不间断电源UPS伴随计算机诞生以来发展迅速。而逆变技术自出现之日起,便一直是UPS技术进步的主要部分,其核心部件——功率器件的发展由原先的可控硅、晶体管到MOS管、绝缘门限晶体管(IGBT),今天IGBT已成为众多UPS制造商争先采用的逆变器件。同时,UPS的控制电路的发展也很快,由起初的分立元件的简单控制发展到今天的微处理机控制,由硬件控制又发展到软件控制继而到联网功能,这方面的技术发展已越来越显示出智能化和多功能化的趋势。以美国的APC公司为例,其生产的UPS甚至在每个电池箱中都安装了微处理机以监视这些电池的状态,并可使计算机按照事先设定的顺序自动开、关机,甚至能够对环境温度、湿度和烟雾进行监视、通过联网及远程通讯进行远程监控等。从UPS的工作方式和结构来看,一般分为后备式(OFFLINE)和在线式(ONLINE),其主体结构大致相同,主要包括:整流(充电)器、蓄电池、逆变器和转换开关等四个部分。二者的区别主要是工作方式:后备式UPS只有在市电异常时才启动逆变器,而在线式UPS的逆变器则自始至终都在工作。后备式UPS有着效率高、价格低廉的优点,但供电质量差一些,而在线式UPS虽然供
电质量高,但价格比后备式贵得多。这几年UPS市场上出现了一种新的技术,即以美国APC公司为代表的在线互动式,这是一种兼顾了后备式和在线式两种UPS优点的第三代UPS产品,并且很快得到了用户的认可。它的出现无疑对原来的UPS市场和固有的技术观念是一个冲击,因而有一些似是而非的概念使一些用户在心理上产生了一些疑惑,这里我们就在线互动式和传统在线式UPS的几个指标进行一些比较。
切换时间
首先,UPS工作时存在着两种切换:即市电异常时的切换和逆变器过载或故障时的切换,在线互动式小功率UPS在任何情况下的切换时间都是一样的,即2ms,笔者曾对APC Smart 900型的UPS作过测试,和其说明书上完全相符。而传统在线式UPS的两种切换是不一样的。事实上,在市电异常时,此种UPS不存在切换,只是在整流电压低于电池电压时,电池由原来的充电状态转为放电状态而已,其实无所谓"切换时间"。但若逆变器过载或故障时,则必须将负载切换到旁路上去,这个切换过程不可能为零;而当逆变器恢复正常后,负载又必须由旁路切换回逆变器上,仍然有切换时间,尤其是许多小功率UPS的切换要靠继电器实现,其切换时间就更长了(除非另加储能环节)。以往的小功率在线式UPS说明书上大都标明切换时间为"0",实际上是不确切的。然而更为重要的是,几毫秒的切换时间对电脑是否有影响?回答是否定的——别说几毫秒,甚至几十毫秒的断电对电脑都是影响不大的,这要从以下两个方面来讨论:其一,我们只要分析一下电脑电源原理和波形图就可以知道,在市电(或UPS)正弦波一个周期(20毫秒)中,电脑和UPS的断开时间约15毫秒,远大于一般规定的5毫秒以下的切换时间。从这个观点上说,UPS的几毫秒的切换时间根本不影响电脑的正常工作。其二,实验证明,计算机电路本身具有的储能装置——电容就能在断电状态中维持计算机满负荷工作50～60毫秒的时间。由以上分析可以说明,几毫秒的切换时间对电脑而言可以不计。笔者曾测出某UPS 500的切换时间为45毫秒,而这种UPS的销量还相当大。
UPS输出电压的稳定度
2KVA以下的在线互动式UPS,其输出电压有一个较宽的变化范围,有的超过了±10%,而在线式UPS则为±2%,这就造成了一些用户对前者的忧虑,认为前者输出电压不稳定,电脑无法使用。难道在线互动式UPS不能作成稳压的吗?不是——并非无此技术,而是没有必要。大家知道,小容量的UPS负载绝大多数是电脑,而电脑对交流输入电压的变化范围要求不高。事实上,在计算机电源电路内存在着自动调节电压不变的能力,输入交流电压变动±20V甚至±30V都在电脑正常工作范围之内,为了保险起见,一般限制在±20V以下也就足够了,不必强求±2%的稳定度。
因此,在线互动式小功率UPS省去了过细的稳压环节,提高了可靠性。不过,APC对3KVA以上的在线互动式UPS都增加了稳压环节,将输出电压稳定在±5%以内,这是因为考虑到容量较大的UPS负载不仅仅有电脑和服务器,而且还有其它设备之故。在线互动式和传统在线式UPS的频率稳定度由于在线互动式UPS当市电正常时不启动逆变器,而是经过加工的输入市电负载供电,乍看起来,这种UPS的输出频率随市电频率而变,即负载接受的就是市电频率,这就产生出在线互动式UPS不稳频的感觉,实际上也有一定道理。而传统在线式UPS的说明书则表明输出电压频率稳定度为±1%甚至0.5%以下,实际情况是否如此呢?不论是在线互动式还是传统在线式UPS,一般对输入电压频率稳定的要求大都是50Hz±5。如果市频率变化超过这个值,此两种UPS都改变电池供电状态,这时输出电压的频率稳定度都很高,这一点是不容辩驳的。当然,在线互动式UPS输出电压频率在50Hz±5%内变化,而传统在线式UPS的输出电压频率同样在50Hz±5%范围内随市电变化。因为一般传统在线式UPS都有锁相环节,在市电频率50Hz±5%范围中,UPS输出电压的频率不但与市电同频率而且相同位。换言之,传统在式UPS的输出频率在市电正常时也是随市电而变的。而在其说明书中所标明的比如±1%或±0.5%等那是在电池供电时的情况,这一点和在线互动式也是等同的。
因此,由以上的几点讨论可以看出,在供电质量上在线互动式和传统在线式两种UPS有着同等的供电效果。当然在某些具有特殊要求的负载情况下也应作不同的选择。不过由于在线互动式UPS效率很高,故可将工作温度扩展为0～45℃,而传统在线式UPS的工作温度一般都在0～40℃。