تُعدّ مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) التي تعمل بالبطاريات أساسية لحماية المعدات الحساسة في مراكز البيانات، والمرافق الطبية، والمصانع، ومراكز الاتصالات، وحتى المنازل، من ارتفاعات وانقطاعات التيار الكهربائي قصيرة المدى. ففي حال انقطاع التيار الكهربائي لفترات طويلة، يُمكنها توفير الكهرباء اللازمة قصيرة المدى لضمان انقطاع مُسبق ومنع فقدان البيانات.
يمكن تصنيف وحدات UPS عمومًا إلى "متصلة" أو "غير متصلة". في حالة عدم الاتصال، تكون الحمولة متصلة مباشرة بالشبكة. عند انقطاع طاقة الدخل، ينتقل النظام إلى وضع طاقة البطارية - تستغرق عملية التبديل عادةً حوالي 10 مللي ثانية، مما يحد من استخدام وحدات UPS غير المتصلة في بعض التطبيقات. تضيف وحدات UPS المتصلة دائرة عاكس ودائرة شحن وتفريغ للبطارية بين الحمل والشبكة، ويظل العاكس قيد التشغيل بغض النظر عما إذا كانت طاقة الدخل طبيعية أم لا. لذلك، عند حدوث مشكلة في الدخل، يمكن لوحدات UPS المتصلة إجراء تبديل "بدون انقطاع" وتوفير طاقة الطوارئ للحمل عبر البطارية.
يُفضّل المصممون والمستخدمون وحدات UPS المعيارية، إذ يُمكن توصيلها بالتوازي لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء. كما تُوسّع وحدات UPS المعيارية أنظمة UPS الحالية بسرعة وسهولة، وتُساعد العملاء على تحقيق الربح من خلال إنشاء أنظمة واسعة النطاق.
ومع ذلك، كما هو الحال مع أي تصميم لمصدر طاقة، فإن تصميم وحدة UPS فعّالة يطرح تحديات. من العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها الحجم، وإمكانية تنظيم المدخلات والمخرجات، وإدارة البطارية، والطوبولوجيا.
الحجم عاملٌ حاسم، خاصةً في التطبيقات التي تتطلب مساحةً كبيرةً مثل مراكز البيانات. في الماضي، كانت المحولات الكهربائية من أكبر مكونات أنظمة UPS، ولكن مع ظهور تكنولوجيا أشباه الموصلات الأكثر تطورًا، حلت دوائر التبديل عالية التردد محل المحولات، مما وفر المساحة. يمكن لنظام UPS بدون محولات كهربائية توفير مئات الكيلو فولت أمبير من الطاقة الاحتياطية لمراكز البيانات الكبيرة في خزانات ذات أحجام قياسية.
يستخدم UPS عبر الإنترنت PWM (تعديل عرض النبضة) عالي التردد لإجراء تحويل مزدوج (AC-DC ثم DC-AC)، والذي يمكنه حل العديد من مشاكل جودة الإدخال التي لا يمكن لـ UPS غير المتصلة بالإنترنت التعامل معها، مثل الجهد المنخفض والجهد الزائد وضوضاء الخط، مع تقليل استخدام البطارية وإطالة عمرها.
يُحدد العاكس جودة خرج جهاز UPS، ويؤثر بشكل كبير على كفاءته الإجمالية. يُنتج جهاز UPS عالي الأداء موجات جيبية عالية الجودة تُشبه طاقة التيار الكهربائي الرئيسي، مُزودًا الطاقة للأحمال المقاومة والحثية. يتطلب هذا تشغيل أجهزة التبديل (IGBT/MOSFET) في العاكس بترددات عالية، وتعاونها مع خوارزميات التحكم لتقليل ضوضاء الخرج ومشاكل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) الناتجة أثناء عملية التبديل.
في نظام UPS النموذجي، تُشكّل عدة بطاريات مكدسة حزمة بطارية كاملة، تُدار للشحن والتفريغ بواسطة وحدة إدارة البطاريات. ولتحسين أداء البطارية وإطالة عمرها الافتراضي، يجب أن يُراعي التصميم جوانب مثل موازنة الحمل، وحماية الجهد والتيار، والتحكم في الشحن والتفريغ، والإدارة الحرارية، والتحكم في المروحة، والمراقبة، والاتصال.