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UPS不間斷電源廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)

lPCU_elecfans ? 來(lái)源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 2022-09-01 09:40 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))在如今的生活里,我們對(duì)電力能源的依賴(lài)度是非常高的,若沒(méi)有電,很多日常生活都會(huì)受到影響。不間斷電源UPS就是為了應(yīng)對(duì)這種情況出現(xiàn)的。UPS不間斷電源是將蓄電池與主機(jī)相連接,通過(guò)主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。現(xiàn)在UPS不間斷電源已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)以防止突然斷電。

根據(jù)Omida的市場(chǎng)報(bào)告,全球UPS市場(chǎng)規(guī)模在近幾年保持了逐步上升的穩(wěn)健態(tài)勢(shì),將以7%的CAGR持續(xù)保持增長(zhǎng),到2025年全球UPS出貨量將20億臺(tái),市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4.36億美元。市場(chǎng)需求旺盛的同時(shí)UPS整體的單價(jià)也呈下降的趨勢(shì)發(fā)展。

UPS小型化、高容量化、高效化發(fā)展

如果按照工作原理來(lái)分類(lèi)UPS,那么可以分成離線(xiàn)式、在線(xiàn)式(雙變換UPS)與在線(xiàn)互動(dòng)式。離線(xiàn)式UPS雖然轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)(10ms左右),但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且價(jià)格便宜,在一些電力要求不嚴(yán)苛的場(chǎng)景是性?xún)r(jià)比很高的選擇。在線(xiàn)互動(dòng)式UPS類(lèi)似離線(xiàn)式UPS,不過(guò)具有濾波功能,抗市電干擾能力很強(qiáng),適用于電力環(huán)境較惡劣的應(yīng)用。在線(xiàn)式UPS復(fù)雜的結(jié)構(gòu)下是非常完善的性能,轉(zhuǎn)換時(shí)間0ms。不過(guò)成本也是高出不少,通常應(yīng)用在對(duì)電力要求苛刻的環(huán)境中。

如果按照輸出功率來(lái)分類(lèi),主要可以分為<10kVA,10-100kVA以及>100kVA三個(gè)級(jí)別。10-100kVA是目前模塊化UPS主要的輸出功率范圍,模塊化UPS是最近比較流行的一類(lèi)產(chǎn)品,用戶(hù)可以通過(guò)其可拓展特性達(dá)到各種功率范圍的應(yīng)用要求。

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G應(yīng)用的不斷發(fā)展的大環(huán)境下,現(xiàn)在的UPS正在往小型化、高容量化、高效化發(fā)展。首先是更高的功率,也就是現(xiàn)在模塊化UPS趨勢(shì),拓展到>100kVA的功率級(jí)別。再是0ms的切換時(shí)間,這種趨勢(shì)下在線(xiàn)式(雙變換UPS)技術(shù)路線(xiàn)是唯一選擇,同時(shí)對(duì)輸入電壓的調(diào)節(jié)能力以及散熱能力也越來(lái)越重要。高效化的指標(biāo)最重要也最明確,現(xiàn)在的UPS效率達(dá)到98%以上,PF>0.99。

在往小型化、高容量化、高效化的UPS發(fā)展趨勢(shì)下,設(shè)計(jì)人員面臨如何在性能、能效、成本、尺寸、控制難度之間權(quán)衡取舍的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)代在線(xiàn)式UPS設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),引入SiC是否可行

在這種發(fā)展趨勢(shì)下,現(xiàn)代在線(xiàn)式UPS設(shè)計(jì)需要更高的性能以及可靠的柵極驅(qū)動(dòng)器,并采用高效雙向拓?fù)涞碾姵貍溆迷O(shè)計(jì)。還需要精確的電壓和電流感應(yīng)并使用前端功率因數(shù)校正(PFC)在廣泛的負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)更低的總諧波失真THD。

為了提高效率,具有雙向功率流的雙向DC/DC換流器可將電池充電和備份操作傳統(tǒng)上所需的兩個(gè)DC/DC換流器組合在一起,降低整個(gè)系統(tǒng)的成本、組件數(shù)量和尺寸。在寬輸入電壓范圍內(nèi),使用電流饋電全橋級(jí)在放電模式下實(shí)現(xiàn)高效率。

碳化硅SiC的引入或許會(huì)變革性地優(yōu)化UPS的設(shè)計(jì)。相比傳統(tǒng)的IGBT,碳化硅SiC反向恢復(fù)損耗低,正向?qū)妷旱?,同時(shí)碳化硅SiC本身受溫度影響的很小,具有穩(wěn)定的漏電流。而且由于材料帶來(lái)的更好的散熱,可以在更高的頻率下工作。

在UPS的應(yīng)用中,碳化硅SiC的引入可以減少系統(tǒng)中的電感體積,還有EMI濾波器體積,當(dāng)然最關(guān)鍵的還是散熱上能夠做得更小。就目前市場(chǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō),UPS用SiC模塊現(xiàn)在還只是集中在幾個(gè)國(guó)外的頭部UPS廠(chǎng)商里應(yīng)用,國(guó)產(chǎn)UPS廠(chǎng)商還沒(méi)有引入SiC模塊來(lái)設(shè)計(jì)。

現(xiàn)代UPS的小型化、高容量化、高效化趨勢(shì)下,UPS設(shè)計(jì)需要在性能、能效、成本、尺寸、控制難度之間做權(quán)衡取舍。不管是從電池拓?fù)湓O(shè)計(jì)上還是從內(nèi)部器件上考量,現(xiàn)代UPS設(shè)計(jì)需要在保證高效率的前提下盡可能縮小成本、減少尺寸。引入SiC模塊是一個(gè)可行的辦法,但只有在成本問(wèn)題和供應(yīng)問(wèn)題解決后,SiC模塊在UPS里的應(yīng)用才能完全鋪開(kāi)。

審核編輯:彭靜
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原文標(biāo)題:UPS小型化高效化發(fā)展,引入SiC能否解決設(shè)計(jì)難題

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