用 DIN 导轨安装式不间断 DC 电源保护 DC 供电设备

不间断电源 (UPS) 是许多工业应用中不可或缺的组成部分。只要主电源中断可能导致数据丢失、损坏敏感设备、危及安全或威胁生命，那么系统就需要配备 UPS。当外部断电时，这些关键系统会自动将负载与电池连接并通过电池供电，从而为连接另一路电源或设备安全停机赢得时间。

UPS 系统应用广泛，涵盖电信、医院和数据中心等众多领域。专为直流 (DC) 负载设计的 UPS 可为运输、发电、工厂和楼宇自动化、半导体制造、安防等领域的设备提供保护。

不仅仅是外部电源和备用电池之间的简单切换设备，UPS 还必须管理电池健康状况和输入/输出电压。工程师在为现有或计划中的设备增加 UPS 时，需要选择与负载和电池需求相匹配的产品，同时还要考虑 UPS 的接口和安全运行要求。

了解不间断电源的工作原理

为交流 (AC) 输入而设计的设备使用 AC UPS，通过逆变器电路将备用电池的 DC 电源转换为适合负载的 AC 输出 (图 1) 。正常运行时，来自外部的 AC 电源会直接为负载供电，而不经过电池和逆变器。外部电源中断时，电池会通过逆变器，以负载所需的电压为负载供电，直到电池电量耗尽、外部电源恢复或连接了其他电源。

AC UPS 内含整流器，在有 AC 电源时发挥作用。整流器将部分交流电转化为直流电，并经过稳压后为电池充电。

图 1：AC UPS 在需要时会进入旁路模式，而不经过电池，然后使用逆变器将电池的 DC 电源转换为负载所需的 AC 电源。整流器在有 AC 电源的情况下为电池充电。 (图片来源：TDK-Lambda)

而 DC 负载则可通过 DC-UPS 直接与备用电池连接。DC-UPS 有两大功能。当有外部电源时，DC-UPS 可用作内部双向 DC/DC 转换器工作。这样，该 UPS 既能利用整流后的直流电压为电池充电，又能将 DC 电压转换为适合直流负载的电压 (图 2) 。在外部电源中断时，它充当 DC/DC 转换器，从电池向负载提供稳压。

图 2：在 DC-UPS 中，电池直接为负载供电。当外部供电恢复时，经过整流后的外部 AC 电压电源为负载供电并为电池充电。 (图片来源：TDK-Lambda)

TDK-Lambda 的 DUSH960 DC-UPS (图 3) 适用于 12 V 至 60 V 的 DC 输入电压。在可由用户编程的 12 V 至 48 VDC 电压下，这种 UPS 可输出高达 20 A 的电流和 960 W 的功率。作为可编程 DC/DC 转换器，DUSH960 DC-UPS 无需电池即可在 10 V 至 60 V (标称电压为 12 V 至 48 V) 的输入和输出范围内使用。

由于备用电池可直接为负载供电，无需逆变器，因此 DC-UPS 系统的效率极高。这种 DC-UPS 可通过电池可靠地输出 96% 至 98% 的电能。

图 3：DUSH960 型 DC-UPS 可将备用电池的直 DC 电压转换为 DC 负载所需的电压。这种 DC-UPS 还能在供电恢复时管理电池的再充电过程。 (图片来源：TDK-Lambda)

DC-UPS 电池选项

由于 DC-UPS (如 DUSH960 系列) 是 DC/DC 转换器，因此可与各种储能技术配合使用。铅酸电池、锂离子 (Li⁺) 电池、镍氢 (NiMH) 电池和超级电容器均可与 DC-UPS 配合使用，实现高达 20 A 和 1,000 Ah 的储能容量。

每种电池或超级电容器的电源电压都有一定的范围，具体取决于电源的尺寸和结构。此外，电池电压会随着电池放电、温度波动和充放电循环次数而变化。

DUSH960 的 DC/DC 转换器能消除用户对这些波动的担忧，无论备用电源提供 10 V、58 V 还是介于两者之间的电压，都能确保向负载提供经过编程设定的 DC 电压。

保障措施和安全评级

除了 DUSH960 系列的 DC/DC 转换器功能外，这些设备还具有感测功能和电路，可同时保护电池和负载。DC-UPS 可防止电池反接，反接可能会损坏电池和其他敏感性电子设备。这种不间断电源的传感器还能监测电池健康状况，检测并防止深度放电和出现过流。

当电源恢复且系统正在为电池充电时，固件会根据所连接的电池类型提供相应的充电配置文件。这些装置还会监测环境温度，并相应地优化充电电压，环境温度较高时降低充电电压，环境温度较低时则升高。

DUSH960 的额定工作温度范围很宽，具体为 -40ׄ°C 至 +40°C，也能在 -50°C 至 +70°C 范围内运行，但随着温度的升高，允许的电流必须从 15 A 开始以 12 W/°C 的速率线性递减。

这些设备通过了多项安全标准认证，包括 IEC/EN/UL/CSA 61010-1、IEC/EN/UL/CSA 61010-2-201 和 IEC/EN/UL/CSA 62368-1 (Ed. IEC/EN/UL/CSA 61010-2-2013)。这些设备还获准采用 CE 和 UKCA 标志，符合低电压和 RoHS 指令。

DC-UPS 安装和接口

除了符合国际安全标准外，DUSH960 设备还专为标准化安装而设计。DUSH960 是 DIN 导轨模块，因此安装非常快捷方便。DUSH960 系列外形紧凑，尺寸为 55 mm 宽 x 115 mm 高 x 110 mm 深 (2.13 in.x 4.53 in.x 5.17 in.)，其 DUSH960-1248-1M 型的重量为 470 克，DUSH960-1248-0M 型的重量为 500 克。这两种设备都兼容 TS35/7.5 和 TS35/15 DIN 导轨。

为了让用户充分利用板载传感器和可编程功能，DUSH960 提供多种接口选择。在 DUSH960-1248-0M 型号的前面板上 (图 4) ，有一块 1.5 in. 彩色 LCD 液晶显示屏和四个控制键用于人工检测和编程。

图 4：DUSH960-1248-0M 配有彩色 LCD 屏幕，前面板上有四个控制键。面板上还有 Modbus/RTU、电池温度传感器等连接点。 (图片来源：TDK-Lambda)

DUSH960-1284-1M 的前面板上有 LED 指示灯，是一款成本优化型产品，适用于不易接近的应用。这些 LED 指示灯会显示错误、警告和警报信号，并显示 DC-UPS 的运行模式：电池浮充状态下的正常市电运行模式、电池充电状态下的正常市电运行模式，或者备用模式。

其他通信和感测连接包括一个隔离式远程启/停信号和两个常开 (NO) 干触点继电器触点，这种触点只在需要时提供信号，断开时不耗电。设备上有用于选配电池温度传感器的输入端；传感器可单独购买。

DUSH960-1248-0M 版本还提供 5 A 电池辅助输出。虽然该输出端电压未经调节，等于电池放电电压，但该端口提供过流保护。

DUSH960 系列的所有型号还可连接工业自动化系统。微型 USB-B 端口用于通过 RS485 与 Modbus/RTU 控制软件连接。通过这种连接以及随附的 PowerCMC 软件，用户可以监控设备性能，为输入和输出电压及其他参数设置模板，对多个设备进行标准化并维护报警日志。

结语

UPS 是一种关键的后备电源，可实现安全停机、保存重要数据、确保用户和公众安全并避免经济损失。TDK-Lambda 的 DUSH960 DC-UPS 产品采用标准化 DIN 导轨安装、安全的 DC/DC 转换并提供多种接口选择，可在广泛的输入和输出电压范围内提供可定制的高效后备电源，并兼容最常见的电解和静电储能技术。