電源電路,電源電路原理和作用是什么?

電源電路,電源電路原理和作用是什么?

DC/AC逆變器

背景知識(shí)：

DC/AC逆變技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)換，可以從蓄電池、太陽(yáng)能電池等直流電能變換得到質(zhì)量較高的、能滿足負(fù)載對(duì)電壓和頻率要求的交流電能。DC/AC逆變技術(shù)在交流電機(jī)的傳動(dòng)、不間斷電源(UPS)、變頻電源、有源濾波器、電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償器等許多場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

DC/AC逆變技術(shù)的基本原理是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT和功率MOSFET模塊等)的開通和關(guān)斷作用，把直流電能變換成交流電能，因此是一種電能變換裝置。由子是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的，因此轉(zhuǎn)換效率比較高。但轉(zhuǎn)換輸出的波形卻很差，是含有相當(dāng)多諧波成分的方波。而多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合要求逆變器輸出的是理想的正弦波，因此如何利用半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換，使逆變器輸出正弦波和準(zhǔn)正弦波就成了DC/AC逆變器技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)主要問題。

基本原理：

常用逆變器主電路的基本形式有兩種分類方法：按照相數(shù)分類，可以分為單相和三相；按照直流側(cè)波形和交流側(cè)波形分類，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器。具體如下：

DC/AC逆變器按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分，分為Buck型DC/AC逆變器，Boost型DC/AC逆變器，Buck-Boost型DC/AC逆變器。

1，Buck型DC/AC逆變器

Buck型DC/AC逆變器電路基本拓?fù)淙鐖D所示。

采用了兩組對(duì)稱的Buck電路，負(fù)載跨接在兩個(gè)Buck變換器的輸出端，并以正弦的方式調(diào)節(jié)Buck變換器的輸出電壓，進(jìn)行DC/AC的變換。它包括直流供電電源Vm，輸出濾波電感L1和L2，功率開關(guān)管S1-S4 。濾波電容C1和C2，續(xù)流二極管D1-D4，以及負(fù)載電阻R。通過滑?？刂?，使輸出電容電壓V1和V2隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個(gè)Buck變換器各產(chǎn)生一個(gè)有相同直流偏置的正弦波輸出電壓，并且V1和V2在相位上互差180度。由于負(fù)載跨接在K和代的兩端，則DC/AC變換器的輸出電壓玲為如下式所示的正弦波，圖2所示即為逆變器的基本工作原理。

雖然有一個(gè)直流偏置電壓出現(xiàn)在負(fù)載的任一端，但負(fù)載兩端電壓為正負(fù)交變的正弦波電壓，并且其直流電壓為零。由于DC/AC變換器的輸出電流是正負(fù)交變的，因此要求電路中的Buck變換器的電流能雙向流通，如圖1所示電路由兩組雙向Buck變換器組成。一組電流雙向流通的Buck變換器可見圖3所示。凡與又是一對(duì)互補(bǔ)控制的開關(guān)管，D1和D2為反并止極管。當(dāng)開關(guān)S1閉合、S2打開時(shí)，若電感電流方向?yàn)檎?，則電流流經(jīng)S1，若為負(fù)則電感電流經(jīng)D1續(xù)流。當(dāng)S1打開、S2閉合時(shí)，若電感電流方向?yàn)檎?，則電流經(jīng)D2續(xù)流，若為負(fù)則電感電流流經(jīng)S2。

2，Boost型AC/AC逆變器

Boost型DC/AC逆變器電路基本拓?fù)淙鐖D所示。采用了兩組對(duì)稱的Boost電路，負(fù)載跨接在兩個(gè)Boost變換器的輸出端，并以正弦的方式調(diào)節(jié)Boost變換器的輸出電壓，進(jìn)行D/AC的變換。它包括直流供電電Vm，輸出濾波電感L1和L2，功率開關(guān)管S1-S4，濾波電容C1和C2，續(xù)流二極管D1-D4，以及負(fù)載電阻R。通過滑模控制，使輸出電容電壓K和K隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個(gè)Boost變換器各產(chǎn)生一個(gè)有相同直流偏置的正弦波輸出電壓，并且V1和V2在相位上互差180度。獲得的輸出電壓為V0 = V1-V2，是一個(gè)正弦電壓。

3，Buck-Boost型DC/AC逆變器。基本原理為上述兩種結(jié)構(gòu)的中和，這里就不做太多解釋了?，F(xiàn)狀和發(fā)展：

一般認(rèn)為，DC-AC逆變器的發(fā)展可以分為如下兩個(gè)階段。

1，1956-1980年為傳統(tǒng)發(fā)展階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是：開關(guān)器件以低速器件為主，逆變器的開關(guān)頻率較低，波形改善以多重疊加為主，體積重量較大，逆變效率低。正弦波逆變器開始出現(xiàn)。1960年以后，人們注意到改善逆變器波形的重要性，并開始進(jìn)行研究。

1963年，F(xiàn).G.Turnbull提出了“消除特定諧波法”，為后來的優(yōu)化PWM法奠定了基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)特定的優(yōu)化目標(biāo)，如諧波最小、效率最優(yōu)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小等。

1980年到現(xiàn)在為高頻化新技術(shù)階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是：開關(guān)器件以高速器件為主，逆變器的開關(guān)頻率較高，波形改善以PWM法為主，體積重量較小，逆變效率高。正弦波逆變器技術(shù)發(fā)展日趨完善。

20世紀(jì)70年代后期，可關(guān)斷晶閘管GTO、電力晶體管GTR及其模塊相繼實(shí)用化。80年代以來，電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了多種高頻化的全控器件，并得到了迅速發(fā)展，如功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管Power MOSFET，絕緣門極晶體管IGT或IGST,靜電感應(yīng)晶體管SIT,靜電感應(yīng)晶閘管SITH、場(chǎng)控晶閘管MCT, MOS晶體管MGT、IEGT以及IGCT等。這就使電力電子技術(shù)由傳統(tǒng)發(fā)展時(shí)代進(jìn)入到高頻化時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代，具有小型化和高性能特點(diǎn)的新逆變技術(shù)層出不窮，特別是脈寬調(diào)制波形改善技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。

今后，隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電能質(zhì)量的要求將越來越高，包括市電電網(wǎng)在內(nèi)的原始電能的質(zhì)量可能滿足不了設(shè)備的要求，必須經(jīng)過電力電子裝置變換后才能使用，而DC/AC逆變技術(shù)在這種變換中將起到重要的作用。

降壓穩(wěn)壓器

背景知識(shí)：

電力系統(tǒng)傳輸電能的升壓變壓器/降壓變壓器/配電變壓器等。

降壓變壓器,用來把10萬(wàn)V以上便于輸送中的損耗降到用電戶。降為380V的三相四線制,才能安全使用. 從交流發(fā)電機(jī)發(fā)的電先經(jīng)升壓變壓器升成10kv及以上的高壓（如35kv，110kv，220kv，500kv；距離越遠(yuǎn)需要的電壓越高），有時(shí)候需經(jīng)幾級(jí)的變壓器升壓，然后經(jīng)過輸電線路送至目的地后再經(jīng)降壓變壓器降至需要的電壓，傳輸?shù)郊彝サ臑?80/220v。

基本原理：

在這里我們引用一個(gè)降壓變壓器的實(shí)例來其進(jìn)行介紹：

BGD/BGS降壓變壓器：

鐵芯采用進(jìn)口30ZH120高導(dǎo)磁優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片制造，鐵芯為三級(jí)全斜接縫，鐵芯柱用拉帶綁扎,表面用有硅涂刷粘結(jié)，使鐵芯形成整體。從而有效降低了空載損耗、空載電流。并采取特殊的措施，降低鐵芯噪音。

低壓線圈采用銅箔繞制，箔式繞圈結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了線圈的穩(wěn)定性，固化后繞組整體機(jī)械強(qiáng)度好，大大提高了抗短路能力。

高壓線圈采用了分段層式線圈結(jié)構(gòu)，有效降低了層間電壓，并增強(qiáng)了抗雷電沖擊能力。線圈內(nèi)外表面均用NOMEX紙封包，通過多次真空壓力浸漆，使線圈形成整體，提高了線圈的機(jī)械強(qiáng)度，提高了變壓器防霉菌、防潮性能。

固有的介電強(qiáng)度:

壓實(shí)形NOMEX芳香聚酰胺產(chǎn)品的短時(shí)間時(shí)耐電應(yīng)力為450至1000伏/密耳（18至40千伏/毫米），視乎產(chǎn)品類型和厚度而定，而且無(wú)需用清漆或樹脂作進(jìn)一步處理。

由于NOMEX紙的介電常數(shù)為1.5-2.5，比常用的絕緣材料都低，接近空氣的介電常數(shù)，因而使整個(gè)絕緣系統(tǒng)和冷卻介質(zhì)間的電場(chǎng)分布更為均勻，局放量少，且相當(dāng)穩(wěn)定。

熱穩(wěn)定性:

NOMEX產(chǎn)品在溫度高達(dá)200℃（390）時(shí)，其電性能和機(jī)械性能所受的影響極小，甚至全無(wú)影響，其有效值可在顯著高溫下保持。

再者，NOMEX產(chǎn)品的性能，如連續(xù)露置于220℃（430）下，至少可保持十年。

低溫性能:

由于NOMEX產(chǎn)品的聚合結(jié)構(gòu)獨(dú)特，因此被采用于各種不同的低溫應(yīng)用方面。在氮?dú)夥悬c(diǎn)(77)時(shí)，NOMEX410型絕緣紙以及993型和994型合成纖維壓板的拉伸強(qiáng)度都高于室溫下的強(qiáng)度值。

無(wú)毒、阻燃:

NOMEX產(chǎn)品在人體和動(dòng)物體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生任何已知的毒性反應(yīng)，在空氣中也不會(huì)熔化或助長(zhǎng)燃燒。由于NOMEX紙限氧指數(shù)高，能阻燃。

化學(xué)相容性:

NOMEX產(chǎn)品基本上不受大部分溶劑的影響，而且特別經(jīng)得起酸堿的腐蝕。它能與各式各樣的清漆和粘合劑、變壓器流體、潤(rùn)滑油以及冷凍劑相容。由于NOMEX產(chǎn)品不易消化，因此不會(huì)受昆蟲、真菌或霉菌侵襲。

機(jī)械韌性:

壓實(shí)的NOMEX產(chǎn)品非常堅(jiān)固、回彈力強(qiáng)，較薄等級(jí)的產(chǎn)品則具有撓性，所有產(chǎn)品都耐撕裂及耐磨。

對(duì)潮濕不敏感:

NOMEX電絕緣和合成纖維壓板在相對(duì)濕度95%下處于平衡狀態(tài)時(shí)，其在絕干時(shí)介電強(qiáng)度可保持百分之九十，同時(shí)許多機(jī)械性能也實(shí)際上有所改善。

耐輻射性:

800兆拉德的電離輻射可引致聚酯層壓板粉碎，但NOMEX產(chǎn)品則基本無(wú)影響。經(jīng)過八次此種劑量的輻射之后仍保持其有效的機(jī)械性能和電性能

升壓穩(wěn)壓器

背景知識(shí)：

電力系統(tǒng)傳輸電能的升壓變壓器/降壓變壓器/配電變壓器等。

升壓變壓器,用來升成10萬(wàn)V以上便于輸送中的損耗,到用電戶在用降壓變壓器降為380V的三相四線制,才能安全使用. 從交流發(fā)電機(jī)發(fā)的電先經(jīng)升壓變壓器升成10kv及以上的高壓（如35kv，110kv，220kv，500kv；距離越遠(yuǎn)需要的電壓越高），有時(shí)候需經(jīng)幾級(jí)的變壓器升壓，然后經(jīng)過輸電線路送至目的地后再經(jīng)降壓變壓器降至需要的電壓，傳輸?shù)郊彝サ臑?80/220v。

基本原理：

變壓器作原理：利用導(dǎo)磁系數(shù)高的硅鋼片插成鐵芯組，初級(jí)繞組根據(jù)初級(jí)額定電壓和鐵心的截面積以及次級(jí)的輸出電壓計(jì)算出每伏匝數(shù)和初，次級(jí)的電流，就可以計(jì)算出繞組的截面積（換算出繞組的直徑）。初級(jí)和次級(jí)要作好絕緣處理。繞好后要進(jìn)行通電實(shí)驗(yàn)，合格后在做絕緣浸漆和烘干處理。

變壓器有升壓和降壓兩種，我生活周圍的一般是降壓變壓器（為了得到合適的電壓），發(fā)電廠外的是升壓變壓器（提高電壓輸送電能是為了減少電能的損耗）。原理是電磁感應(yīng)原理

電荷泵

背景知識(shí)：

便攜式移動(dòng)設(shè)備大多以電池供電，其負(fù)載電路通常是微處理器控制的設(shè)備，比如移動(dòng)電話、掌上電腦等等，此類設(shè)備要求供電電源效率高、輸出紋波電壓小。直流變換器就是把未經(jīng)調(diào)整的電源電壓轉(zhuǎn)化為符合要求的電源。電池的廣泛使用，給這一類電源帶來特殊的要求:高效率、靜態(tài)電流小、很小的面積、低重量并且價(jià)格便宜。傳統(tǒng)的電源通常使用一個(gè)電感實(shí)現(xiàn)DC/DC變換，但是電感體積龐大、容易飽和、會(huì)產(chǎn)生EMI而且電感價(jià)格昂貴。為解決此類問題，現(xiàn)代電源通常采用電荷泵電路。電荷泵采用電容儲(chǔ)存能量，外接組件少，非常適合用于便攜式設(shè)備中，并且隨著其電路結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和工藝水平的提高，也可應(yīng)用在需要較大電流的應(yīng)用電路中。因此高效率電荷泵DC-DC轉(zhuǎn)換器因其功耗小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需電感、二極管、MOSFET等外圍組件、高EMI抑制等優(yōu)點(diǎn)，在電源管理電路中己得到廣泛應(yīng)用。

基本原理：

電荷泵使用電容儲(chǔ)存能量，并且隨著電荷泵電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，也可應(yīng)用在需要大電流的應(yīng)用電路中。一般電荷泵電路主要有兩種工作模式——“LINEAR” 模式和“SKIP”模式。

當(dāng)電荷泵工作在“LINEAR”模式下，可以獲得較低的輸出紋波，工作在“SKIP”模式下可以獲得較低的靜態(tài)電流。為描述方便，以下分析中的電荷泵四個(gè)開關(guān)管均用NMOS代替，而并非實(shí)際上電荷泵開關(guān)中既有PMOS又有NMOS。

無(wú)電感 型 電荷泵如圖1所示，包含四個(gè)開關(guān)(M1-M4)、一個(gè)泵電容(flying capacitor) CF、輸出電容(OutputCa pacitor)LOUT。一個(gè)簡(jiǎn)單的工作過程可分為三個(gè)階段:

階段A ( 充電階段，M1和M2導(dǎo)通):泵電容被VIN充電，CF兩端的平均壓差為VIN減去充電電流在M1和M2產(chǎn)生壓降。

階段B （能量傳輸階段，M3和M4導(dǎo)通):泵電容向負(fù)載電容放電，其兩極平均電壓為

階段C (等待階段，M1-M4均不導(dǎo)通):沒有能量從VIN傳輸?shù)紺F和Cout。VCF =常量。

在等待狀態(tài)，CF兩端電壓保持恒定，這意味著:

當(dāng)用50%占空比的時(shí)鐘時(shí)，△tA =△tB = △t,，所以CF的平均充電電流就等于其平均放電電流，假設(shè)階段A和階段B的時(shí)間常數(shù)足夠大。

開關(guān) M1 - M4周期性通過階段A,B 和C翻轉(zhuǎn)，能量就從電池Vin傳輸?shù)截?fù)載(Vout)。在單個(gè)周期里，只有在階段B才對(duì)負(fù)載電容Cout充電，在其余階段(階段A和C), Cout向負(fù)載放電。在死循環(huán)電路系統(tǒng)中，輸出電壓Vout為穩(wěn)定值，這就要求電荷泵充電能量等于負(fù)載消耗的能量。所以，在能量傳輸?shù)碾A段B,輸出電流IP可以寫成:

即

現(xiàn)狀和發(fā)展：

電源是各種用電設(shè)備的動(dòng)力裝置，是電子工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品。經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活各個(gè)方面的發(fā)展都會(huì)促進(jìn)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近十年來中國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)以其他行業(yè)三倍的速度快速發(fā)展，“九五”期間，中國(guó)對(duì)電子工業(yè)的投資比重由過去五年的2.2%提高到5.4%,總投資規(guī)模達(dá)到4293億元，比過去五年增長(zhǎng)近12倍，因此成為電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。電源最大的應(yīng)用領(lǐng)域是在通信行業(yè)，近十年來我國(guó)通信事業(yè)快速發(fā)展，通信電源也同步增長(zhǎng)，1991年國(guó)內(nèi)通信電源投資額為人民幣0.8億元，到2002年全國(guó)通信電源市場(chǎng)容量為45億元以上。從1991年到2002年通信電源增長(zhǎng)56倍多。

在國(guó)際上，日本和美國(guó)的電子工業(yè)和通信業(yè)很發(fā)達(dá)，因此對(duì)電源的需求量非常大。在2000年，由于亞洲通信事業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)電源供應(yīng)和管理電路的需求量在全球市場(chǎng)上的比例升至10%，并且這個(gè)比例在今后一段時(shí)間還將迅速增長(zhǎng)，從而成為世界上最有發(fā)展?jié)摿Φ碾娫垂?yīng)市場(chǎng)之一。

電源模塊

背景知識(shí)：

電源是一切電子設(shè)備的心臟，一切電子設(shè)備都離不開電源提供能量。電源它廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防設(shè)施及日常生活等各個(gè)方面，是電子設(shè)備和機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門緊密相關(guān)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

基本原理：

按現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域，我們把電源劃分如下：

1 計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2 通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

3 直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源), 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

4 不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

5 變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

6 高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合, 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

7 大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

8 電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流; (2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。

9 分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)狀和發(fā)展：

現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對(duì)開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。

電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。

電源監(jiān)視

背景知識(shí)：

系統(tǒng)能可靠工作通常依賴于供電質(zhì)量。電源電壓過低會(huì)造成失效操作，如會(huì)導(dǎo)致微控制器、FPGA或ASIC會(huì)發(fā)送失效數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器或外。電壓過高則會(huì)造成器件永久損壞。除了在電壓波動(dòng)時(shí)提供保護(hù)外，用戶可能還需要識(shí)別故障源。

基本原理：

用一個(gè)調(diào)壓器加一對(duì)FET及幾只電阻來實(shí)現(xiàn)電源關(guān)斷功能。調(diào)壓器的雙線接口和故障寄存器應(yīng)該提供故障監(jiān)測(cè)能力，并且提供一片EPROM(建議地址容量為4KB)用于保存制造信息和維修服務(wù)卡等信息。

此調(diào)壓器監(jiān)測(cè)三個(gè)輸入電壓，電壓閾值分別為4.6、2.9和1.0V。圖中所示的電路給出了這樣一種配置：如果5V的電源電壓過低，或3.3V的電源電壓過低或過高，則關(guān)斷3.3V的輸出。

如果5V的電源電壓過低，或3.3V的電源電壓過低或過高，則該過壓/欠壓關(guān)斷電路將會(huì)關(guān)斷3.3V的輸出

設(shè)計(jì)采用一只金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)Q1作為主要的導(dǎo)通元件或開關(guān)。MOSFET是PMOS器件，僅需要2.5V的VGS就可以導(dǎo)通，所以當(dāng)電源電壓降到2.5V時(shí)即可發(fā)揮作用，其RDS(導(dǎo)通電阻)也小于0.1歐姆。調(diào)壓器通過一顆最大VGS為2.5V的FET(Q3)來控制FET的柵極。在低電壓情況下，MOSFET和FET可以用雙MOSFET來代替，如Siliconix的Si4913，其VGS為1.8V，其1.8V電壓下的RDS(導(dǎo)通電阻)為24毫歐姆。

在這個(gè)示例中，調(diào)壓器的VCC監(jiān)測(cè)由Intersil的X40435來完成。在VCC高于4.6V的閾值后，X40435即關(guān)斷其開路泄流端RESET輸出200毫秒(tPOR)。當(dāng)3.3V的電源電壓高于2.9V時(shí)，X40435的V3MON輸入監(jiān)測(cè)電路即關(guān)斷其開路泄流端V3FAIL輸出。當(dāng)上述兩個(gè)條件都滿足時(shí)，F(xiàn)ET(2N7002)柵極即被拉高而導(dǎo)通，使V2FAIL輸出可以控制MOSFET的柵極(在本例中即是Si3443)。如果不希望5V輸入有tPOR時(shí)延，則可以用LOWLINE輸出代替RESET輸出。

X40435的V2MON輸入端對(duì)3.3V電源有個(gè)分壓。分壓電阻的配置使得當(dāng)3.3V電源電壓達(dá)到3.6V時(shí)V2MON電壓為1V。但當(dāng)3.3V的電源電壓低于3.6V時(shí)，V2FAIL變?yōu)椤癓OW”高平，向負(fù)載供電的MOSFET即導(dǎo)通。

當(dāng)3.3V的電源電壓達(dá)到3.6V時(shí)，V2FAIL輸出置“HIGH”高電平，關(guān)斷輸出電源。當(dāng)3.3V或5V電源電壓低于其相應(yīng)的閾值時(shí)，2N7002器件關(guān)斷，Si3443門拉高，再次關(guān)斷負(fù)載。

X40435有一個(gè)雙線接口，可以訪問EPROM和故障檢測(cè)寄存器。在X40435加電時(shí)，即將所有故障位復(fù)位到零。而且，任何故障狀態(tài)也會(huì)使相應(yīng)位復(fù)位到零，這樣，如果微控制器在寫故障位之前首先檢查故障位，就可以確定引起系統(tǒng)重置復(fù)位的原因。例如，如果所有位被置零，則5V電源被關(guān)斷。如果LV3F位置零，則3.3V電源關(guān)斷。如果LV2F位置零，V2MON電壓超過其閾值后又回落到閾值以下，這表明發(fā)生了過壓。另外還有一些位用來指示看門狗超時(shí)或系統(tǒng)的手工復(fù)位。

在上述電路的一個(gè)變種電路中，3.3V電源欠壓狀態(tài)僅僅引起系統(tǒng)復(fù)位，并不關(guān)斷3.3V電源，僅在3.3V輸入超過上限時(shí)才關(guān)斷到負(fù)載的3.3V電源。

基準(zhǔn)電壓源

背景知識(shí)：

基準(zhǔn)電壓源或電壓參考(Voltage Reference)通常是指在電路中用作電壓基準(zhǔn)的高穩(wěn)定度的電壓源。隨著集成電路規(guī)模的不斷增大。尤其是系統(tǒng)集成技術(shù)(SOC)的發(fā)展，它也成為大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和幾乎所有數(shù)字模擬系統(tǒng)中不可缺少的基本電路模塊。

在許多集成電路和電路單元中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器〔ADC)、線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器，都需要精密而又穩(wěn)定的電壓墓準(zhǔn)。在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，DAC根據(jù)呈現(xiàn)在其輸入端上的數(shù)字輸入信號(hào)，從DC基準(zhǔn)電壓中選擇和產(chǎn)生模擬輸出;在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，DC電壓墓準(zhǔn)又與模擬輸入信號(hào)一起用于產(chǎn)生數(shù)字化的輸出信號(hào)。

在精密測(cè)量儀器儀表和廣泛應(yīng)用的數(shù)字通信系統(tǒng)中都經(jīng)常把基準(zhǔn)電壓源用作系統(tǒng)測(cè)量和校準(zhǔn)的基準(zhǔn)。因此，基準(zhǔn)電壓源在模擬集成電路中占有很重要的地位，它直接影響著電子系統(tǒng)的性能和精度。近年來對(duì)它的研究也一直很活躍，運(yùn)用雙極型工藝制成的基準(zhǔn)電壓源已能達(dá)到相當(dāng)高的性能和精度。

與之同時(shí)，二十世紀(jì)七十年代以來，由于對(duì)MOS晶體管的基本理論和制造技術(shù)的深入研究，加上電路設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)的進(jìn)步，MOS模擬集成電路得到了迅速發(fā)展。其中CMOS電路更是憑其工藝簡(jiǎn)單、器件面積小、集成度高和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，成為數(shù)字集成電路產(chǎn)品的主流。在這一背景下，為了獲得低成本、高性能的模擬集成電路產(chǎn)品，基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字CMOS工藝的各種高精度模擬電路受到了人們的關(guān)注，并成為集成電技術(shù)中的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。而各種高精度基準(zhǔn)電壓源由于其在數(shù)字模擬系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，更加具有廣闊的開發(fā)與應(yīng)用前景。

基本原理：

理想的基準(zhǔn)電壓源應(yīng)不受電源和溫度的影響，在電路中能提供穩(wěn)定的電壓，“基準(zhǔn)”這一術(shù)語(yǔ)正說明基準(zhǔn)電壓源的數(shù)值應(yīng)比一般電源具有更高的精度和穩(wěn)定性。

一般情況下，可用電阻分壓作為基準(zhǔn)電壓，但它只能作為放大器的偏置電壓或提供放大器的工作電流。這主要是由于其自身沒有穩(wěn)壓作用，故輸出電壓的穩(wěn)定性完全依賴于電源電壓的穩(wěn)定性。另外，也可用二極管的正向壓降作為基準(zhǔn)電壓，它可克服上述電路的缺點(diǎn)，得到不依賴于電源電壓的恒定基準(zhǔn)電壓，但其電壓的穩(wěn)定性并不高，且溫度系數(shù)是負(fù)的，約為-2mV/℃。還可用硅穩(wěn)壓二極管(簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管或齊納管)的擊穿電壓作為基準(zhǔn)電壓，它可克服正向二極管作為基準(zhǔn)電壓的一些缺點(diǎn)，但其溫度系數(shù)是正的，約為+2mV/℃ 。因此，以上幾種均不適用于對(duì)基準(zhǔn)電壓要求高的場(chǎng)合。于是，在這種迫切的市場(chǎng)需求和設(shè)計(jì)者的不斷努力下，高精度的基準(zhǔn)電壓源應(yīng)運(yùn)而生，并且種類繁多。

從工作原理的角度來看，主要分為三類:標(biāo)準(zhǔn)電池、溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)穩(wěn)壓管和集成電路固體基準(zhǔn)電壓源(簡(jiǎn)稱集成基準(zhǔn)電壓源)。

一，標(biāo)準(zhǔn)電池

標(biāo)準(zhǔn)電池可分為飽和型和非飽和型兩種。

飽和型標(biāo)準(zhǔn)電池輸出電壓為1.018V，長(zhǎng)期穩(wěn)定性能達(dá)到1μV/年(即1ppm/年);但溫度系數(shù)較大，在接近200℃時(shí)，總溫度系數(shù)約-40μV/℃ 。由于飽和型標(biāo)準(zhǔn)電池正負(fù)級(jí)的溫度系數(shù)不同，在電極間溫差僅0.0010℃時(shí)，就能引起0.3pV左右的電動(dòng)勢(shì)變化，因此要求使用中保持正負(fù)級(jí)的溫度均衡。

非飽和型標(biāo)準(zhǔn)電池的溫度系數(shù)較小，在接近20'C時(shí)約為-5μV/℃左右;但長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差，年變化大于20-40μV/年。

以上兩種電池都有溫度特性的滯后效應(yīng)，且不能滿載使用，但因其噪聲低、電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定、制造方便、造價(jià)便宜，因此在大多數(shù)只要求短期穩(wěn)定性的精密電源中有廣泛的應(yīng)用。

二，溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)穩(wěn)壓管

溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)可低達(dá)5μV/℃，且體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于集成;但存在噪聲大、負(fù)荷能力弱、穩(wěn)定性差以及基準(zhǔn)電壓較高、可調(diào)性較差等缺點(diǎn)。這種基準(zhǔn)電壓源不適用于便攜式和電池供電的場(chǎng)合。

三.集成基準(zhǔn)電壓源

運(yùn)用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制成的基準(zhǔn)電壓源種類較多，如深埋層穩(wěn)壓管集成基準(zhǔn)源、雙極型晶體管集成帶隙基準(zhǔn)源、CMOS集成帶隙基準(zhǔn)源等?！皫痘鶞?zhǔn)源”是七十年代初出現(xiàn)的一種新型器件，它的問世使基準(zhǔn)器件的指標(biāo)得到了新的飛躍。從這些基準(zhǔn)源中可獲得1.22V至l0V中的各檔基準(zhǔn)電壓。由于建立在非表面的帶隙機(jī)理上，因此比基于表面擊穿的穩(wěn)壓管器件更加穩(wěn)定，選就能實(shí)現(xiàn)優(yōu)于溫度系數(shù)可達(dá)μV/℃(即2ppm/℃) ，輸出電阻極低，更重要的是它無(wú)需挑60ppm的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。由于帶隙基準(zhǔn)源具有高精度、低噪聲、優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于電壓調(diào)整器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(A/D, D/A)、集成傳感器、大器等，以及單獨(dú)作為精密的電壓基準(zhǔn)件，低溫漂等許多微功耗運(yùn)算放。

從電路的連接方式角度來看，基準(zhǔn)電壓源主要分為兩類。一類是三端式(輸入、輸出和公共引出端)，又稱串聯(lián)式基準(zhǔn)源。這種基準(zhǔn)源的主要優(yōu)點(diǎn)是靜態(tài)電流比較低，可預(yù)先調(diào)整好標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓，輸出電流可以很大，而又不損失精度。另一類是二端式，又稱并聯(lián)式基準(zhǔn)源。這種基準(zhǔn)源的主要優(yōu)點(diǎn)是工作極性比較靈活，但對(duì)負(fù)載要求比較嚴(yán)格，有時(shí)只能提供非標(biāo)準(zhǔn)電壓。

現(xiàn)狀和發(fā)展：

隨著集成電路尤其是系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展，基準(zhǔn)電壓源的應(yīng)用更為廣泛。而復(fù)雜多變的工作環(huán)境、日益廣闊的應(yīng)用空間，都為基準(zhǔn)電壓源的發(fā)展提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。尤其是如何進(jìn)一步降低基準(zhǔn)電壓源的溫度系數(shù)和噪聲，提高它的電壓穩(wěn)定度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，將成為人們長(zhǎng)期關(guān)注和努力的課題。目前，己經(jīng)出現(xiàn)利用MOS管中載流子的遷移率和閱值電壓的溫度效應(yīng)進(jìn)行互補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)技術(shù)等等。這預(yù)示著隨著VLSI和SOC技術(shù)的迅猛發(fā)展，及各種新技術(shù)、新工藝的不斷應(yīng)用，高精度基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)技術(shù)還將不斷進(jìn)步，具有更加廣闊的發(fā)展空間。

不間斷電源(UPS)

背景知識(shí)：

不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

基本原理：

UPS(Uninterruptiable Power Supply)譯為不間斷電源。由20世紀(jì)60年代的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)發(fā)展到目前的具有一定智能化程度的靜止式全電子電路，它也是隨著電子技術(shù)特別是功率器件和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展而日趨成熟的。其基本功能是：

市電中斷供電時(shí)，能不間斷供電；

始終向負(fù)載提供高質(zhì)量的交流電源，達(dá)到穩(wěn)壓.穩(wěn)頻.抑制浪涌.尖峰.電噪音.補(bǔ)償電壓下陷.長(zhǎng)期低壓等因素干擾。

按其工作原理分為動(dòng)態(tài)式（又稱旋轉(zhuǎn)式ROTATORY TYPE）和靜態(tài)式（STATIC TYPE）。動(dòng)態(tài)式UPS由引擎與發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，它是靠交流市電驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)同軸的交流發(fā)電機(jī)和慣性飛輪同速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，由發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電。市電波動(dòng)時(shí)由于慣性飛輪對(duì)短時(shí)間的電壓突變后干擾無(wú)反應(yīng)，保證了輸出電壓的穩(wěn)定；市電斷電靠飛輪的慣性將額定電壓供電再延長(zhǎng)5秒鐘，由于保存數(shù)據(jù)信息。后來發(fā)展到內(nèi)燃機(jī)式UPS系統(tǒng)，但這類UPS體積大噪音大.效率低，在目前應(yīng)用不多。就目前用得最多的，最常用的UPS還是靜態(tài)式UPS，現(xiàn)在一般講的UPS也是指靜態(tài)式UPS，但在概念上還是應(yīng)分清楚。

靜態(tài)式UPS

動(dòng)態(tài)式UPS因應(yīng)用較少，所以在人們通常所指的UPS大都指靜態(tài)式UPS。靜態(tài)式UPS根據(jù)供電方式可分為在線式（ON-LINE），后備式（或稱離線式，OFF-LINE/BACK-UP）及線上交互式（LINE-INTERACTIVE）三類。

真在線式UPS電源的定義是：當(dāng)輸入，負(fù)載和UPS本身都正常工作時(shí)，UPS電源將輸入的交流市電先通過整流器變成直流電，然后通過逆變器將直流電逆變成交流電，輸出標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定的純凈的正弦波電源，也即在一切都正常的情況下，負(fù)載得到的是由逆變器輸出的高質(zhì)量的正弦波電源。

后備式UPS電源的定義是：當(dāng)輸入，負(fù)載及UPS本身都正常工作時(shí)，UPS僅僅是將市電做簡(jiǎn)單的升壓，降壓和濾波處理，然后直接輸出給負(fù)載使用，只有當(dāng)輸入電源不符合要求時(shí)，UPS才將電池的直流逆變成交流電，輸出給負(fù)載使用。也即，在大部分時(shí)間，負(fù)載使用的是輸入電源本身或經(jīng)過簡(jiǎn)單處理的輸入電源。

互動(dòng)式UPS電源的定義是：當(dāng)市電電源在約150~264伏的范圍內(nèi)，它向用戶提供經(jīng)鐵磁諧振穩(wěn)壓器或經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理的一般市電電源（這就意味著：來自一般市電電網(wǎng)的頻率波動(dòng)，由“諧波污染”而形成的高波形畸變度及從電網(wǎng)串入的干擾等所困擾的低質(zhì)量電源就是用戶所實(shí)際使用的交流電源）對(duì)于這種UPS來說，僅僅當(dāng)市電電源電壓低于150伏或高于264伏左右時(shí)，它才有可能向用戶提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波”電源。

現(xiàn)狀和發(fā)展：

智能型UPS是當(dāng)今UPS的一大發(fā)展趨勢(shì)，隨著UPS在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)管理者強(qiáng)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為保護(hù)對(duì)象，希望整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，仍然可以繼續(xù)工作而不中斷。因此UPS內(nèi)部配置微處理器使之智能化是UPS的新趨勢(shì)，UPS內(nèi)部硬件與軟件的結(jié)合，大幅度提高了UPS的功能，可以監(jiān)控UPS的運(yùn)行工作狀態(tài)，如：UPS輸出電壓頻率，電網(wǎng)電壓頻率、電池狀態(tài)以及故障記錄等。還可以通過軟件對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)、自動(dòng)放電充電，以及遙控開關(guān)機(jī)等。網(wǎng)絡(luò)管理者就可以根據(jù)信息資料分析供電質(zhì)量，依據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施。當(dāng)UPS檢測(cè)出供電電網(wǎng)中斷時(shí)，UPS自動(dòng)切換到電池供電，在電池供電能力不足時(shí)立即通知服務(wù)器做關(guān)機(jī)的準(zhǔn)備工作并在電池耗盡前自行關(guān)機(jī)。智能型UPS通過接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，從而使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠監(jiān)控UPS，因此其管理軟件的功能就顯得極其重要。