UPS 设计入门：从零开始学习不间断电源的奥秘
你可能会问，UPS 是什么？为什么要设计 UPS？UPS 又有哪些类型和规格？怎么样才能设计出一个高性能、低成本、小尺寸的 UPS？别着急，下面就会让你对 UPS 设计有一个全面和深入的了解。
UPS 是什么，有什么用？
UPS 就是不间断电源，它可以在电网断电的时候用电池来给设备供电，保证设备不会因为停电而出现问题。
UPS 可以用在很多地方，比如家里、办公室、数据中心、工厂、医院等，给电脑、电话、机器、仪器等设备提供稳定的电源。
UPS 有哪些类型，各有什么特点？
UPS 根据输出功率的大小，可以分为三种类型：离线式、在线互动式和在线式。
离线式 UPS 是最便宜的，但是它只能在电源出问题的时候才切换到电池模式，而且输出的电压波形不是很好，可能会对设备造成损坏。
在线互动式 UPS 是一种改进的离线式 UPS，它可以根据输入电压的变化自动调节输出电压，但是它也需要切换到电池模式。它比离线式 UPS 要好一些，但是也不是最好的。
在线式 UPS 是最贵的，但是它可以提供最好的输出性能，它一直使用逆变器将直流电转换为交流电，不需要切换到电池模式。它就像一个小型发电站，可以保证设备得到最稳定和最干净的电源。
设计 UPS 时需要注意的规格和参数？
设计 UPS 时需要考虑以下四个方面：
尺寸：UPS 的尺寸取决于里面有多少东西。里面最重要的东西就是电池、变压器、风扇和散热片等。这些东西越大越重，就越占地方，也越费钱。所以我们要用先进的半导体技术来减小这些东西的尺寸和发热量，从而节省空间和成本。
输入调节：UPS 的输入调节能力决定了它能否应对输入电源的波动和干扰。在线式和在线互动式 UPS 都可以对输入电压进行 ±20% 的调节，而离线式 UPS 则需要在输入异常时切换到电池模式。在线式 UPS 使用高频 PWM 技术来优化电压，因此它能产生最佳的输出。
输出：UPS 的输出性能取决于逆变器的设计。逆变器是将直流电转换为交流电的部件。我们希望输出的交流电跟市电一样是正弦波形，因为这样可以避免对设备造成损坏。要产生正弦波形，我们需要使用高频运行的 IGBT/MOSFET，并选择合适的拓扑结构来减少噪声、损耗和 EMI。
电源管理：UPS的电源管理功能包括对电池组进行平衡、保护、控制、热管理、监控和通信等操作。用于电源管理的器件包括低压 MOSFET、电流检测器、运算放大器、隔离器、eFuses 熔断器、保护二极管、高压开关和智能功率模块 (IPM) 等。
拓扑结构对性能有什么影响？
拓扑结构是指逆变器中开关和二极管等元件的连接方式。拓扑结构对性能有很大影响，特别是三电平拓扑结构有以下三个优点：
开关损耗更低：在三电平拓扑结构中，开关和二极管上只有一半的总输出电压，因此它们的开关损耗也更低。
电流纹波更小：在三电平拓扑结构中，电感器上只有一半的总输出电压，因此它们的电流纹波也更小。这样可以使用更小的电感器进行滤波，降低成本和损耗。
EMI 降低：在三电平拓扑结构中，开关节点和功率环路中的电场和磁场都更小，因此它们产生的 EMI 也更低。这样可以减少对其他设备的干扰和对环境的影响。
但是，这还不够，如果你想设计出一个更优秀的 UPS，你还需要了解一些更先进的技术和器件，比如碳化硅 (SiC) 功率器件。
碳化硅 (SiC) 功率器件是一种新型的半导体材料，它具有高电压、高温、高频、低损耗等优点，可以大大提高 UPS 的效率、功率密度和可靠性，降低散热和 EMI 的问题。
