有人認(rèn)為高頻化是UPS綠色革命不容置疑的發(fā)展方向，實(shí)際上UPS的高頻化只不過(guò)是為了減少輸入電流諧波而采用的一種方法而已。高頻化不但能減少開關(guān)損耗，因此高頻化不能算是 UPS綠色革命的主要方法。把高頻化說(shuō)成是UPS唯一的發(fā)展方向，實(shí)質(zhì)上就是想仿照1973年莫托羅拉對(duì)直流電源發(fā)動(dòng)的20kHz革命一樣，對(duì)UPS也發(fā)動(dòng)一場(chǎng)20kHz革命。但兩者的情況并不完全相同，UPS要求輸出的是正弦交流電壓，其容量比直流開關(guān)電源大很多倍。因此用于開關(guān)電源的技術(shù)在UPS中式不完全適用的，而且還出現(xiàn)了一些新的不能在近期內(nèi)解決的難題：如大功率隔離變壓器的研制，L、C準(zhǔn)諧振軟開關(guān)的應(yīng)用等。所以要對(duì)UPS進(jìn)行20kHz革命的難度和代價(jià)都是很大的，是否有這個(gè)必要尚需研究，主要是還存在一些技術(shù)問(wèn)題需要解決。高頻化UPS的典型電路像是如圖1所示，主要是引入了Boost高頻開關(guān)整流器和去掉了輸出變壓器，其特點(diǎn)是：

(1) 采用三相半橋式SPWM逆變器構(gòu)成輸入Boost開關(guān)整流器與輸出逆變器，這是高頻化UPS的典型特征。

(2) 不用(也不能用)輸出隔離變壓器及ZVS軟開關(guān)技術(shù)。

(3) 用高頻IGBT作開關(guān)管，開關(guān)頻率大于或等于20kHz。

1 高頻UPS的優(yōu)缺點(diǎn)及存在的主要問(wèn)題

高頻UPS的基本電路時(shí)由三相半橋式逆變器構(gòu)成的，它是一種采用SPWM控制的兩電平逆變器，其輸出相電壓的雙重傅里葉基數(shù)表示式為：式中：F=ωc/ω為載波比，ωc為載波三角波角頻率，ω為試點(diǎn)角頻率;M=Us/Uc為調(diào)制度，Us為市電電壓幅值，Uc為載波三角波電壓幅值，當(dāng)m為偶數(shù)時(shí)：sin mπ/2 =0;當(dāng)m和n同時(shí)為偶數(shù)時(shí)：sin(m+n) π/2=0，當(dāng)m為偶數(shù)，n為奇數(shù)時(shí)：sin(m+n)π/2=1，所以上式變?yōu)椋?br />

uA的波形如圖1(b)所示，是一種兩電平波形，含有奇次載波諧波及偶次載波諧波的奇次上、下邊頻，其頻譜如圖1(C)所示?？梢钥闯鱿嚯妷簎A的諧波含量較大，諧波的幅值也大。當(dāng)M<0.8時(shí)，載波諧波的幅值為基波幅值的1.36倍，有可能對(duì)負(fù)載造成破壞。

由式(2)可知， 的諧波頻率或=50(mF+n)，高頻化的目的是想透過(guò)提高開關(guān)頻率fs=Fω/2π=50F(實(shí)際上是提高載波比F)來(lái)提高諧波頻率，以減少 uA中的諧波含量。由于高頻UPS不能使用軟開關(guān)電路，所以提高F必然會(huì)引起開關(guān)損耗，式中 tr 和 tf 為電流上升和下降時(shí)間。由此式可知：提高開關(guān)頻率fs=50F將使開關(guān)損耗按比例增加。

1.1 高頻化UPS的優(yōu)缺點(diǎn)

高頻化UPS的優(yōu)點(diǎn)：

(1) 體積小，重量輕，一般只相當(dāng)于同容量工頻UPS重量的60%;由于無(wú)輸出變壓器，所以擴(kuò)容并機(jī)環(huán)流小。

(2) 因?yàn)锽oost開關(guān)整流器具有較強(qiáng)的直流輸出電壓調(diào)節(jié)能力，所以對(duì)市電電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力較強(qiáng)。

(3) 可以使用市電輸入功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，使市電輸入電流的諧波含量小于5%，對(duì)市電電網(wǎng)的污染小，這是高頻化UPS的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。

(4) 可以消除可聞噪聲(包括電噪聲和機(jī)械噪聲)。

高頻UPS的缺點(diǎn)：

(1) 必須采用可以在20kHz UPS中工作的高頻IGBT,這種IGBT價(jià)格貴、貨源少，有嚴(yán)格的電壓、電流工作區(qū)域，抗沖擊能力差，可靠性低，故障率高。

(2) 三相半橋式Boost開關(guān)整流器的輸出直流電壓高，一般為800V，需要專門配置充放電管理變換器。

(3) 高頻諧波可以耦合到零線上，使輸出側(cè)的零地電壓升高，不能滿足IBM、HP等服務(wù)器廠家對(duì)零地電壓小于1V的場(chǎng)地要求。

1.2 高頻化UPS存在的問(wèn)題

高頻化UPS存在以下問(wèn)題：

　(1) 三相半橋式SPWM逆變器是兩電平逆變器，如圖1(b)所示，其消諧波能力差，諧波含量大，幅值也高，當(dāng)M<0.8時(shí)諧波幅值是基波幅值的1.36倍，在設(shè)置死區(qū)時(shí)諧波含量會(huì)更大，這是高頻UPS存在的主要問(wèn)題之一。

(2) 對(duì)于高頻化UPS，當(dāng)開關(guān)頻率高到某一數(shù)值時(shí)將會(huì)產(chǎn)生集膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)，使當(dāng)前大功率輸出隔離變壓器的制造存在材料與工藝上的困難，這是高頻化UPS不能使用輸出隔離變壓器的根本原因。但是輸出隔離變壓器對(duì)于UPS德工作時(shí)由諸多正面影響的，例如可以降低零地電壓，靠其短路阻抗和高頻衰減隔離特性，增強(qiáng) UPS的抗負(fù)載沖擊能力，可以隔離零序電流和直流電流的流通，可以增強(qiáng)帶非線性負(fù)載的不平衡負(fù)載的能力等，因此，不能用輸出隔離變壓器也是高頻UPS存在的問(wèn)題之一。輸出隔離變壓器可以不用。

(3) 不利于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，高頻效應(yīng)使電感、電容的性能發(fā)生質(zhì)變，影響軟開關(guān)電路中諧波電感和諧振電容的準(zhǔn)確諧振，無(wú)法正確地實(shí)現(xiàn)ZVS或ACS無(wú)損軟開關(guān)。所以高頻化UPS干脆不用軟開關(guān)，因此必然會(huì)引起開關(guān)損耗，開關(guān)頻率越高，開關(guān)損耗越大，所以UPS得高頻化是以增大開關(guān)損耗為代價(jià)的，只注意了環(huán)保，而犧牲了節(jié)能，不符合綠色UPS的要求，這是高頻化UPS存在的另一個(gè)主要問(wèn)題。因此有的廠家為了使節(jié)能也達(dá)標(biāo)，不得不降低頻率生產(chǎn)，這就出現(xiàn)了中頻UPS的說(shuō)法。

(4) 高頻化使UPS電路的分布參數(shù)增大，容易引發(fā)電路的局部震蕩，電磁兼容處理困難，對(duì)生產(chǎn)工藝要求增高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度增大，一般廠家不易生產(chǎn)，因此會(huì)產(chǎn)生成本增大、售價(jià)增高的缺點(diǎn)。

2 高頻UPS的連級(jí)疊加法

由三相半橋式SPWM逆變器的輸出相電壓雙重傅里葉級(jí)數(shù)表示式可知，諧波頻率 fh=50mF或fh=50(mF+n)，除了通過(guò)提高開關(guān)頻率 fs 來(lái)提高載波比F的方法之外，還可以通過(guò)將m增大N倍的方法來(lái)提高諧波頻率，也就是說(shuō)可以通過(guò)并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加的級(jí)數(shù)。這種方法可以保持F不變，因此不會(huì)增加開關(guān)損耗，也不會(huì)引起高頻反應(yīng)，影響軟開關(guān)電路中Lr、Cr的準(zhǔn)諧振和輸出隔離變壓器的材料和工藝上的困難等，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)一些附加的有益效果。高頻UPS 的并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加電路。

它是用N個(gè)諧波三角波移相SPWM控制(PSCPWM)的三相半橋式高頻UPS進(jìn)行并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加而成的，圖中L為市電輸入Boost儲(chǔ)能電感，Lf為輸出濾波電感，也是平衡電感，相應(yīng)的電抗 X=ωLf　。N個(gè)三相半橋式USP的載波三角波為uc1，uc2 ，...ucN，其初相位角α依次滯后2π /N，并用相同的三相正弦波進(jìn)行調(diào)制，則各相的輸出電壓會(huì)有相同的基波，以A相為例，其并聯(lián)疊加的輸出電壓表示式為。由此式可知：當(dāng)m為偶數(shù)時(shí)，sin mπ/2=0，當(dāng)m和n同時(shí)為偶數(shù)時(shí)，sin(m+n)π/2 =0，因此，載波諧波被完全消除了，只剩下m為偶數(shù)，n為奇數(shù)的載波諧波的上下邊頻，同時(shí)也說(shuō)明，并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加法是一種將m增大N倍的方法來(lái)提高諧波頻率的，同時(shí)還消除了載波諧波，比用提高開關(guān)頻率 fs 來(lái)提高F的辦法具有強(qiáng)大5倍的消諧波能力，而且還具有不增加開關(guān)損耗的優(yōu)點(diǎn)。

N=4時(shí)并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加的輸出相電壓Ua的波形如圖3所示。相當(dāng)于把開關(guān)頻率提高4倍所能達(dá)到的消諧波效果，并可以把UPS的容量提高N=4倍，為采用小功率IGBT生產(chǎn)出大容量的UPS創(chuàng)造了條件。同時(shí)用并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加法，還可以把各個(gè)三相半橋式UPS的開關(guān)頻率限定在不產(chǎn)生集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)，不使電路分布參數(shù)明顯增加，不使電感電容發(fā)生質(zhì)變等負(fù)面影響，以保證輸出隔離變壓器的應(yīng)用，使電路穩(wěn)定運(yùn)行，不產(chǎn)生局部震蕩，能保證軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)。這樣才能使UPS的綠色革命完全實(shí)現(xiàn)。所以說(shuō)并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加法是一種一舉數(shù)得的高頻UPS綠色變個(gè)法。單純地高頻化是以增加開關(guān)損耗為代價(jià)的消諧波法，不是UPS 綠色革命的好方法，只有與并聯(lián)級(jí)聯(lián)法相結(jié)合，才是最實(shí)用的綠色UPS好方法。

此外采用并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加法，還可以在保持消諧波與開關(guān)損耗不變的條件下把開關(guān)器件的成本降到最低?；蛘邔?duì)高頻UPS進(jìn)行開關(guān)損耗、消除諧波效果、開關(guān)元器件與開關(guān)頻率之間進(jìn)行優(yōu)化，以得到最佳設(shè)計(jì)效果。