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应用碳化硅功率器件的UPS稳压电源的效率如何

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-05 08:56    点击量:

    作者简介文洋-2010年本科毕业后一直从事UPS 稳压电源 的硬件开发工作,参与过公司多个系列UPS稳压电源的开发工作.

应用碳化硅功率器件的UPS稳压电源的效率如何
    如今,随着技术的发展,静态UPS稳压电源的功率损耗逐渐下降.早期具有输入和输出隔离变压器的采用晶闸管技术的在线式UPS稳压电源(简称双变换式UPS稳压电源或IEC的"VFI")的满载运行效率仅为83%~85%.而目前采用IGBT技术的高频在线互动式UPS稳压电源的满载效率可达到95%~97%.

    更加高效,热量更少当今的UPS稳压电源的能源效率提高了15%,而冷却需求却在下降,提高了其可靠性.模块化UPS稳压电源的平均故障间隔时间(MTBF)从不足2.5万小时上升到15万小时;输出稳压电源电压波形失真从5%降低到1%;噪音从95dB(A)降至70dB(A);占地面积甚至减少了90%.

    即使双变换UPS稳压电源,其效率也达到了96.8%,每千瓦容量的成本降到了以往的最低水平.这对用户来说是有利的,但厂商从UPS稳压电源获利的唯一方法是提供售后服务.

    欧洲厂商生产的UPS稳压电源基本都取消了隔离变压器,而在北美,无隔离变压器的UPS稳压电源仍然是一个新事物,像APC这样的厂商也采用了在线互动式拓扑结构,虽然没有任何频率的保护,并不是技术上的"在线"式,尽管是这样,这种架构的UPS稳压电源在稳定的电网中仍然工作得很好.

    上世纪90年代,Invertomatic公司在瑞士推出了经济模式UPS稳压电源(ECO模式,工作原理如图),但市场销售情况并不乐观.之后行业厂商推出的模块化UPS稳压电源解决了大多数数据中心的部分负荷问题.

    经济模式的原理很简单:当市电稳定时,UPS稳压电源自主切换到旁路模式供电,降低电力损耗,特别是无隔离变压器设计的UPS稳压电源,该模式下UPS稳压电源整流器仍然工作,为蓄电池充电(需要比飞轮UPS稳压电源低得多的功率),而逆变器处于待机状态,旁路(晶闸管开关)开通为负载供电,直到电力出现异常,此时UPS稳压电源的静态开关将负载转移到逆变器,运行在该模式的UPS稳压电源有个显着的缺点,就是UPS稳压电源工作在旁路时并没有稳压电源质量的改善.

    UPS稳压电源工作原理图现在有一些"先进"的经济模式UPS稳压电源切换时间为2ms而不是4ms,有些则会监测负载失真并做出关于电网的决策,但是基本理念仍然如此,如果电力是稳定的,那么就可以节约电能.

    然而这通常会有风险,而经济模式也没有什么不同.每当电力出现偏差时,负载就会从旁路切换到正常模式,这与双变换UPS稳压电源所提供的保护完全相反.这种切换代表着负载面临风险,虽然这种风险可能很小,但用户必须将与其回报进行平衡.

    随着电力成本的上升和概念的推广,经济模式已被人们所接受,然而效率并不总是用户期望的最重要的指标.

    采用碳化硅(SiC)的UPS稳压电源更节能高效采用经济模式运行的UPS稳压电源,具有极大的优势,但最新开发的碳化硅技术与经济模式的结合,会产生更大的优势.目前晶体管制造都是传统可控硅器件,对于UPS稳压电源来说,绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的功能越来越强大且可靠.

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