摘 要：本文介紹了UPS的定義、分類及應(yīng)用，并對(duì)最常用的小型在線式UPS的工作原理作了詳細(xì)的闡述；進(jìn)而提出其使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：在線式UPS 逆變器 保護(hù)電路 維護(hù)

中圖分類號(hào)：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（b）-0132-02

信息技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了各行各業(yè)，隨著局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的普遍實(shí)施，多數(shù)單位有了自己的網(wǎng)站和網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)之間又形成互聯(lián)網(wǎng)。因此，對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求就提高了，電源是系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)，于是各種容量的UPS都有了用武之地。特別對(duì)于廣播電視行業(yè)“不間斷，高質(zhì)量”的安全播出要求而言，UPS更是是整個(gè)安播系統(tǒng)中常見(jiàn)且尤為重要的設(shè)備之一。本文著重詳細(xì)闡述了我臺(tái)使用的在線式UPS的工作原理，及日常的維護(hù)方法；以期和同行得以交流。

1 概述

UPS（Uninterruptible Power System）是一種專門為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和精密電子器件以及某些需連續(xù)工作的關(guān)鍵設(shè)備而設(shè)計(jì)的不間斷穩(wěn)壓電源。一旦外電停電或電壓過(guò)高、過(guò)低時(shí)，它可以自動(dòng)切換及時(shí)向設(shè)備提供額定的穩(wěn)壓電源并發(fā)出聲光報(bào)Jwdvdmtt8u4wEtsCfpCmrQ==警，起到不間斷供電的作用。由于其具有較高的可靠性，被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、銀行清算中心和通存通取網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、證券交易及期貨貿(mào)易系統(tǒng)、民航航管調(diào)度系統(tǒng)、財(cái)稅信息系統(tǒng)、氣象和地震預(yù)報(bào)監(jiān)控系統(tǒng)、衛(wèi)星地面站接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。

2 UPS電源的分類

UPS電源可以解決電源斷電、電壓下陷、電源浪涌、減幅振蕩、電源干擾、電源突波、電源波動(dòng)、交換瞬變及諧波失真等因市電電源質(zhì)量差對(duì)終端設(shè)備造成的危害。UPS的分類按工作原理可分為：動(dòng)態(tài)式UPS和靜態(tài)式UPS。靜態(tài)式UPS又可分為：在線式（on-line）UPS和后備式（off-line）UPS。按輸出波形可分為：方波、梯形波和正弦波。如果按技術(shù)性能的優(yōu)劣來(lái)排序，其順序?yàn)椋涸诰€式UPS>Delta變換器型UPS>在線互動(dòng)式UPS>后備式正弦波輸出UPS>后備式方波輸出UPS。

下面僅對(duì)近年市場(chǎng)上比較暢銷，應(yīng)用最為廣泛的小型在線式UPS電源作詳細(xì)介紹。

3 小型在線式UPS

如圖1所示，市電電源經(jīng)EM1/RF1濾波器對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的傳導(dǎo)型電磁干擾和射頻干擾進(jìn)行衰減和處理后，分四路去控制后級(jí)電路的正常運(yùn)行。

（1）直接經(jīng)交流旁路供電通道饋送到轉(zhuǎn)換繼電器的常閉觸電上。

（2）送到具有輸入功率因數(shù)校正控制特性的UPS整流器的輸入端。

（3）經(jīng)充電器對(duì)位于UPS內(nèi)的蓄電池組進(jìn)行浮充充電操作，以便一旦市電供電中斷時(shí)，蓄電池有足夠的能量來(lái)支持UPS的正常運(yùn)行。

（4）向UPS的鎖相同步電路送去市電同步跟蹤信號(hào)。

3.1 工作原理

當(dāng)按下位于UPS前面板的開(kāi)機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，由電池組所提供的高壓直流電源（電池電壓在幾十伏～幾百伏之間）經(jīng)位于UPS內(nèi)部的直流輔助電路進(jìn)行DC/DC交換處理后，產(chǎn)生出這臺(tái)UPS的控制電路和微處理器所需要的低壓直流電源（5 V和12 V），一旦位于UPS內(nèi)部的直流輔助電源被正常的建立起來(lái)后，微處理器就會(huì)立即進(jìn)行初始化自檢操作。此后，采用脈寬調(diào)制法控制的整流器、濾波器將不穩(wěn)定的市電電源V0變成幅值穩(wěn)定的直流高壓電源V1送到逆變器電源的直流總線輸出端。當(dāng)市電電源供電正常，在微處理器的調(diào)控下，從DC/DC變換器所送出的另一路直流電源的電壓V3小于從整流濾波器所輸出的直流電源電壓V1，在此條件下，由于二極管D處于反向偏置狀態(tài)，所以，DC/DC直流變換器并不向逆變器提供任何能量，與此同時(shí)，逆變器在微處理器所送的正弦脈寬調(diào)制脈沖的控制下，重新將直流電源V1變成輸出波形非常標(biāo)準(zhǔn)的純正50 Hz正弦波電源V4。由于在UPS的機(jī)內(nèi)配置有由蓄電池組→DC/DC直流變換器所組成的后備直流電源供電系統(tǒng)，因此，一旦遇到市電電源故障（輸入電壓過(guò)高或過(guò)低）或市電供電中斷時(shí)，在微處理的控制下，DC/DC直流變換器將立即投入運(yùn)行，從而將蓄電池相對(duì)較低的直流電壓提升到完全符合逆變器輸入端所要求的電源V1的電平上。利用DC/DC變換，可確保從UPS輸出的逆變器電源永遠(yuǎn)都處于不間斷地向用戶的負(fù)載供電狀態(tài)。

在圖1中，由電壓負(fù)反饋→微處理器→逆變器→電壓負(fù)反饋電路所構(gòu)成的閉環(huán)負(fù)反饋控制電路可確保UPS逆變器向負(fù)載提供穩(wěn)壓精度高達(dá)±0.5%～±1%的穩(wěn)壓電源；當(dāng)市電電源的頻率在UPS的鎖相同步電路所允許的同步窗口（50 Hz±3 Hz）內(nèi)時(shí)，從UPS的逆變器所輸出的逆變器電源與市電電源保持鎖相（頻率、相位）同步關(guān)系的同時(shí)，還要確保逆變器電源不會(huì)出現(xiàn)突變現(xiàn)象。當(dāng)市電電源的頻率超過(guò)UPS的鎖相同步電路所允許的同步窗口時(shí)，逆變器電源將不再跟蹤市電電源，將回到UPS電源的本機(jī)振蕩頻率50 Hz。對(duì)于目前的絕大多數(shù)UPS來(lái)說(shuō)，當(dāng)它處于本機(jī)振蕩工作狀態(tài)時(shí)，其穩(wěn)頻精度可達(dá)50 Hz±0.1%以上。

3.2 自動(dòng)保護(hù)功能

為確保UPS的逆變器和電池組等關(guān)鍵部件不至因偶然操作失誤而損壞，需在UPS電源中設(shè)置各種自動(dòng)保護(hù)電路。萬(wàn)一UPS中的某些元件損壞后，應(yīng)通過(guò)自動(dòng)關(guān)機(jī)操作來(lái)防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。對(duì)于配置在UPS中的自動(dòng)保護(hù)電路的數(shù)量和品種，各生產(chǎn)廠家因設(shè)計(jì)不同而各有差異。然而，無(wú)論UPS電源如何設(shè)計(jì)，其中有兩種自動(dòng)保護(hù)電路必不可少。

（1）UPS逆變器輸出過(guò)載或短路的自動(dòng)保護(hù)。

對(duì)于小型UPS電源，當(dāng)遇到負(fù)載端出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)載甚至短路時(shí)，這個(gè)保護(hù)電路將會(huì)立即將UPS的逆變器電源置于自動(dòng)關(guān)機(jī)狀態(tài)。以防止位于逆變器電源中的晶體管、MOS管或IGBT管等功率放大元件被燒毀。與此同時(shí)，為確保對(duì)用戶負(fù)載的連續(xù)供電，控制電路還將在完成上述操作的同時(shí)，讓UPS電源做一次從逆變器供電→市電交流電源供電的切換操作。

（2）電池電壓過(guò)低自動(dòng)保護(hù)。

當(dāng)UPS電源遇到市電電源故障或市電供電中斷時(shí)，蓄電池組將立即承擔(dān)起向逆變器提供直流電源的工作。隨著市電故障時(shí)間的延長(zhǎng)，電池組的端電壓將逐漸下降。當(dāng)電池組的端電壓下降到電池電壓過(guò)低閥值電平時(shí)，為防止電池因過(guò)度放電而損壞，UPS將通過(guò)此保護(hù)電路將逆變器置于立即關(guān)機(jī)狀態(tài)，從而達(dá)到停止電池放電的目的。

4 UPS電源的使用與維護(hù)

（1）嚴(yán)禁超負(fù)載使用及過(guò)度放電，以免造成逆變器和電池的永久損壞。

（2）對(duì)于經(jīng)常不停電的用戶，應(yīng)每月人為停電一次，對(duì)UPS放電。若發(fā)現(xiàn)蓄電池放電時(shí)電量下降過(guò)快或充電時(shí)電量上升太慢，應(yīng)及時(shí)更換蓄電池。

（3）主機(jī)中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變。特別是對(duì)電池組的參數(shù)，會(huì)直接影響其使用壽命，但隨著環(huán)境溫度的改變，對(duì)浮充電壓要做相應(yīng)調(diào)整。通常以25 ℃為標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境溫度每升高或降低1 ℃時(shí)，浮充電壓應(yīng)增加18 mV（相對(duì)于12 V蓄電池）。

（4）當(dāng)市電品質(zhì)較差時(shí)，UPS電源的供電方式會(huì)不斷地頻繁切換，此時(shí)應(yīng)適量調(diào)低UPS電源的靈敏度。

（5）執(zhí)行每日例行的巡視檢查：“看”UPS面板各指示燈是否正常；“聽(tīng)”有無(wú)異常聲響；“聞”是否有焦糊氣味。

（6）保持UPS運(yùn)行在20 ℃～25 ℃潔凈、干燥的工作環(huán)境中，確?？諝膺^(guò)濾網(wǎng)及散熱裝置無(wú)阻塞且運(yùn)行正常。

5 結(jié)語(yǔ)

UPS的使用為我臺(tái)節(jié)傳機(jī)房數(shù)字接收機(jī)、音頻四選一、網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備高穩(wěn)定、不間斷地運(yùn)行提供了可靠的電源保障，極大地減少和避免了因電源故障引起的停播事故。因此，深入了解和科學(xué)使用、維護(hù)好UPS對(duì)我們的安全播出工作有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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