Los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) alimentados por batería son cruciales para proteger equipos sensibles en centros de datos, instalaciones médicas, fábricas, centros de telecomunicaciones e incluso hogares contra picos y cortes breves de la red eléctrica. En caso de un corte de energía prolongado, pueden proporcionar la electricidad necesaria a corto plazo para lograr un corte de energía planificado y evitar la pérdida de datos.
Los SAI se clasifican generalmente como "en línea" y "fuera de línea". En los SAI fuera de línea, la carga se conecta directamente a la red eléctrica. Cuando falla la alimentación de entrada, el sistema cambia al modo de alimentación por batería. El proceso de conmutación suele tardar unos 10 milisegundos, lo que limita su uso en algunas aplicaciones. Los SAI en línea incorporan un circuito inversor y un circuito de carga y descarga de baterías entre la carga y la red eléctrica, y el inversor permanece en funcionamiento independientemente de si la alimentación de entrada es normal o no. Por lo tanto, ante un problema de entrada, el SAI en línea puede realizar una conmutación sin interrupciones y proporcionar alimentación de emergencia a la carga a través de la batería.
Los SAI modulares son los preferidos por diseñadores y usuarios, ya que permiten conectarlos en paralelo con menor consumo para satisfacer una mayor demanda eléctrica. Permiten ampliar rápida y fácilmente los sistemas SAI existentes y ayudan a los clientes a obtener beneficios en el proceso de establecer sistemas a gran escala.
Sin embargo, como cualquier diseño de fuente de alimentación, el diseño de un SAI eficiente también presenta desafíos. Algunos factores clave a considerar incluyen el tamaño, la capacidad de regulación de entrada-salida, la gestión de la batería y la topología.
El tamaño es crucial, especialmente en aplicaciones donde el espacio es extremadamente valioso, como los centros de datos. Anteriormente, los transformadores siempre han sido uno de los componentes más grandes de los SAI, pero con la aparición de tecnologías de semiconductores más avanzadas, los circuitos de conmutación de alta frecuencia los han reemplazado, ahorrando espacio. Un SAI sin transformador puede proporcionar cientos de kVA de energía de emergencia a grandes centros de datos en gabinetes de tamaño estándar.
El UPS en línea utiliza PWM (modulación por ancho de pulso) de alta frecuencia para realizar una conversión dual (CA-CC y luego CC-CA), lo que puede resolver muchos problemas de calidad de entrada que el UPS fuera de línea no puede manejar, como sobretensión de bajo voltaje y ruido de línea, al tiempo que reduce el uso de la batería y extiende su vida útil.
El inversor determina la calidad de salida del SAI y afecta considerablemente su eficiencia general. Un SAI en línea de alta calidad puede generar ondas sinusoidales de alta calidad, similares a las de la red eléctrica, alimentando cargas resistivas e inductivas. Esto requiere que los dispositivos de conmutación (IGBT/MOSFET) del inversor funcionen a altas frecuencias y cooperen con algoritmos de control para minimizar el ruido de salida y las interferencias electromagnéticas (EMI) generadas durante el proceso de conmutación.
En un SAI típico, varias baterías apiladas forman un paquete completo, cuya carga y descarga se gestiona mediante un módulo de gestión de baterías. Para maximizar el rendimiento de la batería y prolongar su vida útil, el diseño debe considerar aspectos como el equilibrio de carga, la protección de voltaje y corriente, el control de carga y descarga, la gestión térmica, el control de ventiladores, la monitorización y la comunicación.