【導讀】電池供電的不間斷電源(UPS)在保護數據中心、醫療設施、工廠

、電(dian)信(xin)樞(shu)紐(niu)甚(shen)至(zhi)家(jia)庭(ting)中(zhong)的(de)敏(min)感(gan)設(she)備(bei)免(mian)受(shou)短(duan)期(qi)電(dian)網(wang)尖(jian)峰(feng)和(he)停(ting)電(dian)影(ying)響(xiang)方(fang)麵(mian)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。在(zai)停(ting)電(dian)時(shi)間(jian)較(jiao)長(chang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，它(ta)們(men)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)必(bi)要(yao)的(de)短(duan)期(qi)電(dian)力(li)，以(yi)實(shi)現(xian)有(you)準(zhun)備(bei)的(de)斷(duan)電(dian)，防(fang)止(zhi)數(shu)據(ju)丟(diu)失(shi)。

UPS一般可以分為“在線式”(Online)或“離線式”(Offline)。在離線式UPS中，負載直接連接到電網，當輸入電源出現故障時，係統會切換至電池供電模式——切換過程一般需要大約10毫秒才能完成，這限製了離線式UPS在部分應用中的使用。而在線式UPS在zai負fu載zai與yu電dian網wang中zhong間jian加jia入ru逆ni變bian電dian路lu以yi及ji電dian池chi充chong放fang電dian電dian路lu，無wu論lun輸shu入ru電dian源yuan是shi否fou正zheng常chang，逆ni變bian器qi一yi直zhi處chu於yu工gong作zuo狀zhuang態tai。因yin此ci出chu現xian輸shu入ru問wen題ti時shi
，在zai線xian式shiUPS能夠進行“零中斷”切換
，通過電池為負載進行緊急供電。

模塊化UPS更加受到設計人員和用戶的青睞
，通過並聯較低功率的UPS以滿足更大用電需求。模塊化UPS能夠快速簡單地拓展現有的UPS係統並且幫助客戶在大規模係統的建立過程中獲利。

然而，與任何電源設計一樣

，高效UPS的設計 也存在挑戰。需要考慮的一些關鍵因素包括尺寸、輸入輸出調節能力、電池管理和拓撲結構。

尺寸很重要，尤其是在數據中心等空間非常寶貴的應用中。在過去，變壓器一直是UPS中最大的器件之一，但隨著更先進的半導體技術的出現，高頻開關電路代替了變壓器，從而節省空間。一套無變壓器UPS能夠在標準尺寸機櫃中為大型數據中心提供數百kVA的緊急供電。

在線式UPS使用高頻PWM(Pulse Width Modulation)來執行雙變換(AC-DC然後DC-AC)，這能夠解決許多離線式UPS無法處理的輸入質量問題
，比如低壓過壓和線路噪聲等等，同時減少電池使用次數，延長電池壽命。

逆變器決定了UPS輸出質量
，同時也大大影響UPS的整體效率。優秀的在線式UPS能夠輸出是近似於市電的高質量正弦波，為阻性負載和感性負載供電。這要求逆變器中的開關器件(IGBT/MOSFET)進行高頻工作配合控製算法盡可能減少輸出噪聲以及開關過程所產生的EMI問題。

在典型的UPSzhong
，duogeduidiededianchizuchengyigewanzhengdedianchibao
，youdianchiguanlimokuaijinxingchongfangdianguanli。weileshidianchifahuizuijiaxingnengbingyanchangshiyongshouming，shejibixukaolvdaofuzaipingheng、電壓和電流保護、充放電控製

、熱管理、風扇控製、監控和通信等問題。

UPS的(de)硬(ying)件(jian)設(she)計(ji)中(zhong)最(zui)關(guan)鍵(jian)的(de)決(jue)定(ding)之(zhi)一(yi)是(shi)為(wei)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)拓(tuo)撲(pu)
，從(cong)而(er)平(ping)衡(heng)性(xing)能(neng)和(he)成(cheng)本(ben)。盡(jin)管(guan)兩(liang)電(dian)平(ping)拓(tuo)撲(pu)，如(ru)三(san)相(xiang)半(ban)橋(qiao)，具(ju)有(you)簡(jian)單(dan)的(de)結(jie)構(gou)和(he)並(bing)不(bu)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)，但(dan)三(san)電(dian)平(ping)拓(tuo)撲(pu)(T-NPC
、A-NPC或I-NPC)能夠為更先進的UPS提供更高的效率和更低的損耗和噪聲。

開關器件的材料也同樣關鍵
，新的寬禁帶(WBG)器件，如碳化矽(SiC)，能夠以更高的開關頻率和更低的損耗工作，同時減少被動器件的尺寸，從而優化UPS的整體設計。

安森美(onsemi)編寫了一份技術白皮書，詳細探討 UPS的設計中遇到的問題
，包括UPSleixinggaishuheguanjianguigeshuoming。takaolvlexianyoudegezhongtuopujiegou，bingmiaoshulezaishejiguochengzhongtuidongjuecedequanhengyinsu。gaibaipishuzuihougaishuledangjinmeiweidianligongchengshidouyingkaolvdexinxingSiC器件(和相關驅動器)。

請掃描二維碼，查閱安森美的UPS設計：挑戰與考量

來源：安森美

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