با پیشرفت تکنولوژی های مختلف ساخت نیمه هادی ها و الکترونیک قدرت، تکنولوژی ساخت یو پی اس ها نیز دستخوش تحول شده است. یکی از موارد تحول در تکنولوژی ساخت را می توان تولید نسل جدید یوپی اس های بدون ترانس (TL) پس از نسل قدیمی یو پی اس های بر پایه ی ترانس (TE) دانست. در این نوشتار به یو پی اس های TB از لحاظ تکنولوژی ساخت نگاهی خواهیم انداخت. تفاوت یوپی اس های TB و TL را بیان خواهیم کرد و مقایسه ای بین یوپی اس های TB با  TLکه مجهز به ترانس ایزوله شده اند، انجام خواهیم داد.

۱- از نظر تکنولوژی ساخت چه تفاوتی بین یوپی اس TB و TL وجود دارد؟

یو پی اس های TB دارای تکنولوژی قدیمی تری نسبت یوپی اس های TL هستند و تقریبا اکثر تولید کنندگان مطرح دنیا با انتخاب تکنولوژی جدیدتر دیگر چنین یوپی اسی را تولید نمی کنند. همانطور که در شکل های ۱ و ۲ و ۳ مشاهده می شود، در گذشته بدلیل عدم وجود سوئیچ های IGBT با فرکانس و توان بالا، اکثرأ از رکتیفایرهای تریستوری در ورودی یو پی اس ها استفاده می شد. مهمترین نقطه ضعف استفاده از رکتیفایرهای تریستوری عدم امکان تقویت سطح ولتاژ DC یکسو شده است. چون اینورتر مستقیما از این سطح ولتاژ تغذیه می کند، بدلیل پایین بودن دامنه ولتاژ DC نمی تواند بطور تضمینی سطح ولتاژ ۲۲۰ ولت را در خروجی تولید نماید. به همین دلیل دامنه ولتاژ خروجی اینورتر را در یوپی اس های TB کمتر از ۲۲۰ ولت انتخاب می کنند و به کمک یک ترانس افزاینده مقدار آن را به ۲۲۰ ولت می رسانند.

علت اصلی آنکه این سری از یوپی اس ها را “Transformer Base” می نامند لزوم استفاده از همین ترانس افزاینده در خروجی آنها است. پس از تولید شدن IGBTهایی با توان و فرکانس سوئیچینگ بالا، امکان استفاده از مدارات Boost در ورودی یو پی اس ها به همراه تصحیح کننده ضریب توان میسر شد. دامنه ولتاژ باس در یوپی اس هایی که با تکنولوژی Boost ساخته می شوند بسیار بالاتر است و به کمک اینورترهایی با فرکانس کلیدزنی بالا می توان به راحتی سطح ولتاژ ۲۲۰ ولت را تولید کرده و دیگر نیازی به استفاده از ترانسهای افزاینده در خروجی وجود ندارد. ضمنا علاوه بر ساخت باسی با ولتاژ بالاتر، امکان اضافه نمودن دو قابلیت تصحیح ضریب توان ورودی (PFC) و همچنین بهبود دهنده THD جریان ورودی توسط مدارات Boost وجود دارد. کلیه این موارد باعث می شوند که یو پی اس های با تکنولوژی بالاتر مورد استقبال بیشتری قرار بگیرند چرا که علاوه بر حذف لزوم وجود ترانس مزایای دیگری از جمله بهبود PF ورودی، بهبود THD جریان ورودی، کاهش جریان مصرفی، کاهش قیمت برق برای مصرف کننده، استفاده از سیم کشی با قطر کمتر، کاهش نویزهای تداخلی با سایر مصرف کنندگان، امکان استفاده از ژنراتورهایی با توان نامی کمتر جهت تامین برق ورودی یوپی اس و… را شامل می شوند. جهت بررسی کامل محاسن و معایب استفاده از دو تکنولوژی فوق به سوالات بعدی مراجعه شود.

همانطور که در نوشتار “بررسی علل استفاده از ترانس ایزوله در یوپی اس های Double conversion ” توضیح داده شد، بنابر دلایل مختلفی ممکن است، ترانس ایزوله برای یک یوپی اس TL پیشنهاد شود. در چنین شرایطی ممکن است این سوال پیش آید که چه تفاوتی بین یک دستگاه TB و TL + ITR خواهد بود؟ در ادامه سعی می شود به این سوالات پاسخ داده شود.

۲- آیا یوپی اس TL که در آن از ترانس ایزوله استفاده می شود تبدیل به یوپی اس TB می شوند؟

خیر. ترانس ایزوله در یو پی اس های TL یک آپشن می باشد و ساختار این نوع یو پی اس ups با اضافه شدن ترانس تغییری نمی کند. مبحث “Transformer Base” یا “TransformerLess” به تکنولوژی ساخت داخلی یوپی اس برمی گردد. همانگونه که از نام یوپی اس Transformer base نیز مشخص است، ترانس بعنوان جزء اساسی و پایه در ساختمان این کامل بوده و مورد استفاده یوپی اس بکار گرفته شده و در واقع یوپی اس Transformer base نمی تواند بدون ترانس قرار گیرد.

۳- نقاط ضعف یو پی اس های “TB” نسبت به “TL به همراه ترانس ایزوله” چه می باشند؟

۳ – ۱- عدم ایزولاسیون واقعی خروجی یوپی اس در هنگام Bypass

در بسیاری از کاربردهای حساس تضمین ایزولاسیون خروجی از ورودی الزامیست (همانند کاربردهای بیمارستانی)۔ از آنجا که در خروجی یوپی اس های TB اجبارا از یک ترانسفورماتور افزاینده استفاده می شود، نمی توان مسیر bypass را به سر اولیه ترانس متصل نمود و به ناچار برق ورودی باید به سر ثانویه ترانس متصل شود که این عامل باعث عدم ایزولاسیون در هنگام عملکرد در حالت Bypass می شود.

۳ – ۲ – حذف ضعیف نویزهای مود مشترک

همانطور که در قسمت الف بیان شد بدلیل امکان اتصال مستقیم نول ورودی به خروجی دستگاه نمی توان یکسر ثانویه ترانس را مستقیما به ارت وصل نمود زیرا در این صورت اتصال مستقیم ارت و نول به یکدیگر را شاهد خواهیم بود (شکل ۲) که خلاف استاندارد می باشد. برخلاف اکثر تبلیغاتی که برای دستگاه های TB انجام می دهند این یو پی اس ها توانایی حذف کامل نویز مود مشترک را به دلیل عدم اتصال مستقیم خروجی به ارت نداشته و بخشی از نویز به ناچار به مصرف کننده منتقل خواهد شد.

۳ – ۳- عدم امکان صفر شدن ولتاژ نول ارت مشابه توضیحات قسمت (ب) چون یکسر ثانویه ترانس به مستقیما به نول وصل می شود و صرفا از یک فیلتر EMI داخلی عبور می کند امکان دارد که بخشی از ولتاژ نویز فیلتر نشده و به بارها منتقل گردد، که پدیده ممکن است برای بعضی از دستگاه های حساس همچون VSATها مشکل ساز گردد.

۳ – ۴ – تحت فشار بودن بیش از حد باتری به دلیل اتصال مستقیم باتری به باس DC

در اغلب یوپی اس های TB، باتری ها مستقیما به باس داخلی یوپی اس متصل می شوند در صورتیکه در یوپی اس های TL یک مدار تقویت ۳ بعنوان واسط بین باتری و باس اینورتر است. همانطور که میدانیم اینورتر جریان بار را مستقیما از باس برداشت می کند و این جریان در صورتیکه بار کامپیوتری باشد دارای پیکهای بالایی است (سه برابر جریان RMS). اگر این جریان مستقیما از باتری کشیده شود باعث ایجاد پدیده ای به نام “Hard Sulfation” در باتریها می شود که نتیجه آن افت قابل ملاحظه زمان Backupدهی باتری خواهد بود. اما در دستگاههای TL، مدار واسطی که اغلب یک مبدل DC / DC است علاوه بر آنکه نقش یک افزاینده را ایفا می نماید، وظیفه هموار کردن و کاهش ریپل جریان کشیده شده از باتری ها را نیز ایفا می نماید. به همین دلیل جریان کشیده شده از باتری در دستگاههای TL، ریپل جریان بسیار کمتری از مشابه TB خود دارند که طول عمر استفاده از باتری و مدت زمان Backupدهی آنها را افزایش خواهد داد.

۳ – ۵ – الزام وجود ترانس در یو پی اس های TB

لزوم وجود ترانس در ساختار دستگاه های TB و دلخواه بودن آن در یوپی اس های TL را شاید بتوان بدیهی ترین نقطه ضعف یو پی اس های TB دانست. چون همانطور که پیش از این گفته شد گرچه وجود ترانس دارای مزیت هایی می باشد، اما در عین حال نقاط ضعفی همچون هزینه بالا، وزن بالا، حجم بالا، کاهش راندمان، افزایش دمای کاری یوپی اس و … را بطور ذاتی در بردارد.

۳ – ۶- ضریب قدرت ورودی کم و THD جریان ورودی بالا

همانطور که گفته شد یوپی اس های TB به دلیل استفاده از تکنولوژی قدیمی تر در مدار ورودی خود، اغلب از قابلیت تصحیح ضریب توان ورودی یا همان PFC برخوردار نبوده و در نتیجه PF ورودی آنها قابل قیاس با کیفیت دستگاه های TL نمی باشد که این پدیده به معنی بالاتر رفتن هزینه برق مصرفی، بالاتر رفتن جریان موثر ورودی افزایش قطر سیم کشی ورودی، گرم تر شدن سیم ها و نیاز به ژنراتورهای قویتر خواهد شد چرا که دیگر یوپی اس صرفا توان اکتیو از ورودی نکشیده و به همراه آن مقداری توان راکتیو نیز از برق شهر جذب می کند. در ضمن وظیفه دوم مدار PFC که کاهش هارمونیک جریان ورودی و بالا بردن کیفیت آن (بهبود THD) است را نیز دارا نبوده و هارمونیکهای بیشتری را به شبکه تزریق می نمایند، که این مساله باعث افزایش قابل ملاحظه نویز مسیر ورودی یوپی اس و ایجاد پدیده Packet Lost در شبکه های دیتای مجاور یوپی اس خواهد گردید. البته لازم به ذکر است که در بعضی از یوپی اس های TB توانسته اند که مساله را مرتفع نمایند.