50年來，隨著功率半導體器件和電力電子技術的進步，UPS設備經歷了由帶多個輸出工頻變壓器到單個輸出工頻變壓器的演變過程，而性能更好的大功率IGBT器件和更先進的控制技術的出現，為UPS設備從根本去掉輸出隔離變壓器創造了物質條件，使其在高頻化、小型化、節能化和綠色環保化方面取得了長足的進展，這就是人們所說的“高頻機”。這種機型集中體現了UPS電路技術的進步，代表著UPS技術的發展方向。與傳統的帶輸出變壓器的UPS相比，它在進一步縮小體積、減輕重量、改善性能、提高效率、降低成本等方面，都取得了明顯的改善和進步，成為現代數據中心UPS設備的首選機型。

　　1  去掉輸出變壓器是 UPS電路技術的進步

　　傳統雙轉換在線式UPS電路的特點之一是通過工頻隔離變壓器輸出。應該說，采用輸出變壓器是UPS逆變器輸出電路形式所決定的，而變壓器的存在卻是弊大于利。逆變器電路技術演變過程的一個顯著的表現形式是：是否必須用變壓器，如何配置變壓器，是否可能去掉變壓器。

　　UPS電路技術的進步取決于功率半導體器件的進步，從可控硅（晶閘管）到雙極型功率晶體管以及電子控制級的IGBT等功率半導體器件的出現，伴隨著UPS輸出電路電四個變壓器到一個變壓器的演變過程，如圖5.1所示。自19世紀80年代起，UPS逆變器開始只含有一個變壓器。

　　圖5.1  UPS逆變電路結構與輸出變壓器的變化

　　（1）UPS輸出隔離變壓器的功能

　　了解傳統UPS輸出隔離變壓器的功能是非常重要的，因為只有當用電路措施能夠完全實現它的功能時，才有可能在新一代設備中替代并取消它。應該說這個變壓器是工頻機全橋逆變器不可分離的構成部分，它的作用也很簡單：升壓和產生三相四線輸出的零線。

　　① 輸出變壓器的功能之一是為單相負載提供所需的零線

　　傳統雙轉換UPS輸出變壓器的一個重要功能是在UPS輸出端產生單相負載供電時所需要的中性線（或零線）。

　　帶輸出變壓器的UPS的DC/AC逆變器通常是由全橋電路組成，如圖5.2和圖5.3所示。輸出端必須加變壓器，否則就完不成輸出單相或三相四線交流電壓的功能。所以此變壓器應視為產生輸出零線的變壓器。

　　圖5.2單相UPS輸出DC/AC逆變器       圖5.3 三相UPS輸出全橋DC/AC逆變器

　　以單相UPS輸出DC/AC逆變器為例，它是一個全橋逆變電路，每個橋臂有兩個串聯IGBT（VT1--VT4），輸出交變電壓UAB由兩個橋臂的中點A和B引出。

　　當VT1和VT4同時通導（VT2和VT3截止）時，由直流電壓E形成的電流回路是電壓E的正端—VT1—負載A端—負載—B端—VT4—電壓E的負端；而VT2和VT3同時導通（VT1、VT4截止）時，由直流電壓E形成的電流回路是電壓E正端—VT2—負載—B端—負載A端—VT3—電壓E的負端。如果VT1和VT4與VT2和VT3交替導通的周期是50Hz，則加在負載上的電壓UAB是幅值為直流電壓E的50Hz方波或者準方波，如果VT1和VT4以及VT2和VT3都以高頻正弦波脈寬調制（SPWM）規律導通和截止，則負載端電壓UAB是幅值可調整的正弦波。

　　值得注意的是，通常單相負載的輸入電壓要求有一根零線，而且這根零線在系統中（系統輸入變壓器的輸出端）是要接大地的，顯然，如果把圖5.2單相電路中的A或者B任一點做輸出零線接地，都會使輸入電壓通過導通的半導體功率器件對地線短路而立即燒毀逆變器。但是，在A和B兩端接輸出隔離變壓器，并通過隔離變壓器向負載供電，則變壓器次級的兩個輸出端都可做為零線輸出。

　　這里不僅需要輸出隔離變壓器產生零線，為了UPS轉旁路時也能正常供電，輸出變壓器產生的零線還必須與系統輸入的零線連接在一起。

　　② 輸出變壓器的功能之二是對輸出電壓的匹配作用

　　傳統大中型UPS主回路結構采用可控硅整流將輸入的交流電整流為直流電，電池直接（或經過DC/DC變換）掛在直流母線上。當輸入市電正常時，靠可控硅整流電路的調節為橋式逆變器供電。從系統結構可以看出，從整流輸入到逆變輸出的過程中，每個環節都是降壓環節：可控硅整流要“斬掉”一部分輸入電壓，其輸出電壓恒定的代價是輸出電壓恒定在低于全波整流輸出電壓的某個數值上。而逆變環節同樣是一個降壓環節，逆變器采用脈寬調制（PWM）方法逆變出正弦交流電，其結果同樣是輸出電壓等級的再次降低。正是由于上述的原因，在此種結構的UPS逆變器中，輸出變壓器起著電壓匹配和提升的作用，將逆變器輸出的電壓升至到合理的輸出范圍。