摘要：随着现代科技的进步，以及用电设备的要求不断提高，UPS电源的地位显得格外重要。而每款合格的UPS电源，出厂前都会经过严谨的电气测试，通过完善的电气测试工作，不仅提高了UPS电源的工作可靠性，还可延长UPS电源的使用寿命。本文重点介绍UPS电源在进行电气测试时存在的问题，阐述UPS电源电气测试系统的设计方案，并对UPS电源电气测试的性能进行了理论分析。
关键词：UPS电源；电气测试；性能分析
引言
在当今的社会环境，人们的质量意识已经发生明显的提升，所以，对于供电质量的要求也在不断提高，为了满足人们的质量要求，在供电过程中，需要无中断时间、且具有较强抗干扰能力的供电电源。UPS电源作为广泛应用的一种电源，具备了人们对供电质量的要求。从具体的UPS电源应用来看，虽然该电源满足了大部分客户需求，但是如果电源本身存在一些问题，这种需求的满足就会大打折扣。所以，为了确保UPS电源在出厂后能够拥有突出的应用价值，需要对其进行电气测试，而电气测试的技术水平直接影响到测试效果，因此，分析电气测试技术意义重大。
1、UPS的工作原理
UPS是一种含有储能装置、以逆变器为主要元件、稳压稳频输出的供电设备。UPS设备型号多样，按工作方式，由简单到复杂可分为后备式、在线互动式、在线式。而要实现完全不间断，只有在线式UPS，故在线式UPS多用于高要求负载，如服务器、金融设备及各种医疗设备。在线式UPS按内部结构划分，可分成四部分：整流、储能、逆变和开关控制。工作原理框图如图1所示。
图1 在线式UPS工作原理框图
市电正常时，输入交流电先通过整流和PFC（功因校正、升压）形成直流电压（BUS电压），供给 DC/AC交流逆变器，输出稳定的220V交流电压，同时充电器（从市电或BUS取电）对电池充电。当市电异常时（高压、低压、频率异常或掉电时），则由电池组通过逆止二极管向直流回路馈送电能。从负载端来看，市电供电到电池供电之间的切换，输出完全不间断。当电池能量即将耗尽时，UPS发出声光报警，并在电池电压达到放电下限时刻停止逆变器工作。UPS还有过载、过温等保护功能，当出现输出过载时，UPS在逆变器超出过载能力之时，切换至旁路状态，并在负载正常时自动切换至逆变模式。当严重过载时，UPS立即停止逆变器工作并切换至旁路状态，输出空开可能脱扣；当环境温度过高时（一般要求工作环境在5-40℃），或者UPS功率器件异常、出现样机高温时，UPS也会由逆变模式自动切换至旁路模式，在温度传感器检测到各散热器温度符合正常工作温度时，自动切换至逆变模式。为使UPS正常工作，应避免在过载情况下运行，UPS电源在出售前，应与客户沟通确认负载功率大小，匹配合适的UPS电源，且应先确认客户负载工作的环境温度，尽量避开特殊高温环境。
2、UPS电源电气测试技术存在的问题
2.1 先进UPS电源测试仪器的缺乏
在目前的UPS电源电气测试中，表现最为突出的一个问题是先进的UPS电源测试仪器比较缺乏。从目前的UPS电源电气测试分析来看，要想获得准确度较高的测试结果，需要依靠高精度的仪器设备，但目前的仪器设备因为在精密度方面没有较为显著的进步，这造成了测试数据的实际误差大。特别是关于低压驱动信号方面的测试，由于低压测试本身要求高，加上测试仪器的抗干扰能力较弱，容易造成数据不准确，误导研发、测试工程师。又如温升测试，多使用传统的热电偶线加瞬间黏着剂来测试各元件的温升，由于热电偶线的制作误差，加上工程师 对元件发热点的判断不准确，容易造成不同工程师在相同环境温度下测同个元件得到的数据不一致。简而言之，因为缺乏先进的测试仪器加上没有统一的测试规范，测试工作的效果普遍性不高。
2.2 UPS电源电气测试过程难以实现全自动控制
在进行电气测试时，需要的数据较多，还需满足一定的条件。结合不同的测试需求，需要人工改变测试工况，如改变输入输出工况、环境工况、样机故障模拟等。而不断改变工况，就需间歇性换置测试仪器，易造成数据误差。如果电气测试能通过全自动控制，实现测试工况自动调节与改变，测试结果的准确性会得到很大的提升，不过由于上述问题的存在，导致全自动控制实现起来有困难。
2.3 电气测试周期长，影响企业生产效率
目前，大部分UPS电源厂家都采用人工测试的方法来实现出厂前检测。大方向可分为性能测试和可靠性测试，性能又可分成电气性能指标、功能测试、安规测试、输入和输出适应性测试等；可靠性测试可分成温升测试、振动测试、故障模拟、整机应力等测试。不同厂家可能存在小差异，但核心部分大体相同。而测试周期长，不仅加长了整个项目的完成时间，还影响企业的生产效率。
2.4 认识上的偏差
由于当UPS电源厂商竞争激烈，为了快速取得市场占有率，有些企业把UPS电源电气测试简化，没有按照产品质量要求、国家和行业标准要求对UPS电源各项的电气指标进行测试，不合格的指标选择性忽视；对于可靠性方面，为了省成本而降低产品要求，也对UPS电源质量埋下了隐患。
3、UPS电源电气测试系统的设计方法
3.1 系统功能要求
UPS电源具有一定的电气性能，如何检验其是否合格，就需要具体的测试方法。测试UPS电源的硬性指标，需用到必备的测试仪器：如示波器、差分探头、电流放大器、电能质量分析仪等，还要灵活使用万用表、钳流表等辅助工具；需要搭建UPS电源测试平台，如电气性能测试如何接入交流（直流）源、准确计算及匹配额定负载，又如EMC测试如何进行辐射骚扰测试、传导骚扰测试，振动和跌落测试、温升测试等，都需要掌握其正确的测试平台搭建。而电气测试得到的数据，多与标准相比较来判断其是否合格。UPS电源所用的标准有国家标准GB7260、通信用不间断电源行业标准YD/T 1095、通信用模块化不间断电源行业标准YD/T 2165等，优先按照国家标准，每项测试项目进行逐个测试，再把测试得到的每个数据，与国家标准、行业标准做对比；部分标准无规定的项目参数，则参考行业内优秀厂家，做相同的规格书要求（不违背国家标准要求），即电气性能指标测试结果最终以国家、行业、产品规格书的要求做参考，且在上述要求之内。
3.2 软、硬件方案设计
合理正确的UPS电气测试系统对UPS的测试检验有着主导作用，此系统是围绕软件、硬件测试方案来设计的。
就硬件设计来看，主要包含3个方面的内容：第一，各功率板的单板测试，测试内容主要是元器件的电压应力、电流应力，并与供应商提供的器件规格书做比较；第二，老化过程中，在不同的输入工况条件下，进行工作状态切换测试，观察并记录UPS样机是否出现故障；第三，UPS样机在动态变化时（输入源变化和负载变化），运行是否有异常。
就软件设计而言，主要包括4个方面：第一，软件测试工程师检查程序BUG，包括主控程序和CPLD程序；第二，UPS样机的监控功能是否正常，各通信端口、干接点与上位机的通讯是否正常，上位机更改样机参数是否有效；第三，PFC和INV的驱动脉宽、频率是否与硬件设计要求相符合，切换点的驱动电压是否有异常；第四，UPS故障保护逻辑是否符合要求，切换动作是否准确。
简而言之，UPS电源电气测试系统的工作运行离不开硬件和软件的支持，所以做好这两方面的设计十分必要。
4、UPS电源电气测试理论分析
4.1 UPS电气测试数据理论要求
在对UPS电源进行电气测试时，测试得到的指标不仅需要理论分析对比，也要关注数据的准确度，例如输出电压稳压精度测试，按YD/T1095 的要求是±1%~±3%，即工程师应在UPS市电逆变工作模式、电池逆变工作模式，测试输出电压有效值，如有效值超过220V±3%，在判断此项参数不合格之前，同时使用示波器和万用表确认（测试仪器先校准无误），最好是在输出接额定线性负载和额定非线性负载（平衡负载和不平衡负载）的条件下，都关注测试指标，也可以把测试结果制作成电压数据曲线，以便分析数据。
4.2 UPS电气测试数据权重的确定
在UPS电源电气测试系统中，不同的评价指标有着不同的作用，这造成了每种指标需要配备不同的权重。一般对测试的项目，有问题的指标需要定义问题的性质，例如按问题轻重程度，可分为致命问题、严重问题、一般问题等。每种性质的问题有着不同的评分，同时结合权重，判断UPS电源是否有转量产的资格。如评分不合格，则需要研发工程师，解决已发现的问题，且需要再一轮验证测试，直到UPS样机符合要求。
结束语
通过电气测试系统的设计与UPS电源性能的分析，有效的保证了UPS电源的质量。这样一来，当市电出现异常时，UPS电源供电确保无中断时间，同时也更匹配负载工作。不过目前的UPS电源电气测试系统的发展仍需完善，需要进一步加大研究的力度，以便于更好地配合市电供电，保证供电质量及可靠性。
参考文献：
[1]王晨，黄金霖.基于S7-1200的UPS电源电气测试性能分析研究[J].巢湖学院学报，2013，10（06）：86-90.
[2]魏富选.PCBA组装中的工艺测试设计[J].中国电子商情（基础电子），2013，11（06）：60-65.
论文作者:袁和铎,耿涛涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/25
标签：测试论文; 电源论文; 电气论文; 负载论文; 在线论文; 市电论文; 工作论文; 《基层建设》2018年第36期论文;