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  電池供電的ups電源(UPS)保護數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療設(shè)施、工廠、電信樞紐甚至家庭中的敏感設(shè)備免受短期電網(wǎng)尖峰和停電影響方面非常重要。在長時間斷電的情況下，可以提供必要的短期電源，以實現(xiàn)準備好的斷電，避免內(nèi)容丟失。

  UPS 一般可以分為“在線式”(Online)或“離線式”(Offline)。在離線 式UPS 中，負載直接連接到電網(wǎng)，當輸入電源出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會切換至電池供電模式——切換過程一般需要大約 10 毫秒才能完成，這限制了離線式UPS在部分應用中的使用 。而在線式 UPS 在負載與電網(wǎng)中間加入逆變電路以及電池充放電電路，無論輸入電源是否正常，逆變器一直處于工作狀態(tài)。因此出現(xiàn)輸入問題時，在線式UPS能夠進行“零中斷”切換，通過電池為負載進行緊急供電。

  模塊化UPS更加受到設(shè)計人員和用戶的青睞，通過并聯(lián)較低功率的UPS以滿足更大用電需求。模塊化UPS能夠快速簡單地拓展現(xiàn)有的UPS系統(tǒng)并且?guī)椭蛻粼诖笠?guī)模系統(tǒng)的建立過程中獲利。

  然而，與任何電源設(shè)計一樣，高效 UPS的設(shè)計 也存在挑戰(zhàn)。需要考慮的一些關(guān)鍵因素包括尺寸、輸入輸出調(diào)節(jié)能力、電池管理和拓撲結(jié)構(gòu)。

  尺寸很重要，尤其是在數(shù)據(jù)中心等空間非常寶貴的應用中。在過去，變壓器一直是UPS中最大的器件之一，但隨著更先進的半導體技術(shù)的出現(xiàn)，高頻開關(guān)電路代替了變壓器，從而節(jié)省空間。一套無變壓器UPS能夠在標準尺寸機柜中為大型數(shù)據(jù)中心提供數(shù)百 kVA的緊急供電。

  在線式 UPS 使用高頻PWM (Pulse Width Modulation)來執(zhí)行雙變換(AC - DC 然后DC-AC)，這能夠解決許多離線式UPS無法處理的輸入質(zhì)量問題，比如低壓過壓和線路噪聲等等，同時減少電池使用次數(shù)，延長電池壽命。

  逆變器決定了 UPS 輸出質(zhì)量，同時也大大影響了 UPS 的整體效率。優(yōu)秀的在線式UPS能夠輸出是近似于市電的高質(zhì)量正弦波，為阻性負載和感性負載供電。。這要求逆變器中的開關(guān)器件 ( IGBT / MOSFET ) 進行高頻工作配合控制算法盡可能減少輸出噪聲以及開關(guān)過程所產(chǎn)生的EMI問題。

  在典型的 UPS 中，多個堆疊的電池組成一個完整的電池包，由電池管理模塊進行充放電管理。為了使電池發(fā)揮最佳性能并延長使用壽命，設(shè)計必須考慮到負載平衡、電壓和電流保護、充放電控制、熱管理、風扇控制、監(jiān)控和通信等問題。

  UPS的硬件設(shè)計中最關(guān)鍵的決定之一是為應用選擇合適的拓撲，從而平衡性能和成本。盡管 兩電平拓撲，如三相半橋，具有簡單的結(jié)構(gòu)和并不復雜的控制算法，但三電平拓撲(T-NPC、A-NPC 或 I-NPC)能夠為更先進的UPS提供更高的效率和更低的損耗和噪聲

  開關(guān)器件的材料也同樣關(guān)鍵，新的寬禁帶 (WBG) 器件，如碳化硅 (SiC)，能夠以更高的開關(guān)頻率和更低的損耗工作，同時減少被動器件的尺寸，從而優(yōu)化UPS的整體設(shè)計。