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绿色环保易于维护APC Smart-UPS拆解评测

 APC旗下有众多的UPS产品,这些UPS产品不但在关键应用领域发挥作用,而且对于一些家庭用户来说也是不可或缺的产品。UPS全称是UninterruptiblePowerSystem或者UninterruptiblePowerSupply,不管是哪种,翻译过来都是不间断电源的意思。这种设备内置电池,平时由市电将电池充满,在市电断电的时候通过逆变器将直流电转换成交流电输出,可以继续维持设备正常工作。如今在此基础上,UPS又具备了稳压、过流保护等功能,同时在适用范围上也不再仅限于电脑,而是可以支持很多设备。
  
  APC推出的SMART-UPS是该品牌众多UPS产品中的一类,在全球销售已经有3年,目前在中国处于刚刚上市阶段。这类UPS产品主要针对十平米左右的小型服务器机房、类似银行网点这样的网络布线间、超市和机场的安检点等,根据容量划分有750VA/1000VA/1500VA/2200VA/3000VA规格,适合不同应用环境,这次我们拿到的是1000VA的产品。
  
  与同类产品相比,APC的SMART-UPS由于在国外已经积累了3年的经验,因此产品的技术相对来说非常成熟,同时APC有针对性的打出了节能环保的理念。在节能环保方面,这款产品通过特殊设计,在市电供应相对稳定的情况下可以大幅度降低UPS自身对电力的消耗,APC将这种工作模式称作“双转换在线式”。
  
  技术原理介绍
  
  说到APCSMART-UPS的节能,还是在这里先科普一下比较好。传统的UPS分为在线式UPS和后备式UPS两种,在线式UPS可以实现市电和电池之间的无缝切换,而后备式UPS在市电切断之后会切换成电池工作状态。那么APC的新技术又是什么样的呢?
  
  我们可以通过施耐德电气信息事业部Smart-UPSRT生产线的首席工程师JeffreySamstad的描述来了解这类产品。首先是一张在线式UPS的拓扑图,此图基于ISOIEC62040:1999规范。从拓扑图我们可以了解在线式UPS的工作原理。
  
  这种传统的在线式UPS在“电源接口”部分通过无源器件为输入电流滤波,在逆变器部分会对输入功率进行分流,以确保电池能够完全充电。
  
  在工作状态下,如果供电相对稳定,会有约10%的额定功率被占用,比如1000W的在线互动式UPS中,从逆变器分流走的功率是不到100W。如果市电的电压波动,上升或下降到额定输入以外时,逆变器部分会启动,将电池中的直流电转换成交流电输出,以确保输出端的状态基本达到正常值。
  
  简单的说,这种设计有值得商榷的地方:在正常供电状态下,UPS自身会造成接近10%的电能损耗,因此UPS的总体转换效率相对偏低,想要提升转换效率就要被从逆变器分走的部分里做文章,但这样会影响电池充电。而在供电不稳定的状态下通过逆变器补偿的方式,又相当于将逆变器作为稳压设备使用,这样的结果是电池会因为频繁无序的充放电而白白损耗使用寿命,这种现象在发展中国家或者基础设施不发达的国家地区相当明显。另外接口部分的无源器件功能也非常有限,比如不能做PFC校正。
  
  因此APC的SMART-UPS产品采用了另一种叫做双转换在线式的设计方案,以下是电路图。
  
  从图中可以看到从输入端到输出端分成三路,由旁路开关根据限制条件决定采用哪一路输出。一组电路是通过旁路开关将输入电流直接送到输出端,这是在供电稳定的情况下运作的电路,几乎不经过任何元器件,也就把供电损失降到了最低。第二组电路应对供电不稳的情况,输入端会先通过整流器整流并将交流电转换成直流电,这样整流器到逆变器之间的供电直流电路稳定的,因此单纯的电压波动不会触发电池部分工作,也就没有了频繁充放电的问题。第三组电路则是从输入端直接连入电池与AC-DC转换器之间,同时承担电流输出和为电池充电两项工作。这就是同类产品中独有的双转换在线式UPS的工作原理。
  
  做出这样的设计之后,UPS在供电稳定的状态下,通过旁路实现了与供电设备直连,这样UPS输入端到输出端之间的效率高达99%,并且UPS的可靠性也得到了全面增强,输出的质量也更好。严格的说这样设计的UPS并不属于在线式UPS,但是它已经具备了在线式的全部优点。
  
  由于SMART-UPS与在线式产品仍然有一些区别,因此有些用户可能会关注它的响应时间。从我们了解的数据来看,SMART-UPS的从交流电切换到电池的响应时间是4ms,远远低于PC设备20ms以内的响应要求,即使是对于一些有PFC的设备,行业内的规范也只是要求10ms以内,对于这种作业环境,SMARTUPS是可以轻松应对的。
  
  而在成本方面,则是互有取舍了。单从采购上看,传统的在线式UPS价格会有一定优势。但从总拥有成本上来说,在日常工作环境下传统在线式UPS会拥有一定优势,但产品寿命和可靠性上双转换在线式UPS更胜一筹。另外在尺寸和重量方面,双转换在线式UPS会比传统的在线式UPS更小和更轻,这在大容量产品上会表现的非常明显。

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