UPS基本电路结构形式分类之后备式

　　 [导读]UPS的电路结构形式多种多样，各种结构形式UPS的出现与当时的电路技术水平、半导体器件(主要是功率半导体器件和控制组件)的发展水平以及实际应用的需要等因素有密切的关系。技术不断进步、电路结构不断完善以及多种电路结构形式并存等，始终是UPS技术发展进程中的基本特点。

　　后备式是相对双转换式而言，区分方法是看逆变器输出电压在主交流市电输入的情况下是否直接为负载供电。在市电正常时，后备式UPS的逆变器是不工作的，当市电停电时它才启动逆变器向负载供电，其电路结构如图2-16所示。

　　后备式UPS是静止型UPS的最初形式，应用广泛，技术成熟，一般只用于小功率供电的范围。其特点是电路简单，可靠性高，价格低廉，电性能指标能满足一般负载要求。

　　一、功能部件

　　充电器

　　市电存在时，通过整流电路对蓄电池进行充电。后备式UPS的蓄电池容量和充电能力与逆变器(功率管散热器和输出变压器)等部件的热容量有关，一般是按5~lOmin后备时间设计的。所以，如果要求延长市电停电后电池逆变供电的时间，除了要增加蓄电池的容量之外，还需要相应地加强充电能力和逆变器(包括变压器)的热容量设计。

　　逆变器

　　市电存在时，逆变器不工作;市电停电时，逆变器启动，由电池逆变向负载供电。电池逆变输出时，输出电压波形有方波、准方波和正弦波三种形式。

　　输出转换开关

　　市电存在时，接通市电向负载供电;市电停电后，断开市电通路，接通逆变器，继续向负载供电。

　　自动稳压器

　　市电存在时，可粗略稳压，稳压方式多采用继电器改变变压器抽头方法，输入电压低时变压器升压，输入电压高时变压器降压，输出稳压精度为5~10。

　　输入及输出高频滤波器

　　抗电网电压高频(差模和共模)干扰。

　　二、性能特点

　　市电正常时工作效率极高，可达98以上。

　　输入功率因数和输入电流谐波成分取决于负载的性质，它本身不附加对电网的谐波干扰。

　　市电正常时输出能力强，适应于各种阻抗性质的负载，对负载电流波峰系数、浪涌系数、输出功率因数和过载能力等没有严格限制。

　　输出电压精度和稳定度均差，但能满足一般负载的供电要求。

　　抗高频干扰的功能主要靠输出输入端设置的高频滤波器。

　　市电停电时，输出电压切换时间取决于继电转换开关的动作时间，一般为4~10ms。

　　受输出转换开关切换电流能力和动作时间限制，一般后各式UPS输出功率多在lkVA 以下。

　　电停电后，电池逆变输出电压多为方波或准正弦波。

　　电路简单，可靠性高，价格低廉。

　　对于计算机负载输入开关电源而言，方波和准正弦波都是可用的。因为开关电源的输入电路是整流滤波电路，只要方波和准正弦波电压的幅值接近正弦波电压的峰值，那么这两种波形整流后的直流电压都是一样的。当方波的幅值接近正弦波电压的峰值时，用电表测量对其有效值就远高于正弦波的有效值，用户往往因其过高而不敢使用。准正弦波则不然，市电正弦波的三个重要参数是频率、峰值和有效值，准正弦波的频率和有效值可以做到与正弦波电压完全相同，对于计算机输入开关电源而言，它无异于真正的正弦波。从图2-17(b)所示的UPS输出电压波形可知，在正弦波输出电压和准正弦波输出电压所形成的输出电流波形的面积一样的情况下，正弦波输出时的输出电流幅值高而时间短，准正弦波输出时的电流形时间长而幅值略小。再者，准正弦波输出时逆变器工作在低频状态，而正弦波输出逆变器工作在高频状态，所以相对于正弦波输出，准正弦波输出后备式UPS逆变器的控制电路简单易行，对逆变器开关器件的性能要求低，逆变效率和可靠性都高一些。

　　值得注意的是，市电停电后，逆变器输出电压的频率和有效值虽然与稳定的正弦相同，但其峰值却随着电池电压的下降而降低，逆变器对方波的幅度没有调控功能，对于计算机输入开关电源而言，无异于输入电压在降低，所以方波输出的后各式UPS市电停电后输出电压是不稳定的。