【導讀】在像是基站、交換機、服務器等關鍵的基礎設施中
，都有著不能停止運轉、避免斷電的壓力
，因此不間斷電源 (Uninterruptible Power Supply, UPS) 便是在電網異常的情況下，不間斷的為電器負載設備提供後備交流電源

，以維持電器正常運作的設備。本文將為您介紹 UPS 的運作原理

，以及由安森美 (onsemi) 推出的 UPS 應用解決方案。

在線式UPS可提供更佳的效能

由電池供電的UPS在保護數據中心、醫療設施
、工廠、電信樞紐、醫yi療liao，甚shen至zhi家jia庭ting中zhong的de敏min感gan設she備bei，免mian受shou短duan期qi電dian網wang尖jian峰feng和he停ting電dian影ying響xiang方fang麵mian非fei常chang重zhong要yao。當dang在zai停ting電dian時shi間jian較jiao長chang的de情qing況kuang下xia，它ta們men能neng夠gou提ti供gong必bi要yao的de短duan期qi電dian力li
，以yi實shi現xian有you準zhun備bei的de斷duan電dian，防fang止zhi數shu據ju丟diu失shi。

UPS一般可以分為“在線式”（Online）或“離線式”（Offline）。在離線式UPS中
，負載直接連接到電網，當輸入電源發生停電或幹擾等故障時
，係統會切換至UPS的電池供電模式，切換過程一般需要大約10毫秒才能完成
，這限製了離線式UPS在部分應用中的使用。在線互動式UPS則是另一種離線式UPS，它可以根據需要通過升高或降低市電電壓來主動調節電壓

，然後再將其傳遞給受保護的負載。通過這種方式，在線互動式UPS可以充當電壓優化器，並具有更長的使用壽命，因為電池模式不會經常激活。

而在線式UPS在負載與電網中間加入DC/AC逆變電路以及電池充放電電路，無論輸入電源是否正常，逆變器一直處於工作狀態，在線式UPS消除了切換延遲
，因此出現輸入問題時，在線式UPS能夠進行“零中斷”切換

，通過電池為負載進行緊急供電。同樣，帶有雙向充電器的電池儲能係統（BESS）可以在交流輸入中斷時提供連續、無縫的電源。在線式UPS在這三種類型中價格最高，但它可以解決最多的電源問題
，並提供最高質量的輸出，這使其最適合高敏感度設備、數據中心和其他關鍵設備。

一般來說
，模塊化UPS更加受到設計人員和用戶的青睞，可通過並聯較低功率的UPS以滿足更大用電需求。模塊化UPS能夠快速簡單地拓展現有的UPS係統，並且幫助客戶在大規模係統的建立過程中獲利。然而，與任何電源設計一樣
，高效UPS的設計也存在挑戰，需要考慮的一些關鍵因素包括尺寸

、輸入輸出調節能力、電池管理和拓撲結構。

尤其是在數據中心等空間非常寶貴的應用中，UPS的尺寸也相當重要。在過去，變壓器一直是UPS中最大的器件之一
，但隨著更先進的半導體技術的出現，高頻開關電路代替了變壓器，從而節省空間。一套無變壓器UPS能夠在標準尺寸機櫃中，為大型數據中心提供數百kVA的緊急供電。

合適的拓撲與器件材料是UPS硬件設計的關鍵要素

在線式UPS使用高頻PWM（Pulse Width Modulation）來執行雙變換（AC-DC然後DC-AC）
，這能夠解決許多離線式UPS無法處理的輸入質量問題
，比如低壓、過壓和線路噪聲等等，同時減少電池使用次數，延長電池壽命。

逆變器決定了UPS的輸出質量
，同時也大大影響了UPS的整體效率。優秀的在線式UPS能夠輸出近似於市電的高質量正弦波，為阻性負載和感性負載供電。這將要求逆變器中的開關器件（IGBT/MOSFET）進行高頻工作配合控製算法，盡可能減少輸出噪聲，以及開關過程所產生的EMI問題。

在典型的UPSzhong，duogeduidiededianchizuchengyigewanzhengdedianchibao，youdianchiguanlimokuaijinxingchongfangdianguanli。weileshidianchifahuizuijiaxingnengbingyanchangshiyongshouming
，shejibixukaolvdaofuzaipingheng、電壓和電流保護、充放電控製、熱管理、風扇控製
、監控和通信等問題。

UPSdeyingjianshejizhongzuiguanjiandejuedingzhiyishiweiyingyongxuanzeheshidetuopu

，congerpinghengxingnenghechengben。jinguanliangdianpingtuopu，rusanxiangbanqiao
，juyoujiandandejiegouhebingbufuzadekongzhisuanfa，dansandianpingtuopu（T-NPC
、A-NPC或I-NPC）能夠為更先進的UPS提供更高的效率和更低的損耗和噪聲。

開關器件的材料也同樣關鍵，新的寬禁帶（WBG）器件，如碳化矽（SiC），能夠以更高的開關頻率和更低的損耗工作
，同時減少無源器件的尺寸，從而優化UPS的整體設計。

高質量的SiC和創新封裝工藝提升UPS效能

安森美的SiC和創新封裝工藝能夠提高密度、減少係統損耗和簡化冷卻係統
，對於牽一發而動全身的關鍵UPSxitongeryan，youzhuyutigaoxitongzhengtidekekaoxing。ansenmeidexitongzhuanyezhishiningjuchengyixilieyouhuagonglvmokuai，zhichigeleiguanjiandegonglvjituopu，yijifenliqijianhedingzhihuadegelishizhajiqudongjiejuefangan。ansenmeishenzhiUPS係統的關鍵性，因此製定了一個“基建級”的可靠性框架
，其穩固的物理建模提供可預測的仿真結果，能反映真實的運行狀況，從而加快開發時間。

安(an)森(sen)美(mei)的(de)碳(tan)化(hua)矽(gui)和(he)混(hun)合(he)碳(tan)化(hua)矽(gui)模(mo)塊(kuai)采(cai)用(yong)的(de)封(feng)裝(zhuang)技(ji)術(shu)具(ju)有(you)出(chu)眾(zhong)的(de)效(xiao)能(neng)，以(yi)及(ji)比(bi)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)更(geng)低(di)的(de)熱(re)阻(zu)，擁(yong)有(you)易(yi)於(yu)安(an)裝(zhuang)的(de)封(feng)裝(zhuang)以(yi)符(fu)合(he)行(xing)業(ye)標(biao)準(zhun)的(de)引(yin)出(chu)線(xian)。安(an)森(sen)美(mei)的(de)SiC模塊包含SiC MOSFET和SiC二極管，升壓模塊用於太陽能逆變器的DC-DC級

，這些模塊使用額定電壓為1200 V的SiC MOSFET和SiC二極管。此外，安森美還有Si/SiC混合模塊，包含IGBT、矽二極管和SiC二極管
，可用於太陽能逆變器、儲能係統和不間斷電源的DC-AC級。

提供比矽更勝一籌的開關性能和更高可靠性

安森美碳化矽二極管係列采用一種全新技術，提供比矽更勝一籌的開關性能和更高可靠性，產品包含有D1、D2、D3係列。D1係列支持650V、1200V、1700V的電壓，針對大尺寸芯片低電阻以及最高浪湧電流額定值進行優化，適用於Vienna整流器輸入級
；D2係列支持650V電壓，D3係列則支持1200V電壓，兩款產品均具有低Vf的高速開關，適用於PFC級、輸出整流應用。

安森美的碳化矽MOSFET係列被設計成具有快速和強固的特性，包括從高能效到減少係統尺寸和成本的係統優勢
，產品包含有M1
、M2
、M3係列。M1係列支持1200V、1700V電壓，針對大尺寸芯片低電阻、開關損耗和傳導損耗的平衡進行優化，適用於DC-DC固態繼電器、主驅與電機驅動器、硬開關應用；M2係列支持650V、900V電壓，針對低速應用的最低RDS(ON)進行優化，適用於DC-DC固態繼電器
、主驅與電機驅動器；M3係列則支持1200V電壓
，針對配備15V-18V柵極驅動器的快速開關應用進行優化
，適用於硬開關應用
、LLC諧振應用。若還想知道更多關於安森美針對UPS應用所推出的相關技術與產品信息
，請參考:

https://www.onsemi.com/solutions/industrial/energy-infrastructure/uninterruptible-power-supply-ups#FeaturedAssets。

結語

無論是用於雲計算的服務器，或是用於服務移動設備的4G/5G基站
，都需要UPS來確保係統不會受到電源不穩定的影響
，市場需求正在迅速增加。本文介紹的安森美UPS解決方案，憑借著優異的SiC與封裝工藝

，可滿足多種電壓
、功率的UPS應用需求
，將是您開發UPS產品的最佳合作夥伴。

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