中心議題：

• 實現UPS高可靠性的技術措施

解決方案：

• 關鍵功率器件IGBT/IPM的選擇
• 電路設計的全數字化和集成化
• 高超的冗餘並機技術

產品長期運行的可靠性，所有用戶都是非常關心的。眾所周知
，可靠性是衡量產品質量的重要指標。尤其是UPS這類特殊產品，作為電腦係統的“保鏢”、“心髒”，其可靠性更顯得重要，也是一些特殊用戶極為關注的。
　　
產chan品pin可ke靠kao性xing的de內nei容rong包bao括kuo固gu有you可ke靠kao性xing及ji使shi用yong可ke靠kao性xing兩liang個ge方fang麵mian。固gu有you可ke靠kao性xing是shi指zhi產chan品pin從cong設she計ji到dao製zhi造zao整zheng個ge過guo程cheng所suo確que定ding的de內nei在zai可ke靠kao性xing，它ta是shi產chan品pin的de固gu有you屬shu性xing；使用可靠性是指產品在實際使用過程中的人為因素及環境因素（包括安裝技巧、維護技術、環境狀況、操作人員素質等）對產品的壽命及功能發揮產生的重大影響。
　　
產品可靠性的數量指標有：可靠性

、失效率
、平均壽命

、有效壽命、維修度、有效度、重要度等。對於UPS這類可修複的產品，我們常用平均無故障時間MTBF（MeanTimeBetweenFailures）和平均維修時間MTTR來表示。MTBF越大越好，不同品牌UPS有不同的MTBF
，現有單機的MTBF從10萬小時到330萬小時，因此UPS的可靠性指標是有很大差別的。還有一點需特別指出：是逆變器輸出的MTBF還是加有旁路係統（BYPASS）的MTBF
？

這是有很大區別的。據有關資料介紹，兩者相差約15倍。例如，加有旁路係統UPS的MTBF為20萬小時，那麼僅逆變器輸出的MTBF約1.4萬小時
，因此用戶應了解MTBF的含義，避免誤導。另一方麵
，MTTR數值越小越好。對於單機運行的UPS來lai說shuo
，當dang逆ni變bian器qi出chu現xian故gu障zhang時shi
，會hui轉zhuan換huan至zhi市shi電dian旁pang路lu供gong電dian，雖sui然ran是shi不bu間jian斷duan供gong電dian，但dan此ci時shi負fu載zai是shi由you市shi電dian供gong電dian，其qi市shi電dian質zhi量liang如ru何he卻que無wu法fa保bao證zheng，因yin此ci需xu要yao迅xun速su修xiu複fu逆ni變bian器qi
，保bao證zheng負fu載zai由you逆ni變bian器qi供gong電dian，但dan修xiu複fu時shi間jian是shi由you售shou後hou服fu務wu響xiang應ying時shi間jian和he現xian場chang維wei修xiu時shi間jian決jue定ding的de。售shou後hou服fu務wu響xiang應ying時shi間jian
，對dui不bu同tong的de代dai理li商shang可ke以yi有you很hen大da的de區qu別bie
；現場維修時間一般為1至幾小時之間。如果缺乏維修備件或技術不熟練
，MTTR將會延長。
　　
分析UPS的可靠性
，必須從產品的設計、研製
、生產及使用等過程中去討論。
　　
UPS關鍵功率器件IGBT/IPM
　　
UPS基本原理是AC/DC及DC/AC兩個變換，其變換的核心功率器件
，M－UPS（注M—外國某公司代號）從60年代的可控矽（SCR）
、70年代的達林頓晶體管（GTR）、80年代的場效應管（MOSFET）到90年代的智能化的絕緣柵雙極型三極管（NEWIGBT
，IPM），其實M－UPS的發展曆史，就是功率器件發展的曆史，功率器件的優劣，直接決定UPS質量的高低。
　　
目前M－UPS是采用第三代IGBTA級IPM，它是世界第一品牌的功率器件。該器件模塊內置驅動電路及短路
、過流、過溫、控製電源失效等保護，具有高功率、高速開關、低驅動功率、低運行功耗等優點
；同時由於是Mgongsizijidulikaifashengchan
，duiqiqijiandewulicanshujiqixingnengtedianzhangwofeichangqingchu
，yinerzaidianlushejishangnenggenghaopipei
，fahuiqigengdadegongxiao，bingdailaijiaogaodekekaoxing。
　　
電路設計的全數字化和集成化
　　
（1）M－UPS不僅DC/AC采用數字化
，而且AC/DC也采用高頻PWM數字化技術，因而M－UPS從AC→DC→AC全過程皆為數字化，變換
、控製

、反饋、測量、顯示、通訊等均采用新穎的數字技術。
　　
（2）M－UPS采用數字信號處理器DSP（DigitalSignalProcessor）控製技術。由於32位數字器件的出現以及達到10ns的運算速度，因而獲得了極其精確和快速的控製能力。
　　
（3）M－UPSAC→DC及DC→AC分別單獨采用DSP控製，而且輸入部分與輸出部分的係統控製也由DSP控製
，它們組成一個非常完善的負反饋係統，不管輸入端市電如何變化及輸出端負載如何變化，都能使UPS保持穩定可靠工作。
　　
（4）M－UPS采用大規模的半導體專用集成電路（ASIC,ApplicationSpecifiedIG,DSP）所構成的直接數字控製DDC（DirectDigitalControl），有別於其他品牌UPS所采用的較落後的微機控製技術，因而使M－UPS控製更準確、更精密、更可靠。
　　
（5）M－UPS采用電壓反饋
、電流前饋、電流局部循環等專利技術及采用DSP控製方式

，使其UPS在100％非線性負載滿負荷時
，輸出電壓波形的失真度仍非常小，明顯優於其他品牌隻采用電壓反饋的UPS。
　　
（6）全數字化的設計，使M－UPS具有非常良好的自我診斷功能，能迅速排除故障的征兆，從而提高可靠性。
附表M－UPS檢測結果

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（7）大幅度減少零件數量，從而大大降低了故障發生率，提高了UPS的可靠性。
　　
M－UPS也曾用過“六脈衝整流”，“十二脈衝整流”的傳統電路
，當研製出新型功率器件（NEWIGBT＆PIM）後便迅速把AC→DC的變換從模擬方式變為數字方式，從而使M－UPS擺脫傳統的
、落後的技術
，而一躍成為世界著名品牌的UPS。
　　
M－UPS製造商的概念是采用最現代技術，使其UPS獲得高性能和高可靠性。全麵質量管理（TQC循環）就是UPS產品在開發設計、生產製造
、售後服務三個環節上不斷循環
，以求用戶滿意。

優異的技術指標
　　
用戶對UPS不外乎要求優異的技術指標和高可靠性。M－UPS具有下述優異技術指標：
　　
（1）高輸入功率因數。輸入功率因數實測為0.999。這不僅具有減少電網汙染及市電無功損耗的環保與節能雙重功能
，而且還能以1：1的功率比來配備自備發電機，而其他品牌UPS則可能需要2～2.5倍發電機功率的配置
，這無形提高了M－UPS與自備發電機匹配運行的可靠性。
　　
另外，由於高輸入功率因數，不僅可減少UPS配電設備（變壓器
、斷路器、電纜
、進相電容等）的容量，減少投資，而且更重要的是提高了係統（包括輸入配電）運行的可靠性。
　　
（2）寬輸入電壓範圍。輸入電壓允許範圍為＋15％～－30％

，在中大功率UPS當中還未見到另一品牌UPS經過權威單位檢測達到此指標
，如附表所示。
　　
當市電超出輸入電壓範圍時，將起動電池供電
，長期如此，將大大降低蓄電池的使用壽命
，不但增加UPS運行成本，而且最重要的是當需要電池供電時，電池可能已“過放”造成停電事故，降低了UPS係統運行的可靠性。
　　
（3）低直流總線（BUS）波紋係數。“六脈衝整流”是低頻（50Hz）工作，而AC→DC變換器是高頻(8～10kHz)PWM變換，因此直流濾波電容將大大減少。“六脈衝整流”為了降低直流BUS紋wen波bo
，常chang采cai用yong數shu十shi隻zhi大da容rong量liang電dian容rong並bing聯lian，為wei了le降jiang低di成cheng本ben常chang選xuan用yong電dian解jie電dian容rong

，但dan電dian解jie電dian容rong在zai長chang期qi工gong作zuo後hou常chang發fa生sheng電dian解jie液ye幹gan涸he及ji漏lou電dian嚴yan重zhong的de現xian象xiang。這zhe些xie都dou是shi引yin起qiUPS不可靠工作的常見原因。M－UPS由於采用“高頻整流”，因而濾波電容容量可降至電解電容的1/10
，因此電容故障率可大為降低。
　　
（4）低輸出諧波失真。在100％的非線性負載下，輸出電壓波形失真度為：THD≤3％，而其他品牌一般為THD≤5％。從百分數看起來相差不大
，但這是一個從量變到質變的過程，降低THD1％～2％，需要采取多方麵電路設計措施。如果沒有全數字化技術，沒有雙DSP控製是很難達到此指標的。眾所周知，UPS大部分故障是由於非線性負載瞬間變化的衝擊造成的，M－UPS對非線性負載的適應能力是很強的，故可靠性是很高的。
　　
（5）混合型晶閘管開關。M－UPS從逆變器輸出切換至旁路是采用可關斷晶閘管（GTO）的靜態開關與電流接觸器並聯方式，既滿足了高速切換，而GTO器件又可以采取自冷方式，因此UPS體積小，而且提高了效率及可靠性。
　　
（6）市電輸入具有軟起動功能。當輸入交流電源恢複時，由於M－UPS設計有軟起動功能
，使輸入電流緩慢上升，減少了UPS對輸入電源的衝擊，無論是由市電或自備發電機供電，都有利於提高轉換的可靠性。
　　
（7）逆變器輸出端無晶閘管靜態開關。M－UPS由IGBT/IPM功率器件組成的逆變器能夠抑製瞬時大電流衝擊

，無需在UPS逆變器輸出端接上其他品牌UPS都必須接入的晶閘管靜態開關，此技術使M－UPS獲得更高的效率和更高的可靠性。
　　
（8）交流和直流功率分配功能。當UPS由自備發電機供電時，而自備發電機容量又不足，則UPS可以將輸入容量限製在自備發電機的最大輸出容量
，不足部分則可由蓄電池供給，這樣可以提高供電係統運行的可靠性。
　　
（9）三相獨立控製功能。M－UPS采用三相獨立
，瞬時波形控製
，輸出端可適用於單相或三相負載，同樣可以提高供電係統運行的可靠性。
　　
（10）非線性負載適應功能。M－UPS由於采用數字化及快速反饋技術
，負載波峰因數比CF=3.6，對於100％非線性負載從空載（0％）到滿載（100％）跳變，輸出端電壓的變動也極其微小，從而大大提高其適應任何負載運行的可靠性。

高超的冗餘並機技術
　　
大功率UPS雖然可靠性提高
，但由於使用環境的突然變化（如市電電壓超出範圍、負載瞬間故障）
、運行人員的錯誤操作、UPS本身零件的老化、個別元器件早期失效等因素都會導致UPS發生故障
，對諸如金融
、航空、醫療、郵電、交通

、國防等係統要求供電質量很高的負載
，還必須進一步提高UPS的可靠性。
　　
近年來世界上發展了多種方法來擴展大功率UPS係統的平均無故障時間，其中冗餘並機技術發展較為迅速。冗餘方法確能提高USP係統的可靠性


，但如何實現“冗餘”卻是值得研究的問題。M－UPS由於采用全數字化電路設計，因而具有高超的冗餘並聯運行技術，有別於並機櫃、並機板
、並機模塊及無線並機等並機方案。
　　
（1）並機運行的UPS配備獨立的電壓與相位控製，沒有公共控製部分，不存在“瓶頸”現象。
　　
（2）並機調試非常簡單
，隻須每台UPS參數設置好後，即可投入並聯運行
，不需要像有些品牌UPS要在滿負荷運行時調節功率均分。
　　
（3）由於M－UPS全數字化控製及軟件設置參數，並機運行的每台UPS輸出波形

、相位及電壓值都非常一致，因此並機環流幾乎為零，這樣除了提高運行效率外，更重要的是提高並聯聯運行的可靠性。
　　
（4）在沒在並機櫃的條件下，可以多機並聯運行。理論上不受並機台數的限製
；目前已投入實際運行的係統為8台UPS並聯運行。
　　
（5）在並聯係統中的一台UPS發生故障及正在維修時
，負載仍能保證由UPS供電，不像有些品牌UPS需要轉入維修旁路
，M－UPS能真正做到脫機維修
，這是提高並機係統可靠性的關鍵所在。
　　
（6）超長的平均無故障時間，兩台UPS並聯加上靜態旁路係統
，使MTBF數值大幅度提高。
　　
由於M－UPS采用優化的設計、先進的工藝
、嚴格的生產管理，使其具有很高的固有可靠性；同時由於M－UPS采用高質量、高可靠的功率器件IGBT/IPM，全數字化的設計
，直接數碼控製技術
，使其在世界UPS品牌中脫穎而出。它除了具有高質量
、高指標、高可靠、多功能等特點外，還兼具節能、環保功能，它不僅滿足今日的需要，更是UPS今後發展的方向。