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新聞詳情

新型高頻隔離在線式 UPS 系統(tǒng)配置

2024-07-17

　　本文提出了一種新型高頻隔離在線式 UPS 系統(tǒng)配置。 UPS 由單級(jí) AC-DC 轉(zhuǎn)換器、DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器和 H 橋逆變器組成。單級(jí) AC-DC 轉(zhuǎn)換器提供電流隔離、高輸入功率因數(shù)、輸入和輸出電流的連續(xù)流動(dòng)，并且電路中的半導(dǎo)體器件最少。引入高增益 DC-DC 轉(zhuǎn)換器將低電池組電壓升壓為高直流鏈路電壓，以便將其饋送到逆變器。這允許在 UPS 系統(tǒng)中使用低壓電池組。

　　此外，轉(zhuǎn)換器遵循 ZVS 和同步整流 (SR) 的條件，從而提高了系統(tǒng)效率。逆變器控制中實(shí)施了新的級(jí)聯(lián)滑動(dòng)模式 (SM) 和比例諧振 (PR) 控制器，它們表現(xiàn)出良好的性能，具有低總諧波失真 (THD) 和高穩(wěn)定性，適用于非線性和脈沖負(fù)載。

　　由于沒(méi)有使用笨重的電網(wǎng)頻率變壓器，且電池組較小、效率較高，因此所提出的系統(tǒng)的體積和成本相對(duì)較小。因此，所提出的 UPS 系統(tǒng)成本低、重量輕，是低功率應(yīng)用的絕佳選擇。已構(gòu)建 1 kVA 實(shí)驗(yàn)室原型來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。所提出的 UPS 系統(tǒng)表現(xiàn)出出色的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。

　　電路描述

　　所提出的系統(tǒng)由前端的單級(jí) AC-DC 轉(zhuǎn)換器、后端的 H 橋逆變器以及與 UPS 系統(tǒng)電池組相連的高增益升壓轉(zhuǎn)換器組成。單級(jí) AC-DC 轉(zhuǎn)換器提供整流、功率因數(shù)校正 (PFC) 以及負(fù)載與電網(wǎng)之間的高頻隔離。具有高電壓增益的升壓轉(zhuǎn)換器將低電池組電壓升壓為高直流鏈路電壓，以便將其饋送到逆變器。具有新魯棒控制方案的 H 橋逆變器適用于非線性負(fù)載條件下的操作，并在模式更改期間提供快速瞬態(tài)響應(yīng)。

　　操作模式

　　UPS工作于兩種模式：電網(wǎng)模式和電池模式。

　　網(wǎng)格模式

　　當(dāng)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定且無(wú)電源故障時(shí)，UPS 系統(tǒng)以電網(wǎng)模式運(yùn)行。單級(jí) AC-DC 轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié) C r兩端的電壓。同時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器將 C r兩端的電池組電壓升壓并提供給逆變器。逆變器為連接的負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓。

　　電池模式

　　如果公用電源中斷或電壓驟降，電磁接觸器 (MC) 將打開(kāi)，單級(jí) AC-DC 轉(zhuǎn)換器停止運(yùn)行?，F(xiàn)在，電池通過(guò)與其相連的升壓轉(zhuǎn)換器和逆變器為負(fù)載供電。電池的布置使得它在公用線路故障時(shí)為升壓轉(zhuǎn)換器提供不間斷的能源。直流鏈路電容器的值保持較高，以便在電源模式之間轉(zhuǎn)換期間為逆變器提供足夠的能量。

　　系統(tǒng)中增加了旁路開(kāi)關(guān)，以提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部故障或電路過(guò)載和過(guò)熱時(shí)，旁路開(kāi)關(guān)將打開(kāi)，為電網(wǎng)到連接負(fù)載的電力提供直接路徑。

　　交流-直流轉(zhuǎn)換器

　　文獻(xiàn)中提出了許多單級(jí) AC/DC 轉(zhuǎn)換器  。DC / DC轉(zhuǎn)換器的前端通常采用全橋二極管整流器，但四個(gè)二極管以線路頻率工作會(huì)導(dǎo)致高傳導(dǎo)損耗，從而降低轉(zhuǎn)換器的效率。為了消除上述問(wèn)題，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了無(wú)橋單級(jí) PFC AC/DC 轉(zhuǎn)換器。

　　提出了一種無(wú)橋單級(jí)半橋 AC/DC 轉(zhuǎn)換器。它僅使用兩個(gè)有源開(kāi)關(guān)和兩個(gè)二極管作為無(wú)源開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn) AC/DC 轉(zhuǎn)換，尺寸更小，運(yùn)行更高效。然而，該電路在 DCM 下工作，不適合大功率應(yīng)用。分析了一種與高頻鏈接 DC/DC 穩(wěn)壓器連接的圖騰柱無(wú)橋 PFC。直流鏈路電容減少，有助于降低系統(tǒng)的總成本和尺寸，但電 路仍然在臨界傳導(dǎo)模式下工作。