发布时间：2024-06-21 22:20:24 人气：
求电子镇流器资料
浅谈电子镇流器的工作原理
关键词 高频交流电子镇流 半桥逆变 buck-boost PFC 单级变换
一、高频交流电子镇流
由于气体放电灯（如荧光灯、霓虹灯、卤素灯、金卤灯等）是一种负阻性电光源(特性曲线如图1所示)要使其正常稳定工作，需加一个限流装置。这个限流装置叫做镇流器。目前气体放电灯使用的镇流器有两种：（1）电感式镇流器；（2）高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在市电频率，体积大、笨重，还需消耗大量铜和硅钢等金属材料，散热困难、效率低、有频闪，所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法，而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。
电子镇流采用高频开关变换电子线路的方法实现镇流，具有无频闪、效率高、体积小、重量轻、可调光，不使用大量铜材和硅钢材料的特点，所以自20世纪70年代以来，高频交流电子镇流器一问世，由于它的体积小、发光效率高（发光效率与工作频率关系曲线如图2 所示）无频闪效应，适应供电电压范围宽、节能的一系列优点，受到了用户的欢迎。
据统计，世界上照明用电占了世界上产生的总电量的1/4，如仅将现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的电子镇流灯泡，就可节省200GW的电能，从而少建几十个电站。由于高频交流电子镇流器节能和巨大的市场潜力，进入20世纪90年代后，各种气体放电照明灯广泛采用高频电子镇流器，形成一个"绿色照明"的新兴产业。
"绿色照明"是90年代初国际上对节约电能、保护环境照明系统的形象说法。美、英、法、日等主要发达国家和部分发展中国家先后制定了"绿色照明"的计划，并已经取得明显效果。事实上，照明的质量和水平已成为衡量社会现代化的一个重要标志，成为人类社会可持续发展的一项重要标志。
目前，我国已成为照明器具的生产大国，现有照明器具生产企业1000家，电光源产品有60多个门类3500多个品种规格，灯具产品30多个门类500多个品种规格。我国照明节能大有潜力可挖。目前，荧光灯、稀土三色紧凑型荧光灯已生产出适合家用的H、双H、O、D、双D、SL型等多种产品。这种灯与照度相同的管型荧光灯相比约节电27%，与白炽灯相比，可节电70%。2001年，按每户仅用一只节能灯计算，全国4亿只节能灯就可节电2000万千瓦电力，投资只需120亿元，而要生产2000万千瓦的电力，即需投资500亿元。所以在我国照明节能是一项很重要的课题。
目前，世界上一些著名的大专院校、科研院所、公司都投入了较大的力量进行高频交流电子镇流器的科研开发、生产。如美国弗吉尼亚大学功率电子研究中心（VPEC），李泽元教授领导的科研中心每年都有相关论文和实验报告在IEEE功率电子学学刊刊出，并提出了如高频能量反馈、采用电荷泵功率因数校正的电子镇流器等概念，美国加州理工大学（UCT）的S.CUK教授关于单级高功率因数电子镇流器，一种用于紧凑型荧光灯的E类电子镇流器，西班牙、巴西、我国台湾和香港地区的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人员进行开发。同时，国内一些著名科研院所、大学也投入了较大力量进行科研开发。这点可从国内相关科技文献看出。勿容置疑的是我国是世界上电子镇流器的一个生产大国，我国有较多的公司、企业从事这种"绿色电光源"产品的生产。
特别是自20世纪80年代末、90年代初，IEC928（1990）、GB15143（1994）《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及IEC929（1990）、GB/T15144《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》等技术标准相继颁布与实施，使交流电子镇流器的研究、开发、生产有了统一技术规范。
由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低，并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标严格，所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰，使用安全可靠的高频交流电子镇流器并非件易事，所以往往让人感到：看似简单的一个电子产品，但是技术含量很高，是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关（ZVS、ZCS）、LC串并联谐振、功率因数校正、电磁干扰抑制（EMC、EMI）、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术的方方面面。同时，如何测量高频交流电子镇流器的技术参数，如功率、高频谐波成分、效率、电磁辐射干扰（EMI），也是高频交流电子镇流器的研究热点。
实践证明，要做出一只高性能的高频交流电子镇流器，还需对它的负载--灯的技术特性、灯对电源的技术要求有所了解，否则要做出高性能的高频交流电子镇流器是不现实的。
由于对电网供电质量的要求不断提高，国际电工技术委员会1982年分别制定了IEC555-2《家用设备及类似电器设备对供电系统的干扰》标准，和IEC1000-3-2《电磁兼容性标准》，分别对相关电器设备的功率、谐波成分、电磁辐射干扰等技术指标做出了要求，对高频交流电子镇流器而言也相应增加了电路的设计难度和制造难度。
二、常用高频交流电子镇流器电路与改进
（一）单级半桥谐振式
由于半桥谐振式逆变电路工作可靠，对开关管耐压要求较低，所以采用半桥谐振式逆变电路为灯负载供电的功率变换电路使用最为广泛。它主要由：交流市电供电整流电路（滤波）、启动电路、串联谐振高频逆变电路、保护电路、灯负载几部分组成。
这是一个典型的、自激振荡、自启动的LC串联谐振半桥逆变的高频交流电子镇流器电路，谐振主要由L、、C3、C4完成，利用谐振时C4上的高频电压点亮灯负载，当灯负载电流发生变化时，会影响谐振回路Q值，从而影响谐振电容C4上的谐振电压，来实现稳定灯负载电流的作用。
由于这种电路采用元件少、造价低，所以目前国内市场上见到的高频交流电子镇流器大多采用类似的这种电路。
但这种电路存在以下缺点：（1）无灯丝预热功能，易产生灯丝电极溅射作用，而降低灯丝的使用寿命，使用时间一长易造成灯管一端发黑的现象；（2）由于采用市电整流后直接给半桥逆变级供电，所以会产生很强的高次谐波干扰，降低交流市电输入侧的功率因数，并降低电源供电效率,采用这种电路的高频交流电子镇流器大量使用时，会造成三相四线供电电网的地电位偏移，因而造成用电设备的损坏；（3）由于半桥逆变级工作在高频开关逆变状态，所以产生的高次谐波，会产生相应的电磁幅射干扰，影响其它用电设备的正常工作；（4）由于电路没有设保护电路，所以一旦市电电源供电发生故障（如电网电压升高过多）或灯负载发生破裂等故障时，易造成电路损坏，严重时还会发生火灾事故。
（二）双级谐振式高频交流电子镇流器
针对单级半桥谐振式高频交流电子镇流器电路存在的以上缺陷，人们又开发设计出了双级谐振式高频交流电子镇流器电路。它主要在普通的单级谐振高频交流电子镇流器的基础上，再加了一级有源功率因数校正（APFC）电路，用以进行交流市电输入整流滤波的功率因数校正，并限制高次谐波成分，从而达到减小电磁幅射干扰，提高输入侧功率因数的目的。并且由于有源功率因数校正（APFC）还有预稳压的作用，同时还可以调光（调节APFC输出电压），所以既可提高电子镇流器的电性能，又可提高电子镇流器的可靠性。
有源功率因数校正按电路构成可分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式等几种。按控制市电输入电流的工作原理可分为：平均电流型、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型几种。按功率因数校正电路中电感电流的工作方式又可分为：电流连续型（CCM）、电流不连续型（DCM）。
由于升压式有源功率因数校正电路具有PF值高、THD小、效率高，但需输出电压高于输入电压，适用于75W-2KW的应用场合，所以目前应用最为广泛。
由于DCM型APFC电路简单，开关管应力小的优点，所以在电子镇流器中应用广泛。
两级式具有APFC功能的高频交流电子镇流器电路由于增加了一级有源功率因数校正电路，所以增加了电路的复杂性，使成本提高许多，虽然双级式高频交流电子镇流器性能好，但由于成本、体积等原因也很难于大范围推广使用。
(三)无源功率因数校正
针对两级式有源功率因数校正电路的缺点，人们又试图探讨用无源功率因数校正的方法来提高高频交流电子镇流器的性能，如经常提到的有采用三只二极管和二只电容器的逐流电路的无源功率因数校正和高频复合能量反馈等方法，虽然在理论分析上可行，并有相应的实验结果、结论，但是至今未见广泛使用。还需进一步提高技术性能，但无疑这是一个很好的发展方向。
（四）常用高频交流电子镇流器调光
由于高频交流电子镇流器具有节能的优点，特别是在不需电子镇流器满功率进行的场合下，采用调光控制节能效果会更加明显。
调光控制有一个用户可控制的调光控制输入端并应具有以下基本功能：能检测灯电流、灯电压、灯功率；利用反馈电路来调节用户设定的亮度。
常用的调光方法主要有以下四种：占空比调光法、调频调光法、调节高频逆变器供电电压调光法、 脉冲调相调光法。
1、占空比调光法
这种调光控制法利用调节高频逆变器中功率开关管的脉冲占空比，实现输出功率调节，对半桥逆变的最大占空比为0.5，以确保半桥逆变器的两个开关管有一个死时间，以免两个开关管共态导通损坏。
这种调光方法存在的问题是：如果电感电流连续并滞后于半桥电压Uxy，则开关可能导通时工作在零电压状态，关断瞬间需采用吸收电容达到ZCS工作条件，这样可进入ZVS工作方式，这是优点，EMI和开关管应力可明显降低。然而，如果占空比太小，以至电感电流不连续，将失去ZVS工作特性，并且由于供电直流电压较高，而使开关管上的应力加大，这种不连续电流导通状态将导致可靠性降低和加大EMI幅射。
除了小的脉冲占空比，当灯管发生故障时，也会出现不连续电流工作状态，当灯为开路故障时，电感电流将流过谐振电容，由于这个电容的容量较小，所以阻抗较大。除非两个开关管有吸收电路保护，否则开关管将承受很大的电压应力。2004-3-17 11:24:04 angel
2、调频调光法
调频调光法也是常用的调光方法。如果高频交流电子镇流器的开关频率增加，则电感的阻抗增加，这样，电感电流就会下降。
调频调光法的局限性：
A．调光范围由调频范围决定，如果调频范围不大，则功率调节范围也不大。
B．为了实现在低灯功率工作条件下实现调光，则调频范围应很宽（即从25KHZ--50KHZ）。磁芯的频率范围、驱动电路、控制电路可能限制调光范围。
C．在整个调频范围内不易实现软开关。轻载时，不能实现软开关，并使开关管上的电压应力加大。硬开关的瞬态过渡是EMI幅射的主要来源。
D．如果半桥逆变器不工作在软开关状态，则导致逆变器的损耗加大，导致效率降低。
E．当开关频率在红外遥控的频率范围内时，荧光灯将发射低电平的红外线，如果调频范围很大，其它的红外遥控装置如电视机将会受到影响。
F．灯电流近似反比于逆变器开关频率，调光与开关频率间不是线性关系。
G．当灯管发生开路故障时，将出现DCM工作状态，特别是当开关频率很低时。
3、改变半桥逆变器供电电压调光法
利用改变半桥逆变器供电电压法实现调光有以下优点：
A．调节半桥逆变器供电电压来实现调光。
B．采用固定占空比（约0.5）的方法，使半桥逆变器工作在软开关电感电流连续的宽调光范围调光（这也可使开关控制电路简化）。
C．由于开关频率固定，所以可以针对给定的灯型号简化控制电路设计。
D．由于开关频率刚好大于谐振频率，所以可以降低无功功率和提高工作效率。
E．由于开关频率固定，所以可以较方便的确定无源器件的参数。
F．在较宽的灯功率范围内（5%--100%）保持ZVS工作条件。
G．在很低的半桥逆变器供电电压下，将会失去软开关特性，将会出现电感电流不连续的工作状态。然而在直流供电电压很低的情况下，这种工作状态不再是个问题，这时的开关管应力和损耗将很小，即使硬开关在低直流供电电压情况下（如20V），也不会产生太多EMI幅射。
H．可实现平滑和几乎线性的灯功率控制特性。
I．可得到低功率解决方案，半桥逆变器的供电电压可以选得很低（如5%--100%的调光范围对应30-120V），这样可采用低电压电容和MOSFET。
J．调光控制仅通过控制SEPIC变换器输出电压实现。由于半桥逆变器工作在恒频工作状态，所以可采用简单的AC/DC控制即可实现调光。
K．灯电流近似和DC变换器的电压成正比，调光几乎和SEPIC DC变换器的输出直流电压成正比。调光曲线如图6所示。
4、脉冲调相调光法
利用调节半桥逆变器中两支开关管的导通相位的方法来调节输出功率，从而达到输出调光的目的。调相法调光曲线图如图7所示。
相控调光法主要有以下特点：⑴可调光至此1%；⑵可在任意调光设定值下启动；⑶可应用于多灯应用场合；⑷调光相位灯功率关系线性好。
（五）两级高功率因数电子镇流器常用IC及特点
由于高频交流电子镇流器的巨大市场和经济效益，国际上许多有实力的半导体厂商纷纷开发相应的集成电路，以方便用户、生产厂商使用，大批量生产。有的半导体厂商还给出了相关的电子镇流器设计软件。世界上主要生产、开发高频交流电子镇流器的主要生产厂商有：美国国际整流器公司（IR）、莫托罗拉公司（MC）、美国微线公司（ML）、韩国三星公司等。下面以美国IR公司为例，介绍其主要电子镇流器用控制集成电路、相关设计软件。
美国国际整流器公司（IR）主要有以下型号的新型高频交流电子镇流器控制集成电路，它们分别为： IR21571、IR2159/IR21591、IR2167、IR2153、IR2156等型号。它们分别用于以下场合：
①IR21571：驱动600V MOSFET的荧光灯和高强度放电灯（HID）的电子镇流器驱动控制集成电路。
②IR2159/IR21591：调光控制和600V MOSFET驱动控制功能合一的电子镇流器控制集成电路。
③IR2167：具有PFC功能的高集成度，600V MOSFET驱动控制集成电路，常用于荧光灯和高强度放电灯（HID）的驱动控制。
④IR2153：IR2153/IR2151驱动控制集成
电路的改进型，用以驱动半桥功率变换级。
⑤IR215振荡频率可偏程和用于高压半桥驱动。
⑥IR2153、IR2156：常用于卤素灯的控制驱动。
下面以IR21571、IR2159/IR2157为例介绍其主要功能。如表1所示。2004-3-17 11:25:03 angel
表1 常用IR 电子镇流器IC特点
特 点 型 号
IR21571 IR2159/IR2157
启动功率低 √ √
电源供电稳压二极管保护 √ √
600V半桥驱动 √ √
工作频率可编程控制 √ -
死时间控制 √ 固定
闭环调光 √ -
模拟调光接口 √ -
过流保护 √ √
故障保护 √ √
过温保护 √ √
邻近谐振保护near resonance protection √ √
自动再启动关断 √ √
功率因数校正 - -
电源供电电压稳压 - -
DIP和SOLC封装 16 16
（六） IR公司的相关设计软件
美国IR公司为了方便它的IC使用和高频交流电子镇流器电路设计，它推出了相关设计软件，软件具有以下特点：
IR公司的相关电子镇流器设计软件具有以下功能和相应设计步骤：
1、设计步骤：
(1)对给定的电路类型和输入电压范围，可生成相应的电路图、元件表和印刷电路板图。
(2)良好的图形设计界面，可给出电子镇流器的电参数、元件值和整个电子镇流器的相关文件。
2、主要特点：⑴三步设计流程；⑵灯型号流览；⑶设计流览；⑷良好的显示界面；⑸电子镇流器工作点的计算；⑹电子镇流器工作点的图形表示；⑺Windows的图形显示界面；⑻ LC谐振腔元件参数计算；⑼PFC元件参数计算；⑽IR21571外围相关元件参数计算；⑾电路图；⑿元件清单；⒀PCB图；⒁电参数图；⒂元件参数表。
灯的选择和电路基本设计选择主要包含：
灯的选择含以下内容：灯型号、灯功率、灯管工作电压、最大灯管预热电压、灯管最小点火电压、预热电流、预热时间（秒）。
基本设计选择含以下内容：最低电源电压、最大电源电压、预热直流总线电压、启动点火直流总线电压、直流工作总线电压、PFC工作频率、镇流器工作频率。并且BDA软件有两种工作方式：
1．标准3步法（含以下步骤）：选灯型、选择电路形式、自动生成设计结果。
2．高级工作方式（含以下设计步骤）：
①工作点计算和IR21571外围元器件计算；
②允许预先设定所要求参数值；
③设计灵活，方便。2004-3-17 11:28:22 angel
三、单级高性能、高功率因数高频交流电子镇流器
由于双级式高频交流电子镇流器使用元件多，价格较高。所以尽管性能指标好，但也难于大批量生产、使用，为了进一步简化电路，提高电子镇流器的性能指标，国内外的一些科研院所、高等院校、大公司纷纷提出了单级新型、高功率因数高频交流电子镇流的新概念、新电路，下面分别加以介绍。
（一）高功率因数、低电磁幅射、具有宽调光范围的电子镇流器
这种电路由香港城市大学的S.Y.Ron Hui教授（Ph.D）提出。
这种镇流器具有以下特点：(1)低电磁幅射，传导干扰低，可调光范围宽；(2)功率调节范围为10%--100%；(3)采用SEPIC DC/AC变换调压；(4)低EMI，低电压应力；(5)可用于单管、多管荧光灯照明。
（二）一种改进电荷泵功率因数校正（CPPFC）的电子镇流器
这种电路由美国李泽元教授领导的VPEC的Jin Rong Qian教授（Ph.D）和李泽元教授提出。
主要有以下特点：(1)引入了电荷泵的概念、工作原理、电路；(2)提高功率因数的工作原理分析；(3)波峰比为1.6，200V交流电压输入，效率为80%；(4)只用一个电感，由于电荷泵采用了一个电容，而电容又比电感在电路上好处理。
（三）一种用于紧凑型荧光灯的新型自激E类电子镇流器
由美国（CIeveland State University的Louis Robert Nerone 教授（Ph.D）提出。论文和实验对点火和灯电路稳态运行进行了分析、讨论，并给出了实验结果。有限流保护功能，可适用于任何Q值和占空比，价格低。
（四）一种改进单级电子镇流器起动特性的新方法
由我国台湾National Chung Cheng University的Tsai-fu Wu教授（Ph.D）和他的学生Yong－Jing Wu提出，并给出了实验结果。
这种方法主要有以下特点：
1、利用同步开关技术（Synchronous Switch Technique,SST）来改进电子镇流器的启动特性。
2、利用变形单级电子镇流器技术实现镇流（Single-Stage Inverter、SSI）。
3、讨论了PFC半级和逆变电路半级间功率不平衡而引入的较高电压应力对开关器件的影响。
4、讨论了电子镇流器的工作状态、控制策略和元件电压应力间的相互关系。
5、讨论了利用热阻检测电路来减小灯丝溅射的问题，并通过实验证明了这种电路灯管开关工作18000次后灯丝无明显溅射。
6、论文和实验电路对单级镇流电路的变化特性进行了分析，并给出了实验结果。
（五）采用反激推挽集成变换器的电子镇流器
该电路和实现主要由巴西federal University of Minas Genais的Ricardo Nedersondo Prado教授（Ph.D）等人完成。
这种电子镇流器具有以下特点：(1)由于采用反激式电路，所以电路简单，使用灵活；(2)具有隔离、自启动、单开关的电路特点；(3)可实现短路保护；(4)反激式APFC，所以具有不必使输出电压高于输入直流电压，可在DCM工作方式下，在固定导通时间控制方式下得到功率因数近似为1的效果；(5)由推挽变换器实现灯的高频交流供电、镇流；(6)仅用一级电路就可实现PFC和高频变换，实现了单开关变换，简化了电路；(7)通过占空比控制可实现调光。
（六）基于单级高功率因数的电子镇流器
该工作由巴西Federal University of Espirito SantO,Vitoria的Marcio Aimeida Co教授（Ph.D）及他的同事完成的。
它具有以下特点：(1)单功率级，高功率因数，半桥功率逆变器工作在谐振状态；(2)自激振荡式，功率因数校正工作在DCM模式，输入、输出隔离；(3)由于工作在自激振荡方式，所以具有保护作用；(4)实验模型：40W荧光灯、40KHZ、220V交流市电供电；(5)给出了实验结果和模型分析。
（七）一种新型单级恒功率高功率因数电子镇流器
这项工作由西班牙的University of Oviedo,Gijon大学的Manuel Rico－Secades教授（Ph.D）和他的几个同事共同完成的。该电子镇流器具有以下特点：(1)由buck－boost和半桥LC谐振共同组成单级高频交流电子镇流器；(2)具有可调光和恒功率特性；(3)高功率因数（0.98）；(4)给出了实验电路、稳态分析、低频电路模型；(5)给出了设计实例、方法；(6)给出了实验结果。
（八）基于反激变换器的单级高功率因数电子镇流器
该项工作由西班牙的3.7部分的科研课题组完成。
该项工作具有以下特点：
1、将反激变换PFC和半桥变换合为一体，作为单级高频交流电子镇流。
2、反激工作于恒频、恒占空比。
3、由于在PFC中引入了一个变压器，所以逆变器的输入电压可以设定，从而优化了逆变器的设计。
4、给出了实验电路、稳态分析、实验结果。
四、总结
通过以上的分析讨论可以看出，貌不惊人的高频交流电子镇流器的设计、制作是一个涉及电路拓扑、电子元器件选择、电路动态静态分析，电光源等多学科的一个知识密集性电子产品。它主要要求在电路尽可能简单的条件下实现高效率、高可靠、低谐波成分、低电磁幅射干扰、高功率因数。所以对电路设计、选型、生产提出了较高的要求。随着电子技术、电子元器件、电路拓扑水平的不断提高，高频交流电子镇流器的质量、性能会不断提高。回顾自20世纪70年代世界上第一只高频交流电子镇流器的面市，到今天高频交流电子镇流器广泛进入家庭、楼堂馆所的照明，印证了高频交流电子镇流器的不断发展，质量、性能不断提高的过程。
逆变器功率怎么选择
选择变频器的原则是根据负载的电气特性。阻性负载(如白炽灯泡)使用校正波，感性负载(如电机)使用正弦波逆变器。两个逆变器价格相差很大。如果逆变器上的1000VA是他的额定功率，那么这个额定值的逆变器属于工业级逆变器，可以用在通信基站和机房。稳频逆变器比较高，但是效率没有高频反正弦波逆变器高。它的最大输出功率是1000VA(效率是800W)，但它的瞬时脉冲可以承受1600瓦以上的冲击。逆变器将直流电能(电池、蓄电池)转化为交流电(一般为220V、50Hz正弦波)。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛应用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、vcd、电脑、电视、洗衣机、油烟机、冰箱、录像机、按摩器、风扇、照明等。在国外，由于汽车的普及率很高，外出工作或旅游时，可以用逆变器连接电池驱动电器和各种工具工作。点烟器输出的车载逆变器有20W、40W、80W、120W到150W功率规格。功率较大的逆变电源要通过连接线连接到蓄电池上。通过将家用电器连接到电源转换器的输出端，可以在汽车中使用各种电器。可以使用的电器有:手机、笔记本电脑、数码摄像机、照相机、照明灯、电动剃须刀、CD机、游戏机、掌上电脑、电动工具、车载冰箱以及各种旅行、露营、医疗急救用电器。
逆变器的研究都差不多了吗
逆变器的研究还差很多，1）高频化。逆变电源的体积、重量主要是由储能元件决定，因此逆变电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件 的体积。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20KHz，用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5～10%，其主要材料可以节约90%甚至更高，还可 以节电30%以上。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，逆变电源的体积、重量也将会越来越小。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电 容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是逆变电源的主要发展方向。
（2）低噪声。逆变器的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是逆变电源的又一发展方向。
（3）模块化。模块化有两方面的含义，包括功率器件的模块化和电源单元的模块化。常见的器件模块，含有一单元、两单 元甚至六单元直至七单元。随着电源技术的发展，开关器件的驱动保护电路也集成到功率模块中去，构成了智能化功率模块，不但缩小了整机的体积，而且也方便了 整机的设计制造。
（4）数字化。现在数字式信号，数字电路越来越重要，数字信号处理技术也日趋完善，显示出越来越多的优点，如便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、提高系统抗干扰能力等，同时也为电源的并联技术发展提供了方便。
（5）高可靠性。可靠性是所有电力电子装置的生命线。我们知道，在一个系统中，元件数量越少，可靠性越高。所以，在设计电源时，尽可能使用较少的元件，提高系统的集成度。这样就解决了电路复杂、可靠性差的问题，同时也简化了电路，使系统的可靠性得到了提高。
（6）绿色化。随着各种政策法规的出台，对无污染电源的呼声越来越高。为了使电源系统绿色化，电源应加装高效滤波器，还应在电网输入端采用功率 因数校正技术和软开关技术。节电也是绿色电源一个很重要的因素，因为发电是造成环境污染的重要原因，而节电就意味着发电容量的节约。
UPS(不间断电源逆变器工作原理以及在UPS中实际作用
逆变器的工作原理：
1.直流电可以通过震荡电路变为交流电2.得到的交流电再通过线圈升压这时得到的是方形波的交流电
3.对得到的交流电进行整流得到正弦波
AC-DC就比较简单了， 我们知道二极管有单向导电性 ，可以用二极管的这一特性连成一个电桥 ，让一端始终是流入的， 另一端始终是流出的这就得到了电压正弦变化的直流电。 如果需要平滑的直流电还需要进行整流， 简单的方法就是连接一个电容 。
Inverter是一种DC to AC的变压器，它其实与Adapter是一种电压逆变的过程。Adapter是将市电电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而Inverter是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电，两个部分同样都采用了目前用得比较多的脉宽调制，
PWM技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842， nverter则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.640V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。
逆变器,可以从输出波形,功率,工程结构上分类.
从波形上分:一类是方波逆变器,另一类是正弦波逆变器.
从功率上来划分,可以是大功率与小功率两大类.小于5000W的都可以称为小功率的,大于5000W的称为大功率逆变器.
在逆变器工程上,又可以分为高频与低频两种.
不管是正弦波,方波,大功率,小功率,工频,高频,它们的工作原来基本上都是一样的.也就是用各种手段把一个输入的电压变换成另一种电压的输出.一般来说把直流电变换成交流电的都可称之为逆变器,逆,是相对于开关电源来说的,因为开关电源就是把交流电变为直流电的设备.
1、方波逆变器 方波逆变器输出的交流电压波形是方波。此类逆变器所使用的逆变线路也不完全相同但共同的特点是线路比较简单价格便宜缺点是方波电压中含有大量的高次谐波在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗对电视机等设备会产生干扰。如所带的负载过大方波输出电压中包含的三次谐波成份将使流人负载中的容性电流增大严重时会损坏负载的电源滤波电容。导致设备瘫痪。
2、修正正弦波 修正正弦波输出的交流电压波形为阶梯波。逆变器实现阶梯波输出有多种不同线路输出波形的阶梯数目差别很大。修正正弦波逆变器的优点是输出波形比方波有明显改善、高次谐波含量减少。但对收音机和某些通信设备仍有一些高频干扰有些修正正弦波逆变器带感性负载能力也很差。
3、正弦波逆变器 正弦波逆变器输出的交流电压波形为正弦波。正弦波的优点是输出波形好失真度很低对收音机等通信设备干扰小、噪音低谐波含量很小≤4%要好于一般的电网质量所以只要负载容量在允许范围之内设备可带任何负载。
在当今的电子技术中,以高频逆变器为主.对于功率小于3000W的设备,一般是准正弦波占主流市场.但有些高精密设备的驱动电压要求非常高,所以在3000W以下的,正弦波逆变器也相对有点市场,正因市场小,所以正弦波逆变器价格要比准正弦的高好几倍,其实生产成本也是比准正弦高不了多少的.对于一般的家电设备,如电机,风扇,电钻,电视,电脑,光管,灯泡等用准正弦的完全可以胜任的了,这也是小功率中准正弦波能成为主流的主要原因.
对于大工率逆变器,5000W以上的,一般用于后备式电源与用风力发电,太阳能发电中.大功率逆变电源市场,主要是分布在国外,国内的用量还是小得可怜的.在大功率的太阳能发电,风力发电中,并网系统是少不了的,因此对一完整的逆变发电系统必备:发电设备,充电控制设备,储电设备,逆变器,并网系统等.
不间断电源（UPS）未来的发展趋势是什么？
三相不间断电源的新进展
[日期：2006-11-13] 来源：电源技术应用 作者：浙江大学 王林兵 何湘宁 [字体：大 中 小]
摘 要：对三相不间断电源系统的各模块电路拓扑、整机电路结构以及各种流行控制策略做了一个概括性评析，指出了不间断电源设计和应用中存在的问题及当前研究的新热点，最后对UPS的发展动向做出了预言
关键词：三相不间断电源；逆变器并联；数字控制
O 引言
在今后相当长的一段时间内，我国市电电网供电不足，电压波动大，干扰严重的局面仍将存在。而各行业、各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求，尤其是实时性很强的重要系统、重要部门和重要的用电设备对供电质量的要求和我国的电网实际状况的矛盾日益尖锐。因此，不间断电源(UPS)作为一种稳压稳频纯净化的绿色电源越来越成为人们关注的焦点。为了不断提高UPS的性能，科研人员对UPS系统做了大量的研究，提出了很多的电路拓扑与控制策略。
1 UPS的电路拓扑
UPS的可靠运行离不开各模块的协调工作，下面就UPS主要功能模块电路拓扑进行简要分析。
1．1 整流和功率因数校正电路
整流电路在应用中构成直流电源装置，是公共电网与电力电子装置的接口电路，其性能将影响公共电网的运行和用电质量。高性能的UPS要求有较高的输入功率因数，并尽量减少输入电流的谐波分量。传统单相UPS多采用模拟方法，三相UPS多采用相控式整流电路和电压型单管整流电路。
1．1．1 传统三相相控式整流电路和电压型单管整流电路
相控式整流电路采用半控式功率器件作为开关，存在着以下问题：
1)网侧谐波电流的存在将降低设备网侧功率因数，增加无功功率；
2)相控整流换流方式，导致换流期中电网电压畸变，不仅使自身电路性能受到影响，而且对电网产生干扰，对同一接地点的网间其他设备带来不良影响；
3)相控整流环节是一个时滞环节，无法实现输出电压的快速调节。
电压型单管整流电路是三相不控整流桥加Boost电路的简称，它的缺点是：电流峰值大，不仅妨碍系统功率的提高，也增加了导通损耗和开关损耗；为了保持网侧功率因数的提高，Boost电路必须有一定的升压比，这对三相电路会导致直流输出电压过高。
1．1．2 电流型三相桥式整流电路
电流型三相桥式整流电路如图1所示，其优点是反馈控制简单，不需要在控制电路中加入电流反馈，只须调节各开关管的占空比就可以实现输入电流正弦化；直流侧的电压较低。缺点是输入电流正弦度不是很好，在输入侧必须加入并联电容，实现移相。这种电路现在开始成为研究的热点之一。这种电路适用于大功率整流电路且对功率因数要求不高的场合。
1．1．3 电压型三相桥式整流电路
电压型三相桥式整流电路如图2所示，其特点是采用高频PWM整流技术，器件处于高频开关状态，由于器件的开通和关断状态可以控制，所以整流器的电流波形是可控制的。这种电路的优点是可以得到与输入电压同相位的输入电流，也就是输入功率因数为1，输入电流的谐波含量可以接近为零；能量可以双向流动，正常时能量从交流侧向直流侧流动，直流输出电压高于给定值时，能量从直流侧向交流侧流动，具有较高的转换效率。缺点是属于Boost型整流电路，直流侧电压要求较高。这种电路也是近年来研究的一个热点。
1．2 蓄电池组和充放电电路
蓄电池组是UPS的储能单元，市电正常时它吸收来自市电的能量并以化学能的形式储存起来，一旦市电中断，它把储存的化学能转换为电能向逆变器供电，维持负载供电的连续性。在中小功率的UPS系统中，电池组的电压通常比较低，因此，通常使用能量能够双向流动的充放电电路[4]。大功率系统中为了提高效率，简化电路通常直接把电池组并接在直流母线上。
1．3 逆变电路
逆变器是UPS的核心，它把直流电能转换成用户所需的稳压稳频的交流电能。下面仍以三相逆变器为对象分析近年来逆变器的研究热点。
1．3．1 三相半桥式逆变电路
在三相逆变电路中以三相半桥桥式电路应用最为普遍，这种电路的特点是采用全控型器件组成逆变器，存在着功率密度高，性能好，小型轻量化等优点。这种电路便于使用新的控制策略以提高逆变器的质量。但是，要实现带100％的独立负载是比较困难的。
1．3．2 H桥逆变器
对于超大容量的逆变器，由于功率等级的大幅度提高，对逆变器的结构提出了新的要求，H桥臂逆变器便是选择之一。这种逆变器输出变压器采用多绕组接法，输出变压器的原边采用3个独立的绕组，逆变器输出采用3个独立的H桥。这样控制方便，但是成本较高。
1．3．3 三相四桥臂变换技术
由于三相电路中，三桥臂逆变器本身存在着固有的缺陷，人们开始寻求新的电路结构，于是出现了三相四桥臂逆变器，如图3所示。这种电路结构输出为三相四线制，三相电压可以独立控制，控制方法灵活，但是这种拓扑的算法比较复杂，PWM矢量在三维空间中旋转，必须采用数字控制方法才能实现空间PWM波形的生成，这种电路成为了近年来研究的热点之一。
1.4 三相UPS整机电路
1.4．1 传统三相UPS电路结构
传统的三相UPS结构，输入采用晶闸管整流，输出采用逆变器，电池直接挂接于直流母线，整流器同时作为充电器。输出采用变压器隔离，可以实现输入输出完全隔离，确保电网的扰动不会对负载造成干扰。市电断电时，电池通过逆变器输出稳定的交流电；在逆变器出现故障时，通过旁路输出电压，保证了供电的可靠性。这种结构的主要缺点是体积和重量都比较大。
1．4．2高频链式三相UPS
为了降低成本，减小UPS的体积和重量，出现了高频链式三相UPS，如图4所示。这种电路省去了庞大的工频变压器，输入采用高频整流，可以获得较高的输入功率因数和较低的输入谐波电流。其缺点是输入输出没有变压器隔离，电网的扰动可能会给UPS的输出造成扰动；输出三相电压靠电池和电容中点形成中线，所以在控制中必须保持正负直流电压幅值的相等，否则输出中线会有较大的直流成分，对负载和负载中的变压器不利；输入采用三相四线制，中线有电流流过，可能会造成中线电位偏移，对负载造成干扰；输入输出不隔离，并联时的环流问题较难解决。
1．4．3 新的在线互动式UPS
由于以上两种UPS都要经过两次满功率变换，因此系统的效率较低，从提高系统效率的角度出发，出现了一种串并联补偿式的大容量结构，是一种新的在线互动式结构，如图5所示。这种拓扑输入输出同样没有变压器隔离，所以会有高频链式UPS的缺点。这种UPS的输出频率必须保持与电网一致，而且对电网的扰动的抑制能力不强，因而供电质量比传统的三相UPS差。它的特点是从输入到输出间的能量不是经过满功率的变换，同样是由两个高频变换器组成，但是变换器1最大只承受20％的功率，从成本上讲，这种结构的成本更低。在控制方法上，变换器1是一个电压补偿器，用于补偿电网电压的畸变；变换器2是一个电流补偿器，用于补偿负载的谐波电流，并且在市电断电时作为满功率电压型逆变器向负载供电。
1．4.4 输入输出隔离的高频链UPS
由于传统工频UPS的输入输出带有隔离变压器，输出有很好的隔离特性，高频链式的UPS有很好的输入特性，因此，出现了这种带有输入输出隔离的高频链式的UPS如图6所示。由于高频整流的缺点，在输入侧必须接一个自耦变压器降压，增加了整机的重量和成本；另外，由于输入采用了高频变换器，整机的效率比高频链式和传统式UPS的效率都低。但是，由于输入功率因数是1，没有谐波电流，所以所消耗的总电能低于传统三相UPS。
1．4．5输入输出并联的UPS
这种电路中，输入端由多个整流器并联而成，给直流母线供电，同时直流母线给多个逆变器提供直流电压，多个逆变器的输出端直接连接同时给负载供电。这种方式可以增强UPS的容量，增加系统的可靠性，成本下降，可维护性增强，但是，并联模块越多，各模块间的均流问题越难解决。
2 不间断电源的控制技术
随着控制理论和功能丰富，性能优良的各种微控制器的迅猛发展，出现了多种离散化控制方法。从控制反馈回路的数目可分为单环、双环、多环控制。在硬件允许的条件下尽可能地提高反馈回路数目，可以提高控制效果。从控制原理上看包括数字PID控制、状态反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网路控制、空间矢量控制等方法。
数字PID控制控制的适应性好，具有较强的鲁棒性；算法简单明了，便于用单片机或DSP实现。但是存在两方面的局限性：一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。
预测控制可以实现很小的输出电流畸变，抗噪音能力强，但是，这种算法要求知道精确的负载模型和电路参数，因此鲁棒性差，而且由于数值计算造成的延时在实际应用中也是一个问题。滞环控制具有快速的响应速度，较高的稳定性，但是滞环控制的开关频率不固定，使电路工作可靠性下降，输出电压的频谱变差，对系统性能不利。
无差拍控制的基本思想是根据逆变器的状态方程和输出反馈信号推算出下一个开关周期的PWM脉冲宽度，因此，从理论上可以使输出电压在相位和幅值上都非常接近参考电压，由负载变化或非线性负载引起的输出电压误差可在一个开关周期内得到校正。但是，无差拍控制是一种基于被控制对象精确数学模型的控制方法，鲁棒性很差。
滑摸控制是一种非线性控制，这种控制的特点是控制的非连续性。这种控制既可以用于线性系统也可用于非线性系统。这种控制方法具有很强的鲁棒性。缺点是要得到一个令人满意的滑模面是很困难的。
重复控制是一种基于内模原理的控制方法。逆变器采用重复控制的目的是为了消除因整流桥负载引起的输出电压波形周期性的畸变。重复控制器可以消除周期性干扰产生的稳态误差，但是，由于重复控制延时一个工频周期的控制特点，使得单独使用重复控制的UPS逆变器动态特性极差。
模糊控制属于智能控制的范畴。模糊控制器的设计不需要被控对象的精确数学模型，因此具有很强的鲁棒性和自适应性。模糊控制类似于传统的PD控制，因而这种控制有很快的响应速度，但是其静态特性不令人满意。神经元网络控制是模拟人脑神经中枢系统智能活动的一种控制方式。神经网络具有非线性映射能力、并行计算能力和较强的鲁棒性等优点，已广泛地应用于控制领域，尤其是非线性系统领域。目前在神经网络结构的设计、学习算法等方面已取得了一定成果。但是，由于硬件系统的限制，目前神经网络控制还无法实现对逆变器输出电压波形进行在线控制，多数应用都是采用离线学习获得优化的控制规律，然后利用得到的规律实现在线控制。
谐波注入式PWM技术，直流母线电压的利用率基本上可以达到loo％。这种方法对于电压开环的控制系统非常有效，但在闭环控制系统中由于谐波注入的初始相位必须与基波保持一致，在电压瞬时值控制中电压基波的初始相位无法精确定位而难以应用。
空间矢量PWM具有电流畸变小、直流母线电压利用率高以及易于数字化实现等优点，因此近年来得到了较多的应用。这种控制方式也需要电路的精确模型。
上述各种控制方案都有其优势，但是也有其不足。同时采用不同的控制方法形成复合控制的控制方案在实践中得到了广泛的应用，取得了较好的效果。
3 不间断电源设计和应用中存在的问题
美国UPS厂商APC．公司，总结并归纳了UPS供电系统当前面临的、也是今后必须解决的5个方面的问题:
1)生命成本周期问题；
2)不间断电源系统的可适应性及可扩展性问题；
3)提高不间断电源的可用性问题；
4)不间断电源对供电系统的可管理性问题；
5)可服务性问题。
4 不间断电源的最新发展动向
不间断电源的发展动向是UPS的多机并联冗余化，采用冗余并机技术提高UPS的容量和可靠性；采用功能更丰富的硬件设备实现全数字控制，使各种先进的复杂控制算法得以运用而不断提高UPS的性能，即向数字化和高频化发展；UPS的进一步智能化和网络化，使计算机网络成为不间断网络。
4．1 UPS的多机并联技术实现冗余化
UPS的并联技术可以带来以下几个方面的好处：
1)可以灵活地扩大电源系统的容量；
2)可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性：
3)极高的系统可维修性，当单台电源出现故障时，可以很方便地通过热插拔的方式进行更换和维修。
采用并联技术可以形成具有容错功能的冗余式供电系统，从目前掌握的资料来看，主要有以下几种冗余配置方案：
1)集中式并联控制；
2)主从式并联控制；
3)分散式并联控制；
4)环链式并联控制；
5)无线式并联控制。
这几种并联方式，从可靠性的角度看，集中式最差，无线式控制最好，也成为近年来的研究热点。
4．2 UPS的数字化、高频化
最初的UPS采用模拟控制方法有很多局限性。随着数字处理器计算速度的不断提高，使得各种先进的数字控制方法得以实现，使UPS的设计具有很大的灵活性，设计周期缩短，性能大为提高。UPS高频化，有效地减小了装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的音频噪音，同时改善了输出电压的动态响应能力。数字化控制方法成了当今交流电源领域的一个研究热点，一种必然的发展趋势是各种方法相互渗透，互相结合形成复合控制方案。数字化复合控制是UPS控制的一个发展方向。
4．3 UPS的智能化、网络化
为了适应计算机网络的发展，UPS中已经开始配置RS232接口、RS485接口、USB接口、SNMP卡和MODEM结合，成为计算机网络的一部分，具有以下优异的智能化、网络化特性。
1)实时监控功能它对UPS各模拟参量和表示工作状态的开关量进行实时高速采样，实现数字式监控。
2)自诊断、自保护功能 UPS将实时采集来的各项模拟参量和工作状态数据以及系统中的关键硬件设备的数据与正常值进行分析比较，以判断UPS是否有故障隐患存在。如果有故障，根据相应的故障信息级别在控制面板的显示屏上以友好的图形界面、文字提示方式报警，或者在现场和控制室以指示灯灯光、报警器呜叫方式报警、也可以用自动拨通电话等方式报警，并做出相应的保护动作。
3)人机对话的控制方式 大型UPS可向用户提供监控器液晶显示屏，以图形和文字方式显示工作流程和参数信息。可以提供让用户操作的可视化菜单。并以帮助和不断提示的方式引导用户按照既定方式处理故障，有效防止误操作。
4)远程控制功能在网络化时代，UPS不仅应能向由它直接供电的硬件设备提供保护，还应该对整个网络中的运行程序和数据以及数据的传输途径进行全面地保护，使之成为不间断网络。这就意味着UPS应配置相应的电源监控软件、SNMP(简单网络管理协议)管理器，使其具有远程管理能力，用户可执行UPS与网络平台之间的远程监控和数据的网络通信操作，使UPS成为网络系统中的重要组成部分。这样，由网管员通过网管软件监控多台UPS，而且被管理的UPS可以在同一个LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通过互联网，纳入网络管理系统来管理UPS。
由于未来网络的广泛化和全球化，必然带来网络的复杂化，多种形式的网络系统连接在一起。作为网络系统的一部分，要求UPS能够实现在各种网络平台上的监控，而且随着Internet、Intranet和电子商务的超高速发展，用户对网络的可用性要求会越来越高，使UPS从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护
地龙仪和逆变器有什么区别
地龙仪和逆变器是电力系统中的两种不同设备，具有不同的功能和作用。
地龙仪是一种检测和监测电力系统接地状态的设备。电力系统中的接地是为了确保人身安全和设备正常运行而必须的。地龙仪通过监测电力系统的接地电阻或接地电流来判断接地的良好状态。它可以用于检测系统中的任何接地异常，例如接地电阻过大或接地电流过大。通过及时发现和处理接地问题，可以避免人员触电伤亡和设备故障。
逆变器是一种将直流电转换为交流电的设备。它常用于太阳能发电系统或储能系统中，将太阳能电池板或电池组产生的直流电转换为交流电以供电网或设备使用。逆变器的主要功能是精确地变换电压和频率，并确保输出电流的稳定性和质量。逆变器还可以具有一些附加功能，如电能调节、功率因数校正和电网并联操作等。
因此，地龙仪和逆变器在功能和作用上有明显的区别。地龙仪主要用于监测和检测电力系统的接地状态，以确保安全和设备正常运行；而逆变器主要用于将直流电转换为交流电，用于太阳能发电系统或储能系统。
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