UPS电源结构及原理

拓荒者

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| 2009-03-24 22:42:24楼主

不间断电源UPS能够在市电断电后实现不间断地向计算机供电，因为断电后计算机靠储存在滤波电容中的能量来维持电流，一般仅能持续半个周期(10ms)左右。UPS能够在10ms 之内将蓄电池内的直流电能转变为交流电能重新向计算机供电，这样就实现了对计算机不间断供电，可避免存储器中的数据丢失。

一、UPS的基本结构与原理

图12-6为UPS电源系统的基本结构框图。它是由一套交流+直流充电+交直流逆变装置构成。UPS中的蓄电池在市电正常供电时处于充电状态。一旦市电中断，蓄电池立即将储存的直流电输出给逆变器逆变成交流电供给计算机设备，保持对计算机设备供电的连续性。一般情况下，中小功率后备式UPS靠蓄电池维持供电的时间在10～30min左右。

1．交流滤波调压回路

交流滤波回路主要是对输入的交流电进行滤波净化，去掉电网中的干扰成分。并在一定范围内进行调压。

2．整流充电回路

整流充电回路是将交流整流成直流，经充电电路给蓄电池充电，并向内部提供所需的直流电。

3．蓄电池组电路

在中小型UPS中广泛应用的是M型密封电池，这是一种密封免维护电池。一般每节电池的额定电压可为2V、4V、6V或12V，它们经串并联组成电池组在UPS中使用。

蓄电池的规格容量用安时(Ah)表示，如12V，6Ah／20hR。它表明该电池的输出电压为12V，其标称容量为6Ah。这一指标是指把该电池以20h速率的条件下进行放电（放电电流为

6/20=0.3A），一直放电到电池输出的终了电压为10.5V时，所测量到的总安培小时数。

蓄电池是UPS的重要组成部分，蓄电池性能和质量的好坏直接影响到UPS电源整机的质量，它的成本占整机成本的1／3以上。

4．脉宽调制型(PWM)逆变器及控制电路

在UPS中普遍地采用脉冲宽度调制技术(PWM)来实现直流转变成交流，实现直流转变成交流的电路称为逆变器。逆变器及其控制电路是UPS的核心电路。

对于后备式UPS来说，当市电电压低于170V时，此时其内部的交流稳压电路无法维持正常的220V输出，逆变器启动工作，将蓄电池中储存的直流电转变成交流电。输出波形一般为方波，也有一些UPS输出波形为正弦波。而当市电回升到180V以上时，逆变器停止工作，回到市电供电状态(稳压输出为220V)。

对于在线式UPS来说，逆变器始终处于逆变工作状态。市电供电时，不断地将交流电整流成直流后再逆变成交流输出(输出波形为正弦波)。当市电下降到170V以下时，逆变器将蓄电池储存的直流电逆变成交流电输出。市电上升到180V时，又恢复到市电供电状态。

5．检测报警保护电路

为了确保UPS安全可靠的工作，UPS必须设有完善的检测报警保护电路。一般UPS均设有过流、过压、空载保护，电池电压过低、电池极性和交流极性检测电路，指示灯和喇叭报警电路。

6．智能监控及通讯电路

新型的智能UPS具有与计算机通讯和自动监控功能，UPS监控软件通过接口通讯线路随时监控UPS及供电线路的运行情况，记载并提示掉电情况，自动处理掉电时的数据保存与系统保护。

二、UPS分类及特点

按UPS工作方式分，有后备式和在线式两大类。

1．后备式UPS的特点

1）后备方波输出型

后备方波输出型UPS当市电正常时，市电220V经高频滤波、抗浪涌无源滤波电路和交流稳压电路输送给负载，同时经充电器给蓄电池充电，这时逆变器不工作。当市电断电后，逆变器启动，将电池的直流能量转变为交流(即DC／AC转换)输送给负载，这期间的转换时间主要由继电器的机械跳动时间和逆变器的启动时间决定，一般要求在4～9ms之内完成。后备式UPS允许市电的变化范围一般在180～250V之间，UPS输出的交流电压稳定度在220V±5％以内。

由于后备式UPS的市电供电和逆变供电均采用同一个变压器，所以它的交流输出火线和零线的位置是固定的，用户在接线时必须遵守它们的接线关系。即UPS的交流输入线零线接零线，火线接火线。另外，后备式UPS电源不能进行频繁的启动和关闭操作。一般要求关闭与启动之间的时间间隔10s左右；否则UPS会处于不正常的状态。

由于后备式UPS电源线路简单，易于实现，噪音低，价格便宜，所以在中小型UPS中得到了广泛应用。

2．在线式UPS的特点

在线式UPS，市电正常时，输入的交流电经滤波器将电网中的干扰成分滤掉，然后经整流滤波，给蓄电池组充电，并同时给逆变器提供工作电压。逆变器在调制信号的控制下，又将直流电逆变成稳压稳频的交流电(正弦波)给负载供电。市电不正常或断电时，蓄电池直流能量经逆变器转变成交流电，实现不间断供电。

在线式UPS的特点是无论有无市电，都是由逆变器向负载提供交流电，逆变器始终处于工作状态。因此，它从根本上消除了来自市电的电压波动和干扰，真正实现了对负载无干扰、稳压稳频的供电。一般允许市电输入电压的变化范围为180～250V，输出电压稳定范围在220V±3％以内，频率稳定度在50Hz±1％以内，输出正弦波波形失真系数小于3％。另外，由于它的逆变器始终处于逆变工作状态，所以当市电中断时，由市电切换到蓄电池供电的切换时间为零。

由于在线式UPS的线路复杂，保护功能和扩展功能强，能适应较宽的市电范围和频率范围，供电质量优良，并可以满足带发电机用户要求，所以其价格也相对较贵些。

UPS按电池向负载供电的时间可分为短延时和长延时UPS。短延时UPS一般在市电断电后只能继续供电10～30min，而长延时UPS则可连续供电1h以上，甚至可达8h。

1. AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。

2. DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。

3.控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。

ups使用的蓄电池有12V的，也有2V的。可以用市面上相同电压的蓄电池代替（最好买免维护蓄电池），但要注意大小，能放进去才行，当然接在外面也行，但不美观！