基于UPS 电源发展下通信电源技术应用及发展研究

孙 亮，巩峰峰

（山东省邮电规划设计院有限公司，山东 青岛 266000）

0 引 言

不 间 断 电 源（Uninterruptible Power Supply，UPS）是一种用于不中断电力供应的电力设备，如计算机设备、网络系统等。它在石油化工、计算机系统、邮电通信、医疗保健、金融等行业得到了越来越多的关注，其重要性日益为人们所重视。在电脑应用日渐广泛以及全球资讯网络技术快速发展的今天，由于对高品质电力供应的要求也愈来愈高，UPS 电源技术必须不断更新换代[1]。UPS 是一种具有自身储能能力的不中断电力供应设备。这种设备由蓄电池、逆变器、整流器、逆变器和交流静态开关构成。近年来，为了适应用户对不间断电源更高的需求，不间断电源技术也有了新的发展，如智能化的不间断电源和全数字化的不间断电源[2]。

1 UPS 电源的分类

1.1 在线互动式UPS 电源

当市电正常时，可以从电源中直接供给负荷。而当市电过高或过低时，则从UPS 中的内部电压调整到电源端。其特征在于具有稳定的电压，但同时也具有开关的时间。在线互动式UPS 电源如图1 所示。

图1 在线互动式UPS 电源

1.2 在线式UPS 电源

在市电正常时，由市电进行整流，以提供直流电压来让逆变器工作，再由逆变器为负荷提供交流电。在市电异常时，逆变器通过电池来提供能量，使其一直保持在工作的状态中，以确保不间断地输出[3]。它的特征在于，具有极广的输入电压范围，基本无开关时间，并且输出电压稳定、精度高，尤其适用于对电源要求较高的场合，但其价格相对昂贵。当前，超过3 kVA 的UPS 基本上都是联机型UPS。在线式UPS 电源如图2 所示。

图2 在线式UPS 电源

1.3 被动后备式UPS 电源

电源正常时，电源可直接提供给负荷；电源不正常或断电时，可经逆变器提供电源。被动后备式UPS 电源最大的特征是稳定、具有开关周期，并且输出波形通常为方波。被动后备式UPS 电源如图3所示。

图3 被动后备式UPS 电源

2 UPS 电源技术内容概述

2.1 UPS 电源定义

在国内，UPS 供电已被普遍采用。在原来的UPS电源应用基础上，有关技术人员又研发出了基于小灵通和有线电视的UPS 电源。当前，UPS 电源在我国的金融领域、制造领域、教育领域等领域都得到了广泛应用，UPS 电源也由此进入到了人们的日常生活及生产中。

2.2 UPS 电源技术定义

第一，在UPS 的输入处，设置了专门的整流器和过滤器，这2 个设备可以改善输入处的性能和品质，同时也可以确保UPS 的输出。另外，UPS 的输入端口采用了串联及并联相互之间补偿的技术，可以很大程度上确保输入的电流可以充分起作用，降低电流的损耗，从而也可以确保UPS 电源具有良好的环保功能，降低对于其他电源的污染[4]。UPS 供电既符合“绿色”概念，又对“绿色”电力的发展起到了很大的推动作用。

第二，为确保国内UPS 供电系统更好的工作，有关工作人员与技术人员在UPS 技术上进行了改进，降低了输出变压器的体积，并对其进行了改造，从而降低了对其他电池的影响。通过这种方式，就能很好地避免某些变压器饱和状况的发生。而在国外，使用的是串联逆变器，通过隔离变压器和其他组件与UPS电源相连接。

第三，科技进步使得现代化的数控系统得到了越来越多的运用，国内数字控制技术也得到了广泛运用，使用一个数字处理器，就可以确保和控制一个更精细的电路。数控系统作为一项尖端技术，其优点和特征很多，可以保证其在工作中的抗干扰性，同时还可以保证高精度。另外，采用数字控制技术可以推动UPS 电源检测工作的开展，在对UPS 电源进行检测的整个过程中，有关技术人员可以对问题的具体位置、类型和特点进行准确的判断，便于管理者对电池的实时监测和高效管理。

第四，在UPS 的供电体系里，电池组起到了至关重要的作用。当前，国内UPS 技术中普遍采用的是封闭型铅酸电池，一般不需要进行维修[5]。要想让这类蓄电池拥有更长的使用寿命，可以对其进行分阶段的管理，采用一种科学的方式来对其进行充放电，从而将其使用寿命提高到更高的程度。

2.3 UPS 电源特征

在UPS 供电中，有许多特定的功能，其中包括很多的内容。UPS 最显著的特点就是可以确保电压的稳定，从而实现传输的稳定，并可为使用者提供优质稳定的电力供应。同时，UPS 电源具有较大的自控能力，该能力的运用和发挥对于电源的日常维修与管理非常有利。UPS 供电可实现中央监视与管理，并可精确侦测周边情况，实现开关的自动化。此外，要利用现代化的信息网络技术，实现联网，在电量不足的情况下可以对其进行补偿，并进行检测。

2.4 UPS 电源工作模式

根据UPS 的工作原则和工作模式进行分类，可以有3 种工作模式：一是采用后备式UPS，以低功耗为主，具有更高的转化效率，在常规操作中易于维修，而且它的性能更好，价格也更便宜，但转化的速度也更快；二是在线式UPS 电源，这种模式以大功率和中功率为主，在提供电力时，电源性能好，可以确保电力供应更稳定，抗噪声的性能更强，但是缺点是成本高；三是在线互动式UPS 电源，这种工作模式利用了现代网络技术，将上述2 种电源的特性相结合，但缺点在于使用过程中持续的时间相对较短。

2.5 UPS 管理系统

从当前的发展状况可以看出，国内采用的UPS供电管理体系正朝着智能化方向发展。智能化的UPS系统是将过去的各种UPS 与现代信息技术结合起来，利用计算机硬件接口，设计出相应的特定软件，这样就可以对电脑中的有关数据进行保护。为了保证UPS电源可以充分发挥作用，还可以对UPS电源进行检测。在此过程中，全面实施智慧化的管理，运用电脑资讯网络对其进行即时的监测与高效的管理。智能的UPS管理系统还可以节省费用，确保了数据的传输路径更为畅通，为用户的日常应用提供了便利。

3 UPS 电源技术发展前景及趋势

3.1 UPS 电源技术发展前景

本文从UPS 的发展状况出发，探讨了UPS 的未来发展方向。首先，某些大容量UPS 的需求将会增加。UPS 的发展前景十分广阔，随着UPS 相关产品的改进和价格优势的不断提升，使得UPS 电源在市场的竞争力逐步提升，发展前景也更加广阔。与UPS有关的公司还应该积极地学习外国的先进技术，不断提升UPS 电源技术的竞争力，更好地将UPS 产品推向世界，与世界各国相关从事研发、生产UPS 的机构、公司展开更多的交流与合作，促使UPS 技术的研发和革新，让UPS 技术的相关商品可以充分发挥自身潜能。其次，运用相关技术提升UPS 的效能，研发相关配套技术。UPS 在运行时很可能会产生开关损失，而采用该技术就能很好地避免这个问题，从而有效控制开关损失，凸显出UPS 的高效率。

3.2 UPS 电源技术发展趋势

近年来，随着对UPS 电源的需求日益提高，UPS电源技术也在持续地进行着改进与完善，进而出现了很多新型的UPS 电源产品，它们与目前电力领域中的最新科技成果及技术理念相结合，极大地提高了UPS 电源的各项性能。

3.2.1 发展UPS 的全数字化技术

UPS 全数字化技术是由UPS 的AC/DC 变换器及逆变器构成的负反馈系统，配合专用IC 和直接数字控制技术，实现UPS 整机变换、控制、反馈等。UPS的全数字化技术将UPS 的性能从对硬件进行设计升级转变成了对其软件进行灵活更新，从而提升了使用者的生产能力。并且，UPS 全数字化的发展使得UPS电源的使用、安装、维护操作变得更加简便。全数字化UPS 属于新一代UPS，除了具有高质量、多功能等优点外，还与当前节能环保的要求相吻合，是未来发展所需的UPS。

3.2.2 发展UPS 的绿色技术

梅兰日兰UPS 为顺应电脑室装备的“绿色”发展潮流，随着功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）技术的发展，使得UPS 功率因子大于0.98 的目标得到了实现。其本质是利用电源VT7在线路中的切换功能，实现了电感器中的电流与电网电压瞬时数值的同步改变。因为VT7的工作频率为50 kHz，只要在电源输入端加上一个极小的滤波，就可以获得一个具有极少谐波的电流波形。因此，PFC 技术的使用可以很好地将UPS 的功率因数提升到一个比较理想的水平，这样就可以明显地降低其他UPS 设备中常见的对电网的谐波干扰和无功损耗，还可以很好地隔离计算机、程控交换机等非线性负载对电网造成的负面影响。

3.2.3 发展UPS 的高频化技术

在技术先进的UPS 中，使用了双极性晶体管和垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管（Vertical Double-Diffused Metal-Oxide-Semiconductor，VDMOS）等性能优良、工艺成熟的器件，将工作频率提升到16 kHz。使用这些高频化技术能够让滤波的惯性元件减小，提升其效率，从而使得UPS 电源体积减小1/3，电压偏差小于0.5%，动态响应小于3%，总谐波失真度小于2%（100%非线性负荷），各种指标都得到了提升。

4 结 论

从UPS 本身的特性及其构成特征出发，对其选择时应遵守的几个基本原理进行了分析。同时，对国内UPS 电源各个方面的应用和发展状况进行了分析，在此基础上，对UPS 电源的发展方向进行了展望，得出UPS 电源有着良好发展前景的结论。在其发展的全过程中，一定要持续地对技术进行创新，对其本身的功能进行改进，这样UPS 电源才会被越来越多地使用并受到越来越多的关注，从而在人们的生活和生产中起到重要的影响。