Типы источников бесперебойного питания

 Автор: Александр Дмитриев

Роль источников бесперебойного питания (ИБП) трудно переоценить. Наверное, нет смысла еще раз повторять «страшилки» про то, что творится в сетях электропитания и как это способно повредить работе компьютера. Пользователь, столкнувшийся с потерей данных в результате внезапного, пусть и очень кратковременного, пропадания напряжения в сети или с вроде бы ничем не мотивированными зависаниями ПК, уже сам сделал вывод в пользу приобретения ИБП. Ну а остальным остается просто довериться здравому смыслу, не дожидаясь, пока грянет гром.

В настоящее время используются три типа схем ИБП: резервные (off-line, standby), линейно-интерактивные (line-interactive) и с двойным преобразованием энергии (on-line).

Резервные ИБП — наиболее простые и, следовательно, дешевые источники, построенные так, что в нормальном режиме нагрузка подключена непосредственно к электросети, а при сбоях в сети переключается на питание от батарей. Длительность переходного процесса при переключении во многом зависит от вида нагрузки и для большинства современных ИБП при нагрузке «компьютер + монитор» составляет в среднем 4—5 мс, что заведомо не должно привести к каким-либо сбоям в работе ПК. Такие источники обладают высоким КПД, поскольку практически не выполняют каких-либо преобразований входного напряжения, но вместе с тем они интенсивно расходуют батареи, так как задействуют их при любых неполадках в электросети.

Линейно-интерактивные ИБП похожи по схеме выполнения на резервные ИБП, они тоже имеют коммутирующий элемент и у них такое же время переключения на батарею и обратно. Важным элементом ИБП этого типа является стабилизирующий автотрансформатор с переключаемыми обмотками, благодаря чему источник справляется с более широким диапазоном пониженного и повышенного напряжения без перехода на батареи, что увеличивает срок их службы.

Такие ИБП выгодно использовать при очень нестабильной электросети, что характерно для многих регионов России.

ИБП с двойным преобразованием генерируют собственное, стабильное по амплитуде и частоте синусоидальное напряжение. Напряжение от сети выпрямляется и питает выходной инвертор, а часть энергии расходуется на заряд батарей. При пропадании входного напряжения выходной инвертор запитывается от батарей с нулевым временем переключения. Таким образом, параметры выходного напряжения формируются только самой схемой ИБП и никак не зависят от параметров входного напряжения. Источники с двойным преобразованием позволяют полностью исключить амплитудные и частотные искажения при работе в слабых и нестабильных сетях. Кроме того, они защищают внешнюю сеть от помех, создаваемых нагрузкой, а саму нагрузку защищают от несанкционированного доступа со стороны внешней сети.

Среди недостатков этих ИБП следует назвать меньший, чем у других схем, КПД из-за двойного преобразования энергии, более высокую сложность, а следовательно, и цену устройства. ИБП этого типа используют там, где предъявляются высокие требования к качеству электропитания (серверы сети, медицинское оборудование, схемы управления важными технологическими процессами), а также в случае слабых и нестабильных электросетей, например при питании от дизель-генератора. ИБП с двойным преобразованием имеют режим обхода основной схемы (bypass), включающийся автоматически при существенной перегрузке или в случае неисправности самого ИБП, что предохраняет нагрузку не только от неполадок в сети, но и от выхода из строя основных узлов ИБП. Вручную этот режим может быть включен, например, для замены батарей в «горячем» режиме.


Батареи:

Аккумуляторные батареи являются наиболее капризным и скоропортящимся элементом ИБП. По данным производителей, жизненный цикл свинцово-кислотных батарей, используемых в большинстве ИБП, составляет 3—6 лет. Такая неопределенность в цифрах объясняется сильной зависимостью срока жизни батарей от условий эксплуатации. Немалое влияние оказывает температура внутри батареи и напряжение подзаряда, незначительное отклонение которого от оптимального приводит к ускоренной коррозии решеток и расходу электролита. Сам аккумулятор должен постоянно находиться под напряжением подзаряда. Очень опасен глубокий разряд батарей и перезаряд. Поэтому производители ИБП прилагают большие усилия для оптимизации режимов эксплуатации батарей. Почти все современные ИБП с двойным преобразованием оснащаются микропроцессорами, обеспечивающими температурно-компенсированный заряд батарей, их автоматическое тестирование, контроль циклов заряд/разряд, регулирование напряжения окончания заряда в зависимости от длительности разряда, расчет времени автономной работы с учетом реальных условий. Кроме того, в ряде источников предусмотрена функция предупреждения о приближающейся «смерти» батарей. В моделях ведущих производителей предусмотрен режим ускоренного заряда. Так, в некоторых ИБП фирмы IMV 90%-ный заряд может быть достигнут за рекордно короткое время в 1—2 ч. Подобная интеллектуальная поддержка режимов эксплуатации батарей приводит к продлению их жизненного цикла на 50%.

Свинцово-кислотные аккумуляторы получили широкое распространение благодаря своей надежности при невысокой цене. Никель-кадмиевые батареи в 3—5 раз дороже свинцово-кислотных, но зато более энергоемки и могут работать в широком температурном диапазоне. Однако они обладают эффектом «памяти» уровня заряда, что негативно влияет на время автономной работы. Литиево-ионные батареи имеют хорошие энергетические характеристики и малые габариты, но они дорогие и потому используются преимущественно в ноутбуках. Существуют также железоникелевые, свинцово-цинковые и другие типы аккумуляторов.

Из новых технологий нужно упомянуть воздушно-цинковые и протон-полимерные электрохимические батареи. Последние обладают энергоемкостью, в 20 раз большей, чем свинцово-кислотные, и у них есть перспективы на использование в ИБП ближайшего будущего.


Программная поддержка:

Программное обеспечение ИБП предназначено для конфигурирования, оперативного мониторинга состояния системы питания, корректного выхода из приложений, с которыми работал пользователь, и автоматического завершения работы ОС в случае длительного отсутствия напряжения. Кроме того, большинство программных продуктов, предназначенных для совместной работы с ИБП, ведут протокол событий, связанных с работой ИБП (включение/выключение, переход на питание от батареи и обратно, результаты тестирования и т. д.). Многие программы позволяют вывести на экран график входного и выходного напряжения за период любой заданной длительности, что существенно облегчает анализ качества электроснабжения. Часто встречается и такая функция, как возможность задания расписания автоматического включения и выключения ИБП или проведения автотестирования.

Для автономно работающего ПК набор основных функций, требующихся от программы, не так уж велик. Главное, чтобы помимо параметров сети можно было всегда проконтролировать ресурс батареи (т. е. оставшееся время автономной работы при пропадании в сети напряжения, степень заряда при зарядке батареи и потенциальную энергоемкость для контроля степени устаревания батареи) и процент подключенной нагрузки от максимально допустимой. Кроме того, программа должна успевать корректно закрывать приложения и ОС.

К ПО, работающему с ИБП для серверов или узлов компьютерной сети, предъявляются дополнительные требования:

• рассылка предупредительных сообщений пользователям ЛВС;

• дистанционное уведомление администратора ЛВС о проблемах в электроснабжении на пейджер, сотовый телефон или через Интернет;

• упорядоченная «свертка» сервера в критической ситуации с предварительным исполнением командных файлов, созданных пользователями рабочих станций.

Для реализации этих функций в сетевых ИБП имеется специальное гнездо для установки SNMP-адаптера.

SNMP-адаптер предназначен для непосредственного подключения ИБП к локальной сети в качестве самостоятельного сетевого узла со своим уникальным IP-адресом, доступ к которому открыт с любой станции сети. Адаптер транслирует ИБП передаваемые по сети команды управления и, наоборот, передает информацию от него по протоколу SNMP клиентам сети.

SNMP/HTTP-адаптер благодаря встроенному HTTP-серверу позволяет просматривать информацию о состоянии ИБП через Интернет с помощью любого HTTP-браузера.

:: на начало ::