随着云计算、超大规模数据中心、5G应用和大型设备的不断发展,市场对不间断电源(UPS)的需求保持高位,且正在往小型化、高容量化、高效化发展,设计人员面临如何在性能、能效、尺寸、成本、控制难度之间权衡取舍的挑战,安森美(onsemi)基于新一代半导体材料碳化硅(SiC)的方案,有助于变革性地优化UPS设计。
安森美是的智能电源方案供应商之一,也是全球少数能提供从衬底到模块的端到端SiC方案供应商,提供先进的SiC、SiC/Si 混合和IGBT 模块技术,以及广泛的分立器件、门极驱动器等周边器件,满足低、中、高功率UPS设计的各种要求,加之技术团队的应用支援,帮助设计人员解决上述挑战,满足大数据时代不断增长的需求。本文重点介绍安森美应用于UPS的SiC方案。
图1:在线式UPS典型框图(橙色代表安森美能提供的产品)
在线式UPS更适合大功率应用场景
UPS系统广泛用于保护从电信和数据中心到各种工业设施等各种应用中的关键组件的电源,提供过滤功能和补偿电网的短期停电,确保可靠的电压供应。按工作原理,UPS分为离线式UPS、在线互动式UPS和在线式UPS。离线式UPS和在线互动式UPS结构简单、成本低,在输入没有异常的情况下,能效高,但存在切换时间长,激活电池供电的情况多,输出精度低。所以目前针对数据中心等大功率UPS需求的场所,在线式UPS是常用的,在线式UPS也称为双变换式UPS,无论市电是否正常,负载的全部功率均由逆变器给出,所以没有间断,输出质量高,经过高频脉宽调制(PWM)后,整体波形总谐波失真(THD)小,频率波动小,但价格高,控制复杂。
新一代UPS的设计挑战和考量
为了应对持续增长的电能保护需求,新一代UPS需具有以下特点:
· 超过98%的高能效,高功率密度,功率因数>0.99,无变压器设计
· 更高的输出功率:大型数据中心对UPS要求很高,一台3相输出的UPS的母线电压是800 V。模块化UPS可拓展、高冗余,通过连接多个产品能达到100kVA更大输出功率,以应对大型数据中心的需求
· 0切换时间:相较离线式UPS的2到10 ms切换时间,在线式UPS具有0切换时间,以应对各种情况下的紧急问题
· 具有调节输入电压和优化输出电压的能力,以减少电池的使用频率,从而增加使用时间,节省成本
· 的散热能力,减少本身由散热器带来的重量和成本,同时有能力在受限的空间里增加额外的功率模块