【正文】 SPWM 產(chǎn)生原理。這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形，成為 SPWM 波形。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，此 PWM 波形和正弦半波是等效的。這就是 PWM 波形。這些脈沖寬度相等，都等于 n/N，但幅值不等，脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。下面以正弦脈寬調(diào)制 SPWM 為例說明 PWM 控制的基本原理。在采樣控制理論中，有一個重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同即環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。? /2d?是 U 相輸出和電動機(jī)中性點(diǎn)之間 N 之間的輸出相電壓（負(fù)載相電壓）波形，Nu它由 、 、0 五種電平組成。V 相和 W 相的控制方法和unU?/d?U 相相同。當(dāng) 時，給 V1 關(guān)斷信號， V4 導(dǎo)通信號，則un?/2druc= 。U 、V 、W 三相上的開關(guān)器件通rurvrw120o斷控制規(guī)律相同，現(xiàn)以 U 相為例說明。U、V、W 三相各自橋臂的控制型號相差 。圖中 為電動機(jī)三相繞N組的中性點(diǎn)， 為直流電源的電壓中點(diǎn)。通常采用等腰三角波作為載波。33與計(jì)算法相對應(yīng)的是調(diào)制法。這種方法稱為計(jì)算法。? PWM 技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用根據(jù) PWM 的基本原理，如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個周期內(nèi)的周波數(shù)，PWM 波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出來。 導(dǎo)電方式主要運(yùn)用于電流型三相橋式逆變器的控制180?120?中。導(dǎo)電方式由于每相的上下橋臂均采用 控制且有 導(dǎo)通間隙，因而10? 120?60?避免了換流時上下橋臂的直通。20?60?（2）相鄰相的橋臂驅(qū)動信號相位互差 120176。2? 120?考慮 導(dǎo)電方式的電壓型三相橋式逆變器的相電壓波形，該波形為交流?六階梯波波形。?（3）任何時刻有且只有三個橋臂導(dǎo)電，或兩個上橋臂一個下橋臂導(dǎo)電，或一個上橋臂兩個下橋臂導(dǎo)電。180?120?導(dǎo)電方式有以下特征：180?（1）每相的上下橋臂均采用 互補(bǔ)控制模式。的交流方波電壓，即可實(shí)現(xiàn)電壓 DCAC 的變換。如圖 34 所示為三相電壓橋式逆變電路原理圖，從電路結(jié)構(gòu)上看，如果把三相負(fù)載看成三相整流變壓器的三個繞組，那么三相橋式逆變器電路猶如三相橋式可控整流電路與三相二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換，不可控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的30續(xù)流和反饋因此 VD1VD6 稱為續(xù)流二極管或者反饋二極管。T 2 圖 34 三相電壓型橋式逆變電路IGBT 的選型：該 UPS 的容量為 1kW，由于線路和變壓器的功率損耗，則逆變器的輸出功率為： ???:又逆變器的輸出電壓 則：48d/./5dIUI可得 IGBT 的有效電流和電壓： ??? (取系數(shù)為 2)(23)49I V??IGBT 可選東芝公司的 GT80J101 型號。29 逆變器的結(jié)構(gòu)及工作原理逆變最基本的電路就是橋式電路。逆變器電路的種類很多，在 UPS 中常見的有推挽逆變器、半橋逆變器、全橋逆變器、雙向變換器等。逆變器的主要功能就是將整流/充電器輸出的直流電壓變換成穩(wěn)壓穩(wěn)頻 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)的交流電。在許多場合，電網(wǎng)提供的 50Hz 工頻電源不能滿足負(fù)載的特殊需要。 逆變器逆變是將直流電變?yōu)榻涣麟?實(shí)現(xiàn)逆變的電路稱為逆變電路。將電流波形與不考慮電感時的波形相比較可知，有電感時，電流波形的前沿平緩了許多，有利于電路的正常工作。 3RC??28O t?aiO t?ai( a )( b )圖 33 考慮電感時電容濾波的三相橋式整流電路波形 （a）輕載時的交流側(cè)電流波形 （b）重載時的交流側(cè)電流波形以上情況分析的是理想的情況，未考慮實(shí)際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感。對一個確定的裝3置來說，通常只有 R 是可變的，它的大小反映了負(fù)載的輕重。 和 分別是電流 id 斷續(xù)和連續(xù)的條件。由“ 電壓下降速度相等 ”的原則，可以確定臨界條件。這兩段導(dǎo)通過程之間的交替有兩ac種情況，一種是在 VD1 和 VD2 同時導(dǎo)通之前 VD6 和 VD1 是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流 是斷續(xù)的；另一種是 VD1 一直導(dǎo)通，交替時由 VD6 導(dǎo)di通換相至 VD2 導(dǎo)通， 是連續(xù)的。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時，由電容向負(fù)載放電， 按指數(shù)規(guī)律下降。電容濾波是將電容作為儲能元件，加到電容兩端的電壓會對電容充電，把電能儲存在電容中，電容器兩端的電壓逐漸升高，知道接近充電電壓；當(dāng)外加電壓失去或降低之后，電容會釋放儲存的電能，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中波動成分盡可能地減小，使其輸出接近恒定值得直流電。26交流電經(jīng)過二極管整流后多為方向單一的直流電，但是大小還是處在不斷變化之中，這種脈動直流一般不能直接給裝置供電。整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦?。外加使P 區(qū)相對 N區(qū)為正的電壓時，能通過大電流，具有低的電壓降（） ，稱為正向?qū)顟B(tài)?！　⊥ǔＫ粋€PN結(jié)，有陽極和陰極兩端。整流二極管可用半導(dǎo)體鍺或硅等材料制造。整流變壓器的選型：整流器輸入側(cè)兩相的線電壓為： 6sin()abouUt????其有效值 ???市電輸入的相電壓有效值 0/29則變壓器 變比為1T1..6483abK??變壓器二次側(cè)電流為 A?變壓器的容量為 10%????可選用 SCB96/ Dyn11 型號。一般清況下，整流器的副邊次級電壓低于原邊初級電壓，因此這里的整流變壓器屬降壓變壓器。(2)降壓作用。原理電路如下：T 1V D 1V D 2V D 6V D 5V D 3V D 4abcidiciRdU+圖31 三相橋式不控整流電路原理圖整流變壓器在設(shè)計(jì)中的作用：(1)起隔離作用。由于本設(shè)計(jì)中的蓄電池電壓已經(jīng)確定，而且需要進(jìn)行濾波，并且不可控整流比可控整流電路功率因數(shù)要高，本次設(shè)計(jì)中采用了電容濾波的三相橋式不可控整流電路。市 電蓄 電 池 J1J12圖 213 切換開關(guān)24 3 整流器與逆變器的設(shè)計(jì) 整流器整流/充電器在 UPS 交流不間斷電源裝置中的作用主要有兩個：一是將交流電整流為直流電，經(jīng)濾波供給逆變器；二是給蓄電池提供充電電壓，對蓄電池進(jìn)行充電。如圖 213 所示，切換開關(guān)的一組繼電器 J11 和 J12，其中從市電輸入的觸點(diǎn) J11 為常閉觸點(diǎn)，從蓄電池輸入的觸點(diǎn) J12 為常開觸點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載端未出現(xiàn)過流時，電壓比較器輸出低電平，發(fā)光二極管 D12 不發(fā)光，三極管 NPN 呈關(guān)斷狀態(tài)，D11 也不發(fā)光，D 點(diǎn)位高電位，D點(diǎn)電位送給單片機(jī)，說明此時為出現(xiàn)過流的情況。當(dāng)檢測端為低電平時，電壓比較器輸出低電平，發(fā)光二極管 D8不發(fā)光，三極管 NPN 關(guān)斷，D7 也不發(fā)光，E 點(diǎn)為高電平，E 點(diǎn)電位傳給單片機(jī)，說明檢測沒有出現(xiàn)過電壓情況。當(dāng)蓄電池電壓大于 48V 時，電壓比較器 B1 輸出低電平，發(fā)光二極管 D4不發(fā)光，三極管 NPN 呈關(guān)斷狀態(tài)，D3 也不發(fā)光，B 點(diǎn)為高電位，B 點(diǎn)電位送給單片機(jī)；電壓比較器 B2 輸出高電平，發(fā)光二極管 D6 發(fā)光，使三極管 NPN開通，D5 也發(fā)光，C 點(diǎn)為低電位，C 點(diǎn)電位送給單片機(jī)，說明此時蓄電池已經(jīng)充滿，單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)指令，使市電與蓄電池?cái)嚅_。當(dāng)市電發(fā)生斷電時，D1 不發(fā)光，光耦傳感器停止工作，三極管 NPN 關(guān)斷，D2不發(fā)光，A 點(diǎn)呈高電位，A 點(diǎn)高電平送往單片機(jī)，通知單片機(jī)此時為市電斷電狀態(tài)。保護(hù)電路使保證 UPS 正常工作的重要組成部分，包括市電斷電檢測電路、蓄電池充放電電壓檢測電路、過壓檢測電路和過流檢測電路等。 保護(hù)電路 UPS 需要實(shí)現(xiàn)對重要負(fù)載 24 小時不間斷供電，這就對 UPS 的可靠性提出了極高的要求。 其 中 24V為 逆 變 器 中 的 IGBT 的 開 關(guān) 電 源 ， 由 于 逆 變 器 上 半 部 分 的 三 個 IGBT 為 懸 浮狀 態(tài) ， 下 半 部 分 的 三 個 IGBT 共 地 ， 所 以 要 有 四 組 24V 開 關(guān) 電 源 分 別 對 其 供19電 。 這 些 器 件 可 提 供 8 腳 雙 列 直 插 塑料 封 裝 和 14 腳 塑 料 表 面 貼 裝 封 裝 。 電 流 取 樣 比 較 器 和 大 電 流 圖騰 柱 式 輸 出 ， 是 驅(qū) 動 功 率 MOSFET 的 理 想 器 件 。 其 中 UC3844 是 高 性 能 固 定 頻 率 電 流 模 式 控 制 器 專 為 離 線 和 直 流至 直 流 變 換 器 應(yīng) 用 而 設(shè) 計(jì) ， 為 設(shè) 計(jì) 人 員 提 供 只 需 最 少 外 部 元 件 就 能 獲 得 成 本效 益 高 的 解 決 方 案 。此設(shè)計(jì)中，輸出電壓通過兩電阻分壓并經(jīng)過 TL431 的內(nèi)部誤差放大器后，經(jīng)過光耦接 UC3844 的誤差放大腳 1，而反向輸入端腳 2 直接接地，輸出電壓反饋直接連到腳 1，而不是腳 2，略過了 UC3844 的內(nèi)部誤差放大器，這使得電源的動態(tài)響應(yīng)更快，因?yàn)榉糯笃饔米餍盘杺鬏敃r有一定的傳輸時間，輸出與輸入并不是同時建立，不用 UC3844 內(nèi)部誤差放大器，把反饋信號的傳輸縮短了放大器的傳輸時間，從而電源的動態(tài)響應(yīng)更快。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 27 所示：17++欠壓鎖定電路5 V 基準(zhǔn)源衰減電路內(nèi)部偏置振蕩器門電路輸出衰減電路RSC O MI s e nR T / C TO U TV r e fV C CG N DV f bU V L O2 . 5 V3 4 VP W M 鎖存誤差放大器電流比較器( 7 )( 8 )( 6 ）( 4 )( 3 )( 1 )( 2 )( 5 )圖 27 UC3844 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖該芯片的主要功能有：內(nèi)部采用精度為 %的基準(zhǔn)電壓為 ，具有?很高的溫度穩(wěn)定性和較低的噪聲等級；振蕩器的最高振蕩頻率可達(dá) 500kHz。下面的設(shè)計(jì)采用電流控制型脈寬調(diào)制芯片 UC3844 加可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器 TL143 配合光耦構(gòu)成反饋回路，達(dá)到了更好的穩(wěn)壓效果。這里主要介紹的是直流變換器，是將一個值的直流電壓變換成另一個值的直流電壓。根據(jù) UPS 的容量不同，其電路形式也不同，目前 UPS 中的輔助電源主體電路多采用變換器。當(dāng)蓄電池充滿電時，當(dāng) ， 時，1V?3Cc213CV比較器 C1 輸出低電平，比較器 C2 輸出高電平，基本 RS 觸發(fā)器兩端都被置1，G3 輸出低電平，放電三極管 TD 截止，定時器輸出高電平，充電停止。（2）快速充電電路 蓄電池的充電控制經(jīng)過芯片 555 的 6 管腳和管腳 2 控制。當(dāng) ， 時，比較器 C1 輸出低電平，比較器 C2 輸出高電1?Cc2C平，基本 RS 觸發(fā)器兩端都被置 1，G3 輸出低電平，放電三極管 TD 截止，定時器輸出高電平。 213RCUV?當(dāng) ， 時，比較器 C1 輸出低電平，比較器 C2 輸出高電?c2?13CV平，基本 RS 觸發(fā)器置 0， G3 輸出高電平，放電三極管 TD 導(dǎo)通，定時器輸出低電平。 7 腳為放電端， 555 定時器輸出低電平時，放電晶體管 TD 導(dǎo)通，外接電容元件通過 TD 放電；3 腳為輸出端，輸出高電壓約低于 13V，輸出電流可達(dá)到 200mA，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈；8 腳為電源端，可在 5V18V 范圍內(nèi)使用。正常工作時，應(yīng)將其接高電平。虛線邊沿上的數(shù)字為管腳號。amp。+C 1amp。15集成定時器 5G555 由電阻分壓器、電壓比較器、基本 RS 觸發(fā)器、放電三極管和輸出緩沖器五部分組成。因集成內(nèi)部含有三個 5 千歐姆電阻而得名555 定時器。它的電路結(jié)構(gòu)將模擬功能和邏輯功能兼容為一體，能夠產(chǎn)生精確地時間延遲和振蕩，在控制、定時、檢測、仿聲、報(bào)警等方面有著廣泛應(yīng)用，是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路。充電策略對于蓄電池非常重要，一個優(yōu)化的充電策略可以提高蓄電池的性能和壽命；反之，一個不合理的充電策略會非常顯著的降低蓄電池可用容量和使用壽命。?一般蓄電池的過電壓和內(nèi)阻很小，蓄電池的容量和壽命是蓄電池的主要參數(shù)，它們受充電方法的影響很大。鉛酸蓄電池有造價低廉、使用簡單、維修方便、原材料豐富等優(yōu)點(diǎn)。（6）自放電率 蓄電池在不同時期內(nèi)部也會消耗能量，一般以 C/天來表示。例如對 的蓄電池， 的放電電hA?流的實(shí)際值為 =。單位質(zhì)量蓄電池所能給出的功率稱為比功率，單位為 W/kg 或者 kW/kg，比功率也是蓄電池重要的性能指標(biāo)之一。例如一個 的蓄電池，充滿以后以hA?325mA 恒流放電，經(jīng)過 20h 后達(dá)到放電中止電壓，放電率若以電流來表示為 率，若以放電時間來表示則為 20h 放電率。hA?（2）放電率 表示放電至中止的電流大小或者時間快慢。蓄電池屬于電化學(xué)電池，它把化學(xué)中的氧化還原所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?。在正常情況下，直接由市電供給負(fù)載；而當(dāng)市電斷電或出現(xiàn)異常情況時，就要由蓄電池來向負(fù)載供電。2 當(dāng)市電故障時，通過逆變器將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能提供給負(fù)載使用。? 蓄電池和充電電路 在 UPS 電源中，通常都使用蓄電池作為儲存電能的裝置，它由若干個電池串聯(lián)而成，其容量大小決定了其維持放電即