前言：为了保证计算机的稳定可靠运行和数据的安全准确，越来越多的UPS电源被用在计算机机房中，一些也称UPS电源为电脑的保护神。电源的安全运行也成为重中之重。下面的文章将分享UPS电源技术的分类和应用，以及UPS电源必须检测的电源技术的AC/DC转换技术、集成稳压器、电源转换电路。(一)UPS电源技术的分类及应用(1)平时将电能以一定的形式储存起来，使用时再转化为电能供给负载。典型的设备就是人们常用的各种电池。(2)将其他能源转化为电能的，如水能、火能、风能和核能发电等，统称为一次电源(俗称电网或市电)。(3)在电能传输过程中，在一次电源和负载之间进行电能转换或稳定。这种电源一般称为二次电源（即控制现有电源）。这里所说的主要是二次电源，即对输入电源进行改造（由电网供电等），这是目前应用最广泛的电源技术领域。它主要研究如何利用电子技术对电能进行转换和控制。它广泛应用了电磁技术、电子技术、计算机技术和材料技术。学科理论具有很强的综合性，该领域的技术在工程上一般称为“动力技术”。为了区别于其他方式，通常将采用电子技术组成的供电设备称为“电子电源”。千伏，输出电流范围从微安到10,000安。随着科学技术的发展，对电源技术的要求越来越高，规格品种越来越多，技术难度也越来越大。涉及的学术领域也越来越广。就其技术本身而言，可分为三类：（1）直流电源：输入电源可以是交流或直流，单相交流或三相交流，输出是直流（包括稳压或稳流），包括线性控制和开关控制两种。(2)交流电源：输入电源多为单相或三相交流电，输出仍为交流电(单相或三相，当输入为直流电时，称为交流电)逆变器），包括稳压、稳流、稳频、不间断电源等类型。(3)特种电源(或工业电源)：如电镀、电解、电焊、激光、高压等各类电源，输入多为交流市电，输出为直流形式，交流或脉冲。电源技术的基本内容：总的来说，电源技术的主要内容包括以下几个部分：电力电子器件、电源变换电路、供电机器和系统等电力电子器件：（1）非受控器件：主要是各种功率二极管，包括整流管、整流桥模块、快恢复二极管、功率肖特基二极管等。（2）半控型器件：主要是晶闸管（又称晶闸管）。普通晶闸管的控制端在装置开通后失去控制（所谓半控装置）。为了关闭此类设备，需要一个外部条件。(3)全控设备：其控制端既有控制设备开机的能力，也有控制其关机的能力。例如，大功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（M05FET）、门极关断（GTO）晶闸管、M05控制晶闸管（Mσ）以及新型绝缘栅双极晶体管（IGBT）、静电感应晶体管（5π)等等。(2)AC/DC转换技术将交流电转换成直流电称为AC/DC转换。这种转换的功率流从电源传输到负载电路，一般称为整流。对于需要改变直流输出电压的场合，可以采用相控整流方案，也可以采用其他控制方案。整流电路的种类很多，各有特点。基本电路大致可分为：（1）按整流相数：①单相电路：单脉冲或双脉冲；②三相电路：3脉冲、6脉冲或12脉冲；③多相电路：P脉冲。(2)按电路控制特点：①不可控整流电路；②半控整流电路；③全控整流电路。DC/AC、DC/DC、AC/AC转换技术，本节简单介绍直流电（DC）I交流电（AC）、直流电（DC）I直流电（DC）、交流电（AC）的三种转换)I交流电(AC)技术。DC/AC转换技术将直流电转换成交流电，称为DC/AC转换，也就是通常所说的“逆变”。在一些特殊场合，如卫星、飞机、轮船、潜艇等，没有工频交流电源（50或ωHz），只有蓄电池或太阳能电池，这些都是直流电源，需要时使用此电源给交流负载供电时，需要进行DC/AC转换。另外，工频交流电不适用于某些负载，如飞机或相关地面设备使用4∞Hz交流电，感应加热需要使用中频或高频交流电，感应电机变频调速需要在一个范围内任意一定范围内的变频、变压交流电等。在工频交流电源中，工频交流电首先转换成直流电，再通过逆变器转换成所需频率和电压的交流电.这些应用需要DC/AC转换技术。随着功率半导体器件的发展，逆变技术的应用范围进一步扩大，几乎渗透到国民经济的各个领域。特别是具有高电压、大电流、高频功能的现场控制装置的研制成功，为简化逆变电路、提高逆变性能、高频脉宽的广泛应用奠定了基础调制（PWM）技术。DC/AC变换器的分类：DC/AC变换器（以下简称逆变器）基本上可以分为单相和三相两大类。单相逆变器适用于中小功率，三相逆变器适用于中大功率。这两种类型可按以下特点分类：(1)按输入直流电源的性质：电压型逆变电路(输入电源为恒压源)；电流型逆变电路（输入电源为恒流源）。(2)按电路结构特点：半桥电路；全桥电路；推挽电路；其他形式。(3)按组成电路的元件分：普通晶闸管逆变电路；大功率晶体管（GTR）逆变电路；门极关断（GTO）晶闸管逆变电路；MOSFET（MOS场效应管）逆变电路；IGBT逆变电路等(4)按输出波形分：正弦波逆变电路；非正弦波逆变电路。(3)集成稳压器集成稳压器是利用半导体技术和薄膜技术，将稳压电路中的二极管、三极管、电阻、电容等元器件制作在同一半导体或绝缘基板上，组成固态稳压器。电路和集成稳压器近十年来发展迅速，目前国内外已有数百个品种。根据电路的工作方式，有线性集成稳压器和开关集成稳压器。按电路结构分，有单片集成稳压器和组合集成稳压器。根据管脚的连接方式，有三端集成稳压器和多端集成稳压器。按制造工艺分，有半导体集成稳压器、薄膜混合集成稳压器和厚膜混合集成稳压器。集成稳压器是在半导体硅片上采用外延、氧化、光刻、扩散、金属蒸镀等工艺制作的稳压电路。本集成稳压器各元器件采用同一工艺制造，可靠性高，也有利于提高稳压精度，减小体积和重量。常见的集成稳压器有以下几种：(1)多端可调集成稳压器。这种稳压器的采样电阻和保护电路元件需要外接，外接端子多，便于适应不同的用途。其输出电压可调，以满足不同输出电压的要求。(2)三端固定集成稳压器。这类稳压器有输入、输出和公共端三个端子，输出电压是固定的（一般分为几级）。该类产品具有使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，得到了广泛的应用，基本取代了分立器件组成的稳压电路。(3)三端可调集成稳压器。它有3个端子：输入、输出和调节。在调节端外接两个电阻可以连续调节输出电压。这种集成稳压器可用于对稳压精度要求高，输出电压需要在一定范围内任意调节的场合。它还具有正负输出电压和输出电流。选用时应注意各系列集成稳压器的电气参数特性。1、芯片电路原理集成稳压器的电路原理与分立晶体管稳压器的电路原理基本相同。它也由调整元件、误差放大器、参考电压、比较、采样等几个主要部分组成。技术的优势，在电路结构和制造工艺上采用了很多模拟集成电路的方法，如偏置电路、电流源电路、基本电压源电路、各种形式的误差放大器、集成稳压器等。独特的启动电路、保护电路等。与分立元件稳压器相比，集成稳压器具有体积小、成本低、使用方便、性能指标高等优点。2、高频开关电源目前，航天技术、计算机、通讯和家用电器中的电源大多采用高频开关电源。开关电源的效率、体积、重量等指标均优于线性稳压电源。开关电源的调节管工作在开关??状态，损耗小，效率可达75-95；稳压电源体积小、重量轻；调节管耗电量小，相应的散热器体积也小。另外，开关频率工作在几十千赫兹，滤波电感和电容可以使用较小值的元件；允许的环境温度也可以大大提高。但是，由于调节装置的控制电路比较复杂，输出纹波电压比较高，开关电源的应用也受到一定的限制。电子设备小型化和轻量化的关键是电源的小型化，因此需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源中的调节管工作在开关??状态，必然有开关损耗，损耗随开关频率增加成正比。另一方面，开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件和电容性元件，随着频率的升高，这些元件上的损耗也随之增加。目前市场上开关电源中的功率管均采用双极型晶体管，开关频率可达1∞望如；使用MOSFET的开关频率可以达到5∞kHz。为了提高开关频率，必须降低开关损耗，需要高速开关器件。对于MHz以上的开关频率，可以使用谐振电路，这种工作模式称为谐振开关模式。这种方法可以大大提高开关速度。原则上开关损耗为零，噪声很小。这是提高开关电源工作频率的有效途径。几款采用谐振开关方式的兆赫兹变换器已经投入实际使用。开关电源的集成化、小型化正在成为现实，正在研制将功率开关管和控制电路集成在同一芯片上的集成模块。但是，将功率开关管和包括反馈电路在内的控制电路集成在同一芯片上，必须解决电隔离和热绝缘的问题。和控制电路集成。3、源侧功率因数校正技术源侧（又称输入侧）功率因数（A）校正技术是针对具有整流和电容滤波组成的非线性负载的电力电子设备提出的。主要目的是减少电气设备产生的高次谐波对电网的危害。负载电流中的高次谐波不仅增加了输电线路上的损耗，浪费了大量的电能，而且还会影响邻近其他电气设备的正常运行。为此，国际上制定了一些相关标准，如IEC552-2。这些标准对电气设备的输入功率因数和波形畸变有特定的限制。功率因数校正简称为PFC。提高源侧功率因数的方法主要有两种：一种是原始功率因数校正技术，另一种是有源功率因数校正技术。前者主要针对供电系统和大型厂矿企业电机感性负载众多而引起的低功率因数问题。校正方法是在电网入口处并联适当的电容器，使λ值尽可能接近1，从而达到节能的目的，也就是我们常说的无功补偿。后者主要针对开关电源负载。近年来由于计算机和程控电话交换机的飞速发展，开关电源和不间断电源（UPS）得到广泛应用，这些供电设备的输入端多为非线性，直接整流和电容滤波.就这样，PFC技术得到了广泛的重视和广泛的应用。功率因数校正方法：有源功率因数校正的基本思想是：对输入的交流电压进行全波整流，对整流后的电压进行DC-DC变换，使输入电流在充满后自动跟随电压波形通过适当的控制整流波，使输入电流为正弦波。PFC虽然也是一种开关电源，但它与传统的开关电源有着明显的区别。(4)电源技术在转换过程中，功率转换电路除了使功率器件工作在线性状态外，往往工作在开关??状态，在控制信号的作用下实现电能的转换按照设定的时间。在装置工作过程中，各支路之间会伴随电流的传递，因此有时也称为“换向”。对于由半控器件组成的电路，由于器件本身没有关断能力，在换流过程中往往利用外界条件使器件关断处于导通状态。成功换相是半控电路正常工作的必要条件，因此换相过程是这类电路分析的主要内容，而换相技术是这类转换技术的核心。1、电源转换电路从电源转换功能来看，有以下四类：(1)将交流电转换为直流电，即AC/DC转换。实现这种功能的转换电路一般称为整流电路或整流器。(2)将直流电转换为交流电，即DC/AC转换。实现这种功能的转换电路一般称为逆变电路或反相器。(3)将一种直流电变为另一种直流电，即DC/DC变换。通过这种变换，可以改变直流电压（电流）的幅值或极性，一般称为DC/DC变换电路或DC/DC变换器。(4)将一种交流电变为另一种交流电，即AC/AC转换。通过这种转换，实现了交流电压（电流）和频率的转换。前者称为交流稳压电路（如稳压器、稳流器），后者称为变频电路（或变频器）。有时还需要更改相号（例如，单相改为三相或三相改为单相）。以上四种转换电路在技术上统称为“转换技术”。这些电路可以单独使用，也可以组合使用。整流成直流电，经逆变电路转换成高频交流电（脉宽可调的正负矩形脉冲或脉冲频率可调的准正弦脉冲），再经逆变电路变为直流电整流供给负载。在高频转换环节，通过脉宽调制稳定输出直流电压。这是目前常用的高频开关电源的电路方式，采用组合变换方式（两整流一逆变）。 2.在控制方式的转换过程中，除了使功率器件工作在线性状态外，还常常工作在开关??状态，在控制信号的作用下按设定的时序实现电能的转换。在装置工作过程中，各支路之间会伴随电流的传递，因此有时也称为“换向”。对于由半控器件组成的电路，由于器件本身没有关断能力，在换流过程中往往利用外界条件使器件关断处于导通状态。成功换相是半控电路正常工作的必要条件，因此换相过程是这类电路分析的主要内容，而换相技术是这类转换技术的核心。在Ac/OC转换过程中，往往会引入高频转换环节，以达到缩小电源设备体积、减轻重量、提高效率、改善动态特性的目的。转换频率一般为几十千赫兹到几百千赫兹。1970年代，由50Hz交流市电供电的直流线性稳压电源发展为开关频率为2的直流开关稳压电源，史称“KHz革命”。然而，仅仅过了10多年，开关电源的转换频率就达到了划定线以上。对于各种转换电路的控制方式，可归纳为以下三种：(1)相位(位置)控制(control)方式：是指将控制信号的幅度变化转化为触发脉冲的变化转换器设备的相位。这种控制方式常用于交流稳压电源。(2)频率(率)控制(control)法：是指将控制信号的幅值变化转换成转换器装置触发脉冲频率的变化。这种控制方式常用于逆变电源。(3)斩波(wave)控制(control)法：是指将控制信号的幅值变化转换成转换器装置“导通时间比”的变化。这种控制方式常用于直流变换电路中。以上三种控制方式也可以结合使用。例如，当同时使用斩波和频率控制时，就形成了正弦波脉宽调制方式（Sinewave-PWM，简称SPWM）。这种控制方式常用于交流变流器。3、电力系统的组成一般电力系统的组成由市电（电网）或蓄电池或太阳能或燃油发电机提供；整流器将来自市电或发电机的交流电转换成直流电，或将蓄电池的直流电转换成其他电压送至直流配电板；市电或发电机产生的交流电通过稳压设备送至交流配电盘；为了提高供电的可靠性，一种不间断电源（ups），当市电中断时，其能量由电池或燃油发电机提供，其输出送到交流配电盘；为安全供电，设有防雷装置，适用于整流设备、交流稳压设备、ups、发电机的保护。图中整流设备、ups、太阳能都可以给电池充电。这个系统图更好地说明了各种设备之间的关系。当然，为了进一步提高供电的可靠性，还可以设置后备设备，实现智能监控、显示和报警。世界各国都非常重视这项技术的发展。我国电源技术紧跟国际先进水平，20年来取得长足进步。总体发展趋势是：（1）功率半导体器件：重点发展全控型功率器件。目前功率MOSFET、1GBT等器件发展迅速，因为这类器件具有自关断能力，可以取消原有的半控器件。该换流电路具有简化电路、提高可靠性、提高效率、降低成本的优点。同时还可以提高开关频率，实现体积和重量的进一步减小，改善输出波形，降低噪声。功率半导体器件，不断加大容量，提高动态性能，向模块化、组合化方向发展。(2)电源转换电路：目前普遍采用全控器件和脉宽调制(PWM)方式，利用源侧功率因数校正(PFC)电路对输入电流进行正弦化处理，从而节省电能能源，减少对电网的影响。干扰，克服了相控方式输入功率因数低的缺点。目前推广采用谐振软开关等新型电路，使开关电源的工作频率可以从百千赫兹发展到兆赫兹，进一步提高效率，使电源设备小型化，并显着降低纹波电压，从而提高电源性能。从控制方式上看，由原来的分立元件和中小型集成电路组成的硬件电路，发展成为微处理器和单片机组成的软件控制方式，以达到更高的数字化程度和智能化，供电设备进一步完善。从以上可以看出，电源技术正在迅速发展，将为生产和科技进步做出更大的贡献。
