2020年10月10日

我認知的電力電子 - 4 UPS原理與逆變器

前面提到交換式電源和遙控車的電變,提到電變的差異是,把開關電路的控制改為控制PowerMOS這類元件,達到大電流放電的能力。

新式UPS的原理和電變差不多,因此理解交換式電源和電變之後,就比較容易理解UPS。

UPS功能:
UPS主要是當停電時,提供裝置電力。
UPS內部有蓄電池,當停電發生時,會將電力供應從插座的交流電轉到蓄電池繼續供應電力,直到蓄電池沒電為止。
因此電路上包含蓄電池充電和蓄電池放電2個部份,這裡著重在蓄電池放電的描述。

UPS蓄電池放電原理:
我們再看一次DC-DC Converter的示意圖:

在UPS中,蓄電池的負載放電也和DC-DC Converter相同,但2個問題點:
1. 負載很多或很大,需求電力大
2. 負載使用交流電

因此,和電變一樣,UPS內的負載使用多顆PowerMOS這類電子元件提供電力,PowerMOS的數量可能多達8顆甚至更多,根據UPS設計的負載能力不同,使用的PowerMOS顆數不同。

第2點,負載要是交流電,怎麼辦?
這是本篇的重點。

頻率產生器:
現在有種東西,叫作頻率產生器,功能很簡單,根據參數設定,產生特定的頻率,頻率可以是正弦波、方波、甚至三角波,頻率也能設定。
它的單價很低,1個大約NT150(10年前價格)。

前面交換式電源提到:
1. 整個DC-DC Converter會透過一個電壓偵測器偵測電壓,根據電壓控制充電的開關電路開啟和關閉的頻率。
2. 電容的一個特性是,電壓和電容量會在充電時持續上升。

在UPS應用中,會加上一片頻率產生器,電壓偵測器會根據頻率產生器的正弦波,和電容的電壓比較,控制充電的開關電路開啟和關閉。


























因為要提供的是交流電,因此充電部份會有2組,1組提供正電壓充電,1組提供反向的負電壓充電,負電壓這組,輸出時正負反接。
因為交流電是110v正弦波,因此電壓偵測器偵測電容電壓時,電壓要是110v正弦波的波型電壓。

逆變器:
雖然整篇文章沒提到逆變器,但其實上面提到UPS的這種產生交流電的Converter,稱之為DC-AC Converter,俗稱Inverter,中文就是逆變器。

這類的UPS比傳統UPS更好,一般號稱能夠推動馬達的UPS,內部多半是這種設計,而傳統的UPS設計,是透過多組不同電壓的直流方波疊加產生的,其實是很像金字塔的正弦方波,效果比較差。

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