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保证IT负载连续可靠工作的关键在于主用能源和备用能源的配置方法。在图2 UPS供电系统中,两路能源的供电方法如图3所示。
保证负载不断电的关键是,当主供电一路能源停电时,另一路备用能源能否不间断而可靠地持续向负载供电。但是图3(a)中,主能源故障后,备用能源(电池组)要经过UPS设备中的DC/AC变换环节才能向负载供电。因此备用能源的可靠性就得不到充分的发挥。备用能源的可靠性模型表示在图3(b)中。
1.1 20世纪60、70年代
如图1(a)所示。此时计算机是由电网(市电)直接供电的,机内电源担负着高压交流电到低压直流电的转换任务,稳压功能以可控整流和线性调节稳压电路为主,70年代才出现开关电源。由于稳压电路结构和当时半导体器件性能限制,线性调节和开关电源都只能是低压输入。所以在输入端都必须配置工作在交流状态的工频降压变压器。
1.2 20世纪70、80年代开始使用UPS设备为计算机供电
如图1(b)所示。此时开始为计算机供电系统配置不间断供电设备——UPS。但是由于计算机电源输入端都配置有工频变压器,所以UPS设备只能输出交流。殊不知,最初的这一要求固定了UPS设备的电路结构,并沿用到50年后的今天。
1.3 20世纪80、90年代计算机开关电源去掉了输入变压器
如图1(c)所示。在20世纪70年代,由于功率半导体器件性能的进步,电源技术界开始了一场“20kHz的革命”,无输入变压器的开关电源进入研制和试用阶段,到20世纪80年代末和90年代初,计算机机内电源基本上都使用了无输入变压器的高频开关电源,也就是说,计算机设备是可以由高压交流市电(无需降压)直接供电的,当然也是可以直接用高压直流供电的。
但是,现行的设备标准和人们的观念决定了计算机还是必须由交流电压供电,当然,作为输入电源的前级设备UPS,也就必须输出交流电源。既然UPS只提供交流电源,所以,计算机开关电源也必须保留输入级的AC/DC变换,整个供电就形成了UPS设备的AC/DC→DC/AC两级变换和计算机内开关电源的AC/DC→DC/DC两级变换。
2 AC-UPS供电系统的现状与存在的问题
半导体器件和电路技术为AC-UPS的技术进步和体系结构的变革提供了条件,而AC-UPS的现状和存在的问题又促使其必须进行变革。技术的发展有着它自身的发展规律,UPS输出直流化将是一次数据中心供电系统的重大变革。
这里讲的AC-UPS供电系统不包括交流输入环节,如图2所示。它由AC/DC转换器、DC/AC逆变器、各级配电柜、滤波器、电池组等设备和环节组成。
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