在线式UPS的组成与原理

电力专用在线式 UPS 的组成与原理 The composition and principle of On-line UPS 摘要摘要：UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（多 为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。它主 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如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的 电力供应。本文主要探讨了电力专用在线式 UPS 的组成、工作原理和工作方式，并详细阐述了 APFC 和 LLC 的电路拓扑，最后给出了实验结果。 关键字：关键字：UPS；电力供应；APFC；LLC Abstract：UPS (uninterruptible power System/Uninterruptible power supply), uninterrupted power supply, is a power system equipment that converts the direct current into mains supply and is connected with battery (lead-acid free maintenance battery) and host computer. It is mainly used to provide a stable and uninterrupted power supply for a single computer, computer network system or other power electronic devices such as solenoid valves, pressure transmitters, etc. This paper mainly discusses the composition, working principle and working mode of On-line UPS, and expounds the circuit topology of APFC and LLC in detail, and finally gives the experimental at the last. Keywords：UPS;power supply;APFC;LLC 1.引言 随着科技的发展，各种用电设备应运 而生。一方面，这些设备大多是非线性负 载， 运行时会对电网造成极大的谐波危害； 另一方面，如服务器，数据中心，通信基 站等， 不仅要求 24 小时连续供电， 更是对 电源信号的幅值，频率有着很高的要求。 在这样的背景下，UPS（Uninterruptible Power Supply），即不间断电源应运而生。 UPS 按工作原理分成后备式、在线式与在 线互动式三大类1。而电力专用 UPS 是针 对中国电力的发展需求，专为发电厂、变 电站、配电所设计的电源产品。本文介绍 的是电力专用在线式 UPS。 2.电力专用在线式 UPS 的结 构及工作原理 如图 1.1 所示，电力专用在线式 UPS 结构主要是 DC/DC，APFC，DC/AC，静 态开关及输入和输出EMI滤波器6部分组 成2-4。输入分为三路，即交流输入，旁 路输入和直流输入。当交流输入正常时， 交流输入通过 APFC 变换为直流电压，再 由 DC/AC 变换器逆变为正弦波给负载供 电。当交流输入发生断电或者过欠压等情 况时，直流输入通过 DC/DC 变换器升压， 经 DC/AC 逆变为正弦波。当 DC/AC 变换 器发生故障时， 静态开关切换到旁路， UPS 由旁路给负载供电。 EMI 滤 波器 防接反装 置 DC/DC 变换器 APFCDC/AC 静态开关 EMI 滤 波器 直流输入 交流 输入 20100000 旁路 交流 输出 1 市电 20100000 交流 输出 2 图 2.1电力专用在线式 UPS 的结构 3.电力专用在线式 UPS 的硬 件电路 3.1 APFC 部分 APFC部分采用 boost拓扑， UC3854bn 控制芯片控制，能够做到满载时 PF 值大 于 0.99。输出采用正负母线的方式5。主 功率电路图如图 3. 1 所示。 3.2 DC/DC 部分 DC/DC 采用 LLC 拓扑结构。 LLC 拓 扑具有软开通的特点，MOS 管电压应力 小，变换效率高的优点6。输出采用正负 母线的方式。主功率电路如图 3.2 所示。 3.3 DC/AC 部分原理图 逆变部分采用半桥的拓扑结构，如图 3.3 所示。 Lin N L Vbus+ Vbus- Q D1 D2 B C 图 3.1APFC 主功率原理图 图 3.2LLC 原理图 图 3.3逆变部分原理图 4.实验及结果 4.1 负载动态响应实验 负载改变时的波形如图 4.1 和 4. 2 所 示，其中 1 通道（黄色）为逆变输出电压， 2 通道（蓝色）为逆变输出电流。 4.2 旁路逆变切换实验 旁路逆变切换时的波形如图4.3和4.4 所示其中 1 通道（黄色）为输出电压，2 通道（蓝色）为为输出电流。 图 4.1负载 2A 切换到 8A 图 4.2负载 8A 切换到 2A 图 4.3逆变切换到旁路 图 4.4旁路切换到逆变 4.总结 本文主要介绍了电力专用在线式 UPS 的原理，并附上了实验结果。实验结果表明 当负载突变时，电压能够较好的保持稳定， 波形无畸变。当旁路逆变切换时，无明显冲 击， 逆变电压与市电相同， 系统稳定性较好。 随着科技的发展，UPS 将会得到越来越 广泛的应用， 它也必将给人们生活带来更多 的安全与保障。 参考文献（References）: 1赵静. 在线式 UPS 的研究D镇江：江苏科 技大学,2012 2张颖超UPS 原理与应用M北京：化学工 业出版社,2012.100-101 3陈文实,许立民.UPS 电源现状及发展方向J. 辽宁工学院学报. 2002(04)