中小型UPS电源的工作原理及其应用

一、前言

随着计算机的应用普及以及它的高新技术出现，因而对供电的质量也提出了较高的要求：

1．在计算机系统运行期间，电源不能够中断，否则将会导致机器中RAM的数据丢失，严重时造成磁盘盘面和磁头损坏。

2．电网上的一个个干扰源必须排除，否则正在运行的计算机系统将受到干扰和破坏。这些干扰源包括浪涌、下陷、常模尖峰、共模尖峰等。

因此，计算机系统要求有稳定和纯净的输入电源，且电源能够不间断地供电。而中小型UPS电源就扮演了这种角色。本文只讨论使用功率晶体管作为逆变器的UPS不间断电源。

二、UPS的基本工作原理

1．典型的UPS系统框图如图1所示。





它的基本结构是一套将交流市电变为直流电的整流器和充电器，以及把直流电再变为交流电的逆变器，电池在交流电正常供电时贮存能量且维持在一个正常的充电电压上，一旦市电供电中断时，蓄电池立即对逆变器供电以保证UPS电源交流输出电压。下面几种简图示意了UPS的各种工作情况(以在线式UPS电源为例)。

(i)市电在UPS电源所允许的范围内正常供电时，如图2所示，粗线描绘了电源能量的流向。





(ii)主电源故障即市电被切断后，电源将瞬间改由逆变器提供能量，如图3所示。





(iii)在以下情况时，UPS将打开旁路，由主电源直接供电，如图4所示。





a．所带负载过大时；

b．UPS电源内逆变器出现故障时。

2．UPS电源的操作方式。

(i)后备式：当UPS电源处于市电正常供电时，由市电直接向计算机系统提供电源，当市电供电中断时，电池才对逆变器供电，并由UPS电源的逆变器对计算机系统提供交流电源。也就是说，UPS电源的逆变器总是处于对计算机系统提供后备供电的状态。

(ii)在线式：它平时由市电经由整流器，逆变器对计算机系统提供电源。只有当蓄电池放电完毕时，才由内部控制线路发出信号控制自动切换开关，转换成市电供电。因此，对在线式UPS电源而言，在正常情况下它总是由UPS电源的逆变器对微机供电。

(iii)两种方式的比较：由于在线式UPS电源能够避免掉所有由电网而带来的电压波动及干扰影响，其供电质量明显优越于后备式UPS电源，因此其价格也贵得多。

3．UPS电源的输出波形。

在UPS电源中，逆变器把由市电整流滤波后得到的直流电或来自电池的直流电，重新变换成频率非常稳定，输出电压受负载影响很小，波形畸变因数满足负载要求的交流电。为达到这种目．的，普遍采用的是脉冲宽度调制技术即PWM技术。这种方法的原理就是采用宽度和距离不同的一组脉冲来等效市电的正弦波电压。

由于产生UPS电源方波输出的是单脉冲调制法；而用于产生UPS电源正弦波输出的是三角波调制法。以上两种方法的详细原理以后将介绍。

三、UPS电源的各种连接方式

1．单台UPS电源能够供给全部负载，连接图如系统的原理图，连接方法较简单。

2．总负载功率需要二台或更多台UPS电源供给，如图5所示，这种连接方式称作并联无备份方式。





3．二台或二台以上UPS电源其总容量比负载总容量要多，但该系统比负载总容量必须多一台UPS电源的容量，任何一台UPS电源故障时，其余仍能供给全部负载，如图6所示。这种连接方式称作并联有备份方式。





4．整个UPS电源系统出现故障后，市电将UPS电源脱开，直接接通负载，且不影响UPS电源系统的维修，这种线路设计如图7所示。



(i)当UPS电源系统无故障时，维修开关打开，输入、输出开关闭合；

(ii）当UPS电源系统故障时，维修开关闭合，输入、输出开关打开。这样，保证了用电负载的正常工作，而又不影响对UPS电源系统故障的在线维修。

四、UPS电源在使用中注意的事项

1．UPS电源在使用中一般不要满载。一旦满载或超载20％，就会出现烧坏电力晶体管，造成UPS电源在无输入情况下，逆变指示灯闪烁正常。

2．UPS电源是专为计算机及其外部设备以及计算机控制系统而设计的，不要联接在其它电器上使用。

3.一次全负荷放电完毕，按规定要充电10多个小时以上，以确保下一次UPS电源逆变供电时可靠工作。

4．当UPS电源长期不用时，应隔一段时间开机一次，充电完毕后再放电2—3分钟以激活电池，延长电池的使用寿命。

5．不得将uPs电源插头联至任何与UPS电源后部面板所示的电压和频率不同的电源出线上，否则容易损坏UPS电源。

6．不要将UPS电源放置在潮湿和高温之中，更不要暴露在阳光之下。