实现UPS高可靠性的技术措施

1引言

　　产品长期运行的可靠性，所有用户都是非常关心的。众所周知，可靠性是衡量产品质量的重要指标。尤其是UPS这类特殊产品，作为电脑系统的“保镖”、“心脏”，其可靠性更显得重要，也是一些特殊用户极为关注的。

　　产品可靠性的内容包括固有可靠性及使用可靠性两个方面。固有可靠性是指产品从设计到制造整个过程所确定的内在可靠性，它是产品的固有属性；使用可靠性是指产品在实际使用过程中的人为因素及环境因素（包括安装技巧、维护技术、环境状况、操作人员素质等）对产品的寿命及功能发挥产生的重大影响。

　　产品可靠性的数量指标有：可靠性、失效率、平均寿命、有效寿命、维修度、有效度、重要度等。对于UPS这类可修复的产品，我们常用平均无故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）和平均维修时间MTTR来表示。MTBF越大越好，不同品牌UPS有不同的MTBF，现有单机的MTBF从10万小时到330万小时，因此UPS的可靠性指标是有很大差别的。还有一点需特别指出：是逆变器输出的MTBF还是加有旁路系统（BYPASS）的MTBF？这是有很大区别的。据有关资料介绍，两者相差约15倍。例如，加有旁路系统UPS的MTBF为20万小时，那么仅逆变器输出的MTBF约1.4万小时，因此用户应了解MTBF的含义，避免误导。另一方面，MTTR数值越小越好。对于单机运行的UPS来说，当逆变器出现故障时，会转换至市电旁路供电，虽然是不间断供电，但此时负载是由市电供电，其市电质量如何却无法保证，因此需要迅速修复逆变器，保证负载由逆变器供电，但修复时间是由售后服务响应时间和现场维修时间决定的。售后服务响应时间，对不同的代理商可以有很大的区别；现场维修时间一般为1至几小时之间。如果缺乏维修备件或技术不熟练，MTTR将会延长。

　　分析UPS的可靠性，必须从产品的设计、研制、生产及使用等过程中去讨论。

2UPS关键功率器件IGBT/IPM

　　UPS基本原理是AC/DC及DC/AC两个变换，其变换的核心功率器件，M－UPS（注M—外国某公司代号）从60年代的可控硅（SCR）、70年代的达林顿晶体管（GTR）、80年代的场效应管（MOSFET）到90年代的智能化的绝缘栅双极型三极管（NEWIGBT，IPM），其实M－UPS的发展历史，就是功率器件发展的历史，功率器件的优劣，直接决定UPS质量的高低。

　　目前M－UPS是采用第三代IGBTA级IPM，它是世界第一品牌的功率器件。该器件模块内置驱动电路及短路、过流、过温、控制电源失效等保护，具有高功率、高速开关、低驱动功率、低运行功耗等优点；同时由于是M公司自己独立开发生产，对其器件的物理参数及其性能特点掌握非常清楚，因而在电路设计上能更好匹配，发挥其更大的功效，并带来较高的可靠性。

3电路设计的全数字化和集成化

　　（1）M－UPS不仅DC/AC采用数字化，而且AC/DC也采用高频PWM数字化技术，因而M－UPS从AC→DC→AC全过程皆为数字化，变换、控制、反馈、测量、显示、通讯等均采用新颖的数字技术。

　　（2）M－UPS采用数字信号处理器DSP（DigitalSignalProcessor）控制技术。由于32位数字器件的出现以及达到10ns的运算速度，因而获得了极其精确和快速的控制能力。

　　（3）M－UPSAC→DC及DC→AC分别单独采用DSP控制，而且输入部分与输出部分的系统控制也由DSP控制，它们组成一个非常完善的负反馈系统，不管输入端市电如何变化及输出端负载如何变化，都能使UPS保持稳定可靠工作。

　　（4）M－UPS采用大规模的半导体专用集成电路（ASIC,ApplicationSpecifiedIG,DSP）所构成的直接数字控制DDC（DirectDigitalControl），有别于其他品牌UPS所采用的较落后的微机控制技术，因而使M－UPS控制更准确、更精密、更可靠。

　　（5）M－UPS采用电压反馈、电流前馈、电流局部循环等专利技术及采用DSP控制方式，使其UPS在100％非线性负载满负荷时，输出电压波形的失真度仍非常小，明显优于其他品牌只采用电压反馈的UPS。

　　（6）全数字化的设计，使M－UPS具有非常良好

附表M－UPS检测结果

的自我诊断功能，能迅速排除故障的征兆，从而提高可靠性。

　　（7）大幅度减少零件数量，从而大大降低了故障发生率，提高了UPS的可靠性。

　　M－UPS也曾用过“六脉冲整流”，“十二脉冲整流”的传统电路，当研制出新型功率器件（NEWIGBT＆PIM）后便迅速把AC→DC的变换从模拟方式变为数字方式，从而使M－UPS摆脱传统的、落后的技术，而一跃成为世界著名品牌的UPS。

　　M－UPS制造商的概念是采用最现代技术，使其UPS获得高性能和高可靠性。全面质量管理（TQC循环）就是UPS产品在开发设计、生产制造、售后服务三个环节上不断循环，以求用户满意。

4优异的技术指标

　　用户对UPS不外乎要求优异的技术指标和高可靠性。M－UPS具有下述优异技术指标：

　　（1）高输入功率因数。输入功率因数实测为0.999。这不仅具有减少电网污染及市电无功损耗的环保与节能双重功能，而且还能以1：1的功率比来配备自备发电机，而其他品牌UPS则可能需要2～2.5倍发电机功率的配置，这无形提高了M－UPS与自备发电机匹配运行的可靠性。

　　另外，由于高输入功率因数，不仅可减少UPS配电设备（变压器、断路器、电缆、进相电容等）的容量，减少投资，而且更重要的是提高了系统（包括输入配电）运行的可靠性。

　　（2）宽输入电压范围。输入电压允许范围为＋15％～－30％，在中大功率UPS当中还未见到另一品牌UPS经过权威单位检测达到此指标，如附表所示。

　　当市电超出输入电压范围时，将起动电池供电，长期如此，将大大降低蓄电池的使用寿命，不但增加UPS运行成本，而且最重要的是当需要电池供电时，电池可能已“过放”造成停电事故，降低了UPS系统

运行的可靠性。