可控硅整流器,需要6个脉冲进行分别控制,也俗称其为6脉冲整流。三相全桥整流电路是按线电压工作的,在市电为额定值380V/220V时的最高整数流出电压可达到
UDC=380V×√2=537V
一般电池组额定电压为12V×32只=384V的浮充电压(约438V)已足够了。由于这种电路是按照市电的频率(所谓工频)节奏而工作的,成为工频整流器。由于可控硅的电流容量和耐压都可以做的很高,因此它在中大功率传统双变换UPS中得到了广泛的应用。又由于这种电路整流器件的开启(相位)是可控的,因此它就具有了输出稳压的功能。但这个输出稳压的功能不能作为输入市电大范围变化的根据,原因是可控硅存在着在一定条件下失控的隐患。
例如,一个电池组额定电压为384V,在正常情况下的浮充电压低于440V,如果认为及时是电线电压额定值Un上升到135%Un时也可保证整流电压低于450V,就可把这时的输入电压(135%Un)作为改UPS的优点提供给用户,就会给用户的使用埋下隐患。当然,按照相控原理,即使输入市电电压上升到150%Un,在正常情况下也可使电池浮充电压稳定在440V以下,但万一在135%Un时可控硅失控,这时可控硅整流器就变成了普通二极管整流器,此时的输出整流电压UDC就变成了
UDC=380V×1.35×√2=725V
这时就出现了两个危险情况:一种情况是,整流器后面的滤波电容是否可耐此高压,否则必炸无疑;另一种情况是,原来12V一节的电池,现在变为每节电压UB=725/32=2.6V,这就意味着电池也因此而报废!甚至还会带来其他的危险,如因电池炸裂而喷出的硫酸伤人和伤物。
另一方面,由于6脉冲整流电路的工作是脉冲式的,对市电输入电压博兴的破坏作用非常显著,使输入电流谐波成分达到30%以上,输入功率因数仅为0.8左右,为了实现“绿色”电源的目标,还必须进行功率因数校正。
采用普通二极管的整流器就不具备稳压功能,它一般用于小功率UPS电路中,充电器另外设置。
2. 高频降压整流器
在一般小功率UPS电源中,为了简化电路的复杂程度而采用了二极管整流器,但二极管整流器无稳压功能,为了滤波电容和逆变器的安全,有的采用了BUCK型高频降压整流器。
BUCK(降压)型高频降压整流器工作原理:
控制信号以高频脉冲(一般式20kHz的固定脉冲宽度)
加到开关功率管的控制极,当一个控制脉冲到来时,VT打开,电流由整流器二极管经VT流向负载和滤波电容,这是电感L储能;控制信号结束后,VT截至,电感L产生的反电势继续维持原来的电流流向将村能释放,其路径是:Lb→C、R→VD→La,使输入形成连续的电流。电感上的能量释放完或达到一定程度后,功率管又被下一个触发脉冲打开,再重复上面的过程。这个电路的有点是简单,送到负载的电流是连续的,但输入电流仍然是脉动的。
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