你可能會問，UPS 是什么？為什么要設(shè)計 UPS？UPS 又有哪些類型和規(guī)格？怎么樣才能設(shè)計出一個高性能、低成本、小尺寸的 UPS？別著急，下面就會讓你對 UPS 設(shè)計有一個全面和深入的了解。
UPS 是什么，有什么用？
UPS 就是不間斷電源，它可以在電網(wǎng)斷電的時候用電池來給設(shè)備供電，保證設(shè)備不會因為停電而出現(xiàn)問題。
UPS 可以用在很多地方，比如家里、辦公室、數(shù)據(jù)中心、工廠、醫(yī)院等，給電腦、電話、機器、儀器等設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。
UPS 有哪些類型，各有什么特點？
UPS 根據(jù)輸出功率的大小，可以分為三種類型：離線式、在線互動式和在線式。
離線式 UPS 是最便宜的，但是它只能在電源出問題的時候才切換到電池模式，而且輸出的電壓波形不是很好，可能會對設(shè)備造成損壞。
在線互動式 UPS 是一種改進的離線式 UPS，它可以根據(jù)輸入電壓的變化自動調(diào)節(jié)輸出電壓，但是它也需要切換到電池模式。它比離線式 UPS 要好一些，但是也不是最好的。
在線式 UPS 是最貴的，但是它可以提供最好的輸出性能，它一直使用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，不需要切換到電池模式。它就像一個小型發(fā)電站，可以保證設(shè)備得到最穩(wěn)定和最干凈的電源。
設(shè)計 UPS 時需要注意的規(guī)格和參數(shù)？
設(shè)計 UPS 時需要考慮以下四個方面：
尺寸：UPS 的尺寸取決于里面有多少東西。里面最重要的東西就是電池、變壓器、風(fēng)扇和散熱片等。這些東西越大越重，就越占地方，也越費錢。所以我們要用先進的半導(dǎo)體技術(shù)來減小這些東西的尺寸和發(fā)熱量，從而節(jié)省空間和成本。
輸入調(diào)節(jié)：UPS 的輸入調(diào)節(jié)能力決定了它能否應(yīng)對輸入電源的波動和干擾。在線式和在線互動式 UPS 都可以對輸入電壓進行 ±20% 的調(diào)節(jié)，而離線式 UPS 則需要在輸入異常時切換到電池模式。在線式 UPS 使用高頻 PWM 技術(shù)來優(yōu)化電壓，因此它能產(chǎn)生最佳的輸出。
輸出：UPS 的輸出性能取決于逆變器的設(shè)計。逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的部件。我們希望輸出的交流電跟市電一樣是正弦波形，因為這樣可以避免對設(shè)備造成損壞。要產(chǎn)生正弦波形，我們需要使用高頻運行的 IGBT/MOSFET，并選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)來減少噪聲、損耗和 EMI。
電源管理：UPS的電源管理功能包括對電池組進行平衡、保護、控制、熱管理、監(jiān)控和通信等操作。用于電源管理的器件包括低壓 MOSFET、電流檢測器、運算放大器、隔離器、eFuses 熔斷器、保護二極管、高壓開關(guān)和智能功率模塊 (IPM) 等。
拓撲結(jié)構(gòu)對性能有什么影響？
拓撲結(jié)構(gòu)是指逆變器中開關(guān)和二極管等元件的連接方式。拓撲結(jié)構(gòu)對性能有很大影響，特別是三電平拓撲結(jié)構(gòu)有以下三個優(yōu)點：
開關(guān)損耗更低：在三電平拓撲結(jié)構(gòu)中，開關(guān)和二極管上只有一半的總輸出電壓，因此它們的開關(guān)損耗也更低。
電流紋波更?。涸谌娖酵負浣Y(jié)構(gòu)中，電感器上只有一半的總輸出電壓，因此它們的電流紋波也更小。這樣可以使用更小的電感器進行濾波，降低成本和損耗。
EMI 降低：在三電平拓撲結(jié)構(gòu)中，開關(guān)節(jié)點和功率環(huán)路中的電場和磁場都更小，因此它們產(chǎn)生的 EMI 也更低。這樣可以減少對其他設(shè)備的干擾和對環(huán)境的影響。
但是，這還不夠，如果你想設(shè)計出一個更優(yōu)秀的 UPS，你還需要了解一些更先進的技術(shù)和器件，比如碳化硅 (SiC) 功率器件。
碳化硅 (SiC) 功率器件是一種新型的半導(dǎo)體材料，它具有高電壓、高溫、高頻、低損耗等優(yōu)點，可以大大提高 UPS 的效率、功率密度和可靠性，降低散熱和 EMI 的問題。
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