有人認為高頻化是UPS綠色革命不容置疑的發展方向，實際上UPS的高頻化只不過是為了減少輸入電流諧波而采用的一種方法而已。高頻化不但能減少開關損耗，因此高頻化不能算是 UPS綠色革命的主要方法。把高頻化說成是UPS唯一的發展方向，實質上就是想仿照1973年莫托羅拉對直流電源發動的20kHz革命一樣，對UPS也發動一場20kHz革命。但兩者的情況并不完全相同，UPS要求輸出的是正弦交流電壓，其容量比直流開關電源大很多倍。因此用于開關電源的技術在UPS中式不完全適用的，而且還出現了一些新的不能在近期內解決的難題：如大功率隔離變壓器的研制，L、C準諧振軟開關的應用等。所以要對UPS進行20kHz革命的難度和代價都是很大的，是否有這個必要尚需研究，主要是還存在一些技術問題需要解決。高頻化UPS的典型電路像是如圖1所示，主要是引入了Boost高頻開關整流器和去掉了輸出變壓器，其特點是：

(1) 采用三相半橋式SPWM逆變器構成輸入Boost開關整流器與輸出逆變器，這是高頻化UPS的典型特征。

(2) 不用(也不能用)輸出隔離變壓器及ZVS軟開關技術。

(3) 用高頻IGBT作開關管，開關頻率大于或等于20kHz。

1 高頻UPS的優缺點及存在的主要問題

高頻UPS的基本電路時由三相半橋式逆變器構成的，它是一種采用SPWM控制的兩電平逆變器，其輸出相電壓的雙重傅里葉基數表示式為：式中：F=ωc/ω為載波比，ωc為載波三角波角頻率，ω為試點角頻率;M=Us/Uc為調制度，Us為市電電壓幅值，Uc為載波三角波電壓幅值，當m為偶數時：sin mπ/2 =0;當m和n同時為偶數時：sin(m+n) π/2=0，當m為偶數，n為奇數時：sin(m+n)π/2=1，所以上式變為：

uA的波形如圖1(b)所示，是一種兩電平波形，含有奇次載波諧波及偶次載波諧波的奇次上、下邊頻，其頻譜如圖1(C)所示。可以看出相電壓uA的諧波含量較大，諧波的幅值也大。當M<0.8時，載波諧波的幅值為基波幅值的1.36倍，有可能對負載造成破壞。

由式(2)可知， 的諧波頻率或=50(mF+n)，高頻化的目的是想透過提高開關頻率fs=Fω/2π=50F(實際上是提高載波比F)來提高諧波頻率，以減少 uA中的諧波含量。由于高頻UPS不能使用軟開關電路，所以提高F必然會引起開關損耗，式中 tr 和 tf 為電流上升和下降時間。由此式可知：提高開關頻率fs=50F將使開關損耗按比例增加。

1.1 高頻化UPS的優缺點

高頻化UPS的優點：

(1) 體積小，重量輕，一般只相當于同容量工頻UPS重量的60%;由于無輸出變壓器，所以擴容并機環流小。

(2) 因為Boost開關整流器具有較強的直流輸出電壓調節能力，所以對市電電壓波動的適應能力較強。

(3) 可以使用市電輸入功率因數達到0.99以上，使市電輸入電流的諧波含量小于5%，對市電電網的污染小，這是高頻化UPS的一個突出優點。

(4) 可以消除可聞噪聲(包括電噪聲和機械噪聲)。

高頻UPS的缺點：

(1) 必須采用可以在20kHz UPS中工作的高頻IGBT,這種IGBT價格貴、貨源少，有嚴格的電壓、電流工作區域，抗沖擊能力差，可靠性低，故障率高。

(2) 三相半橋式Boost開關整流器的輸出直流電壓高，一般為800V，需要專門配置充放電管理變換器。

(3) 高頻諧波可以耦合到零線上，使輸出側的零地電壓升高，不能滿足IBM、HP等服務器廠家對零地電壓小于1V的場地要求。

1.2 高頻化UPS存在的問題

高頻化UPS存在以下問題：

　(1) 三相半橋式SPWM逆變器是兩電平逆變器，如圖1(b)所示，其消諧波能力差，諧波含量大，幅值也高，當M<0.8時諧波幅值是基波幅值的1.36倍，在設置死區時諧波含量會更大，這是高頻UPS存在的主要問題之一。

(2) 對于高頻化UPS，當開關頻率高到某一數值時將會產生集膚效應、臨近效應，使當前大功率輸出隔離變壓器的制造存在材料與工藝上的困難，這是高頻化UPS不能使用輸出隔離變壓器的根本原因。但是輸出隔離變壓器對于UPS德工作時由諸多正面影響的，例如可以降低零地電壓，靠其短路阻抗和高頻衰減隔離特性，增強 UPS的抗負載沖擊能力，可以隔離零序電流和直流電流的流通，可以增強帶非線性負載的不平衡負載的能力等，因此，不能用輸出隔離變壓器也是高頻UPS存在的問題之一。輸出隔離變壓器可以不用。

(3) 不利于實現軟開關，高頻效應使電感、電容的性能發生質變，影響軟開關電路中諧波電感和諧振電容的準確諧振，無法正確地實現ZVS或ACS無損軟開關。所以高頻化UPS干脆不用軟開關，因此必然會引起開關損耗，開關頻率越高，開關損耗越大，所以UPS得高頻化是以增大開關損耗為代價的，只注意了環保，而犧牲了節能，不符合綠色UPS的要求，這是高頻化UPS存在的另一個主要問題。因此有的廠家為了使節能也達標，不得不降低頻率生產，這就出現了中頻UPS的說法。

(4) 高頻化使UPS電路的分布參數增大，容易引發電路的局部震蕩，電磁兼容處理困難，對生產工藝要求增高，結構設計難度增大，一般廠家不易生產，因此會產生成本增大、售價增高的缺點。

2 高頻UPS的連級疊加法

由三相半橋式SPWM逆變器的輸出相電壓雙重傅里葉級數表示式可知，諧波頻率 fh=50mF或fh=50(mF+n)，除了通過提高開關頻率 fs 來提高載波比F的方法之外，還可以通過將m增大N倍的方法來提高諧波頻率，也就是說可以通過并聯級聯疊加的級數。這種方法可以保持F不變，因此不會增加開關損耗，也不會引起高頻反應，影響軟開關電路中Lr、Cr的準諧振和輸出隔離變壓器的材料和工藝上的困難等，同時還會帶來一些附加的有益效果。高頻UPS 的并聯級聯疊加電路。

它是用N個諧波三角波移相SPWM控制(PSCPWM)的三相半橋式高頻UPS進行并聯級聯疊加而成的，圖中L為市電輸入Boost儲能電感，Lf為輸出濾波電感，也是平衡電感，相應的電抗 X=ωLf　。N個三相半橋式USP的載波三角波為uc1，uc2 ，...ucN，其初相位角α依次滯后2π /N，并用相同的三相正弦波進行調制，則各相的輸出電壓會有相同的基波，以A相為例，其并聯疊加的輸出電壓表示式為。由此式可知：當m為偶數時，sin mπ/2=0，當m和n同時為偶數時，sin(m+n)π/2 =0，因此，載波諧波被完全消除了，只剩下m為偶數，n為奇數的載波諧波的上下邊頻，同時也說明，并聯級聯疊加法是一種將m增大N倍的方法來提高諧波頻率的，同時還消除了載波諧波，比用提高開關頻率 fs 來提高F的辦法具有強大5倍的消諧波能力，而且還具有不增加開關損耗的優點。

N=4時并聯級聯疊加的輸出相電壓Ua的波形如圖3所示。相當于把開關頻率提高4倍所能達到的消諧波效果，并可以把UPS的容量提高N=4倍，為采用小功率IGBT生產出大容量的UPS創造了條件。同時用并聯級聯疊加法，還可以把各個三相半橋式UPS的開關頻率限定在不產生集膚效應與鄰近效應，不使電路分布參數明顯增加，不使電感電容發生質變等負面影響，以保證輸出隔離變壓器的應用，使電路穩定運行，不產生局部震蕩，能保證軟開關的實現。這樣才能使UPS的綠色革命完全實現。所以說并聯級聯疊加法是一種一舉數得的高頻UPS綠色變個法。單純地高頻化是以增加開關損耗為代價的消諧波法，不是UPS 綠色革命的好方法，只有與并聯級聯法相結合，才是最實用的綠色UPS好方法。

此外采用并聯級聯疊加法，還可以在保持消諧波與開關損耗不變的條件下把開關器件的成本降到最低。或者對高頻UPS進行開關損耗、消除諧波效果、開關元器件與開關頻率之間進行優化，以得到最佳設計效果。