全國(guó)熱線：010-62104249
地址：北京市密云區(qū)高嶺鎮(zhèn)政府辦公樓
王經(jīng)理 13393261468
Q Q：514468705/1049705527
郵箱：jhcxkj@163.com
摘 要:介紹了一種新型高頻開(kāi)關(guān)電源式不間斷電源的構(gòu)成原理與優(yōu)點(diǎn),它也代表了不間斷電源技術(shù)的發(fā)展方向。
③當(dāng)今技術(shù)相當(dāng)成熟的電力工業(yè),由于普遍采用了信息化管理、智能化供電的電網(wǎng)調(diào)度技術(shù),以及在市電系統(tǒng)中采用了ATS開(kāi)關(guān),在雙路市電輸入電源之間自動(dòng)切投調(diào)控操作的保護(hù)性設(shè)計(jì)方案,在市電輸入供電系統(tǒng)中,發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間停電故障的幾率很少,一般事故的停電時(shí)間為3～10s。
以上所述的三項(xiàng)技術(shù)成就,都為電腦開(kāi)關(guān)電源式UPS的生成和實(shí)現(xiàn)UPS自主分散供電方式創(chuàng)造了條件。所謂自主分散供電方式,是指各個(gè)電腦只用專為自己生產(chǎn)配套的高頻開(kāi)關(guān)式UPS,不與其他電腦共用一個(gè)UPS。
根據(jù)上述三項(xiàng)技術(shù)成就,就可以得到UPS改革的方法,這個(gè)方法其實(shí)很簡(jiǎn)單,就是在如圖2所示的高頻開(kāi)關(guān)電源的典型電路框圖中,設(shè)法在高頻整流器(PFC)與PWM高頻逆變器之間加入一組儲(chǔ)能鋰電池,就可以變成高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS,其電路框圖如圖7和圖8所示。
其中圖7所示為專用于分體式電腦的。圖8所示為專用于一體式電腦。因?yàn)橐话悻F(xiàn)有的小容量鋰電池組的電壓都比較低,所以必須用Buck DC/DC變換器,使高頻整流器(PFC)的直流輸出電壓與鋰電池組的直流電壓相匹配,以利于鋰電池組充電。由抗*濾波器、高頻整流器(PFC)、Buck變換器組成的電路,由于是高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS電路的一個(gè)組成部分,其作用主要是與后面的電路共同完成UPS功能,其次才是對(duì)鋰電池組充電,所以叫適配器,不叫充電器,一般把它制成獨(dú)立電器作為電腦的一個(gè)附件使用。
采用高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS,對(duì)電腦進(jìn)行自主分散式供電的電力系統(tǒng)如圖9所示,所謂高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS對(duì)電腦進(jìn)行自主分散式供電,是指 N 臺(tái)電腦采用自身專用的高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS,一對(duì)一的向電腦供電,都直接接到市電電源上進(jìn)行工作的一種供電方式。這種供電方式與圖4所示的集中供電方式比較有很多優(yōu)點(diǎn)。
5 高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS及其自主分散式供電的優(yōu)點(diǎn)
高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS,是在高頻開(kāi)關(guān)電源電路中,加入了儲(chǔ)能鋰電池構(gòu)成的,因此這種UPS既具有UPS功能,也具有高頻開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)特點(diǎn)。把 N 臺(tái)用這種UPS一對(duì)一的自身供電的電腦再接入到市電電源上,就構(gòu)成了自主分散式供電方式。這種UPS及其自主分散式供電方式具有很多優(yōu)點(diǎn):
(1)高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的優(yōu)點(diǎn)
①利用已經(jīng)成熟的高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù),可以采用價(jià)格低廉、開(kāi)關(guān)速度快、損耗小、開(kāi)關(guān)頻率
高的低壓MOSFET管作開(kāi)關(guān),把ZVS或ZCS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用到UPS中,使UPS的開(kāi)關(guān)頻率可以提高到40～100kHz以上,為UPS進(jìn)一步的高頻化創(chuàng)造了條件;
②由于這種UPS可以進(jìn)一步高頻化,所以更有利于把UPS的市電輸入功率因數(shù)提高到接近于1,可以更有利于把市電輸入電流的THDi減小到1%以下,使UPS對(duì)市電電源的諧波污染減小到接近于零;
③當(dāng)電腦工作時(shí),高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的負(fù)載率大致保持在100%不變,故對(duì)它的效率、市電輸入功率因數(shù)和市電輸入電流的THDi沒(méi)有影響,這就可以使高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的工作效率保持在最高點(diǎn)運(yùn)行;
④現(xiàn)代電腦本身都具有市電斷電時(shí)保護(hù)電腦的數(shù)據(jù)及信息資料不丟失的功能,和不使電腦遭到破壞的保護(hù)功能,故對(duì)一般家用電腦或不重要場(chǎng)合應(yīng)用的電腦,可以不用UPS電源供電,只有對(duì)重要場(chǎng)合應(yīng)用的電腦,才用UPS供電。處于這種考慮,可以在電腦機(jī)盒上設(shè)置一個(gè)電池插座,把電池作為一個(gè)附件,對(duì)不需要UPS供電的用戶可以不提供電池,靈活方便;
⑤高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的生產(chǎn)成本較低,只在高頻開(kāi)關(guān)電源中多一組鋰電池,因此售價(jià)較低,一般小型用戶或家庭都買得起。而且這種UPS的體積小,裝在電腦機(jī)盒中就可以了,不必另行設(shè)置安裝空間;
⑥由于采用的是容量密度大、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染的鋰電池,故可以在任何環(huán)境條件下應(yīng)用,而且
也不需要進(jìn)行復(fù)雜的維護(hù)修理。
(2)高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS自主分散式供電的優(yōu)點(diǎn)
①因?yàn)殡娔X使用自身的專用高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS一對(duì)一供電,所以供電系統(tǒng)的效率就等于高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的效率,而高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的電能沒(méi)有重復(fù)或多余的變換,故效率較高。
②系統(tǒng)的負(fù)載率等于高頻開(kāi)關(guān)電源UPS的負(fù)載率,其值接近100%,故系統(tǒng)的負(fù)載率對(duì)系統(tǒng)效
率、市電輸入功率因數(shù)和市電輸入電流的THDi都沒(méi)有影響。
③系統(tǒng)的可靠性等于高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的可靠性,不再受集中供電UPS的影響,故可靠性比
圖4所示的集中供電方式要高,而且也不存在“零地電壓”問(wèn)題。
④沒(méi)有了高頻與工頻機(jī)型UPS昂貴的投資和維護(hù)費(fèi)。
⑤因?yàn)槭怯米陨淼膶Ｓ酶哳l開(kāi)關(guān)電源式UPS一對(duì)一的供電,故不會(huì)也不可能使電腦與不需要用UPS供電的其他用電設(shè)備混合接在UPS上供電的現(xiàn)象,使UPS的電能利用率為100%,使用方便。
⑥不存在也不可能存在多臺(tái)UPS冗余并聯(lián)供電的方式,故比圖4所示的集中供電方式的負(fù)載率要高。
⑦占地面積比集中供電方式小,沒(méi)有鉛酸蓄電池對(duì)環(huán)境的污染。
⑧每一臺(tái)高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS,都可以采用光能電池做為家用電腦的UPS應(yīng)用。光能電池,是一種用光能自動(dòng)充電的電池,它是用鋁錳單晶硅為原料,利用航空技術(shù)瞬間把光能轉(zhuǎn)換成電能的一種自動(dòng)充電電池。只需用太陽(yáng)光照射兩小時(shí)或者用燈光照射三小時(shí)就可以把電池充滿,不用接市電電源充電,不腐蝕、不流液,可以反復(fù)充電80次左右。利用這種電池的UPS白天可以接市電電源上機(jī),在陽(yáng)光下面邊充電邊上機(jī)十分節(jié)能環(huán)保。一旦市電斷電,電腦仍然可以工作,達(dá)到了UPS的效果。光能電池家用電腦用UPS電源的電路,是由圖8所示高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS電路的基礎(chǔ)上,把鋰電池?fù)Q成光能電池構(gòu)成的,如圖8的中部下方所示。
6 用互動(dòng)式UPS來(lái)延長(zhǎng)供電時(shí)間
對(duì)于某些企業(yè)、銀行、醫(yī)院、政府或科研部門,為了延長(zhǎng)UPS的供電時(shí)間,可以選用電路簡(jiǎn)單、成本低、效率高的互動(dòng)式UPS,其電路如圖10所示。它是由一個(gè)三相半橋式逆變器構(gòu)成的、處于熱備用狀態(tài)的UPS。當(dāng)市電正常時(shí),逆變器工作在整流狀態(tài)給蓄電池充電,UPS處于熱備用狀態(tài),負(fù)載由市電電源供電。當(dāng)市電中斷時(shí),逆變器工作在逆變狀態(tài),由蓄電池放電繼續(xù)向負(fù)載供電,此時(shí)輸入開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)以防止UPS向市電反向饋電。
互動(dòng)式UPS具有如下特點(diǎn):
①三相半橋式逆變器接在輸出端,處于熱備用狀態(tài);
②輸出能力強(qiáng),電流峰值系數(shù)高,過(guò)載能力強(qiáng);
③市電輸入功率因數(shù)和輸入電流的THDi取決于負(fù)載;
④UPS的效率可以高達(dá)98%;
⑤由于輸入開(kāi)關(guān)具有20～300ms的斷開(kāi)時(shí)間,所以UPS的切換時(shí)間不等于零。對(duì)于具有高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS的電腦或一般電腦來(lái)說(shuō)是沒(méi)有影響的。例如一般現(xiàn)代電腦也都有大于1秒的延滯關(guān)機(jī)保護(hù)時(shí)間,300ms的切換時(shí)間不會(huì)使電腦遭到破壞;
⑥電路簡(jiǎn)單、成本低,供電可靠性高。
7 結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)代高頻UPS和平衡電感式24相自耦變壓器工頻整流器UPS(也包括多脈波自耦變壓整流和U d -PWM控制的工頻整流器UPS)被認(rèn)為是當(dāng)代UPS的發(fā)展方向。但仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn),這些高頻與工頻機(jī)型UPS的構(gòu)成本身和它們的供電方式都存在著很多缺點(diǎn),如電能變換次數(shù)增加了一倍。開(kāi)關(guān)損耗也成倍增加,運(yùn)行中負(fù)載率低也影響輸入功率因數(shù)與變換效率的提高,降低了供電的可靠性,使節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)不能充分發(fā)揮,需要專用的場(chǎng)所與專門的維護(hù)人員,價(jià)格貴、有污染等,故不是性能最好的UPS。
本文提出的采用高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS才是最好的UPS,采用高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS及其自主分散式供電方式,才是今后UPS的發(fā)展方向。這種供電方式,只是把電腦中的高頻開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行了簡(jiǎn)單的改造:加入了一個(gè)Buck DC/DC變換器,一個(gè)鋰電池組,在電腦生產(chǎn)廠就可以完成。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、效率高、可靠性高、無(wú)污染、不需要專用場(chǎng)所與專用維護(hù)人員等優(yōu)點(diǎn),所以一般小型用戶或家庭都買得起、用的起。使UPS的應(yīng)用得到了最大限度的普及,也使電腦的可靠工作得到了進(jìn)一步提高?？梢灶A(yù)計(jì)UPS的這個(gè)新思路是會(huì)得到廣大用戶歡迎的。再過(guò)幾年,一般沒(méi)有特殊要求的大多數(shù)用戶一定都會(huì)采用這種價(jià)格便宜、可靠性高、不需要專用場(chǎng)地、不需要維護(hù)、效率高、無(wú)污染、使用方便、可以自主分散式供電的高頻開(kāi)關(guān)電源式UPS，不會(huì)再用工頻或高頻機(jī)型UPS了。
