3KVA UPS 硬件学习

UPS 从电路路结构，不不间断供电的方式来看，主要分为：后备式UPS(off line)，在线互动式(lineinteractive)，在线式UPS(on line)。本报告研究的T3K(110V)型机种为在线式UPS，输出功率为3KVA，输入电压为110VAC，输出电压110VAC。

一. 3KVA UPS 电源T3K(110V)的主电路路分析

1.1 在线式UPS 电源T3K(110V)整机方框图

T3K(110V)的整机电路路主要由主电路路、辅助电源及驱动、数字控制三个部分构成。其中主电路包括EMI 输入滤波器器、EMI 输出滤波器器、AC/DC BOOST 电路路、DC/AC 逆变电路路、DC/DC推挽电路路、Charger 电路路、Bypass 电路路。其整机方框图如图1-1 所示。

其工作原理理简述：

I. 市电模式⼯工作（市电正常时）：

市电—>EMI 输⼊入滤波器器—>AC/DC BOOST 电路路(包含PFC 功率因数校正电路路，使得电流波形与电压波形保持一致)—>DC/AC 半桥逆变器器—>EMI 输出滤波器器—>负载

II. 电池模式⼯工作（市电异常时）：

电池—>DC/DC 推挽电路路—> DC/AC 半桥逆变器器—>EMI 输出滤波器器—>负载

III. 旁路路⼯工作（UPS 异常等情况）：

市电—> EMI 输⼊入滤波器器—>BYPASS 旁路路—>EMI 输出滤波器器—>负载

1.2AC/DC BOOST 电路

1.2.1AC/DC 整流电路

图1-2AC/DC 整流电路路图1-3AC/DC 电路路的电压电流波形

从图中可以看到电流波形发生畸变。因为在整流电路路中整流二极管只有在输入电压高于输出电压时才会导通，整流⼆二极管的导通⻆角很小，输入电流仅在每个周期的一小部分时间里里给负载供应能量量，因此电流波形发⽣生畸变，这样的电流波形中包含大量量的高次谐波，使得输入功率

因数也下降，一般为0.55～0.65，负载上可以得到的功率就减少了了。所以本系统中采用PFC 功率因数校正电路路来提⾼高AC/DC 电路路的输入功率因数和减小电流的谐波。

1.2.2 BOOST 拓拓扑

本系统的整流电路路中，要求输入交流电110VAC，输出直流电180VDC，所以AC/DC 电路路选用拓拓扑结构BOOST。

1.2.3 本电源中BOOST-PFC 拓拓扑

以上BOOST 拓拓扑是DC/DC 电路路，但是本系统中，AC/DC 电路路需要提供BUS 极性相反的两个电压给逆变电路路，所以本系统采用了AC/DC 的BOOST 形式。

1.2.4 PFC BOOST电路的波形分析

1.空载时，因为输出的能量量较小，断续的驱动PFC 工作。

2. 在Q 关断时，VDS 电压波形上后面部分出现振荡。原因是：当Q 关断时，输入电感上的电流向输出续流，在续流的过程中，由于机器器空载，输⼊入电流很⼩小，所以在开关管关断期间出现断流，此时的二极管截止，这种现象是由二极管的断流及其线路路中的杂性电感、电容造成的。

1.2.5 BOOST-PFC 电路中的控制芯片和辅助电路

1. PFC 控制芯片

常用于功率因数校正的⽅方法有三种：电流峰值控制，电流滞环控制，平均电流控制。本电源中选用了了平均电流控制⽅方法，通过高功率因数校正器器集成控制电路路芯片UC3854 来实现功率因数的校正。

2. 开关管Q 导通和关断速度控制电路

由于开关管IGBT 的开关特性，IGBT 的关断时间较长，所以本电路路通过减小栅极反偏回路路的串串联电阻，因此在驱动线路路上添加二极管D7 和电阻R2，来加快关断速度。

工作原理：

由于开关管输入结电容Cies＝CGS＋CGC的存在，开关管的开通关断速度是由栅极电阻与输入电容组成的RC电路路的充放电时间决定的，只要改变时间常数RC=Γ ，即改变R值，就可以控制开关管的开关速度。

3. SNUBBER 电路

当负载电流很大时，开关管关断时di/dt 很大，由于分布电感LK 的存在，DS 两端会产生瞬间的电压尖峰，如果不不加缓冲电路路抑制电压尖峰的产生，则开关管的电压规格必须比正常值高出许多，开关损耗也较大。

工作原理理分析：

Q 导通后进⼊入稳态，电流流过Q。此时，Q 关断，导线上存在的杂散电感LK 使电流续流，向结电容CDS 充电，同时一部分电流对C3 充电，使得Q 上的电流减⼩小，从⽽而减⼩小了了电压尖峰。

1.3 DC/AC INVERTER 电路

1.3.1 半桥逆变拓扑

逆变电路路按电路路结构分为桥式和非桥式电路路，而桥式⼜又分为半桥和全桥逆变。由于半桥逆变相对于全桥，结构简单，成本低。但是由于输出电压Uo 只能近似为输⼊入的电压的一半Ui/2，所以输入电压利利用率不不⾼高，输出功率不不太大，一般为10KW以下。

所以在3KVAUPST3K(110V)中采用了了半桥拓拓扑为逆变结构，⼯工作于连续电流模式，拓拓扑原理理图如图1-15。

1.3.3 DC/AC 电路路中的控制电路路和辅助电路

1. 控制电路

由硬件搭建的PWM产生电路路及反馈电路路来控制逆变电路路中IGBT 的导通的。具体分析见第二章的控制电路路部分。

2. 辅助电路

在逆变电路路中，在IGBT 的DS 两端并联RC SNUBBER 电路路，在IGBT 的栅极串串有开关速度控制电路路，原理理同PFC BOOST 电路路中的辅助电路路。

1.4 DC/DC push-pull 电路

1.4.1 push-pull 拓扑

本系统中的DC/DC 电路路采用了了push-pull 推挽拓拓扑，因为推挽电路路能满足±BUS 两个电压输出的要求，且输入输出隔离。但由于开关管上承受电压为2Vin，所以通常适用于输入电压低的直流电源变换器器。

1.4.2 push-pull 电路路的波形分析

二．3KVA UPS 电源T3K(110V)的控制电路分析

2.1 幅值侦测电路

2.2 过零侦测电路

2.3 PWM 产生电路

2.6 参考正弦波产生电路

三. 3KVA UPS T3K(110V)外部电气特性测试

3.1 Input characteristic test

电压探棒的放⼤大倍数⽐比1000：1

电流钩枪对应的电压⽐比为10mv/A

3.1.1 Input voltage test