电脑选用UPS的缘故原由是市电不是平稳的,它存在着很多电能品质成绩,比方电压浪涌、低压尖脉冲、暂态过电压、电压下陷、路线噪声、频率偏移、继承低电压、供电中断等。市电的这些品质成绩既能够惹起电脑的键盘肯定、硬件老化等绝对较轻的不良影响,也能够招致数据完全丢掉或主板焚毁等较大的事端。而UPS可以或许进步市电品质,使电脑与市电电源隔绝,以打消*和市电中低压尖脉冲与暂态过电压的影响,当市电停电时应用蓄电池可以或许向电脑供应一段时间的电能,掩护电脑平稳靠得住地运行。因此电脑离不开UPS,UPS也离不开电脑。前期是电脑的应用增进了UPS的出生,前期是UPS的应用又增进了电脑的普及与展开。

UPS有交流（雷同）UPS和直流UPS两种。从供电靠得住性、安全性和运行功率来讲,直流UPS比雷同UPS具备更多的优点,好比电路大略、所用东西少、成本高价、功耗小、体积重量小、靠得住性高、制造大略、掩护方便等。但直流UPS也有一些缺点,比方不克不及经由过程输出变压器向负载供电,不克不及供应雷同电能,稳压和变压艰苦,负载不克不及与市电隔绝等。一路又由于前史缘故原由和传统观点的影响,其时应用较多的仍然是雷同UPS。

1 其时雷同UPS的种类与典范电路框图

2009年,在《UPS应用》的支配提议下,停止了一场工频与高频UPS的大辩论,结果是高频UPS取胜。工频UPS得胜的缘故原由是:SCR多相相控整流是一个时滞关键,无奈实现输出电压的疾速疗养,并会招致市电电网电压畸变,对市电*大,输出功率因数低、功率低、体积重量大,直流电压疗养为非线性,对市电电压摇动适应能力差,不克不及数控等而被挑选。而后,由于选用均衡电感24相自耦变压工频整流器和选用自耦变压器的多相工频整流与 U d -PWM操控的研发胜利,使工频UPS的功能完全赶上了高频UPS,但是高频UPS的开关消耗要大8～33倍[视高频UPS的开关频率(10～20)kHz,与工频UPS整流器的相数(12～24相)而定],这又增进高频UPS开关研发出了SPWM节能操控与软开关技巧的应用,而SPWM节能操控又增进高频UPS的输出逆变器选用了中性点组成变压器NFT的应用,把高频UPS的开关消耗减小了50%以上。至此工频与高频UPS的功能现已基本雷同,并达到了恰当高的程度(市电输出功率因数PF都达到了0.999,对市电电压摇动的适应能力都达到了±30%,零件功率都达到了94%,体积重量二者基本雷同)。工频与高频UPS的典范电路框图如图1所示,此间图(a)为高频UPS的典范电路框图，图(b)为工频UPS的典范电路框图，图(c)为高频或工频UPS选用节能操控时逆变器选用中性点组成变压器NFT输出的电路框图。

随着电脑应用领域的增多,各个领域又都各有自己的特点,因此对雷同UPS的请求也各不雷同,而作为大众装备的雷同UPS则有需要具备统统这些功能。一路,即使对同一个领域,由于赓续展开的需要,对UPS的请求也愈来愈多,这就使雷同UPS的电路愈来愈紊乱,所用东西愈来愈多、成本愈来愈高、补缀颐养愈来愈紊乱、靠得住性愈来愈差。

为了进步UPS的靠得住性,又需要增多各类掩护电路,或选用冗余并联事情办法。这类滚雪球式的展开办法招致雷同UPS的生产掩护技巧的难度和出价钱格指数增加,使同样平常中小型用户难以蒙受,重大影响了雷同UPS的进一步推行应用。当这类对峙展开到一定程度时,必定会激发一场UPS的技巧变更。

后面现已说过,由于其时雷同UPS的功能目标现已达到了恰当高的程度,一路电路的紊乱程度,也现已达到了极限,以是再想用UPS自己的技巧进步其功能,比方减小消耗进步功率,现已没有若干空间了,有需要另想前途,这个前途便是应用负载侧电脑自己的高频开关电源成UPS。

2 其时电脑的功能与开关电源的典范电路框图

其时的电脑功能比20年前又有了显著的进步,当市电俄然断电时可以或许推延关机,使机内的数据和信息再也不丢掉,即使不用UPS,也不会使电脑受到损坏。电脑的用电量也大大减少。箱式分体电脑的耗电量现已降到了250～300W,条记本式电脑与由条记本演变进去的一体式电脑的耗电量只需120W。电脑中的直流电源现已全体选用了高频开关电源。高频开关电源出现于20世纪50年月,到70年月开始20kHz改革,90年月改革胜利,这是直流稳压电源展开史上的一个巨大的奔腾,到20世纪末开关电源技巧现已干练,并在电脑电源上得到了普及应用。电脑的供电型式也得到了进步,比方条记本电脑,选用了内部锂电池与内部适配器结合供电办法,组成为了一个大略有用的单体机UPS供电办法。这就为本文后面提出的应用电脑自己的高频开关电源制成UPS发清楚明了前提。

为了减小低压大电流时路线压降、减小电源毛病的影响范围,进步供电的靠得住性,同样平常在小型电脑中都选用了高频开关电源,具体电路能够不完全雷同,但其基本布局与组成是大抵同样的,其典范电路框图如图2所示。它主要由抗*滤波器、高频整流器(PFC)和电容平滑滤波器三种电路组成的市电侧整流滤波器,和由PWM高频逆变器、高频稳压隔绝变压器、高频整流器、高频滤触及操控电路组成的高频DC/DC更换器两大部分组成的,输出低压直流电压为± U 01 =±12V;± U 02 =±5V;± U 03 =±3V,供电脑内部电路应用。准许输出市电电压的变更范围为165～270V,输出电压的平稳度为0.6%～1%。一路由图2也可以或许看出,高频开关电源的电能更换程式与图1所示的工频与高频雷同UPS是基本雷同的,这也为用高频开关电源制成UPS的新思绪打下了基础。

3 雷同UPS的供电办法及存在的缺点

雷同UPS包括工频UPS与高频UPS两种机型,用市电对电脑供电的典范办法多选用会合供电办法。以图3所示的高频UPS为例,用图1及图2可以或许画出它的会合供电办法如图4所示。细心肠对这类会合供电办法停止分析可以或许发明,它存在有很多的缺点:

①后面现已说过,高频开关电源对电能的更换办法与高频UPS对电能的更换办法是雷同的,因此这类UPS会合供电办法使电能的更换次数增多了一倍,以是满载开关消耗也增加了一倍,使全体供电系统的功率低落。一路还需要专用的场合与专人停止掩护。假设高频UPS的功率为 η UPS ，高频开关电源的功率为 η S ，则全体供电系统的功率为η ,则

η = η UPS · η S

②增大了对市电电源的净化和*,假设高频UPS的净化和*为d UPS ,开关电源的净化和*为d S ,则全体系统的净化和*为d,则

d=d UPS ·d S

③可以或许使系统的负载减小,假设高频UPS的负载率为a UPS ,高频开关电源的负载率为a S ,则全体供电系统的负载率为a,则

a=a UPS ·a S

系统负载率的减小可以或许使供电系统的功率低落,如图5所示,也可以或许是市电输出电流的THDi增大,如图6所示,因此对市电的净化程度也增大了。

                               

                           

④使供电系统的靠得住性低落,假设高频UPS的靠得住性为b UPS ,高频开关电源的靠得住性为b S ,则全体供电系统的靠得住性为b,则

b=b UPS ·b S

⑤使供电系统的出资费和补缀费增大,假设高频UPS的出资费和补缀费为c UPS ,高频开关电源的出资费和补缀费为c S ,则全体供电系统的出资费和补缀费为c,则

c=c UPS ·c S

⑥应用不方便利,无益于供电系统的配电装配。

由于实在需要用UPS供电的电气装备如电脑等,所占的份额不太多,而不需要UPS供电的电气装备所占的份额却很多。假如把这些装备混适用UPS会合供电,将会构成出资摧残浪费蹂躏,假如把二者分开,分别用UPS与市电供电,将会使配电装配艰苦,应用也很不方便利。

⑦一旦高频UPS出成绩或停止补缀,统统电气装备就得不到UPS供电,一路会合供电还存在“零地电压”成绩。

⑧为了增大供电系统的靠得住性,又要选用多台UPS冗余并联供电,如许只管增加了靠得住性,但也增加了出资,低落了负载率,增加了运行消耗,低落了功率,很不经济。

⑨占地面积大,铅酸蓄电池也对情况有净化。

⑩高频UPS的开关频率如今只能达到20kHz,进一步高频化甚为艰苦。

其时大功率高频UPS尚不方便选用容量密度高、单元体积电压高、不含镉、铅、汞,没有净化的锂电池。

后面现已说过,其时大功率雷同UPS随着应用领域的增多,应勤奋能的扩大和必备功能的增多,使电路愈来愈紊乱,价钱愈来愈高,一路它的这类会合供电办法又存在着较多的缺点,因此必定会惹起一场盼望转变这类近况的UPS变更,并找出一种经济实惠、应用敏锐方便的UPS供电办法。

4 UPS的变更与自立散漫供电办法

UPS变更的用意有两个:一是把UPS的功能从雷同UPS移到电脑的高频开关电源上;二是将传统的UPS会合供电办法改酿成自立散漫供电办法。

其时实现这两个变更目标的根据,是根据如下三项技巧结果:

①其时电脑用的高频开关电源电路,现已具备了除不克不及实现当市电中断时可以或许独登时继承向电脑停止直流供电的功能以外(由于在高频开关电源中,没有接入储能蓄电池组),已具备了UPS的统统功能。比方用图2所示的由抗*滤波器、高频整流器(PFC)、PWM高频逆变器、高频变压器和高频整流器组成的高频开关电源的电路框图,与图3所示的高频UPS电路停止比拟可以或许发明,它们的电路组成、电能更换流程和更换办法是完全雷同的,因此它们所具备的响应功能也是雷同的。即电脑中的高频开关电源也具备了UPS的功能。只需在高频整流器(PFC)与PWM高频逆变器之间接入一组储能蓄电池,就可以或许组成一个功能优良的高频UPS。

②由于其时电脑功能的进步和技巧的进步,用电量大大低落,比方一体式电脑的耗电量现已降到120W,因此电脑的高频开关电源式UPS,可以或许选用容量密度高、单元体积电压高、不含镉、铅、汞,净化小、寿命长、不需要掩护的锂离子电池