無停電電源装置 (UPS) は、多くの産業用途に不可欠なコンポーネントです。主電源の中断によってデータの損失が発生したり、機密機器に損傷を与えたり、安全が危険にさらされたり、生命が脅かされたりする可能性がある限り、システムには UPS を装備する必要があります。外部停電が発生すると、これらの重要なシステムは自動的に負荷をバッテリーに接続し、バッテリーを通じて電力を供給することで、別の電源を接続するための時間を稼いだり、機器を安全にシャットダウンしたりすることができます。
UPS システムは、電気通信、病院、データセンターなどの多くの分野で広く使用されています。直流 (DC) 負荷用に特別に設計された UPS は、輸送、発電、工場およびビルディングオートメーション、半導体製造、セキュリティなどの分野の機器を保護できます。
UPS は、外部電源とバックアップ バッテリ間の単純なスイッチング デバイスであるだけでなく、バッテリの状態と入出力電圧も管理する必要があります。エンジニアが既存または計画中の機器に UPS を追加する場合、UPS のインターフェイスと安全な動作要件を考慮しながら、負荷とバッテリーの要件に適合する製品を選択する必要があります。
無停電電源装置の動作原理を理解する
交流（AC）入力用に設計された機器は、バックアップバッテリからのDC電力をインバータ回路を通じて負荷に適したAC出力に変換するAC UPSを使用します（図1）。通常動作時は、外部AC電源がバッテリやインバータを経由せずに負荷に直接電力を供給します。外部電源が遮断された場合、バッテリが消耗するか、外部電源が復旧するか、または別の電源が接続されるまで、バッテリはインバータを介して必要な電圧で負荷に電力を供給します。
AC UPS には、AC 電源があるときに機能する整流器が含まれています。整流器は AC 電力の一部を DC 電力に変換し、バッテリーを安定させた後に充電します。
AC UPSはバッテリーを経由せずにバイパスモードを採用します
図 1: AC UPS は、必要に応じてバッテリを経由せずにバイパス モードに入り、インバータを使用してバッテリの DC 電力を負荷が必要とする AC 電力に変換します。整流器は AC 電源を使用してバッテリーを充電します。 （画像出典：TDKラムダ）
DC負荷はDC-UPSを介してバックアップバッテリに直接接続できます。 DC-UPSには主に2つの機能があります。外部電源がある場合、DC-UPS は内部双方向 DC/DC コンバータとして機能します。このようにして、UPS は整流された DC 電圧を使用してバッテリーを充電するだけでなく、DC 電圧を DC 負荷に適した電圧に変換することもできます (図 2)。外部電源が遮断されると、DC/DC コンバータとして機能し、バッテリから負荷までの電圧を安定させます。
DC-UPSでは、バッテリが負荷に直接電力を供給します。
図 2: DC-UPS では、バッテリが負荷に電力を直接供給します。外部電源が回復すると、整流された外部 AC 電圧電源が負荷に電力を供給し、バッテリを充電します。 （画像出典：TDKラムダ）
TDK Lambda の DUSH960 DC-UPS (図 3) は、12V ～ 60V の範囲の DC 入力電圧に適しています。この UPS は、12 V ～ 48 VDC の範囲のユーザーがプログラム可能な電圧の下で、最大 20 A の電流と 960 W の電力を出力できます。プログラマブル DC/DC コンバータとして、DUSH960 DC-UPS はバッテリを必要とせずに、10 V ～ 60 V (公称電圧 12 V ～ 48 V) の入力および出力範囲で使用できます。
インバータを必要とせずにバックアップバッテリから負荷に直接電力を供給できるため、DC-UPSシステムの効率は非常に高くなります。この DC-UPS は、バッテリーを通じて電気エネルギーの 96% ～ 98% を確実に出力できます。