随着计算机日益普及并深入到各个领域,对高

质量的供电提出了越来越严格的要求。而山特UPS电源的设计及其电源技术发展中 , 山特UPS电源的锁相同步技术是衡量 U PS 系统性能好坏的一个重要指标[1 ] 。

山特UPS电源能够真正实现市电旁路供电与逆变器供电之间的可靠转换的前提是: 市电旁路来的交流电源与来自逆变器的交流输出电源不但必须同频率 , 同相位和同幅度 ,而且电路的正弦波的波形失真度必须尽可能小。否则 , U PS 在执行转换的瞬间 ,由于两路交流电源的稳压值不同而出现瞬态电压差ΔU ,如果用户在具有过大的ΔU 的条件下执行切换操作 ,势必会在市电交流旁路电源和逆变电源之间产生很大的环流。这个环流将造成逆变器的功率管烧损[2 ] 。本文就目前市售的几种山特UPS电源中的锁相同步电路进行分析。

 后备式方波输出UPS锁相同步电路

目前 ,后备式方波输出 U PS 的额定输出容量为

500VA 和 1000VA ,其逆变器控制模式采用两种形式: ①S G3524 脉宽调制控制芯片; ②微处理器(8 位单片机) 控制芯片。

从技术设计方面考虑 ,容量为 500VA 和微处理器控制模式的后备式方波输出 U PS 未采用锁相同步技术。而容量为 1000VA 的后备式方波输出U PS 均采用 S G3524 的死区电平控制脉冲端及驱动混频电路作为 50 Hz 市电同步控制 ,其控制回路如图 1 。

电路设计要保证逆变器输出的 50 Hz 方波电源与 50 Hz 市电输入正弦波电源同步锁相。主要控制组件为两个LM339 组成的市电同步选择电路 ,调控原理是向 S G3524A 的 3 端送去一个与市电正弦波电压过零点“同步”的死区电平控制信号 U TP9 和U TP8 ,经 VD5 、VD6 送到 IC3 对脉宽调制波 PWM1 ,PWM2 执行 50 Hz 同步锁相控制。当供电正常时 , 在 50 Hz 市电电源同步信号 U 1的控制下 ,从市电锁相同步电路送出的 U TP6 , U TP7 和 U TP9 信号被分别送到 IC3 组件的死区电平控制端 3 脚以及与输出端的 11 和 13 脚相连的脉宽调制混频输出控制电路的二极管 VD5 、VD6 的负端 ,使得 U PS 电源的脉宽调制控制脉冲始终与市电同步。一旦市电中断 ,即可实时完成从市电供电到逆变器供电的同步转换[2 ] 。

3带输出变压器在线式 UPS 的锁相同步电路

传统的在线式 U PS 中的逆变器带有输出变压器 ,尽管其重量和体积比相同输出功率的无输出变压器的 U PS 要大得多 ,但可靠性较高 ,特别是抗高压冲击及浪涌电流冲击的能力较强 ,现在仍有一定的市场。

图 2 示出带输出变压器在线式山特UPS电源的锁相同步电路 ,其控制原理框图如图 3 所示。当供电正常时 ,市电电压检测电路输出高电平 ,50 Hz 市电经波形变换电路被转换成周期为 20ms 的单极性“倒置全波整流”信号 ,再送到模拟开关 1 的输入端 ,经过模拟开关 2 后产生一串市电同步跟踪信号。由于变频器的输出信号为周期为 20ms 的市电同步捕捉信号 ,因此 ,加在多谐振荡器控制端 5 脚上的市电同步跟踪信号可对高频振荡器的高频输出脉冲进行相位调整 ,以确保正弦波发生器输出 50 Hz 的基准正弦波。经过锁相同步电路 ,即“锁相环”,该正弦波总是与市电电源处于同相位同频率的同步跟踪状态。

4无输出变压器在线式山特UPS电源的锁相同步技术

目前 ,无输出变压器在线式 U PS 电源具有重量

轻 ,体积小的优点 ,已逐渐取代带输出变压器在线式UPS电源。无输出变压器在线式 UPS电源的控制模式除沿用带输出变压器在线式山特UPS电源的控制模式外 ,现在大部分厂商均采用了微处理器作为核心芯片 ,为计算机终端、服务器及网络设备提供高质量的电源。

无输出变压器在线式 山特电源的锁相同步技术采用由软件实现的“相位锁存”方法 ,其硬件如图4 所示[3 ] 。IC2 的电压比较器将市电输入和逆变器输出的交流电转换为 50 Hz 的方波信号 ,输入微处理器的 83 和 84 脚作为相位检测信号 ,构成锁相同山特UPS电源。无输出变压器在线式UPS电源的控制模式除沿用带输出变压器在线式 U PS 电源的控制模式外 ,现在大部分厂商均采用了微处理器作为核心芯片 ,为计算机终端、服务器及网络设备提供高质量的电源。

无输出变压器在线式 U PS 电源的锁相同步技术采用由软件实现的“相位锁存”方法 ,其硬件如图4 

图 4 无输出变压器在线式 U PS 锁相同步硬件原理图

所示[3 ] 。IC2 的电压比较器将市电输入和逆变器输出的交流电转换为 50 Hz 的方波信号 ,输入微处理器的 83 和 84 脚作为相位检测信号 ,构成锁相同

其控制原理框图如图 5 所示。

设市电的频率为 f L INE , 逆变器的输出频率为

f INV ,则市电电源与逆变器输出电源的频率差为:

α = f L INE  -  f INV

经过修正并计算后得到相位差为:

θ = TL INE - T INV

设微处理器的计数器频率为 750k Hz ,则 50k Hz 为 15000 个计数脉冲。上述 U PS 电源的锁相同步跟踪原理为: 根据相位差来进行 SPWM 脉冲(宽度及相位) 调整 ,使逆变器输出电源的频率接近市电电源的频率后(逆变器与市电的频率差距在 15 个计数脉冲宽度范围内) ,开始进行相位锁定 ,一旦相位差超过脉冲误差范围 ,则微处理器开始相位跟踪 ,进行SPWM 脉冲调整。