开关电源与UPS革命

从图l所示的原理框图可知，ATX开关电源所具有的3种功能对取消UPS中的逆变器是十分有用的：一是可以输入工频交流电压，也可以输入233 4～388.9V直流电压，以保持直流输出电压基本不变；二是ATX中的DC／DC变换器具有直流稳压和变压的功能； 三是高频变压隔离器中的变压器具有隔离作用。这3种功能满足了计算机对UPS的要求，并实现了计算机输入电源的交直兼容，使计算机不再一定非要输入220 V工频电压。

2 UPS的改革方案和工作原理
如前所述，逆变器是决定传统交流UPS性能和质量的核心部件，对UPS革命的目的就是去掉逆变器，以降低UPS的成本，提高效率，减小生产难度，减小体积重量、简化操作维护，减小故障率，提高可靠性，因此，去掉逆变器的无逆变器UPS将是一种比较好的新型UPS方案。

一台单相交流UPS向一台计算机供电的原理电路如图2所示，图2中的左侧虚线框内所示的电路为传统交流UPS，它包括整流器、蓄电池和逆变器；图2中的右侧虚线框内所示的电路，为计算机中的ATX开天电源，它包括抗干扰电路、市电侧整流滤波电路和DC／DC变换电路。在图2左侧的传统交流UPS电路中，市电220 V交流电压经过无仃何升、降压功能的桥式整流器，整流成+300V向蓄电池进行浮充电，蓄电池上的+．300V直流电压再经过逆变器逆变成220 V工频交流电压向计算机供电。在图2右侧的汁算机ATX开关电源中，“市电侧整流滤波电路”再将220 V工频交流电压整流成+300 V直流电压，而后再由ATX中的DC／DC变换器将+300 V直流电压变换成12 V，5V和3．3 V的直流电压向计算机供电，由图2可以看出，左侧UPS中的整流器输出的直流电压，与右侧ATX中“市电侧整流滤波电路”的输出电压都是+300 V，是相同的。这就说明逆变器将蓄电池电压+300V再逆变成220V工频足多余的。因此可以将UPS中的逆变器去掉，并直接将蓄电池的+300V直流电压，通过汁算机中ATX的“市电侧整流滤波电路”向计算机供电，如图3所示。要作到这一点．LPS中的整流器必须采用直接整流的方式，而不能带任何的升降压功能。

将图2所示的供电电路去掉逆变器以后就变成了如图4所示的无逆变器UPS向计算机供电的电路，此时无逆变器UPS相当于一个具有交流旁路的直流UPS。此时UPS的工作方式是由市电、整流器与蓄电池组成的直流UPS通过静态开关2向计算机不间断供电，当直流UPS需要检修或出现故障时，由市电通过旁路开关(静态开关1)向计算机供电。

比较图2和图4可知，去掉逆变器以后使UPS电路得到了很大的简化，保剩下r整流器、蓄电池及静态开关，这时静态开关2变成了只用一个SCR的直流开关。

由图4左侧所示的单相无逆变器UPS电路组成的三相无逆变器UPS电路如图5所示，其工作原理与工作方式与图4所示单相电路相同。

3 无逆变器UPS的两种工作模式
无逆变器UPS的工作模式有两种：一种是后备式工作模式，另一种是在线式工作模式。

3．1 后备式工作模式
单相无逆变器UPS向计算机供电的原理电路如图4所示。当工作在后备模式时，在市电中断或在恢复过程中，作为后备式UPS负载中的ATX开关电源，其“市电侧整流滤波电路”的输出电压uh及电流iR的波形如图6所示。图6中t1之前由市电供电；t1时刻市电断电；t1～t2期间ATX开关电源内部的储能电容放电以维护计算机的工作；t2时刻由UPS中的蓄电池供电；t3时刻市电恢复。

3.2在线式工作模式
如图4所示，对于在线工作模式，在UPS处于市电旁路供电状态时(如检修整流器或蓄电池时)，以及之后又恢复直流供电时，作为在线式UPS负载的ATX开关电源，其“市电侧整流滤波电路”输出端的电压uR及电流iR的波形如图7所示。图7中t1之前由在线式UPS直流供电；t1一时刻转入市电旁路供电；t1～t2期间由市电旁路供电；t2～t3期间由ATX开关电源内部储能电容放电维持计算机工作，UPS中的蓄电池没有直流电流输出，t3时刻UPS恢复直流供电。

3.3 静杰开关l和2之间的切换
3.3.1 由市电旁路供电到蓄电池直流供电的切换
当市电掉电时，随着静态开关1(旁路)关断的同时，关断静态开关l的触发脉冲，并对静态开关2进行触发．使其被触发导通。

3.3．2 由直流供电到市电交流旁路供电的切换
如图8所示，首先关断静态开关2的触发脉冲，当市电电压正半周到来的瞬间，将静态开关l(旁路)触发导通，用市电电压正半周的峰值(311 V)大于蓄电池电压(+300V)的值来关断静态开关2。

4 无逆变器UPS的并联运行
直流电压的并联，或在同一个市电电源下的交流并联，是比较容易的。两台单相无逆变器UPS的并联工作的原理电路如图9所示。假定它们工作在在线模式，静态开关1(旁路)处于关断状态。当两组蓄电池的电压UB1和UB2相同时，即UB1-UB2时，两台UPS并联后它们将共同平均分配同一个负载。如果两组蓄电池被充的电压不相同时，例如UB2UB1时，静态开关2将受反压而关断，负载电流将全部由UB1供给。如果UB1的充电电流小于负载电流时，则UB1蓄电池组将放电以补充不足的电流，UB1将下降，而此时UB2会因不断地被充电使UB2上升，当UB2被充到UB2=UB1时，静态开关2导通，自动转入到两台UPS共同分担同一个负载电流的状态。并在向负载供电的同时，同步完成对各自蓄电池组的充电过程。

如果市电电源中断，则这些并联的UPS不论其蓄电池容量大小，充电的程度如何，仍然可以自动地同步到放电终了的状态。

无逆变器UPS能够具有如此良好的并联特件．丰要得希于如下3点。
1)不存在频率、相位不一致的问题；
2)极佳的电流峰值九，易于实现不同容量、不同充电程度的无逆变器UPS进行并联，对负载具有极好的积压适应能力；
3)静态开关2中的晶闸管杜绝了“环流”现象的发生，即不会出现电压高、容量大的UPS向电压低、容量小的UPS馈电。