อุปกรณ์สำรองไฟ (UPS) ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่มีความสำคัญในการปกป้องอุปกรณ์สำคัญในศูนย์ข้อมูล สถานพยาบาล โรงงาน ศูนย์กลางโทรคมนาคม และแม้แต่บ้านจากไฟกระชากและไฟดับในระยะสั้น ในกรณีที่ไฟดับเป็นเวลานาน อุปกรณ์สำรองไฟสามารถจ่ายไฟในระยะสั้นที่จำเป็นเพื่อเตรียมการหยุดจ่ายไฟและป้องกันข้อมูลสูญหายได้
UPS สามารถแบ่งได้เป็นประเภท "ออนไลน์" หรือ "ออฟไลน์" โดยทั่วไปแล้ว UPS แบบออฟไลน์จะเชื่อมต่อโหลดโดยตรงกับกริด เมื่อไฟฟ้าขาเข้าขัดข้อง ระบบจะสลับไปใช้โหมดพลังงานแบตเตอรี่ ซึ่งกระบวนการสลับมักใช้เวลาประมาณ 10 มิลลิวินาทีจึงจะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งจำกัดการใช้งาน UPS แบบออฟไลน์ในบางแอปพลิเคชัน UPS แบบออนไลน์จะเพิ่มวงจรอินเวอร์เตอร์และวงจรชาร์จและปล่อยแบตเตอรี่ระหว่างโหลดและกริด และอินเวอร์เตอร์จะยังคงทำงานอยู่ไม่ว่าไฟฟ้าขาเข้าจะเป็นปกติหรือไม่ ดังนั้น เมื่อมีปัญหากับอินพุต UPS แบบออนไลน์สามารถสลับ "ไม่มีการหยุดชะงัก" และจ่ายไฟฉุกเฉินให้กับโหลดผ่านแบตเตอรี่
Modular UPS ได้รับความนิยมจากนักออกแบบและผู้ใช้งาน เนื่องจากสามารถเชื่อมต่อ UPS ที่มีกำลังไฟต่ำกว่าแบบขนานได้เพื่อตอบสนองความต้องการไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น Modular UPS สามารถขยายระบบ UPS ที่มีอยู่ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย และช่วยให้ลูกค้าได้รับประโยชน์ในกระบวนการสร้างระบบขนาดใหญ่
อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ การออกแบบ UPS ที่มีประสิทธิภาพก็ยังมีความท้าทายเช่นกัน ปัจจัยสำคัญบางประการที่ต้องพิจารณา ได้แก่ ขนาด ความสามารถในการควบคุมอินพุต-เอาต์พุต การจัดการแบตเตอรี่ และโทโพโลยี
ขนาดมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่ต้องใช้พื้นที่มาก เช่น ศูนย์ข้อมูล ในอดีต หม้อแปลงมักเป็นส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุดชิ้นหนึ่งใน UPS แต่ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง วงจรสวิตช์ความถี่สูงจึงเข้ามาแทนที่หม้อแปลง ช่วยประหยัดพื้นที่ UPS ที่ไม่มีหม้อแปลงสามารถจ่ายไฟสำรองได้หลายร้อย kVA ให้กับศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ในตู้ขนาดมาตรฐาน
UPS แบบออนไลน์ใช้ PWM (Pulse Width Modulation) ความถี่สูงเพื่อทำการแปลงแบบคู่ (AC-DC และ DC-AC) ซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาคุณภาพอินพุตได้หลายประการที่ UPS แบบออฟไลน์ไม่สามารถจัดการได้ เช่น แรงดันไฟฟ้าเกินต่ำและสัญญาณรบกวนจากสาย ในขณะที่ลดการใช้แบตเตอรี่และยืดอายุแบตเตอรี่
อินเวอร์เตอร์จะกำหนดคุณภาพเอาต์พุตของ UPS และส่งผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพโดยรวมของ UPS UPS ออนไลน์ที่ยอดเยี่ยมสามารถส่งคลื่นไซน์คุณภาพสูงได้คล้ายกับไฟหลัก โดยจ่ายไฟให้กับโหลดต้านทานและเหนี่ยวนำ ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์สวิตชิ่ง (IGBT/MOSFET) ในอินเวอร์เตอร์เพื่อทำงานที่ความถี่สูงและทำงานร่วมกับอัลกอริธึมควบคุมเพื่อลดสัญญาณรบกวนเอาต์พุตและปัญหา EMI ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการสวิตชิ่ง
ใน UPS ทั่วไป แบตเตอรี่หลายก้อนที่ซ้อนกันจะประกอบกันเป็นชุดแบตเตอรี่ที่สมบูรณ์ ซึ่งจะถูกจัดการการชาร์จและการคายประจุโดยโมดูลจัดการแบตเตอรี่ เพื่อให้แบตเตอรี่มีประสิทธิภาพสูงสุดและยืดอายุการใช้งาน การออกแบบจะต้องคำนึงถึงประเด็นต่างๆ เช่น การปรับสมดุลโหลด การป้องกันแรงดันไฟและกระแสไฟ การควบคุมการชาร์จและการคายประจุ การจัดการความร้อน การควบคุมพัดลม การตรวจสอบ และการสื่อสาร
