Bộ lưu điện không ngắt quãng (UPS) chạy bằng pin đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thiết bị nhạy cảm trong các trung tâm dữ liệu, cơ sở y tế, nhà máy, trung tâm viễn thông và thậm chí là nhà ở khỏi các đợt tăng đột biến và mất điện lưới ngắn hạn. Trong trường hợp mất điện kéo dài, chúng có thể cung cấp điện ngắn hạn cần thiết để đạt được sự cố mất điện đã chuẩn bị và ngăn ngừa mất dữ liệu.
UPS thường có thể được phân loại là “Trực tuyến” hoặc “Ngoại tuyến”. Trong UPS ngoại tuyến, tải được kết nối trực tiếp với lưới điện. Khi nguồn điện đầu vào bị mất, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ dùng pin – quá trình chuyển mạch thường mất khoảng 10 mili giây để hoàn tất, điều này hạn chế việc sử dụng UPS ngoại tuyến trong một số ứng dụng. UPS trực tuyến bổ sung mạch biến tần và mạch sạc và xả pin giữa tải và lưới điện, và biến tần vẫn hoạt động bất kể nguồn điện đầu vào có bình thường hay không. Do đó, khi có sự cố đầu vào, UPS trực tuyến có thể thực hiện chuyển mạch “không gián đoạn” và cung cấp nguồn điện khẩn cấp cho tải thông qua pin.
UPS dạng mô-đun được các nhà thiết kế và người dùng ưa chuộng hơn vì UPS công suất thấp có thể được kết nối song song để đáp ứng nhu cầu điện lớn hơn. UPS dạng mô-đun có thể mở rộng nhanh chóng và dễ dàng các hệ thống UPS hiện có và giúp khách hàng có lợi nhuận trong quá trình thiết lập các hệ thống quy mô lớn.
Tuy nhiên, giống như bất kỳ thiết kế nguồn điện nào, thiết kế UPS hiệu quả cũng có những thách thức. Một số yếu tố chính cần xem xét bao gồm kích thước, khả năng điều chỉnh đầu vào-đầu ra, quản lý pin và cấu trúc.
Kích thước là yếu tố quan trọng, đặc biệt là trong các ứng dụng mà không gian cực kỳ có giá trị như trung tâm dữ liệu. Trước đây, máy biến áp luôn là một trong những thành phần lớn nhất trong UPS, nhưng với sự xuất hiện của công nghệ bán dẫn tiên tiến hơn, mạch chuyển mạch tần số cao đã thay thế máy biến áp, tiết kiệm không gian. Một UPS không có máy biến áp có thể cung cấp hàng trăm kVA nguồn điện khẩn cấp cho các trung tâm dữ liệu lớn trong các tủ có kích thước tiêu chuẩn.
UPS trực tuyến sử dụng PWM (Điều chế độ rộng xung) tần số cao để thực hiện chuyển đổi kép (AC-DC rồi đến DC-AC), có thể giải quyết nhiều vấn đề về chất lượng đầu vào mà UPS ngoại tuyến không xử lý được, chẳng hạn như quá áp điện áp thấp và nhiễu đường dây, đồng thời giảm mức sử dụng pin và kéo dài tuổi thọ pin.
Bộ biến tần quyết định chất lượng đầu ra của UPS và ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chung của UPS. UPS trực tuyến tuyệt vời có thể tạo ra sóng sin chất lượng cao tương tự như nguồn điện lưới, cung cấp điện cho tải điện trở và cảm ứng. Điều này đòi hỏi các thiết bị chuyển mạch (IGBT/MOSFET) trong bộ biến tần phải hoạt động ở tần số cao và phối hợp với các thuật toán điều khiển để giảm thiểu tiếng ồn đầu ra và các vấn đề EMI phát sinh trong quá trình chuyển mạch.
Trong một UPS thông thường, nhiều pin xếp chồng lên nhau tạo thành một bộ pin hoàn chỉnh, được quản lý để sạc và xả bằng một mô-đun quản lý pin. Để tối đa hóa hiệu suất pin và kéo dài tuổi thọ của pin, thiết kế phải xem xét các vấn đề như cân bằng tải, bảo vệ điện áp và dòng điện, kiểm soát sạc và xả, quản lý nhiệt, kiểm soát quạt, giám sát và giao tiếp.