在線式與後備式UPS有何分別?
市面上的不斷電系統(UPS)主要分為後備式(Offline/Standby)、在線互動式(Line-Interactive)與在線雙轉換式(Online Double-Conversion)三種拓撲,三者在切換時間、電源保護等級與售價上有明顯分別。本頁逐一講解三種拓撲的運作原理,並提供對比表與選型建議,助工程項目與商戶選對UPS類型。
為何UPS要分成三種拓撲
不斷電系統的核心任務,是在市電中斷或異常時,以電池儲存的能量維持對負載的供電,爭取時間讓設備安全關機或由後備發電機接手供電。但市電除了完全斷電之外,還會出現電壓驟升、電壓驟降、雜訊、頻率不穩與諧波失真等問題,不同拓撲的UPS對這些問題的處理能力並不相同,成本與售價亦因此有頗大差距。
國際上把現代UPS大致分為三個類別:後備式、在線互動式與在線雙轉換式。三者的分別主要在於逆變器(inverter)是否長期在線運作,以及是否具備自動調壓功能。理解這三種拓撲的分別,是為香港商廈、舖面與機房選對UPS的第一步,選錯類型輕則浪費預算,重則在關鍵時刻無法提供足夠保護。
後備式(Offline/Standby)UPS
後備式UPS結構最簡單,平時負載直接由市電供電,UPS只負責監測電壓。當輸入電壓跌穿或超出預設範圍,UPS才啟動內部逆變器,以機械式開關把負載切換至電池逆變輸出。這個切換過程需要時間偵測市電異常,切換時間可達數毫秒至約25毫秒不等,視乎機款的偵測速度而定。對於一般個人電腦或普通辦公設備,這個短暫空窗通常不會造成明顯影響,但對電源要求敏感的設備而言則未必足夠。
後備式UPS的典型保護時間約為5至20分鐘,容量擴充選項有限,多數型號不支援外接電池組。優點是結構簡單、售價低廉、體積細小,是最普及的入門級UPS類型,常見於家用電腦、小型辦公室文儀設備等對電源質素要求不高的場合。
在線互動式(Line-Interactive)UPS
在線互動式UPS的運作原理與後備式相近,但額外加入多抽頭自動變壓器(autotransformer)。當市電電壓輕微偏高或偏低時,UPS毋須動用電池,只需自動切換變壓器抽頭增減輸出電壓,即可持續容忍一定範圍內的欠壓與過壓,一般涵蓋約90V至140V(以120V系統為例)的輸入範圍,超出此範圍才切換至電池供電。由於這個機制只涉及抽頭切換,並不會消耗有限的電池儲備,因此在線互動式UPS特別適合電壓波動頻密但不常完全斷電的環境。
在線互動式UPS的典型保護時間約為5至30分鐘,部分型號支援外接電池組以延長後備時間至數小時。這類UPS因為善用了原本已有的變壓器元件,即使是入門機款亦普遍配備自動調壓功能,是目前市場上性價比最高、應用最廣泛的UPS類型,常見於中小企伺服器、網絡設備、舖面POS收銀系統。
在線雙轉換式(Online Double-Conversion)UPS
在線雙轉換式UPS的電池全程掛接在直流環節:市電輸入先經整流器轉換為直流電,再由逆變器把直流轉換回交流輸出,因此稱為「雙轉換」。由於逆變器長期在線運作,輸出電力與市電之間並無直接電氣連接,市電發生任何異常時,整流器只需簡單退出電路,電池即接手維持穩定輸出,理論上沒有切換空窗,業界因此形容這種隔離效果為「電氣防火牆」。
這種拓撲能同時處理電壓波動、雜訊、諧波失真與頻率不穩等各種電源問題,是三者中保護等級最高的類型,過去主要用於10kW以上的大型機房設備,隨著技術進步,現時500W以下的小型在線雙轉換式UPS亦已普及為消費級產品。其缺點是整流與逆變電路長時間全負載運作,發熱量與耗電量均高於另外兩種拓撲,售價亦相對較高,多數型號採用模組化設計,支援外接電池櫃或並機擴容。