、UPS及其工作原理簡介

UPS是英文Uninterruptible Power Supply的縮寫，意為“不間斷供電電源”，是一種含有儲能裝置（常見的是蓄電池），以逆變器為主要組成部分的恆壓恆頻的不間斷電源，它可以解決現有電力的斷電、低電壓、高電壓、突波、雜訊等現象，使計算機系統執行更加安全可靠。現在已經被廣泛應用計算機、交通、銀行、證券、通訊、醫療、工業控制等行業，並且正在迅速地走入家庭。

下面，讓我們先簡單地瞭解一下UPS的工作原理。

當我們沒有使用UPS的時候，PC機、印表機等終端裝置是直接接入市電使用的，用了UPS，就將PC機、印表機等終端裝置接到UPS上使用，而UPS再接入市電。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓後供應給終端裝置(相對於UPS而言，我們將這些終端裝置稱為負載)使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器，同時它還向自己的內建電池充電；當市電中斷(例如停電)時, UPS 立即將內建電池的電能，透過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作並保護負載的軟、硬體系統不受損壞。

二、市電對家用PC機及其終端裝置的影響

如果我們的PC機、計算機網路等裝置不使用UPS，又會受到哪些影響呢？不少人都有一個常見的錯誤概念，認為我們使用的市電，除了偶爾發生的停電事故外，都是連續而且恆定的。其實不然。市電系統作為公共電網，上面連線了成千上萬各種各樣的負載，其中一些較大的感性、容性、開關電源等負載不僅從電網中獲得電能，還會反過來對電網本身造成影響，惡化電網或區域性電網的供電品質，造成市電電壓波形畸變或頻率漂移。另外，意外的自然和人為事故，如雷擊、輸變電系統斷路或短路、電源插頭地錯誤拔插等，都會危害電力的正常供應，從而影響負載的正常工作。尤其需要特別指出的是，PC機、網路裝置、通訊系統、醫療裝置等都屬於非常精密的電子裝置，對它們的影響表現得尤為突出。

對於PC機來說，顯示器及主機工作都需要正常的電力供應。尤其是記憶體，對電源的要求更高，它是一種依賴電能的儲存裝置，需要不斷的重新整理動作來保持儲存內容，一旦斷電，所儲存的內容立即消失。如果非正常斷電，導致記憶體中的資訊來不及儲存到硬碟等儲存裝置上，就會造成資訊因完全丟失或變得不完整而失去價值，從而浪費大量的工作精力和時間；而象UNIX、Linux這樣的作業系統（現在不少的使用這種），如果不正常關機，記憶體中的系統資訊沒有回寫到硬碟上，還可能造成系統崩潰，無法再次啟動；此外，電腦中的硬碟，雖然應用的是磁儲存介質，不會因斷電而損失資訊，但突然的電力故障會使正在進行讀寫工作的硬碟物理磁頭損壞，或者系統檔案在維護檔案系統時，造成檔案分配表錯誤，從而使硬碟產生壞道，嚴重的，甚至還會造成整個硬碟的報廢；另外，現在的大都能設定，由於突然的斷電，使系統來不及取消，從而造成硬碟中的“資訊碎片”，不僅浪費了硬碟儲存空間，還會導致機器執行緩慢；是一種整流電源，過高的電壓可能會造成整流器燒燬。而電壓尖脈衝和暫態過電壓以及電源雜訊等干擾都可能透過整流器進入主機板，影響機器的正常工作，甚至燒燬主機線路。

一般情況下，標準正弦波（220V，50Hz）是一種理想狀態，但實際情況下，根據電力專家的測試，電網中經常發生並且對計算機或精密儀器產生干擾或造成損壞的情況主要有以下幾種：電湧、高壓尖脈衝、暫態過電壓、電壓下陷、電線噪聲、頻率漂移、持續低電壓、市電中斷等。

1. 電湧（Power Surges）：指輸出電壓有效值高於額定值110％，而且持續時間達一個或數個週期。電湧主要是由於在電網上連線的大型電氣裝置關機時（例如常見的家用空調關機時），電網因突然解除安裝而產生的高壓（我們都會有這樣的切身體會：在晚上6:00至9:00左右的時間段，是用電的高峰期，市電電壓普遍偏低，家裡的照明燈比較暗，過了用電高峰期，比如說在晚上10:00左右，你會發現家裡的照明燈突然一閃，並且亮了很多，這就是我們在日常生活中最常見到的一種電湧現象）。

2. 高壓尖脈衝（High Voltage Spikes）：指峰值達6000v，持續時間從萬分之一秒至二分之一週期（10ms）的電壓。這主要由於雷擊、電弧放電、靜態放電或大型電氣裝置的開關操作而產生。

3. 暫態過電壓（Switching Transients）：指峰值電壓高達 20000V，但持續時間界於百萬分之一秒至萬分之一秒的脈衝電壓。其主要原因及可能造成的破壞類似於高壓尖脈衝，只是在解決方法上會有區別。

4. 電壓下陷(Power Sags)：指市電電壓有效值介於額定值的80％至85％之間的低壓狀態，並且持續時間達一個到數個週期。大型裝置開機，大型電動機啟動，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問題。

5. 電線噪聲（Electrical Line Noise）：係指射頻干擾(RFI)和電磁干擾（EFI）以及其它各種高頻干擾。馬達的執行、繼電器的動作、馬達控制器的工作、廣播發射、微波輻射、以及電氣風暴等，都會引起線噪聲干擾。

6. 頻率偏移（Frequency Variation）：係指市電頻率的變化超過3Hz以上。這主要由應急發電機的不穩定執行，或由頻率不穩定的電源供電所致。

7. 持續低電壓（Brownout）：指市電電壓有效值低於額定值，並且持續較長時間。其產生原因包括：大型裝置啟動和應用、主電力線切換、啟動大型電動機、線路過載（我們國家的很多地區存在這個問題）。

8. 市電中斷(Power Fail)：即我們通常遇到的停電。其產生原因有：線路上的斷路器跳閘、市電供應中斷、電網故障。

三. UPS的分類

1. ：在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電超出其工作範圍或停電時，透過轉為電池逆變供電。其特點是：結構簡單，體積小，成本低，但輸入電壓範圍窄，輸出電壓穩定精度差，有切換時間，且輸出波形一般為方波。原理圖如下：

2. 線上互動式UPS：在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電偏低或偏高時，透過UPS內部穩壓線路穩壓後輸出，當市電異常或停電時，透過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是：有較寬的輸入電壓範圍，噪音低，體積小等特點，但同樣存在切換時間，但和一般後備UPS相比，這種機型保護功能較強，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波。原理圖如下：

3. 線上式UPS在市電正常時，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處於工作狀態，保證無間斷輸出。其特點是，有極寬的輸入電壓範圍，無切換時間且輸出電壓穩定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高。目前，功率大於3KVA的UPS幾乎都是線上式UPS。原理圖如下：

UPS按照輸出容量大小劃分為小容量3KVA以下，中小容量3KVA~10KVA，中大容量10KVA以上。

UPS按輸入/輸出方式可分為三類：單相輸入/單相輸出（簡稱單進單出）、三相輸入/單相輸出（簡稱三進單出）、三相輸入/三相輸出（簡稱三進三出）。

對於使用者來說，三相供電其市電配電和負載配電容易，每一相都承當一部分負載電流，因而中、大功率UPS多采用三相輸入/單相輸出或三相輸入/三相輸出的供電方式。

後備式UPS主要是用來給單臺PC機提供電源保護，具有體積小、價格低、操作簡單的特點，非常適合家庭使用，所以，當你為家用電腦購買UPS時，請選購後備式的。

線上式UPS幾乎可以解決所有的常見電力問題，在有市電時，功能為穩壓和防止電力波動干擾，因為其功能較完善，所以其成本也隨著效能的增強而上升，價格較後備式UPS貴很多。線上式UPS主要用於對電源要求非常嚴格的一些計算機裝置、醫療器械等，，一般與多個外接蓄電池串接使用以延長供電時間，多為單位配置。

智慧型UPS是當今UPS的一大發展趨勢，隨著UPS在網路系統上應用，網路管理者強調整個網路系統為保護物件，希望整個網路系統在供電系統出現故障時，仍然可以繼續工作而不中斷。因此UPS內部配置微處理器使之智慧化是UPS的新趨勢，UPS內部硬體與軟體的結合，大幅度提高了UPS的功能，可以監控UPS的執行工作狀態，如：UPS輸出電壓頻率，電網電壓頻率、電池狀態以及故障記錄等。還可以透過軟體對電池進行檢測、自動放電充電，以及遙控開關機等。網路管理者就可以根據資訊資料分析供電質量，依據實際情況採取相應的措施。當UPS檢測出供電電網中斷時，UPS自動切換到電池供電，在電池供電能力不足時立即通知伺服器做關機的準備工作並在電池耗盡前自行關機。智慧型UPS透過介面與計算機進行通訊，從而使網路管理員能夠監控UPS，因此其管理軟體的功能就顯得極其重要。

什麼是後備式UPS

平時處於蓄電池充電狀態，在停電時逆變器緊急切換到工作狀態，並將電池提供的直流電轉變為穩定的交流電輸出，後備式UPS也被稱為離線式UPS。

後備式UPS存在2至10毫秒的時間切換，不適合於關鍵性供電場所。此外，後備式UPS一般只能持續供電幾分鐘到十幾分鍾。

後備式UPS電源的優點是：執行效率高、噪音低、價格相對便宜，主要適用於市電波動不大，對供電質量要求不高的場合。

什麼是線上式UPS

線上式UPS：線上式UPS在工作時，首先將市電轉化為直流電給UPS電池充電，同時逆變器（見提示）將此直流電逆變為交流電為負載供電，由於市電經過了交流到直流、再到交流的轉換過程，所以市電中原有的干擾和脈衝電壓成分已經過濾得非常乾淨，因此，由線上式UPS逆變出來的電壓很穩定。由於逆變電路始終在工作，所以當停電時，UPS能馬上將其儲存的電能透過逆變器轉化為交流電對負載進行供電，從而達到了輸出電壓零中斷的切換目標。雙變換也是指UPS的輸出電壓經過了兩次交直流的互相轉換過程。而高頻則表示UPS內部工作在高頻環境下。高頻UPS的好處是體積小，重量輕，工作效率高，其壞處是抗過載抗衝擊能力差。

什麼是線上互動式UPS

線上互動式UPS：這是一種智慧化的UPS，所謂線上互動式UPS，是指在輸入市電正常時，UPS的逆變器處於反向工作（即整流工作狀態），給電池組充電；在市電異常時逆變器立刻轉為逆變工作狀態，將電池組電能轉換為交流電輸出，因此線上互動式UPS也有轉換時間。同後備式UPS相比，線上互動式UPS的保護功能較強，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，而其最大的優點是具有較強的軟體功能，可以方便地上網，進行UPS的遠端控制和智慧化管理。可自動偵測外部輸入電壓是否處於正常範圍之內，如有偏差可由穩壓電路升壓或降壓，提供比較穩定的正弦波輸出電壓。而且它與計算機之間可以透過資料介面（如RS-232串列埠）進行資料通訊，透過監控軟體，使用者可直接從電腦螢幕上監控電源及UPS狀況，簡化、方便管理工作，並可提高計算機系統的可靠性。這種UPS集中了後備式UPS效率高和線上式UPS供電質量高的優點，但其穩頻特效能不是十分理想，不適合做常延時的UPS電源。

、UPS及其工作原理簡介

UPS是英文Uninterruptible Power Supply的縮寫，意為“不間斷供電電源”，是一種含有儲能裝置（常見的是蓄電池），以逆變器為主要組成部分的恆壓恆頻的不間斷電源，它可以解決現有電力的斷電、低電壓、高電壓、突波、雜訊等現象，使計算機系統執行更加安全可靠。現在已經被廣泛應用計算機、交通、銀行、證券、通訊、醫療、工業控制等行業，並且正在迅速地走入家庭。

下面，讓我們先簡單地瞭解一下UPS的工作原理。

當我們沒有使用UPS的時候，PC機、印表機等終端裝置是直接接入市電使用的，用了UPS，就將PC機、印表機等終端裝置接到UPS上使用，而UPS再接入市電。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓後供應給終端裝置(相對於UPS而言，我們將這些終端裝置稱為負載)使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器，同時它還向自己的內建電池充電；當市電中斷(例如停電)時, UPS 立即將內建電池的電能，透過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作並保護負載的軟、硬體系統不受損壞。

二、市電對家用PC機及其終端裝置的影響

如果我們的PC機、計算機網路等裝置不使用UPS，又會受到哪些影響呢？不少人都有一個常見的錯誤概念，認為我們使用的市電，除了偶爾發生的停電事故外，都是連續而且恆定的。其實不然。市電系統作為公共電網，上面連線了成千上萬各種各樣的負載，其中一些較大的感性、容性、開關電源等負載不僅從電網中獲得電能，還會反過來對電網本身造成影響，惡化電網或區域性電網的供電品質，造成市電電壓波形畸變或頻率漂移。另外，意外的自然和人為事故，如雷擊、輸變電系統斷路或短路、電源插頭地錯誤拔插等，都會危害電力的正常供應，從而影響負載的正常工作。尤其需要特別指出的是，PC機、網路裝置、通訊系統、醫療裝置等都屬於非常精密的電子裝置，對它們的影響表現得尤為突出。

對於PC機來說，顯示器及主機工作都需要正常的電力供應。尤其是記憶體，對電源的要求更高，它是一種依賴電能的儲存裝置，需要不斷的重新整理動作來保持儲存內容，一旦斷電，所儲存的內容立即消失。如果非正常斷電，導致記憶體中的資訊來不及儲存到硬碟等儲存裝置上，就會造成資訊因完全丟失或變得不完整而失去價值，從而浪費大量的工作精力和時間；而象UNIX、Linux這樣的作業系統（現在不少的使用這種），如果不正常關機，記憶體中的系統資訊沒有回寫到硬碟上，還可能造成系統崩潰，無法再次啟動；此外，電腦中的硬碟，雖然應用的是磁儲存介質，不會因斷電而損失資訊，但突然的電力故障會使正在進行讀寫工作的硬碟物理磁頭損壞，或者系統檔案在維護檔案系統時，造成檔案分配表錯誤，從而使硬碟產生壞道，嚴重的，甚至還會造成整個硬碟的報廢；另外，現在的大都能設定，由於突然的斷電，使系統來不及取消，從而造成硬碟中的“資訊碎片”，不僅浪費了硬碟儲存空間，還會導致機器執行緩慢；是一種整流電源，過高的電壓可能會造成整流器燒燬。而電壓尖脈衝和暫態過電壓以及電源雜訊等干擾都可能透過整流器進入主機板，影響機器的正常工作，甚至燒燬主機線路。

一般情況下，標準正弦波（220V，50Hz）是一種理想狀態，但實際情況下，根據電力專家的測試，電網中經常發生並且對計算機或精密儀器產生干擾或造成損壞的情況主要有以下幾種：電湧、高壓尖脈衝、暫態過電壓、電壓下陷、電線噪聲、頻率漂移、持續低電壓、市電中斷等。

1. 電湧（Power Surges）：指輸出電壓有效值高於額定值110％，而且持續時間達一個或數個週期。電湧主要是由於在電網上連線的大型電氣裝置關機時（例如常見的家用空調關機時），電網因突然解除安裝而產生的高壓（我們都會有這樣的切身體會：在晚上6:00至9:00左右的時間段，是用電的高峰期，市電電壓普遍偏低，家裡的照明燈比較暗，過了用電高峰期，比如說在晚上10:00左右，你會發現家裡的照明燈突然一閃，並且亮了很多，這就是我們在日常生活中最常見到的一種電湧現象）。

2. 高壓尖脈衝（High Voltage Spikes）：指峰值達6000v，持續時間從萬分之一秒至二分之一週期（10ms）的電壓。這主要由於雷擊、電弧放電、靜態放電或大型電氣裝置的開關操作而產生。

3. 暫態過電壓（Switching Transients）：指峰值電壓高達 20000V，但持續時間界於百萬分之一秒至萬分之一秒的脈衝電壓。其主要原因及可能造成的破壞類似於高壓尖脈衝，只是在解決方法上會有區別。

4. 電壓下陷(Power Sags)：指市電電壓有效值介於額定值的80％至85％之間的低壓狀態，並且持續時間達一個到數個週期。大型裝置開機，大型電動機啟動，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問題。

5. 電線噪聲（Electrical Line Noise）：係指射頻干擾(RFI)和電磁干擾（EFI）以及其它各種高頻干擾。馬達的執行、繼電器的動作、馬達控制器的工作、廣播發射、微波輻射、以及電氣風暴等，都會引起線噪聲干擾。

6. 頻率偏移（Frequency Variation）：係指市電頻率的變化超過3Hz以上。這主要由應急發電機的不穩定執行，或由頻率不穩定的電源供電所致。

7. 持續低電壓（Brownout）：指市電電壓有效值低於額定值，並且持續較長時間。其產生原因包括：大型裝置啟動和應用、主電力線切換、啟動大型電動機、線路過載（我們國家的很多地區存在這個問題）。

8. 市電中斷(Power Fail)：即我們通常遇到的停電。其產生原因有：線路上的斷路器跳閘、市電供應中斷、電網故障。

三. UPS的分類

1. ：在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電超出其工作範圍或停電時，透過轉為電池逆變供電。其特點是：結構簡單，體積小，成本低，但輸入電壓範圍窄，輸出電壓穩定精度差，有切換時間，且輸出波形一般為方波。原理圖如下：

2. 線上互動式UPS：在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電偏低或偏高時，透過UPS內部穩壓線路穩壓後輸出，當市電異常或停電時，透過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是：有較寬的輸入電壓範圍，噪音低，體積小等特點，但同樣存在切換時間，但和一般後備UPS相比，這種機型保護功能較強，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波。原理圖如下：

3. 線上式UPS在市電正常時，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處於工作狀態，保證無間斷輸出。其特點是，有極寬的輸入電壓範圍，無切換時間且輸出電壓穩定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高。目前，功率大於3KVA的UPS幾乎都是線上式UPS。原理圖如下：

UPS按照輸出容量大小劃分為小容量3KVA以下，中小容量3KVA~10KVA，中大容量10KVA以上。

UPS按輸入/輸出方式可分為三類：單相輸入/單相輸出（簡稱單進單出）、三相輸入/單相輸出（簡稱三進單出）、三相輸入/三相輸出（簡稱三進三出）。

對於使用者來說，三相供電其市電配電和負載配電容易，每一相都承當一部分負載電流，因而中、大功率UPS多采用三相輸入/單相輸出或三相輸入/三相輸出的供電方式。

後備式UPS主要是用來給單臺PC機提供電源保護，具有體積小、價格低、操作簡單的特點，非常適合家庭使用，所以，當你為家用電腦購買UPS時，請選購後備式的。

線上式UPS幾乎可以解決所有的常見電力問題，在有市電時，功能為穩壓和防止電力波動干擾，因為其功能較完善，所以其成本也隨著效能的增強而上升，價格較後備式UPS貴很多。線上式UPS主要用於對電源要求非常嚴格的一些計算機裝置、醫療器械等，，一般與多個外接蓄電池串接使用以延長供電時間，多為單位配置。

智慧型UPS是當今UPS的一大發展趨勢，隨著UPS在網路系統上應用，網路管理者強調整個網路系統為保護物件，希望整個網路系統在供電系統出現故障時，仍然可以繼續工作而不中斷。因此UPS內部配置微處理器使之智慧化是UPS的新趨勢，UPS內部硬體與軟體的結合，大幅度提高了UPS的功能，可以監控UPS的執行工作狀態，如：UPS輸出電壓頻率，電網電壓頻率、電池狀態以及故障記錄等。還可以透過軟體對電池進行檢測、自動放電充電，以及遙控開關機等。網路管理者就可以根據資訊資料分析供電質量，依據實際情況採取相應的措施。當UPS檢測出供電電網中斷時，UPS自動切換到電池供電，在電池供電能力不足時立即通知伺服器做關機的準備工作並在電池耗盡前自行關機。智慧型UPS透過介面與計算機進行通訊，從而使網路管理員能夠監控UPS，因此其管理軟體的功能就顯得極其重要。

什麼是後備式UPS

平時處於蓄電池充電狀態，在停電時逆變器緊急切換到工作狀態，並將電池提供的直流電轉變為穩定的交流電輸出，後備式UPS也被稱為離線式UPS。

後備式UPS存在2至10毫秒的時間切換，不適合於關鍵性供電場所。此外，後備式UPS一般只能持續供電幾分鐘到十幾分鍾。

後備式UPS電源的優點是：執行效率高、噪音低、價格相對便宜，主要適用於市電波動不大，對供電質量要求不高的場合。

什麼是線上式UPS

線上式UPS：線上式UPS在工作時，首先將市電轉化為直流電給UPS電池充電，同時逆變器（見提示）將此直流電逆變為交流電為負載供電，由於市電經過了交流到直流、再到交流的轉換過程，所以市電中原有的干擾和脈衝電壓成分已經過濾得非常乾淨，因此，由線上式UPS逆變出來的電壓很穩定。由於逆變電路始終在工作，所以當停電時，UPS能馬上將其儲存的電能透過逆變器轉化為交流電對負載進行供電，從而達到了輸出電壓零中斷的切換目標。雙變換也是指UPS的輸出電壓經過了兩次交直流的互相轉換過程。而高頻則表示UPS內部工作在高頻環境下。高頻UPS的好處是體積小，重量輕，工作效率高，其壞處是抗過載抗衝擊能力差。

什麼是線上互動式UPS

線上互動式UPS：這是一種智慧化的UPS，所謂線上互動式UPS，是指在輸入市電正常時，UPS的逆變器處於反向工作（即整流工作狀態），給電池組充電；在市電異常時逆變器立刻轉為逆變工作狀態，將電池組電能轉換為交流電輸出，因此線上互動式UPS也有轉換時間。同後備式UPS相比，線上互動式UPS的保護功能較強，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，而其最大的優點是具有較強的軟體功能，可以方便地上網，進行UPS的遠端控制和智慧化管理。可自動偵測外部輸入電壓是否處於正常範圍之內，如有偏差可由穩壓電路升壓或降壓，提供比較穩定的正弦波輸出電壓。而且它與計算機之間可以透過資料介面（如RS-232串列埠）進行資料通訊，透過監控軟體，使用者可直接從電腦螢幕上監控電源及UPS狀況，簡化、方便管理工作，並可提高計算機系統的可靠性。這種UPS集中了後備式UPS效率高和線上式UPS供電質量高的優點，但其穩頻特效能不是十分理想，不適合做常延時的UPS電源。