不同UPS拓扑结构对供电系统的高可用性的影响

    USP供电系统的“高可用性”要求其系统必须具备可靠性、功能性、可维护性和容错性四个要素，而UPS内部拓扑结构对系统的可靠性和功能性起着决定作用。可用性的关键要素，尤其是可维护行和容错性，很大程度上取决于UPS冗余和配电系统选择，本文对UPS内部不同的拓扑结构进行分析和评估，说明个结构如何对“高可用性”电源系统产生的影响。

    一、UPS拓扑结构：离线式UPS或后备式电源(SPS)

    离线式拓扑结构是最简单的一种UPS结构，如图1所示。正常运行情况下，交流市电直接流经UPS直至重要负载。充电器或“4象限变流器”将交流电转换为直流电向电池充电。逆变器用于将电池提供的直流电转换成交流电，当市电故障时为负载供电。逆变器通常运行于待机模式，保持对电池充电。如果市电超过规定范围，逆变器通过电池向负载供电。该拓扑结构被称为“单变换”，因为在任何时候，电源只能转换一次(交流转换为直流或直流转换为交流)。正常运行情况下，少量交流电转换为直流电，保持对电池供电。输入市电电超出规定范围时，UPS检测到电源故障，切换继电器动作，输出逆变器启动逆变器将电池提供的直流电转换成交流电，向负载供电。

    离线式UPS价格非常低廉，仅适合于家用或为向只需要实施断电保护应用的单台计算机工作站供电的情形。有时离线式产品内置浪涌抑制和/或“降压和升压”电路，补偿较高或较低的输入电压，但不尝试提供任何有效的输入电源调节。

    离线式UPS在设计简单性方面得分较高，而在其它测量方面则稍有欠缺。离线式UPS一般应用于单相非重要负载。尤其是不兼容发电机等不足，使其不适用于三相应用。

    二、UPS拓扑结构：互动式UPS

    互动式UPS拓扑结构，如图2所示。该结构与离线式UPS产品类似，不同之处是在市电电源和负载之间按照串联的结构加入变压器了或电感器。该电感器使UPS逆变器可以与输入电源“交互”，并对连接至负载的输出电源进行调节。也就是说在输入电压较高和较低状况下，“降压和升压”电路能够进行相应的调节。

    四象限变换器一般为恒压设备。负载或输入电压变化时，四象限变换器通过调整输出相位角，作出相应的改变。负载频繁的发生变化，将导致电池放电，电池的频繁放电将大大缩短其使用寿命。

    互动式UPS产品的另一个不足之处在于，如果不采用电池供电，将无法完全使重要负载与输入电源间实现隔离。频率出现微扰和电源质量较差，将直接影响到重要负载。若不实施电气隔离，共模噪声也将直接影响到负载的正常工作。

    互动式UPS产品的另一个不足之处在于，如果不采用电池供电，将无法完全使重要负载与输入电源间实现隔离。频率出现微扰和电源质量较差，将直接影响到重要负载。若不实施电气隔离，共模噪声也将直接影响到负载的正常工作。

    与离线式UPS相同，互动式UPS产品价格可能较低，而效率高，原因是，它仅在输入电源异常时向重要负载供电，且仅在电池工作期间运作。与离线式UPS相比，互动式UPS设备由于其串联电感器以及电源调节功能，在效率方面有所损耗。■