バッテリー駆動の無停電電源装置（UPS）は、データセンター、医療施設、工場、通信ハブ、さらには家庭にある機密機器を、電力網の一時的な電圧上昇や停電から守るために不可欠です。長時間の停電が発生した場合でも、UPSは必要な短期的な電力を供給し、計画的な停電を実現し、データ損失を防ぐことができます。
UPSは一般的に「オンライン」と「オフライン」に分類されます。オフラインUPSでは、負荷は系統に直接接続されます。入力電源に障害が発生すると、システムはバッテリー電源モードに切り替わります。この切り替えプロセスは通常約10ミリ秒かかるため、一部のアプリケーションではオフラインUPSの使用が制限されます。オンラインUPSは、負荷と系統の間にインバータ回路とバッテリー充放電回路を追加し、入力電源の正常・異常に関わらずインバータは動作を継続します。そのため、入力に問題が発生した場合、オンラインUPSは「無停電」スイッチングを実行し、バッテリーを介して負荷に緊急電力を供給できます。
モジュラーUPSは、低電力のUPSを並列接続することでより大きな電力需要に対応できるため、設計者やユーザーに好まれています。モジュラーUPSは、既存のUPSシステムを迅速かつ容易に拡張し、大規模システムの構築プロセスにおいてお客様の利益向上に貢献します。
しかし、他の電源設計と同様に、効率的なUPSの設計にも課題が伴います。考慮すべき重要な要素としては、サイズ、入出力調整能力、バッテリー管理、トポロジなどが挙げられます。
サイズは非常に重要です。特にデータセンターのように、スペースが極めて貴重なアプリケーションでは重要です。かつては、UPSにおいてトランスは最も大きな部品の一つでしたが、半導体技術の進歩により、高周波スイッチ回路がトランスに取って代わり、スペースを節約できるようになりました。トランスレスUPSは、標準サイズのキャビネットに収められた大規模データセンターに数百kVAの非常用電力を供給できます。
オンライン UPS は高周波 PWM (パルス幅変調) を使用してデュアル変換 (AC-DC および DC-AC) を実行します。これにより、低電圧過電圧やライン ノイズなど、オフライン UPS では処理できない多くの入力品質の問題を解決できると同時に、バッテリ使用量を削減してバッテリ寿命を延ばすことができます。
インバータはUPSの出力品質を決定し、UPS全体の効率に大きく影響します。優れたオンラインUPSは、主電源に類似した高品質の正弦波を出力し、抵抗性負荷および誘導性負荷に電力を供給できます。そのためには、インバータ内のスイッチングデバイス（IGBT/MOSFET）が高周波で動作し、制御アルゴリズムと連携してスイッチングプロセス中に発生する出力ノイズとEMIの問題を最小限に抑える必要があります。
一般的なUPSでは、複数のバッテリーを積み重ねて1つのバッテリーパックを形成し、バッテリー管理モジュールによって充放電が管理されます。バッテリーの性能を最大限に引き出し、寿命を延ばすためには、負荷分散、電圧・電流保護、充放電制御、熱管理、ファン制御、監視、通信といった課題を設計段階で考慮する必要があります。