UPS的設(shè)計(jì)和工作模式如何影響其性能？
UPS的關(guān)鍵任務(wù)是在各種輸入交流條件下（包括發(fā)電機(jī)運(yùn)行），確保提供給IT設(shè)備的電源滿足設(shè)備電源的具體要求。現(xiàn)在我們看看不同的設(shè)計(jì)是怎樣滿足以下主要標(biāo)準(zhǔn)的：
- 將電壓維持在允許的范圍內(nèi)
- 無(wú)需鎖定IT設(shè)備就可在各種模式間轉(zhuǎn)換
- 與發(fā)電機(jī)電力之間平滑過(guò)渡
UPS拓?fù)鋵?duì)性能的影響：將電壓維持在允許的范圍內(nèi)
UPS輸出電壓必須在信息技術(shù)工業(yè)委員會(huì)（ITIC）為所有輸入交流線路條件規(guī)定的ITIC電壓容限曲線的可接受容限內(nèi)。
縱軸顯示的是電源裝置（PSU）的輸入電壓。橫軸表示輸入電壓出問題的時(shí)間（可達(dá)10,000個(gè)交流電周期，約28分鐘）。ITIC曲線（其實(shí)更像是階梯而非曲線）顯示IT設(shè)備用的一種典型電源裝置（PSU）設(shè)計(jì)的可接受的輸入電壓包絡(luò)。
UPS必須確保輸入到電源裝置（PSU）的電壓不在可接受的區(qū)間上方的禁止范圍內(nèi)，因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)的電壓可損壞IT設(shè)備。低于閾值的電壓可導(dǎo)致電源裝置（PSU）關(guān)閉或出現(xiàn)異常行為。
幾乎所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都提供一定程度的浪涌抑制，以防高頻瞬變和大電壓尖峰，例如由雷電引起的或由公共電廠的破壞引起的。
多數(shù)小型后備式和在線交互式系統(tǒng)使用某些形式的瞬變箝位裝置，如金屬氧化物壓敏電阻（MOV），它們可將多余的能源分流到地，或者在能量等級(jí)太高時(shí)自毀來(lái)吸收過(guò)電壓或瞬時(shí)沖擊。由于這種UPS多數(shù)都是小型的，設(shè)計(jì)用于布置在被保護(hù)的設(shè)備附近，只有最小數(shù)量的這種箝位裝置。
在正常模式運(yùn)行的雙轉(zhuǎn)換UPS通過(guò)AC-DC-AV轉(zhuǎn)換過(guò)程處理電力，從而阻止有破壞性的輸入條件通過(guò)UPS進(jìn)入到所連接的負(fù)載設(shè)備。（但是，如果UPS在旁路模式，如在系統(tǒng)維護(hù)或系統(tǒng)故障過(guò)程中，有破壞性的輸入脈沖將通過(guò)UPS旁路進(jìn)入負(fù)載。）
多模式雙轉(zhuǎn)換UPS容易被部署在距市電輸入源較近處，因此常常設(shè)計(jì)有額外的浪涌保護(hù)。這些設(shè)計(jì)可包括連接多個(gè)并聯(lián)的金屬氧化物壓敏電阻（MOV），得到三個(gè)獨(dú)立的保護(hù)通路：火線與火線之間、火線與地線之間、零線與地線之間。UPS還可以有氣體放電管、浪涌線圈或其它包含電感器和電容器一類器件的濾波電路，用于在破壞性脈沖到達(dá)關(guān)鍵負(fù)載前將其消除。此外，這類UPS在輸入電源條件使其有理由轉(zhuǎn)到雙轉(zhuǎn)換模式時(shí)會(huì)自動(dòng)從高效模式轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)，從而將輸入瞬變與負(fù)載隔離開來(lái)。多數(shù)設(shè)計(jì)也可保證：即使在旁路模式，保護(hù)所連接的負(fù)載設(shè)備不受瞬變問題影響?？偸且赃@樣或那樣的方式保護(hù)IT設(shè)備不受大浪涌和沖擊影響。
不論采用哪種UPS設(shè)計(jì)，仍建議在市電入口處采取浪涌保護(hù)措施，以保護(hù)UPS輸入監(jiān)控電路，并在向UPS旁路供電的電路上提供浪涌保護(hù)。
不同的UPS設(shè)計(jì)處理不太極端的電壓條件（如欠壓或過(guò)壓條件）的方式也不同：
只要輸入電壓在預(yù)定的UPS容限內(nèi)，后備式UPS就可為IT設(shè)備供給滿足此要求的可接受的電力。但是，正常運(yùn)行的電壓范圍一般較窄（ITIC曲線的±10%），因此，UPS必須頻繁地求助于電池，這樣會(huì)減少電池的運(yùn)行時(shí)間和使用壽命。有些后備式系統(tǒng)允許較寬的輸入電壓范圍，這有助于保存電池電量，但可導(dǎo)致所連接的IT設(shè)備鎖定或出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無(wú)的運(yùn)行問題。
只要輸入電壓在預(yù)置的UPS容限內(nèi)，在線交互式UPS就可供應(yīng)在ITIC要求范圍內(nèi)的電力。但是，在線交互式系統(tǒng)可使用抽頭變換式變壓器或降壓/升壓電路提供一些電壓調(diào)節(jié)。這意味著它不需要像后備式系統(tǒng)那樣頻繁地求助于電池，雖然它也使用一些電池電能去支持正常模式與電壓調(diào)節(jié)模式之間的過(guò)渡。電池電能用量比后備式UPS的低，但仍比雙轉(zhuǎn)換拓?fù)涞母摺?/p>
雙轉(zhuǎn)換UPS在所有輸入電源條件下都提供經(jīng)調(diào)整的輸出電壓，電壓波動(dòng)在標(biāo)稱值的1%到3%內(nèi)。當(dāng)輸入電壓在預(yù)置的UPS容限內(nèi)時(shí)，不需要使用電池就可對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)整。同樣地，雙轉(zhuǎn)換UPS與后備式或在線交互式設(shè)計(jì)相比，使用電池的次數(shù)都少，時(shí)間都短。這就等于得到更長(zhǎng)的電池運(yùn)行時(shí)間和使用壽命。目前許多雙轉(zhuǎn)換UPS是智能型的，如果UPS沒有100%加載，輸入接受范圍就會(huì)更寬。
當(dāng)輸入電壓在預(yù)置的UPS容限內(nèi)時(shí)，多模式高效雙轉(zhuǎn)換UPS就可供應(yīng)在ITIC要求范圍內(nèi)的電力。當(dāng)輸入交流電壓超出此范圍內(nèi)，UPS自動(dòng)使用雙轉(zhuǎn)換模式，使輸入調(diào)整到ITIC要求的范圍內(nèi)。結(jié)果，電池使用時(shí)長(zhǎng)和頻度與雙轉(zhuǎn)換UPS相似，在有些情況下甚至更低。
有些較大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能允許調(diào)節(jié)輸出電壓的區(qū)間，因此系統(tǒng)也可支持輸入電壓范圍更受限制的非IT電源，同時(shí)仍得到較高的運(yùn)行效率的好處。
如下圖所示，所有UPS設(shè)計(jì)滿足ITIC規(guī)定的IT設(shè)備的輸入電壓要求。主要區(qū)別在于UPS實(shí)現(xiàn)此結(jié)果的方式，這對(duì)電池使用頻度和時(shí)長(zhǎng)有很大的影響。后備式UPS對(duì)電池的需求量最高，雙轉(zhuǎn)換拓?fù)渥畹汀?/p>
按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，IT設(shè)備內(nèi)的電源裝置設(shè)計(jì)可存儲(chǔ)足夠的能量，在電力中斷時(shí)讓設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行約20毫秒。這稱為“保持”時(shí)間。這意味著設(shè)備可忍受UPS在各個(gè)運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)的短暫的斷電，如從正常運(yùn)行模式到電池模式，再返回正常模式。
但是，轉(zhuǎn)換實(shí)際上應(yīng)比20毫秒快得多，因?yàn)殡娫囱b置在沒電的情況下運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)，當(dāng)它再接受到電力時(shí)汲取的突入電流越大。突入電流可超過(guò)UPS的電流處理能力，從而導(dǎo)致其關(guān)閉。
后備式UPS在5－12毫秒（典型值為8毫秒）內(nèi)切換到電池模式。后備式系統(tǒng)一般使用一個(gè)快速動(dòng)作機(jī)械式繼電器進(jìn)行電力切換，它可延長(zhǎng)切換到電池前的時(shí)間。
大多數(shù)電源可以容忍此中斷。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)換時(shí)間大于5毫秒時(shí)，突入電流會(huì)超過(guò)UPS逆變器的處理能力，引起IT設(shè)備復(fù)位，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)或關(guān)機(jī)。如果后備式系統(tǒng)允許輸出電壓下降標(biāo)稱值的10%以上（比如在120V系統(tǒng)上降到108V以下），電源裝置（PSU）很可能處在汲取比正常值大的電流的狀態(tài)。因?yàn)檫@個(gè)原因，失去輸出的時(shí)間的延長(zhǎng)增大了電源裝置（PSU）關(guān)閉的機(jī)率。
為很關(guān)鍵的服務(wù)器配用后備式系統(tǒng)時(shí)要考慮的一個(gè)問題是電池供電時(shí)輸出電壓的波形問題。許多后備式系統(tǒng)產(chǎn)生方波或修正正弦波輸出，目前的功率因數(shù)校正電源可能無(wú)法處理這種波形。如果是這種情況，電源幾乎常常是一出現(xiàn)電池運(yùn)行就關(guān)閉。
在線交互式UPS以3-8毫秒（典型值為5毫秒）的典型轉(zhuǎn)換時(shí)間切換到電池模式，在大多數(shù)電源的可接受的限制范圍內(nèi)。如果轉(zhuǎn)換時(shí)間大于5毫秒，有些電源裝置（PSU）會(huì)呈現(xiàn)出超過(guò)400%的突入電流，UPS逆變器無(wú)法支持這么高的電流要求。
雙轉(zhuǎn)換UPS從輸出電力零中斷處（轉(zhuǎn)換時(shí)）開始從電池汲取電流，因此轉(zhuǎn)換不會(huì)引起突入電流。
先進(jìn)、高效、多模式、雙轉(zhuǎn)換UPS一般在1-3毫秒內(nèi)切換到電池模式，完全處在典型的電源裝置（PSU）的突入曲線的最低部分以內(nèi)。隨后的突入電流小于正常峰值電流的200%，電池和逆變器可以容易地對(duì)付這種大小的短時(shí)突入電流。
伊頓多模式系統(tǒng)的工作原理與宣傳“高效運(yùn)行模式”或“經(jīng)濟(jì)模式”選項(xiàng)的典型的雙轉(zhuǎn)換UPS大不相同，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。經(jīng)過(guò)修改的雙轉(zhuǎn)換UPS一般：
在高效模式時(shí)以后備模式運(yùn)行（而非在線交互式），因此提供的保護(hù)較少。
由于UPS設(shè)計(jì)中的變壓器或檢測(cè)電路檢測(cè)到電源問題的延時(shí)，轉(zhuǎn)換到雙轉(zhuǎn)換模式需要5到12毫秒。那樣的轉(zhuǎn)換時(shí)間可導(dǎo)致IT設(shè)備數(shù)據(jù)出錯(cuò)或關(guān)機(jī)。
在后備模式，UPS在失去交流輸入時(shí)可能無(wú)法立即同步逆變器，從而會(huì)延遲向電池電源的轉(zhuǎn)換。如果逆變器和整流器與輸入交流電力隔離開，就不能確保對(duì)關(guān)鍵負(fù)載進(jìn)行正常的瞬變保護(hù)，會(huì)引起其它的問題。
有效的多模式系統(tǒng)必須始終跟蹤交流輸入，并將逆變器與其同步。這樣，當(dāng)失去交流輸入時(shí)，逆變器會(huì)以輸出電力的極小中斷立即接過(guò)負(fù)載。此外，整流器和逆變器應(yīng)始終在線，時(shí)刻準(zhǔn)備預(yù)防瞬變，并在交流電源中斷時(shí)提供極其快速的響應(yīng)。
UPS拓?fù)鋵?duì)性能的影響：與發(fā)電機(jī)電力之間平滑過(guò)渡
在較長(zhǎng)時(shí)間的市電停電中，UPS怎樣處理向備用發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換？此過(guò)渡可能不是平滑的，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在起動(dòng)和預(yù)熱期間電壓和頻率可能不穩(wěn)定。
當(dāng)發(fā)電機(jī)及其負(fù)載從初始起動(dòng)過(guò)渡到正常運(yùn)行的過(guò)程中，UPS必須能夠處理發(fā)電機(jī)輸出畸變。如果UPS不調(diào)整這種情況，不穩(wěn)定的電力可導(dǎo)致所連接的IT設(shè)備數(shù)據(jù)出錯(cuò)或關(guān)機(jī)。UPS應(yīng)當(dāng)盡可能地減少向電池運(yùn)行模式來(lái)回轉(zhuǎn)換的次數(shù)，從而降低輸出電力中斷的可能性和電池的壓力。
后備和在線交互式UPS必須在將負(fù)載切換到發(fā)電機(jī)前先度量電源，然后再使逆變器與此電源同步。即使發(fā)電機(jī)的頻率或電壓有輕微的偏差，這類設(shè)計(jì)也可能切換回電池運(yùn)行狀態(tài)。
雙轉(zhuǎn)換和多模式高效雙轉(zhuǎn)換UPS可確保當(dāng)發(fā)電機(jī)預(yù)熱時(shí)，即使輸出電壓或頻率不穩(wěn)定（或由于其它負(fù)載使發(fā)電機(jī)循環(huán)開關(guān)），UPS仍繼續(xù)靠整流器運(yùn)行，而不是切換到電池運(yùn)行狀態(tài)。由于使用輸入整流器將交流處理成直流，這類UPS使用電池供電的時(shí)間最短。
