實(shí)現UPS高可靠性的技術(shù)措施

1引言

　　產(chǎn)品長(cháng)期運行的可靠性，所有用戶(hù)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。尤其是UPS這類(lèi)特殊產(chǎn)品，作為電腦系統的“保鏢”、“心臟”，其可靠性更顯得重要，也是一些特殊用戶(hù)極為關(guān)注的。

　　產(chǎn)品可靠性的內容包括固有可靠性及使用可靠性?xún)蓚€(gè)方面。固有可靠性是指產(chǎn)品從設計到制造整個(gè)過(guò)程所確定的內在可靠性，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(guò)程中的人為因素及環(huán)境因素（包括安裝技巧、維護技術(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)品可靠性的數量指標有：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(lèi)可修復的產(chǎn)品，我們常用平均無(wú)故障時(shí)間MTBF（MeanTimeBetweenFailures）和平均維修時(shí)間MTTR來(lái)表示。MTBF越大越好，不同品牌UPS有不同的MTBF，現有單機的MTBF從10萬(wàn)小時(shí)到330萬(wàn)小時(shí)，因此UPS的可靠性指標是有很大差別的。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（BYPASS）的MTBF？這是有很大區別的。據有關(guān)資料介紹，兩者相差約15倍。例如，加有旁路系統UPS的MTBF為20萬(wàn)小時(shí)，那么僅逆變器輸出的MTBF約1.4萬(wàn)小時(shí)，因此用戶(hù)應了解MTBF的含義，避免誤導。另一方面，MTTR數值越小越好。對于單機運行的UPS來(lái)說(shuō)，當逆變器出現故障時(shí)，會(huì )轉換至市電旁路供電，雖然是不間斷供電，但此時(shí)負載是由市電供電，其市電質(zhì)量如何卻無(wú)法保證，因此需要迅速修復逆變器，保證負載由逆變器供電，但修復時(shí)間是由售后服務(wù)響應時(shí)間和現場(chǎng)維修時(shí)間決定的。售后服務(wù)響應時(shí)間，對不同的代理商可以有很大的區別；現場(chǎng)維修時(shí)間一般為1至幾小時(shí)之間。如果缺乏維修備件或技術(shù)不熟練，MTTR將會(huì )延長(cháng)。

　　分析UPS的可靠性，必須從產(chǎn)品的設計、研制、生產(chǎn)及使用等過(guò)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(gè)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年代的達林頓晶體管（GTR）、80年代的場(chǎng)效應管（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。該器件模塊內置驅動(dòng)電路及短路、過(guò)流、過(guò)溫、控制電源失效等保護，具有高功率、高速開(kāi)關(guān)、低驅動(dòng)功率、低運行功耗等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)由于是M公司自己獨立開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，對其器件的物理參數及其性能特點(diǎn)掌握非常清楚，因而在電路設計上能更好匹配，發(fā)揮其更大的功效，并帶來(lái)較高的可靠性。

3電路設計的全數字化和集成化

　?。?）M－UPS不僅DC/AC采用數字化，而且AC/DC也采用高頻PWM數字化技術(shù)，因而M－UPS從AC→DC→AC全過(guò)程皆為數字化，變換、控制、反饋、測量、顯示、通訊等均采用新穎的數字技術(shù)。

　?。?）M－UPS采用數字信號處理器DSP（DigitalSignalProcessor）控制技術(shù)。由于32位數字器件的出現以及達到10ns的運算速度，因而獲得了極其精確和快速的控制能力。

　?。?）M－UPSAC→DC及DC→AC分別單獨采用DSP控制，而且輸入部分與輸出部分的系統控制也由DSP控制，它們組成一個(gè)非常完善的負反饋系統，不管輸入端市電如何變化及輸出端負載如何變化，都能使UPS保持穩定可靠工作。

　?。?）M－UPS采用大規模的半導體專(zhuān)用集成電路（ASIC,ApplicationSpecifiedIG,DSP）所構成的直接數字控制DDC（DirectDigitalControl），有別于其他品牌UPS所采用的較落后的微機控制技術(shù)，因而使M－UPS控制更準確、更精密、更可靠。

　?。?）M－UPS采用電壓反饋、電流前饋、電流局部循環(huán)等專(zhuān)利技術(shù)及采用DSP控制方式，使其UPS在100％非線(xiàn)性負載滿(mǎn)負荷時(shí)，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。

　?。?）全數字化的設計，使M－UPS具有非常良好

附表M－UPS檢測結果

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(guò)“六脈沖整流”，“十二脈沖整流”的傳統電路，當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)閿底址绞?，從而使M－UPS擺脫傳統的、落后的技術(shù)，而一躍成為世界著(zhù)名品牌的UPS。

　　M－UPS制造商的概念是采用最現代技術(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(kāi)發(fā)設計、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)三個(gè)環(huán)節上不斷循環(huán)，以求用戶(hù)滿(mǎn)意。

4優(yōu)異的技術(shù)指標

　　用戶(hù)對UPS不外乎要求優(yōu)異的技術(shù)指標和高可靠性。M－UPS具有下述優(yōu)異技術(shù)指標：

　?。?）高輸入功率因數。輸入功率因數實(shí)測為0.999。這不僅具有減少電網(wǎng)污染及市電無(wú)功損耗的環(huán)保與節能雙重功能，而且還能以1：1的功率比來(lái)配備自備發(fā)電機，而其他品牌UPS則可能需要2～2.5倍發(fā)電機功率的配置，這無(wú)形提高了M－UPS與自備發(fā)電機匹配運行的可靠性。

　　另外，由于高輸入功率因數，不僅可減少UPS配電設備（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（包括輸入配電）運行的可靠性。

　?。?）寬輸入電壓范圍。輸入電壓允許范圍為＋15％～－30％，在中大功率UPS當中還未見(jiàn)到另一品牌UPS經(jīng)過(guò)權威單位檢測達到此指標，如附表所示。

　　當市電超出輸入電壓范圍時(shí)，將起動(dòng)電池供電，長(cháng)期如此，將大大降低蓄電池的使用壽命，不但增加UPS運行成本，而且最重要的是當需要電池供電時(shí)，電池可能已“過(guò)放”造成停電事故，降低了UPS系統

運行的可靠性。