簡介 市場上具有不同類型的UPS，其特性也千差萬別，這就給數據中心行業造成了很大的混亂。例如，目前人們普遍認為只有兩種類型的UPS 系統，即后備式UPS和在線式UPS。這兩個常用術語并不能正確地描述現有的各種UPS系統。在正確地了解不同類型的UPS拓撲結構后，就可以消除有關 UPS系統的眾多錯誤觀點。UPS拓撲結構指的是UPS設計的基本特征。通常，不同廠商生產的機型在設計或拓撲結構上大同小異，但在性能特性方面卻相差很大。 本文考察了常用的設計方法，并簡要介紹了每種拓撲結構的工作原理。這些信息將有助于您正確地識別和比較不同的系統。 UPS類型 目前有多種方法來設計UPS系統，不同方法設計的UPS有截然不同的性能特點。常用的設計方案如下所示： ?后備式 ?在線互動式 ?后備式-鐵磁共振式 ?雙轉換在線式 ?Delta轉換在線式 后備式UPS 后 備式UPS是用于個人計算機的常見的類型。在圖所示的結構圖中，轉換開關設置為選擇濾波后的交流輸入作為主電源（圖中實線路徑），一旦主電源出現故障， 就會切換到電池/逆變器作為備用電源。一旦發生這種情況，轉換開關必須進行操作，將負載切換到電池/逆變器備用電源上（圖中虛線路徑）。逆變器只在電源出 現故障時才啟動，因此稱作"后備式"。這種設計的主要優點是效率高、尺寸小和成本低。如果采用適宜的濾波電路和浪涌保護電路，這些系統還可以提供適當的噪 聲過濾和浪涌抑制功能。 在線互動式UPS 圖所示的在線互動式UPS是用于小企業、網站、部門服務器的常見的設計。在此設計方案中，電池到交流電源的轉換器（逆變器）始終連接到UPS的輸出端。如果在輸入交流電源正常時反向操作逆變器，就會給電池充電。 一旦輸入電源出現故障，轉換開關就會打開，并通過電池向UPS輸出端供電。與后備式UPS拓撲結構相比，由于逆變器始終打開且與輸出端保持連接，這種設計進一步增強了濾波效果，并降低了轉換瞬態過電壓。 另 外，在線互動式設計方案通常會加入一個分接頭轉換變壓器。這樣，當輸入電壓發生變化時，通過調整變壓器分接頭可以更好地調節電壓。在電壓較低的情況下，電 壓調節是一項重要功能，否則UPS將轉換到電池并終無法供電。由于這種情況而頻繁地使用電池可能會導致電池過早損壞。然而，也可以按如下方式設計逆變 器，即當它出現故障時，仍然允許電源從交流輸入流向輸出，這樣，就消除了發生單點故障的可能性，并有效地提供兩條獨立的電源路徑。這種UPS設計方案具有 效率高、體積小、成本低和可靠性高的特點，并可校正過低或過高的市電電壓，因此在功率范圍0.5-5kVA的應用領域中占優勢。 后備式-鐵磁共振式UPS 后備式-鐵磁共振式UPS曾經是功率范圍3-15kVA的應用領域中使用廣泛的UPS類型。此設計依賴于一個特殊的飽 和變壓器，該變壓器具有三個線圈（電源連接）。主電源路徑通過交流輸入電源、轉換開關和變壓器，連接輸出端。當電源出現故障時，轉換開關將打開，逆變 器輸出將向負載供電。 鐵磁共振設計方案中，逆變器處于后備式模式，當輸入電源出現故障且轉換開關打開時，逆變器才被激活。這種變壓器具有 特殊的"鐵磁共振"功能，它能夠提供有限的電壓調節和輸出波形"修整"功能。鐵磁共振變壓器提供的對交流電源瞬態過電壓的保護與任何濾波器一樣，甚至更好。但鐵磁共振變壓器本身會產生嚴重的輸出電壓失真和瞬態過電壓，這可能造成比交流電源連接不當更嚴重的后果。即使這種UPS被設計為后備式UPS，鐵磁 共振變壓器也會由于其本身的低效率而產生大量的熱量。另外，這些變壓器比常規的隔離變壓器體積大，因此后備式-鐵磁共振式UPS通常非常龐大和笨重。 后備式-鐵磁共振式UPS系統常被視為在線裝置，即使該類設備具有轉換開關，逆變器在后備式模式下工作，并且在交流電源出現故障時表現出了轉換特征。圖3說明了后備式-鐵磁共振拓撲結構。 后 備式-鐵磁共振式UPS系統不再普遍使用的主要原因是在承載現代計算機電源負載時，這種系統很不穩定。所有大型服務器和路由器均使用"功率因數校正"電 源，這類電源從市電中只獲取正弦電流（非常類似于白熾燈泡）。獲取這種平穩電流是通過電容器（"獲得"適用電壓的設備）實現的，鐵磁共振UPS系統采用重 型的鐵芯變壓器，這些變壓器具有電感式特性，即電流"滯后于"電壓。這兩種裝置組合起來就形成了"儲能"電路。儲能電路中的共振可能會產生高電流，而這種 電流會危及所連接的負載的安全。 雙轉換在線式UPS 這是10kVA以上功率范圍的電源常用的UPS類型。在圖所示的雙轉換在線式UPS的結構圖中，除了主電源路徑是逆變器（而非交流主電源）外，其余與后備式設計相同。 在雙轉換在線式設計中，輸入交流電發生故障并不會激活轉換開關，因為輸入交流電一直在給備用電池充電，而由備用電池向輸出逆變器供電。所以，在輸入交流電源出現故障時，無需時間進行在線運行狀態轉換。在這一設計中，整流器和逆變器將轉換全部的負載功率。 這種UPS提供了非常理想的供電輸出性能。但功率部件的持續工作，與其它設計方案相比，其降低了可靠性。此外，大型電池充電器獲得的輸入電源通常是非線性的，可能對建筑供電系統產生干擾或導致備用發電機發生故。 Delta轉換在線式UPS 圖 所示的UPS設計是一種較新的設計，這種十年前引入的技術，它克服了雙轉換在線式設計的缺點，適用于功率范圍5kVA到1.6MW的應用領域。與雙轉換在 線式設計相似，Delta轉換在線式UPS始終由逆變器提供負載電壓。然而，附加的Delta轉換器也向逆變器輸出供電。在交流電源出現故障或受到干擾的 情況下，這種設計所表現出的行為與雙轉換在線式設計相同。 了解Delta轉換拓撲結構能量效率的一種簡單方法是考察從大樓的第4層向第5層運送包裹時所需的能量，如圖所示。Delta轉換技術運送包裹所經過的路 程只是起點與終點之間的差異量(Delta)，因而大大節省了能量。雙轉換在線式UPS將交流電源轉換為直流，然后又從直流電能轉換為交流；而Delta 轉換器將功率差值從輸入移到輸出。 在Delta轉換在線式設計中，Delta轉換器具有雙重作用。一個作用是控制輸入電力特性。運行時，它的輸入端獲取的電力呈正弦波形，從而大程度地 減少反饋到市電上的諧波。這就確保了市電和發電機系統的兼容性，同時減少了配電系統中的發熱和系統損耗。Delta轉換器的二個作用是控制輸入電流來為 電池系統充電提供控制。 Delta轉換在線式UPS提供了與雙轉換在線式設計相同的輸出特性。然而，這兩種設計的輸入特性通常并不相 同。Delta轉換在線式設計提供了動態控制的、功率因數校正的輸入，而不會出現傳統解決方案低效利用濾波器組的問題。它很大的優點是能量損失大為降低。 此外，輸入功率控制功能也使得UPS能夠與所有發電機組兼容，從而減少對線纜和發電機的超選型。Delta轉換在線式技術是目前一種受保護的核心 UPS技術，因此大量的UPS供應商還無法應用該技術。 在穩定的狀態下，與雙轉換設計相比，Delta轉換器使得UPS能夠以高得多的效率向負載供電。 UPS類型總結 下表介紹了不同UPS類型的部分特征。UPS的某些特性（如效率）是由您選擇的UPS類型決定的。由于技術應用和生產質量對于例等特性影響更大，如可靠性，因此，除了考慮這些設計特性之外，還必須對以下因素進行評估。 結論 不同類型的UPS適合不同的用途，沒有一種類型的UPS適合所有的應用領域。本文的目的是比較目前市場上不同UPS拓撲結構的優點和缺點。 UPS設計方面的重大差異針對不同目標提供了理論上和實際應用方面的優勢。而且，基本的設計實施質量和制造質量對于客戶在實際應用中所獲得的性能起著決定性作用。
