我什么时候需要纯正弦波 UPS？

Question

我想购买一个机架式 UPS，它可以支持 SOHO 房间中所有与 IT 相关的电子设备。这包括交换机、路由器、PC、服务器、NAS。在我的研究中，我发现有不同类型的 UPS，其中产生纯正弦波的 UPS 是最好的。然而，它们也比例如改进的正弦波 UPS 贵得多。

纯正弦波UPS有什么应用？它会在我的用例中提供任何优势还是过度杀伤？

Answer 1

清洁 AC 无处不在，因此一些电气设备的设计将其作为初始假设。

关心交流电源质量的设备

以这种假设开始的设备的一个经典示例是1970 年代早期或之前设计的模拟音频功率放大器，或者是沿着相同路线设计的更现代的产品。线性调节会散发太多热量，在这样的设备中不实用，当时还没有真正可用的低噪声开关调节技术，因此当时的放大器设计时基本上没有调节功率，直接驱动放大级。脏功率显示为输出信号的一部分，具体取决于放大器的反馈量。¹ 这是旧放大器中线路嗡嗡声的两个主要原因之一。²

电源质量可能影响设备操作的另一个电路示例是交流电机，例如有绳电钻，其中电机的速度是其两端电压的直接函数。不平稳增加和减少的电压会导致速度变化。修正正弦波输出的阶跃在数百赫兹范围内，因此修正正弦 UPS 可能会导致您实际听到的电机运行方式发生变化。

虽然我不会太担心糟糕的电能质量会对电钻造成什么影响，但我不希望使用质量低劣的 UPS 来运行电机驱动设备，例如CPAP 机器。

至于你的SOHO机柜中是否有任何设备关心UPS电源输出的质量，这取决于每个组件的电源设计。

电源类型

具有强大电源滤波和调节功能的设备通常不关心修正正弦波中的非理想性。对于此类设备而言，重要的是它获得足够的RMS 功率并且功率在设备的输入电压限制范围内。³

现代电子设备最常用的电源类型是开关电源。与在输入正弦波上放置一些颠簸相比，开关对电源所做的事情要糟糕得多，因此如果负载电路需要干净的电源，它们就必须进行大量滤波。？

另一种主要的电源调节类型是线性调节器，它通常可将低频输入噪声和纹波抑制 80-100 dB。这意味着过滤和调节阶段会产生一些输入颠簸，只是有点模糊。我试图想出一个设备的例子，因为它会因为模糊而运行不佳，但没有想到。当您将噪声压低到那么远时，它对大多数电路来说就变得无关紧要了，这就是为什么尽管效率低下仍然使用线性稳压器的原因。

这留下了不受监管的电源。这很像上面的交流电机案例，除了变压器降低交流电压，然后通常对其进行整流和滤波以产生颠簸的直流电压。这个三阶段过程大大降低了交流侧噪声，？因此，可能有些设备的构建假设这样的电源输出产生的噪声和纹波相当干净，并且会因修正正弦产生的数百赫兹散列而烦恼UPS。

示波图

在fixer1234 在他的答案中添加了图像之后，我想，修正正弦不可能真的那么糟糕，对吧？我的意思是，他们每个周期将使用四个以上的步骤，对吗？对？

我决定为科学捕捉我在这里拥有的所有 UPS 的示波图！它们都是由同一家公司制造的，但它们来自该公司产品线中的不同点。

作为参考，这是未滤波的交流线路电压在测试位置的样子，左侧是电压与时间的关系图，右侧是相同波形的频谱图：

频谱图左边缘的大峰值是60 Hz 基波。你看到的大谐波峰表明我这里的壁式电源不是超级干净的。最大的是图中间 120 Hz 处的 2 次谐波，比基波低 30 dB，然后是图右边缘 180 Hz 处的 3 次谐波。然后是 85 Hz 处的神秘峰值，对此我无法解释。

这足以显示在左侧的波形图中：注意有些平坦的峰值。

我测试了几个不同的真正弦 UPS，它们都相当昂贵。他们的输出如下所示：

你的眼睛不会欺骗你：这个特定 UPS 的电池交流输出比我的墙上电源更干净！该 UPS 将在其负载限制内运行任何电子设备，因为其电池输出与理想的墙上电源一样接近，没有实际差异。

如果 UPS 持续时间足够长，更换电池的成本将超过初始成本。因此，如果您购买优质 UPS，请多考虑UPS的运行成本而不是初始购买价格。

来自同一制造商的中档 UPS 的成本约为具有相同标题规格的真正弦 UPS 的 1/3。它也可能会更小、更轻。渔获？这个：

虽然这比我们通过 fixer1234 的帖子预期的输出要好得多，但它并不漂亮。不仅此 UPS 的输出上存在大量宽带噪声和失真，您在每个周期中看到的这两个后退会惹恼假设交流输入电压始终稳定增加或降低的电路。

尽管如此，经过良好过滤和调节的电源将消除所有这些，因此此类设备将从该 UPS 上运行得很好。我从未遇到过插入此 UPS 的设备的任何问题。由于是 UPS 使我的家庭网络的核心组件保持正常运行，我想我会注意到它们是否在每次电源闪烁时都重新启动。

我没有在这里给出品牌和型号名称的原因之一是它不是电池输出质量的很好指南。我测试了之前UPS的一个近亲，得到了非常不同的测试结果：

这基本上是 fixer1234 的答案中显示的理想化波形的真实世界版本。那么，对我上面的问题的答案是“是的，他们确实制造了输出质量很差的 UPS。”

是的，它在实践中实际上很重要。事实上，我之所以选择测试这个特定 UPS 的输出，是因为它在过去给我们带来了麻烦。

我们将一台高端名牌 PC 连接到这台 UPS，并且在每次电源闪烁时，PC——而且只有PC——会自动重启。连接到“电池”插座的所有其他东西都会保持正常运行。太奇怪了，我实际上曾经编写了一个Arduino程序来记录几周内的“活跃度”，以尝试检测断电。那个小板子一直在运行，即使 PC 重新启动。我们最终将该 UPS 移至一台大型旧服务器，预计较重的负载也会导致相同的症状，但事实并非如此：UPS 现在已经让该服务器运行了几次电源故障。

UPS 的输出质量不是最差的。你坐下吗？这是来自同一家公司的低端 UPS，它制造了上述所有三种 UPS：

哦！

现在您明白为什么这种低端 UPS 产品线的成本约为中端 UPS 的一半了。

也就是说，我从未见过插入该 UPS 的设备之一在停电时无法正常运行。

结论

许多设备根本不关心交流电源质量。一个极端的例子是白炽台灯，但任何具有良好调节和良好过滤电源的设备都应该能够应对丑陋的交流输入。

但是，正如我们在上面和其他答案中所见，有些设备无法应对糟糕的输入功率。对于这些情况，您需要真正的正弦 UPS。

题外话：

1. 一些放大器设计几乎没有负反馈。这是发烧友圈子的宗教问题，反动的极端分子认为最好的放大器几乎没有反馈。

2. 放大器嗡嗡声的另一个主要原因是接地回路。

3. 这就是为什么您经常看到电源标记为接受 90-260 VAC 或类似电压的原因。如果这样的电源输入 200 VAC，它只会消耗一半的电流，就像它获得 100 VAC 一样，从而允许它向供电电路提供相同的瓦数。P=VI

4. 即使是不太关心清洁电源的设备也必须经常进行电源输入过滤以满足EMC规定。

5. 与线性调节情况相比，典型的未调节电源可能会将交流侧噪声降低约 20 dB。

   分贝是一个对数标度，其中两个电压之间每 6 dB 的差异就是加倍或减半。因此，线性稳压器的 80 dB 降噪并不比您从典型的未稳压电源获得的 20 分贝高 4 倍，而是高出约 1,000 倍！从一个非常好的线性稳压器获得的 20 dB 到 100 dB 的下降意味着输出比输入安静 10,000 倍。

6. 假设您决定以 500 美元的价格购买真正的正弦 UPS，尽管您可以以 150 美元的价格获得具有相同标题规格的优质改良正弦 UPS。典型的 UPS 电池需要每 3 年左右更换一次，对于真正的正弦模型可能需要 150-200 美元。这相当于 50-66 美元/年 × 12 年 ≈ 600-800 美元，这使得电池成本成为成本计算中的主要因素。

   对于给定的 VA 级别，高端 UPS 往往具有物理上更大的电池，因此 UPS 电池的更换电池成本部分取决于您最初为 UPS 支付的费用。因此，您可能会选择购买比上图所示的低端 UPS，因为使用高端 UPS 的长期运营成本太高。

Answer 2

对纯正弦波的要求主要与计算机中的有源功率因数校正 (PFC) 电源有关。对于这些，非正弦波形可能会导致关机，从而破坏了拥有 UPS 的全部目的。

我看到了两种机制的解释：

• 一个，在这篇文章中描述的是，PFC PSU 会导致 UPS 的初始负载很高，触发过载保护，关闭 UPS。

• UPS 制造商 Cyber​​Power 的这份数据表中描述了另一种解释：

模拟正弦波输出形式在导致功率“间隙”的相变周期期间产生零输出状态。当从交流电源输出切换到模拟正弦波输出（电池模式）时，此间隙可能会导致具有有源 PFC 电源的设备断电。

这两种解释不一定相互排斥；每个都可以适用于特定情况。但是对于这两种解释，都在三个重要点上达成了一致：

• 设备和 UPS 的特定组合可能有问题，也可能没有问题。不同的 UPS 型号产生不同的模拟波形形状，不同的电源对波形形状的敏感度不同，不同的设备配置有不同的电源负载与 UPS 容量等。

• 如果计算机硬件不使用有源 PFC 电源，则使用改进的正弦波 UPS 不是问题（并且暗示，使用纯正弦波 UPS 没有好处）。

• 使用带有 PFC PSU 的改良正弦波 UPS 不会对 UPS 或 PSU 造成物理损坏，只是可能会导致 UPS 无法在应有的情况下保持设备通电。**（见下面的警告）

警告： 此答案侧重于计算机硬件，而不是也可能由 UPS 供电的其他设备。我偶尔看到非正弦波电源与某些其他设备不兼容的报告。例如，kinokijuf 的回答提到了 LCD 显示器中的荧光背光，其问题被认为是由于模拟正弦波 UPS。我的最后一个要点是关于设备安全的，并非旨在解决其他连接的设备。

Answer 3

大多数计算机设备的开关模式电源对交流中的噪声有很大的容忍度，这意味着“改进的正弦”UPS 应该可以正常运行，但是它们可能会过热。

但是，它可能会对直接关闭交流电源并取决于线路电压的更复杂的设备造成伤害，例如：

• 非稳压和线性稳压电源
• 感性负载，如电机
• 音响设备
• 荧光灯， 比如这个家伙液晶显示器上的那个。
• 医疗、高精度设备
• ... _{（添加更多示例）}

一条经验法则是，如果您的设备有一个单独的“100-240V”电源适配器，那么使用改进的正弦 UPS 应该没问题。

Answer 4

这有点轶事，但是当使用改进的方波电源供电时，某些服务器电源将无法启动..

我工作的地方有一些安装在卡车上的服务器设备，并运行经过修改的方波逆变器。服务器电源已被专门测试，以确保它们将开始在修正方波交流电源。从逆变器运行时，一些现成的系统（一些戴尔盒子）将无法启动。

需要注意的是，他们将运行在修正方波输入，但不会启动。换句话说，如果服务器在运行时切换到逆变器输出，那很好，但是你不能从逆变器/UPS输出启动它。

这可能是也可能不是问题，具体取决于您期望的用例。