从零开始单相在线式不间断电源（UPS）（硬件）

前言

题目：单相在线式不间断电源

1、题目解析

本题要求设计一个在线式的UPS，即可使用交流电源供电，也可以使用储能原件（直流电源）供电，并且两者之间是并联关系，因此首先需要通过整流模块将变压器输出的交流电转换为直流电，同时为了防止两者之间出现电压差，需要在通过一个Buck降压电压使其于储能原件提供的电压相等（可以使用一个二极管来防止反向导通，但一般不会出现），然后因为要求输出电压为交流，所以需要使用逆变电路，同时要因为要求输出电压值为30V，在逆变电路之前需要添加一个Boost电路进行升压。

2、主要模块单元

（1） 整流桥

可以选用二极管整流，电路拓扑如下图所示，用四个二极管搭建桥式整流电路，无需多余控制，电路简单。但整流后功率因数因滤波大电容大幅降低，电流波形畸变严重，并且功耗严重。

也可以使用专门的整流芯片，这里推荐使用LT4320
电路拓扑如下图所示，用四个MOSFET和同步整流芯片LT4320进行整流。该电路功耗较低，且电流波形为较好的正弦波，效率很高。

（2）Buck电路与Bosst电路

两者均使用半桥模块进行，只是电感连接位置及方向不同。
可参照开关电源
电感分析根据
$$L=\frac{U_{IN}D(1-D)}{rf{I}_o}$$
计算得需要的电感值
$$L_{buck}\approx 815\mu H,L_{boost}\approx 455\mu H$$
已知输出电流最大 1.5A 由输入输出功率关系相等可得回路中电流最大不超
过 2A。使用较粗的漆包线以及多股绕制减小电感的阻抗可以减小电感的损耗。
以 1mm 线径漆包线采用两路并行的电感绕制方法，可承载最大电流 5.8A。符合
安全要求。

（3）单相逆变电路

可参考单相逆变电路
SPWM波的生成原理
通过三角波和正弦波的比较即可产生 SPWM 波，正弦波与三角波幅值的比值为调制度，影响 SPWM 波的最大占空比，进而影响逆变电路输出的电压。正弦波的频率与逆变输出正弦波的频率相同。

3、注意事项

1、如果使用二极管整流，需要并联多个二极管，防止大电流是烧坏二极管（每个二极管都要单独检查，整体检查时单个二极管坏了是查不出来的，也许电路能够正常运行，但很容易就烧坏。
2、电路主回路器件较多，应尽量保证主回路足够小，之后再考虑采样即控制电路。
3、尽量先单独测试各个模块，最后再级联。