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                  論UPS輸出電壓直流化變革趨勢

                  來源:機房360 作者:張廣明 更新時間:2014-1-27 14:13:40

                  摘要:文中從UPS技術發展過程講述為什么早期的IT設備要交流電壓供電:AC—UPS系統結構存在的問題;UPS直流輸出的可行性和性能優勢以及直流電壓輸出的UPS(簡稱DC—UPS)設計和應用中面臨的技本難題等。

                    交流輸出電壓的U/A(簡稱AG-UPS)供電系統存在的主要問題是如何有效地提高系統的可靠性,可靠性不高是AG-UPS設計理念造成的,而AG-UPS設計理念的結癥又可歸結為備職能源配置方法問題,備用能源(蓄電池)要經過UPS設備中最薄弱環節——逆變器才能向負載供電,這是造成UPS系統必須經過兩次變換能源、系統中存在著負載和UPS本身兩個諧波源、系統過于復雜、結構臃腫、成本不斷攀升、效率較低、可靠性難以有效提高的根本原因,文中從UPS技術發展過程講述為什么早期的IT設備要交流電壓供電:AC—UPS系統結構存在的問題;UPS直流輸出的可行性和性能優勢以及直流電壓輸出的UPS(簡稱DC—UPS)設計和應用中面臨的技本難題等。

                    1 IT設備供電系統結構的變化

                    電網電壓提供的是交流380V/220V,50Hz,而IT設備邏輯電路用的是直流低電壓,這是兩個不可改變的事實。為IT設備供電的電源設備自然是完成兩種制式電壓的轉換。計算機開始產業化至今已有60多年歷史,在這漫長的過程中,供電電源也經歷了幾個變化階段,促成并決定這些變化的最根本的因素是組成電源設備的功率半導體器件的技術進步。圖1顯示了這個過程。

                    1.1 20世紀60、70年代

                    如圖1(a)所示。此時計算機是由電網(市電)直接供電的,機內電源擔負著高壓交流電到低壓直流電的轉換任務,穩壓功能以可控整流和線性調節穩壓電路為主,70年代才出現開關電源。由于穩壓電路結構和當時半導體器件性能限制,線性調節和開關電源都只能是低壓輸入。所以在輸入端都必須配置工作在交流狀態的工頻降壓變壓器。

                    1.2 20世紀70、80年代開始使用UPS設備為計算機供電

                    如圖1(b)所示。此時開始為計算機供電系統配置不間斷供電設備——UPS。但是由于計算機電源輸入端都配置有工頻變壓器,所以UPS設備只能輸出交流。殊不知,最初的這一要求固定了UPS設備的電路結構,并沿用到50年后的今天。

                    1.3 20世紀80、90年代計算機開關電源去掉了輸入變壓器

                    如圖1(c)所示。在20世紀70年代,由于功率半導體器件性能的進步,電源技術界開始了一場“20kHz的革命”,無輸入變壓器的開關電源進入研制和試用階段,到20世紀80年代末和90年代初,計算機機內電源基本上都使用了無輸入變壓器的高頻開關電源,也就是說,計算機設備是可以由高壓交流市電(無需降壓)直接供電的,當然也是可以直接用高壓直流供電的。

                    但是,現行的設備標準和人們的觀念決定了計算機還是必須由交流電壓供電,當然,作為輸入電源的前級設備UPS,也就必須輸出交流電源。既然UPS只提供交流電源,所以,計算機開關電源也必須保留輸入級的AC/DC變換,整個供電就形成了UPS設備的AC/DC→DC/AC兩級變換和計算機內開關電源的AC/DC→DC/DC兩級變換。


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