ups电源原理与维修

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1、13.3 UPS 工作原理使用与维修工作原理使用与维修13.3.1 UPS 设备概述设备概述随着计算机的普及信息处理技术的不断发展，当今在通讯系统，信息处理系统，自动 控制系统，交通管理系统，医用控制系统及航空航天、气象金融等。许多部门都已普及应 用了计算机。为了保证计算机的正确、安全运行，我们对供电电源提出了越来越严格的要 求，而 UPS 就是针对这一要求而设计发展普及起来的一种供电系统（Uninterruptible Power System）称为“不间断电源系统”或“不停电供电系统”简称 UPS。现在不间断 电源，在计算机的外围设备中已经从一个不是很受重视的角色迅速演变成为互联网的关键

2、设备及电子商务的保卫者。UPS 作为信息社会的基石，已开始了它新的历史使命，随着国 际互联网时代的到来，对电力供电质量提出了越来越高的要求，无论是整个网络的设备还 是数据传输途径给以端到端的全面保护，都要求配备高质量的不间断电源。 当市电供电出现以下供电质量问题时：（1）电涌。 （2）高压尖峰。 （3）暂态过压。 （4）电 压下陷。 （5）线路燥声。 （6）频率偏移。 （7）持续低压。 （8）市电中断。UPS 将确保输出 以稳定、纯净，不间断的正弦波交流电压，从而使微机系统正常工作。13.3.2 UPS 基本分类及技术特点基本分类及技术特点为解决电网存在一质量问题，人们研制出不同类型的 UPS

3、。尽管 UPS 可按不同方式分 类，但从 UPS 的电路结构和不间断的供电的方式来看，主要有以下四大类： 一后备式。 二在线互动式。 三双变换在线式。 四双变换电压补偿在线式（略） 。1、后备式（图、后备式（图 13-7）自动稳压器Input Ou tput 充电器 AC DC 逆变器 转换开关图 13-7 后备式它是静止式 UPS 的最初形式，应用广泛，技术成熟，一般只用于小功率范围。电路简 单，价格低廉。功能部件 （1）充电器：市电存在时，通过整流对蓄电池进行浮充充电；如果要求长延时，除了 增加蓄电池容量之外，还需相应地加强充电能力和逆变器的散热措施。 （2）逆变器：市电存在时，逆变器不工

4、作，也不输出功率，当市电掉电时，则由逆变 器向负载供电，电压波形有方波、准方波、正弦波等。 （3）输出转换开关：市电存在时，接通市电向负载供电；市电掉电时，断开市电通路，接通逆变器，继续向负载供电。 （4）自动稳压：市电存在时，可粗略稳压及吸收部分电网干扰。 性能特点 当市电存在时市电利用率高，可达成 98%以上。 输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。 输出能力强，对负载电流小组峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的 限制。 输出电压稳定度、精度均差，但能满足一般要求。 当市电掉电时转换时间一般为 4-10ms。 输出转换开关受切换电流能力和动作时间限制，一般后备式 UPS 多

5、在 2kVA 以下。1 1、 在线互动式（图在线互动式（图 13-8） “在线”在含义是逆变器工作，但不输出功率，处于热备份状态，同时兼顾对蓄电池 充电，增大了 UPS 在市电正常时的功率容量，并且减少了市电掉电时的转奂时间，提高了 输出电压的滤波作用，它属于并联功率调整方式，输出功率多在 5kVA 以下。 功能部件Input 自动稳压器输入开关 AC OutputDC-双向逆变器图 13-8 在线互动式 输入开关：市电掉电时，自动断开输入开关，防止敦变器向电网反馈电。 自动稳压器：市电存在时，可粗略稳压及吸收部分电网干扰。 逆变器：此敦变器具有双向变换功能，当市电存在时为整流器，给蓄电池浮置

6、充电； 当市电掉电时为逆变器，由电池供电，保持 UPS 继续输出供电。性能特点 （1）当市电存在时 市电利用率高，可达成 98%以上。 输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。 输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限 制。 输出电压稳定度、精度均差，但满足一般要求。 变换器直接接在输出端，并处于热备份状态，对输出电压尖峰干扰有抑制作用。（2）当市电掉电时 因为输入开关存在断开时间，致使 UPS 输出仍有转换时间，但比后备式要小得多。电路简单、成本低、市电供电时可靠性高。 变换器同时具有充电功能，且其充电能力很强。 如在输入开关与自动稳压器之间串接一电感，当

7、市电掉电时，逆变器可立即向负载供 电，可避免输入开关未断开时，逆变器反馈到电网而出现短路的危险。 这样可使在线互动式的转换时间减少到零，并增加抗干扰能力，但却降低了 UPS 的输 出功率因数。3、双变换在线式（图、双变换在线式（图 1 13-9）Input 静态开关 AC OutputACAC DC ACDC AC图 13-9 双变换在线式传统双变换在线式，特别是大功率 UPS，目前扔多采用这种电路结构，它属于串联功 率传输方式。功能部件 （1）整流器：当市电存在时，实现 DCAC 转换功能，一方面向 DCAC 逆变器提 供能量，同时还向蓄电池充电。该整流器多为可控硅整流器，但也有 IGBT-

8、PWM-DSP 高 频变换新一代整流器。 （2）逆变器：完成 DCAC 转换功能，向输出端提供高质量电能，无论由市电供电 或转由电池供电，其转换时间为零。 （3）静态开关：当逆变器过载或发生故障时，逆变器停止输出，静态开关自动转换， 由市电直接向负载供电。静态开半为智能型大功率无触点开关，转换时间可认为零。 性能特点 不管有无市电，负载的全部功率都由逆变器提供，保证高质量的电力输出。 市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有转换时间。 由于全部负载功率都由逆变器负担，因而 UPS 的输出能力不理想，对负载提出限制条 件，如负载电流峰值因数，过载能力，输出功率因数等。对可控整流器还存在输入功率因数

9、低，无功损耗大，输入谐和波电流对电网产生极大 的污染等缺点。当然，若使用 IGBT-PWM-DSP 整流技术或功率因数校正技术，可把输入 功率提高到接近 1，输入谐波电流也将降到3% 以下。但 12 脉冲整流只能将输入功率因 数做到 0.95 左右。 在市电存在时，串联式的两个变换都承担 100%的负载功率，所以 UPS 整机效率较低：UPS 功率UPS 总效率10kVA80%10100kVA为 85 90%100kVA可达 9092%为了提高双变换在线式 UPS 在市电存在时的节能及运行可靠性，近来有人提出在线式 UPS 的后备运行设想和技术，在电网电压条件较好的地方，在输入电压处于某一种范

10、围内 时（可自行设置） ，当 UPS 本身配置很强的抗干扰电路功能时，通过智能开关，把 UPS 设 置在后备式运行，逆变器空载热备份，对于要求供电质量并不十分苛刻的用户，这可能是 一种可行的方案。 高输入功率因数双变换在线式 UPS 有很大的节以效果，因为当今应用的负载几乎全为 非线性负载，如果负载直接接入电网供电，其输入非正弦峰值电流很大，造成很大的输入 无功损耗。当然接入低输入功率因数双变换在线式 UPS，其输入非正弦峰值电流也将很大， 也会造成很大的输入无功损耗，只不过前者是右面线性负载直接消耗电网的无功功率，机 时后者却是通过 UPS 来消耗电网的无功功率，但高输入功率因数在双变换在线

11、式 UPS 却 能通过能量变换关系，把非线性负载引起的无功损耗降至最低，因而高输入功率因数双变 换在线式 UPS 具有节能效果，这是后备式、在线互动式望尘莫及的。表 132 不同电路结构 UPS 对电网的适应能力UPS 电路结构 电网质量后备式 UPS在线互动式双变换在线式双变换电压 补偿式电压浪涌 power surges无法解决有限解决完全解决完全解决高压尖脉冲 High voltage spikes无法解决有限解决完全解决完全解决暂态过压 Switching transients无法解决有限解决完全解决完全解决电压下陷 Power sage有限解决有限解决完全解决完全解决线路噪声 Ele

12、ctrieal line noise有限解决有限解决完全解决完全解决频率偏移 Frequency variation无法解决无法解决完全解决完全解决持续低压 brwnout完全解决完全解决完全解决完全解决市电中断 Power fail完全解决完全解决完全解决完全解决UPS 技术：技术： 本公司经营理念以“技术”为第一位，集高频化，PFC（功率因数校正）技术、 CPU（微电脑）控制为一体，专案设计出 1-3KVA SP 系列高频化智能超小型 UPS，设计出 具有超宽输入电压及超大功率充电的 5-10KVA AP 系列加强型 UPS。旁 路 I / P 滤波 PFC 整流 逆变 滤波 O/P 充电

13、 Booster DC/DC 图 13-10 捷力 UPS 基本框图由在线式 UPS 架构可知，过去常采用的低频式架构中，内含低频的输入和输出变压器 体积大、重量重、噪声大、效率低，使得 UPS 不仅外观笨重而且造价昂贵，且输出变压器 的存在相当于一电感惯性环节使 UPS 输出动态性受到一定影响。而采用高频化抽设计的 UPS 去掉了笨重的低频输入、输出充压器，使用磁芯高频变压器，使其体积及重量减低， 节省材料成本，提升整机动态性能，更可使 UPS 设计成模组化结构，可靠性获得提升，更 符合电脑轻、薄、短、小的趋势。与传统的低频 UPS 相比，以 1KVA 高频机为例，其体积、 重量分别降为原来

14、的 40%、50%。 由以上比较可知：高频化技术的应用使产品将更小、更安静、更有效率、更为可靠， 这也是 UPS 的必然发展方向。高频 UPS 是“更好、更便宜”的机型，无怪乎欧美市场已 无低频 UPS 的生存空间，而日本更早于 7、8 年前就已走上这条路了。事实上高频 UPS 已 是欧、美、日先进国家的市场主流，我们深信这股潮流很快会席卷中国 UPS 市场。 捷力 SP 系列 UPS 是公司开发的第二代全高频化 UPS，这是公司根据所掌握的先进技术及 世界 UPS 发展趋势所设计的集高频化、PFC、CPU 于一体的 UPS，也是来自台湾的第一家 向大陆市场提供第二代高频化 UPS 的企业。时

15、值一年，行销数千台，已证实了产品在大陆 市场的优越性及广大客户对产品的认可和信赖。同第一代高频机相比，最主要的改革有二 点：（1）采用 PFC 技术的 SPWM 整流电路取代原二极管地中流电路，降低对电网污染提 升输入功率因数。 （2）电路在市电供电时省去一功率变换环节（Booster）使交流供电时 UPS 效率更高、更可靠。 可以计算其效率如下： 第一代：整机效率=整流效率Booster 效率逆变效率 第二代：整机效率=整流效率逆变效率 在 96 年末，可以看到各 UPS 制造商开始转向第二代高频机，而捷力二代机已进入大 陆市场 1 年，其制造工艺技术更趋完善，可靠性更高。 需要说明的是目前还有一种所谓半高频机，它实质是整流及电池部分采用第一代高频机架 构，逆变仍用原低频机架构，它也必然继承了第一代高频机整流电路及低频机逆变电路不 足，作为由低频架构向高频回构的一种过渡而最终会被淘汰。PFC符合绿色电力环保要求，拓展了输入电压范围 PFC（Power Facto