尖峰波逆变器

不间断电源种类

不间断电源（UPS）主要根据工作原理分为三种类型：后备式、在线式和在线互动式。最常见的类型是后备式，如四通HO系列和SD系列，它们具备自动稳压和断电保护等基本功能。尽管转换时间大约在10毫秒左右，如美国山特城堡系列机架式UPS的逆变输出为方波而非正弦波，但由于其结构简单、价格经济且可靠性高，常被用于微机、外设和POS机等设备。

相比之下，在线式UPS结构复杂，但性能强大，能有效解决所有电源问题，例如四通PS系列。其显著优点是能持续无间断地提供纯净正弦波交流电，可以应对尖峰、浪涌、频率漂移等电力问题。这类UPS通常在对电力质量要求极高的环境，如关键设备和网络中心中使用，因为其投资较大。

此外，四通和APC等厂商也提供在线互动式UPS。它们与后备式相比，增加了滤波功能，抗市电干扰能力显著增强，转换时间缩短至4毫秒以下。逆变输出为模拟正弦波，因此这类UPS特别适合用于服务器、路由器等网络设备，或者在电力环境较差的地区使用。

扩展资料

UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

UPS电源是什么东西？它分为哪几类？

UPS，即不间断电源，是一种关键的电力设备，能够提供持续、稳定、不间断的电源供应。从技术角度看，UPS集成了数字与模拟电路，自动控制逆变器以及免维护储能装置，是一种电力电子设备。它不仅能够净化市电，还可以在市电中断时为电脑等设备供电，确保数据安全和业务连续性。

UPS的分类主要依据工作原理。常见的有后备式、在线式与在线互动式三种。其中，后备式UPS是最常用的一种，例如任达能源RDMT系列。它具备自动稳压和断电保护功能，虽然转换时间通常在4-8毫秒之间，逆变输出的交流电为方波而非正弦波，但因其结构简单、价格便宜且可靠性高，广泛应用于微机、外设和POS机等领域。

在线式UPS则结构更为复杂，性能也更加完善，能够解决所有电源问题，如任达能源RDNU系列。其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等电源问题，但需要较大的投资，因此通常应用于关键设备和网络中心等对电力要求苛刻的环境中。

此外，还有一些在线互动式UPS，如任达能源、APC、山特和伊顿等厂商提供的产品。这类UPS相比后备式具有更强的滤波功能和抗市电干扰能力，转换时间小于4毫秒，逆变输出为模拟正弦波，因此能够支持服务器、路由器等网络设备，甚至适用于电力环境较恶劣的地区。这类UPS的价格又远低于在线式，是一种性价比极高的选择。

总体来说，UPS对于保障信息化社会中的数据安全和业务连续性至关重要，而不同类型的UPS则适用于不同的场景，用户可以根据实际需求选择合适的UPS。

我的UPS，想改成车用的逆变器。怎改？

逆变器是UPS的主要组成部分。由于整流器已将交流输入电压变成直流电压，而负载所需的是交流电压，就必须有一种电路再将该直流电压变回交流，执行这个任务的装置就叫逆变器。逆变器电路的种类很多，在UPS中常见的有推挽变换器、半桥逆变器、全桥逆变器、双向变换器等。

1. 直流变换器

直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路，主要应用于后备式UPS中，它分为自激式和它激式两种。

1. 自激式推挽变换器

自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器 图1(a)所示是自激式直流推挽变换器电路，所谓自激就是不用外来的触发信号，UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压，其交流电压的波形为方波，如图1(b)所示的波形UN。UN是当电源电压E为额定值时的输出情况（其中丛御阴影部分除外）。自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方，如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等，供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高，故也很受欢迎。

该电路的工作原理如下：在时间t=t0加直流电压E，这时由于晶体管V1和V2的基极电压 Ub1=Ub2=0，二者不具备开启条件，但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流，如图中的I1和I2所示，且二电流在变压器绕组中的流动方向相反，由于器件的分散性，使得 I1-I2=ΔI≠0，这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量，于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2，由同名端的标志可以看出，这两个电压的极性是相反的，即一个Ub给晶体管基极加正电压，使其开通，另一个Ub给另一个晶体管基极加负压，使其进一步截止。电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压，而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压，基极加正压管子的集电极电流进一步增加，又进一步使它的基极电压增大，这样一个雪崩式的过程很快使该管（设为V1）电流达到饱和值，即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0，绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E，此后由于磁芯进入饱和阶段，磁芯中磁通的变化量减小，各绕组感应的电压也相应减小，原来导通的管子由于集电极电流增大（磁芯饱和所致）和基极电流减小而脱离饱和区，使绕组感应的电压进一步减小，这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和，如图1(b)t1所示。而后就再重复上面的过程，于是就形成了如图1(b)所示的方波波形。有时为了使启动更快和更可靠，就加一个RC启动触发环节。

该电路方案的不足之处就在于它的不稳压。它的输出电压随着电源电压E的高低起伏，如图1(b)UH阴影部分所示的情形，如果电源电压E一直这样高，其输出电压也就一直高。若电源电压E降到UL这样低的水平，如图1(b)UL阴影部伍郑枣分所示，则输出电压也跟着低下去。因此，这种电路方案在以后的后备式UPS中就不被采用了。

2. 它激式推挽变换器

由于自激式推挽变换器不能满足输出电压稳定的要求，它激式推挽变换器就得到了广泛地应用。所谓“它激”就是电路的振荡工作是由外加控制信号的激发而实现的。图2(a)所示的就是它激式推挽直流变换器电路原理图。由图中可以看出，前面自激式推挽变换器的基极反馈绕组被取消了，代替它的功能的环节是电源控制组件IC，在早期用的是TDA1060，后来多采用LM3842或LM3845等。采用电源控制组件IC发出方波控制脉冲使UPS工作，在变压器输出端有一个与输出电压成正比的反馈信号回送给IC，使其根据输入端电压的变化和输出负载的变化来调整控制脉冲的宽度，以保证输出电压稳定在设计范围内。

下面就介绍一下该电路的工作原理。

当接通电源控制脉冲时，电源控制组件IC开始工作并发出方波控制脉冲，使推挽变换器的两个功率管按照脉冲的同样宽度输出方波电压，设在E为额定值时，UPS的输出电压也为额定值，如图2(b)输出波形图中粗线所示的波形UN，设此时的输出脉冲宽度为δ2，如果由于某种原因使电源电压升至UH，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2减小至δ1，如图2(b)UH阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

(3)

时，输出电压不变。同样，当由于某种原因使电源电压降低到UL时，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2增大到δ3，如图1(b)UL阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

（4）

由此就得出了维持输出电压稳定的条件为：

（5）

当输出端负载变化时，由于输出线路和UPS内阻的共同作用也必然导致输出电压的变动，这种瞬间地变动通电压过反馈电路送入电源控制组件IC的相应输入端，经比较和转换后，去改变控制脉冲的宽度，以保证输出电压的稳定。

由这种它激式推挽变换器输出的具有稳压功能的脉冲电压波形称为准方波，以区别于不具稳压功能的自激式直流变换器输出的波形。有的将准方波叫成阶梯波，这是一种误会，所谓阶梯，如图3所示（该图是将上图一种电源电压UN或UH或UL的情况单画出来的波形）。而实际上并非如此，因为输出电压分正半波和负半波，并且每个半波仅有一个台阶，不在阶梯定义范畴之内。是否可以当阶梯来看呢？不可以。因为若把该半波当成阶梯波来看，就必须将基线移到最上端或最下端，不论移到哪一端，电压都变成了单极性的值：正半波或负半波。这和正负半波交替的事实完全不符，因此阶梯波之说是一种误会。

2. 桥式逆变器

桥式逆变器名称的来源是它的电路结构形式很像“惠斯登”电桥。由于对输出电压要求稳定的原因，故桥式逆变器的触发方式几乎都是它激。在线式UPS多采用桥式逆变器，因为它有着比推挽变换器更大的优点。比如推挽变换器功率管上的电压为电源电压的2倍，更加上状态转换时的上冲尖峰，要求该器件的耐压就更高，这样以来不但增加了器件的成本，而且也由于功率管工作电压的提高，降低了它的输出能力，因此用在后备式UPS上居多。桥式逆变器就克服了这些缺点，并且根据要求的不同，电路又分成半桥逆变器和全桥逆变器，下面将分别进行讨论。

1. 半桥逆变器

所谓半桥逆变器实际上电路的结构形式也是桥式的，所差的是两个桥臂上的器件不同。图4所示的是半桥逆变器结构及电原理图，图4(a)是它的电原理图，图4(b)是它的输出波形图。由图中可见，电桥的左边由电容器构成，右边由功率管构成，输出端就设在两电容器连接点和两功率管连接点之间。下面就讨论一下它的简单工作原理。

(a)电原理图

(b)输出波形图4 半桥逆变器结构及电原理图

假设电路已处于工作的准备状态，即电容C1和C2已充满电。在时间t=0功率管V1被打开，电流I1由电容器C1的正极出发，如空心箭头所示，流经功率管V1、变压器Tr初级绕组N1的BA、回到C1的负极，一直到t=t1，形成正半波，如图4(b)所示。在t=t1时，V1由于正触发信号的消失而截止，此时正触发信号加到了V2的控制极，使其开通，电流I2由电容器C2的正极出发流经变压器Tr初级绕组N1的AB，如图中的实心箭头所示，可以看出这时的电流方向是相反的，电流I2通过变压器后流经功率管

全桥逆变器开关管电压尖峰产生原因

1. 拓扑结构原因：在全桥逆变器中，由于多个开关管需要在切换时间内依次操作，这会导致电容的充放电过程，从而产生电压尖峰。

2. 开关管反馈导致的振荡：在高频开关操作中，开关管的反馈电感电压和节点电压往往包含高频分量，这些高频分量可能引起振荡，导致输入和输出端电压的瞬时变化，形成电压尖峰。

3. 开关管参数不匹配：在逆变器电路设计中，如果开关管的类型或参数选择不当，例如额定电流不足或开关管结构缺陷，都可能引起开关管电压尖峰的产生。

4. PCB设计和布线问题：PCB板的设计不合理，如导线间隔过小或布线路径过长，可能导致电源信号波形失真，进而引起电压尖峰的产生。

逆变器的工作原理是怎样的？

PWM（脉宽调制）是一种数字信号编码技术，它使用高分辨率计数器来调制方波信号的占空比，以此来模拟信号的电平。在PWM信号中，直流供电要么完全接入（开启），要么完全断开（关闭），因此电压或电流源以一系列通断脉冲的形式加到模拟负载上。只要带宽足够宽，任何模拟值都可以通过PWM进行编码。例如，可以用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦波，或者用矩形脉冲代替，这些脉冲等幅不等宽，中点重合，面积相等，宽度按正弦规律变化。SPWM（正弦波PWM）波形是一种脉冲宽度按正弦规律变化，且与正弦波等效的PWM波形。

PWM逆变器的三相功率级用于驱动三相无刷直流电机。为了使电机正常工作，电场必须与转子磁场之间的角度接近90度。通过六步序列控制，产生6个定子磁场向量，这些向量根据指定的转子位置进行改变。霍尔效应传感器用于检测转子位置，以提供6个步进电流给转子。功率级使用6个可以按特定序列切换的功率MOSFET来实现这一点。

在常用的切换模式中，MOSFET Q1、Q3和Q5进行高频切换，而Q2、Q4和Q6进行低频切换。当低频MOSFET开启且高频MOSFET处于切换状态时，会形成一个功率级。例如，如果L1和L2相位供电，而L3相位未供电，电流将流经Q1、L1、L2和Q4。当Q1关闭时，电感产生的额外电压会导致体二极管D2正向偏置，允许续流电流流过。当Q1开启，体二极管D2反向偏置，电流流经二极管，从N-epi到P+区，即从漏极到源极。为了改善体二极管的性能，研究人员开发了具有快速恢复特性的MOSFET，其反向恢复峰值电流较小。

在PWM逆变器电路中，电阻R2和电容C1用于设置集成电路内部振荡器的频率，而R1用于微调频率。IC的引脚14和11分别连接到驱动晶体管的发射极和集电极终端，同时引脚13和12连接到晶体管的集电极。引脚14和15输出180度相位差的50赫兹脉冲列车，用于驱动后续晶体管阶段。当引脚14为高电平时，晶体管Q2导通，进而使Q4、Q5、Q6从+12V电源连接到上半部分变压器T1，产生220V输出波形的上半周期。同理，当引脚11为高电平时，Q7、Q8、Q9导通，通过变压器T2产生下半周期电压，从而形成完整的220V输出波形。

在变压器T2的输出，电压通过桥式整流器D5整流，并提供给误差放大器的反相输入端PIN1。比较内部参考电压后，误差电压调节引脚14和12的驱动信号的占空比，以调整输出电压。电阻R9用于调节逆变器输出电压，因为它直接控制输出电压误差放大器部分的反馈量。二极管D3和D4作为续流二极管，保护晶体管在变压器T2初级侧产生的电压尖峰。R14和R15限制Q7的基极电流，R12和R13防止意外的开关ON下拉电阻。C10和C11用于绕过变频器输出噪声，而C8是稳压IC 7805的滤波电容。电阻R11限制通过LED指示灯D2的电流。

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