Что такое UPS и как он устроен (часть1)

2013-05-15 Статьи  Комментариев нет

Источник бесперебойного питания (ИБП или UPSUninterruptible Power Supplies) предназначен для снабжения компьютера электроэнергией в случае пропадания напряжения в электрической сети.

Внезапное отключение напряжения чревато потерей данных и физической порчей оборудования. В электрической сети всегда есть помехи и всплески напряжения, которые возникают при коммутации мощных потребителей.

Если нагрузка по конкретной электрической линии велика, напряжение на нагрузке снижается ниже нормы. Источник бесперебойного питания и нужен для того, чтобы питать компьютеры (и другую нагрузку) «чистым» напряжением. В случае пропадания напряжения источник начинает работать от аккумуляторной батареи, вырабатывая переменное напряжение 220 В для компьютера.

Как устроен ИБП?

Постоянное напряжение аккумуляторной батареи (обычно 12 В или 24 В, если батареи включены последовательно) превращается в переменное 220 В с помощью специального устройства – встроенного инвертора. Если напряжения в сети исчезает, работа источника бесперебойного питания обычно сопровождается световой и звуковой индикацией для привлечения внимания пользователя.

В зависимости от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки, ИБП обеспечивает переменное напряжение на своих выходах в течение обычно 5 — 20 мин (кроме особых случаев). Этого времени хватает для того, чтобы закрыть все приложения (работающие программы) и выключить компьютер.

Все источники делятся на три большие группы:

  • пассивные (passive stand-by),
  • линейно-интерактивные (line interactive),
  • с двойным преобразованием(double conversion).

Пассивный ИБП

Схема пассивного ИБП

Рис.1 Схема пассивного ИБП

Фильтр защищает выход устройства и его электронику от выбросов напряжения, которые нередко бывают в электрической сети.

Переменное напряжение сети выпрямляется выпрямителем и (через зарядное устройство, которое на схеме не изображено) подзаряжает аккумулятор.

В обычном режиме, когда уровень напряжения в сети не выходит за пределы нормы, отфильтрованное сетевое напряжение проходит через ключ на выходные разъемы ИБП и питает нагрузку. Как только оно выходит за пределы или исчезает, начинает работать инвертор. Он превращает постоянное напряжение от аккумулятора в переменное с необходимой амплитудой, которое через ключ поступает на нагрузку.

При этом аккумулятор может отдавать достаточно большой ток, так как нагрузка – например, компьютер с монитором – может потреблять мощность 200 Вт и более. Как только входное сетевое напряжение вошло в пределы нормы, контроллер отключает инвертор и подает на выходы ИБП отфильтрованное сетевое напряжение.

Если же оно длительно отсутствует, контроллер отключает устройство, предохраняя аккумулятор от глубокого разряда.

Линейно-интерактивный ИБП

Схема линейно-интерактивного ИБП

Рис.2 Схема линейно-интерактивного ИБП

Линейно-интерактивные источники отличаются от пассивных, в частности, тем, что имеют в своем составе автотрансформатор.

Это позволяет работать в более широком диапазоне входного сетевого напряжения без перехода на аккумуляторы. Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что содержит не две (или более) гальванически изолированные обмотки, а, по сути одну обмотку с отводами.

Если входное сетевое напряжение длительное время снижено, контроллер, коммутируя посредством ключей обмотки автотрансформатора, повышает уровень напряжения на выходных разъемах ИБП. Если же напряжение длительное время повышено (в известных, разумеется, пределах) контроллер, коммутируя обмотки, понижает его уровень на выходных разъемах. Эта технология получила название AVR (Automatic Voltage Regulation).

Форма выходного напряжения ИБП

Рис.3 Форма выходного напряжения ИБП

Генерируемое инвертором сигнал может иметь вид аппроксимированной (ступенчатой) синусоиды или вид почти прямоугольных импульсов.

Последнее не так плохо, как этого можно было бы ожидать. Большинство современных блоков питания, в том числе и компьютерные, — импульсные, в них сетевое напряжение все равно сначала выпрямляется.

ИБП с двойным преобразованием частоты

Схема ИБП с двойным преобразованием частоты

Рис.4 Схема ИБП с двойным преобразованием частоты

Наиболее совершенные источники – с двойным преобразованием, которые используются в наиболее ответственных случаях (для питания серверов и оборудования, чувствительного к параметрам сетевого напряжения). В источниках бесперебойного питания первых двух типов частота сетевого напряжения на выходе (в тех случаях, когда не работает инвертор) всегда равна частоте сети. Нет никакой возможности на нее повлиять.

В ИБП с двойным преобразованием инвертор работает всегда – независимо от того, есть в сети напряжение или нет. Если оно в сети есть, оно выпрямляется, подзаряжает через зарядное устройство аккумулятор и поступает на инвертор, управляемый контроллером устройства. Инвертор вырабатывает чистую, «синтетическую», синусоиду стабильного напряжения – без помех и выбросов.

Частота ее может отличаться от частоты входного напряжения и определяется исключительно контроллером (точнее, предварительными настройками). Когда напряжение в сети исчезает или выходит за пределы нормы, инвертор переключается на работу от аккумулятора, поддерживая тот же высококачественный сигнал на выходных разъемах.

При этом переключение происходит быстрее, чем в первых двух видах источников. ИБП с двойным преобразованием имеет байпас (bypass, обходную линию), который позволяет питать нагрузку напрямую от электрической сети. Это сделано для того, чтобы подача напряжения на нагрузку не прерывалась при перегрузке или выходе из строя инвертора (который всегда работает).

Если возникают проблемы с инвертором, контроллер переключает ключ, и отфильтрованное сетевое напряжение в нагрузку поступает через байпас.

В заключение отметим, что для удобства работы разработано специализированное программное обеспечение, которое позволяет, в частности, проследить, как менялось входное сетевое напряжение во время работы.

Источник: Компьютер и жизнь

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

На жизнь надо смотреть позитивно. Например, если вас долбануло постоянным током, то в этом есть не только минус, но и плюс.

Комментарии

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>