正弦波UPS中逆變電路結構及SPWM方法

前言

逆變電路是UPS電源的核心電路。作者在剖析若干知名廠家生產的UPS電源電路的基礎上，對UPS電源中的逆變電路進行了探討。本文所涉及的電路，是這些廠家技術人員多年技術經驗的結晶，并且經歷過大量產品投放市場后的考驗，具有很好的參考價值。作者在此發表出來，供業內人士和有興趣者參考。

UPS電源有很多分類，作者根據業內的習慣，將UPS電源分為工頻機和高頻機。本文中的工頻機和高頻機采用的都是正弦波逆變電路，輸出的都是正弦波電壓，并且都是在線式結構。文中只涉及正弦波逆變電路，以下簡稱逆變電路。

逆變電路的結構

逆變電路由正弦波SPWM調制電路和功放電路組成。

1 工頻機所采用的逆變電路的結構圖

圖1所示為工頻機所采用的逆變電路的結構圖。由圖可見，工頻機逆變電路中右側的功放電路采用的是全橋式功放電路，這種功放電路需要正弦波調制電路提供4路相互獨立的SPWM驅動信號。在左側的正弦波調制電路中，用正弦波信號去調制三角波信號，得到4路獨立的SPWM信號，經隔離驅動后送至功放電路。

在這種結構中，每一橋臂功率管的數量視輸出功率而定，當輸出功率較小時，功率管采用MOS器件，輸出功率大時，采用IGBT模塊。

2 高頻機所采用的逆變電路的結構圖

圖2所示為高頻機所采用的逆變電路的結構圖。由圖可見，高頻機逆變電路中的功放電路采用的是半橋式功放電路，這種功放電路需要正弦波調制電路提供2路相互獨立的SPWM驅動信號。在左側的正弦波調制電路中，由電腦板直接提供2路SPWM波信號，經隔離驅動后送至功放電路。

在這種結構中，每一橋臂功率管的數量也視輸出功率而定，當輸出功率較小時，功率管采用MOS器件，輸出功率較大時，也采用IGBT模塊。正弦脈寬調制(SPWM)方法

SPWM信號實際上就是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波。

在20KVA以下的小型逆變電路中，通常用正弦波(調制波)調制三角波(載波)的方法來實現脈寬調制的目的，又稱為三角波調制法，它是利用比較器來完成這一功能的。根據調制信號所包含的信息量，調制電路可以分為單極性調制和雙極性調制。

1 SPWM調制方法及特點

在單電源供電的比較器重，若將正弦波送到比較器的同相輸入端，將三角波送到比較器的反相輸入端，則在正三角波幅值大于正弦波的幅值時，比較器將輸出一個負向脈沖，這個負向脈沖的寬度等于三角波大于正弦波部分所對應的時間間隔。而在三角波幅值小于正弦波的幅值時，比較器將輸出一個正向脈沖，這個正向脈沖的寬度等于三角波小于正弦波部分所對應的時間間隔。從圖3可見，這時在電壓比較器的輸出端將得到一連串脈沖方波序列，其特點是：對應于正弦波幅值較低的部位，脈沖方波的寬度較窄，而對應于正弦波幅值較高的部位，脈沖方波的寬度較寬。這就是正弦脈沖調制信號，即SPWM信號。

根據分析，這種三角波調制電路有以下特點：