从UPS电路拓扑看在线式UPS的性能优势
时间：2022/09/18 02:22:43 编辑：
从UPS电路拓扑看在线式UPS的性能优势
从UPS电路拓扑看在线式UPS的性能优势 2011： 银行证券、通信、工业自动化生产线、办公自动化、医疗、甚至物业管理的需要，特别是随着Internet高速发展和信息化、网络化建设步伐的加快，数据安全成为各行业普遍关注的问题，作为计算机和网络等保护神的UPS（Uninterruptible Power System）不间断电源的需求量日益增加。UPS保护计算机等设备不受损坏，更重要是保证数据不丢失。尽管UPS的整体技术性能得到了长足发展，但由于价格因数及不同等级网络的需求不一样，致使当前中国市场上的UPS品牌多达几十种，每个品牌的商家都通过各种媒体广告来宣传自己的UPS的优点。本文根据UPS的电路拓扑，来客观地分析各种UPS的技术性能。
根据UPS的电路拓扑和工作原理，UPS有多种形式，可大致分为三类：后备式、在线互动式、双变换式。设计者根据成本、要达到的性能指标、应用场合决定采用何种方式。
一、后备式UPS
后备式UPS，又称离线式（off line）,新标准IEC62040-3规定为被动后备式（passive standby）。具有Back 或Back up、Standy by等字眼的一般均为后备式UPS。后备机的容量一般在2KVA以下。
后备式UPS运行原理：市电正常时，它向负载提供的电源是对市电电压稍加稳压处理的"低质量"正弦波电源，逆变器不工作，蓄电池由独立的充电器充电。当市电超出规定范围时，负载由继电器转为电池逆变供电。见图1。 若对市电进行了调压AVR（自动电压调节,一般只是变压器简单抽头调压），则负载获得的电压是由市电进行了一定范围的稳压，厂商称为back-AVR UPS。
根据逆变器的输出波形不同，后备式又分为正弦波输出UPS和方波输出UPS。方波UPS不能带日光灯、磁带机等感性负载，感性负载会导致方波的上升沿或下降沿尖峰干扰的峰值急剧增大，容易损坏UPS或负载。但因方波后备式UPS的价格便宜而被广大非重要负载等终端设备及家庭使用。
后备式的技术及产品都较成熟，技术上讲可靠性是最高的。一般采用12VDC/7AH电池一节或两节、推挽工作方式、工频变压器升压、继电器转换。
二、在线互动式UPS
在线互动式UPS在市电正常时，供给负载为改良了的市电，市电故障时，负载完全由电池逆变供电。
1、典型在线互动式
在线互动式UPS在市电正常时，供给负载为改良了的市电，市电故障时，负载完全由电池逆变供电。
在线互动式（line-interactive）UPS中有一个双向变换器（bidirectional converter），既可以当逆变器使用，又可作为充电器。所谓在线是指输入市电正常时逆变器处于热备份状态而作为充电器给电池充电。在线互动式又称线路交叉式、三端口式。为一个典型的在线互动式拓扑。
交流输入端Li-N为第一端口，双向变换器绕组7-8为第二端口，输出电压端Lo-N为第三端口。当输入市电在规定范围内变化时，UPS通过调整变压器的抽头来大致稳定输出电压。当需要进行抽头调整时，首先启动双向变换器处于逆变工作状态，再进行抽头换接，待抽头换接完毕后，停止双向变换器的逆变工作状态，进入充电状态，这时输出由市电供电。
中在桥臂的每个开关管上反并联了二极管，有两个作用：一是功率管截止时续流用，使变压器漏感产生的反电动势有回路；二是这四只二极管又可以组成一个全波整流器，在逆变器S1～S4不工作，市电向负载供电的同时，双向变换器绕组作为主变压器T的次级绕组7-8有电压存在，这个电压经D1～D4整流后向电池组充电。只要电池组不工作，充电过程就一直进行。
在线互动式省掉了后备式UPS的附加充电器，其充电能力要比附加充电器强的多，当要求长延时供电时，无须再增加机外充电设备；如果需要对输入输出进行电气隔离，则可改变压器自偶式为隔离式。这种拓扑与双变换式相比，由于没有经过两次变换，其功率损失明显低于双变换机，因而效率高，可达95%以上；在市电供电时过载能力强可达200%；不带PFC的双变换式由于采用可控硅（或二极管）整流，即使负载为线性负载，也会对市电产生较强的谐波电流，但互动式在带线性负载时不会对市电产生污染。这种拓扑的缺点是：
在市电供电时，输出电压只是幅度有改善，输入的失真、干扰等传递给了输出； 动态性能不好，在输入电压或负载电流突变时，输出电压突变较大，恢复到新稳态所需时间长； 稳压精度较差；对电网适应范围窄，如要提高精度和适应范围，则必须增加变压器抽头数； UPS的输入功率因数由负载决定，如带计算机等整流性负载时，其输入功率因数也只有0。7左右； 当双向变换器作充电器使用时，其充电电压和电流不可控，大大地降低了电池的使用寿命。 2、Delta技术串并联补偿式
电路拓扑采用Delta逆变技术，该拓扑一般用于三相大功率UPS中，这种双变换电路拓扑把交流稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS的主电路拓扑中。在主调压的基础上，再疊加一个可大可