在如今的生活里,我们对电力能源的依赖度是非常高的,若没有电,很多日常生活都会受到影响。不间断电源ups就是为了应对这种情况出现的。ups不间断电源是将蓄电池与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。现在ups不间断电源已广泛应用于各个行业以防止突然断电。
根据omida的市场报告,全球ups市场规模在近几年保持了逐步上升的稳健态势,将以7%的cagr持续保持增长,到2025年全球ups出货量将20亿台,市场规模达到4.36亿美元。市场需求旺盛的同时ups整体的单价也呈下降的趋势发展。
ups小型化、高容量化、高效化发展
如果按照工作原理来分类ups,那么可以分成离线式、在线式(双变换ups)与在线互动式。离线式ups虽然转换时间较长(10ms左右),但由于结构简单而且价格便宜,在一些电力要求不严苛的场景是性价比很高的选择。在线互动式ups类似离线式ups,不过具有滤波功能,抗市电干扰能力很强,适用于电力环境较恶劣的应用。在线式ups复杂的结构下是非常完善的性能,转换时间0ms。不过成本也是高出不少,通常应用在对电力要求苛刻的环境中。
如果按照输出功率来分类,主要可以分为<10kva,10-100kva以及>100kva三个级别。10-100kva是目前模块化ups主要的输出功率范围,模块化ups是最近比较流行的一类产品,用户可以通过其可拓展特性达到各种功率范围的应用要求。
随着云计算、大数据、5g应用的不断发展的大环境下,现在的ups正在往小型化、高容量化、高效化发展。首先是更高的功率,也就是现在模块化ups趋势,拓展到>100kva的功率级别。再是0ms的切换时间,这种趋势下在线式(双变换ups)技术路线是唯一选择,同时对输入电压的调节能力以及散热能力也越来越重要。高效化的指标最重要也最明确,现在的ups效率达到98%以上,pf>0.99。
在往小型化、高容量化、高效化的ups发展趋势下,设计人员面临如何在性能、能效、成本、尺寸、控制难度之间权衡取舍的挑战。
现代在线式ups设计挑战,引入sic是否可行
在这种发展趋势下,现代在线式ups设计需要更高的性能以及可靠的栅极驱动器,并采用高效双向拓扑的电池备用设计。还需要精确的电压和电流感应并使用前端功率因数校正(pfc)在广泛的负载条件下实现更低的总谐波失真thd。
为了提高效率,具有双向功率流的双向dc/dc换流器可将电池充电和备份操作传统上所需的两个dc/dc换流器组合在一起,降低整个系统的成本、组件数量和尺寸。在宽输入电压范围内,使用电流馈电全桥级在放电模式下实现高效率。
碳化硅sic的引入或许会变革性地优化ups的设计。相比传统的igbt,碳化硅sic反向恢复损耗低,正向导通电压低,同时碳化硅sic本身受温度影响的很小,具有稳定的漏电流。而且由于材料带来的更好的散热,可以在更高的频率下工作。
在ups的应用中,碳化硅sic的引入可以减少系统中的电感体积,还有emi滤波器体积,当然最关键的还是散热上能够做得更小。就目前市场应用来说,ups用sic模块现在还只是集中在几个国外的头部ups厂商里应用,国产ups厂商还没有引入sic模块来设计。
现代ups的小型化、高容量化、高效化趋势下,ups设计需要在性能、能效、成本、尺寸、控制难度之间做权衡取舍。不管是从电池拓扑设计上还是从内部器件上考量,现代ups设计需要在保证高效率的前提下尽可能缩小成本、减少尺寸。引入sic模块是一个可行的办法,但只有在成本问题和供应问题解决后,sic模块在ups里的应用才能完全铺开。
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UPS不间断电源广泛应用于各个行业
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