後備電源 - 不間斷電源供應器 Uninterruptible Power Supply (UPS) I

不間斷電源供應器

淺談不間斷電源供應器(UPS)構造

        小型不間斷電源供應器適合單獨個人電腦使用，通常為 500VA至3kVA 大多數使用12V-24V的內置直流電池，結構簡單，如UPS本身出現故障 下游電腦設備會失去電源供應，只適合不太重要的設備使用。

        基本配備有一條9針或25針(COM PORT)線或是USB線及一個光碟，安裝後用以與電腦連接 讓用戶知悉UPS狀態。這類小型UPS在失去電源時的補償時間，受到內置電池容量限制，因此在需要較長時間的電源補償時，只能使用較大型號的，除非自己引線在外，但這樣做亦會失去原廠保養。

        小型不間斷電源供應器的機背可見供電是直接輸出。

         小型不間斷電源供應器的內置電池組。

        小型不間斷電源供應器適合單1至3個電腦櫃使用，通常為 3kVA至10kVA 較常見的也是內置直流電池，但電池組電壓會提升至48V或更高，會內置靜態轉換開關及可以安裝外置旁路開關掣以方便保養及維修，下圖是一款機架式安裝UPS (Rack Mount UPS) - 每3個方吼為1U，因為機櫃大小以U數計算。

        中型不間斷電源供應器適合小型伺服器房間使用，通常為 10kVA至40kVA 會便用內置直流電池或外置直流電池，電池組電壓會使用48V或更高甚至400V(不同廠商設計上可有差異) 會內置靜態轉換開關，必定會安裝外置旁路開關掣以方便保養及維修，有些廠商會以軟體來限制不間斷電源成為10kVA至40kVA不同型號，硬體相同情況下，這個解鎖軟體售價可以相差很大差距。

        模組式不間斷電源供應器 有些廠商會以模組式設計，如每個模組10kVA，使用四個模組時，便成為40kVA。

        大型不間斷電源供應器60kVA至400kVA，可以按需求而並聯使用多數會使用外置直流電池，電池組電壓約為400V (100V直流電池電壓已經可以引至觸電受傷) 會內置靜態轉換開關(也可以外置)，必定會安裝外置旁路開關掣以方便保養及維修 。

        大型不間斷電源供應器，也可以同步運行，一般來說4部並聯運作已經有1600kVA電容量。



        一部UPS其實包含四個主要組件，分別是整流器，逆流器，電池組及靜態轉換開關，要加入數個隔離開關。

Rectifier - 整流器

        作用是把交流電過濾成為直流電，多以12相整流為主。

        12相整流利用角形及星形線圈製造出兩個不同相角的三相電源(6相電源)，再以正向及逆向整流器取得12相電源(12相整流系統早在1990年以前已經應用中) 令整流後的直流電源更平直 減少波浪 (Ripple)的波幅。

Invertor 逆流器

        作用是把直流電震盪還原為交流電(當然下圖只是類似而常見的逆流器，在UPS上實際是另一形態 技術也不一樣)。

IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極電晶體：
IGBT是近年開始流行的逆流器技術。

       IGBT的逆流線路及輸出波形

        IGBT有一個特性，便是首1000小時會比較不穩定，亦可能在使用時燒毀，因此製作商也會把它運行1000小時以上(這工序稱為Burn-in) 待它進入穩定期後，再安裝在設備上使用。

       除了UPS IGBT也應用在直流電焊機上。

Batties - 電池組

        主要作用是把電能儲存，在市電終斷時，提供電力，電壓以 2V 6V及12V為主，一般壽命為5至10年或以上，其壽命跟售價成正比。

STS - Static Transfer Switch 靜態轉換開關

        STS便是一個以電子閘門的二入一出裝置，在主輸入端(Mains)失去電源時，在十數微秒內轉移至後備電源供應(Stand-by) 要做到這個功能，必須由兩個不同電源來供應，但這個在電力公司角度看是把兩個變壓器連接起來，因此是不被允許的，不過一些重要設施仍可以向電力公司的高級工程師申請(重要設施並不包括一般數據中心等)，且在私人或商業用途下，獲批准的機會是 0。

大型靜態轉換開關，容量以 kVA計算。

只有16A左右的小型靜態轉換開關，多用在供電至伺服器前。

內置旁路開關掣(Internal bypass) 或稱保養旁路開關掣(Maintenance bypass) 。
UPS輸出電源是同步By-pass input。

   


外置旁路開關掣(External bypass)

        安裝外置旁路開關掣 在完成電源轉移工序後，可以進行完整保養工作，甚至整部UPS拆離回廠維修或更換一台新的UPS。
        外置旁路開關掣的電源必須與內置旁路開關掣電源相同，否則無法把電源切換至外置旁路開關掣。

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