UPS电路详解：不间断电源完整指南

据Statista统计，2019年有十个国家并列电力供应质量最高。但即使在顶级电网基础设施国家，备用电源仍必不可少。维护或设备损坏仍可能导致停电。这就是不间断电源(UPS)电路和设备的用武之地，就像应急照明电路一样。本指南将探讨UPS电路是什么及其益处。

什么是UPS，它如何工作？

UPS是提供无缝、不间断备用电力的电气设备。市电中断或输入电源中断瞬间，UPS即刻启动。因此UPS配合个人电脑非常实用。本质上，UPS赋予台式机笔记本电脑般的优势：防止数据丢失和PC损坏。

UPS在输出电力中断时立即启动，留出足够时间安全关闭设备。但通常仅作为短期临时使用，确保无数据丢失。组织也可用UPS维持设备运行直到备用发电机启动。UPS还提供防浪涌保护，抵御电压畸变和浪涌。因此组织必须将UPS方案纳入常规备份方案。

UPS内含多块电池。检测到掉电或电压跌落时，将负载切换至电池。并利用逆变器将直流电压转换为交流电压供输出设备使用。

UPS主要类型有哪些？

台面隔离的备用电源UPS电池

UPS设备和电路有多种系统和设计，但主要分三类。本节将讨论这些变体。

单变换系统

单变换系统是最简单、最常见的UPS电路，个人和组织广泛用于IT基础设施。市电经单变换UPS直接供电给设备。UPS监测输入电压，检测到扰动或交流输入低于需求时，从电池经逆变器取电，并断开交流输入防止反向馈电损坏设备。UPS维持应急供电至电池耗尽或市电恢复正常。

单变换系统主要两类：

后备/离线UPS： 最标准的单变换UPS。设备直接从市电取电，UPS监测。发生浪涌或故障时，后备UPS机械切换至电池供电输出电压。切换时间近乎不可见，最长25毫秒。本质上提供基本浪涌保护和电池备份。

离线UPS电路

在线互动/在线UPS： 功能比离线UPS更细致。监测电力状况，设备无法汲取足够功率时调节电压，利用变压器升降市电确保敏感设备获得恒定电压。除变压器外还带可充电电池备份，防停电确保不间断电源。

在线互动UPS图

双变换系统

双变换UPS系统转换电流两次。先用输入整流器将交流输入转直流，再经输出逆变器转交流输出供设备。此过程确保设备获得洁净、可靠、不间断电力，对敏感设备至关重要。仅在接收市电交流输入时工作。若市电完全中断，UPS用内部电池供电直至市电恢复或电池耗尽。此类UPS电路配置通常仅为在线互动(在线)类型。

双变换UPS图

来源：Commons Wikimedia

多模式系统

此配置结合单变换和双变换系统特性并提供改进。正常情况下作为普通在线互动UPS运行。输入电压跌落或超出设定额定值时切换至双变换模式。若电力故障或超出双变换处理范围，则切换至电池模式。多模式系统提供最全面设备保护，但市电与电池切换时间可能较长，不过大多数情况下仍提供近乎瞬时保护。

三角/多变换UPS图

来源：Commons Wikimedia

如何制作自己的UPS电路？

带变压器的UPS电路

来源：Commons Wikimedia

电子爱好者无需购买UPS，可自制UPS和逆变器电路并自定义响应时间。本节展示制作方法：适合初学者的简单UPS电路。

元件清单

BD139 NPN中功率晶体管 100V 1.5A (Q1)
1K 0.5W电阻 ×2 (R1、R2)
1000µF 25V迷你径向电解电容 (C1)
100µF 25V迷你径向电解电容 (C2)
8.2V 0.5W稳压二极管 (ZD1)
1000V 1A 2引脚 DO-41二极管 1N4007 ×5 (D1-D5)
0.5A 10V变压器 (T1)
1.5V AA电池 ×5 (B1)
0.5A保险丝 (F1)

原理与步骤

如前所述，项目微小简单，无需制作PCB，无需焊接，可用面包板搭建。使用5节AA 1.5V电池可提供5V-7V备份。电路可用交流输入和电池两种电源，但交流输入需加适配器。电池串联接第五个1N4007二极管(D5)，将电池电压降至6.8V。交流输入配置用四个1N4007组成桥式整流器。交流输入串联开关和保险丝，再接变压器连接二极管桥。二极管桥输出串联1000µF电容(C1)和1k 0.5W电阻(R1)，连同晶体管接含100µF电容、稳压二极管、第二电阻的集成电路。此部分为充电电池供电。晶体管输出7V 500mA电流。

您可实验调整设计，增减元件简化。项目相当简单。以下几个简单UPS电路图可作为自制基础：