電子發燒友網報道（文/李甯遠）在如今的生活裡，我們對電力能源的依賴度是非常高的，若沒有電，很多日常生活都會受到影響。不間斷電源UPS就是為了應對這種情況出現的。UPS不間斷電源是将蓄電池與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路将直流電轉換成市電的系統設備。現在UPS不間斷電源已廣泛應用于各個行業以防止突然斷電。

根據Omida的市場報告，全球UPS市場規模在近幾年保持了逐步上升的穩健态勢，将以7%的CAGR持續保持增長，到2025年全球UPS出貨量将20億台，市場規模達到4.36億美元。市場需求旺盛的同時UPS整體的單價也呈下降的趨勢發展。

圖源：Omida

UPS小型化、高容量化、高效化發展

如果按照工作原理來分類UPS，那麼可以分成離線式、在線式（雙變換UPS）與在線互動式。離線式UPS雖然轉換時間較長（10ms左右），但由于結構簡單而且價格便宜，在一些電力要求不嚴苛的場景是性價比很高的選擇。在線互動式UPS類似離線式UPS，不過具有濾波功能，抗市電幹擾能力很強，适用于電力環境較惡劣的應用。在線式UPS複雜的結構下是非常完善的性能，轉換時間0ms。不過成本也是高出不少，通常應用在對電力要求苛刻的環境中。

如果按照輸出功率來分類，主要可以分為＜10kVA，10-100kVA以及＞100kVA三個級别。10-100kVA是目前模塊化UPS主要的輸出功率範圍，模塊化UPS是最近比較流行的一類産品，用戶可以通過其可拓展特性達到各種功率範圍的應用要求。

随着雲計算、大數據、5G應用的不斷發展的大環境下，現在的UPS正在往小型化、高容量化、高效化發展。首先是更高的功率，也就是現在模塊化UPS趨勢，拓展到＞100kVA的功率級别。再是0ms的切換時間，這種趨勢下在線式（雙變換UPS）技術路線是唯一選擇，同時對輸入電壓的調節能力以及散熱能力也越來越重要。高效化的指标最重要也最明确，現在的UPS效率達到98%以上，PF＞0.99。

在往小型化、高容量化、高效化的UPS發展趨勢下，設計人員面臨如何在性能、能效、成本、尺寸、控制難度之間權衡取舍的挑戰。

現代在線式UPS設計挑戰，引入SiC是否可行

在這種發展趨勢下，現代在線式UPS設計需要更高的性能以及可靠的栅極驅動器，并采用高效雙向拓撲的電池備用設計。還需要精确的電壓和電流感應并使用前端功率因數校正（PFC）在廣泛的負載條件下實現更低的總諧波失真THD。

雙向DC-DC換流器的在線式UPS，TI

為了提高效率，具有雙向功率流的雙向DC/DC換流器可将電池充電和備份操作傳統上所需的兩個DC/DC換流器組合在一起，降低整個系統的成本、組件數量和尺寸。在寬輸入電壓範圍内，使用電流饋電全橋級在放電模式下實現高效率。

碳化矽SiC的引入或許會變革性地優化UPS的設計。相比傳統的IGBT，碳化矽SiC反向恢複損耗低，正向導通電壓低，同時碳化矽SiC本身受溫度影響的很小，具有穩定的漏電流。而且由于材料帶來的更好的散熱，可以在更高的頻率下工作。

在UPS的應用中，碳化矽SiC的引入可以減少系統中的電感體積，還有EMI濾波器體積，當然最關鍵的還是散熱上能夠做得更小。就目前市場應用來說，UPS用SiC模塊現在還隻是集中在幾個國外的頭部UPS廠商裡應用，國産UPS廠商還沒有引入SiC模塊來設計。

UPS用全SiC/混合SiC模塊，onsemi

現代UPS的小型化、高容量化、高效化趨勢下，UPS設計需要在性能、能效、成本、尺寸、控制難度之間做權衡取舍。不管是從電池拓撲設計上還是從内部器件上考量，現代UPS設計需要在保證高效率的前提下盡可能縮小成本、減少尺寸。引入SiC模塊是一個可行的辦法，但隻有在成本問題和供應問題解決後，SiC模塊在UPS裡的應用才能完全鋪開。

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