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数据中心机房的UPS电源选型

作者：张小霞

来源：《电子世界》2011年第23期

【摘要】本文介绍数据中心常用的几种UPS电源系统的拓扑结构和工作原理，同时分析

UPS设计方面的重大差异，这也为数据中心不同应用目标提供了理论上和实际应用方面的依

据。

【关键词】UPS；拓扑结构；数据中心

引言1.

随着网络技术发展的日新月异，不同类型的UPS系统相继出现，其特性也千差万别。UPS

系统作为数据中心的电源保障，无疑对数据安全起着至关重要的作用。通常，人们普遍熟知的

只有后备式UPS和在线式UPS两种类型。对其它类型的UPS相知甚少。

数据中心2.部署UPS的必要性

2.1UPS的概念

UPS（UninterruptiblePowerSupply），不断电电源供应器，它可以保障计算机系统在停电

之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，不致因停电而影响工作或丢失数据。构成网络

的数据中心机房的供电可靠性已经成为关键，而机房的可靠供电又是重中之重，UPS就是为了

解决不间断供电而设置的。UPS的三大基本功能：稳压、滤波和不可间断。在市电供电时，它

是稳压器和滤波器的作用，以消除或削弱市电的干扰，保证设备正常的工作[1]。

断2.2电对数据中心设备的危害

可能由于闪电原因导致当地的变压器出现故障，或者市电的电网供电中断，这时必须采取

某些措施来保护数据中心的计算机系统以及存储在计算机中的数据，以防止它们受到硬关机的

损害，或者由于骤然断电导致硬盘的损伤。在发生长时间断电时，造成数据出错的一个可能的

原因是应用程序或操作系统在处理数据时被异常中止。这不仅会给动态应用程序数据、文档或

者关键的文件系统结构（如文件分配表）造成影响。而当电力恢复时，由于操作系统或应用程

序会试图重建出错的表或执行其他恢复操作，直接导致系统的“恢复时间”延长。

3.UPS电源系统的类型及其拓扑结构

后备式3.1UPS

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个人计算机系统通常采用后备式UPS。

这种类型的UPS电源系统，电池到交流电源的转换开关设置为选择滤波后的交流输入作

为主电源，一旦主电源出现故障，就会切换到电池/逆变器作为备用电源。一旦发生这种情

况，转换开关必须进行操作，将负载切换到电池/逆变器备用电源上。逆变器只在电源出现故

障时才启动，因此称作“后备式”。

这种设计的主要优点是效率高、尺寸小和成本低。如果采用适宜的滤波电路和浪涌保护电

路，这些系统还可以提供适当的噪声过滤和浪涌抑制功能。

在线互动式3.2UPS

小型企业、网站、部门服务器大多采用线互动式UPS。

这种类型的UPS电源系统，电池到交流电源的转换器（逆变器）始终连接到UPS的输出

端。如果在输入交流电源正常时反向操作逆变器，就会给电池充电。一旦输入电源出现故障，

转换开关就会打开，并通过电池向UPS输出端供电[2]。

与后备式UPS拓扑结构相比，由于逆变器始终打开且与输出端保持连接，这种设计进一

步增强了滤波效果，并降低了转换瞬态过电压。

后备式3.3-铁磁共振式UPS

在先前，功率范围3-15kVA的应用领域中，后备式-铁磁共振式UPS使用最广泛的，但现

在已不在普片使用。

这种后备式-铁磁共振式UPS设计依赖于一个特殊的饱和变压器，该变压器具有三个线圈

（电源连接）。主电源路径通过交流输入电源、转换开关和变压器，最后连接输出端。当电源

出现故障时，转换开关将打开，逆变器输出将向负载供电。

后备式-铁磁共振式UPS系统不再普遍使用，主要原因是在承载现代计算机电源负载时，

这种系统很不稳定。所有大型服务器和路由器均使用“功率因数校正”电源，这类电源从市电中

只获取正弦电流（非常类似于白炽灯泡）。获取这种平稳电流是通过电容器（“获得”适用电压

的设备）实现的，铁磁共振UPS系统采用重型的铁芯变压器，这些变压器具有电感式特性，

即电流“滞后于”电压[3]。这两种装置组合起来就形成了“储能”电路。储能电路中的共振可能会

产生高电流，而这种电流会危及所连接的负载的安全。