UPS中的核心部件是逆變器。對(duì)輸出電壓波形為正弦波的UPS而言，逆變器的任務(wù)是把直流電逆變成頻率穩(wěn)定、輸出電壓穩(wěn)定、波形失真小的50 Hz正弦波交流電供給負(fù)載。逆變器應(yīng)可靠性高，變換效率高，動(dòng)態(tài)特性好，對(duì)負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)。

目前在輸出正弦波的UPS中廣泛采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM，Sine Pulse Width Modulation）逆變器。脈沖頻率10~20kHz，脈沖寬度則按50Hz正弦規(guī)律變化，這樣易于濾除電壓中的諧波分量而獲得純凈的50Hz正弦波輸出電壓；逆變器可以做到體積小、質(zhì)量輕、效率高；逆變器中的功率開關(guān)管大多采用門極絕緣雙極晶體管或稱絕緣門極晶體管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor）。

1、SPWM的基本原理

正弦脈寬調(diào)制器的電路方框圖及波形圖如下圖1所示。高頻方波發(fā)生器的輸出電壓經(jīng)三角波形成器（積分電路）后，變?yōu)楦哳l等腰三角波電壓u_s，它加到比較器的反相輸入端；50Hz正弦波發(fā)生器輸出的正弦波電壓u_c加到比較器的同相輸入端。當(dāng)正弦波電壓瞬時(shí)值u_c大于三角波電壓瞬時(shí)值u_s時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng)正弦波電壓瞬時(shí)值u_c小于三角波電壓瞬時(shí)值u_s時(shí)，比較器輸出零電平。因此，比較器輸出脈沖的寬度等于50Hz正弦波電壓大于三角波電壓的時(shí)間，輸出脈沖的重復(fù)周期等于三角波的周期T_s =1/f_s。由于三角波電壓的幅值和周期均固定不變，因此比較器輸出脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，例如在50Hz正弦波ωt=90°時(shí)，脈寬最寬；ωt=270°時(shí)，脈寬最窄。由上所述，可知50Hz正弦波電壓u_c是用來調(diào)制脈寬的，或者說用來調(diào)制脈沖的占空比。

圖1：正弦脈寬調(diào)制器的方框圖與波形圖

比較器輸出正弦脈寬調(diào)制（SPWM）信號(hào)u_a；SPWM信號(hào)經(jīng)過“非”門，輸出與其相位相反的信號(hào)u_b。于是脈寬調(diào)制器在u_c>u_s時(shí)，輸出u_a矩形脈沖列；而當(dāng)u_c<u_s時(shí)，輸出u_b矩形脈沖列。u_a和u_b通過驅(qū)動(dòng)電路分別去驅(qū)動(dòng)逆變器中應(yīng)輪流導(dǎo)通的功率開關(guān)管（IGBT），功率開關(guān)管的開關(guān)頻率等于三角波頻率f_s。為了防止輪流導(dǎo)通的功率開關(guān)管出現(xiàn)共同導(dǎo)通現(xiàn)象，在實(shí)際電路中應(yīng)使u_a與u_b的每一相鄰脈沖之間都有一個(gè)死區(qū)時(shí)間，即u_a和u_b都為零的短暫時(shí)間。

加到比較器上的高頻等腰三角波u_s稱為載波，其頻率f_s稱為載波頻率，應(yīng)保持穩(wěn)定；其振幅U_sm應(yīng)保持不變。加到比較器上的正弦波u_c稱為調(diào)制波，其頻率稱為調(diào)制頻率，用f₁表示，調(diào)制頻率必須與要求逆變器輸出的頻率相同，故f₁=50Hz；其振幅U_cm的大小可以調(diào)節(jié)。在討論SPWM逆變器工作原理時(shí)，會(huì)用到幅度調(diào)制比m_a和頻率調(diào)制比m_f等參數(shù)，它們的定義如下。

幅度調(diào)制比m_a定義為：m_a = U_cm / U_sm。m_a的變化范圍是0~1，不得超過1。

    頻率調(diào)制比mf定義為：m_f = f_s/ f₁，m_f必須是整數(shù)。

由于SPWM是用高頻等腰三角波與50Hz正弦波的交點(diǎn)來確定逆變器中功率開關(guān)管的開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，因此SPWM法又稱為三角波法。

SPWM信號(hào)可由單片機(jī)來產(chǎn)生，還可由數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為主控單元，通過其外設(shè)庫(kù)中獨(dú)特的事件管理器模塊來產(chǎn)生。采用全數(shù)字控制，能避免模擬控制所固有的硬件參數(shù)漂移等缺陷。

2、逆變電路

在交流UPS的逆變器，通常采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)組成逆變電路，分為SPWM單相全橋逆變器和三相全橋逆變器，其電路圖分別詳見下圖2-1和圖2-2。在圖2-1中，輸出變壓器T的初級(jí)繞組接在四壁橋的中間，初級(jí)繞組的脈沖電壓等于輸入直流電壓。在圖2-2中，輸出變壓器T的初級(jí)接成三角形，次級(jí)接成星形，以獲得三相焦磊電壓。

圖2-1：SPWM單相全橋逆變器電路

圖2-2：SPWM三相全橋逆變器電路

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