你想知道的UPS电源工作原理科普都在这里了
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UPS电源目前在医院、学校以及大型计算机信息管理中心等范围内已经得到了广泛应用，它的出现可以有效保障应急条件下的工作效率，同时，UPS电源还可以为计算机提供高质量电源输入，这也使其在消费电子领域大受欢迎。而对新人工程师来说，扎实UPS电源的工作原理和工作过程是非常重要的，本文将就这一问题展开详细分析和知识分享。 UPS电源因为具有不间断供电和集储能、输出于一身的特点，加上其能够在电源输入的同时消除市电所带来的噪声、低电压等电源污染，因此在信息管理领域中的应用非常广泛。从原理上来看，UPS其实是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备，其系统原理图如下图图1所示。下面我们将就其主要结构进行分别介绍。 图1 小功率的UPS电源内部系统结构图 UPS电源内部结构 一个完整的UPS电源，其主要结构是由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成， 在UPS电源的内部系统中，整流器的主要工作就是就是将交流AC转化为直流DC的装置。在这一电源系统中它有两个主要功能。第一个功能是将交流电变成直流电，经滤波后供给负载，或者供给逆变器。第二个功能是给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。 而作为另一个重要的构成部分，蓄电池则是UPS用来作为储存电能的重要装置。这一部分主要由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电、供电的时间。其主要功能是当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。而当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载。 而如果想要将电源内部的储存电能输出，就需要用到逆变器了。在这一电源系统中，逆变器的作用是将直流电DC转化为交流电AC，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。 最后一个重要的组成元件是静态开关，它是用两个可控硅反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。按目前市面上常见的交流开关型号来看，可以分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换。并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。 UPS电源工作原理 UPS电源在工作运行时，其工作情况可以分为AC-DC变换和DC-AC逆变输出两个部分。首先来看AC-DC变换的工作过程。这一工作是电源将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入通常具有软启动电路设计，可避免开机时对电网的冲击。 接下来来看DC-AC逆变电路的工作情况。通常这一部分会采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，这样的设计具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。而控制驱动部分的工作也是与AC-DC转换和DC-AC输出工作同步进行的，这一设计是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。 下面我们结合市电的输入、输出过程来看一下UPS电源具体的工作运行过程。当市电正常380V时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220V交流电压，同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当UPS电源的电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载情况时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。 |
