什么是ups电源

UPS就是备用电源，是一种电脑或者其他计算机产品可有可无的电源设备，一般在企业中应用十分广泛，其功能相当于可充电蓄电池，为电脑可能面临的突然断电而供电的一种安全设备。比如突然停电了，计算机就可以自动切换到UPS供电，从而电脑依然可以正常工作，保证了电脑中正在操作的重要数据不被丢失。

专业的说UPS（UninterrupTIble Power System/UninterrupTIble Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器（wwwPC841COM电脑百事网），同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

UPS电源和普通的电池不一样，因为电池产品供电主要是直接使用直流电脑，比如笔记本上使用的电充是经过交流电转换成主流，然后充入电池内部存储，使用的时候是直接使用直流电。但UPS不同，UPS供电模式为先将交流电转换成直流，然后存储在储能设备中，但用的时候它又是将直流电转换成交流电直接供设备使用，不了解电源原理或者不熟悉电子产品的朋友可能不怎么了解，不过我们只要知道它不同于一般电池原理即可，但功能相似。

一、概述

随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深，中心机房建设和改造，近几年如火如荼。但随之而来的就是日益庞大的电费开销，中心机房在建设中的投资，其中电气、电源、制冷等系统设施占了一半以上的投资比例，高额的电能消耗使得整个数据中心运行成本居高不中心机房面临“建得起却用不起”的尴尬境地。

降低中心机房的运营成本和节能降耗成了基层央行有关部门关注的问题，节约能源可以从以下几方面入手。首先是机房环境的节能，包括制冷环境、供电环境;其次是从IT硬件设备节能，减少IT设备的能耗;最后是IT设备内部各集成电路的节能，比如CPU的节能等。UPS处于交流供电环节的最重要一环，机房几乎所有的IT设备由UPS供电，提高运行时的能效势在必行。UPS的节能必须从方案、电池、配电等方面全方位进行。

二、按需扩容的柔性规划

一般地市级中心机房的建设都不是一步到位，会考虑今后未来5到10年的需求，但是UPS一般都是一步到位，一次就安装了2套大功率的UPS并机，结果初期负载只有规划容量的10%～20%，没等承载所规划的负载就进入了设备淘汰期。这不仅造成投资的浪费，而且也无法使UPS运行在较高的效率点，造成电能的浪费。如何避免这种情况的发生，从UPS供电系统角度考虑，应该包括以下几个方面。

(一)供电方案设计

目前UPS供电方案主要有分散供电、集中供电2种。分散供电的特点是一台UPS为一台或多台负载设备供电。分散供电的好处是分散风险，不会因为一台UPS供电异常而造成大面积停电;缺点是UPS分散布置，不便管理，而且布线不易规划。另一种是采用集中供电方

案，由一套大功率的UPS供电系统直接对机房的所有负载供电。集中供电的好处是便于规划、管理方便、维护方便;缺点是如果UPS系统异常，容易引起大面积停电事故，此缺点可以通过采用各种并联构架来避免。因此，以上两种方案各有优缺点，目前的中心机房一般都采用集中供电方案，也集中了供电的风险。当机房UPS装机总容量超过一定限度时，建议将机房按几期规划分成几个区域进行供电。

(二)UPS在线并机扩容功能

机房UPS容量的规划，可以根据不同时期的负载容量要求采用逐步扩容的方案，使投资方案更经济，同时也能使UPS工作于较佳的效率点。目前中、大功率段的UPS均已经具备冗余并机功能，不仅提高了系统的可靠性，同时也为机房扩容提供了条件。只要规划时在UPS前后配电箱预留足量的空气开关，并在机房规划相应空间，即可实现UPS并机扩容功能。关键是并机的过程处理，多种品牌UPS并机时需要对UPS的设置进行修正，此时要求UPS必须在维修旁路状态工作，UPS由市电直接带载，如果此时市电波动较大甚至停电，将造成系统的大面积瘫痪。所以并机扩容必须具备在线并机功能，即UPS并机扩容时，只需将新增UPS软件修改至与原UPS系统一致后，在不关闭原有UPS系统的情况下直接将新增UPS并入原有系统即可，扩容前后，UPS均工作于在线模式下，避免切换至旁路供电的高风险操作。

(三)采用模块化UPS实现逐步扩容

目前，模块化UPS已经开始在国内应用，模块化UPS特点主要包括：可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现“N+X”冗余并机。以台达C系~IJUPS为例，每个模块为20kVA，整个系统最大可扩容至160kVA，可以根据机房的实际容量需求，逐步扩容，只要在机房初期规划好配电容量即可。同时，实现“N+X”冗余比较划算，以60kVA的容量要实现“N+I”冗余为例，传统方案必须扩容一台60kVAUPS，而采用模块化UPS，则只需扩容一个20kVA的模块即可，节省大笔资金的投入。

三、提高UPS自身能效，优化负载效率曲线

目前UPS均为在线式双变换构架，在其工作时整流器、逆变器均存在功率损耗。以一个容量为60kVA的UPS为例，每度电按12元计算，UPS效率每提高1%，一年节省的电费为504576元。可见提高UPS的工作效率，可以为数据中心节省一大笔电费，也是降低整个机房能耗的最直接方法。因此采购UPS应尽量采购效率更高的UPS。

当然UPS效率高不仅仅是满载时效率高，同时也必须具备一个较高的效率曲线，特别是在“1+1”并机系统时，根据系统规划，每台UPS容量不得大于50%，如果此次效率仅为90%以下，就算满载效率达到95%以上，也是没有意义的，所以要求UPS必须采取措施优化效率曲线，使UPS效率在较低负载时也能达到较高的效率。

除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO经济运行模式，其原理是在较好的市电环境下，激活此功能，使UPS由静态旁路直接供电，此时逆变器处于待机状态，正常工作但不输出能量，_旦市电异常，UPS立即切换到逆变器供电状态，切换时间一般在1毫秒以内，由于逆变器处于待机状态，所以自身损耗很小，此时UPS的整机效率可以达~1J97%以上，比正常模式减少3%以上的损耗。

使用ECO模式必须具备2个条件：一是静态旁路必须采用两组高可靠晶闸管，不得采用接触器加晶闸管的组合，因为接触器吸合时接触点会打火，一般工作数百次之后就不能正常工作，而晶闸管则不存在此问题，同时可以缩短切换时间。二是建议在较好的电力环境下使用，比如一级供电单位等。

四、降低输入电流谐波，提高功率因数

谐波产生的根本原因是由于电力线路呈现一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络。由于非线性负载产生的非正弦电流，造成电路中电流和电压畸变，称为谐波。谐波的危害包括：引起电气组件附加损耗和发热(如电容、变压器、电机等);电气组件温度升高，效率低，加速绝缘老化，降低使用寿命;干扰设备正常工作;无功功率增加，电力设备有功容量降低(如变压器、电缆、配电设备);供电效率低;出现谐振，特别是柴油发电机发电时更严重;空开跳闸、熔丝熔断、设备无故损坏。UPS对电网而言是一个非线性负载，在工作时会产生大量的谐波。以配置6脉冲整流器的UPS为例，其输入功率因数一般为075左右，谐波大于30%。降低UPS32作谐波的主要方法有以下几种。

(一)12脉冲整流器

其原理是在原有6脉冲整流器基础上，在输入侧增加一个移相变压器和6脉冲整流器。采用该技术方案后，可以将谐波降低至10%左右。优点是较为简单，谐波改善明显;缺点是对功率因数改善有限，价格略高。

(二)无源滤波器

依据LC滤波电路原理，对UPS产生的谐波进行滤除，并对功率因数进行补偿。优点是技术简单，成本较低;缺点是只能补偿将点阶次的谐波，同时受负载阻抗影响较大，无法适用于全功率段。

(三)有源滤波器

原理是利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。优点是可以补偿多个阶次的谐波，且不受负载阻抗大小的影响;缺点是购置成本较高。

(四)高频IGBT整流及PFC功率因数校正电路设计

整流器原理是采用高频率PWM控制IGBT导通，对输入电压波形进行分割，使输入的电流波形尽量接近正弦波，并对输入电压和电流相位差进行补偿。优点是体积轻，价格便宜，效果好;缺点是技术结构复杂，不易维护，受功率器件影响，目前容量大小受到限制。

以上几种技术，性能及投资对比，可以根据实际需求选择合适的方案。

五、电池管理及配电管理技术

UPS都配备了电池，用户在电池组上的投资往往占整个UPS供电系统投资的很大比例，甚至超过UPS本身的投资，而电池的使用年限明显低于UPS主机。由于电池主要材料是重金属铅、硫酸和不易分解的塑料，都会对环境造成严重的污染。因此减少电池使用数量，延长电池循环使用寿命，不仅节省直接和间接的电池投资，而且还减少整个机房设备对环境的污染。所以UPS可以通过以下几个技术实现电池的节能。

(一)并机共用电池组功能

共用电池组原理是通过特殊的整流器隔离故障，使并机系统中的2台或多台UPS的整流同步，母线均流，使系统中的各台UPS母线直接并联，然后将满足系统后备时间要求的电池并联后接人并联母线系统中，实现电池的共享，减少电池投资。以“1+1”为例，传统的UPS方案，系统后备—小时，考虑其中一台UPS故障时，UPS2的电池不能为UPS1使用，所以UPS1和UPS2必须各配置一套-4,时的电池组，才能保障系统在断电后还能备用一小时。采用共用电池组方案后，因为UPS1故障后，系统中的电池仍能为UPS2提供能量，所以整个系统仅需配置一套一小时电池即可。这不仅节省了电池直接投资，同时也节约机房在空间、承重及空调等方面的投资，也降低了对环境的污染。

(二)智能电池管理技术

影响电池寿命的因素有很多，主要包括温度、充电、放电、循环次数等。如果能够对上述几个因素进行综合处理，可以大大延长电池的使用寿命，延长电池更换周期，节约电池投资。UPS的智能电池管理击包括：电池均浮充管理(均浮充控制)、充电温月智能放电终止电压控制，除此之外还应具备电动检测和电池漏液检测功能。另外还可以选压范围较宽的UPS，减少电池放电次数。通过上述几种技术，可大幅度延长电池寿命2--3年。

(三)智能UPS配电管理技术

原理是通过侦测UPS电池电压或者管理时间，实现对机房中不同等级负载的多次下电保护功能，减少电池投资，提高电池使用率。智能UP理技术主要有2种方案：软件实现方式及硬式。以台达UPS为例，其软件方式是在UPS监控中，在负载服务器安装Deltashutd0wnAgent关机代理程序。当市电异常并满足电池电压或者定时条件时，会自动保存系统程序，然后关闭服务器。

硬件方式是UPS输出配置一个智能配电屏，通过PLC侦测UPS电池电压或定时要求，当满足上述条件时，智能配电屏根据设定分时关断某路输出。目前此方案已经在国内多条地铁的UPS供电系统中应用。

六、结束语

中心机房节能必须从上至下，或者从基础设施到核心设备全方位抓起，UPS是整个交流供电环节的核心所在，做好UPS的节能不仅可以节约大笔的设备投资和维护费用，同时也大幅度地降低了后期的运行成本。

BTX，就是Balanced Technology Extended的简称。是Intel定义并引导的桌面计算平台新规范。BTX架构，可支持下一代电脑系统设计的新外形，使行业能够在散热管理、系统尺寸和形状，以及噪音方面实现最佳平衡。

BTX架构特点：支持Low-profile，也即窄板设计，系统结构将更加紧凑；针对散热和气流的运动，对主板的线路布局进行了优化设计；主板的安装将更加简便，机械性能也将经过最优化设计。基本上，BTX架构分为三种，分别是标准BTX、Micro BTX和Pico BTX。

从尺寸上来看全系列的BTX平台主板都没有比ATX主板小，所以BTX的发展并不为更小的桌上型计算机，但较具弹性的电路布线及模块化的组件区域，才是BTX的重点所在。BTX机箱相比ATX机箱最明显的区别，就在于把以往只在左侧开启的侧面板，改到了右边。而其他I/O接口，也都相应的改到了相反的位置。

BTX机箱内部则和ATX有着较大的区别，BTX机箱最让人关注的设计重点就在于对散热方面的改进，CPU、图形卡和内存的位置相比ATX架构都完全不同，CPU的位置完全被移到了机箱的前板，而不是原先的后部位置，这是为了更有效的利用散热设备，提升对机箱内各个设备的散热效能。为此，BTX架构的设备将会以线性进行配置，并在设计上以降低散热气流的阻抗因素为主；通过从机箱前部向后吸入冷却气流，并顺沿内部线性配置的设备，最后在机箱背部流出。这样设计不仅更利于提高内部的散热效能，而且也可以因此而降低散热设备的风扇转速，保证机箱内部的低噪音环境。

除了位置变换之外，在主板的安装上，BTX规范也进行了重新规范，其中最重要的是BTX拥有可选的SRM（Support and Retention Module）支撑保护模块，它是机箱底部和主板之间的一个缓冲区，通常使用强度很高的低炭钢材来制造，能够抵抗较强的外来力而不易弯曲，因此可有效防止主板的变形。

另外，机箱还有超薄、半高、3/4高、全高和立式、卧式机箱之分。3/4高和全高机箱拥有三个或者三个以上的525英寸驱动器安装槽和二个35寸软驱槽。超薄机箱主要是一些AT机箱，只有一个35寸软驱槽和2个525寸驱动器槽。半高机箱主要是Micro ATX和Micro BTX机箱，它有2-3个525寸驱动器槽。在选择时最好以标准立式ATX和BTX机箱为准，因为它空间大，安装槽多，扩展性好，通风条件也不错，完全能适应大多数用户的需要。

BTX标准中电源的工作原理和性质与ATX完全相同，具体的指标也大同小异，同样能够实现软开机、睡眠与唤醒、遥控开关机等功能，针对CPU大功率化的趋势同样加入了ATX12V中的P4四针专用插头，但BTX标准对电源与主板的连接器加入了新规定，建议采用原来服务器电源中才使用的24针连接器，与目前ATX电源的20针连接器相比又增加了4根针脚（分别为+33V、+5V、+12V和地线）以增加插头带动负载的能力，减少大电流通过接头时接触电阻导致的电压损耗，所以目前的ATX电源还需要进行插头转换后才能在BTX主板上使用，不过预计早期生产BTX主板的厂家会考虑到ATX电源的兼容性问题而继续在主板上保留20针的连接器。

BTX电源一般都会考虑到兼容ATX主板。