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UPS電源工作原理

UPS電源工作原理_上海伍麥電子科技有限公司_UPS電源工作原理

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公　司：上海伍麥電子科技有限公司

發(fā)布時(shí)間：2013年02月22日

有效期：2013年08月24日

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甘鳳娟女士 (經(jīng)理)

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詳細(xì)說(shuō)明

    市電并不是穩(wěn)定的，它存在著很多電能質(zhì)量問(wèn)題，例如電壓浪涌、高壓尖脈沖、暫態(tài)過(guò)電壓、電壓下陷、線路噪聲、頻率偏移、持續(xù)低電壓、供電中斷等。這些質(zhì)量問(wèn)題既可以引起計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán)鎖定、硬件老化等相對(duì)較輕的不良影響，也可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)完全丟失或主板燒毀等較大的事故。所以計(jì)算機(jī)必須采用UPS供電。UPS可以改善市電的供電質(zhì)量，保護(hù)計(jì)算機(jī)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

    UPS是專門(mén)為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一種不間斷電源，UPS離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)也離不開(kāi)UPS。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使得UPS也得到了廣泛的應(yīng)用。

    對(duì)于UPS，按其輸出電壓波形的不同，可以分為交流UPS（AC UPS）和直流UPS（DC UPS），對(duì)于像計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)等直流用電負(fù)載而言，從供電的可靠性、安全性和運(yùn)行效率來(lái)說(shuō)，直流UPS比交流UPS具有更突出的優(yōu)點(diǎn)，諸如電路簡(jiǎn)單、所用元器件少、成本低廉、功耗小、體積重量小、可靠性高、擴(kuò)容簡(jiǎn)單、制造容易、維護(hù)方便等但直流UPS也存在著一些缺點(diǎn)，例如，不能通過(guò)工頻變壓器向線性穩(wěn)壓電源供電，不能帶交流負(fù)載，輸出的大功率直流電壓穩(wěn)壓困難，直流電壓變化困難，市電與負(fù)載之間不能實(shí)現(xiàn)隔離等。雖然直流UPS比交流UPS具有更多的優(yōu)點(diǎn)，但由于歷史原因和傳統(tǒng)觀念的影響，當(dāng)前應(yīng)用較多的仍然是交流UPS。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的增多，每個(gè)領(lǐng)域各有自己與眾不同的特點(diǎn)，因此對(duì)交流UPS的要求也各不相同，而作為公共設(shè)備的交流UPS，則必須具備所有這些功能。同時(shí)，即使對(duì)同一領(lǐng)域，由于不斷發(fā)展的需要，對(duì)UPS的功能要求也越來(lái)越多，這就使交流UPS的電路越來(lái)越復(fù)雜，所用元器件越來(lái)越多，成本越來(lái)越大，維護(hù)越來(lái)越復(fù)雜，體積越來(lái)越大，可靠性越來(lái)越差。為了提高 UPS的可靠性，又需增加各種保護(hù)電路或采用冗余并聯(lián)的工作方式。這種滾雪球式的發(fā)展方式，導(dǎo)致交流UPS的生產(chǎn)維護(hù)技術(shù)的難度和售價(jià)指數(shù)增加。這又使一般中小型用戶難以承受，嚴(yán)重影響了交流UPS的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。當(dāng)這種矛盾發(fā)展到一定程度時(shí)，必然會(huì)引發(fā)一場(chǎng)UPS革命

    1 當(dāng)前UPS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與存在的問(wèn)題

    當(dāng)前UPS電路的結(jié)構(gòu)形式，是由上世紀(jì)70年代UPS開(kāi)發(fā)的初期決定的。那時(shí)的計(jì)算機(jī)采用的是以上頻變壓器為依托的線性電源，同時(shí)又由于交流電動(dòng)機(jī)負(fù)載的存在，因此早期的UPS主要目的是保持工頻交流不中斷為了達(dá)到這個(gè)目的就必須進(jìn)行逆變，于是逆變器就成了UPS中的核心部件UPS性能的改善和功能的提高，都集中表現(xiàn)在逆變器上，因此大家都圍繞著逆變器大做文章，使逆變器成為UPS中電路*復(fù)雜，工藝*復(fù)雜，元器件用得*多，要求又*嚴(yán)格、設(shè)計(jì)制造*困難，體積*大、造價(jià)*高的部件，它占去了UPS整機(jī)成本、體積、重量和功耗的90%以上，成為UPS技術(shù)、功能和制造維護(hù)的難點(diǎn)集中地，當(dāng)然也是UPS故障*多、叮靠性*差的地方。因此，對(duì)UPS革命自然而然地應(yīng)從逆變器人手。也就是說(shuō)要取消逆變器，只有這樣才是對(duì)UPS*徹底的革命。但去掉逆變器在開(kāi)關(guān)電源未普及之前決非易事，它有三大難點(diǎn)不能解決：一是直流電壓不能通過(guò)工頻變壓器向線性穩(wěn)壓電源輸送電能，亦即不能實(shí)現(xiàn)不間斷供電；二是大功率直流穩(wěn)壓困難，計(jì)算機(jī)的多種低壓直流電源采用直流變壓困難；三是市電與計(jì)算機(jī)的電隔離困難。

    高頻開(kāi)關(guān)電源的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，為解決上述三大難點(diǎn)創(chuàng)造了條件高頻開(kāi)關(guān)電源萌芽于20世紀(jì)50年代，到20世紀(jì)70年代完成了20kHzPWM開(kāi)關(guān)電源樣機(jī)，被稱作“20kHz革命”，是直流穩(wěn)壓電源發(fā)展史上的一個(gè)巨大飛躍。到20世紀(jì)末高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在計(jì)算機(jī)電源中的應(yīng)用，為UPS取消逆變器創(chuàng)造了條件，因?yàn)樗鉀Q了直流蓄電池電壓的穩(wěn)壓、變壓和市電與計(jì)算機(jī)之間的隔離問(wèn)題。

    為了減小低壓大電流時(shí)的線路壓降，減小電源故障的影響范圍，提高供電的可靠性，一般在小型計(jì)算機(jī)中都裝有高頻開(kāi)關(guān)電源。這些開(kāi)關(guān)電源的具體線路可能不完全相同，但其基本結(jié)構(gòu)與組成部分是大致一樣的。當(dāng)前，ATX電源已取代早期的AT電源應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中，其原理電路如圖1所示。它主要是由抗干擾濾波、市電側(cè)整流和平滑濾波3種電路組成的市電側(cè)整流濾波電路，以及由高頻逆變、高頻變壓隔離、高頻整流、高頻濾波及控制電路組成的DC/DC變換器兩部分組成的。輸出的低壓直流電壓為±12V，±15V，3.3V，以供計(jì)算機(jī)內(nèi)部電路使用。一般高頻開(kāi)關(guān)電源允許輸人電壓的變化范圍為交流工頻165～275V，直流233.4～388.9V，輸出電壓精度為0.6%～1%。

    從圖1所示的原理框圖可知，ATX開(kāi)關(guān)電源所具有的3種功能對(duì)取消UPS中的逆變器是十分有用的：一是可以輸入工頻交流電壓，也可以輸人233.4～388.9V直流電壓，以保持直流輸出電壓基本不變；二是ATX中的DC/DC變換器具有直流穩(wěn)壓和變壓的功能；三是高頻變壓隔離器中的變壓器具有隔離作用。這3種功能滿足了計(jì)算機(jī)對(duì)UPS的要求，并實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輸人電源的交直兼容，使計(jì)算機(jī)不再一定非要輸人220V工頻電壓。

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