電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）在如今的生活里，我們對電力能源的依賴度是非常高的，若沒有電，很多日常生活都會受到影響。不間斷電源UPS就是為了應(yīng)對這種情況出現(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)用于各個行業(yè)以防止突然斷電。

根據(jù)Omida的市場報告，全球UPS市場規(guī)模在近幾年保持了逐步上升的穩(wěn)健態(tài)勢，將以7%的CAGR持續(xù)保持增長，到2025年全球UPS出貨量將20億臺，市場規(guī)模達(dá)到4.36億美元。市場需求旺盛的同時UPS整體的單價也呈下降的趨勢發(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分類UPS，那么可以分成離線式、在線式（雙變換UPS）與在線互動式。離線式UPS雖然轉(zhuǎn)換時間較長（10ms左右），但由于結(jié)構(gòu)簡單而且價格便宜，在一些電力要求不嚴(yán)苛的場景是性價比很高的選擇。在線互動式UPS類似離線式UPS，不過具有濾波功能，抗市電干擾能力很強，適用于電力環(huán)境較惡劣的應(yīng)用。在線式UPS復(fù)雜的結(jié)構(gòu)下是非常完善的性能，轉(zhuǎn)換時間0ms。不過成本也是高出不少，通常應(yīng)用在對電力要求苛刻的環(huán)境中。

如果按照輸出功率來分類，主要可以分為＜10kVA，10-100kVA以及＞100kVA三個級別。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產(chǎn)品，用戶可以通過其可拓展特性達(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，拓展到＞100kVA的功率級別。再是0ms的切換時間，這種趨勢下在線式（雙變換UPS）技術(shù)路線是唯一選擇，同時對輸入電壓的調(diào)節(jié)能力以及散熱能力也越來越重要。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)展趨勢下，設(shè)計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)代在線式UPS設(shè)計挑戰(zhàn)，引入SiC是否可行

在這種發(fā)展趨勢下，現(xiàn)代在線式UPS設(shè)計需要更高的性能以及可靠的柵極驅(qū)動器，并采用高效雙向拓?fù)涞碾姵貍溆迷O(shè)計。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DC/DC換流器組合在一起，降低整個系統(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在放電模式下實現(xiàn)高效率。

碳化硅SiC的引入或許會變革性地優(yōu)化UPS的設(shè)計。相比傳統(tǒng)的IGBT，碳化硅SiC反向恢復(fù)損耗低，正向?qū)妷旱停瑫r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。就目前市場應(yīng)用來說，UPS用SiC模塊現(xiàn)在還只是集中在幾個國外的頭部UPS廠商里應(yīng)用，國產(chǎn)UPS廠商還沒有引入SiC模塊來設(shè)計。
現(xiàn)代UPS的小型化、高容量化、高效化趨勢下，UPS設(shè)計需要在性能、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)計上還是從內(nèi)部器件上考量，現(xiàn)代UPS設(shè)計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模塊是一個可行的辦法，但只有在成本問題和供應(yīng)問題解決后，SiC模塊在UPS里的應(yīng)用才能完全鋪開。