低頻UPS與高頻UPS是根據UPS設計電路的工作頻率來區分
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一.低頻UPS與高頻UPS的設計原理
低頻不斷電系統UPS設計:
1.傳統低頻UPS設計開關元件以矽控整流器(SCR)為主
並在電路結構上會有兩種問題
A.逆變輸出電壓必須經過升降壓步驟
B.逆變輸出沒有辦法定義N線
為了彌補這兩個問題,必須加裝隔離變壓器
2.低頻UPS整流結構電路有以下兩種
(1).整流結構 6 pluse
(2).整流架構 12 pluse
12 pluse的電路架構會讓整流後的DC BUS電壓更平穩,
也就是說諧波失真更小
上述提到的結構問題A.系統升降壓部分
為降低逆變器負擔
使用較低的BUS電壓來轉換成較低交流電
因此配置一個隔離變壓器來轉換最終的輸出電壓
舉例說明
例如飛碟UPS電武士系列 FT-610H額定輸出110Vac
電池電壓卻只有24Vdc
如此經過逆變器產生的交流電壓必定遠遠小於110Vac
因此配置一隔離變壓器提升輸出到110Vac
結構問題B.提供N線的部分
為了使輸出端能提供單相二線負載的能力
配置隔離變壓器就能提供一個定義N線的方式
特別注意儘管有了N線
但考慮到UPS有Maintain功能
所以不能算是真正隔離一次側與二次側喔
參考左側示意圖
在沒有配置隔離變壓器的情況下
為了定義N線必須把A或B任一點接地
此時會導致整個逆變器與輸入電壓形成短路
為避免這種情況
我們配置一個隔離變壓器
便能在隔離的二次側做NG短接來定義N線
高頻不斷電系統UPS設計:
隨著科技技術發展,近代開關元件多改用IGBT
並改善了電路方面的設計
可以避免輸出電壓不足或是沒有N線的問題
因此不再需要內置隔離變壓器
A.高頻UPS系統升降壓部分
相較於低頻機,高頻機使用多種電路整合為一個PFC系統
這個系統不僅可以修正輸入功率因數(順便將諧波失真降低)
還能夠提升整流後的BUS電壓
使這個BUS電壓經過逆變器後依然可以維持額定輸出
而電池放電時則透過DC/DC電路提升電池電壓作為BUS電壓用
舉例說明
例如飛碟UPS電騎士FT-110H額定輸出110Vac
透過PFC所產生的BUS電壓高達180Vdc左右
如此經過逆變器後可以保持穩定110Vac輸出
而電池放電時
24Vdc的電池電壓則通過DC/DC電路升高到180Vdc
B.高頻UPS提供N線的部分
PFC整流部分的電路設計允許輸入N線的加入
所以能以全機共N的方式來為輸出端定義中性線
二.低頻UPS與高頻UPS的優劣比較
低頻不斷電系統UPS | 高頻不斷電系統UPS | |
整流器 | 矽控整流器(SCR) | 絕緣柵雙極電晶體(IGBT) |
超載能力 | 因使用SCR整流其抗電流的衝擊能力非常強大 勝 | IGBT有嚴格的電壓、電流工作範圍,抗大電流耐受力較低 |
交流波型 | 電壓節點較少,波型完整度一般 | 電壓節電數較多,波型完整度接近完美 勝 |
雜訊干擾 | 有雙隔離變壓器可以抑制內部產生雜訊 勝 | 會有市電、整流、逆變、負載設備諧波干擾等 |
體積重量 | 因有雙隔離變壓器在機體內,故體積大、重量重 | 無隔離模組,體積小、重量輕 勝 |
適用負載 | 頻機可適用所有負載,包含半波、電感、電容性負載 勝 | 較適用於一般電阻性負載為主,否則要將容量放大 |
電力耗損 | 目前市售低頻機普遍功率為0.6~0.9,相對耗損較多 | 高頻機普遍功率0.8~1,功率1是完全無耗損的概念 勝 |
機器壽命 | 因低頻機工作於低壓,且發熱情況較不嚴重,故壽命較長 勝 | 機器工作於高電壓,發熱較為明顯 |
根據上述優劣比較可以明顯知道高低頻的優缺點
其中低頻機多了兩顆隔離變壓器,以至於體積變大價格相對昂貴許多喔
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