不間斷電源UPS伴隨計算機誕生以來發展迅速。而逆變技術自出現之日起,便一直是UPS技術進步的主要部分,其核心部件——功率器件的發展由原先的可控硅、晶體管到MOS管、絕緣門限晶體管(IGBT),今天IGBT已成為眾多UPS制造商爭先采用的逆變器件。同時,UPS的控制電路的發展也很快,由起初的分立元件的簡單控制發展到今天的微處理機控制,由硬件控制又發展到軟件控制繼而到聯網功能,這方面的技術發展已越來越顯示出智能化和多功能化的趨勢。以美國的APC公司為例,其生產的UPS甚至在每個電池箱中都安裝了微處理機以監視這些電池的狀態,并可使計算機按照事先設定的順序自動開、關機,甚至能夠對環境溫度、濕度和煙霧進行監視、通過聯網及遠程通訊進行遠程監控等。從UPS的工作方式和結構來看,一般分為后備式(OFFLINE)和在線式(ONLINE),其主體結構大致相同,主要包括:整流(充電)器、蓄電池、逆變器和轉換開關等四個部分。二者的區別主要是工作方式:后備式UPS只有在市電異常時才啟動逆變器,而在線式UPS的逆變器則自始至終都在工作。后備式UPS有著效率高、價格低廉的優點,但供電質量差一些,而在線式UPS雖然供
電質量高,但價格比后備式貴得多。這幾年UPS市場上出現了一種新的技術,即以美國APC公司為代表的在線互動式,這是一種兼顧了后備式和在線式兩種UPS優點的第三代UPS產品,并且很快得到了用戶的認可。它的出現無疑對原來的UPS市場和固有的技術觀念是一個沖擊,因而有一些似是而非的概念使一些用戶在心理上產生了一些疑惑,這里我們就在線互動式和傳統在線式UPS的幾個指標進行一些比較。
切換時間
首先,UPS工作時存在著兩種切換:即市電異常時的切換和逆變器過載或故障時的切換,在線互動式小功率UPS在任何情況下的切換時間都是一樣的,即2ms,筆者曾對APC Smart 900型的UPS作過測試,和其說明書上完全相符。而傳統在線式UPS的兩種切換是不一樣的。事實上,在市電異常時,此種UPS不存在切換,只是在整流電壓低于電池電壓時,電池由原來的充電狀態轉為放電狀態而已,其實無所謂"切換時間"。但若逆變器過載或故障時,則必須將負載切換到旁路上去,這個切換過程不可能為零;而當逆變器恢復正常后,負載又必須由旁路切換回逆變器上,仍然有切換時間,尤其是許多小功率UPS的切換要靠繼電器實現,其切換時間就更長了(除非另加儲能環節)。以往的小功率在線式UPS說明書上大都標明切換時間為"0",實際上是不確切的。然而更為重要的是,幾毫秒的切換時間對電腦是否有影響?回答是否定的——別說幾毫秒,甚至幾十毫秒的斷電對電腦都是影響不大的,這要從以下兩個方面來討論:其一,我們只要分析一下電腦電源原理和波形圖就可以知道,在市電(或UPS)正弦波一個周期(20毫秒)中,電腦和UPS的斷開時間約15毫秒,遠大于一般規定的5毫秒以下的切換時間。從這個觀點上說,UPS的幾毫秒的切換時間根本不影響電腦的正常工作。其二,實驗證明,計算機電路本身具有的儲能裝置——電容就能在斷電狀態中維持計算機滿負荷工作50～60毫秒的時間。由以上分析可以說明,幾毫秒的切換時間對電腦而言可以不計。筆者曾測出某UPS 500的切換時間為45毫秒,而這種UPS的銷量還相當大。
UPS輸出電壓的穩定度
2KVA以下的在線互動式UPS,其輸出電壓有一個較寬的變化范圍,有的超過了±10%,而在線式UPS則為±2%,這就造成了一些用戶對前者的憂慮,認為前者輸出電壓不穩定,電腦無法使用。難道在線互動式UPS不能作成穩壓的嗎?不是——并非無此技術,而是沒有必要。大家知道,小容量的UPS負載絕大多數是電腦,而電腦對交流輸入電壓的變化范圍要求不高。事實上,在計算機電源電路內存在著自動調節電壓不變的能力,輸入交流電壓變動±20V甚至±30V都在電腦正常工作范圍之內,為了保險起見,一般限制在±20V以下也就足夠了,不必強求±2%的穩定度。
因此,在線互動式小功率UPS省去了過細的穩壓環節,提高了可靠性。不過,APC對3KVA以上的在線互動式UPS都增加了穩壓環節,將輸出電壓穩定在±5%以內,這是因為考慮到容量較大的UPS負載不僅僅有電腦和服務器,而且還有其它設備之故。在線互動式和傳統在線式UPS的頻率穩定度由于在線互動式UPS當市電正常時不啟動逆變器,而是經過加工的輸入市電負載供電,乍看起來,這種UPS的輸出頻率隨市電頻率而變,即負載接受的就是市電頻率,這就產生出在線互動式UPS不穩頻的感覺,實際上也有一定道理。而傳統在線式UPS的說明書則表明輸出電壓頻率穩定度為±1%甚至0.5%以下,實際情況是否如此呢?不論是在線互動式還是傳統在線式UPS,一般對輸入電壓頻率穩定的要求大都是50Hz±5。如果市頻率變化超過這個值,此兩種UPS都改變電池供電狀態,這時輸出電壓的頻率穩定度都很高,這一點是不容辯駁的。當然,在線互動式UPS輸出電壓頻率在50Hz±5%內變化,而傳統在線式UPS的輸出電壓頻率同樣在50Hz±5%范圍內隨市電變化。因為一般傳統在線式UPS都有鎖相環節,在市電頻率50Hz±5%范圍中,UPS輸出電壓的頻率不但與市電同頻率而且相同位。換言之,傳統在式UPS的輸出頻率在市電正常時也是隨市電而變的。而在其說明書中所標明的比如±1%或±0.5%等那是在電池供電時的情況,這一點和在線互動式也是等同的。
因此,由以上的幾點討論可以看出,在供電質量上在線互動式和傳統在線式兩種UPS有著同等的供電效果。當然在某些具有特殊要求的負載情況下也應作不同的選擇。不過由于在線互動式UPS效率很高,故可將工作溫度擴展為0～45℃,而傳統在線式UPS的工作溫度一般都在0～40℃。