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【干貨】工業(yè)計算機為什么要用到基于電容的UPS，及鐵路車輛應(yīng)用

發(fā)布時間：2023-03-20瀏覽：1063

? ? ? ?我們的日常生活中不能沒有電，電能對于現(xiàn)代工業(yè)數(shù)字化同樣重要。在關(guān)鍵任務(wù)中，意外斷電會造成數(shù)據(jù)的丟失和工作的停擺，硬件也可能因此損壞，并導(dǎo)致生產(chǎn)進度的推遲。

??為什么要用到UPS

? ? ? UPS是一種儲能裝置，由電池或電能存儲單元組成，能夠在輸入電源或市電中斷時為負(fù)載提供電能，是一種不間斷供電系統(tǒng)。為工業(yè)計算機安裝UPS，可以確保在發(fā)生意外斷電的情況時數(shù)據(jù)的安全性并保護硬件不受損害。

??為什么需要電容

? ? ? ? 幾十年來，由于能量密度高（10～100瓦時/公斤），電池是能量儲備的主要方案。然而，受限于工作溫度（一般為0℃至40℃）和壽命周期（2年或500次充放電循環(huán)），對于工業(yè)應(yīng)用來說電池既不夠強固也不夠持久。更重要的是，電池的壽命很大程度上受到環(huán)境溫度的影響。

? ? ? ?想要一款適用于工業(yè)應(yīng)用的UPS，需要采用電容，又叫作電子雙層電容（EDLC）。電容是一種新型的電容，能量密度是電解電容（1～10瓦時/公斤）的10～100倍。除了提供讓人印象深刻的能量密度，電容還支持-40℃至65℃的寬溫工作范圍，儲能或壽命周期不容易受環(huán)境溫度波動的影響，且擁有很長的壽命周期（10年或50萬次充放電周期）[1]。這兩個特點使得電容成為可信賴的工業(yè)級備用電源解決方案。

鐵路車輛部署

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圖片來自網(wǎng)絡(luò)

? ? ? 近年來，我們的客戶選擇將可以克服沖擊、振動、高溫等環(huán)境因素的Neousys宸曜科技SuperCAP UPS模塊部署在列車上，以便在鐵路環(huán)境電壓不穩(wěn)的情況下為列車控制器持續(xù)提供穩(wěn)定的電能。

在鐵路系統(tǒng)中，有三種常用的供電方法。

通過發(fā)電機為系統(tǒng)負(fù)載供電
通過車頂?shù)氖茈姽占娔懿⑼ㄟ^靜態(tài)變流器為系統(tǒng)輸送電能
部署電池管理系統(tǒng)為列車電力系統(tǒng)供電

在電力過渡階段，由于電壓驟降或短時斷電，列車上的電能會出現(xiàn)短暫的不穩(wěn)定，這個短暫的時間可能是一秒不到，也可能是好幾秒，取決于部署何種備用電源系統(tǒng)。

有兩種情況會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)大功率波動。具體而言，當(dāng)系統(tǒng)的供電設(shè)備被開啟或關(guān)閉時，變流器會因大功率波動而損壞；另一種情況是，由于直流電源配電線路短路，保險絲熔斷/斷路器斷開，輸入電壓可能在不到一秒的時間內(nèi)驟降至0伏，而這是符合EN 50155標(biāo)準(zhǔn)的。EN 50155是在鐵路上機車車輛使用的電子設(shè)備規(guī)范歐洲標(biāo)準(zhǔn)，如今大多數(shù)都參照這一標(biāo)準(zhǔn)。

EN 50155標(biāo)準(zhǔn)的其中一條定義是，正常輸入電壓須為穩(wěn)定（持續(xù)）電壓的0.7倍至1.25倍；且在少于一秒內(nèi)的電壓波動范圍須為0.6倍至1.4倍。請參照下表：

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? ? ? ?Neousys宸曜科技SuperCAP在另一種鐵路應(yīng)用中也大放光彩，即“第三軌系統(tǒng)”或“接觸軌系統(tǒng)”上運行的列車。第三軌系統(tǒng)的一個缺點是，平交道口和交叉口處的接觸軌存在間隙，此時列車處于無電狀態(tài)。因此，列車的長度短則需要達到能夠?qū)ⅰ伴g隙列車”接觸靴推回帶電軌道的長度。

? ? ? Neousys宸曜科技SuperCAP UPS不僅在意外斷電時可以作為備用電源模塊，也是列車上常出現(xiàn)電壓波動時理想的“穩(wěn)壓器”。SuperCAP UPS支持12V至35V寬范圍直流輸入，高則可支持180W能量輸出，為連接的后端系統(tǒng)持續(xù)供電，確保系統(tǒng)的正常關(guān)機并保護計算機硬件和數(shù)據(jù)。不同于一般的UPS，Neousys宸曜科技SuperCAP UPS可以自動啟動系統(tǒng)關(guān)機程序，不需要人為操作。配合Neousys宸曜科技的SuperCAP能量管理程序，可實時監(jiān)控后端系統(tǒng)的能量和功耗，以調(diào)整功率輸出并延長SuperCAP模塊的壽命周期。

Neousys宸曜科技基于電容的UPS

? ? ? Neousys宸曜科技的SuperCAP UPS是基于電容而非電池單元的UPS，能夠在-25℃至60℃寬溫環(huán)境中運行。SuperCAP UPS具備工業(yè)級性能，適用于苛刻的工業(yè)環(huán)境。

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? ? ? Neousys宸曜科技的SuperCAP UPS還擁有CAP能量管理技術(shù)。SuperCAP UPS能夠監(jiān)控后端系統(tǒng)，為自動開關(guān)機管理提供所需的電能，且不需要安裝額外的驅(qū)動或軟件。此外，SuperCAP UPS不僅能持續(xù)供電直至系統(tǒng)正常關(guān)機，還能在因電壓波動造成電源電壓不穩(wěn)時，作為保護屏障為相連的后端系統(tǒng)提供恒定的電流。這一點對于經(jīng)常出現(xiàn)電流不穩(wěn)的工廠或工業(yè)環(huán)境來說是非常重要的。

? ? ? ?Neousys宸曜科技SuperCAP UPS的應(yīng)用場景遠(yuǎn)不止工廠。除了類似UPS的備用電源模式外，Neousys宸曜科技的獨立型SuperCAP UPS還為車載應(yīng)用提供2種先進的點火信號電源控制模式。SuperCAP可以連接至一臺車載計算平臺作為通用的基于電容的UPS，或作為1個穩(wěn)定的電源，根據(jù)點火信號輸入執(zhí)行用戶自行設(shè)置的開機/關(guān)機延時。

Neousys宸曜的CAP能量管理技術(shù)

? ? ? ?Neousys宸曜科技SuperCAP UPS中采用了SuperCAP能量管理[2]。設(shè)計和制造出可信賴的基于電容的備用電源系統(tǒng)需要一系列的基礎(chǔ)技術(shù)，如充/放電控制，主動負(fù)載均衡，以及DC/DC轉(zhuǎn)換等，當(dāng)發(fā)生意外斷電時，可以在確保系統(tǒng)正常關(guān)機的前提下盡可能地發(fā)揮電容能量的作用。

SuperCAP能量管理架構(gòu)包含了單片機，電容和充/放電控制。嵌入在MCU中的架構(gòu)固件，不僅能持續(xù)監(jiān)控后端系統(tǒng)的能耗等級，還可以在發(fā)生意外斷電情況時自動啟動軟關(guān)機程序，以避免數(shù)據(jù)丟失或出錯。

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得益于這一架構(gòu)，SuperCAP可以提供一些高級的功能，如實時能量監(jiān)控，高/低電壓保護，以及自動/手動關(guān)機控制。在參數(shù)配置程序中，用戶可以通過減少能量容量利用率從而提高電容的壽命周期。

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? ? ? 傳統(tǒng)UPS使用電池來儲能，因此部署的環(huán)境受限，只能部署在辦公室或家中，與之不同的是，Neousys宸曜科技SuperCAP UPS模塊可以靈活部署在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境中。Neousys宸曜科技SuperCAP UPS擁有寬溫工作范圍，非常適合部署在工業(yè)應(yīng)用或車載應(yīng)用中，且儲能單元不會隨著時間的推移大幅衰退。

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