實(shí)現(xiàn)UPS高可靠性的技術(shù)措施
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1引言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179875.htm產(chǎn)品長期運(yùn)行的可靠性，所有用戶都是非常關(guān)心的。眾所周知，可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。尤其是UPS這類特殊產(chǎn)品，作為電腦系統(tǒng)的“保鏢”、“心臟”，其可靠性更顯得重要，也是一些特殊用戶極為關(guān)注的。
產(chǎn)品可靠性的內(nèi)容包括固有可靠性及使用可靠性兩個方面。固有可靠性是指產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造整個過程所確定的內(nèi)在可靠性，它是產(chǎn)品的固有屬性；使用可靠性是指產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中的人為因素及環(huán)境因素（包括安裝技巧、維護(hù)技術(shù)、環(huán)境狀況、操作人員素質(zhì)等）對產(chǎn)品的壽命及功能發(fā)揮產(chǎn)生的重大影響。
產(chǎn)品可靠性的數(shù)量指標(biāo)有：可靠性、失效率、平均壽命、有效壽命、維修度、有效度、重要度等。對于UPS這類可修復(fù)的產(chǎn)品，我們常用平均無故障時間MTBF（MeanTimeBetweenFailures）和平均維修時間MTTR來表示。MTBF越大越好，不同品牌UPS有不同的MTBF，現(xiàn)有單機(jī)的MTBF從10萬小時到330萬小時，因此UPS的可靠性指標(biāo)是有很大差別的。還有一點(diǎn)需特別指出：是逆變器輸出的MTBF還是加有旁路系統(tǒng)（BYPASS）的MTBF？這是有很大區(qū)別的。據(jù)有關(guān)資料介紹，兩者相差約15倍。例如，加有旁路系統(tǒng)UPS的MTBF為20萬小時，那么僅逆變器輸出的MTBF約1.4萬小時，因此用戶應(yīng)了解MTBF的含義，避免誤導(dǎo)。另一方面，MTTR數(shù)值越小越好。對于單機(jī)運(yùn)行的UPS來說，當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障時，會轉(zhuǎn)換至市電旁路供電，雖然是不間斷供電，但此時負(fù)載是由市電供電，其市電質(zhì)量如何卻無法保證，因此需要迅速修復(fù)逆變器，保證負(fù)載由逆變器供電，但修復(fù)時間是由售后服務(wù)響應(yīng)時間和現(xiàn)場維修時間決定的。售后服務(wù)響應(yīng)時間，對不同的代理商可以有很大的區(qū)別；現(xiàn)場維修時間一般為1至幾小時之間。如果缺乏維修備件或技術(shù)不熟練，MTTR將會延長。
分析UPS的可靠性，必須從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)及使用等過程中去討論。
2UPS關(guān)鍵功率器件IGBT/IPM
UPS基本原理是AC/DC及DC/AC兩個變換，其變換的核心功率器件，M－UPS（注M—外國某公司代號）從60年代的可控硅（SCR）、70年代的達(dá)林頓晶體管（GTR）、80年代的場效應(yīng)管（MOSFET）到90年代的智能化的絕緣柵雙極型三極管（NEWIGBT，IPM），其實(shí)M－UPS的發(fā)展歷史，就是功率器件發(fā)展的歷史，功率器件的優(yōu)劣，直接決定UPS質(zhì)量的高低。
目前M－UPS是采用第三代IGBTA級IPM，它是世界第一品牌的功率器件。該器件模塊內(nèi)置驅(qū)動電路及短路、過流、過溫、控制電源失效等保護(hù)，具有高功率、高速開關(guān)、低驅(qū)動功率、低運(yùn)行功耗等優(yōu)點(diǎn)；同時由于是M公司自己獨(dú)立開發(fā)生產(chǎn)，對其器件的物理參數(shù)及其性能特點(diǎn)掌握非常清楚，因而在電路設(shè)計(jì)上能更好匹配，發(fā)揮其更大的功效，并帶來較高的可靠性。
3電路設(shè)計(jì)的全數(shù)字化和集成化
?。?）M－UPS不僅DC/AC采用數(shù)字化，而且AC/DC也采用高頻PWM數(shù)字化技術(shù)，因而M－UPS從AC→DC→AC全過程皆為數(shù)字化，變換、控制、反饋、測量、顯示、通訊等均采用新穎的數(shù)字技術(shù)。
?。?）M－UPS采用數(shù)字信號處理器DSP（DigitalSignalProcessor）控制技術(shù)。由于32位數(shù)字器件的出現(xiàn)以及達(dá)到10ns的運(yùn)算速度，因而獲得了極其精確和快速的控制能力。
?。?）M－UPSAC→DC及DC→AC分別單獨(dú)采用DSP控制，而且輸入部分與輸出部分的系統(tǒng)控制也由DSP控制，它們組成一個非常完善的負(fù)反饋系統(tǒng)，不管輸入端市電如何變化及輸出端負(fù)載如何變化，都能使UPS保持穩(wěn)定可靠工作。
?。?）M－UPS采用大規(guī)模的半導(dǎo)體專用集成電路（ASIC,ApplicationSpecifiedIG,DSP）所構(gòu)成的直接數(shù)字控制DDC（DirectDigitalControl），有別于其他品牌UPS所采用的較落后的微機(jī)控制技術(shù)，因而使M－UPS控制更準(zhǔn)確、更精密、更可靠。
（5）M－UPS采用電壓反饋、電流前饋、電流局部循環(huán)等專利技術(shù)及采用DSP控制方式，使其UPS在100％非線性負(fù)載滿負(fù)荷時，輸出電壓波形的失真度仍非常小，明顯優(yōu)于其他品牌只采用電壓反饋的UPS。
?。?）全數(shù)字化的設(shè)計(jì)，使M－UPS具有非常良好
附表M－UPS檢測結(jié)果
| 序號 | 項(xiàng)目名稱 | 單位 | 標(biāo)準(zhǔn)與要求（輸出電流電壓為額定值、輸入電壓） | 檢測結(jié)果 | 檢測結(jié)論 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 | 輸入電壓范圍 | V | 3kVA（非在線式）220＋10％－15％ 〈3KVA（在線式）220＋10％－15％ 3-10KVA（在線式）220/380＋10％－15％ 〉10KVA（在線式）380＋10％－15％ | 3kVA（非在線式）220 3kVA（在線式）220 3∽10kVA（在線式）220/380 ≥10kVA（在線式）380 | 260∽440（＋15.8％,－31.6％） | 合格 |
的自我診斷功能，能迅速排除故障的征兆，從而提高可靠性。
?。?）大幅度減少零件數(shù)量，從而大大降低了故障發(fā)生率，提高了UPS的可靠性。
M－UPS也曾用過“六脈沖整流”，“十二脈沖整流”的傳統(tǒng)電路，當(dāng)研制出新型功率器件（NEWIGBT＆PIM）后便迅速把AC→DC的變換從模擬方式變?yōu)閿?shù)字方式，從而使M－UPS擺脫傳統(tǒng)的、落后的技術(shù)，而一躍成為世界著名品牌的UPS。
M－UPS制造商的概念是采用最現(xiàn)代技術(shù)，使其UPS獲得高性能和高可靠性。全面質(zhì)量管理（TQC循環(huán)）就是UPS產(chǎn)品在開發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)三個環(huán)節(jié)上不斷循環(huán)，以求用戶滿意。
4優(yōu)異的技術(shù)指標(biāo)
用戶對UPS不外乎要求優(yōu)異的技術(shù)指標(biāo)和高可靠性。M－UPS具有下述優(yōu)異技術(shù)指標(biāo)：
（1）高輸入功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)實(shí)測為0.999。這不僅具有減少電網(wǎng)污染及市電無功損耗的環(huán)保與節(jié)能雙重功能，而且還能以1：1的功率比來配備自備發(fā)電機(jī)，而其他品牌UPS則可能需要2～2.5倍發(fā)電機(jī)功率的配置，這無形提高了M－UPS與自備發(fā)電機(jī)匹配運(yùn)行的可靠性。
另外，由于高輸入功率因數(shù)，不僅可減少UPS配電設(shè)備（變壓器、斷路器、電纜、進(jìn)相電容等）的容量，減少投資，而且更重要的是提高了系統(tǒng)（包括輸入配電）運(yùn)行的可靠性。
（2）寬輸入電壓范圍。輸入電壓允許范圍為＋15％～－30％，在中大功率UPS當(dāng)中還未見到另一品牌UPS經(jīng)過權(quán)威單位檢測達(dá)到此指標(biāo)，如附表所示。
當(dāng)市電超出輸入電壓范圍時，將起動電池供電，長期如此，將大大降低蓄電池的使用壽命，不但增加UPS運(yùn)行成本，而且最重要的是當(dāng)需要電池供電時，電池可能已“過放”造成停電事故，降低了UPS系統(tǒng)
運(yùn)行的可靠性。
評論