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        論UPS輸出電壓直流化變革趨勢

        來(lái)源:機房360 作者:張廣明 更新時(shí)間:2014-1-27 14:13:40

        摘要:文中從UPS技術(shù)發(fā)展過(guò)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(wèn)題;UPS直流輸出的可行性和性能優(yōu)勢以及直流電壓輸出的UPS(簡(jiǎn)稱(chēng)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(jiǎn)稱(chēng)AG-UPS)供電系統存在的主要問(wèn)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(wèn)題,備用能源(蓄電池)要經(jīng)過(guò)UPS設備中最薄弱環(huán)節——逆變器才能向負載供電,這是造成UPS系統必須經(jīng)過(guò)兩次變換能源、系統中存在著(zhù)負載和UPS本身兩個(gè)諧波源、系統過(guò)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(shù)發(fā)展過(guò)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(wèn)題;UPS直流輸出的可行性和性能優(yōu)勢以及直流電壓輸出的UPS(簡(jiǎn)稱(chēng)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(wǎng)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(gè)不可改變的事實(shí)。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(kāi)始產(chǎn)業(yè)化至今已有60多年歷史,在這漫長(cháng)的過(guò)程中,供電電源也經(jīng)歷了幾個(gè)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(shù)進(jìn)步。圖1顯示了這個(gè)過(guò)程。

          1.1 20世紀60、70年代

          如圖1(a)所示。此時(shí)計算機是由電網(wǎng)(市電)直接供電的,機內電源擔負著(zhù)高壓交流電到低壓直流電的轉換任務(wù),穩壓功能以可控整流和線(xiàn)性調節穩壓電路為主,70年代才出現開(kāi)關(guān)電源。由于穩壓電路結構和當時(shí)半導體器件性能限制,線(xiàn)性調節和開(kāi)關(guān)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(tài)的工頻降壓變壓器。

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

          如圖1(b)所示。此時(shí)開(kāi)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(kāi)關(guān)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(jìn)步,電源技術(shù)界開(kāi)始了一場(chǎng)“20kHz的革命”,無(wú)輸入變壓器的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)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(wú)輸入變壓器的高頻開(kāi)關(guān)電源,也就是說(shuō),計算機設備是可以由高壓交流市電(無(wú)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(guān)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(kāi)關(guān)電源也必須保留輸入級的AC/DC變換,整個(gè)供電就形成了UPS設備的AC/DC→DC/AC兩級變換和計算機內開(kāi)關(guān)電源的AC/DC→DC/DC兩級變換。


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