採用 DIN 軌安裝直流不斷電系統，保護直流供電設備

不斷電系統 (UPS) 在許多工業應用中不可或缺。在應用之主電源中斷可能導致資料遺失、敏感設備損壞、安全隱憂、生命威脅之時，都會在將 UPS 加入系統。在外部電源故障時，這些關鍵系統會自動將負載連接到電池電源，如此可爭取時間將應用連接至另一個電源或讓設備安全關閉。

UPS 系統用於各種領域，包括電信、醫院、資料中心。專為直流 (DC) 負載所設計的 UPS 可保護運輸、發電、工廠和大樓自動化、半導體製造、保全等的設備。

UPS 不僅用於在外部電源供應器和備用電池之間進行簡單切換，還必須管理電池健康和輸入／輸出電壓。無論工程師需在現有或未來的設備中新增 UPS，都需要選擇符合負載和電池需求的產品，同時考量 UPS 的介面和安全操作要求。

瞭解 UPS 的運作原理

專為交流 (AC) 電源輸入所設計的設備使用 AC UPS。此 UPS 將備用電池的直流電轉換為交流輸出，適合用於搭載逆變電路的負載 (圖 1)。正常運作時，外部供應的交流電源繞過電池和逆變器，直接為負載供電。一旦停電，電池的能量會通過逆變器，以所需的電壓為負載供電，直到電池耗盡、電源恢復，或連接另一個電源。

AC UPS 還包含一個整流器，有交流電時就可發揮作用。整流器將部分的電源交流電轉換為電壓穩定的直流電，為電池充電。

圖 1：AC UPS 會繞過電池，直到需要時才連接，使用逆變器將電池的直流電轉換為負載所需的交流電；整流器會在有交流電時為電池充電。(圖片來源：TDK-Lambda)

另一方面，直流負載可以透過 DC-UPS 直接連接到備用電池。DC-UPS 有兩個主要功能。有外部電源時，會作為內部雙向 DC/DC 轉換器運作。因此既可以透過整流直流電壓為電池充電，也可以將其轉換為適合直流負載的電壓 (圖 2)。在外部電源中斷期間，可充當 DC/DC 轉換器，從電池向負載提供穩定電壓。

圖 2：在 DC-UPS 中，電池直接為負載供電。在電源恢復後，由經整流的外部交流電壓為負載供電並為電池充電。(圖片來源：TDK-Lambda)

TDK-Lambda 的 DUSH960 DC-UPS (圖 3) 的直流輸入電壓為 12 V 至 60 V。在 12 至 48 VDC 的使用者編程電壓下，輸出高達 20 A 和 960 W。DUSH960 單元是可編程 DC/DC 轉換器，無需電池即可在 10 V 至 60 V (標稱 12 V 至 48 V) 的輸入和輸出範圍內使用。

由於備用電池無需逆變器即可直接為負載供電，因此 DC-UPS 系統有極高效率，能可靠地提供電池能量的 96% 到 98%。

圖 3：DUSH960 DC-UPS 型號將備用電池的直流電壓轉換為直流負載所需的電壓。電源恢復後，還能管理電池的充電。(圖片來源：TDK-Lambda)

DC-UPS 電池選項

DC-UPS (如 DUSH960 系列中的 DC-UPS) 是 DC-DC 轉換器，因此能與多種儲能技術搭配使用，如鉛酸電池、鋰離子 (Li⁺) 電池、鎳氫 (NiMH) 電池和超級電容，儲存容量高達 20 A 和 1,000 Ah。

每種類型的電池或超級電容都提供各種電源電壓，實際搭配取決於電源供應器的大小和結構。此外，電池電壓會隨著電池放電、溫度波動，以及充放電循環次數而改變。

DUSH960 的 DC/DC 轉換器功能消除對這些波動的擔憂，並確保將編程的直流電壓輸送到負載，無論備援電源供應器輸送的是 10 V、58 V 還是介於兩者之間的電壓。

保護措施和安全評級

DUSH960 系列除了 DC/DC 轉換器功能外，還具有感測功能和電路，可同時保護電池和負載。DC-UPS 可防止電池反接，以避免損壞電池和其他敏感電子設備。其感測器可監測電池健康狀況，偵測並防止深度放電和過電流。

電源恢復後且系統正在對電池充電時，其韌體會針對連接電池的種類提供適當的充電設定檔。這些單元還會監測環境溫度並對應最佳充電電壓：在環境溫度較高時降低充電電壓，在環境溫度較低時升高充電電壓。

DUSH960 單元有寬廣的額定工作溫度：-40°C 至 +40°C。在 -50°C 至 +70°C 之間允許運作，但隨著溫度升高，允許的電流值必須從 15 A 線性降低 12 W/°C。

本單元通過多項安全標準認證，包括 IEC/EN/UL/CSA 61010-1、IEC/EN/UL/CSA 61010-2-201、IEC/EN/UL/CSA 62368-1 (第 3 版)。並且符合低電壓的 CE 和 UKCA 標誌和 RoHS 指令。

DC-UPS 安裝和介面

除了符合國際安全標準之外，DUSH960 單元還採用標準化安裝設計。DUSH960 單元是 DIN 軌模組，因此安裝起來快速且簡單。緊湊的 DUSH960 單元寬 55 mm、高 115 mm、深 110 mm (2.13 inx 4.53 inx 5.17 in)，重量為 470 克 (DUSH960-1248-1M) 和 500 克 (DUSH960-1248-0M)。此兩款單元均與 TS35/7.5 和 TS35/15 DIN 軌相容。

DUSH960 提供多種介面，可讓使用者充分運用板載感測器和可編程性。在 DUSH960-1248-0M 型號 (圖 4) 的前面板上，有一個 1.5 in 的彩色 LCD 螢幕和四個控制鍵，用於進行手動監控和編程。

圖 4：DUSH960-1248-0M 的前面板上有一個彩色 LCD 螢幕和四個控制鍵。此面板還包含 Modbus/RTU、電池溫度感測器等的連接點。(圖片來源：TDK-Lambda)

DUSH960-1284-1M 的前面板指示燈 LED 針對較少存取的應用，符合成本效益。這些 LED 會顯示錯誤、警告、警報訊號，並標明 DC-UPS 的運作模式：主電源正常運作且電池浮動、主電源正常運作且電池充電，或者備援模式。

其他的通訊和感測連接包含一個隔離式遠端開／關訊號和兩個常開 (NO) 乾式觸點繼電器觸點，依需求提供訊號，但開啟時不會消耗任何電力。本單元可選用隨附之電池溫度感測器輸入；感測器可另外購買。

DUSH960-1248-0M 變款還具有電池的 5 A 輔助輸出。雖然此輸出的電壓未調節，等同於電池放電電壓，但此連接埠有提供過電流保護。

DUSH960 的所有型號也可連接到工業自動化系統。mini-USB-B 連接埠方便透過 RS485 連接至 Modbus/RTU 控制軟體。此連接與隨附的 PowerCMC 軟體一同使用，可讓使用者監控單元的效能、設定輸入和輸出電壓及其他參數的模板、跨多個裝置進行標準化，以及維護警報日誌。

結論

UPS 提供關鍵的備援電源，可確保安全關機、保存重要資料、確保使用者和公共安全，並且避免財務損失。TDK-Lambda 的 DUSH960 DC-UPS 產品採用標準化 DIN 軌安裝、可保護 DC/DC 轉換、提供多重介面選項，能在各種輸入和輸出電壓下提供高效率、客製化的備援解決方案，並與最常見的電解和靜電儲能技術相容。