| 摘要：本文是《UPS应用》杂志主编张乃国先生针对UPS系统的可靠性、系统效率、制造成本、能源利用率、系统标准化等问题，采访了中科院计算所研究员张广明先生，请他就直流输出型UPS的主要研究思路和读者关注的话题进行了解答。 |
问:电信通讯设备是用直流48V供电的，请问您的直流UPS设想的产生与此有关吗?
答:有关系，应该说是直流UPS设想的实践基础之一。同样是UPS供电系统，但电信行业的UPS供电系统却完全不同于IDCUPS供电系统。这里虽然有电信设备需要直流48V供电的客观要求，但这种要求是由整个供电系统的传统模式决定的，是延续了传统的系统设计思维模式，即所谓“存在的就是合理的”。电信系统UPS供电系统与传统IDC机房UPS供电系统的区别主要表现在以下几个方面:
(1)通信设备要求直流48V供电，所以功率变换电源输出直流48V；
(2)电池组直接对负载供电，输入市电正常时，电池由直流模块电源浮充，浮充电压是54V。直流模块电源给电池浮充电的同时也给负载供电。所以给负载供电的电压值是负载要求的额定电压48V的(1+11.25%)，而市电故障失压后，直流模块电源停止输出，电池不间断地给负载供电，电池电压值随着电池放电而下降，放电下限电压是48V的（1-11.25%）。所以此电压的变化范围为(48V±11.25%)，完全在负载允许的输人电压变化范围(48V±20%)之内。
(3)由于负载由直流供电，所以从根本上消除了负载产生的谐波电流和对无功功率的要求，而直流模块电源的输入端又采用了PFC整流技术，输入功率因数可高达0.98以上，输入谐波电流降到5%以下，所以整个系统基本上消除了高次谐波电流，不仅解决了谐波电流对系统和电网的污染问题，简化了系统各环节的谐波滤波设备，还可明显地降低功率变换电源前端设备的容量；
(4)后备电池直接对负载供电，而电池故障又是可预见的，并可通过日常维护避免，所以就从根本上消除了不可预见、突发性的故障对负载的威胁，使负载供电的可靠性达到理想的程度；
(5)负载机架电缆传输的要求变得非常简单，只需要两根线，同时消除了交流电传输对负载数据传输的影响，也简化了对零一地线系统的要求；
(6)系统中的电池组电压统一为48V，可独立地进行配置和管理；
(7)电池组不仅可在市电中断时保证持续向负载供电，当市电正常而主机供电系统发生故障时，也起到了保证负载正常运行的作用，完金消除了市电掉电和供电系统本身故障对负载的影响；
(8)备用电池的能量可不打折扣的100%供给负载；
问:那么，IT设备(计算机)能直接用直流供电吗?
答:答案是肯定的，IT设备也可以用直流供电。
IT设备本身的输入是开关电源的全桥整流器，在滤波电容上形成300V的直流电压。由于只有当输入正弦波电压超过电容电压时，输入才有电流，使输入电流成脉冲状态，在输入端产生大量的高次谐波(THDI＞30%)，输入功率因数很低(PF=0.7)，使电容上的电压有较大的纹波，而电压纹波是直流电容发热和损坏的主要原因。
既然输入整流器是在正负电压交替(周期10ms)情况下工作的，自然地就可认为能在连续正的直流电压下工作，也可在连续负的直流电压下工作。因为输入电流成为平滑的直流，不仅从根本上消除了高次谐波电流，输入不再需要无功功率，还使输入电流的幅值降低到原来脉冲波幅值的1/3，电容电压上不再有纹波电压，改善了电容器的工作环境，也有利于改善后面DC/DC变换器的工作，对延长电容和DC/DC变换器的寿命是绝对有益的。
问:这里还有一个问题，当市电掉电后由电池组向负载直接供电时，电池电压是不稳定的电信设备能承受，而IT设备可以吗?
答:肯定是可以的，有三点根据:
一是电信设备和IT设备的输入端都是开关电源，后面接的都是DC/DC变换器；
二是大量的PC机在市电掉电时是用并不稳定的电池电压供电的；
三是计算机对输人电源电压变化范围的要求是±20%。
在电信行业UPS供电系统中，输入市电正常时，功率变换电源输出的是电池的浮充电压值，而市电故障失压后，直流电源停止输出，而用电池不间断地对负载供电，电池电压值随着电池放电而下降，直到放电至下限电压为止。此电压变化范围是48V=11.25%，完全在负载允许的输入电压变化范围内，所以用户对此没有任何疑义，并已成为业界的国家和行业标准。
在IDC机房中，IT设备使用的是交流220V/380V供电系统，其整流后的直流电压在300V左右，如果同样在市电正常时，用电池的浮充电压300V(1+11.25%)=334V供电，而市电故障失压后，电池不间断地对负载供电，电池供电电压下限是300V(1-11.25%)=266V，且电压变化范围控制在300V±11.25%以内，不是也可以保证IT设备正常运行吗?
实际上IT设备允许的输入电压范围远远大于300V士11.25%，当前在各种IT设备中使用的开关电源输人电压允许变化范围是300V±20%。
在UPS设备中，方波输出的后备式UPS占有相当大的比例，以我国UPS应用情况为例，自上世纪80年代至今，针对计算机供电的方波输出的后备式UPS何止千万台。但是，被长期忽视的一个事实是，市电掉电后，方波输出的后备式UPS并没有稳压功能，实际上是逐渐降低的电池电压经输出变压器按不变的匝比升压后向负载供电的。
在方波输出后备式UPS供电系统中，市电故障后由电池通过逆变器供电，此时UPS输出方波，方波最大幅值与电池浮充电压对应。在电池放电过程中，电池电压逐渐下降，同时输出方波的幅值也按相同的比例降低，此时逆变器通过调整增大输出方波的宽度，以便保持输出电压有效值稳定不变，这就是所谓的稳压功能。但是，对于计算机负载输入开关电源而言，整流后的直流电压只与输人电压的峰值有关，而与有效值无关。电池电压下降到下限时，UPS关机。所以在电池供电的整个过程中，相当于电池直接对负载供电，电压变化范围对应于电池浮充电压和放电下限电压，即额定电压的±11.25%，只不过这个电压范围小于IT负载设备允许的输人电压变化范围，没有影响设备的正常工作而已。
评论表单加载中...
