采用碳化硅的功率器件的UPS更加高效節(jié)能

?如今，隨著技術(shù)的發(fā)展，靜態(tài)UPS的功率損耗逐漸下降。早期具有輸入和輸出變壓器的采用晶閘管技術(shù)的在線式UPS（簡(jiǎn)稱雙變換式UPS或IEC的“VFI”）的滿載運(yùn)行效率為83%-85％。而目前采用晶體管（IGBT）技術(shù)的在線互動(dòng)式（VI）無變壓器UPS的滿載效率已達(dá)到97.5%-98％。

更加高效，熱量更少

當(dāng)今的UPS的能源效率提高了15％，而冷卻需求卻下降，提高了可靠性。模塊UPS的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）從不足2.5萬小時(shí)上升到15萬小時(shí)。輸出電壓波形失真從5%降低到1%。噪音從95dBA降至70dBA，占地面積甚至減少了90％。

即使雙轉(zhuǎn)換UPS，其效率也達(dá)到了96.8％，每千瓦容量的成本降到了以往的最低水平。這對(duì)用戶來說是有利的，但從UPS獲利的唯一方法是提供售后服務(wù)。

歐洲廠商生產(chǎn)的UPS基本都取消了變壓器，而在北美，無變壓器的UPS仍然是一個(gè)新事物。像APC這樣的廠商也采用了在線互動(dòng)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（IEC“VI”），雖然沒有任何頻率的保護(hù)，并不是技術(shù)上的“在線”式，盡管是這樣，這種架構(gòu)的UPS在穩(wěn)定的電網(wǎng)中仍然工作得很好。

上世紀(jì)90年代，Invertomatic公司在瑞士推出了“經(jīng)濟(jì)模式”UPS，但市場(chǎng)銷售情況并不樂觀。之后行業(yè)廠商推出的模塊化UPS解決了大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的部分負(fù)荷問題。UPS經(jīng)濟(jì)模式的原理很簡(jiǎn)單：當(dāng)市電穩(wěn)定時(shí)，UPS將自主切換到旁路模式，降低電力損耗，特別是無變壓器設(shè)計(jì)的UPS。整流器仍然為蓄電池充電（需要比飛輪UPS低得多的功率），而逆變器在后面被節(jié)流，在更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)中，可以省卻冷卻風(fēng)扇。

自動(dòng)旁路（晶閘管開關(guān)）將負(fù)載保持始終供電，直到電力顯示出偏差，此時(shí)UPS的靜態(tài)開關(guān)將負(fù)載轉(zhuǎn)移到逆變器，全部在4ms以下（過時(shí)的）ITIC/CEBMAPQ曲線。然后，UPS監(jiān)控電力的穩(wěn)定性，經(jīng)過一段時(shí)間后，通常需要一個(gè)小時(shí)，再將負(fù)載切換回旁路。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)很明確。一年中的電力穩(wěn)定性超過95％，因此UPS可實(shí)現(xiàn)99％的效率，并具有出色的低負(fù)載效率。

一些銷售人員提到UPS逆變器的“低功耗狀態(tài)”，但不要誤會(huì)，UPS在旁路時(shí)并沒有電源質(zhì)量的改善。

現(xiàn)在有一些“先進(jìn)”的經(jīng)濟(jì)模式UPS切換時(shí)間為2ms而不是4ms，有些則會(huì)監(jiān)測(cè)負(fù)載失真并做出關(guān)于電網(wǎng)的決策，但是基本理念仍然如此，如果電力是穩(wěn)定的，那么就可以節(jié)約電能。

然而這通常會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，而環(huán)保模式也沒有什么不同。每當(dāng)電力出現(xiàn)偏差時(shí)，負(fù)載就會(huì)從旁路切換到正常模式，這與雙轉(zhuǎn)換UPS所提供的保護(hù)完全相反。這種切換代表著負(fù)載面臨風(fēng)險(xiǎn)，雖然這種風(fēng)險(xiǎn)可能很小，但用戶必須將與其回報(bào)進(jìn)行平衡。??

隨著電力成本的上升和概念的推廣，經(jīng)濟(jì)模式已被人們接受。能源效率并不總是用戶期望的最重要的指標(biāo)，但是甚至還有一些高可靠性的雙總線UPS設(shè)備，通過在一條總線實(shí)現(xiàn)環(huán)保模式，另一方面運(yùn)行在線式UPS，每周交替進(jìn)行。

采用碳化硅（SiC）的UPS更節(jié)能高效

采用經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)行UPS，面臨一定的風(fēng)險(xiǎn)，但日本開發(fā)的碳化硅技術(shù)可能會(huì)抵消經(jīng)濟(jì)模式的優(yōu)勢(shì)。目前晶體管制造都是傳統(tǒng)可控硅模塊。對(duì)于UPS來說，迄今為止，絕緣柵雙極（IGBT）的功能越來越強(qiáng)大可靠。

UPS經(jīng)濟(jì)模式動(dòng)粗行的一個(gè)缺點(diǎn)是，其切換的速度越快（以獲得更高的精度），電力損失就越高。這主要是因?yàn)槟K效率的上限為96.8％。采用碳化硅，可將雙轉(zhuǎn)換UPS效率提高至99％，并且沒有對(duì)經(jīng)濟(jì)模式的擔(dān)憂。然而，從硅轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟瑁梢詫?/span>UPS模塊效率提高到雙變換UPS的99％。

合成的碳化硅粉末自1893年以來已經(jīng)批量生產(chǎn)，用作研磨劑，例如用于打磨金屬表面的碳化硅砂紙。

采用碳化硅制造的IGBT最初的成本將會(huì)更高，但節(jié)能效果也很顯著，而且所有這些都不會(huì)將關(guān)鍵負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)中，不會(huì)增加電力轉(zhuǎn)換的風(fēng)險(xiǎn)。

在模塊層面上，碳化硅（SiC）主要有兩個(gè)好處：更小的芯片尺寸和更低的動(dòng)態(tài)損耗。在系統(tǒng)層面上，這些優(yōu)勢(shì)可被以多種方式利用。低動(dòng)態(tài)損耗帶來輸出功率的顯著增加，將提供減輕重量和減小體積的機(jī)會(huì)。值得一提的是，無需額外的冷卻能力就可實(shí)現(xiàn)功率的增加。因?yàn)榕c可控硅器件相比，碳化硅（SiC）帶來實(shí)際的損耗減少，可能在相同的冷卻條件下得到更高的輸出功率。低功率損耗可以提高能效，允許設(shè)計(jì)更高效率的逆變器，因此應(yīng)用在UPS上更加高效節(jié)能。

因此，采用碳化硅可以不再采用經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)行UPS，甚至可以淘汰在線互動(dòng)式（VI）