設(shè)計(jì)人員通常使用四種拓?fù)渲粊?lái)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最小功耗，最小功率損耗時(shí)間間隔，最大程度地過(guò)濾電源線瞬變以及降低成本。圖1顯示了UPS的四種拓?fù)洌约懊糠N拓?fù)淙绾胃鶕?jù)這些參數(shù)進(jìn)行比較。并非所有這些拓?fù)涠歼m用于數(shù)據(jù)中心，但此處將其包括在內(nèi)以進(jìn)行比較。

圖1. UPS產(chǎn)品的設(shè)計(jì)拓?fù)?/p>

待機(jī)：由于設(shè)計(jì)除非線路電源中斷才提供電源，所以以最低的成本提供了最高的效率。一個(gè)缺點(diǎn)是，當(dāng)AC線出現(xiàn)故障時(shí)，切換到電池電源的速度最慢。（通常小于0.5 kVA。）

Line Interactive：此配置可使逆變器與負(fù)載保持一致，從而提供良好的效率。與待機(jī)設(shè)計(jì)相比，它還可以更快地切換到電池電源。但是，切換時(shí)間比其他兩種拓?fù)洌p轉(zhuǎn)換在線拓?fù)浜投嗄Ｊ皆诰€拓?fù)洌┑那袚Q時(shí)間要慢。（通常為0.5 kVA至5 kVA。）

雙轉(zhuǎn)換在線：此方法始終為負(fù)載供電，從而消除了交流電源和備用電池電源之間的任何切換時(shí)間延遲。折衷方案是通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)換器會(huì)產(chǎn)生一些功率損耗。（通常大于5 kVA。）

多模式在線：與雙轉(zhuǎn)換拓?fù)湎啾龋送負(fù)浣Y(jié)合了零開(kāi)關(guān)時(shí)間延遲和更少的功率損耗。（通常大于5 kVA。）

選擇最適合您的UPS和其目標(biāo)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)目標(biāo)的拓?fù)洹?/p>

UPS的保護(hù)和電源效率設(shè)計(jì)

無(wú)論選擇哪種拓?fù)洌O(shè)計(jì)人員都應(yīng)包括保護(hù)，控制和傳感解決方案，以確保產(chǎn)品可靠可靠。保護(hù)組件使UPS能夠承受過(guò)載和瞬變。控制組件可以通過(guò)最小化功耗來(lái)最大化效率。感應(yīng)組件可以幫助保護(hù)大功率組件。圖2顯示了具有建議的保護(hù)，控制和感應(yīng)組件的UPS示例。

圖2.具有建議的保護(hù)，控制和感應(yīng)組件的UPS示例

以雙轉(zhuǎn)換在線拓?fù)錇槔瑘D3給出了框圖和表格，其中詳細(xì)列出了每個(gè)電路模塊的推薦組件。

圖3：雙轉(zhuǎn)換在線式UPS的框圖，其中顯示了保護(hù)，控制和感測(cè)組件應(yīng)放置的位置，表格中顯示了建議的組件類(lèi)型

交流輸入

交流輸入直接與交流線路連接，并承受其電流過(guò)載和電壓瞬變。設(shè)計(jì)人員需要保護(hù)該電路和下游電路免受這些損壞條件的影響。對(duì)于大功率電路的過(guò)電流保護(hù)，請(qǐng)考慮使用快速熔斷器以提供出色的保護(hù)。半導(dǎo)體保險(xiǎn)絲可以提供較高的標(biāo)稱(chēng)電流，例如40 A–2000 A，并能快速響應(yīng)過(guò)電流。半導(dǎo)體熔斷器對(duì)短路事件的響應(yīng)速度非常快，從而減少了傳遞給功率半導(dǎo)體器件的潛在有害能量。確保選擇的保險(xiǎn)絲的額定電壓遠(yuǎn)高于交流線路電壓，并且保險(xiǎn)絲具有較高的短路電流中斷額定值，以避免在最壞情況下的過(guò)載情況下無(wú)法斷開(kāi)。還應(yīng)考慮額定滿載電流下保險(xiǎn)絲的額定功率損耗。半導(dǎo)體保險(xiǎn)絲的功率損耗低，有助于提高整體系統(tǒng)效率。

為了防止AC線上的瞬態(tài)浪涌，請(qǐng)考慮使用盡可能靠近電路板輸入端的金屬氧化物壓敏電阻（MOV），以限制瞬態(tài)在PC板上的傳播。MOV可以吸收高達(dá)70,000 A的峰值脈沖電流和高達(dá)10,000 J的瞬態(tài)電涌。請(qǐng)注意，某些MOV具有熱保護(hù)功能，可以防止MOV因過(guò)熱而發(fā)生故障。

為了提高對(duì)瞬態(tài)電壓的響應(yīng)速度，請(qǐng)考慮與MOV串聯(lián)增加一個(gè)平衡晶閘管。平衡晶閘管將在比MOV更低的電壓下激活，從而使MOV的最大鉗位額定值更低。這進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)下游電路的保護(hù)。增強(qiáng)保護(hù)的另一種策略是使用大功率瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管。這些設(shè)備對(duì)浪涌事件的響應(yīng)速度非常快，而MOV不會(huì)遇到同樣的磨損問(wèn)題。每種設(shè)計(jì)的理想選擇是在性能和總擁有成本之間取得平衡。盡管某些技術(shù)的成本可能高于其他技術(shù)，但其他因素可能表明，最低的總擁有成本需要成本更高的組件技術(shù)。

AC / DC轉(zhuǎn)換器

如圖所示，AC到DC級(jí)執(zhí)行兩個(gè)重要功能。首先，它將交流輸入電壓整流為直流，然后可將其用于為備用電池充電。第二個(gè)功能是功率因數(shù)校正，可減少諧波并改善電源質(zhì)量。選擇有源組件時(shí)，重要的是要在性能，尺寸，成本和能效之間找到適當(dāng)?shù)钠胶狻ＴS多中小型電源UPS產(chǎn)品都使用整流二極管或模塊，而大型電源系統(tǒng)可能會(huì)選擇半控或全控整流橋或晶閘管模塊。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用的中小功率UPS系統(tǒng)中，升壓PFC功能是通過(guò)將IGBT或MOSFET用作有源開(kāi)關(guān)與快速Si或SiC二極管相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)操作能力，可以將溫度傳感器（例如NTC熱敏電阻）直接粘貼到散熱器上。這些設(shè)備是設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)的一部分，用于優(yōu)化系統(tǒng)性能。嚴(yán)格的測(cè)量公差和寬廣的傳感范圍確保溫度傳感器可以提供可靠的讀數(shù)。

DC / AC逆變器

為了提供交流線路電壓輸出，再次使用了功率半導(dǎo)體，這一次功率半導(dǎo)體將直流電轉(zhuǎn)換回交流電。與整流階段相似，最終設(shè)計(jì)必須在性能，能效，尺寸和成本之間找到理想的平衡。低損耗IGBT模塊通常用于執(zhí)行此功能。再一次，溫度傳感器可以用來(lái)幫助優(yōu)化操作條件。

旁路開(kāi)關(guān)

旁路開(kāi)關(guān)控制將交流電源還是電池供電輸出到負(fù)載。晶閘管可用于控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作。同樣，選擇具有低柵極觸發(fā)電壓和低正向壓降的晶閘管，以將功率損耗降至最低。

適用標(biāo)準(zhǔn)

您應(yīng)該了解適用于您的設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了UPS產(chǎn)品的主要標(biāo)準(zhǔn)。不遵守這些標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致重新設(shè)計(jì)工作，并再次提交標(biāo)準(zhǔn)組織。結(jié)果，項(xiàng)目成本將上升。

表1.適用于UPS產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)

保護(hù)您的UPS免受過(guò)載，瞬態(tài)和過(guò)熱狀況損壞的價(jià)值

通過(guò)將保護(hù)和感測(cè)組件作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，并在項(xiàng)目早期就納入標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性，您可以經(jīng)濟(jì)高效地開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大且可靠的UPS。使用高效的控制組件可以促進(jìn)低功耗產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。通過(guò)在選擇保護(hù)，控制和感應(yīng)組件時(shí)利用組件制造商的工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，您還可以節(jié)省時(shí)間和資源

可靠性和效率提高了您的UPS在市場(chǎng)上的聲譽(yù)。高質(zhì)量的聲譽(yù)可以導(dǎo)致市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)和收入的增長(zhǎng)。它還可以提高獲利能力。
編輯：hfy