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在线式工频ups不间断电源

2024-07-17

　　适用于低功率应用的带小型电池组的高频隔离在线不间断电源 (UPS) 系统

　　不间断电源 (UPS) 被广泛用于在所有电网条件下向关键负载提供可靠和高质量的电力。本文提出了一种用于低功率应用的高频隔离在线 UPS 系统。所提出的 UPS 由单级 AC-DC 转换器、升压 DC-DC 转换器和逆变器组成。单级 AC-DC 转换器提供电流隔离、输入功率因数校正以及输入和输出电流的连续传导。通过使用高压增益升压转换器，低电池组电压升压至高直流链路电压，从而允许将电池组减少到仅 24 V 并联电池。并联运行电池可提高电池性能，并解决与将电池串联排列的传统电池组相关的问题。逆变器为负载提供稳压输出电压。提出了一种用于逆变器的新型级联滑动模式 (SM) 和比例谐振 (PR) 控制，可调节线性和非线性负载的输出电压。控制器在负载瞬变和阶跃变化期间表现出色。此外，还介绍了升压转换器和 AC-DC 转换器的控制器。为了验证所提出的系统，介绍了 1 kVA 实验室装置的工作原理和实验结果。

　　简介

　　不间断电源 (UPS) 为通信系统、网络服务器、医疗设备等关键负载提供清洁、经过调节且可靠的电力 。通常，无论电网状况如何，UPS 都能提供单位功率因数、高效率、高可靠性、低成本和持续供电。

　　UPS 系统可分为在线、离线和在线互动式 UPS 系统。其中，在线 UPS 系统是流行和常见的配置，因为它们将负载与电网隔离，并且切换时间可以忽略不计。传统的在线 UPS 系统由用于 PFC 的整流器、电池组和与负载连接的逆变器组成。通常使用电网频率变压器来降低电池组电压，并与电网内部产生的瞬变和尖峰隔离。由于变压器以电网频率运行，因此会显著增加系统的体积和重量。

　　基于高频变压器的 UPS 通过减小系统尺寸以及在负载和电网之间提供适当的电流隔离，为上述问题提供了有效的解决方案。此外，这些 UPS 系统具有高功率因数校正、斩波器和转换器级的零电压开关 (ZVS) 以及低成本设计。然而，由于直流链路电压高，多个电池串联连接，降低了系统的可靠性。

　　显示了不同高频变压器型 UPS 与串联电池的比较。串联电池布置在充电和放电方面存在重大缺点和局限性。由于每个电池单元的电压不相等，因此在充电和放电过程中，电池单元之间的电压会发生轻微不平衡。因此，它们在充电和放电过程中的性能不同。电池过度充电可能会导致严重过热、性能低下甚至损坏。同样，深度放电会永久损坏电池单元 。由于这个原因，并联运行的小型电池组可显著提高电池组的性能。并联运行的电池具有以下优点：

　　不同电池组的高频变压器UPS比较

　　(1)电池数量不受直流母线电压限制。电池组的体积、重量和备用时间应根据具体应用进行设计。

　　(2)由于不需要额外的电压平衡电路，因此降低了成本。

　　(3)损坏的电池可以在电池组中隔离或更换，而不会中断敏感系统的运行。这是 UPS 系统的主要功能。

　　(4)由于可以单独分析电池的放电电流，因此可以更有效地利用电池中存储的能量。

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