接下來要介紹的這類產品或許比較少人有實際選購或使用的經驗,不過既然介紹了電源供應器,接著談不斷電系統應該還蠻順理成章的吧?隨著個人電腦穩定性的改善與全天候維持電腦穩定運作的需求持續減少,近十幾年內選購不斷電系統的人日益減少,不過去年發生的 815 全台大停電事件倒是讓不斷電系統這個久未聽聞的名詞再次出現在人們的討論中。

簡介不斷電系統

不斷電系統 (Uninterupted Power Supply) 顧名思義是用來防止電腦在運作過程中因為跳電等外部電力來源的不穩定情況導致電腦發生斷電事件的裝置,其實說白了就是電腦專用的外掛電瓶。

常見的不斷電系統外觀上大多如同上圖,是一台體積不小、重量也不輕的裝置,由控制系統與儲電裝置兩大部分所組成,絕大多數 UPS 都使用鉛蓄電池 (類似汽車電瓶,原理一樣只是組合方式跟電壓有點不同) 作為儲電裝置,不過近年也有少數型號改為使用鋰離子電池或鋰聚合物電池。

不斷電系統的分類與原理

基本上不斷電系統依據其運作模式設計的不同可以分為在線式 (On-Line)、在線互動式 (Line-Interactive) 與離線式 (Off-Line) 三大類,這三種不斷電系統的功能與特性都有很大的不同,在價格上也有很明顯的差異。

離線式 UPS (Off-Line)

離線式 UPS 是三種 UPS 當中運作模式最為單純、最容易理解的,這類 UPS 之所以被稱為離線式的原因是其在平常市電正常運作的時候基本上並沒有任何作用,就像是把電池與電腦接在同一個延長線上一樣,電腦使用的是直接來自市電的電源,UPS 自身則是只使用內建的直流變壓器為其內建的儲電裝置進行充電。

當市電出現異常的時候,UPS 就會在幾毫秒內透過切換內建的開關把輸出路徑由市電直接連線改為與 UPS 內部的交流電轉換器連接,從而使電力來源切換為其內建的電池 (電腦可以承受數個毫秒的電源中斷而不會發生問題) 以達到電力備援的目的,由於只有在市電出狀況時才會發揮作用,平常電腦使用的電力則不會經過 UPS,因此被稱為離線式。

離線式 UPS 的特色在於結構與原理實作上相對比較簡單,因此成本也比較低廉,但是通常只能輸出近似正弦波、缺乏穩壓與抗雜訊功能,且在切換供電時出現的時間落差對電子元件來說仍然不是甚麼有益的事情,然而由於一般個人用戶大多沒有採購 UPS 的計畫,會選用 UPS 的用戶通常都是較高階電腦系統的使用者或是商務用途,因此近年來離線式 UPS 的數量有減少的趨勢,也比較少見到有人選購了。

在線式 UPS (On-Line)

相對於離線式 UPS 只有在市電發生異常的時候才會將電力供應從市電切換到電池供電,在線式的 UPS 則是不論市電是否正常運作,電力公司所提供的電力將會先由 UPS 用的直流轉換器與濾波器轉換處理為直流電之後同時用於為內建儲電裝置充電與經過交流轉換器將其再次轉換回交流電後提供給電腦設備使用,因此連接在在線式 UPS 上的電腦將不會直接使用市電。

然而為了避免在 UPS 本身發生問題而無法正常供電時導致電腦斷電的情況發生,在線式 UPS 都具備「旁路 (Bypass)」設計,當 UPS 設備本身出問題時就會切換到旁路模式,讓電腦在此種情況發生時可以直接從市電取得電源。

由於使用在線式 UPS 時電腦所使用的所有電力都會經過 UPS 進行直流轉換等處理,因此可以確保電腦等終端設備所獲取的電力始終保持穩定、高品質 (在線式 UPS 輸出的都是完美無干擾、無相位差、無雜訊的正弦波,而且在市電發生障礙時也不會有任何進行切換而產生的中斷時間),對於設備的保護力是所有種類的 UPS 設備當中最強的,不論是突波、雜訊、電壓過低或過高的情況都能妥善處理,但也因此使得在線式 UPS 往往最為複雜、體積龐大與成本高昂,一般多見於機房設備。

在線互動式 (Line-Interactive)

接下來要看的就是目前最為常見,但最難透過名稱理解的在線互動式 UPS,或許不少人在看到在線互動是這一名稱的時候會認為此類 UPS 與在線式 UPS 可能很相似或是比在線式 UPS 更高級,但實際上並非如此,在線互動式 UPS 在架構上其實與離線式 UPS 非常相近

在線互動式 UPS 在結構上相較於離線式 UPS 而言主要是增加了雙向轉換器與 AVR (進階電壓調整) 穩壓器,在市電正常運作時來自電力公司的電力將兵分二路,其中一條在通過 AVR 穩壓之後直接供應電腦使用,另一條則同步進行電池的充電,當市電發生中斷時,則與離線式 UPS 相同會將電力來源切換到內建的儲電裝置,透過內部的交流轉換器將儲電裝置內的電力轉為交流電用於供應電腦使用。

而在線互動式 UPS 與離線式 UPS 最大的差異就是剛剛提過的 AVR 穩壓器,當電壓出現偏高或偏低情況的時候,AVR 便會自動介入調整電壓使輸出到設備上的電壓能夠維持恆定,而根據 AVR 穩壓電路設計的等級不同,在線互動式 UPS 可能會在電路中加裝正弦脈衝調變 SPWM 裝置使其得以輸出純正弦波或因成本考慮而直接輸出近似正弦波,一般而言能夠輸出純正弦波的型號價格較高,但對於電腦而言是較為優質的電力來源。

至於若發生突波或電壓驟降超過 AVR 穩壓器所能調控的極限時,在線互動式 UPS 就會採取類似離線式 UPS 的方式自動將電力來源切換到 UPS 內建的儲電設備 (此部分與離線式 UPS 一樣,有著切換過程會出現時間差的問題,因此保護性略較在線式 UPS 差)。