廣義軟開關串并聯補償在線UPS

(c) 波 形 圖

圖 3 C_s1、C_s2充 電 與 放 電 過 程 等 效 電 路 與 波 形

當ω t=π時，u_cs1=0，i_z=0

當R=2時，u_cs1=(1＋δ′t)e^－δ′t

由于δ′=很大，C_s1較小，故u_cs1按非諧振規律很快下降到零。

當R>2，L_FZ≈0時，τ=2RC_s1，當t=τ時，u_cs1=0.368U_d/2，當t=2τ時，u_cs1=0.135U_d/2，當t=3τ時，u_cs1=0.050U_d/2，由于C_s1很小，所以u_cs1下降速度很快。

7.2 單相半橋逆變器廣義軟開關的工作過程

單相半橋逆變器無損關斷緩沖電路的工作過程如圖2(a)、(b)所示。在t0時，S₁飽和導通，u_cs1=u_cs2已充電到U_d。當S₁關斷時，通過S₁的電流i_s逐漸下降，S₁兩端的電壓u_s=U_d－u_cs1。C_s1、D_s3、C_s2、D_s1支路通過直流電源與S₁并聯，相當于在S₁上并聯了一個已充電到u_cs1=u_cs2=U_d的緩沖電容C_s=C_s1＋C_s2，此時D_s2反偏置，L_s1中電流i_L=0，C_s1和C_s2通過L_F、z_L和C_d2放電，u_cs1=u_cs2逐漸下降到零，S₁上的電壓u_s=U_d－u_cs1逐漸上升到U_d。假定逆變器按單極性工作，在S₁再一次開通之前由于L_F與z_L中電感的作用，與S₂并聯的二極管D₂續流，i_D2=i_ZL。當S₁開通時，i_s逐漸上升，負載電流I_ZL=i_s＋i_DZ，S₁上電壓受D₂導通的牽制，仍保持U_d不變。當i_s上升到i_s=I_ZL時，i_D2=0，D₂反偏置，S₁進入飽和導通狀態，S₁上電壓u_s迅速下降到零，相當于一個躍變電壓U_d突然加到C_s1、L_s1、D_s2、C_s2支路上，D_s2導通，C_s1、C_s2充電。半個諧振周期后，C_s1、C_s2上電壓u_cs1=u_cs2=U_d，i_L=0，D_s2反偏置。

從以上說明可知，S₁工作在零電壓關斷狀態，C_s1、C_s2上存儲的能量，通過放電轉送到負載或反饋回電源，故是無損關斷緩沖電路。

電路中的L_F，既是輸出濾波電感，也是主開關S₁、S₂的開通緩沖電感，它可以使S₁、S₂零電流開通，存儲在L_F中的能量同樣也轉送到了負載或反饋回電源，故是一種無損開通緩沖電路。

7.3 單相全橋與三相半橋逆變器的廣義軟開關

上述開關無損緩沖電路，也可以應用于單相全橋與三相半橋逆變器，如圖4和圖5所示。由圖4和圖5可知，它們都是由單相半橋逆變器組成的，圖中C_d1和C_d2為共同直流分壓電容，故工作原理與緩沖電容的充放電方式與半橋逆變器相同。這里必須指出的是，對于圖4所示單相全橋逆變器，當采用圖6(a)所示單極性SPWM脈沖控制時，直流分壓電容C_d1和C_d2可以不用。例如主開關S₁和S₄在輸出正半周，按圖6(a)所示單極SPWM脈沖波形工作時，緩沖電容的充、放電路徑如圖4中點劃線和虛線所示。逆變器的SPWM控制電路如圖6(b)、(c)所示，其中圖6(b)用于單相全橋逆變器，圖6(c)用于三相半橋逆變器。

圖 4 單 相 全 橋 廣 義 軟 開 關 電 路

圖 5 三 相 半 橋 廣 義 軟 開 關 電 路

(a) 波 形 圖

(b) 單 相 全 橋 控 制 電 路

(c) 三 相 半 橋 控 制 電 路

圖 6 SPWM單 極 性 脈 沖 波 形 與 控 制 電 路

8 廣義軟開關串并聯補償在線UPS應用舉例

采用廣義軟開關的串并聯補償在線UPS電路如圖1、圖7、圖8所示。其中圖1為采用單相全橋逆變器的在線UPS，圖7為采用三相全橋逆變器的在線UPS，圖8為采用三相半橋逆變器的在線UPS。圖中的無損緩沖電路與圖4和圖5相同，在UPS電路中沒有畫出。

圖7 采 用 三 相 全 橋 逆 變 器 的 廣 義 軟 開 關 在 線UPS

圖8 采用三 相 半 橋 逆 變 器 的 廣 義 軟 開 關 在 線UPS

9 結語

上面介紹的廣義軟開關，是一種無源、無損緩沖電路式的軟化開關。它可以達到與傳統ZVT或ZCT

軟開關幾乎相同的指標，但比傳統軟開關具有電路簡單，成本低廉，可靠性高的優點。先進的串并聯補償在線UPS采用廣義軟開關后，可以使效率進一步提高，電磁干擾大大降低，也使市場競爭力進一步得到增強。