Mercke蓄电池NXH120-12 NXH系列简介

为了提高UPS的可靠性,又需要增多各种保护电路,或采用冗余并联工作方式。这种滚雪球式的发展方式导致交流UPS的生产维护技术的难度和销售价格指数增加,使一般中小型用户难以承受,严重影响了交流UPS的进一步推广应用。当这种矛盾发展到一定程度时,必然会引发一场UPS的技术改革。

前面已经说过,由于当前交流UPS的性能指标已经达到了相当高的水平,同时电路的复杂程度,也已经达到了极限,所以再想用UPS本身的技术提高其性能,例如减小损耗提高效率,已经没有多少空间了,必须另想出路,这个出路就是利用负载侧电脑自身的高频开关电源成UPS。

2 当前电脑的性能与开关电源的典型电路框图

当前的电脑性能比20年前又有了显著的提高,当市电突然断电时可以延缓关机,使机内的数据和信息不再丢失,即使不用UPS,也不会使电脑遭到破坏。电脑的用电量也大大减少。箱式分体电脑的耗电量已经降到了250～300W,笔记本式电脑与由笔记本演化出来的一体式电脑的耗电量只有120W。电脑中的直流电源已经全部采用了高频开关电源。高频开关电源出现于20世纪50年代,到70年代开始20kHz革命,90年代革命成功,这是直流稳压电源发展史上的一个巨大的飞跃,到20世纪末开关电源技术已经成熟,并在电脑电源上得到了普遍应用。电脑的供电型式也得到了进步,例如笔记本电脑,采用了内部锂电池与外部适配器联合供电方式,形成了一个简单有效的单体机UPS供电方式。这就为本文前面提出的利用电脑自身的高频开关电源制成UPS创造了条件。

为了减小低压大电流时线路压降、减小电源故障的影响范围,提高供电的可靠性,一般在小型电脑中都采用了高频开关电源,具体电路可能不完全相同,但其基本结构与组成是大致一样的,其典型电路框图如图2所示。它主要由抗*滤波器、高频整流器(PFC)和电容平滑滤波器三种电路组成的市电侧整流滤波器,以及由PWM高频逆变器、高频稳压隔离变压器、高频整流器、高频滤波及控制电路组成的高频DC/DC变换器两大部分组成的,输出低压直流电压为± U 01 =±12V;± U 02 =±5V;± U 03 =±3V,供电脑内部电路使用。允许输入市电电压的变化范围为165～270V,输出电压的稳定度为0.6%～1%。同时由图2也可以看出,高频开关电源的电能变换程式与图1所示的工频与高频交流UPS是基本相同的,这也为用高频开关电源制成UPS的新思路打下了基础。

3 交流UPS的供电方式及存在的缺点

交流UPS包括工频UPS与高频UPS两种机型,用市电对电脑供电的典型方式多采用集中供电方式。以图3所示的高频UPS为例,用图1及图2可以画出它的集中供电方式如图4所示。仔细地对这种集中供电方式进行分析可以发现,它存在有很多的缺点:①前面已经说过,高频开关电源对电能的变换方式与高频UPS对电能的变换方式是相同的,因此这种UPS集中供电方式使电能的变换次数增多了一倍,所以满载开关损耗也增加了一倍,使整个供电系统的效率下降。同时还需要专用的场地与专人进行维护。假定高频UPS的效率为 η UPS ，高频开关电源的效率为 η S ，则整个供电系统的效率为η ,则

η = η UPS · η S

②增大了对市电电源的污染和*,假定高频UPS的污染和*为d UPS ,开关电源的污染和*为d S ,则整个系统的污染和*为d,则

d=d UPS ·d S

③可以使系统的负载减小,假定高频UPS的负载率为a UPS ,高频开关电源的负载率为a S ,则整个供电系统的负载率为a,则

a=a UPS ·a S

系统负载率的减小可以使供电系统的效率下降,如图5所示,也可以是市电输入电流的THDi增大,如图6所示,因此对市电的污染程度也增大了。④使供电系统的可靠性下降,假定高频UPS的可靠性为b UPS ,高频开关电源的可靠性为b S ,则整个供电系统的可靠性为b,则

b=b UPS ·b S

⑤使供电系统的投资费和维修费增大,假定高频UPS的投资费和维修费为c UPS ,高频开关电源的投资费和维修费为c S ,则整个供电系统的投资费和维修费为c,则

c=c UPS ·c S

⑥使用不方便,不利于供电系统的配电安装。

因为真正需要用UPS供电的电气设备如电脑等,所占的比例不太多,而不需要UPS供电的电气设备所占的比例却很多。如果把这些设备混合用UPS集中供电,将会造成投资浪费,如果把两者分开,分别用UPS与市电供电,将会使配电安装困难,使用也很不方便。

⑦一旦高频UPS出问题或进行维修,所有电气设备就得不到UPS供电,同时集中供电还存在“零地电压”问题。

⑧为了增大供电系统的可靠性,又要采用多台UPS冗余并联供电,这样虽然增加了可靠性,但也增加了投资,降低了负载率,增加了运行损耗,降低了效率,很不经济。