1.1.2 UPS主电路拓朴图
在图1-1的基础上，我们进一步完善主要功能模块的的硬件架构。硬件架构主要包括整流和PFC模块，逆变电路模块，蓄电池充电模块，电源模块和输入EMI滤波模块。其中整流PFC模块和逆变电路模块的拓扑结构如图1-2所示。
1.2整流和PFC电路
R相整流和PFC模块如图1-4所示。整流和PFC电路将交流输入电压转化成稳定的直流电压，并且实现了输入电流跟踪输入电压，提高交流输入侧的功率因数，减小开关应力和抑制高次谐波。BUS电容C1和C2为INV侧提供能量。
1.2.1 整流模块
晶闸管是半控型电流器件。当晶闸管承受正向电压并且门极施加触发脉冲时，晶闸管导通。当晶闸管承受反向电压或者通过晶闸管的电流减小到维持电流以下时，晶闸管关断。晶闸管SCR1和SCR2采用隔离变压器和PWM芯片构成的驱动电路。驱动电流脉冲的前沿为350mA，脉冲宽度约为10us。控制信号R.IPSCR和ST.IPSCR分别控制R相和S.T相晶闸管门极触发信号，其中低电平控制信号有效。对于R相，市电电压正半周时，SCR1承受正向电压和低电平控制信号R.IPSCR而导通，SCR2承受反向电压而关断。此时电感L1，SCR1，Q1，D1和C1组成Boost-APFC电路。同理，市电电压负半周时，SCR2导通，SCR1关断，电感L1，SCR2，Q2，D2和C2组成Boost-APFC电路。对于S相和T相，PFC工作原理相同。现象分析：当整流和PFC模块稳态工作时，控制信号R.IPSCR为低电平,SCR1和SCR2同时被触发。在输入电压正半周时，SCR1承受正向电压而被触发导通；在输入电压负半周时，SCR2承受正向电压而被触发导通。空载时，输入电流较小，整流和PFC模块工作在断续模式。3kW R载和3kW RCD载时，输入电流较大，整流和PFC模块在连续工作模式，输入电流跟踪输入电压，且没有相移。1.2.2 市电模式的PFC电路模块
市电模式PFC电路如图1-4所示。市电模式Rly1打在市电端，Rly4断开。其市电正负半周工作模态如下：市电正半周晶闸管Q1常通：L、Q1、Q3、D1组成一个升压型APFC电路。上管Q3工作，开通时经L、Q1、Q3、N通路，电感L正向储能；关断时经L、D1、C1、N通路，为+BUS充电。市电负半周晶闸管Q2常通：L、Q2、Q4、D2组成一个升压型APFC电路。下管Q4工作，开通时经N、Q4、Q2、L通路，电感L反向储能；关断时经N、D2、Q2、L通路，为－BUS充电。工作原理：正半周L、Q1、Q3、D1组成升压型功率因数校正电路，检测输入电压、电流和＋BUS电压反馈来控制Q3的开通与关断实现功率因数校正，负半周L、Q2、Q4、D2组成升压型功率因数校正电路，检测输入电压、电流和-BUS电压反馈来控制Q4的开通与关来断来实现功率因数校正。也即在正负半周，两个Boost电路独立工作。市电正负半周工作模态的工作模态图如图1-6所示。
通道说明：CH1：R相输入电压CH2：R相输入电流CH3：R.PFC上管驱动电压CH4：R.PFC下管驱动电压
测试条件：空载
现象描述：PFC在输入电压过零附近有驱动电压，15V左右。输入电压稍高时，PFC开关管驱动电压为-15V左右。输入电流没有很好的跟踪输入电压。瞬时PF=0.1042。开关管在半波内有时开通，有时全断。
通道说明：CH1：R相输入电压CH2：R相输入电流CH3：R.PFC上管驱动电压CH4：R.PFC下管驱动电压
测试条件：3kW R载
现象描述：输入电网侧PF = 0.9874。在输入电压正半周过零处，驱动电压的占空比很大，接近于100%；在输入电压波峰处，占空比很小，10%左右。输入电流为正弦波，在过零点存在尖峰。上下开关管分别在输入电压正负半周独立工作
1.2.3 市电模式的PFC电路软启动
通道说明：CH1：R相输入电压CH2：控制信号R.IPSCRCH3：+BUS电压CH4：R.PFC上管驱动电压
测试条件：空载上电启动
现象描述：上电时，控制信号R.IPSCR为高电平，在输入电压过零处有负脉冲。+BUS电压由零缓慢增长到310V左右，此时控制信号R.IPSCR变为低电平。PFC上面开关管在BUS电压充电到310V左右时开始空载工作，+BUS电容经过PFC电路升压到360V左右。现象分析：上电启动时，BUS电压还没有建立，需要对BUS电容缓慢充电。通过改变SCR的触发相位角调节BUS电容的充电时间。SCR的触发角由180度逐渐变为90度。当BUS电压达到输入电压的峰值时，PFC电路开始工作，SCR稳态导通。其中同一相的两个SCR触发信号受同一控制信号R/S/T.IPSCR使能，低电平有效。
1.2.4 电池模式的PFC电路
电池模式Rly1打在电池端，Rly2导通，晶闸管Q1常通，其工作模态如下：Q3、Q4一起开通，电池电压经Q4和Q5为电感L储能；Q3开通、Q4关断，电池电压经L、Q3、C-BUS形成闭合回路，为-BUS电容充电；Q4开通、Q3关断，电池电压经L、C＋BUS、Q4形成闭合回路，为＋BUS电容充电；Q3、Q4管一起关断，给±BUS电容充电。电池模式下PFC电路的工作模态如图1-10所示。
通道说明：CH1：输出电压CH2：电池电压CH3：R.PFC上管驱动电压CH4：R.PFC下管驱动电压
测试条件：3kW R载
现象描述：在输出电压正半周，R.PFC下管导通，上管以PWM方式工作；在输出电压负半周，R.PFC上管导通，下管以PWM方式工作。电池电压在开关管导通或关断时有一段时间振荡。现象分析：空载时，由于消耗的能量很小，很少存在上下管共同导通为电感储能的时刻。空载时，在输出电压的正半周，逆变器主要由+BUS电容供电。因此，PFC的下管导通，上管关断，为+BUS电容充电。输出电压的负半周迹然。3kW R载或者4kVA RCD载时，在输出电压的正半周时，负载主要由+BUS电容供电。因此PFC的下管开通，上管以PWM的方式构成Boost电路，向+BUS电容充电。在输出电压的负半周，负载主要由-BUS电容供电。因此PFC的上管保持开通，下管以PWM的方式构成Boost电路向-BUS电容充电。没有发现两个IGBT共同关断的时刻。电池电压在PFC的IGBT开通或者关断的时候有一个振荡过程。
1.2.5 电池模式PFC电路软启动
电池模式下PFC电路的软启动是指蓄电池供电时BUS电容电压缓慢建立的过程。通过改变PFC电路中开关管的导通和关断的时序，实现BUS电压由零上升到稳态值。图1-12示出电池模式软启动的测试图。
通道说明：CH1：-BUS电压CH2：+BUS电压CH3：R.PFC上管驱动CH4：R.PFC下管驱动
测试条件：空载电池启动
现象描述：BUS电压首先上升到125V左右，此时上下开关管都关闭。然后PFC一管关闭，另一管以PWM方式工作，使BUS电压升到255V。最后PFC一管开通，另一管以PWM方式工作，使BUS电压上升到364V左右。
现象分析：第一阶段：PFC的上下开关管都关闭。电池向±BUS电容灌电流，使BUS电压上升到125V左右。第二阶段：当PFC两管一个导通时，电感储能，并为一个电容充电；当两个管都关闭时，电池为±BUS同时充电，构成Boost电路。具体来说，当PFC的下管常断时，上管以PWM方式工作。当上管导通时，电池向-BUS电容充电，电感储能；当上管关断时，电池和电感共同向±BUS充电。当PFC的上管常断时，下管以PWM的工作。当下管导通时，电池向+BUS电容充电，并为电感储能。当下管关断时，电池和电感共同向±BUS电容充电。当+BUS电容或者-BUS电容电压达到255V左右时，第二阶段结束。第三阶段：当+BUS电容和-BUS电容电压达到255V左右时，BUS电容充电进入第三阶段。此时，PFC上下开关管一个导通，另一个以PWM方式工作。具体来说，当PFC的下管常通时，上管以PWM方式工作。此时，如果上管开通，电感储能；上管关闭时，电池向+BUS电容充电。当PFC的上管常通时，下管以PWM方式工作。此时如果下管开通，电感储能；下管关闭时，电池向-BUS电容充电。可见在第三阶段，电池通过两个独立的Boost电路分别向+BUS电容或者-BUS电容充电。当＋BUS电容和-BUS电容都达到364V左右时，第三阶段结束。免责声明：本文来源@艾伊电源，版权归原作者所有，如涉及作品版权问题，请及时与我们联系，谢谢！
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