谈UPS的发展动向

作为计算机及其他电子设备网络的保护神UPS，现在已深入人心， 各行各业甚至有些家庭都用它来作为供电的保证，UPS市场相当活跃。UPS的不间断供电只是它的功能之一，另外它还可以将不稳定的市电进行稳定，可以将市电中的各种杂波衰减或消除， 带隔离变压器的UPS还可将市电与负载隔离及缓冲等。它可以作为计算机网络的有机组成部分，实现无人值守，故障时自动报警、拨号和打寻呼等。当前的UPS大都已脱出了“停电保 ”的单一功能。

   随着UPS的普及，除上述功能外，各种用户对其他功能的要求也越来越多，尤其是对输入功率因数、市电电压利用率、整机效率、带载能力和过载能力等等又提出了更高的要求。使得各类UPS不得不从结构原理上作进一步的拓扑。

    目前市场上UPS的品牌有上百个之多，性能也各有千秋。不论什么品牌，根据目前的技术水平，大部分都可满足基本指标的要求：比如不停电切换、输入输出电压稳定度、输出频率稳定度、R232接口、联网能力和无人值守等等。不管品牌如何之多，从电路结构上可归纳为下面几类：1.双变换电路

(1)传统式双变换结构

    这是一种目前应用历史最长，性能最好的一种UPS。它的特点是除整流器和逆变器外，尚有输出隔离变压器，可以将负载与市电进行有效的隔离和缓冲。属于这种结构的如IMEL、IMV Sitepro、Fenton、M.G和Exide(大容量档)以及SOCOMEC等等。这类UPS除作单机运行外，还可并联增容和冗余。输出电压无三次谐波、对两个方向上的电压变化都有缓冲作用、负载电压上无直流分量、允许逆变器在很宽的直流电压范围工作、中线上无电流、UPS在多机并联时可共用一个电池组或各具有自己的电池组、容量可做得很大。

    由于这种UPS在正常情况下一直是逆变器工作状态，所以才有上述这些功能。在很多重要部门，如电视台、新闻单位、石化、航空及铁路等等单位以前大都倾向采用此类结构的产品。

(2)高频双变换结构

    这种结构UPS的出现解决了传统式双变换结构体积大、效率低和造价贵的问题。和前者的不同在于没有输出变压器，而且逆变器的脉宽调制频率比前者高，前者一般在10kHz以下，而这里一般在20kHz或以上。由于没有输出隔离变压器，因此也就没有隔离和缓冲的余地，对直流电压的要求也比前者严格：必须用两组电池，其输出电压直接受负载变化的影响，逆变器功率管在接近满载时比传统式容易坏，输出电压零线上有不易限制的谐波电流，因而零线电位不为零，在负载上有直流分量，容量也不易做大，一般做到30kVA左右，也有的做到了80kVA。

(3)经济运行模式

    如前所述，由于双变换电路即使在市电很稳定时，也要对其进行两次变换后才将电能输送给负载，无形中白白浪费了不该浪费的那部分能量，不能充分利用市电，如果当市电稳定在某一指定范围时，不进行上述的两次变换，只进行必要的滤波，而后将这个经过净化的电压直接输送给负载。于是就节省了能量，提高了效率，降低了工作温度，从而提高了可靠性。

    根据上述思想，双变换UPS就推出了经济运行模式，如高力UPS，这种方案一问世就赢得了不少重要用户。2.三端口单变换电路

    由于这种电路结构问世比双变换电路晚，且有的用户也很少接触三端口UPS，对其了解甚少，故而人云亦云，甚至谈虎色变，也认为三端口不好了，原因是单变换器工作。其实三端口单变换只是UPS的另一种电路型式，它和双变换电路一起可以比喻成人的左右手，都有着同样的功能，具有异曲同工之妙。三端口单变换电路和双变换电路一样也有在线和离线工作模式之分：早在70～80年代，我国就有了三端口后备式UPS，80年代末90年代初FISKAR公司推出了DELTEC 8/9000在线单变换UPS系列，功率从2.4kVA做到56kVA，其输出电压稳定度也同样做到了±2%，其他常规指标也和传统式双变换电路一样。和传统双变换UPS同时运行在各自用户的机房。

    在线互动式单变换结构。该结构UPS的主要应用对象是计算机，而一般计算机对电压的精度要求并不高。在线互动式单变换UPS省去了输入整流器和充电器，充电器由称为双向变换器的逆变器充当，其工作方式类似于上述的经济运行模式，其效果也是在线式的，即当市电在一定范围中变化时，负载主要由经过粗稳和滤波的市电提供，只有当市电异常时，才由逆变器全力向负载供电，这时的功能和双变换结构一样。这种结构以APC Smart和Matrix系列为代表，该系列有着很强的网络功能和可靠性。电磁兼容功能比那些未通过该标准的双变换UPS好得多。鉴于在线互动式单变换结构的优越性，目前已有不少做双变换UPS的制造商也增加了在线互动式单变换结构的UPS。由此可以看出单变换UPS结构的生命力。3.Silcon DP300E UPS电路结构

    Silcon DP300E UPS电路结构的出现，将双变换经济运行模式和在线互动式单变换UPS的功能 提高到一个新阶段：它的得尔塔(Delta)双向变换器可将输入功率因数调整到接近于1。而实现该功能的造价仅仅是双变换电路实现该功能造价的几分之一，其输出电压稳定度也做到了±1%，并且可多至9台并联，因此在基本功能上和传统在线式完全一样。甚至有些指标比传统双变换UPS还要好：比如过载能力强，过载20%时还正常工作，而一般双变换UPS在此情况下只能继续工作10min；输出功率因数范围大，一般双变换UPS只能带感性负载，而它却能带容量可观的容性负载；一般双变换UPS的峰值电流比为3∶1，而DP300E却做到了5∶1；一般双变换UPS随时都在对负载进行100%的调节，而DP300E最多只对负载的30%进行调整，所以具有很高的整机效率，从而提高了整机的稳定性和可靠性等等。图1示出了Silcon DP300E UPS 主电路结构简图。

图1 Silcon DP300E UPS主电路结构简图

    由图1可以看出，Silcon DP300E UPS的电路结构是由双变换和单变换电路发展而来，不但具备二者的优点：如一方面具有双变换UPS输出电压高稳定度(±1%)的优点，又具有在线互动式单变换UPS高效率的优点等等；而且又高于二者：如上面所说的近于1的输入功率因数，高于二者的过载能力等等。

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