剖析UPS电源整流器的工作原理.docx

OFweek电源网 中国电源门户剖析UPS电源整流器的工作原理现代的整流充电器分降压型和升压型两种，降压型主要用于UPS电池组电压低于输入交流峰值电压一定值的情况，而升压型主要用于UPS电池组电压高于输入交流峰值电压的情况。一、 输入配电系统在数据中心的UPS供电系统中，输入电路一个最重要的指标就是输入功率因数。输入功率因数低会造成成下面的不利影响：(1) 导致输入供电线路上各环节的早期老画输入功率因数低的原因是输入谐波电流成分含量大，谐波电流经过输入电缆时，使电缆产生附加发热量，导致电缆外皮材料长期发热、变软、变脆、变酥、变碎;谐波电流经过输入断路器(开关)时，开关出点由于长期发热而导致接触不良，一个正反馈的效应是开关过早时效;谐波电流经过输入保险丝时，由于长期的附加发热而导致熔丝变软、下垂(使整个保险丝粗细变得不均与)、自然断裂而引起断电。(2) 不能充分利用输入功率由于输入功率中含有大量的无功分量，有功功率被吸收，无功功率在电缆中往复流动，使正常的有效电流通道变窄，由于线路的“拥挤”而使单位截面积伤的电流密度加大，功耗加大。根据欧姆定律。导线上的功耗P为P=I2R由上式可以看出，线路上的功耗和电流I的平方值成正比，与导线的电阻R成正比，而发热量又是功耗P和时间T的函数，即Q=0.24Pt这样一个长期效应造成了电力的浪费。(3) 对供电电网产生干扰输入电路是可控硅(闸流管)整流器时，由于可控硅的开启往往伴随着高压电和大电流，不但破坏了输入电压波形，而且还形成很强的传到干扰和辐射干扰，应系那个了同一线路上其他用电设备的正常运行。(4) 使前置发电机的装机功率成几倍增大输入功率因数低(一般未经补偿的值为功率用单相二极管整流器的0.6，较大功率用三相可控硅全波整流6脉冲整流的0.8)，可导致前置发电机的装机功率至少3倍于UPS的额定功率。二、工频整流器与高频整流器由前面的讨论可以看出，UPS输入功率因数低的主要原因在于输入部分的电路结构和工作方式。现代的整流充电器分降压型和升压型两种，降压型主要用于UPS电池组电压低于输入交流峰值电压一定值的情况，而升压型主要用于UPS电池组电压高于输入交流峰值电压的情况。1. 工频降压整流器降压整流器有工频和高频之分，而工频又有稳压和不稳压之分。下面以UPS中应用最广的稳压工频电路为例进行讨论。一般采用三相整流，是因为三相整流的脉动系数和纹波系数都低。一个三相可控硅全桥整流电路中用了6只可控硅整流器，需要6个脉冲进行分别控制，也俗称其为6脉冲整流。三相全桥整流电路是按线电压工作的，在市电为额定值380V/220V时的最高整数流出电压可达到UDC=380V2=537V一般电池组额定电压为12V32只=384V的浮充电压(约438V)已足够了。由于这种电路是按照市电的频率(所谓工频)节奏而工作的，成为工频整流器。由于可控硅的电流容量和耐压都可以做的很高，因此它在中大功率传统双变换UPS中得到了广泛的应用。又由于这种电路整流器件的开启(相位)是可控的，因此它就具有了输出稳压的功能。但这个输出稳压的功能不能作为输入市电大范围变化的根据，原因是可控硅存在着在一定条件下失控的隐患。例如，一个电池组额定电压为384V，在正常情况下的浮充电压低于440V，如果认为及时是电线电压额定值Un上升到135%Un时也可保证整流电压低于450V，就可把这时的输入电压(135%Un)作为改UPS的优点提供给用户，就会给用户的使用埋下隐患。当然，按照相控原理，即使输入市电电压上升到150%Un，在正常情况下也可使电池浮充电压稳定在440V以下，但万一在135%Un时可控硅失控，这时可控硅整流器就变成了普通二极管整流器，此时的输出整流电压UDC就变成了UDC=380V1.352=725V这时就出现了两个危险情况：一种情况是，整流器后面的滤波电容是否可耐此高压，否则必炸无疑;另一种情况是，原来12V一节的电池，现在变为每节电压UB=725/32=2.6V，这就意味着电池也因此而报废!甚至还会带来其他的危险，如因电池炸裂而喷出的硫酸伤人和伤物。另一方面，由于6脉冲整流电路的工作是脉冲式的，对市电输入电压博兴的破坏作用非常显著，使输入电流谐波成分达到30%以上，输入功率因数仅为0.8左右，为了实现“绿色”电源的目标，还必须进行功率因数校正。采用普通二极管的整流器就不具备稳压功能，它一般用于小功率UPS电路中，充电器另外设置。2. 高频降压整流器在一般小功率UPS电源中，为了简化电路的复杂程度而采用了二极管整流器，但二极管整流器无稳压功能，为了滤波电容和逆变器的安全，有的采用了BUCK型高频降压整流器。BUCK(降压)型高频降压整流器工作原理：控制信号以高频脉冲(一般式20kHz的固定脉冲宽度)加到开关功率管的控制极，当一个控制脉冲到来时，VT打开，电流由整流器二极管经VT流向负载和滤波电容，这是电感L储能;控制信号结束后，VT截至，电感L产生的反电势继续维持原来的电流流向