未来UPS技术趋势：无变压器技术解析

过程和输出电压波形可知，三个半桥电路可分别输出三个稳定的正弦波电压，控制电路使三个稳定的正弦波电压相位差为120º，于是就形成了三相四线制输出，公共零线则是由直流母线的电容中点引出，而无需再配置输出隔离变压器。

　　2、PFC技术可同时完成输入功率因数校正和升压功能

　　采用高频整流技术（IGBT-PFC）同时完成对输入功率因数校正和提升电压的功能，是无输出变压器UPS电路技术的另一重要的标志性的特点。PFC技术已经很成熟，根据不同的应用场合和不同的性能要求，其电路拓扑形式也不尽相同，但其基本原理是是相同的，具有功率校正功能的电路有降压式、升/降压式、反击式、升压式（Boost）四种形式，在UPS设备中，为了同时完成对输入功率因数校正和提升电压的功能，自然就采用了升压式（Boost）电路。

　　图16是单相升压式（Boost）电路原理。图中的C1为高频小容量电容器，用以消除开关管在高频开关时产生的传向电网的干扰。C2是大容量直流电解电容器。与一般AC/DC整流变换所不同的是，在桥式整流与大容量直流电容之间加入了PFC电路环节，其目的是使输入电流跟随输入电压按正弦规律同相位变化。PFC环节由电感L、开关管VT和二极管VD以及相应的控制电路组成，控制电路接收输入电压波形频率和相位、输入电流波形和数值、输出直流电压幅值3种反馈信号，并以PWM方式控制开关管的导通和截止，其工作过程如下：功率开关管VT导通时，二极管VD因反向偏置而截止，输入电压通过开关管VT向电感L充磁，电感电流（即此时的输入电流）IL的变化规律直接取决于电感L值和此时的输入电压瞬时值，其增加值则同时与L值、此时刻输入电压的瞬时值及开关管导通时间有关。开关管VT截止时，由于电感L的续流作用而感应一个电压叠加在输入电压上，使二极管VD正向导通，电感L将贮存的磁能转化为电能向电容C2充电并向负载输出，输入电流IL下降，IL下降速率与电感L值、此时刻输入电压瞬时值，以及负载（即直流电压U2的输出负载）大小有关，其减小值除取决于以上因素外，还与开关管VT的截止时间有关。显然，当输入电压U1以正弦规律变化时，控制电路以PWM方式对开关管VT进行控制，当工作频率足够高（例如15~20kHz）时，输入电流必然是一个与输入电压同相且波形相同的正弦波。

　　对于三相输入的大功率传统双变换UPS，其输入电路是三相整流形成统一的直流母线（同时配备一组蓄电池），输入功率因数校正和升压原理与单相相似，电路形式有由三个单相PFC组合式、单开关三相PFC、三开关三相PFC、六开关三相PFC等多种拓扑结构形式。图14中的输入电路就是六开关（IGBT）三相PFC原理电路。

　　六开关三相PFC是由六只开关功率器件组成的三相PWM整流电路，图17是其原理电路。每个桥路由上下两只开关管及与其反向并联的二极管组成，每相电流可通过该相桥臂上的这两只开关管控制。如A相电压为正时，VT4导通使电感La上电流ia增大，电感La充电储能；VT4关断时，电感La感应电压叠加在输入电压UA上（升压），使与VT1并联的二极管VD1导通，电流ia通过VD1流向负载，在电感能量释放过程中电流ia逐渐减小。同样A相电压为负时，可通过VT1和VT4反并联的二极管VD4对电流ia进行控制。

　　六开关三相PFC原理电路的输入电压是380V，峰值是537V，所以此电路的输出直流电压可升至800V（±400V），此值正是UPS输出三相半桥电路所需要的直流母线电压。

六、结论

　　图21定性的表达了本文论述的观点和内容。

　　1， 随着电路技术和半导体器件的发展和创新，UPS电路技术经历了由多输出变压器到单输出变压器再到0输出变压器的变化过程。反映了去掉输出变压器是UPS电路技术进步的必然趋势。

　　2， 定性的表达了无变压器UPS在效率、体积、重量、输入功率因数等指标的优势。

3， 人们最关心的是可靠性问题。事实上在UPS产品推出的初期，带输出变压器的UPS的可靠性也是不高的，一般连续几千小时不发生故障就算可靠了。所以在讨论一个产品是否可靠时，关键是使用者对这个产品可靠性要求的期望值是多大。下面的例子或许可以说明这一问题：马车与飞机相比，谁都知道马车的安全性永远比飞机高。但是，当今的社会人们还是选择了飞机，难道是人们为了舒适和效率而不顾生命安全吗？不是的，人们所以选择飞机是因为飞机的安全系数已经超过了人们对安全要求的期望值。当前的器件和电路技术决定了带输出变压器UPS和不带输出变压器UPS的可靠性都达到了很高的水平，都超过了人们的期望值，尽管我们不能说不带输出变压器UPS的可靠性比带输出变压器UPS的可靠性还高，