Nguồn điện liên tục (UPS) là một thành phần thiết yếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Chỉ cần việc gián đoạn nguồn điện chính có thể gây mất dữ liệu, hư hỏng các thiết bị nhạy cảm, gây mất an toàn hoặc đe dọa tính mạng thì hệ thống cần được trang bị UPS. Khi mất điện bên ngoài, các hệ thống quan trọng này sẽ tự động kết nối tải với pin và cấp nguồn qua pin, nhờ đó có thêm thời gian để kết nối nguồn điện khác hoặc đảm bảo tắt thiết bị an toàn.
Hệ thống UPS được sử dụng rộng rãi, bao trùm nhiều lĩnh vực như viễn thông, bệnh viện, trung tâm dữ liệu. UPS được thiết kế đặc biệt cho tải dòng điện một chiều (DC) có thể bảo vệ các thiết bị trong vận tải, phát điện, tự động hóa nhà máy và tòa nhà, sản xuất chất bán dẫn, an ninh và các lĩnh vực khác.
Không chỉ là thiết bị chuyển mạch đơn giản giữa nguồn điện bên ngoài và pin dự phòng, UPS còn phải quản lý tình trạng pin và điện áp đầu vào/đầu ra. Khi các kỹ sư bổ sung UPS vào các thiết bị hiện có hoặc theo kế hoạch, họ cần chọn những sản phẩm phù hợp với yêu cầu về tải và ắc quy, đồng thời xem xét các yêu cầu về giao diện và vận hành an toàn của UPS.
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nguồn điện liên tục
Thiết bị được thiết kế cho đầu vào dòng điện xoay chiều (AC) sử dụng AC UPS, giúp chuyển đổi nguồn DC từ pin dự phòng thành đầu ra AC phù hợp với tải thông qua mạch biến tần (Hình 1). Trong quá trình hoạt động bình thường, nguồn điện xoay chiều bên ngoài sẽ cung cấp điện trực tiếp cho tải mà không qua ắc quy và biến tần. Khi nguồn điện bên ngoài bị gián đoạn, ắc quy sẽ cung cấp điện cho tải với điện áp yêu cầu thông qua biến tần cho đến khi cạn kiệt ắc quy, nguồn điện bên ngoài được phục hồi hoặc nguồn điện khác được kết nối.
AC UPS chứa bộ chỉnh lưu hoạt động khi có nguồn điện AC. Bộ chỉnh lưu chuyển đổi một phần nguồn AC thành nguồn DC và sạc pin sau khi ổn định nó.
AC UPS sẽ áp dụng chế độ bypass mà không cần truyền qua ắc quy
Hình 1: AC UPS sẽ chuyển sang chế độ bypass khi cần thiết mà không đi qua ắc quy, sau đó sử dụng bộ biến tần để chuyển đổi nguồn DC của ắc quy thành nguồn AC theo yêu cầu của tải. Bộ chỉnh lưu sạc pin bằng nguồn điện AC. (Nguồn ảnh: TDK Lambda)
Tải DC có thể được kết nối trực tiếp với ắc quy dự phòng thông qua DC-UPS. DC-UPS có hai chức năng chính. Khi có nguồn điện bên ngoài, DC-UPS có thể hoạt động như một bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều bên trong. Bằng cách này, UPS không chỉ có thể sử dụng điện áp DC đã chỉnh lưu để sạc ắc quy mà còn có thể chuyển đổi điện áp DC thành điện áp phù hợp với tải DC (Hình 2). Khi nguồn điện bên ngoài bị gián đoạn, nó hoạt động như một bộ chuyển đổi DC/DC, giúp ổn định điện áp từ pin đến tải.
Trong DC-UPS, ắc quy cung cấp điện trực tiếp cho tải
Hình 2: Trong DC-UPS, ắc quy cung cấp điện trực tiếp cho tải. Khi nguồn điện bên ngoài được khôi phục, nguồn điện áp AC bên ngoài đã được chỉnh lưu sẽ cung cấp điện cho tải và sạc pin. (Nguồn ảnh: TDK Lambda)
DUSH960 DC-UPS của TDK Lambda (Hình 3) phù hợp với điện áp đầu vào DC từ 12V đến 60V. Trong phạm vi điện áp do người dùng lập trình từ 12 V đến 48 VDC, UPS này có thể tạo ra dòng điện lên tới 20 A và công suất 960 W. Là bộ chuyển đổi DC/DC có thể lập trình, DUSH960 DC-UPS có thể được sử dụng trong phạm vi đầu vào và đầu ra từ 10 V đến 60 V (điện áp danh định từ 12 V đến 48 V) mà không cần pin.
Do ắc quy dự phòng có thể cung cấp điện trực tiếp cho tải mà không cần dùng biến tần nên hiệu suất của hệ thống DC-UPS cực kỳ cao. DC-UPS này có thể cung cấp 96% đến 98% năng lượng điện thông qua pin một cách đáng tin cậy.