双转换在线式UPS的独特COTS应用

随着我们的军队和政府继续面临保护公民和士兵的困难，重点放在快速实施新开发的技术上。一个例子是军方推动立即基于技术的系统来解决伊拉克和阿富汗的简易爆炸装置（IED）问题。最近，国土安全部与公司签订了合同，开发先进的设备来保护美国边境。这些系统以及许多其他系统必须在国内和全世界部署。为了加快其开发和部署，工程师已将 COTS 计算机、电源和其他电子设备集成到这些系统中，这些电子设备设计用于在 120 VAC 的家用电源下工作。起初，他们对电源兼容设备的选择似乎有限，因为国内可用的COTS设备可能必须在国际电压和频率下运行。由于该设备的复杂设计，需要超清洁，可靠的电力。

嵌入现有的 COTS 双转换在线不间断电源 （UPS） 技术可以帮助设备制造商和工程师以低成本解决这些电源问题。这种类型的UPS技术非常灵活，因为它可以提供不间断的电源备份，除了提供卓越的交流输出电压调节;浪涌、瞬态和过压保护;频率调节;变频;输入功率因数校正;对于某些型号，相位转换。

双转换在线式UPS设计概述

双转换在线式UPS采用连续负载逆变器电路设计。逆变器在从输入的公用电源工作时产生新的正弦波输出功率，或者当不可用时，从其内部或外部电池源工作。输入的交流电 （AC） 公用设施或发电机电源被整流为未稳压的直流电 （DC） 并进行滤波。此时也连接了电池。来自实用程序的非稳压直流电或来自电池的直流电被馈送到调节升压斩波器或DC-DC转换器电路。这为DC-AC逆变器电路的输入提供合适电压的稳压功率。然后，DC-AC逆变器电路再生干净，严格调节，真正的正弦波交流电源，供连接的设备使用。该器件提供额外的旁路电路，允许在过载条件下或在 UPS 发生故障时将输入的市电“旁路”到 UPS 输出。

将污染电力转换为清洁电力

双转换在线式UPS是解决公用事业或发电机电源产生的电力问题的理想选择：其设计允许将“污染”电力转换为清洁电力。

1. 压差

2. 噪声和谐波

3. 波形失真

4. 频率不稳定性 ［交流正弦波（频率）之间的 A 和 B 持续时间不同。

不间断电源能力

当市电丢失时，连接的电池电源只是作为能量源接管，而不会产生与其他低成本离线或线路交互式UPS设计相关的切换压差。

对于60 Hz的国内电源，1 Hz的持续时间为16.66毫秒。真正的双转换在线式UPS在电池仅接管电源时发生市电损耗时，输出功率不会中断。此外，由于在线UPS具有连续负载逆变器电路，因此延长或长期电池模式操作不是问题。

交流输出电压调节

由于在线UPS在从公用电源和电池电源运行时再生新的交流电源，因此通常保持连续±2%或更好的输出电压调节。当UPS通过公用设施或发电机电源工作时，在UPS的整个输入电压范围内保持±2%的输出电压调节。这可确保防止持续的公用事业掉电和过压情况，同时保持所连接关键设备的最佳电压和功率水平。

浪涌、瞬态和过压保护

在线UPS设计在输入的公用电源和敏感设备之间放置了几层有源电子电路。这为设备提供了卓越的浪涌、瞬态和过压保护。

相比之下，离线和线路交互设计不提供这些有源电子层，而是依赖于功能有限的低成本浪涌保护器件。在过压条件下，它们切换到电池操作，从而限制了其在此条件下的工作时间。在过压或欠压条件反复发生的位置，离线和线路交互的UPS电池可能会完全放电，使UPS无用。

频率调节

大多数在线UPS装置的出厂配置有输出频率，使其与输入的市电频率同步。在大多数国内应用中，这是可以接受的。但是，如果输入功率由发电机提供，则应将UPS配置为具有固定频率或非同步输出。发电机源因频率漂移和偏移而臭名昭著，如果通过UPS，可能会导致某些设备运行不可靠。将联机 UPS 配置为非同步操作可防止此问题。同时，由于离线和线路交互式UPS将输入的公用电力直接传递到连接的设备，因此它们无法针对输入的发电机频率问题提供任何保护。

变频

一些在线UPS型号进一步采用非同步工作模式，设计为作为真变频器运行，无论输入频率如何，都能提供50、60和400 Hz输出频率。在线UPS技术已被用作一些KC-135同温层加油机中的400 Hz至60 Hz变频器。他们将飞机功率产生的400 Hz更改为60 Hz单相功率，以便为附加计算机和基于微波的电子战子系统供电。离线或线路交互式UPS不能用于变频应用。

输入功率因数校正

如今，大多数基于计算机的电子设备都集成了内部开关模式电源。这些电源的输入电路通常由基本整流器和滤波电容级组成。这些设计的一个特点是从连接的公用电源中吸收非线性电流。这是由于大输入滤波电容器在交流波形峰值附近吞咽充电电流造成的。在飞机或建筑物中，多个设备由同一电源或电气面板供电，这些非线性负载产生的电流谐波可能会上升到导致过度布线加热或令人讨厌的断路器跳闸的水平。谐波还可能对在同一电力系统运行的网络、计算机和其他敏感电子设备造成干扰。

典型的在线UPS使用与开关模式电源相同的输入整流器和滤波器级。但是，许多型号都提供额外的输入功率因数校正（PFC）电路。输入PFC电路检测输入的电压和电流波形，并进行调整以保持其相位关系，从而消除大多数非线性。连接到 UPS 输出的任何设备也将校正其输入功率因数。

一些军用 COTS 要求规定，所提供的设备符合传导发射标准 CE102。该标准规定，该设备将导致小于3%的电流失真（在任何单个谐波下）传回输入电源。工程师应该知道，尽管COTS在线UPS具有输入功率因数校正功能，但由于使用的低成本电路，它可能不符合CE102规范。

相位转换

某些 COTS 在线式 UPS 型号将接受 400 Hz 三相源，同时提供 60 Hz 单相输出。小型400 Hz便携式和飞机发电系统对相位负载不平衡很敏感。如果相位之间没有保持可接受的负载平衡，电力系统谐波水平可能会增加到导致断路器“令人讨厌的跳闸”和电机过热的水平。此外，谐波可能会对从同一电源总线运行的敏感设备造成干扰。随着越来越多的COTS单相设备作为低成本解决方案安装，相位平衡通常不容易实现。COTS三相至单相UPS或相位转换器是解决这些问题的理想解决方案。这些装置允许连接一个或多个单相、115-120 VAC、50、60 或 400 Hz 设备，同时从 400 Hz 三相电源获取平衡的功率。

双重转换：一种有效的补救措施

双转换在线技术是一个灵活的COTS平台。无论是直接现成使用还是由UPS制造商修改，它都可以为其他方法可能不容易解决的困难电源问题提供快速，经济高效的解决方案。

审核编辑：郭婷