UPS用于保护敏感电子设备免受电压波动或断电造成的损坏

UPS 的实用性

如上所述，UPS是在停电或电力不足时提供应急电源的设备。它们用于保护敏感电子设备免受电压波动或断电造成的损坏。在有市电的情况下，UPS 将交流电转换为直流电，并存储在电池中。如果发生停电，UPS 使用电池中存储的能量为连接的设备供电，然后将直流电转换为交流电。UPS 有不同的尺寸和电容量。通过使用 UPS，可以保护敏感电子设备免受轻微到严重的电压波动或突然断电的影响。它们还允许设备在断电时继续运行。这对于无法中断的活动尤其重要，例如服务器、安全系统、

通过设备保护，UPS 有助于降低修复因电压波动或断电而损坏的电子设备的成本。大多数配备 UPS 的设备可能是个人计算机。断电会导致您的计算机关闭或崩溃，从而导致有价值的工作和数据丢失或删除，造成难以想象的损失。如果在执行写入操作时发生干扰，整个硬盘可能会被损坏。对于企业来说，存储在计算机上的敏感数据和文档通常比包含它们的硬件具有更大的价值。尽管当今的个人计算机具有很高的可靠性，但它们仍然容易受到电源电压波动和下降的影响。尽管当今的技术已经取得了显着的成果，

静态不间断电源

UPS 通常会纠正高电压和低电压事件，例如尖峰和电压骤降。因此，为了对您的设备实施保护，您需要足够的保护，以保证即使在断电的情况下也能正常运行。通过安装足够的 UPS，可以保护设备免受电气干扰带来的危险影响。当发生长时间停电时，UPS能够提供足够时间的电力来保存数据并有序关闭应用程序，从而消除中断的影响。一旦进行了维护，设备就可以关闭，因为根据其特定的电容量，电池的自主权是有限的。通常，UPS 提供大约 10 或 15 分钟的备用电源。

由于 UPS 在长时间停电期间仅提供有限的电力，因此用户应采取一些预防措施，在 UPS 不再为其设备提供电力之前防止数据丢失。的 UPS 型号具有通信端口，可实现与受保护设备的逻辑连接。静态 UPS 使用电力电子器件而不是电动发电机为负载提供电能。目前大多数 UPS 都是这种类型。UPS 的总体结构如图 1 所示。 一种广泛使用的 UPS 类型称为“双转换”，其特点在于输入和输出从不直接接触，这是因为它们执行两种工作。转换，从交流电到直流电，反之亦然。在中间点。

有时，此类 UPS 配备的变压器也具有隔离功能。通过这种类型的操作，电源在市电和电池之间传递时不存在延迟时间。另一种运行模式被定义为“离线”，即逆变器仅在市电电压出现故障时运行。显然，管理系统所需的能量比前一个要少，但在这种情况下，能量源的变化需要几毫秒的延迟期，在此期间负载与所有能量源断开。

图 1：UPS 的总体结构。

如今，用于双转换 UPS 设计的组件类型有很多种。初使用的是 IGBT，但目前碳化硅(SiC) MOSFET 在效率、功率密度和成本效益方面远远超过硅，且功率损耗较低。通常，开关频率等于或大于 25 kHz，以避免产生任何可听见的烦人的声音。

AC转DC的转换过程在之前的文章中已经介绍过，这里就不再重复了。UPS 的功能不仅涉及能源的转换和供应，不幸的是，还涉及在存在干扰因素时的管理。通常，由于存在改变其实质特性的不良影响，电力质量会降低。这些干扰可能是电压峰值和电压骤降、谐波的存在以及电源线中的噪声。幸运的是，这些意外事件的持续时间很短，并且要么是人性（附近其他设备的操作），要么是自然现象（闪电或放电）。现在让我们深入研究两种常见类型的 UPS，即离线 UPS 和在线（或双转换）UPS。

离线式不间断电源

这种类型的 UPS 用于低功率（参见图 2 中的总图）。在存在电源电压的情况下，负载通过静态开关供电，并配备滤波器以减少任何电源干扰。同时，AC/DC 转换器为电池充电。因此，输出电流实际上与输入电流相同。然而，当市电电压出现故障时，负载由带有逆变器的电池供电。这种模式的 UPS 可以让您获得简单、小型且经济的设备。然而，它们不能保证输入和输出之间有足够的隔离，而且开关时间通常相当长，因此负载在数十毫秒内保持断电状态。

图2：离线式UPS的总图

双转换在线式UPS

双转换 UPS 比以前的 UPS 更加复杂（参见图 3 中的总图）。在有电源电压的情况下运行期间，负载由逆变器供电。在这种情况下，存在双重AC/DC和DC/AC转换。无电时，使用储能电池，DC/AC转换器为负载供电。因此，切换是立即的且没有瞬变，负载受到保护并与整个配电系统隔离。终，性能更好，但成本更高。

图3：双转换UPS的总体方案

以简单的 UPS 电路为起点

图 4 显示了由分立元件制成的小型 UPS 的一般示例。其操作毫不费力，不使用逆变器或电压调节器，并且可以用于为小电流负载供电。在正常操作中，即在有市电的情况下，电池通过电阻器R3充电。交流电压经D1、D2、D3、D4和电解电容器C1组成的电桥进行整流、平压。功率晶体管处于饱和状态，并通过二极管D7为负载供电。此配置旨在稳定中等电流负载的输出电压。当电源电压出现故障时，晶体管不再传导电流。因此，负载由电池供电。在这种配置中，齐纳二极管的选择相当微妙且关键。

图 4：具有分立低功耗组件的简单 UPS 的通用图

图 5 显示了与重要节点相关的图表。我们可以从顶部开始观察以下痕迹：

张图显示了网络中电流流动的逻辑趋势。它出现在模拟的前 3 秒内，然后停电 1 秒，然后电能返回 3 秒并消失 1 秒，依此类推。

第二张图显示了 230 V (RMS) 的交流电源电压。停电期间，电压为 0。

第三张图显示了正常运行和断电期间负载两端的电压。如您所见，停电期间会出现约 0.5 V 的小电压降。

第四张图（也是一张图）显示了流经电池和二极管 D6 的电流。在正常操作期间，在存在电源电压的情况下，电池消耗为零，而是通过电阻器 R3 稍微充电。

图 5：与拟议 UPS 重要节点相关的图表

结论

UPS 无疑是保护敏感电子设备（尤其是其中存储的任何数据和信息）的一项重要投资。选择购买 UPS 时，请务必考虑多项技术和操作因素，以确保它完全满足您的需求。对电力的日益依赖往往需要替代和应急电力系统。评估的一个重要因素是对环境的尊重。事实上，目前UPS还不能用发动机发电机和柴油来制造。技术还在评估使用超级电容器作为能源的解决方案，这可以确保在主电网发生电力中断时获得更好的结果。