3 直流输出型UPS

　　直流输出型UPS(简称DC-UPS),这一创意的提出是由电源技术发展而形成的,目前处于推广应用阶段。

　　(1)结构

　　AC-UPS的备用能源(蓄电池)配置在逆变器的输入端,当市电中断时,蓄电池所储备的能量要经过逆变后才能供给PC机和服务器(以下简称IT设备),实际上IT设备直接需要的是直流电源(3V、5V等),电源技术工作者早就想到:把AC-UPS中的第一次变换(即整流)的直流输出端挂上蓄电池,经过DC/DC变换直接送到IT设备上,从而减少了ACUPS的第二次变换(即逆变),而且IT设备输入侧的开关电源(AC/DC)也可以不用了,实际上早期的48V通信电源就是这个方案,具体如图3所示,这样就变得很简单了。

　　(2)特点

　　上述变革:因为甩掉了逆变器,蓄电池可以直接挂在IT设备输入侧,从而获得一系列优点[4]:减少了逆变器——效率提高了;电路简化了——可靠性提高了,成本降低了;谐波减少了——性能提高了;市电中断时,由蓄电池直接向负载供电,能源利用率提高了;还可以列举出很多优点,怎么不马上实行呢?

　　(3)存在问题

　　计算机开始产业化至今有50年的历史,在它问世时采用的供电电源是380V/220V,50Hz的交流电源,这种电源存在电能质量不佳,又经常出现中断等问题。人们采用把它整流成直流再逆变的方式,从而提高供电质量,在逆变器前配置蓄电池解决电源中断问题,为了进一步提高可靠性又采取在输入/输出端加变压器、输出冗余并联、输入双总线等技术措施,而整流器由6脉波变成12脉波、24脉波等形式,越弄越复杂。

　　电源技术工作者也不断在改进,先把逆变器利用SPWM技术高频化了,由于半导体技术的发展,用IGBT取代了晶闸管,使整流部分也高频化了,输入/输出变压器也取消了,但是逆变器还在,为什么呢?就是计算机生产厂家制作的IT设备是按着输入交流电源来设计的,国际上的标准就是这样规定的。

　　若想让生产计算机的厂家修改设计、同时修改国际标准,这可不是一朝一夕的事情,现在采取两步走。

　　第一步:直接往IT设备的开关电源输入直流电源,因为其开关电源的输入侧多是单相桥式整流,如图4所示。

　　对于采用简单的桥式整流形式,见图4(a),整流电压为300V左右;而采用PFC电路环节,见图4(b),其整流电压为380V左右。

　　图4中的桥式整流按设计要求是输入交流电源,两对二极管轮流工作,现在输入直流电源了,只有一对二极管工作,另一对二极管不工作。为了安全起见,我国部分地区采用输入240V直流电源形式(即UPS的输出为直流240V,并挂上240V的蓄电池),这样IT设备中的滤波电容等部件不用变动(现已形成部颁标准)。

　　第二步:选择DC-UPS输出电压为300～380V,国际上许多大型企业已开始这样做。把UPS输出直流化,对于电源技术来讲是很成熟的,不存在困难。关键是IT设备厂商能否接受这一变革,包括:

　　①IT设备开关电源的输入开关、保险丝、继电器等交流器件要改成相应的直流器件;

　　②去掉IT设备中的AC/DC变换环节,只保留DC/DC变换环节;

　　③验证这样变革的可行性、适应性、可靠性、经济性(成本能否降低)、使用寿命及其节能效果等;

　　④在此基础上得到普遍认可,制定出国际标准,使各国的产品具有通用性。

　　总之,UPS的输出直流化是数据中心供电系统的重大变革,需要改变观念、技术研发、方案论证、系统运行及编制标准等过程。从长远来看,这种机型是UPS技术的发展趋势,但愿这个变革早日实现。

　　(4)适用场合

　　当前,在相当多的通信系统中DC-UPS已经在运行,可靠性很好,逐步向数据中心推广应用。现在对直流电压值的等级(240V、300V、380V)还有不同意见,待逐渐改进并取得共识后,将会在各行业普遍采用。