UPS不间断电源广泛应用于各个行业

电子发烧友网报道（文/李宁远）在如今的生活里，我们对电力能源的依赖度是非常高的，若没有电，很多日常生活都会受到影响。不间断电源UPS就是为了应对这种情况出现的。UPS不间断电源是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。现在UPS不间断电源已广泛应用于各个行业以防止突然断电。

根据Omida的市场报告，全球UPS市场规模在近几年保持了逐步上升的稳健态势，将以7%的CAGR持续保持增长，到2025年全球UPS出货量将20亿台，市场规模达到4.36亿美元。市场需求旺盛的同时UPS整体的单价也呈下降的趋势发展。

UPS小型化、高容量化、高效化发展

如果按照工作原理来分类UPS，那么可以分成离线式、在线式（双变换UPS）与在线互动式。离线式UPS虽然转换时间较长（10ms左右），但由于结构简单而且价格便宜，在一些电力要求不严苛的场景是性价比很高的选择。在线互动式UPS类似离线式UPS，不过具有滤波功能，抗市电干扰能力很强，适用于电力环境较恶劣的应用。在线式UPS复杂的结构下是非常完善的性能，转换时间0ms。不过成本也是高出不少，通常应用在对电力要求苛刻的环境中。

如果按照输出功率来分类，主要可以分为＜10kVA，10-100kVA以及＞100kVA三个级别。10-100kVA是目前模块化UPS主要的输出功率范围，模块化UPS是最近比较流行的一类产品，用户可以通过其可拓展特性达到各种功率范围的应用要求。

随着云计算、大数据、5G应用的不断发展的大环境下，现在的UPS正在往小型化、高容量化、高效化发展。首先是更高的功率，也就是现在模块化UPS趋势，拓展到＞100kVA的功率级别。再是0ms的切换时间，这种趋势下在线式（双变换UPS）技术路线是唯一选择，同时对输入电压的调节能力以及散热能力也越来越重要。高效化的指标最重要也最明确，现在的UPS效率达到98%以上，PF＞0.99。

在往小型化、高容量化、高效化的UPS发展趋势下，设计人员面临如何在性能、能效、成本、尺寸、控制难度之间权衡取舍的挑战。

现代在线式UPS设计挑战，引入SiC是否可行

在这种发展趋势下，现代在线式UPS设计需要更高的性能以及可靠的栅极驱动器，并采用高效双向拓扑的电池备用设计。还需要精确的电压和电流感应并使用前端功率因数校正（PFC）在广泛的负载条件下实现更低的总谐波失真THD。

为了提高效率，具有双向功率流的双向DC/DC换流器可将电池充电和备份操作传统上所需的两个DC/DC换流器组合在一起，降低整个系统的成本、组件数量和尺寸。在宽输入电压范围内，使用电流馈电全桥级在放电模式下实现高效率。

碳化硅SiC的引入或许会变革性地优化UPS的设计。相比传统的IGBT，碳化硅SiC反向恢复损耗低，正向导通电压低，同时碳化硅SiC本身受温度影响的很小，具有稳定的漏电流。而且由于材料带来的更好的散热，可以在更高的频率下工作。

在UPS的应用中，碳化硅SiC的引入可以减少系统中的电感体积，还有EMI滤波器体积，当然最关键的还是散热上能够做得更小。就目前市场应用来说，UPS用SiC模块现在还只是集中在几个国外的头部UPS厂商里应用，国产UPS厂商还没有引入SiC模块来设计。

现代UPS的小型化、高容量化、高效化趋势下，UPS设计需要在性能、能效、成本、尺寸、控制难度之间做权衡取舍。不管是从电池拓扑设计上还是从内部器件上考量，现代UPS设计需要在保证高效率的前提下尽可能缩小成本、减少尺寸。引入SiC模块是一个可行的办法，但只有在成本问题和供应问题解决后，SiC模块在UPS里的应用才能完全铺开。

审核编辑：彭静