论传统不间断电源即将功成身退
2006-06-03 10:26:18
来源：《国际电子变压器》2006年6月刊
论传统不间断电源即将功成身退
On traditional UPS: retire after having made one抯 mark
深圳市华达电子有限公司 郁百超 （深圳 518067）
摘 要：传统UPS包括一个或多个功率变换器，输出的是交流电压，对用户设备有谐波干扰；复杂的保护电路，连自身也保护不了，故障率太高，同时体积庞大，效率低，浪费了太多的能源、资源、人才，已到更新换代的时侯了。UPS的用户设备都广泛使用了高可靠、高效率的开关电源，直流电压可以直接进入用户设备，UPS把直流逆变成交流，已无必要，因此，功率变换器在UPS中已是多余。直流UPS免除传统UPS中的功率变换器，安全、可靠、节能、环保、无干扰、寿命长，在保持所有必要特征的前提下，成本、体积、重量、功耗都是传统UPS的十分之一、百分之一、及至千分之一，是传统UPS的换代产品。
关键词：传统UPS；直流UPS；无变换器UPS；Delta双变换；全功率变换器；电压补偿稳压器；寿命期内无故障
1引言
近期发明的无逆变器不间断电源（见电源世界2001年第12期）、无功耗不间断电源（见电源世界2004年第12期）、无变换器不间断电源（见电源世界2005年第8期），免除了传统UPS中的功率变换器，实现了对计算机及其外设的直流供电，使得UPS获得了新的活力。一石激起千层浪，“不间断电源领域的新突破”一文（见第四届全国电源技术年会论文集P236），以及“An Important Breakthroug In Uninterruptible Power Supply”一文（见POWER QUALITY 2003 CONFERENCE Long Beach California），打破多年沉寂，发出了时代的最强音：历史上沿用已久的传统UPS已到更新换代的时候了！此言一出，在世界范围引起了强烈反响。
自从实现了高频逆变以后，就产生了高频机，而把以前用工频变压器输出正弦波的UPS称为“工频机”；自从实现了Delta逆变以后，就产生了Delta双变换UPS，而把以前的UPS都称为“传统双变换不间断电源”；同样道理，现在出现了取代交流UPS的直流UPS，所以把以前交流输出的UPS，包括Delta双变换UPS，都称之为“传统不间断电源”。
2传统不间断电源的历史功绩
历史上的不间断电源，是伴随着计算机的出现而诞生的，从出生的那一刻起，就与计算机结下了不解之缘，UPS因计算机的产生而产生，因计算机的发展而发展，被视为数据的保护神。因为当时的数据输入程序相当复杂：首先将数据在纸带上穿孔，再将已穿孔的纸带通过光电机输入到计算机。万一在计算机工作中断电，整个数据就会完全丢失，供电恢复后又必须重新将穿孔纸带通过光电机把数据输入到计算机。当时提出的要求就是，希望电源在市电断电后能继续维持供电5秒，将现场的运算结果保存到磁心存储器中，待市电恢复后，能接着原来的计算结果继续运行下去。最早期的UPS没有蓄电池组，例如60年代，英国1900系列计算机，在UPS系统中，安装了一个重达数吨的大飞轮，市电整流后带动直流发电机，给计算机及其外设供电，同时带动飞轮高速旋转。当市电停电时，飞轮因惯性继续旋转，直流发电机继续发电，使得计算机获得了5分钟保护现场的时间。
由于半导体器件的发展，UPS引入了逆变电路，同时也引入了蓄电池组，去掉了直流发电机和大飞轮，其电路拓扑如图1。数十年来，UPS的这种电路拓扑，一直沿袭到今。
随着UPS技术的不断发展，很多计算机、电力电子领域的新技术、新理念引入到UPS行业。与IT行业的其他产品类似，现在的UPS与从前的产品相比较，无论在主要性能上、外观尺寸上、对现场环境的适应性及可靠性方面，都有了显著的进步，有些指标甚至是质的飞跃，对于大中型UPS来说更是如此。
现代社会文明发达，已经进入了信息时代，特别是计算机的应用，因特网的产生，通讯及相关产业的持续发展，信息量以几何级数增加。信息的产生、处理、传送、存贮的过程，都不能有毫秒级的中断，否则会产生不可估量的损失。UPS在社会的文明发展过程中，功不可没，其需求量会随着信息社会的进步和发展不断增长。
在可预见的将来，没有一种可替代的方法或能源，能够取代UPS的地位，因为没有任何一种能源是不间断的，就算是热核聚变，其能量的产生，同样包括机械运动的过程，是机械运动，就会产生部件的磨损、材料的疲劳，等等，所有这些意外事件，都会使能源供应中断。
3全功率变换器
在传统UPS的发展过程中，产生了各种不同的电路形式，所有这些UPS的共同特征是，其中都包含了一个或多个全功率变换器。所谓全功率变换器（其单位为U）是一个其数值略大于整机输出功率的一个功率变换器，至于大多少，决于所论UPS的效率。例如一台标称值为P＝10kVA、效率为92%的UPS，这台UPS的逆变器就是一个全功率变换器U，U=P（1/92%）=10.9kVA。其整流滤波器则只是一个大约为0.01U的功率变换器，因为整流器滤波器只有相当于1个半导体PN所产生的功耗。充电器是一个视后备时间不同（即视蓄电池的容量不同)而数值不同的功率变换器；后备时间1小时，UPS应以0.6C的倍率放电（参考一般的蓄电池特性曲线，下同），蓄电池端电压为240V，蓄电池的放电电流为50A，则蓄电池的容量应为0.17U的功率变换器。后备时间4小时，UPS应以0.2C的倍率放电，蓄电池以0.1C的倍率电充电，则这个充电器是一个0.5U的功率变换器（下面的讨论，都以四小时后备时间为例）；后备时间8小时，UPS应以0.1C的倍率放电，蓄电池仍以0.1C的倍率充电，则这个充电器是一个1U的功率变换器；UPS中常用功率变换器的全功率值列表如下：
以下是传统UPS中最具代表性的几种机型，根据表1可计算出它们的全功率值如下：
(1)离线式小功率工频UPS，包括整流滤波器（0.01U）、逆变器（1U）、充电器（0.5U）、直流升压开关电源（1U），是一个2.51U的UPS。
(2)在线式大功率工频UPS，包括整流滤波器（0.01U）、功率因数校正器（0.2U），逆变器（1U）、充电器（0.5U），是一个1.71U的UPS。
(3)在线式小功率高频UPS，包括整流滤波器（0.01U)、功率因数校正器（0.2U），逆变器（1U）、充电器（0.5U）、升压开关电源（1U），是一个2.71U的UPS。
(4)在线式大功率高频UPS，包括整流滤波器（0.01U）、功率因数校正器（0.2U），逆变器（1U）、充电器（0.5U），是一个1.71U的UPS。
（5）Delta双变换UPS，包括Delta逆变器（0.2U），主逆变器（1U），是一个1.2U的UPS。
全功率变换器是一个模糊概念，并不能精确计算出UPS的各种参数，但全功率变换器表征了一台UPS的复杂性、可靠性和设计的合理性，应用全功率的概念，可以衡量一台UPS的成本、体积、重量、功耗。
4传统不间断电源的弊端
上列前四种机型所包含的功率变换器都接近2U，有的机型还接近3U。由此可见，传统双变换UPS为了实现供电的不间断，进行了这么多的功率变换，代价太大，显然浪费了太多的能源、资源和人力，这种浪费已经持续了几十年，我们不能再容忍这种浪费继续下去。
传统UPS在使用过程中有如下诸多禁忌：
(1)空调：一般禁止使用UPS供电，因其起动冲击很大且必于感性负载。
(2)激光打印机：应选择大余量UPS供电，因其工作过程中经常产生冲击电流。
(3)复印机、高速行打：同上。
(4)日光灯：应选择大余量UPS供电，因其起动冲击电流较大，且阻性成分高。
(5)电炉丝（纯电阻负载）：需要选择大余量UPS供电，因其为阻性负载。
(6)电动机（感性负载）：需要选择大余量UPS供电，因其为感性负载，启动时冲击很大。
由上面的各种禁忌可以看出，传统UPS输出的虽然是交流电压，但不能和市电一样带空调和电动机，甚至连纯电阻负载也不能满负荷。在产品说明中，传统UPS却总是自吹自擂地介绍：具备各种各样的保护电路，诸如过流保护、过压保护、过热保护、开机还有自动检测功能等等，但殊不知，这些保护电路所保护的正是UPS本身，本身尚且自顾不暇，怎么还能保护得了用户设备？那是因为传统UPS本身太脆弱，离开了这些保护就不能工作。UPS无缘无故要“开机自检测”干什么？无非是没有自信，老怕自己又出了毛病。实际运行中的系统，一有风吹草动，首先想到的就是UPS电源故障，第一时间要保护的也是UPS电源，UPS实在是需要太多的呵护。可是，在使用市电的时候从来不必考虑市电会出故障（意外停电除外），保护措施就一只保险管就足够，这说明市电才是最安全、最可靠、最强大的电源。与市电相比，传统UPS却显得如此脆弱。
传统UPS都有静态开关，其功能是当UPS本身出现故障时，静态开关自动切换到市电供电。如果运气好，在UPS处理故障的几分钟到几个小时，甚至几天的时间内，市电不停电，不间断电源就变成了名副其实的“间断电源”。因为市电随时都可能中断，这才使用UPS，目的就是要在万一市电中断时，确保用户设备的供电不中断。所以，传统UPS实际上是一种“间断电源”的设计方案。要使UPS真正做到供电不间断，UPS自身必须达到寿命期内无故障，而不能寄希望于侥幸和碰运气。
传统UPS设计复杂、制造困难、体积庞大、浪费能源、浪费资源、浪费人力。
随着电力供电系统的不断完善，一年之内难得停几次电，但由于传统UPS变得越来越复杂，有的时侯，UPS本身所产生的故障，以及工作人员对复杂操作的人为失误，使得用户设备断电的次数比电力系统停电的次数还要多，这就意味着，不采用UPS，反而比采用UPS更安全，采用UPS的结果，相当于引进了更多的不安全因素，这是对当今UPS业界的最大讽刺。
APC公司在上世纪90年代发明的Delta双变换UPS，只包含了1.2U的功率变换器，相对于传统双变换UPS来说，在效率、节能、结构、可靠性等方面都有很大的改进。Delta双变换UPS为什么比传统双变换UPS有这么多的优越性？如果用全功率概念分析，立即可以得出结论：这是因为Delta双变换UPS比传统双变换UPS减少了0.5U的功率变换器的原因。上述与功率变换器直接相关的所有弊端，在Delta双变换UPS中依然存在，只要UPS中还存在功率变换器，这种弊端就永远不会消失。
5直流不间断电源
当今UPS的用户设备，都是清一色的计算机及其外设，这些设备都采用了高稳定、高可靠的开关电源，不再一定需要交流供电，用不着把交流市电和蓄电池的直流电压来来回回瞎变。电能七变八变，最后所剩无几，还要集中全世界的精英，来琢磨一些浪费电能的新方法（即不断改进和完善各种功率变换器），因此，功率变换器在UPS中的存在，就是对资源、能源和人才的最大浪费。
直流UPS输出的是直流电源（见图2），其功能是保护输出的直流电压不间断，应用于需要直流电压的场合，本来和输出交流电压的UPS毫不相干。现在却要完全取代这些毫不相干的交流UPS。直流UPS的电路拓扑和传统UPS的电路拓扑差不多，把传统UPS中的逆变器换成了电压补偿稳压器。
人们往往会产生一种误解，以为正弦波是最理想的一种供电波形。实际上，对于电力的生产和传输，的确如此，但对于计算机用户设备而言，却是大谬不然。正是正弦电压经过整流滤波后产生的各次谐波构成了对计算机现实和潜在的威胁，在整流电路之后接入滤波电路，目的就是为了去除上述各次谐波，这也充分说明，计算机用户设备真正需要的是正弦电压中的直流分量，而不是其中包含的各次谐波。直流UPS提供的直流电压，不包括任何谐波分量，对于计算机用户设备而言，是一种最理想的电源。
直流UPS家族有各种不同的电路拓扑，其中有代表性的是如下三种：
(1)无逆变器不间断电源UPSWI（UPS Without Inverter）是用电压补偿稳压器取代传统UPS中的逆变器，用以补偿整流滤波后的脉动直流电压，使输出直流电压保持恒定。一般电网在10%的范围内波动，所以，补偿稳压器是一个0.1U的功率变换器，图中的充电器是和输出电压一样的恒压电源，根据表1，4小时充电器是一个0.50U的功率变换器，而补偿稳压器又是一个0.1U的功率变换器，所以直流UPS所用的充电器是0.5×0.1=0.05U，加上整流滤波器（0.10U），无逆变器UPS是一个0.16U的不间断电源。
(2)无功耗不间断电源UPSWM（UPS With Minimum com-sumption），是在图2的电路拓扑中，去掉其中的两个电压补偿稳压器，就是无功耗UPS的原理框图，整流后的脉冲直流电压经过逻辑电路限定以后，直接输出到用户设备，同时对蓄电池进行充电。整机除整流滤波器（0.01U）外，没有任何功率变换器，无功耗UPS是一个0.01U的UPS。
(3)无变换器不间断电源UPSWC（UPS Winthout Converter），顾名思义，其中没有任何功率变换器，当市电正常时，市电经过逻辑电路限定以后，直接进入用户设备，同时，对蓄电流进行充电。当市电中断时，蓄电池的直流电压直接进入用户设备。除静态开关外，其中不包括任何功率器件，用全功率变换器概念来理解，无变换器UPS是一个0.00U的UPS。
直流UPS不包括逆变器，对用户设备实现了直流供电，所以有如下优点：
(1)无功率变换环节，效率高，节能显著，是一种真正意义上的节能产品。
(2)体积小、重量轻、节约资源，是一种真正意义上的环保产品。
(3)对用户设备无谐波干扰，对网侧亦无谐波污染，是一种真正意义上的绿色不间断电源。
(4)电路简单，故障率低，达到寿命期内无故障，是一种真正意义上的不间断电源和数据的保护神。
(5)设计简单、制造容易、成本低、利润空间大，是一种高附加值产品。
6对直流不间断电源的三种误解
(1)第一种误解是：UPSWI对用户设备实行直流供电，不能带感性负载，因此在应用上有局限性。
UPSWI较之于传统UPS在成本、体积、重量、功耗上具有明显的优势：又节能、又环保、附加值又高，对用户设备干扰小，免除了交流供电的诸多弊端。UPSWI不能带感性负载，确实“在应用上有局限性”，但从历史的角度可以预言，这个局限性一点也不会影响UPSWI的推广应用。
小功率、离线式的传统UPS输出的是方波电压，同样也不能带感性负载，却鲜有人提出“在应用上有局限性”的问题。由此可见，人们都非常自然地对新生事物采取了一种近似苛求的严格态度。
配备UPS实际上是一种高消费，只有在与信息相关的领域，UPS才获得广泛应用。说到底，UPS的消费对象几乎只有计算机及其外设。诚然，UPSWI输出的是直流电压，不能带交流电机、变压器之类的设备，但传统UPS虽然能带这样的设备，实际上也并没有带。因此，UPSWI与传统UPS在外部特征上仍然是等价的。如果在某一个特定的场合，非要带感性负载不可，当然可以去采购传统UPS。
完全可以设想，到了那时，传统UPS因产量极少，相对于UPSWI价格更高，采用感性负载的用户设备，一定会适应市场，作出明智的选择。因为在与信息相关的领域，所有需要交流供电的设备，没有哪一种不可以用DC-DC变换来取代：交流电机可用直流电机取代，普通空调可用变频空调取代，日光灯可用节能灯取代，线性电源可用开关电源取代，这里的“取代”意味着进步、发展和效率，而不是相反，剩下来的只是一个市场适应和磨合的过程。
只要我们不守旧，感性负载并不是非要不可，因此UPSWI可以完全取代传统UPS，付出的“代价”将是获得进步、发展和效率，我们何乐不为？因此，从这个意上讲，UPSWI在应用上并没有局限性。
前已述及，传统UPS的输出功率因数是0.8左右，只适合电容性负载，并不适合纯电阻负载和电感性负载，要带这两种负载，必须要有很大的功率富余量才能。直流UPS输出的是直流功率，10kW的直流UPS，就能带10kW的纯电阻负载和电容性负载，这是传统UPS绝对办不到的。UPS自打娘始出来就带计算机及其外设，其本职工作，就是要保证用户设备没有毫秒级的电源中断，这才被称之为数据的守护神。早期的计算机及其外设，采用线性稳压电源，线性稳压电源包括了工频变压器，但在开关电源广泛使用的今天，传统UPS早就不带工频变压器了，现在却要求直流不间断电源带那些连传统UPS也早就不带的感性负载，真有点像是“秀才遇到兵，有理说不清”了。
(2)第二种误解是：UPSWM输出的电压不恒定，是一个在区间范围内变化的直流电压，对用户设备的稳定运行有影响。
UPSWM免除了传统UPS的逆变器，也免除了UPSWI的电压补偿稳压器，即完全免除了功率变换器，相当于去掉了传统UPS的心脏。整流滤波后的脉动直流电压，或蓄电池输出的单边下降直流电压，经过逻辑控制电路限定以后，直接进入用户设备。的确，UPSWM的输出电压是一个在设定区间范围内变化的直流电压。
传统UPS输出的电压虽然是恒定的220VAC，这个电压进入用户设备、经过整流滤波以后，变成308VDC，这只是在用户设备的整流滤波器无负载、或负载很小的情况下才成立，在额定负载的时侯，这个电压会变成240VDC或更低。这就意味着：尽管传统UPS输出的是恒定的220VAC，但作为UPS负载的用户设备，最终得到的直流电压仍然在240-380VDC之间变化。众所周知，用户设备都采用开关电源，并不要求恒定的供电电压。因此，上述电压的变化对用户设备的稳定运行没有影响。
同样道理，UPSWM输出的直流电压在预先设定的范围内变化，经过用户设备的整流滤波器以后，仍然在这个范围内变化，这种变化和传统UPS因用户设备内部负载变化而引起的整流电压变化是完全相当的。由此可以得出结论：尽管UPSWM的输出电压是一个在设定区间范围内变化的电压，但对用户设备的稳定运行并没有影响。
UPS的使命仅仅在于：当市电中断、用户设备中的直流电压下降到额定值的75%之前（一般为10毫秒左右）及时切换到蓄电池供电，确保输出电压不中断；当市电电压超出正常范围（过低或过高）时，使输出电压保持在正常范围之内。因此，使输出电压保持在正常范围之内是UPS的必要特征，而使输出电压保持恒定则是一个多余的特征。
既然直流供电明显优于交流，进行功率变换已是多此一举；既然计算机及其外设在市电正常波动范围内稳定可靠地工作，保持UPS输出电压恒定就大可不必。功率变换器在制造过程中浪费了99%的资源，在运行过程中浪费了99%的能源，显然，它在UPS中是一个多余的部件。我们的地球资源有限，能源短缺，用不着为了一个并不必要的特征而继续多耗费99%的资源和能源。
(3)第三种误解是：使用不间断电源的地方，都是要求绝对安全、绝对可靠的要害部门的关键设备，既然已经使用了UPS，怎么还能直接用市电或蓄电池的直流电压供电？这既不安全，又不可靠。
我们知道，电子设备都有可能出现故障，UPS也不例外。所以在线式UPS都有旁路开关，以备不时之需。当UPS自身发生故障时，旁路开关会自动切换到市电供电，时间从几分钟到几个小时，甚至几天不等。既然传统UPS可以在故障时直接输出市电，说明市电对用户设备时充分安全、充分可靠的（此时暂不考虑市电突然停电）。因此，无变换器UPS直接输出市电也是充分安全、充分可靠的。
既然用户设备都是高稳定、高可靠的开关稳压电源，UPS的输出电压是交流还是直流，对用户设备来说，并无区别，UPS的输出电压是恒定的还是非恒定的，对用户设备来说，同样也无区别。这就充分说明，把蓄电池的直流电压逆变成交流电压，对用户设备而言，完全是多此一举。因此，无变换器UPS直接输出蓄电池的直流电压也是充分安全、充分可靠的。
其实，在传统UPS自身故障时，直接输出市电提供给用户设备，在从几分钟到几个小时，甚至几天的期间内，市电随时都会中断，显然，传统UPS在此期间，相对用户设备来说，并不是充分安全、充分可靠的，而无变换器UPS则无此弊端，因为无变换器UPS一直以市电供电，只要市电一停，蓄电池以零毫秒的速度接入。两相比较，直接以市电和蓄电池的直流电压供电的无变换器UPS，实际上比以交流供电的传统UPS更安全，更可靠。
也许有人会问，既然电子设备都有可能出现故障，无变换器UPS就不出故障吗？讨论至此，对上述问题，其实大家心中早就已经有了答案：无变换器UPS去掉了传统UPS中的五个功率变换器，元器件和零部件都减至最少，故障率自然就低，同时在无变换器UPS中，不包括任何功率器件，其平均无故障时间自然就成倍增长。等到无变换器UPS出现故障的时侯，早就超出其寿命期了。
7几点说明
7.1关于寿命期内无故障
平均无故障时间（MTBF）是衡量系统安全性和可靠性的硬指标，每个零部件的故障，都意味着整个系统的故障，系统的平均无故障时间，和组成系统的零部件密切相关，数量上等于组成系统各零部件平均无故障时间的串联值。MTBF的倒数是故障率G，系统的故障率，数量上等于组成系统各零部件单个故障率的总和，求出了系统的故障率，其倒数就是平均无故障时间。表2是梅兰日兰提供的UPS系统可靠性的统计数据。
传统UPS变得越来越复杂，其中所包含的零部件也越来越多，其平均无故障时间也就变得越来越少。系统越复杂，人员操作失误也越多，更增加了系统的故障率。如果传统UPS仅由整流器、蓄电池、逆变器三部分组成，根据表2所列数据，其平均无故障时间可计算如下：
G＝Gr＋Gb＋Gi＝12.50＋8.33＋20.00＝40.83(μ)
MTBF＝1/G＝1/40.83＝24492(h)
计算结果表明，这种电路拓扑的传统UPS，其平均无故障时间不到三年。一般说来，传统UPS除包括上述三种部件外，还包括许多其他的零部件，如果考虑到这些零部件的故障率对整机故障率的影响，则总的平均无故障时间更少。
UPS本身的故障率越高，就意味着旁路运行、直接输出市电的几率越大。当故障发生、UPS旁路运行时，用户设备完全暴露在市电之下，没有任何屏障保护，根据表2所列数据，这时的故障率是：
G＝Gr＋Gb＋Gi＋GS1
＝12.50＋8.33＋20.00＋20000
＝20040.83(μ)＝0.02
上式表明，完全暴露在市电之下的用户设备，其故障率高达百分之二。
任何实时运行的系统，对这样的UPS都是不可接受的。为了保证整个实时系统的安全可靠，都不得不采用冗余电源配置。实践证明，就算是这样的冗余电源配置，电源故障依然是时有发生。冗余电源配置，浪费了一倍的能源、资料和人力，说明了UPS的无奈和悲哀，同时也说明了用户对UPS的不信任。
和传统UPS正相反的是，直流UPS的零部件变得越来越少，最后只剩下静态开关。根据表2所列数据，静态开关的平均无故障时间是500000小时，无变换器UPS由2个静态开关组成，平均无故障时间是250000小时，合28年多，远大于不间断电源8-10年的设计寿命。如果一个系统在28年的时间内不发生任何故障，那这个系统当然是既安全、又可靠。直流UPS不发生故障，用户设备就不会直接暴露在市电之下。当直流UPS出现故障的时候，早就超过了寿命期，所以，直流UPS真正实现了寿命期内无故障。
无变换器UPS的故障率为：
G＝1/MTBF＝1/250000＝0.000004
上式表明，直流UPS的故障率只有百万分之四。由统计学规律可知，这种小概率事件，实际上就是不可能事件，所以，从故障率的角度分析，直流UPS在寿命期内不可能发生故障。直流UPS之所以有如此之低的故障率，是因为电路拓朴简单到不能再简单，所用零件少到不能再少，这正如谚语所说，“愈简单的东西愈好”。无变换器UPS仅由静态开关组成，而静态开关由可控硅组成，可控硅能耐受十几倍的大电流冲击，例如常用可控硅S8065，反向电压800V，额定电流65A，冲击电流可达950A，仅由这样的器件构成的系统，当然用不着各种常规保护，也用不着开机自检，直流UPS强大到足以和市电电网相比，其保护措施也只用一只保险管足够。
UPS是数据的保护神，只有在UPS发展到直流不间断电源的今天，才真正当之无愧。
7.2关于功率因数校正
无变换器UPS整机无容性器件，本身对网侧无干扰，其输入功率因数为1，总谐波畸变THD为零。当然这一特点与所接负载有关，即如果UPSWC的用户设备本身不对电网产生干扰，UPSWC也不对网侧产生干扰，如果用户设备本身产生干扰，则这种干扰会通过UPSWC反映到网侧。有人可能会认为，既然用户设备有干扰还是会反映到网侧，那无变换器UPS“其输入功率因数为1，总谐波畸变THD为零”的这种特性就没有任何际意义。
实际上却完全不是这么一回事：限制DC-DC电路输入特性的国际标准，例如IEC-555-2，EN60555-2等已经颁布或已经实施，当这些标准强制执行的时候，所有接入电网的用电设备都必须进行功率因数校正，即所有用电设备对网侧都没有干扰，或者其干扰都减至最小。既然负载没有干扰产生，只要UPS自身不对网侧产生干扰就行，则无变换器UPS的这种特性就具有非常现实的意义：UPS本身不用增加功率因数校正器，就可以完全满足IEC-555-2，EN60555-2等国际标准。
传统UPS的输入特性与负载无关，如果UPS没有进行功率因数校正，其功率因数一般为0.6左右，THD为95%以上，就算负载的功率因数是1，THD是零，也无济于事，反映到网侧的输入特性仍然是不带功率因数校正的UPS的特性，要想满足IEC-555-2，EN60555-2等国际标准，传统UPS就必须另加功率因数校正器。
我国新近颁布的YD/T1095-2000行业标准，其中表1电气性能中的第2、3款中的2项指标对UPS的输入特性作了明确的规范，输入功率因数大于0.95，网侧3-39次总的谐波畸变THD小于5%，这对净化电网是完全必要的。但在5.2、5.3的试验方法中，却规定测试的负载是非线性的容性负载。应用这种负载的试验方法，区分不了UPS的这两种输入特性，考虑欠妥。
7.3关于功率变换器
传统UPS中的市电，先要进行DC-DC整流变换，然后进行DC-DC有源功率校正，最后还要进行DC-AC逆变变换；传统UPS中的蓄电池，先要进行DC-DC升压变换，再进行DC-AC逆变变换，还要进行DC-DC降压变换，以对低电压蓄电池充电。一般小功率DC-DC变换的效率不大于85%，现以平均90%计算，交流电的总效率为：90×90×90=72.9（%），蓄电池的总效率为：90×90=81%，如果可以选择的话，谁也不会愿意进行这么多的功率变换，因为没有理由一定要把电能毫无意义地变来变去。无变换UPS中的交流电压，不经过任何功率变换，直接输出到用户设备，效率就是100%。蓄电池的直流电压，也是不经过任何功率变换，直接输出到用户设备，其效率也是100%。当论及无变换器UPS的技术背景时，不得不提及传统UPS的工作模式，相对于无变换器UPS的简捷、明快与效率，显然，传统UPS的确是在那儿把电能七变八变，或者来来回回瞎变，把电能越变越小，绝对不会越变越多。
无变换器UPS，实际上就是整个儿去掉传统在线式UPS中的离线式UPS，常规意义上的UPS在无变换器UPS中已经不复存在。完全去掉了UPS中的所有功率变换器，也就是去掉了UPS本身，只剩下用以构成在线式UPS的静态开关，而用户设备的供电照样不间断，各项性能是只好不坏。相对于无变换器UPS的这一特点，传统UPS中功率变换器的存在，千真万确是对资源、能源和人才的最大浪费。
前已述及，传统UPS经过几十年的发展，各项指标都有质的飞跃，系列直流不间断电源只是免去传统UPS中多余和过时的功率变换器，而对其他所有成熟部分，都完全继承和保留，因而继续和保留了传统UPS的所有精华。
7.4关于不间断电源的产品样机
无逆变器不间断电源UPS，专利号：ZL97241194，授权公告日：1999年4月29日。于2002年12月与深圳市华达电子有限公司签订独占转让合同，到目前为止，样机基本完成。为了适应市场，这款样机包括有源功率因数校正器，实测PFC接近100%，10kW以下产品，外形尺寸300×280×110，重量6kg。
无功耗不间断电源，专利号：ZL00114301，授权公告日：2003年5月28日。于2002年5月，与美国TRI-MAG公司签订了普通许可合同，产品样机由TRI-MAG公司制作，样机已完成，正在进行各项国际认证。10kW以下的产品，实验室样机外形尺寸160×120×80，重量0.7kg。
无变换的不间断电源，专利号：ZL0112845，授权公告日：2004年9月8日。5kW实验室样机，外形尺寸90×70×35，重量0.1kg。
直流不间断电源家族除了上述三种以外，还有如下机型：
(1)内置式微机不间断电源，专利号：ZL00131233，授权公告日：2004年12月11日。
(2)PUA微机电源，专利号：ZL01133685，授权公告日：2004年3月3日。
(3)直流不间断电源，专利号：ZL01128446，授权公告日：2004年12月8日。
(4)交直流不间断电源，专利号：ZL00121367，授权公告日：2004年9月22日。
(5)上述各款直流不间断电源，都只包括0.2U以下的功率变换器，性能与前述三种相近，只不过应用领域不同，电路拓朴略有不同而已。上述七种样机都已准备妥当，计划通过国家权威部门检测以后，将在今秋十月高交会首次亮相。
8结语
传统UPS的用户设备（计算机及其外设），在市电的入口处都有一个整流桥，交流电压通过整流桥，变成直流电压，而直流电压通过这个整流桥，当然还是直流。因此，直流不间断电源输出的直流电压可以从原来的交流入口处直接进入用户设备，不必对原设备进行任何改动。因此，对只能交流供电的用户设备实现直流供电，是UPS的一个突破，于是产生了无逆变器不间断电源。
用户设备都采用了高可靠、高效率的开关电源，其输入电压的范围比传统UPS的输入电压范围还要宽得多，是交流电压还是直流电压，电压是恒定的还是非恒定的，对开关电源来说，完全无关紧要，传统UPS企图为开关电源保护输入电压的恒定，其实是画蛇添足和不自量力。因此，不再保持用户设备输入电源的恒定，是UPS的又一突破，于是产生了无功耗不间断电源。
传统UPS在自身故障时，用旁路开关切换到市电供电，说明市电对用户设备是充分安全、可靠的。对高可靠、高效率的开关电源来说，只要不停电，市电本来就是既安全又可靠的，UPS的任务仅仅只是在市电中断时，确保用户设备的供电不中断。因此，让市电直流接入用户设备，是UPS的第三个突破，于是产生了无变换器不间断电源。
如果用全功率的概念进行分析，传统UPS都包括了约2U的功率变换器，而直流UPS只包括0.2U以下的功率变换器，或者不包括任何功率变换器，两者之间有一个数量级的差别。直流供电对计算机及其外设没有任何谐波干扰，安全、可靠、无干扰、寿命长，同时，本身对网侧亦无干扰，功率因数为1，而THD为零，成本、体积、重量、功耗都减少了一个或几个数量级，既节能，又环保，是一种真正意义上的绿色不间断电源，达到了UPS业界为之长期追求和奋斗的目标。由于系统直流不间断电源具有无与伦比的优越性，随着这些优越性越来越多地为UPS业界所认同，在全世界范围内取代流行已久的传统不间断电源，已是指日可待。
参考文献（略）
On traditional UPS: retire after having made one抯 mark
深圳市华达电子有限公司 郁百超 （深圳 518067）
摘 要：传统UPS包括一个或多个功率变换器，输出的是交流电压，对用户设备有谐波干扰；复杂的保护电路，连自身也保护不了，故障率太高，同时体积庞大，效率低，浪费了太多的能源、资源、人才，已到更新换代的时侯了。UPS的用户设备都广泛使用了高可靠、高效率的开关电源，直流电压可以直接进入用户设备，UPS把直流逆变成交流，已无必要，因此，功率变换器在UPS中已是多余。直流UPS免除传统UPS中的功率变换器，安全、可靠、节能、环保、无干扰、寿命长，在保持所有必要特征的前提下，成本、体积、重量、功耗都是传统UPS的十分之一、百分之一、及至千分之一，是传统UPS的换代产品。
关键词：传统UPS；直流UPS；无变换器UPS；Delta双变换；全功率变换器；电压补偿稳压器；寿命期内无故障
1引言
近期发明的无逆变器不间断电源（见电源世界2001年第12期）、无功耗不间断电源（见电源世界2004年第12期）、无变换器不间断电源（见电源世界2005年第8期），免除了传统UPS中的功率变换器，实现了对计算机及其外设的直流供电，使得UPS获得了新的活力。一石激起千层浪，“不间断电源领域的新突破”一文（见第四届全国电源技术年会论文集P236），以及“An Important Breakthroug In Uninterruptible Power Supply”一文（见POWER QUALITY 2003 CONFERENCE Long Beach California），打破多年沉寂，发出了时代的最强音：历史上沿用已久的传统UPS已到更新换代的时候了！此言一出，在世界范围引起了强烈反响。
自从实现了高频逆变以后，就产生了高频机，而把以前用工频变压器输出正弦波的UPS称为“工频机”；自从实现了Delta逆变以后，就产生了Delta双变换UPS，而把以前的UPS都称为“传统双变换不间断电源”；同样道理，现在出现了取代交流UPS的直流UPS，所以把以前交流输出的UPS，包括Delta双变换UPS，都称之为“传统不间断电源”。
2传统不间断电源的历史功绩
历史上的不间断电源，是伴随着计算机的出现而诞生的，从出生的那一刻起，就与计算机结下了不解之缘，UPS因计算机的产生而产生，因计算机的发展而发展，被视为数据的保护神。因为当时的数据输入程序相当复杂：首先将数据在纸带上穿孔，再将已穿孔的纸带通过光电机输入到计算机。万一在计算机工作中断电，整个数据就会完全丢失，供电恢复后又必须重新将穿孔纸带通过光电机把数据输入到计算机。当时提出的要求就是，希望电源在市电断电后能继续维持供电5秒，将现场的运算结果保存到磁心存储器中，待市电恢复后，能接着原来的计算结果继续运行下去。最早期的UPS没有蓄电池组，例如60年代，英国1900系列计算机，在UPS系统中，安装了一个重达数吨的大飞轮，市电整流后带动直流发电机，给计算机及其外设供电，同时带动飞轮高速旋转。当市电停电时，飞轮因惯性继续旋转，直流发电机继续发电，使得计算机获得了5分钟保护现场的时间。
由于半导体器件的发展，UPS引入了逆变电路，同时也引入了蓄电池组，去掉了直流发电机和大飞轮，其电路拓扑如图1。数十年来，UPS的这种电路拓扑，一直沿袭到今。
随着UPS技术的不断发展，很多计算机、电力电子领域的新技术、新理念引入到UPS行业。与IT行业的其他产品类似，现在的UPS与从前的产品相比较，无论在主要性能上、外观尺寸上、对现场环境的适应性及可靠性方面，都有了显著的进步，有些指标甚至是质的飞跃，对于大中型UPS来说更是如此。
现代社会文明发达，已经进入了信息时代，特别是计算机的应用，因特网的产生，通讯及相关产业的持续发展，信息量以几何级数增加。信息的产生、处理、传送、存贮的过程，都不能有毫秒级的中断，否则会产生不可估量的损失。UPS在社会的文明发展过程中，功不可没，其需求量会随着信息社会的进步和发展不断增长。
在可预见的将来，没有一种可替代的方法或能源，能够取代UPS的地位，因为没有任何一种能源是不间断的，就算是热核聚变，其能量的产生，同样包括机械运动的过程，是机械运动，就会产生部件的磨损、材料的疲劳，等等，所有这些意外事件，都会使能源供应中断。
3全功率变换器
在传统UPS的发展过程中，产生了各种不同的电路形式，所有这些UPS的共同特征是，其中都包含了一个或多个全功率变换器。所谓全功率变换器（其单位为U）是一个其数值略大于整机输出功率的一个功率变换器，至于大多少，决于所论UPS的效率。例如一台标称值为P＝10kVA、效率为92%的UPS，这台UPS的逆变器就是一个全功率变换器U，U=P（1/92%）=10.9kVA。其整流滤波器则只是一个大约为0.01U的功率变换器，因为整流器滤波器只有相当于1个半导体PN所产生的功耗。充电器是一个视后备时间不同（即视蓄电池的容量不同)而数值不同的功率变换器；后备时间1小时，UPS应以0.6C的倍率放电（参考一般的蓄电池特性曲线，下同），蓄电池端电压为240V，蓄电池的放电电流为50A，则蓄电池的容量应为0.17U的功率变换器。后备时间4小时，UPS应以0.2C的倍率放电，蓄电池以0.1C的倍率电充电，则这个充电器是一个0.5U的功率变换器（下面的讨论，都以四小时后备时间为例）；后备时间8小时，UPS应以0.1C的倍率放电，蓄电池仍以0.1C的倍率充电，则这个充电器是一个1U的功率变换器；UPS中常用功率变换器的全功率值列表如下：
以下是传统UPS中最具代表性的几种机型，根据表1可计算出它们的全功率值如下：
(1)离线式小功率工频UPS，包括整流滤波器（0.01U）、逆变器（1U）、充电器（0.5U）、直流升压开关电源（1U），是一个2.51U的UPS。
(2)在线式大功率工频UPS，包括整流滤波器（0.01U）、功率因数校正器（0.2U），逆变器（1U）、充电器（0.5U），是一个1.71U的UPS。
(3)在线式小功率高频UPS，包括整流滤波器（0.01U)、功率因数校正器（0.2U），逆变器（1U）、充电器（0.5U）、升压开关电源（1U），是一个2.71U的UPS。
(4)在线式大功率高频UPS，包括整流滤波器（0.01U）、功率因数校正器（0.2U），逆变器（1U）、充电器（0.5U），是一个1.71U的UPS。
（5）Delta双变换UPS，包括Delta逆变器（0.2U），主逆变器（1U），是一个1.2U的UPS。
全功率变换器是一个模糊概念，并不能精确计算出UPS的各种参数，但全功率变换器表征了一台UPS的复杂性、可靠性和设计的合理性，应用全功率的概念，可以衡量一台UPS的成本、体积、重量、功耗。
4传统不间断电源的弊端
上列前四种机型所包含的功率变换器都接近2U，有的机型还接近3U。由此可见，传统双变换UPS为了实现供电的不间断，进行了这么多的功率变换，代价太大，显然浪费了太多的能源、资源和人力，这种浪费已经持续了几十年，我们不能再容忍这种浪费继续下去。
传统UPS在使用过程中有如下诸多禁忌：
(1)空调：一般禁止使用UPS供电，因其起动冲击很大且必于感性负载。
(2)激光打印机：应选择大余量UPS供电，因其工作过程中经常产生冲击电流。
(3)复印机、高速行打：同上。
(4)日光灯：应选择大余量UPS供电，因其起动冲击电流较大，且阻性成分高。
(5)电炉丝（纯电阻负载）：需要选择大余量UPS供电，因其为阻性负载。
(6)电动机（感性负载）：需要选择大余量UPS供电，因其为感性负载，启动时冲击很大。
由上面的各种禁忌可以看出，传统UPS输出的虽然是交流电压，但不能和市电一样带空调和电动机，甚至连纯电阻负载也不能满负荷。在产品说明中，传统UPS却总是自吹自擂地介绍：具备各种各样的保护电路，诸如过流保护、过压保护、过热保护、开机还有自动检测功能等等，但殊不知，这些保护电路所保护的正是UPS本身，本身尚且自顾不暇，怎么还能保护得了用户设备？那是因为传统UPS本身太脆弱，离开了这些保护就不能工作。UPS无缘无故要“开机自检测”干什么？无非是没有自信，老怕自己又出了毛病。实际运行中的系统，一有风吹草动，首先想到的就是UPS电源故障，第一时间要保护的也是UPS电源，UPS实在是需要太多的呵护。可是，在使用市电的时候从来不必考虑市电会出故障（意外停电除外），保护措施就一只保险管就足够，这说明市电才是最安全、最可靠、最强大的电源。与市电相比，传统UPS却显得如此脆弱。
传统UPS都有静态开关，其功能是当UPS本身出现故障时，静态开关自动切换到市电供电。如果运气好，在UPS处理故障的几分钟到几个小时，甚至几天的时间内，市电不停电，不间断电源就变成了名副其实的“间断电源”。因为市电随时都可能中断，这才使用UPS，目的就是要在万一市电中断时，确保用户设备的供电不中断。所以，传统UPS实际上是一种“间断电源”的设计方案。要使UPS真正做到供电不间断，UPS自身必须达到寿命期内无故障，而不能寄希望于侥幸和碰运气。
传统UPS设计复杂、制造困难、体积庞大、浪费能源、浪费资源、浪费人力。
随着电力供电系统的不断完善，一年之内难得停几次电，但由于传统UPS变得越来越复杂，有的时侯，UPS本身所产生的故障，以及工作人员对复杂操作的人为失误，使得用户设备断电的次数比电力系统停电的次数还要多，这就意味着，不采用UPS，反而比采用UPS更安全，采用UPS的结果，相当于引进了更多的不安全因素，这是对当今UPS业界的最大讽刺。
APC公司在上世纪90年代发明的Delta双变换UPS，只包含了1.2U的功率变换器，相对于传统双变换UPS来说，在效率、节能、结构、可靠性等方面都有很大的改进。Delta双变换UPS为什么比传统双变换UPS有这么多的优越性？如果用全功率概念分析，立即可以得出结论：这是因为Delta双变换UPS比传统双变换UPS减少了0.5U的功率变换器的原因。上述与功率变换器直接相关的所有弊端，在Delta双变换UPS中依然存在，只要UPS中还存在功率变换器，这种弊端就永远不会消失。
5直流不间断电源
当今UPS的用户设备，都是清一色的计算机及其外设，这些设备都采用了高稳定、高可靠的开关电源，不再一定需要交流供电，用不着把交流市电和蓄电池的直流电压来来回回瞎变。电能七变八变，最后所剩无几，还要集中全世界的精英，来琢磨一些浪费电能的新方法（即不断改进和完善各种功率变换器），因此，功率变换器在UPS中的存在，就是对资源、能源和人才的最大浪费。
直流UPS输出的是直流电源（见图2），其功能是保护输出的直流电压不间断，应用于需要直流电压的场合，本来和输出交流电压的UPS毫不相干。现在却要完全取代这些毫不相干的交流UPS。直流UPS的电路拓扑和传统UPS的电路拓扑差不多，把传统UPS中的逆变器换成了电压补偿稳压器。
人们往往会产生一种误解，以为正弦波是最理想的一种供电波形。实际上，对于电力的生产和传输，的确如此，但对于计算机用户设备而言，却是大谬不然。正是正弦电压经过整流滤波后产生的各次谐波构成了对计算机现实和潜在的威胁，在整流电路之后接入滤波电路，目的就是为了去除上述各次谐波，这也充分说明，计算机用户设备真正需要的是正弦电压中的直流分量，而不是其中包含的各次谐波。直流UPS提供的直流电压，不包括任何谐波分量，对于计算机用户设备而言，是一种最理想的电源。
直流UPS家族有各种不同的电路拓扑，其中有代表性的是如下三种：
(1)无逆变器不间断电源UPSWI（UPS Without Inverter）是用电压补偿稳压器取代传统UPS中的逆变器，用以补偿整流滤波后的脉动直流电压，使输出直流电压保持恒定。一般电网在10%的范围内波动，所以，补偿稳压器是一个0.1U的功率变换器，图中的充电器是和输出电压一样的恒压电源，根据表1，4小时充电器是一个0.50U的功率变换器，而补偿稳压器又是一个0.1U的功率变换器，所以直流UPS所用的充电器是0.5×0.1=0.05U，加上整流滤波器（0.10U），无逆变器UPS是一个0.16U的不间断电源。
(2)无功耗不间断电源UPSWM（UPS With Minimum com-sumption），是在图2的电路拓扑中，去掉其中的两个电压补偿稳压器，就是无功耗UPS的原理框图，整流后的脉冲直流电压经过逻辑电路限定以后，直接输出到用户设备，同时对蓄电池进行充电。整机除整流滤波器（0.01U）外，没有任何功率变换器，无功耗UPS是一个0.01U的UPS。
(3)无变换器不间断电源UPSWC（UPS Winthout Converter），顾名思义，其中没有任何功率变换器，当市电正常时，市电经过逻辑电路限定以后，直接进入用户设备，同时，对蓄电流进行充电。当市电中断时，蓄电池的直流电压直接进入用户设备。除静态开关外，其中不包括任何功率器件，用全功率变换器概念来理解，无变换器UPS是一个0.00U的UPS。
直流UPS不包括逆变器，对用户设备实现了直流供电，所以有如下优点：
(1)无功率变换环节，效率高，节能显著，是一种真正意义上的节能产品。
(2)体积小、重量轻、节约资源，是一种真正意义上的环保产品。
(3)对用户设备无谐波干扰，对网侧亦无谐波污染，是一种真正意义上的绿色不间断电源。
(4)电路简单，故障率低，达到寿命期内无故障，是一种真正意义上的不间断电源和数据的保护神。
(5)设计简单、制造容易、成本低、利润空间大，是一种高附加值产品。
6对直流不间断电源的三种误解
(1)第一种误解是：UPSWI对用户设备实行直流供电，不能带感性负载，因此在应用上有局限性。
UPSWI较之于传统UPS在成本、体积、重量、功耗上具有明显的优势：又节能、又环保、附加值又高，对用户设备干扰小，免除了交流供电的诸多弊端。UPSWI不能带感性负载，确实“在应用上有局限性”，但从历史的角度可以预言，这个局限性一点也不会影响UPSWI的推广应用。
小功率、离线式的传统UPS输出的是方波电压，同样也不能带感性负载，却鲜有人提出“在应用上有局限性”的问题。由此可见，人们都非常自然地对新生事物采取了一种近似苛求的严格态度。
配备UPS实际上是一种高消费，只有在与信息相关的领域，UPS才获得广泛应用。说到底，UPS的消费对象几乎只有计算机及其外设。诚然，UPSWI输出的是直流电压，不能带交流电机、变压器之类的设备，但传统UPS虽然能带这样的设备，实际上也并没有带。因此，UPSWI与传统UPS在外部特征上仍然是等价的。如果在某一个特定的场合，非要带感性负载不可，当然可以去采购传统UPS。
完全可以设想，到了那时，传统UPS因产量极少，相对于UPSWI价格更高，采用感性负载的用户设备，一定会适应市场，作出明智的选择。因为在与信息相关的领域，所有需要交流供电的设备，没有哪一种不可以用DC-DC变换来取代：交流电机可用直流电机取代，普通空调可用变频空调取代，日光灯可用节能灯取代，线性电源可用开关电源取代，这里的“取代”意味着进步、发展和效率，而不是相反，剩下来的只是一个市场适应和磨合的过程。
只要我们不守旧，感性负载并不是非要不可，因此UPSWI可以完全取代传统UPS，付出的“代价”将是获得进步、发展和效率，我们何乐不为？因此，从这个意上讲，UPSWI在应用上并没有局限性。
前已述及，传统UPS的输出功率因数是0.8左右，只适合电容性负载，并不适合纯电阻负载和电感性负载，要带这两种负载，必须要有很大的功率富余量才能。直流UPS输出的是直流功率，10kW的直流UPS，就能带10kW的纯电阻负载和电容性负载，这是传统UPS绝对办不到的。UPS自打娘始出来就带计算机及其外设，其本职工作，就是要保证用户设备没有毫秒级的电源中断，这才被称之为数据的守护神。早期的计算机及其外设，采用线性稳压电源，线性稳压电源包括了工频变压器，但在开关电源广泛使用的今天，传统UPS早就不带工频变压器了，现在却要求直流不间断电源带那些连传统UPS也早就不带的感性负载，真有点像是“秀才遇到兵，有理说不清”了。
(2)第二种误解是：UPSWM输出的电压不恒定，是一个在区间范围内变化的直流电压，对用户设备的稳定运行有影响。
UPSWM免除了传统UPS的逆变器，也免除了UPSWI的电压补偿稳压器，即完全免除了功率变换器，相当于去掉了传统UPS的心脏。整流滤波后的脉动直流电压，或蓄电池输出的单边下降直流电压，经过逻辑控制电路限定以后，直接进入用户设备。的确，UPSWM的输出电压是一个在设定区间范围内变化的直流电压。
传统UPS输出的电压虽然是恒定的220VAC，这个电压进入用户设备、经过整流滤波以后，变成308VDC，这只是在用户设备的整流滤波器无负载、或负载很小的情况下才成立，在额定负载的时侯，这个电压会变成240VDC或更低。这就意味着：尽管传统UPS输出的是恒定的220VAC，但作为UPS负载的用户设备，最终得到的直流电压仍然在240-380VDC之间变化。众所周知，用户设备都采用开关电源，并不要求恒定的供电电压。因此，上述电压的变化对用户设备的稳定运行没有影响。
同样道理，UPSWM输出的直流电压在预先设定的范围内变化，经过用户设备的整流滤波器以后，仍然在这个范围内变化，这种变化和传统UPS因用户设备内部负载变化而引起的整流电压变化是完全相当的。由此可以得出结论：尽管UPSWM的输出电压是一个在设定区间范围内变化的电压，但对用户设备的稳定运行并没有影响。
UPS的使命仅仅在于：当市电中断、用户设备中的直流电压下降到额定值的75%之前（一般为10毫秒左右）及时切换到蓄电池供电，确保输出电压不中断；当市电电压超出正常范围（过低或过高）时，使输出电压保持在正常范围之内。因此，使输出电压保持在正常范围之内是UPS的必要特征，而使输出电压保持恒定则是一个多余的特征。
既然直流供电明显优于交流，进行功率变换已是多此一举；既然计算机及其外设在市电正常波动范围内稳定可靠地工作，保持UPS输出电压恒定就大可不必。功率变换器在制造过程中浪费了99%的资源，在运行过程中浪费了99%的能源，显然，它在UPS中是一个多余的部件。我们的地球资源有限，能源短缺，用不着为了一个并不必要的特征而继续多耗费99%的资源和能源。
(3)第三种误解是：使用不间断电源的地方，都是要求绝对安全、绝对可靠的要害部门的关键设备，既然已经使用了UPS，怎么还能直接用市电或蓄电池的直流电压供电？这既不安全，又不可靠。
我们知道，电子设备都有可能出现故障，UPS也不例外。所以在线式UPS都有旁路开关，以备不时之需。当UPS自身发生故障时，旁路开关会自动切换到市电供电，时间从几分钟到几个小时，甚至几天不等。既然传统UPS可以在故障时直接输出市电，说明市电对用户设备时充分安全、充分可靠的（此时暂不考虑市电突然停电）。因此，无变换器UPS直接输出市电也是充分安全、充分可靠的。
既然用户设备都是高稳定、高可靠的开关稳压电源，UPS的输出电压是交流还是直流，对用户设备来说，并无区别，UPS的输出电压是恒定的还是非恒定的，对用户设备来说，同样也无区别。这就充分说明，把蓄电池的直流电压逆变成交流电压，对用户设备而言，完全是多此一举。因此，无变换器UPS直接输出蓄电池的直流电压也是充分安全、充分可靠的。
其实，在传统UPS自身故障时，直接输出市电提供给用户设备，在从几分钟到几个小时，甚至几天的期间内，市电随时都会中断，显然，传统UPS在此期间，相对用户设备来说，并不是充分安全、充分可靠的，而无变换器UPS则无此弊端，因为无变换器UPS一直以市电供电，只要市电一停，蓄电池以零毫秒的速度接入。两相比较，直接以市电和蓄电池的直流电压供电的无变换器UPS，实际上比以交流供电的传统UPS更安全，更可靠。
也许有人会问，既然电子设备都有可能出现故障，无变换器UPS就不出故障吗？讨论至此，对上述问题，其实大家心中早就已经有了答案：无变换器UPS去掉了传统UPS中的五个功率变换器，元器件和零部件都减至最少，故障率自然就低，同时在无变换器UPS中，不包括任何功率器件，其平均无故障时间自然就成倍增长。等到无变换器UPS出现故障的时侯，早就超出其寿命期了。
7几点说明
7.1关于寿命期内无故障
平均无故障时间（MTBF）是衡量系统安全性和可靠性的硬指标，每个零部件的故障，都意味着整个系统的故障，系统的平均无故障时间，和组成系统的零部件密切相关，数量上等于组成系统各零部件平均无故障时间的串联值。MTBF的倒数是故障率G，系统的故障率，数量上等于组成系统各零部件单个故障率的总和，求出了系统的故障率，其倒数就是平均无故障时间。表2是梅兰日兰提供的UPS系统可靠性的统计数据。
传统UPS变得越来越复杂，其中所包含的零部件也越来越多，其平均无故障时间也就变得越来越少。系统越复杂，人员操作失误也越多，更增加了系统的故障率。如果传统UPS仅由整流器、蓄电池、逆变器三部分组成，根据表2所列数据，其平均无故障时间可计算如下：
G＝Gr＋Gb＋Gi＝12.50＋8.33＋20.00＝40.83(μ)
MTBF＝1/G＝1/40.83＝24492(h)
计算结果表明，这种电路拓扑的传统UPS，其平均无故障时间不到三年。一般说来，传统UPS除包括上述三种部件外，还包括许多其他的零部件，如果考虑到这些零部件的故障率对整机故障率的影响，则总的平均无故障时间更少。
UPS本身的故障率越高，就意味着旁路运行、直接输出市电的几率越大。当故障发生、UPS旁路运行时，用户设备完全暴露在市电之下，没有任何屏障保护，根据表2所列数据，这时的故障率是：
G＝Gr＋Gb＋Gi＋GS1
＝12.50＋8.33＋20.00＋20000
＝20040.83(μ)＝0.02
上式表明，完全暴露在市电之下的用户设备，其故障率高达百分之二。
任何实时运行的系统，对这样的UPS都是不可接受的。为了保证整个实时系统的安全可靠，都不得不采用冗余电源配置。实践证明，就算是这样的冗余电源配置，电源故障依然是时有发生。冗余电源配置，浪费了一倍的能源、资料和人力，说明了UPS的无奈和悲哀，同时也说明了用户对UPS的不信任。
和传统UPS正相反的是，直流UPS的零部件变得越来越少，最后只剩下静态开关。根据表2所列数据，静态开关的平均无故障时间是500000小时，无变换器UPS由2个静态开关组成，平均无故障时间是250000小时，合28年多，远大于不间断电源8-10年的设计寿命。如果一个系统在28年的时间内不发生任何故障，那这个系统当然是既安全、又可靠。直流UPS不发生故障，用户设备就不会直接暴露在市电之下。当直流UPS出现故障的时候，早就超过了寿命期，所以，直流UPS真正实现了寿命期内无故障。
无变换器UPS的故障率为：
G＝1/MTBF＝1/250000＝0.000004
上式表明，直流UPS的故障率只有百万分之四。由统计学规律可知，这种小概率事件，实际上就是不可能事件，所以，从故障率的角度分析，直流UPS在寿命期内不可能发生故障。直流UPS之所以有如此之低的故障率，是因为电路拓朴简单到不能再简单，所用零件少到不能再少，这正如谚语所说，“愈简单的东西愈好”。无变换器UPS仅由静态开关组成，而静态开关由可控硅组成，可控硅能耐受十几倍的大电流冲击，例如常用可控硅S8065，反向电压800V，额定电流65A，冲击电流可达950A，仅由这样的器件构成的系统，当然用不着各种常规保护，也用不着开机自检，直流UPS强大到足以和市电电网相比，其保护措施也只用一只保险管足够。
UPS是数据的保护神，只有在UPS发展到直流不间断电源的今天，才真正当之无愧。
7.2关于功率因数校正
无变换器UPS整机无容性器件，本身对网侧无干扰，其输入功率因数为1，总谐波畸变THD为零。当然这一特点与所接负载有关，即如果UPSWC的用户设备本身不对电网产生干扰，UPSWC也不对网侧产生干扰，如果用户设备本身产生干扰，则这种干扰会通过UPSWC反映到网侧。有人可能会认为，既然用户设备有干扰还是会反映到网侧，那无变换器UPS“其输入功率因数为1，总谐波畸变THD为零”的这种特性就没有任何际意义。
实际上却完全不是这么一回事：限制DC-DC电路输入特性的国际标准，例如IEC-555-2，EN60555-2等已经颁布或已经实施，当这些标准强制执行的时候，所有接入电网的用电设备都必须进行功率因数校正，即所有用电设备对网侧都没有干扰，或者其干扰都减至最小。既然负载没有干扰产生，只要UPS自身不对网侧产生干扰就行，则无变换器UPS的这种特性就具有非常现实的意义：UPS本身不用增加功率因数校正器，就可以完全满足IEC-555-2，EN60555-2等国际标准。
传统UPS的输入特性与负载无关，如果UPS没有进行功率因数校正，其功率因数一般为0.6左右，THD为95%以上，就算负载的功率因数是1，THD是零，也无济于事，反映到网侧的输入特性仍然是不带功率因数校正的UPS的特性，要想满足IEC-555-2，EN60555-2等国际标准，传统UPS就必须另加功率因数校正器。
我国新近颁布的YD/T1095-2000行业标准，其中表1电气性能中的第2、3款中的2项指标对UPS的输入特性作了明确的规范，输入功率因数大于0.95，网侧3-39次总的谐波畸变THD小于5%，这对净化电网是完全必要的。但在5.2、5.3的试验方法中，却规定测试的负载是非线性的容性负载。应用这种负载的试验方法，区分不了UPS的这两种输入特性，考虑欠妥。
7.3关于功率变换器
传统UPS中的市电，先要进行DC-DC整流变换，然后进行DC-DC有源功率校正，最后还要进行DC-AC逆变变换；传统UPS中的蓄电池，先要进行DC-DC升压变换，再进行DC-AC逆变变换，还要进行DC-DC降压变换，以对低电压蓄电池充电。一般小功率DC-DC变换的效率不大于85%，现以平均90%计算，交流电的总效率为：90×90×90=72.9（%），蓄电池的总效率为：90×90=81%，如果可以选择的话，谁也不会愿意进行这么多的功率变换，因为没有理由一定要把电能毫无意义地变来变去。无变换UPS中的交流电压，不经过任何功率变换，直接输出到用户设备，效率就是100%。蓄电池的直流电压，也是不经过任何功率变换，直接输出到用户设备，其效率也是100%。当论及无变换器UPS的技术背景时，不得不提及传统UPS的工作模式，相对于无变换器UPS的简捷、明快与效率，显然，传统UPS的确是在那儿把电能七变八变，或者来来回回瞎变，把电能越变越小，绝对不会越变越多。
无变换器UPS，实际上就是整个儿去掉传统在线式UPS中的离线式UPS，常规意义上的UPS在无变换器UPS中已经不复存在。完全去掉了UPS中的所有功率变换器，也就是去掉了UPS本身，只剩下用以构成在线式UPS的静态开关，而用户设备的供电照样不间断，各项性能是只好不坏。相对于无变换器UPS的这一特点，传统UPS中功率变换器的存在，千真万确是对资源、能源和人才的最大浪费。
前已述及，传统UPS经过几十年的发展，各项指标都有质的飞跃，系列直流不间断电源只是免去传统UPS中多余和过时的功率变换器，而对其他所有成熟部分，都完全继承和保留，因而继续和保留了传统UPS的所有精华。
7.4关于不间断电源的产品样机
无逆变器不间断电源UPS，专利号：ZL97241194，授权公告日：1999年4月29日。于2002年12月与深圳市华达电子有限公司签订独占转让合同，到目前为止，样机基本完成。为了适应市场，这款样机包括有源功率因数校正器，实测PFC接近100%，10kW以下产品，外形尺寸300×280×110，重量6kg。
无功耗不间断电源，专利号：ZL00114301，授权公告日：2003年5月28日。于2002年5月，与美国TRI-MAG公司签订了普通许可合同，产品样机由TRI-MAG公司制作，样机已完成，正在进行各项国际认证。10kW以下的产品，实验室样机外形尺寸160×120×80，重量0.7kg。
无变换的不间断电源，专利号：ZL0112845，授权公告日：2004年9月8日。5kW实验室样机，外形尺寸90×70×35，重量0.1kg。
直流不间断电源家族除了上述三种以外，还有如下机型：
(1)内置式微机不间断电源，专利号：ZL00131233，授权公告日：2004年12月11日。
(2)PUA微机电源，专利号：ZL01133685，授权公告日：2004年3月3日。
(3)直流不间断电源，专利号：ZL01128446，授权公告日：2004年12月8日。
(4)交直流不间断电源，专利号：ZL00121367，授权公告日：2004年9月22日。
(5)上述各款直流不间断电源，都只包括0.2U以下的功率变换器，性能与前述三种相近，只不过应用领域不同，电路拓朴略有不同而已。上述七种样机都已准备妥当，计划通过国家权威部门检测以后，将在今秋十月高交会首次亮相。
8结语
传统UPS的用户设备（计算机及其外设），在市电的入口处都有一个整流桥，交流电压通过整流桥，变成直流电压，而直流电压通过这个整流桥，当然还是直流。因此，直流不间断电源输出的直流电压可以从原来的交流入口处直接进入用户设备，不必对原设备进行任何改动。因此，对只能交流供电的用户设备实现直流供电，是UPS的一个突破，于是产生了无逆变器不间断电源。
用户设备都采用了高可靠、高效率的开关电源，其输入电压的范围比传统UPS的输入电压范围还要宽得多，是交流电压还是直流电压，电压是恒定的还是非恒定的，对开关电源来说，完全无关紧要，传统UPS企图为开关电源保护输入电压的恒定，其实是画蛇添足和不自量力。因此，不再保持用户设备输入电源的恒定，是UPS的又一突破，于是产生了无功耗不间断电源。
传统UPS在自身故障时，用旁路开关切换到市电供电，说明市电对用户设备是充分安全、可靠的。对高可靠、高效率的开关电源来说，只要不停电，市电本来就是既安全又可靠的，UPS的任务仅仅只是在市电中断时，确保用户设备的供电不中断。因此，让市电直流接入用户设备，是UPS的第三个突破，于是产生了无变换器不间断电源。
如果用全功率的概念进行分析，传统UPS都包括了约2U的功率变换器，而直流UPS只包括0.2U以下的功率变换器，或者不包括任何功率变换器，两者之间有一个数量级的差别。直流供电对计算机及其外设没有任何谐波干扰，安全、可靠、无干扰、寿命长，同时，本身对网侧亦无干扰，功率因数为1，而THD为零，成本、体积、重量、功耗都减少了一个或几个数量级，既节能，又环保，是一种真正意义上的绿色不间断电源，达到了UPS业界为之长期追求和奋斗的目标。由于系统直流不间断电源具有无与伦比的优越性，随着这些优越性越来越多地为UPS业界所认同，在全世界范围内取代流行已久的传统不间断电源，已是指日可待。
参考文献（略）
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