摘要：UPS的用戶設(shè)備，大都是計算機及其外圍設(shè)備。這些設(shè)備絕大多數(shù)采用了開關(guān)穩(wěn)壓電源．因此不一定再需要交流供電，而采用直流供電還可以免除諧波干擾、增加數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴o逆變器UPS省掉了傳統(tǒng)UPS中的逆變器，對用戶設(shè)備實現(xiàn)直流供電，在保留所有外部特性的同時，其他各項技術(shù)性能也都大大提高，而且成本、體積、重量、功耗也都降至相同功率傳統(tǒng)UPS的5％以內(nèi)。整機對市電電網(wǎng)無干擾，輸入端功率因數(shù)等于1，總諧波畸變THD等于零。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；UPS革命；無逆變器UPS

引言

市電并不是穩(wěn)定的，它存在著很多電能質(zhì)量問題，例如電壓浪涌、高壓尖脈沖、暫態(tài)過電壓、電壓下陷、線路噪聲、頻率偏移、持續(xù)低電壓、供電中斷等。這些質(zhì)量問題既可以引起計算機的鍵盤鎖定、硬件老化等相對較輕的不良影響，也可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)完全丟失或主板燒毀等較大的事故。所以計算機必須采用UPS供電。UPS可以改善市電的供電質(zhì)量，保護計算機穩(wěn)定可靠地運行。

UPS是專門為計算機設(shè)計的一種不間斷電源，UPS離不開計算機，計算機也離不開UPS。隨著計算機的廣泛應(yīng)用，使得UPS也得到了廣泛的應(yīng)用。

對于UPS，按其輸出電壓波形的不同，可以分為交流UPS(AC UPS)和直流UPS(DC UPS)，對于像計算機和通信系統(tǒng)等直流用電負載而言，從供電的可靠性、安全性和運行效率來說，直流UPS比交流UPS具有更突出的優(yōu)點，諸如電路簡單、所用元器件少、成本低廉、功耗小、體積重量小、可靠性高、擴容簡單、制造容易、維護方便等。但直流UPS也存在著一些缺點，例如，不能通過工頻變壓器向線性穩(wěn)壓電源供電，不能帶交流負載，輸出的大功率直流電壓穩(wěn)壓困難，直流電壓變化困難，市電與負載之間不能實現(xiàn)隔離等。雖然直流UPS比交流UPS具有更多的優(yōu)點，但由于歷史原因和傳統(tǒng)觀念的影響，當(dāng)前應(yīng)用較多的仍然是交流UPS，隨著汁算機應(yīng)用領(lǐng)域的增多，每個領(lǐng)域各有自己與眾不同的特點，因此對交流UPS的要求也各不相同，而作為公共設(shè)備的交流UPS，則必須具備所有這些功能：同時，即使對同一領(lǐng)域，由于不斷發(fā)展的需要，對UPS的功能要求也越來越多，這就使交流UPS的電路越來越復(fù)雜，所用元器件越來越多，成本越來越大，維護越來越復(fù)雜，體積越來越大，可靠性越來越差。為了提高UPS的可靠性，又需增加各種保護電路或采用冗余并聯(lián)的工作方式。這種滾雪球式的發(fā)展方式，導(dǎo)致交流UPS的生產(chǎn)維護技術(shù)的難度和售價指數(shù)增加。這又使一般中小型用戶難以承受，嚴重影響了交流UPS的進一步推廣應(yīng)用。當(dāng)這種矛盾發(fā)展到一定程度時，必然會引發(fā)一場UPS革命。

1 當(dāng)前UPS的結(jié)構(gòu)特點與存在的問題

當(dāng)前UPS電路的結(jié)構(gòu)形式，是由上世紀70年代UPS開發(fā)的初期決定的。那時的計算機采用的是以工頻變壓器為依托的線性電源，同時又由于交流電動機負載的存在，因此早期的UPS主要目的是保持工頻交流不中斷一為了達到這個目的就必須進行逆變，于是逆變器就成了UPS中的核心部件。UPS性能的改善和功能的提高，都集中表現(xiàn)在逆變器上，因此大家都圍繞著逆變器大做文章，使逆變器成為UPS中電路最復(fù)雜，工藝最復(fù)雜，元器件用得最多，要求又最嚴格、設(shè)計制造最困難．體積最大、造價最高的部件，它占去了UPS整機成本、體積、重量和功耗的90%以上，成為UPS技術(shù)、功能和制造維護的難點集中地，當(dāng)然也是UPS故障最多、可靠性最差的地方。因此，對UPS革命自然而然地應(yīng)從逆變器人手。也就是說要取消逆變器，只有這樣才是對UPS最徹底的革命。但去掉逆變器在開關(guān)電源未普及之前決非易事，它有三大難點不能解決： 一是直流電壓不能通過工頻變壓器向線性穩(wěn)壓電源輸送電能，亦即不能實現(xiàn)不問斷供電；二是大功率直流穩(wěn)壓困難，計算機的多種低壓直流電源采用直流變壓困難；三是市電與計算機的電隔離困難。

高頻開關(guān)電源的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，為解決上述三大難點創(chuàng)造了條件。高頻開關(guān)電源萌芽于20世紀50年代，到20世紀70年代完成了20 kHzPWM開關(guān)電源樣機，被稱作“20 kHz革命”，是直流穩(wěn)壓電源發(fā)展史上的一個巨大飛躍。到20世紀術(shù)高頻開關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在計算機電源中的應(yīng)用，為UPS取消逆變器創(chuàng)造了條件，因為它解決了直流蓄電池電壓的穩(wěn)壓、變壓和市電與計算機之間的隔離問題。

為了減小低壓大電流時的線路壓降，減小電源故障的影響范圍，提高供電的可靠性，一般在小型計算機中都裝有高頻開關(guān)電源。這些開關(guān)電源的具體線路可能不完全相同，但其基本結(jié)構(gòu)與組成部分足大致一樣的。當(dāng)前，ATX電源已取代早期的AT電源應(yīng)用于計算機中，其原理電路如圖l所示。它主要是由抗干擾濾波、市電側(cè)整流和平滑濾波3種電路組成的市電側(cè)整流濾波電路，以及由高頻逆變、高頻變壓隔離、高頻整流、高頻濾波及控制電路組成的DC／DC變換器兩部分組成的。輸出的低壓直流電壓為±12V，±5V，3．3 V，以供計算機內(nèi)部電路使用。一般高頻開關(guān)電源允許輸入電壓的變化范圍為交流工頻165～275 V，直流233.4～388.9 V，輸出電壓精度為O.6％～1％。

從圖1所示的原理框圖可知，ATX開關(guān)電源所具有的3種功能對取消UPS中的逆變器是十分有用的：一是可以輸入工頻交流電壓，也可以輸入233 4～388.9V直流電壓，以保持直流輸出電壓基本不變；二是ATX中的DC／DC變換器具有直流穩(wěn)壓和變壓的功能； 三是高頻變壓隔離器中的變壓器具有隔離作用。這3種功能滿足了計算機對UPS的要求，并實現(xiàn)了計算機輸入電源的交直兼容，使計算機不再一定非要輸入220 V工頻電壓。

2 UPS的改革方案和工作原理

如前所述，逆變器是決定傳統(tǒng)交流UPS性能和質(zhì)量的核心部件，對UPS革命的目的就是去掉逆變器，以降低UPS的成本，提高效率，減小生產(chǎn)難度，減小體積重量、簡化操作維護，減小故障率，提高可靠性，因此，去掉逆變器的無逆變器UPS將是一種比較好的新型UPS方案。

一臺單相交流UPS向一臺計算機供電的原理電路如圖2所示，圖2中的左側(cè)虛線框內(nèi)所示的電路為傳統(tǒng)交流UPS，它包括整流器、蓄電池和逆變器；圖2中的右側(cè)虛線框內(nèi)所示的電路，為計算機中的ATX開天電源，它包括抗干擾電路、市電側(cè)整流濾波電路和DC／DC變換電路。

在圖2左側(cè)的傳統(tǒng)交流UPS電路中，市電220 V交流電壓經(jīng)過無仃何升、降壓功能的橋式整流器，整流成+300V向蓄電池進行浮充電，蓄電池上的+．300V直流電壓再經(jīng)過逆變器逆變成220 V工頻交流電壓向計算機供電。在圖2右側(cè)的汁算機ATX開關(guān)電源中，“市電側(cè)整流濾波電路”再將220 V工頻交流電壓整流成+300 V直流電壓，而后再由ATX中的DC／DC變換器將+300 V直流電壓變換成±12 V，±5V和3．3 V的直流電壓向計算機供電，由圖2可以看出，左側(cè)UPS中的整流器輸出的直流電壓，與右側(cè)ATX中“市電側(cè)整流濾波電路”的輸出電壓都是+300 V，是相同的。這就說明逆變器將蓄電池電壓+300V再逆變成220V工頻足多余的。因此可以將UPS中的逆變器去掉，并直接將蓄電池的+300V直流電壓，通過汁算機中ATX的“市電側(cè)整流濾波電路”向計算機供電，如圖3所示。要作到這一點．LPS中的整流器必須采用直接整流的方式，而不能帶任何的升降壓功能。