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在電池模式下，高頻機(jī)型UPS表面上看多了一個(gè)DC/DC環(huán)節(jié)，存在額外的效率損失，但是這個(gè)DC/DC環(huán)節(jié)只需要一個(gè)Boost電路或者三電平Boost電路，而Boost電路是非常容易進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)，而且對(duì)于電池這種比較穩(wěn)定的 直流電源來(lái)說也有比較成熟的軟開關(guān)方案來(lái)減小開關(guān)損耗，因此這一級(jí)DC/DC效率做到98%以上是很正常的，因此相對(duì)于選擇了效率不到98%的隔離變壓器工頻 機(jī)型UPS產(chǎn)品來(lái)說，由DC/DC帶來(lái)的損耗還沒有工頻機(jī)型UPS的隔離變壓器帶 來(lái)的損耗多。在電池模式下高頻機(jī)型UPS還是有更高的效率。
在市電模式下，最簡(jiǎn)單的工頻機(jī)型UPS輸人級(jí)就是一個(gè)整流橋，只有二極管 或SCR上的通態(tài)損耗，而其他損耗幾乎可以忽略，效率還是很高的。通過仿真可 以發(fā)現(xiàn).當(dāng)選取不同容量的直流母線電容時(shí)對(duì)于輸人電流的波形影響非常大。選擇 比較小的電容，則直流BUS電壓的紋波變大，輸入電流的峰值和有效值相對(duì)小一些；如果選擇的BUS電容比較大，則BUS電壓的紋波變小，而輸入電流的峰值和
有效值都變大。BUS電容容量的選擇是受到保持時(shí)間和電解電容壽命兩方面因素制約的。對(duì)于基本的整流橋設(shè)計(jì)，輸人電流波形如圖1-32所示。此時(shí)的仿真結(jié)果輸人電流峰值高達(dá)230A，有效值達(dá)到88A。這也說明了工頻機(jī)UPS為什么需要強(qiáng) 調(diào)SCR的過載能力，因?yàn)檫@是工頻機(jī)本身輸人結(jié)構(gòu)造成的。
 基于這一結(jié)果，在整流橋的選擇上要留出足夠的裕量，例如選擇英飛凌的整流 橋器件TD B6HK 124 N 16 RR。經(jīng)過估算，此時(shí)整流橋的通態(tài)損耗在240W左右， 相對(duì)于40kVA的功率等級(jí)來(lái)說，似乎此時(shí)整流橋效率很高，超過99%,但是另外 一個(gè)方面是輸入功率因數(shù)只有0.6，電流達(dá)到了130%,對(duì)于越來(lái)越嚴(yán)的電 力法規(guī)來(lái)說這是完全不可接受的。通常在書本上都會(huì)寫6脈沖整流功率因數(shù)在0.95,這里的結(jié)果完全不同，實(shí)際上是因?yàn)?脈沖整流功率因數(shù)0.95是基于負(fù)載為線性的假設(shè)，而這里有非線性存在，使得整個(gè)UPS成為一個(gè)非線性整流負(fù)載。 這個(gè)電容越大，就會(huì)使得輸人的特性越差。同樣的，對(duì)于12脈沖整流，一般的文 獻(xiàn)都會(huì)寫功率因數(shù)可以達(dá)到0.99,但是如果考慮到直流母線上的電容，結(jié)果就會(huì) 完全不同�；�于下面一個(gè)基本的12脈沖整流電路進(jìn)行仿真，仿真出來(lái)的電流波形 如圖1-33所示。此時(shí)輸人電流的峰值達(dá)為188A，有效值68A，功率因數(shù)在0.8，而輸人電流的諧波失真:THD也在80%。同樣的，由于直流母線上電容的存在，這里也無(wú)法 做到一般12脈波整流的優(yōu)良性能。雖然相對(duì)于6脈沖整流來(lái)說已經(jīng)有很大進(jìn)步，但還是無(wú)法達(dá)到法規(guī)要求。而且12脈沖整流導(dǎo)致整流橋數(shù)量加倍，同時(shí)增加一個(gè)隔離變壓器，對(duì)成本和效率的影響非常大，因?yàn)檫@個(gè)變壓器同樣會(huì)帶來(lái)1%〜3%的效率下降。為了改善輸入電流波形和功率因數(shù)，在工頻機(jī)型UPS里面必須加入電抗器。對(duì)于6脈沖整流，仿真計(jì)算表明，在前面加人一個(gè)300〜450/_^的交流電抗器可以有明 顯改善。這個(gè)電抗器T.作在工頻段，鐵心材料一般使用硅鋼片。此時(shí)仿真得到的電流波形如圖1 _ 34所示。功率因數(shù)可以改善到0.8989，諧波失真THD可以改善到43%。由于電流有效值減小，整流橋的通態(tài)損耗也會(huì)降低，在這樣的波形下可以降低

 到180W左右，而交流電抗器的損耗在200W左右，再考慮到整流部分的其他因 素，如線路電阻、漏感等引起的損耗，輸人級(jí)效率會(huì)低于99%。不管是采用前面的6脈沖整流加人電抗器還是12脈沖整流，相對(duì)于越來(lái)越嚴(yán) 格的電力法規(guī)，所得到的結(jié)果還是無(wú)法達(dá)到要求，必須再增加濾波環(huán)節(jié)。如果要達(dá)到能夠和高頻機(jī)型UPS競(jìng)爭(zhēng)的規(guī)格指標(biāo)，只有在前面添加APF或者采用特定次諧波消除的方式。如果單獨(dú)使用APF來(lái)處理，相對(duì)于這里產(chǎn)生的諧波來(lái)說，此APF的功率也要達(dá)到lOkVA的級(jí)別，在APF上產(chǎn)生的損耗也是相當(dāng)可觀的。如果把APF的損耗與工頻機(jī)型UPS的輸人級(jí)損耗合并計(jì)算，那么6脈沖整流下工頻機(jī)型UPS的輸入級(jí)效率會(huì)降到97%〜98%左右，而12脈沖由于存在額外的變壓器損耗的原因，效率就更低。使用特定次諧波進(jìn)行選擇性諧波消除，或者更復(fù)雜的方式， 用特定次諧波濾波器結(jié)合APF的有源/無(wú)源混合諧波治理方案，確實(shí)可以做到需要的諧波規(guī)格，但是單獨(dú)使用特定次諧波消除帶來(lái)的負(fù)面影響是這些濾波器會(huì)帶來(lái)工 頻段的相移，而且電感上也會(huì)帶來(lái)額外損耗。有源/無(wú)源混合方案太過復(fù)雜，而且 效率同樣不高，綜合來(lái)看還不如直接使用PFC結(jié)構(gòu)更為理想。反過來(lái)再看高頻機(jī)型UPS，在輸入級(jí)上常用的拓?fù)溆猩厦媸纠�中使用的PWM整 流方式以及雙Boost/Vienna結(jié)構(gòu)。PWM整流橋的好處是具有能量雙向流動(dòng)的能力， 可以擴(kuò)展出更多的功能，在損耗上和逆變的損耗比較接近。通過良好的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其效率也一樣可以達(dá)到97%。雙Boost/Vienna結(jié)構(gòu)雖然沒有能量雙向流動(dòng)的能力，但是 由于具有三電平的效果，效率上比PWM整流橋更高，甚至可以做到接近98%。而且這 幾種拓?fù)涠伎梢宰龅焦β室驍?shù)校正，諧波和功率因數(shù)都有非常好的表現(xiàn)。另一個(gè)影響效率的因素就是前面提到的直流母線電容。在高頻機(jī)型UPS的設(shè) 計(jì)中，理想情況下直流母線電壓是直流，由開關(guān)引起的高頻分量可以通過合理布局，使用高頻特性好的薄膜電容進(jìn)行吸收，從而電解電容上面的損耗比較小。但是 在工頻機(jī)型UPS里面，如果輸人是6脈沖整流，那么直流母線電容上就存在比較 大的6次脈動(dòng)波，而使用12脈沖整流，就會(huì)存在12次脈沖，這些波動(dòng)在直流母線 電容上就會(huì)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生損耗。下面以6脈沖整流為例來(lái)看。這里使用的是前面帶有交流電抗器的方案，更接近真實(shí)的情況。當(dāng)選擇很小的直流母線電容時(shí)，比如470yF，那么直流母線電壓波 形如圖1-35所示。
 此時(shí)電壓紋波的峰峰值是154V。比較不同母線電容大小情況下的電壓峰峰值i以及在電容上帶來(lái)的損耗。
 選擇比較大的電解電容，對(duì)于工頻機(jī)型UPS來(lái)說可以得到比較小的電流紋波 損耗。雖然這個(gè)損耗相對(duì)于整機(jī)來(lái)說不大，但是高頻機(jī)型UPS本身在線性負(fù)載下 沒有這個(gè)紋波，因此也就沒有這部分損耗。把整流和逆變兩級(jí)的損耗綜合起來(lái)，可以看到，高頻機(jī)型UPS兩級(jí)變換一般會(huì)帶來(lái)5%〜6%的效率損失，而工頻機(jī)型UPS根據(jù)選擇方案不同，一般會(huì)帶來(lái)5. 5%〜10%的效率損失。對(duì)比來(lái)看，工頻機(jī)型UPS要在諧波治理方面花很大的代價(jià)，把此部分的損耗也算進(jìn)來(lái)，那么整機(jī)就會(huì)增加到7%〜9%的效率損失。如果是12脈沖整流，根據(jù)選擇方案的不同，還會(huì)再帶來(lái)1%〜4%的效率損失。實(shí)際上在市場(chǎng)上典型的新一代髙頻機(jī)型UPS產(chǎn)品，其效率 規(guī)格普遍可以達(dá)到94%，甚至有的可以達(dá)到95%〜96%;但是反觀工頻機(jī)型UPS產(chǎn)品，雖然最好的產(chǎn)品可以么到93%〜94%,但是很多產(chǎn)品甚至低至90%以下。