作者@@： Kane Jia，文章来源@@： 安森美@@微信公众号@@@@
电池供电的不间断电源@@@@(UPS)在保护数据中@@心@@、医疗设施@@、工厂@@、电信枢纽甚至家庭中@@的敏感设备@@免受短期电网@@尖峰和停电影响方面非常重要@@。在停电时间较长的情况下@@，它们能够提供必要的短期电力@@，以实现有准备@@的断电@@，防止数据丢失@@。
UPS一般可以分为@@“在线式@@”(Online)或@@“离线式@@”(Offline)。在离线式@@@@UPS中@@，负载直接连接到电网@@@@，当输入电源出现故障时@@，系统会切换@@至电池供电模式@@——切换@@过程一般需要大约@@10毫秒才能完成@@，这限制了离线式@@@@UPS在部分应用中@@的使用@@。而在线式@@@@UPS在负载与电网@@中@@间加入逆变电路以及电池充放电电路@@，无论输入电源是否正常@@，逆变器@@一直处于工作状态@@。因此出现输入问题@@时@@，在线式@@UPS能够进行@@“零中@@断@@”切换@@，通过电池为负载进行紧急供电@@。
模块化@@UPS更加受到设计人员和用户的青睐@@，通过并联较低功率的@@UPS以满足更大用电需求@@。模块化@@UPS能够快速简单地拓展现有的@@UPS系统并且帮助客户在大规模系统的建立过程中@@获利@@。
然而@@，与任何电源设计一样@@，高效@@UPS的设计@@ 也存在挑战@@。需要考虑的一些关键因素包括@@尺寸@@、输入输出调节能力@@、电池管理和拓扑结构@@。
尺寸很重要@@，尤其是在数据中@@心等空间@@非常宝贵的应用中@@@@。在过去@@，变压器一直是@@UPS中@@最大的器件@@之一@@，但随着更先进的半导体技术@@的出现@@，高频开关电路代替了变压器@@，从而节省空间@@@@。一套无变压器@@UPS能够在标准尺寸机柜中@@为大型数据中@@心提供数百@@kVA的紧急供电@@。
在线式@@UPS使用高频@@PWM(Pulse Width Modulation)来执行双变换@@(AC-DC然后@@DC-AC)，这能够解决许多离线式@@@@UPS无法处理的输入质量问题@@@@，比如低压过压和线路噪声等等@@，同时减少电池使用次数@@，延长电池寿命@@。
逆变器@@决定了@@UPS输出质量@@，同时也大大影响@@UPS的整体效率@@。优秀的在线式@@@@UPS能够输出是近似于市电的高质量正弦波@@，为阻性负载和感性负载供电@@。这要求逆变器@@中@@的开关器件@@@@(IGBT/MOSFET)进行高频工作配合控制算法尽可能减少输出噪声以及开关过程所产生的@@EMI问题@@。
在典型的@@UPS中@@，多个堆叠的电池组成一个完整的电池包@@，由电池管理模块进行充放电管理@@。为了使电池发挥最佳性能并延长使用寿命@@，设计必须考虑到负载平衡@@、电压和电流保护@@、充放电控制@@、热管理@@、风扇控制@@、监控和通信等问题@@@@。
UPS的硬件设计中@@最关键的决定之一是为应用选择合适的拓扑@@，从而平衡性能和成本@@。尽管两电平拓扑@@，如三相半桥@@，具有简单的结构和并不复杂的控制算法@@，但三电平拓扑@@(T-NPC、A-NPC或@@I-NPC)能够为更先进的@@UPS提供更高的效率和更低的损耗和噪声@@。
开关器件@@的材料也同样关键@@，新的宽禁带@@(WBG)器件@@，如碳化硅@@(SiC)，能够以更高的开关频率和更低的损耗工作@@，同时减少被动器件@@的尺寸@@，从而优化@@UPS的整体设计@@。
安森美@@(onsemi)编写了一份技术@@白皮书@@，详细探讨@@ UPS的设计@@中@@遇到的问题@@@@，包括@@UPS类型概述和关键规格说明@@。它考虑了现有的各种拓扑结构@@，并描述了在设计过程中@@推动决策的权衡因素@@。该白皮书最后概述了当今每位电力工程师都应考虑的新型@@SiC器件@@(和相关驱动器@@)。