基于东芝产品的不间断电源设计方案

在数字化浪潮席卷各行各业的今天，稳定可靠的电力供应已成为保障设备正常运行的生命线。不间断电源（UPS）作为电力系统的“守护者”，其设计质量直接关系到关键设备的运行安全。

然而，现代UPS设计面临着低功耗、高效率、小型化、稳定运行等多重挑战，如何在有限空间内实现最优性能，成为工程师们亟待解决的难题。

东芝半导体推出的完整的不间断电源解决方案，覆盖电源单元、逆变器/转换器单元、控制单元到信号传输单元等各个环节。东芝不仅提供高性能的半导体产品，更配备详实的电路配置示例，助力工程师快速攻克设计难点，打造具有市场竞争力的UPS产品。

东芝不间断电源解决方案系统框图

01能效优先：降低系统功耗是关键

东芝UPS方案如何实现高效DC-DC转换？其核心在于构建了一个强大的“功率矩阵”：高效的DTMOS/SiC/U-MOS MOSFET与隔离光耦。而掌控这个矩阵的“指挥家”则是内置3相PWM逆变控制的TXZ+ M4N组MCU，确保每一份能量都精准转换。

“能效之王”：让每一分电力都用在刀刃上

东芝DTMOS系列MOSFET（TK25A60X等）通过优化RDS(on)×Qg性能指标，显著提升了开关特性。RDS(on)×Qg的改善和体二极管反向恢复特性的提升，为电源效率的提升立下了汗马功劳。

“秒开关”：性能狂飙80%

东芝SiC MOSFET TW015N65C采用第三代先进芯片设计，开关特性性能指标RDS(on)×Qg较前代产品降低80%，漏极源极导通电阻典型值仅为15mΩ，内置的SiC肖特基势垒二极管更能有效防止高阈值电压导致的故障。

DC-DC转换器和控制电路

“百搭小能手”：简单设计，高效输出

TPN19008QM等U-MOS系列MOSFET产品线丰富、设计友好，轻松选型不纠结。在保持高效率的同时，它能满足多样化应用场景，是节能提效路上的“贴心搭档”！

在AC-DC转换器（带PFC电路）和DC-AC逆变器环节，东芝同样部署了上述先进的功率器件、光耦和MCU。

“省电先锋”：低损耗、高可靠

东芝SiC肖特基势垒二极管采用新型金属与优化设计，实现低正向电压（VF），有效降低导通损耗，提升整机效率，是高效电源设计中不可或缺的“节能利器”！

AC-DC转换器（带PFC电路）及控制电路

DC-AC逆变器及控制电路

02智慧核心：精准控制，确保系统稳健运行

高性能的UPS系统离不开强大的“大脑”。东芝TXZ+系列M4N组MCU以其卓越的性能，为UPS系统注入了智慧内核。

“最强大脑”：精准控制，稳如泰山

东芝TXZ+系列M4N组MCU内置Arm Cortex-M4 CPU内核，最高工作频率达200MHz，配备单周期MAC指令、优化SIMD指令和单精度浮点运算单元。

丰富的外设资源包括高精度AD转换器、多功能定时器和各类通信接口，实现低功耗传感器监测，满足从电机控制到高效信号处理的各种应用需求。

这套智能控制系统贯穿UPS的各个关键环节：在DC-DC转换器中实现精确的功率转换控制；在AC-DC转换器中优化功率因数校正；在DC-AC逆变器中确保输出波形质量。

全方位的控制架构如同给UPS系统装上了“智慧大脑”，确保每一个环节都精准可靠。

DC-DC转换器模块（双向型）

AC-DC转换器模块（带PFC电路）

DC-AC逆变器模模块

03安全屏障：高速通信与可靠隔离并重

在追求性能的同时，系统安全同样不容忽视。东芝为UPS系统控制和通信的电气隔离和安全构建了多重保护。

“安全卫士”：高隔离，多功能，自动防护

在实现稳定和隔离高速通信的同时，东芝智能栅极驱动光耦TLP5214A、TLP5212采用长爬电间隙SO16L封装，具备4.0A输出电流能力。其完善的智能保护功能包括：IGBT去饱和检测可及时识别隔离故障状态，提供系统自诊断能力；软IGBT关断和有源米勒箝位确保开关过程平稳；欠压锁定（UVLO）功能防止电压异常的风险。它在高温下也能稳定工作，是系统安全的“全能保镖”！

“信号放大镜”：数据采集又快又准

东芝TLP7820隔离放大器通过先进的光耦技术实现高精度电流电压检测。其线性度好、抗干扰强，隔离性能优越，实时反馈系统状态，确保控制“眼明心亮”！可选输出类型可为用户提供更多选择。

MCU与转换器之间的控制信号传输线

“静电克星”：接口不怕静电冲击

东芝低电容TVS二极管DF2B7ASL动态电阻低，箝位电压稳，能轻松吸收ESD静电，保护通信接口不受损伤，尤其适合高密度板设计！

RS-232接口

04小型化典范：实现更紧凑布局

现代电子设备对空间利用率的追求永无止境，东芝功率器件的小型化特性为此提供了完美解决方案。它不仅节省了宝贵的电路板空间，更通过优化布局降低了寄生参数，进一步提升了系统整体的稳定性和可靠性。

“小巧能量块”：安静供电，助力高密度安装

碳化硅器件的高功率密度特性允许使用更小的散热器和更紧凑的布局，大幅提升空间利用率。

而小型表面贴装LDO稳压器TCR15AG等小身材、低噪声，具备高压差、高电源抑制比（PSRR）特性，输出干净稳定，为核心芯片提供“静音级”供电，再也不用担心电源波动！

电源单元

东芝不间断电源解决方案以其创新的技术、可靠的产品和完整的支持体系，为工程师提供了通往成功的钥匙。无论是追求极致效率，还是需要紧凑设计，或是要求最高可靠性，这个方案都能提供满意的答案。

关于东芝电子元件及存储装置株式会社

东芝电子元件及存储装置株式会社是先进的半导体和存储解决方案的领先供应商，公司累积了半个多世纪的经验和创新，为客户和合作伙伴提供分立半导体、系统LSI和HDD领域的杰出解决方案。

东芝电子元件及存储装置株式会社十分注重与客户的密切协作，旨在促进价值共创，共同开拓新市场，期待为世界各地的人们建设更美好的未来并做出贡献。