要点速览
- 含整流器与逆变器的作用说明
- 含三类拓扑的完整工作过程
- 含切换时间与输出波形的对比
- 含旁路的作用说明
- 含按场景选型的判断依据
结论先行三类拓扑的差别可以归结为一句话：后备式与在线互动式的负载平时吃市电、断电时切换，存在毫秒级中断；在线式双变换的负载始终吃逆变输出，断电时没有切换动作。
先认识两个部件
理解 UPS 的工作原理，绕不开两个部件：整流器与逆变器。
整流器的作用是把交流电转换为直流电。逆变器的作用相反，把直流电转换为交流电，但结构要复杂得多，也是 UPS 的核心。
在线式 UPS 之所以叫双变换，就是因为它做了交流到直流、直流再到交流的两次变换。
后备式的工作过程
后备式 UPS 正常工作时，切换开关接通输入与输出，设备直接使用市电；同时整流器与电压转换器为蓄电池充电，逆变器处于非工作状态。
当市电电压异常或断电时，切换开关自动转到蓄电池与逆变器一侧，由它们向输出端供电，同时发出报警提示。
切换时间一般在几毫秒到十毫秒之间，对计算机类设备影响不大。但切换刚开始时输出波形是方波而不是正弦波，对供电质量要求较高的设备可能产生影响。
在线互动式的定位
在线互动式本质上是后备式的一个加强版本。正常工作时它的逆变器处于待机状态，通过智能控制对杂波做过滤，输出电压波形基本为正弦波。
市电偏低或偏高时，它通过内部稳压线路把输出拉回正常范围，过程中不必动用电池。市电断电后切换到蓄电池供电时，仍然存在切换时间。
在线式的工作过程
在线式也叫双变换 UPS。市电经整流器整流后变成直流电，一部分给蓄电池充电，另一部分直接送到逆变器，由逆变器转换为交流电输出。
当市电出现问题时，蓄电池向逆变器提供电力，保证电力持续输出，同时发出报警。因为逆变器一直在工作，所以这类设备没有切换时间，输出端始终有平稳的电压。
实际应用中，考虑到逆变部分的突发问题，在线式 UPS 通常会增加一路旁路市电作为紧急备用。一旦逆变器故障，切换开关会转到旁路市电。需要说明的是，旁路是保护手段而不是常规工作路径，正常运行时负载吃的一直是逆变输出。
三类拓扑的运行特点对比
| 项目 | 后备式 | 在线互动式 | 在线式双变换 |
|---|---|---|---|
| 负载平时吃什么电 | 市电 | 市电（经稳压） | 逆变输出 |
| 断电时是否有切换 | 有，毫秒级 | 有，毫秒级 | 无 |
| 切换瞬间波形 | 方波 | 基本为正弦波 | 始终正弦波 |
| 市电波动时是否动用电池 | 是 | 一般不用 | 不用 |
| 自身损耗 | 最低 | 较低 | 相对最高 |
| 常见功率范围 | 300VA~2kVA | 1kVA~数 kVA | 1kVA 以上 |
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把这六项与负载特性对照，选型方向就清楚了：负载对中断不敏感就选前两类，要求零切换与高电能质量就必须选在线式。
概念界定UPS 工作原理是指通过整流器与逆变器对市电进行处理后供给负载，并在市电异常时由蓄电池经逆变器继续供电的过程。
常见问题
双变换为什么能提供更好的电能质量？
因为负载吃的是逆变输出的电，而不是市电直接送来的电。市电的谐波、尖峰与波动在整流环节就被拦下，逆变器输出的是重新生成的、电压与频率都很稳定的正弦波。
后备式的方波输出有什么影响？
方波含有较多谐波，对电源滤波能力弱的设备可能造成发热或工作异常。电脑电源内部有滤波电路，通常可以接受；精密仪器则不太适合。
在线式为什么还要旁路？
旁路是应对逆变器故障或严重过载的备用通路。如果逆变部分无法继续工作，切到旁路可以让负载继续有电，避免直接断电。正常运行时负载并不走旁路。
切换时间多少算合理？
后备式与在线互动式在毫秒量级。设备电源的滤波电容通常能顶住这个间隙，所以电脑类设备基本无感。对相位敏感的设备则需要零切换的在线式。
三者的效率差异大吗？
后备式损耗最小，在线式因为常年双变换损耗相对最高。不过现代高频在线式机型的效率已经可以做到较高水平，这个差距在多数场景下可以接受。