一种基于高扩充性的UPS电源设计方案

摘  要：通过对现行的UPS电源所存在的缺点的分析，从而提出一种新的UPS电源设计方案，并指出该方案可降低生产成本、减小电网的污染程度。

关键词：高扩充性，UPS电源，逆变器，功率因数校正，AC/DC，DC/AC

 

随着计算机的日益普及和应用，对供电质量有了更高的要求：1：在计算机运行期间，电源不能中断，否则将会导致随机存储器RAM数据丢失，程序破坏，磁头损坏等难以弥补的损失；2：由于电网上存在干扰源（电压浪涌、电压下陷、常模干扰、共模干扰等），对正在运行的计算机系统造成干扰和破坏，同时对电网也造成叫大的污染，故必须除掉干扰源。所以UPS（Uninterruptible Power Supply）广泛地应用在这样的供电系统中。

1现行UPS电源简介

负载

市电

滤波器

整流器

逆变器

滤波器

充电器

电池组

控制单元

图1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

现行的UPS电源都是交流型不间断电源系统，主要由整流器、充电器、逆变器和电池组等组成，原理框图如图1所示。按其工作方式可划分为在线式（On-line）和后备式（Off-line）；按其输出电压波形可分为正弦波输出和方波输出两种，二者都属于交流型UPS电源，目前在线式已基本上取代了后备式。

2现行供电体制下计算机与UPS连接框图

AC

AC/DC

DC/AC

AC/DC

DC/DC

各路负载

DC/DC

各路负载

AC/DC

AC/DC

图2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2为在线式UPS电源与计算机的连接框图，无论市电正常供电与否，在线式对负载供电[1]都是由UPS电源的逆变器提供。它完全消除了市电供电时电压波动和干扰，真正实现了对负载无干扰的稳压电源。然而现行UPS电源仍普遍存在以下一些缺点：

1）功率因数低。现行大多数UPS电源输入级均采用桥式整流——大电容滤波型电路，它的功率因数仅为60%左右，电流失真严重，高次谐波干扰大。

2）现行的UPS电源普遍采用“BYPASS”设计，使电路结构复杂化，调试困难，成本上升，可靠性降低。

3）由于交流UPS电源难以实现并联运行，要并联运行就必须购买更大功率容量的UPS电源。

4）UPS电源中的蓄电池组的电压固定不可调，使整流电路，充电电路必须进行降压，逆变器电路则必须进行升压，这无形之中增大了设计难度。

5）由于现行供电体制的限制，造成了许多重复设计，严重浪费，这就使生产成本上升。

综上所述，现行的交流型UPS电源存在上述的缺陷，再结合我国电力能源短缺的现状，在这提出一种新的大功率容量直流型UPS方案，该方案能在节约能源，提高可靠性，降低生产成本等方面有一定的改进。

3新的UPS电源方案框图

AC

桥式整流

功率因数校正 隔离、变压

DC/DC

DC/DC

各路负载

各路负载

DC/DC

各路负载

图3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

新方案省略掉了UPS电源中的DC/AC环节和开关电源中的AC/DC环节。从而有效地使生产成本得到降低。新方案中的功率因数校正电路一方面，可使功率因数从60%提高到95%，即相当于电网的负荷减少30%左右，从而使输出功率大大增加，且明显能够降低对电网污染程度，有利于环境保护；另一方面，可以大大简化不必要的DC/AC和AC/DC环节，不需要设计逆变器、锁相环和稳频部分，还可以省去原输入级大容量储能电容器，在DC/DC变换中只需留下高频小容量电容器，由于蓄电池组的耐瞬间冲击能力强，故“BYPASS”也可以省略掉。

另外，新的UPS电源具有良好的扩充性与分布性，允许多台小功率电源并联使用，共同向一台大容量负载供电，只需要总功率之和大于负载容量即可。因支流变换对功率因数校正影响小。故新方案容易实现较高的功率因数校正，大大减小开关电源对电网的干扰污染，有利于实现净化电源的目标。

4总结

如果生产制造厂商能够采用该方案生产，产品投入应用后可对我国电力能源短缺的现状有一定的缓解，而且可以降低生产成本，这对于制造商和消费者都有利；该方案的采纳，对我国环境保护也有重大改进，可以有效的抑制电网的污染。

（荷泽师专 山东荷泽 274015）

参考文献：

[1]：刘胜利著《新型显示器电路分析》 电子工业出版社

[2]：《电脑》 1994年第4期，1995年第9期

[3]：《电子世界》 1999年第12期

[4]：Uniterruptible Power Supply User's Manual