逆变器为什么要高频化



开关电源中为什么要用到高频变压器？

开关电源中用到高频变压器的原因主要有以下几点：

体积小型化：高频变压器能显著减小体积。这是因为随着电力电子器件开关频率的提升，相同装载量下，体积更小的变压器就能胜任能量传递的任务。高频变压器就像快速搬运的小老鼠，虽然单次携带少，但速度快，效率高，从而实现了体积的小型化。

提高能量传递效率：高频变压器的主要目标是高效传递能量。通过提高开关频率，可以减少能量在传递过程中的损失，提高整体效率。

输出电压纹波减小：高频化还能带来输出电压纹波的减小。开关频率越高，电源输出的波形波动就越小，输出更加平滑稳定。这就像用多边形逼近圆，边数越多，逼近效果越好，电源输出的波形也就越接近理想的直流波形。

提供必要的隔离和变比功能：高频变压器除了传递能量外，还能提供电气隔离和电压变比的功能，这对于开关电源的安全性和灵活性至关重要。

综上所述，高频变压器在开关电源中的应用是实现高效、稳定且小型化电源设计的关键技术手段。

三电平技术的优越性说明

三电平技术的优越性说明：

三电平技术相较于传统的二电平技术，在多个方面展现出显著的优越性。以下是对三电平技术优越性的详细阐述：

1. 输出波形更接近正弦波

三电平逆变器利用多个电平合成阶梯波以逼近正弦输出电压。由于较两电平逆变器多了一个输出电平，其输出的PWM波更接近于正弦波形，纹波含量更少。图3展示了三电平逆变电路输出的电压波形，与图2中的二电平逆变电路输出的PWM波形相比，可以直观地分辨出三电平输出PWM波形更平滑，更接近正弦波。

2. 开关损耗显著降低

在三电平逆变电路中，直流母线电压由两个IGBT分担，每个桥臂上的IGBT所承受的电压为直流侧输入电压的一半（U/2）。而在二电平逆变电路中，直流母线电压仅由一个IGBT承担，每个桥臂上的IGBT所承受的电压直接为直流侧输入电压（U）。因此，三电平逆变电路中IGBT在开始导通和关断结束时候承受电压为两电平的一半，这决定了三电平的IGBT开关损害比二电平的开关损耗要小很多。图4中的电压、电流趋势图也直观地展示了这一点，三电平逆变电路IGBT的开关损耗明显小于二电平。

3. 纹波电流更小、更少

纹波电流是指叠加在逆变器有用输出电感电流上的高频三角波电流，属于谐波不利成份，会降低输出电流质量，造成电网谐波污染。三电平技术通过降低IGBT承受的电压和提高开关频率，有效减小了逆变电感上的电压变化量（△U），从而降低了纹波电流的大小和数量。图5和图6分别展示了二电平和三电平逆变电路的纹波电流图示，可以明显看出三电平逆变电路的纹波电流更小、更少。

4. 高频化特性

三电平技术实现了低压IGBT的高频应用，使得逆变器的开关频率可以显著提高。高频化不仅提升了逆变器的补偿速度，还能决定所能实现补偿频域的宽窄。开关频率所处频段越高，滤波器能选择实现的滤波频段就越宽。因此，三电平滤波器可以选择补偿更高频段的谐波，而二电平滤波器则受限于较低的开关频率，补偿频域较窄。

5. 输出电感电容小

由于三电平逆变电路较二电平逆变电路开关元件IGBT承受的电压更低，IGBT可以实现的开关频率更高，滤波器的带宽可以更宽。这使得三电平逆变电路允许其LCL滤波器的截止频率设计的较高，从而可以减小滤波电感和滤波电容的值。电感和电容的值与体积成正比，因此三电平输出电感和电容体积可以设计得更小，滤波器整体设计可以趋于小体积模块化，利于安装应用。

6. 快速性

三电平滤波器应用电感小除了可以减小滤波器体积、降低损耗提升效率之外，也能提升滤波器响应速度，即输出电流的快速性。当电感上的电压一定时，电感L值越小，则电流变化率（didt）越大。这意味着相同时间内，逆变器能输出更大的电流，更及时地响应负载电流的变化。此外，低电压等级IGBT的快开通、快关断特性也使得三电平电路具备更好的开关特性和导通性，进一步提升了电路的响应速度。

综上所述，三电平技术在输出波形、开关损耗、纹波电流、高频化特性、输出电感电容以及快速性等方面均展现出显著的优越性。这些优越性使得三电平技术在电力电子领域具有广泛的应用前景和重要的研究价值。

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工频机与高频机的区别

UPS（Uninterruptible Power System/Supply）即不间断电源，是一种能够提供持续、稳定、不间断电源供应的系统设备。在UPS的分类中，工频机与高频机是两种常见的类型，它们各自具有独特的特点和优势。以下是工频机与高频机的详细对比：

一、主要组成与工作原理

工频机：

主要由整流器、电池组、逆变器和升压变压器组成。

采用工频变压器作为逆变升压部件，逆变器输出端有一个升压变压器，能将逆变器的输出电压升至380V，而其直流母线电压通常较低。

多采用SCR可控硅整流器，常见的有6脉冲整流器和12脉冲整流器。

高频机：

主要由整流器、电池组、DC升压装置、逆变器组成。

利用高频开关技术，以BOOST直流升压电路将直流母线电压升至800V左右，从而替代逆变器输出侧工频变压器。

采用高频化IGBT整流器，直流电压高，电池节数多，重量较轻，体积较小。

二、技术差异

输入电流谐波与输入功率因素：

工频UPS由于采用SCR可控硅整流器，输入谐波较大，需在输入端加入滤波装置以提高输入功率因数。

高频UPS由于采用IGBT整流技术，在输入谐波及输入功率因素方面较有优势，无需增加滤波器即可提高输入功率因数。

整流器技术：

工频机采用SCR可控硅整流器，技术成熟但控制逻辑相对简单。

高频机采用IGBT整流技术，控制更为复杂但性能更优。

有无变压器：

工频机内置隔离变压器，提高了抗冲击、抗短路能力。

高频机无需输出变压器，结构更为紧凑。

三、性能对比

安全可靠性：

工频机结构简单，技术成熟，抗电流冲击能力强。内置输出隔离变压器提高了抗短路能力，使得配电系统的上下级选择性设计更灵活。

高频机虽然结构紧凑，但在某些方面可能因缺乏变压器而降低了一定的安全可靠性。

环境适应性：

工频机内置的隔离变压器是UPS中工作最为稳定的器件，遇到大的短路电流时会产生反向电动势，延缓短路电流对负载以及逆变器的冲击破坏。同时，SCR 12脉冲可控硅整流器基于工频50HZ进行控制，对电网质量恶劣的情况有较好的适应性。

高频机由于采用高频调制技术，对整流器的控制容易受到电网畸变的影响，增加整流器失控的几率。

四、应用场景

工频机多用于工业使用场景，因其结构稳定、技术成熟而备受青睐。高频机则更适用于机房数据中心等使用场景，因其体积小、重量轻而便于安装和维护。

五、图示说明

图示展示了UPS系统内的能量转换过程，从市电输入到电池储能，再到逆变器将直流电转换为交流电输出，为负载提供稳定电源。这一过程在工频机和高频机中均有所体现，但具体实现方式和性能表现有所不同。

综上所述，工频机与高频机在UPS领域各有千秋。选择哪种类型的UPS取决于具体的应用场景、性能需求以及预算等因素。在实际应用中，应根据实际情况进行综合考虑和选择。

高频ups缺点高频化ups的优缺点 高频ups存在的问题

高频机就是先将电池的直流电通过高频升压电路升压为高频220伏脉冲电，经滤波得到300伏直流电压，而后将其变成220伏50赫兹家用交流电。

高频化UPS的优点：

体积小，重量轻，一般只相当于同容量工频UPS重量的60%；由于无输出变压器，所以扩容并机环流小。

因为Boost开关整流器具有较强的直流输出电压调节能力，所以对市电电压波动的适应能力较强。

可以使用市电输入功率因数达到0.99以上，使市电输入电流的谐波含量小于5%，对市电电网的污染小，这是高频化UPS的一个突出优点。

可以消除可闻噪声（包括电噪声和机械噪声）。

高频UPS的缺点：

必须采用可以在20kHzUPS中工作的高频IGBT,这种IGBT价格贵、货源少，有严格的电压、电流工作区域，抗冲击能力差，可靠性低，故障率高。

三相半桥式Boost开关整流器的输出直流电压高，一般为800V，需要专门配置充放电管理变换器。

高频谐波可以耦合到零线上，使输出侧的零地电压升高，不能满足IBM、HP等服务器厂家对零地电压小于1V的场地要求。

高频化UPS存在以下问题：

三相半桥式SPWM逆变器是两电平逆变器，其消谐波能力差，谐波含量大，幅值也高，当M＜0.8时谐波幅值是基波幅值的1.36倍，在设置死区时谐波含量会更大，这是高频UPS存在的主要问题之一。

对于高频化UPS，当开关频率高到某一数值时将会产生集肤效应、临近效应，使当前大功率输出隔离变压器的制造存在材料与工艺上的困难，这是高频化UPS不能使用输出隔离变压器的根本原因。但是输出隔离变压器对于UPS德工作时由诸多正面影响的，例如可以降低零地电压，靠其短路阻抗和高频衰减隔离特性，增强UPS的抗负载冲击能力，可以隔离零序电流和直流电流的流通，可以增强带非线性负载的不平衡负载的能力等，因此，不能用输出隔离变压器也是高频UPS存在的问题之一。

不利于实现软开关，高频效应使电感、电容的性能发生质变，影响软开关电路中谐波电感和谐振电容的准确谐振，无法正确地实现ZVS或ACS无损软开关。所以高频化UPS干脆不用软开关，因此必然会引起开关损耗，开关频率越高，开关损耗越大，所以UPS得高频化是以增大开关损耗为代价的，只注意了环保，而牺牲了节能，不符合绿色UPS的要求，这是高频化UPS存在的另一个主要问题。

高频化使UPS电路的分布参数增大，容易引发电路的局部震荡，电磁兼容处理困难，对生产工艺要求增高，结构设计难度增大，一般厂家不易生产，因此会产生成本增大、售价增高的缺点。

什么是高频开关电源？其构成和原理是什么？

高频开关电源是一种高频化电能转换装置。其英文名称为Switching Mode Power Supply，又称交换式电源、开关变换器以及开关型整流器SMR。它可以将一个位准的电压，通过不同形式的架构转换为用户端所需的电压或电流。高频开关电源主要是通过MOSFET或IGBT的高频工作，开关频率一般控制在50-100kHz范围内，从而实现高效率和小型化。

高频开关电源的构成

高频开关电源主要由以下四部分构成：

主电路：主电路是高频开关电源的核心部分，主要包括输入滤波器、整流与滤波、逆变以及输出整流与滤波。输入滤波器用于过滤电网中的杂波，防止本机产生的杂波反馈到公共电网。整流与滤波将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。逆变将整流后的直流电变为高频交流电，如果需要不同的频率和带宽，可以通过控制电路来控制逆变器来获得。输出整流与滤波则提供稳定可靠的直流电源。

控制电路：控制电路通过控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定的目的。同时，控制电路还可以对整机进行各种保护措施，如过流保护、过压保护、短路保护等。

检测电路：检测电路用于提供保护电路中正在运行的各种参数，如电压、电流、温度等，并提供各种显示仪表资料。这些参数可以用于监控电源的运行状态，及时发现并处理异常情况。

辅助电源：辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。由于高频开关电源中各个部分的工作电压和电流需求不同，因此需要一个辅助电源来提供这些不同的电源需求。

高频开关电源的原理

高频开关电源的工作原理可以概括为以下几个步骤：

输入滤波与整流：电网交流电源经过输入滤波器过滤后，进入整流电路进行整流。整流电路将交流电转换为直流电，但此时的直流电还含有较大的脉动成分。

滤波：经过整流后的直流电进入滤波电路进行滤波，滤波电路将脉动成分滤除，得到较为平滑的直流电。

逆变：滤波后的直流电进入逆变电路，逆变电路将直流电转换为高频交流电。这个高频交流电的频率和带宽可以通过控制电路来控制。

输出整流与滤波：高频交流电经过输出整流电路进行整流，再次转换为直流电。然后经过输出滤波电路进行滤波，得到稳定可靠的直流电源。

控制：控制电路对逆变器进行控制，改变其频率或脉宽，以达到输出稳定的目的。同时，控制电路还可以对整机进行各种保护措施。

以下是高频开关电源工作原理的示意图：

从图中可以看出，高频开关电源通过主电路、控制电路、检测电路以及辅助电源的协同工作，实现了将电网交流电源转换为稳定可靠的直流电源的功能。同时，高频开关电源还具有高效率、小型化、重量轻、输出稳定等优点，广泛应用于各种电子设备中。

正弦波逆变器中高频和工频的对比

正弦波逆变器中高频和工频的对比：

正弦波逆变器中的高频与工频是两种不同的逆变技术，它们在多个方面存在显著差异。

一、工作原理

高频正弦波逆变器：高频正弦波逆变器采用DC/DC高频转换技术，首先将低压直流电转化为低压高频的交流电，然后通过变压器升压，最后通过高频整流滤波电流整流成平均值在300V以上的高压直流电，再经过逆变电路输出正弦波交流电。工频正弦波逆变器：工频正弦波逆变器则是将DC直流电直接转换为低频AC交流电，然后通过变压器升压到220V的市电电压，以供用电器负载使用。

二、性能特点

体积与重量：高频正弦波逆变器由于使用了高频磁芯材料，其体积和重量相对较小，这使得设备更加便携和易于安装。相比之下，工频正弦波逆变器的体积较大，重量也较重。功率密度：高频正弦波逆变器能够显著提高电路的功率密度，这得益于其高频转换技术和紧凑的设计。而工频正弦波逆变器在功率密度方面相对较低。转化效率：高频正弦波逆变器的转化效率较高，中小型的高频正弦波逆变器其峰值转换效率可以达到90%以上。而工频正弦波逆变器在额定负载下的效率通常不超过90%，且在空载情况下损耗较大，效率低。稳定性与可靠性：工频正弦波逆变器在电源运行稳定性、抗干扰性能和过载负荷能力方面表现较好，能够抑制高次谐波成分。高频正弦波逆变器虽然在这些方面也有不错的表现，但可能受到高频信号干扰的影响，需要采取额外的抗干扰措施。价格与应用：由于高频正弦波逆变器在技术和材料上的优势，其价格通常较高。然而，随着技术的进步和成本的降低，高频正弦波逆变器在市场上的应用越来越广泛。工频正弦波逆变器则因其结构简单、价格相对较低而在一些对价格敏感的应用场景中占据优势。

三、市场价值

从市场价值的角度来看，高频正弦波逆变器因其高效率、小体积和重量以及广泛的应用前景而更具市场价值。随着新能源技术的不断发展和普及，高频正弦波逆变器在太阳能发电系统、家用逆变器、车载逆变器等领域的应用将越来越广泛。

综上所述，正弦波逆变器中的高频与工频技术各有优缺点。在选择时，需要根据具体的应用场景、性能需求以及预算等因素进行综合考虑。高频正弦波逆变器在效率、体积和重量等方面具有优势，更适合对性能要求较高且对价格不太敏感的应用场景；而工频正弦波逆变器则因其结构简单、价格相对较低而在一些对价格敏感的应用场景中更具竞争力。

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