??UPS為Uninterruptible Power Supply首字母縮寫。中文全稱為不間斷電源，它是一種內(nèi)部含有儲(chǔ)能裝置（通常是蓄電池），以逆變器為主要組成部分，能為負(fù)載提供持續(xù)、穩(wěn)定、不受任何外部電源的中斷干擾的電力電子設(shè)備。一般分在線式和后備式，在銀行、數(shù)據(jù)中心，電信、國(guó)防等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。

UPS的核心價(jià)值在于預(yù)防和解決電網(wǎng)中存在的各種顯性、隱性電力問題，確保連接到其上的關(guān)鍵設(shè)備（如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、醫(yī)療儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)等）永不掉電，并能獲得高質(zhì)量的電能。

主要預(yù)防、解決的電力問題包括：??

完全斷電：各種原因的電網(wǎng)徹底中斷，失去了電力來源；

1. 電壓驟降/驟升：電壓瞬間大幅降低或升高，這很可能導(dǎo)致設(shè)備重啟或損壞；
2. 電壓浪涌：電壓瞬間且短時(shí)高峰，這可能損壞設(shè)備，或者導(dǎo)致設(shè)備異常動(dòng)作；
3. 頻率波動(dòng)：電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定；
4. 諧波失真：電流/電壓波形畸變，這些畸變的諧波會(huì)引起設(shè)備溫升異常，從而進(jìn)一步影響設(shè)備效率和使用壽命；
5. 電噪聲：架空輸電線路上因?yàn)榉N種原因帶來的電噪聲會(huì)迭加到電源上，引發(fā)高頻干擾，最后傳導(dǎo)到后端電子設(shè)備的CPU /GPU/DSP/FPGA等邏輯器件，這些器件對(duì)噪音很敏感，容忍度低，干擾會(huì)引發(fā)程序混亂，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，使得所有的計(jì)算結(jié)果都不可信。

UPS電源的主要類型：

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根據(jù)工作原理和性能，UPS主要分為以下三類：

后備式UPS：??

• 工作原理：正常情況下，市電直接通過旁路為設(shè)備供電，同時(shí)為電池浮充。當(dāng)市電異常時(shí)，切換為電池逆變供電。這種拓譜存在數(shù)毫秒的切換時(shí)間，優(yōu)秀的電路，可以保證到2ms的切換時(shí)間；
• 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高，但輸出電源質(zhì)量一般。適用于個(gè)人電腦、普通外設(shè)等對(duì)電力要求不高的場(chǎng)景.

在線互動(dòng)式UPS：??

• 工作原理：比后備式多了一個(gè)自動(dòng)穩(wěn)壓器（AVR），能自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入電壓，減少電池使用次數(shù)。切換時(shí)間比后備式更短。
• 特點(diǎn)：具備一定的穩(wěn)壓功能，保護(hù)能力更強(qiáng)。常用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、小型服務(wù)器等。

雙變換在線式UPS：

• 工作原理：市電進(jìn)入設(shè)備后，先被整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電，這個(gè)直流電同時(shí)用于給電池充電和傳送給逆變器，逆變器再將直流電轉(zhuǎn)換為純凈、穩(wěn)定的交流電輸出。雙變換在線式UPS的優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)論市電是否正常，負(fù)載始終由自身的逆變器供電，實(shí)現(xiàn)了“零切換時(shí)間”。
• 特點(diǎn)：提供最高級(jí)別的保護(hù)，能獲得很穩(wěn)定輸出電源，是數(shù)據(jù)中心、關(guān)鍵醫(yī)療和工業(yè)設(shè)備等的主流選擇。

UPS電源中電流電壓傳感器的應(yīng)用??

電流與電壓傳感器是系統(tǒng)的“感官神經(jīng)”??

在現(xiàn)代化的UPS電源系統(tǒng)中，電流和電壓傳感器扮演著至關(guān)重要的角色，是系統(tǒng)的“感官神經(jīng)”。它們?nèi)缤祟惖摹把劬Α焙汀岸洹?，?shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)著電壓波動(dòng)、電流流動(dòng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，是保障UPS高效、安全、可靠運(yùn)行的核心元件。

一、 應(yīng)用位置與核心功能??

根據(jù)產(chǎn)品的定位和設(shè)計(jì)者的需求，電流和電壓傳感器被布置在UPS的如下幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上：

1.?總電源輸入端監(jiān)測(cè)：??

功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電電源輸入的電壓和電流值。

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作用：

• 判斷市電狀態(tài)：檢測(cè)市電是否存在、電壓的波動(dòng)是否在允許范圍內(nèi)，這是決定后備式UPS是否需要進(jìn)行電池逆變供電的首要依據(jù)；
• 浪涌與故障保護(hù)：檢測(cè)到輸入浪涌或過大電流時(shí)，觸發(fā)保護(hù)電路，防止損壞內(nèi)部元件；
• 計(jì)算輸入功率：為系統(tǒng)效率計(jì)算和負(fù)載管理提供數(shù)據(jù)。

在輸入端，通?？梢赃x擇VN1V-1M系列的電壓傳感器用于檢測(cè)市電電壓輸入，該器件放置在電源濾波器(如果有的話)的后端。緊跟著電壓傳感器VN1V-1M器件的后面，通?？梢赃x擇AN1V或者AN3V的電流傳感器，用于檢測(cè)總輸入電流。這兩個(gè)器件的輸出信號(hào)，直接連到MCU/CPU/GPU/DSP/FPGA…，用于進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。最后計(jì)算出總輸入功率。

當(dāng)然，出于采購(gòu)便利的考慮，電壓傳感器也可以選用VN2A 25 P00。該款器件，兼容很多其它廠家的產(chǎn)品，例如LV25-P等等；

相比較于VN1V-1M，VN2A系列的器件，器件自身及其外圍的檢測(cè)電阻，功耗要高出數(shù)倍，帶來了更高的發(fā)熱量。

2.設(shè)備輸出端監(jiān)測(cè)：??

??功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)逆變器輸出給負(fù)載的電壓和電流；

??作用：??

??穩(wěn)壓控制：將輸出電壓反饋給控制芯片，通過閉環(huán)控制算法（如PID），實(shí)時(shí)調(diào)整逆變器的PWM控制，確保輸出電壓穩(wěn)定在220V/50Hz，無(wú)論負(fù)載如何變化。這是保證??輸出電源質(zhì)量??的關(guān)鍵。

??過載與短路保護(hù)：持續(xù)監(jiān)測(cè)輸出電流，一旦超過設(shè)定閾值，立即觸發(fā)告警或切換至旁路，保護(hù)逆變器的功率器件不被燒毀。

??負(fù)載率計(jì)算：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前負(fù)載占UPS容量的百分比，為用戶擴(kuò)容和維護(hù)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

此處，同與電源輸入一樣，選用VN1V-1M/AN1V/AN3V這幾種器件即可。另外，因工頻50Hz的一個(gè)周期是20ms，屬于慢速器件，所以，對(duì)于器件的響應(yīng)時(shí)間，沒有嚴(yán)格的限制，響應(yīng)時(shí)間是1μs還是5μs，對(duì)于后端的數(shù)據(jù)處理影響甚微；

3.?電池監(jiān)測(cè)：??

??功能：監(jiān)測(cè)電池組的充、放電電流與電壓。

??作用：??

??智能充放電管理：精確控制充電電流（恒流/恒壓充電），避免過充而縮短電池壽命。放電時(shí)，根據(jù)電流和電壓精確計(jì)算剩余電量（SOC）和后備時(shí)間。

??電池健康診斷：通過監(jiān)測(cè)充放電過程中的電壓電流變化，可以判斷電池老化程度和內(nèi)阻變化，提前預(yù)警電池故障。

UPS電源里通常是12/24V或者是48V的電池組，對(duì)電池電壓的精確管控，專用IC會(huì)更合適，例如G3JY專用IC等。這里不可不提的是如何對(duì)電池電流的檢測(cè)。此處，建議是選擇從電池引一個(gè)合適尺寸的電纜線，穿過霍爾電流傳感器的方式，而不要是焊接在PCB板上的方式。甚至是電池的輸出電流只有20A也可以考慮此方法。長(zhǎng)時(shí)間的大電流走PCB的銅箔，不是一個(gè)好的方法。

此處可以考慮AR8V 63A/100A檔的器件，該器件，焊接PCB板固定，中心的穿孔用于原邊電流輸入。該器件在做了校零處理后，器件的精度，相對(duì)誤差可以到0.3%左右；

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二、 電壓電流傳感器對(duì)系統(tǒng)性能的提升??

1.?高精度與高可靠性：??

霍爾電流、電壓傳感器具有線性度高、低溫漂和快速響應(yīng)時(shí)間（<1μs），確保了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使得UPS的控制和保護(hù)動(dòng)作更加及時(shí)和精確。

2.?電氣隔離：??

傳感器實(shí)現(xiàn)了主回路（強(qiáng)電）與控制回路（弱電）之間的電氣隔離，保證了控制系統(tǒng)的安全，抗干擾能力強(qiáng)。

3.?智能化與數(shù)字化：??

傳感器輸出的模擬或數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)的直接送入微處理器（MCU/DSP），使得UPS的主控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的算法控制，這就實(shí)現(xiàn)了故障預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄和網(wǎng)絡(luò)通信等智能化功能。

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結(jié)論??

可以認(rèn)為，沒有電流和電壓傳感器，UPS就只是一個(gè)“盲目的”電源轉(zhuǎn)換設(shè)備。正是通過這些無(wú)處不在的傳感器，UPS系統(tǒng)才能實(shí)時(shí)感知內(nèi)外部電能的細(xì)微變化，并做出智能決策，從而忠實(shí)地履行其“不間斷供電”和“電源凈化”的使命，成為關(guān)鍵設(shè)備賴以信任的電力守護(hù)神。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，這些傳感器數(shù)據(jù)將進(jìn)一步賦能UPS，使其向著提高預(yù)測(cè)性維護(hù)、更高效節(jié)能的智慧能源管理系統(tǒng)演進(jìn)。