【正文】 +27V、 ?12V 和 48V 分配功能，共有 5 個 PPM、2 個 PSMC 和 1 個 PSMD。 由于本論文研究主要是其電源系統(tǒng)方面的功能，因此 ZXRDASSU 的具體功能就不再詳細(xì)介紹。 表 MDPM模塊 指示燈說明 ○ 3 模塊底面 如 圖 所示，各接口的介紹如 表 所示。電源監(jiān)控單元完成本模塊的狀態(tài)檢測、告警上報等功能。 48VRS485DC/DC 單元電源監(jiān)控單元+27V+24V 圖 MDPM模塊結(jié)構(gòu) MDPM 模塊由 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換單元、電源監(jiān)控單元兩部分組成。 PS U /M D PM模塊維護(hù)窗 圖 MAPM模塊正面 22 IN P U TF A ILO U T P U TM C UD R U 0D R U 1ONO FFIO 圖 模塊維護(hù)窗 ○ 2 MAPM 模塊維護(hù)窗 MAPM 模塊 維護(hù)窗指示燈說明如 表 。 21 ○ 2 電源監(jiān)控單元完成本模塊的狀態(tài)檢測、告警上報等功能。 （ 2） MDPM（ Dcdc Power supply Module），該模塊支持 48V 直流電源輸入和 +24V直流電源輸入。 (3) 在電源供電方面，采用 110/220V AC 交流電源的輸入與 48V 直流電源的輸入。 直流 UPS 不 間 斷電源免除傳統(tǒng) UPS 中的逆變器，采用電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓法，對用戶設(shè)備實(shí)現(xiàn)直流供電。由于 直流 UPS 本身所固有的特點(diǎn)，除保留傳統(tǒng) UPS 的所有外部特征外，各項技術(shù)性能均大 大超過 傳統(tǒng) UPS，其優(yōu)越性是顯而易見的；如果一臺 UPS 可保留所有外部特征而又免除了逆變器，由此會產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 9. 設(shè)計簡單，制造容易，便于推廣。 5. 免除了 80％以上的零部件，平均無故障時間 (MTBF)大大增加。 直流 UPS 就不同了，它并不需要一個全功率變換器，只需要占全功率 10％的一個變換器，因此，具有以下特點(diǎn) ： 1. 成本減少 90％，有 5～ 10 倍的利潤空間，是一種高附加值產(chǎn)品。 18 UR IR t1 t2 t3 t 圖 后備工作模式時， ATX開關(guān)電源中市電側(cè)整流器的輸出電壓和電流 UR ,IR的波形 2. 在線式工作模式 如圖 所示，對于在線工作模式，在 UPS 處于市電旁路供電狀態(tài)時（如檢修整流器或蓄電池時），以及之后又恢復(fù)直流供電時，作為在線式 UPS 負(fù)載的 ATX 開關(guān)電源，其 “ 市電側(cè)整流濾波電 路 ” 輸出端的電壓 UR 及電流 IR 的波形如圖 所示。 17 圖 無逆變器 UPS向計算機(jī)供電的原理框圖 圖 三相無逆變器 UPS的原理電路 圖 直流 UPS 的兩種工作模式 無逆變器 UPS 的工作模式有兩種 [10]：一種是后備式工作模式，另一種是在線式工作模式。300V 直流電壓的示意圖 將圖 所示的供電電路去掉逆變器以后就變成如圖 所示的無逆變器 UPS向計算機(jī)供電的電路，此時無逆變器 UPS 相當(dāng)于一個具有交流旁路的直流 UPS。這就說明逆變器將蓄電池電壓＋ 300V 再逆變成 220V 工頻是多余的。在圖 右側(cè)的計算機(jī) ATX 開關(guān)電源中， “ 市電側(cè)整流濾波電路 ” 再將 220V 工頻交流電壓整流成＋ 300V 直流電壓，而后再由 ATX 中的 DC/DC 變換器將＋ 300V 直流電壓變換成 177。 U Uo Uc Ud O T 圖 15 3 直流 UPS 的可行性分析和測試及 方案最終確定 直流 UPS的可行性分析 直流 UPS 的工作原理 如前所述，逆變器是決定傳統(tǒng)交流 UPS 性能和質(zhì)量的核心部件，對 UPS 革命的目的就是去掉逆變器，以降低 UPS 的成本，提高效率，減小生產(chǎn)難度，減小體 積重量、簡化操作維護(hù)，減小故障率，提高可靠性。 直流 UPS的突破在于：在成本減小百分九十的前提下，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的穩(wěn)定和不間斷。 在一個設(shè)計中當(dāng)然不能容忍有多余的部件。眾所周知，能量從一種形式變換成另一種形式，總會有一部分能量在變換過程中消耗掉，即變換效率恒小于 1，這是自然界的客觀規(guī)律，電能的變換也不例外。 UPS 和用戶設(shè)備的連接方框圖如圖 所示 ： 左邊虛線框是 UPS，包括射頻濾波器、整流濾波器、蓄電池和逆變器，右邊虛線框是用戶設(shè)備，包括整流濾波器、直流變換器和設(shè)備電路板。逆變器將直流電壓 (在市電正常供電時，是市電整流濾波后的直流電壓；在市電中斷時，是蓄電池輸出的直流電壓 )逆變成穩(wěn)頻穩(wěn)壓的交流電壓，提供給用戶設(shè)備。 4. 電路上的原因 13 傳統(tǒng) UPS 是 ACDCAC 模式，它有兩個變換環(huán)節(jié)：一是整流濾波 (ACDC)環(huán)節(jié)，二是逆變 (DCAC)環(huán)節(jié)。開關(guān)穩(wěn)壓電源雖然效率高，體積小，運(yùn)行成本低，但其制造成本高。高可靠、高效率的開關(guān)穩(wěn)壓電源，不再一定需要交流供電。除靜態(tài)開關(guān)外，其中不包括任何功率器件， 可以 用全功率變換器概念來理解 。 12 2． 無功耗不間斷電源 UPSWM（ UPS With Minimum sumption），是在 傳統(tǒng) UPS電路拓?fù)渲?，去掉其中的兩個電壓補(bǔ)償穩(wěn)壓器，就是無功耗 UPS 的原理圖 了 ，整流后的脈沖 直流電壓經(jīng)過邏輯電路限定以后，直接輸出到用戶設(shè)備，同時對蓄電池進(jìn)行充電。也就是 直流 不間斷電源系統(tǒng)。 輸 出濾 波充 電 器轉(zhuǎn) 換 開 關(guān)逆 變 器 市 電 正 常 市 電 故 障 電 池整 流 器輸 入 圖 傳統(tǒng)在線式 UPS原理圖 11 使用 UPS 的原因 UPS 作為計算機(jī)的重要外設(shè)，在保護(hù)計算機(jī)數(shù)據(jù)、保證電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，改進(jìn)電網(wǎng)質(zhì)量，防止瞬時停電和事故停電對用戶造成的危害等是非常重要的。并且在長期各種場合的使用中增加了很多輔助功能 ,如自動旁路、手動旁路、電池管理、通訊管理、效率優(yōu)選以及各種冗余方式的應(yīng)用。因此對輸入電的適應(yīng)能力更強(qiáng) ,尤其表現(xiàn)在對頻率變化的適應(yīng)能力。但交互在線 UPS 也具有一定的局限性 ,除容量 (1～ 3 kVA)限制外 ,其對頻率干擾的適應(yīng)性較差 ,因些對柴油發(fā)電機(jī)的適應(yīng)力也不如傳統(tǒng)在線 UPS好。 (2)高級交互在線式 (Line Interactive Plus) 高級交互在線式 除具有一般交互在線 UPS 性能外 ,又進(jìn)一步拓寬了輸入電壓的波動范圍 ,縮小了輸出電壓的波動范圍 (較在線式 UPS 稍寬 ) ,使之具有很高的可用性。當(dāng) UPS 在線工作時 ,逆變器作為雙向變換器起到為電池充電的作用 。該類 UPS 范圍窄 ,容量小 (400～ 1000 W) ,在線及逆變輸出質(zhì)量差 ,且切換時間較長 ,長延時應(yīng) 用能力較差 ,因此綜合的可用性較差 ,只適用于單臺 PC等非重要場合的一般性電源保護(hù)。幾十年來 UPS 技術(shù)走過了快速發(fā)展的歷程 ,按技術(shù)可以分為以下三種類型。當(dāng)市電正常時， UPS 相當(dāng)于一臺交流穩(wěn)壓電源，它將市電穩(wěn)壓后再供給計算機(jī)，與此同時，它還向 UPS 內(nèi)蓄 電池充電。 8 2 直流 UPS 的 功能特點(diǎn)分析 UPS 基礎(chǔ)知識 UPS 的定義 UPS 是 Uninterruptible Power System的縮寫。 6. UPS 產(chǎn)品的 同質(zhì)化 在專業(yè)的供電系統(tǒng)中， UPS 正面臨著兩大挑戰(zhàn) : 一方面， UPS“ 負(fù)載 ” 的不斷升級擴(kuò)容，要求 UPS 必須能夠承載用戶階段性的信息化發(fā)展戰(zhàn)略 的需求 。這也是設(shè)備可維護(hù)性差的一個方面。這樣是大大減輕了勞動的強(qiáng)度，但另一方面，維護(hù)人員對技術(shù)和設(shè)備的了解就無法深入，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)自動控制無法解決的故障需要人工干預(yù)時往往是束手無策。哪怕有一點(diǎn)抖動，導(dǎo)致正在傳送的數(shù)據(jù)位發(fā)生了一位變化（例如由“ 1”變成為“ 0”），就會鑄成大錯，無可補(bǔ)救，更何況是停電或者中斷。他們會認(rèn)為所謂的 UPS 就是永不間斷的電源，對 UPS 系統(tǒng)出現(xiàn)斷電或停電維修是不可理解的。 2. 系統(tǒng)后備時間 由于 UPS 的工作電壓比通信網(wǎng)絡(luò)使用的直流基礎(chǔ)電壓高，因此 UPS 可以輸出更大的供電功率，但就后備時間而言并沒有優(yōu)勢。這是因?yàn)閺母緛碚f， UPS 系統(tǒng)的輸入和輸出都是交流電，而交流電本身的頻率、相位及電壓特性決定了它不能通過簡單的并聯(lián)方式來實(shí)現(xiàn)冗余和備份，也就必然有許多地方勢必成為供電的單點(diǎn)故障點(diǎn)，一旦出現(xiàn)故障無法用備份電源或備份回路及時保證供電和通信網(wǎng)絡(luò)不中斷。為保證供電可靠性，甚至采用 n+1 并聯(lián)熱備份系統(tǒng)乃至雙總線 UPS 系統(tǒng)供電方式。相對于其他電源供電技術(shù)而言， UPS 供電技術(shù)仍處于發(fā)展時期。 在寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面，隨著電信行業(yè)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，尤其是 IDC 業(yè)務(wù)的大力推廣，目前 IDC 機(jī)房中對 UPS 的需求甚猛。建立在以軟交換技術(shù)為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上的下一代通信網(wǎng)絡(luò)（ NGN）以及第三代移動電話（ 3G）都將以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為平臺。 8. 整體解決方案成為 熱點(diǎn) 從用戶的需求角度看，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深入和用戶需求的個性化，用戶對未來 UPS 的整個供 電系統(tǒng)的可靠性及可用性、整個數(shù)據(jù)中心的物理基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備的投資回報以及投資風(fēng)險都更為關(guān)注。此外，通過遠(yuǎn)程控制裝置，用戶也可以遙控 UPS，有些 UPS 還可將 UPS 狀態(tài)或報警信息通過電子郵件、傳真機(jī)或傳呼機(jī)通知外出網(wǎng)絡(luò)管理人員。所有的模塊并聯(lián)運(yùn)行，平均負(fù)擔(dān)當(dāng)前的負(fù)載，電源陣列比額定容量多配置一個功率模塊，當(dāng)一個模塊出現(xiàn)故障時，特設(shè)的電路將故障模塊從負(fù)載上斷開，其它模塊將立即支持所有負(fù)載，使其連續(xù)不間斷地供電。它的能量密度是鉛酸電池的十多倍，重量只有鉛酸電池的 1/10，所占空間只有鉛酸電池的 1/7，有望取代鉛酸蓄電池應(yīng)用于 UPS。一般情況下，影響電池性能的主要因素是連續(xù)充電，電池連續(xù)充電大約要減少一半的使用壽命。數(shù)字控制的另一個重要功能是實(shí)現(xiàn) UPS 的初始自 檢和運(yùn)行自檢，進(jìn)行故障保護(hù)和故障隔離。除此之外，模塊化 UPS 能夠給用戶帶來更好可擴(kuò)展性 (有些產(chǎn)品可以不限制模塊數(shù)量進(jìn)行并聯(lián)使用，并且相同或 不同功率的模塊可以任意組合 )，這也為用戶的投資起到了很好的保護(hù)作用。 UPS 性能的改善和功能的提高，都集中表現(xiàn)在逆變器上，因此大家都圍繞著逆變器大做文章，使逆變器成為UPS 中電路最復(fù)雜，工藝最復(fù)雜，元器件用得最多，要求又最嚴(yán)格、設(shè)計制造最困難，體積最大、造價最高的部件，它占去了 UPS 整機(jī)成本、體積、重量和功耗的 90％以上，成為 UPS 技術(shù)、功能和制造維護(hù)的難點(diǎn)集中地，當(dāng)然也是 UPS 故障最多、可靠性最差的地方。 因此，本 文將闡述直流 UPS 的可行性 ，并與 交流 UPS 進(jìn)行相關(guān)比較 ，最后制訂方案 。為了提高 UPS 的可靠性，又需增加各種保護(hù)電路或采用冗余并聯(lián)的工作方式。但直流 UPS 也存在著一些缺點(diǎn)，例如，不能通過工頻變壓器向線性穩(wěn)壓電源供電，不能帶交流負(fù)載，輸出的大功率直流電壓穩(wěn)壓困難，直流電壓變化困難，市電與負(fù)載之間不能實(shí)現(xiàn)隔離等。這些質(zhì)量問題既可以引起計算機(jī)的鍵盤鎖定、硬件老化等相對較輕的不良影響，也可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)完全丟失或主板燒毀等較大的事故 [1]。另外 ,自然界的雷電 ,電網(wǎng)的接地不良等因素均影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。 本文通過理論分析和具體測試結(jié)果闡述了直流 UPS 替代交流 UPS 的可行性。摘 要 傳統(tǒng) UPS 包括一個或多個功率變換器，輸出的是交流電壓，對用戶設(shè)備有諧波干擾；復(fù)雜的保護(hù)電路，連自身也保護(hù)不了，故障率太高，并且，體積龐大、效率低，浪費(fèi)了太多的能源、資源、人力，已到更新?lián)Q代的時候了。直流 UPS 免除了傳統(tǒng) UPS 中的功率變換器，安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保、無干擾、壽命長，在保持所有必要特征的前提下，成本、體積、重量、 功耗都是傳統(tǒng) UPS 的十分之一 ，百分之一，乃至千分之一 ，是傳統(tǒng) UPS的換代