Что такое avr в бесперебойнике

Что такое UPS и как он устроен. Часть 2

В первой части статьи, друзья, мы начали знакомиться с устройством источника бесперебойного питания и рассмотрели его основные структурные схемы. Обратим теперь внимание на

Ключи и зарядное устройство

В качестве ключей в маломощных источниках бесперебойного питания используются электромагнитные реле.

Используются чаще всего реле с одной переключающей группой контактов и катушкой постоянного тока на 12 В.

В мощных и «умных» ИБП (особенно в источниках с двойным преобразованием) вместо реле используются специальные полупроводниковые приборы – тиристоры.

Устройства бесперебойного питания содержат в своей электронной схеме зарядное устройство для аккумулятора. В течение всего времени, пока ИБП включен, идет подзарядка аккумулятора. Многие модели могут заряжать батарею и тогда, когда источник не включен, но вилка питающего кабеля включена в сеть.

Таким образом, батарея всегда заряжена, независимо от того, включено устройство или нет.

Более «умные» бесперебойники обеспечивают всякие хитрые алгоритмы зарядки.

Батарея со временем стареет, емкость ее падает, поэтому она заряжается все меньшим и меньшим током. Это продлевает срок ее жизни.

Технология AVR

Более ранние модели переключались на работу от батарей, если сетевое напряжение выходило за эти нормы.

Но существуют ситуации, когда, во-первых, имеют место скачки напряжения в сети, а во-вторых, напряжение в сети может быть длительно сниженным или повышенным.

Аккумуляторная батарея имеет ограниченное количество циклов «заряд-разряд», лишний раз ее лучше «не дергать».

Поэтому и была придумана технология AVR.

При этом с помощью ключей коммутируются обмотки автотрансформатора — с целью поддержания номинального напряжения на нагрузке.

Автотрансформатор, по существу, имеет одну обмотку с отводами. Он отличается от обычного трансформатора тем, что имеет меньшие габариты и вес.

Таким образом, аккумулятор включается в работу только при исчезновении напряжения, или когда оно аномально снижено или повышено.

Управление и индикация ИБП

Управляет инвертором и вообще всем источником микросхема-контроллер.

Контроллер имеет собственное программное обеспечение (firmware), «прошитое» в нем. Этот контроллер

Многие модели ИБП имеют порт (Com или USB), посредством которого они могут обмениваться информацией с компьютером.

При этом в компьютере должно быть установлено соответствующее программное обеспечение.

Запустив программу, можно отслеживать величину входного напряжения, устанавливать пороги переключения, накапливать статистику и т.п. В этом случае микросхема-контроллер управляет еще и интерфейсной микросхемой, сообщая ей необходимые данные.

Более сложные ИБП имеют не только индикатор включения, но и другие световые индикаторы, показывающие величину заряда аккумулятора, степень нагрузки или перегрузки источника, необходимость замены аккумулятора (обычно красного цвета).

Такие модели периодически тестируют батарею и, в случае необходимости ее замены, зажигают тревожный индикатор.

Инвертор и его запуск

Основа инвертора — силовые ключи на полевых транзисторах (ПТ).

ПТ имеют очень небольшое сопротивление в открытом состоянии (сотые или тысячные доли Ома).

Но через них могут протекать токи в десятки ампер, поэтому они устанавливаются на радиаторах.

Для питания микросхемы-контроллера и всей электронной схемы необходимо постоянное напряжение. Для его получения используется либо основной трансформатор, либо отдельный маломощный источник, которым управляет отдельная микросхема-контроллер.

В некоторых простых моделях начальный запуск электронной схемы производится от аккумулятора. Если он «сел» или неисправен, ИБП попросту не включится. Необходимо подключить к нему исправную и заряженную батарею.

В заключение отметим, что во многих источниках бесперебойного питания встроены «зеленые» функции энергосбережения. В частности, если на выходе нет нагрузки или она невелика (единицы Ватт), то контроллер может отключить устройство. Активация «зеленого» режима описывается в руководстве к конкретному бесперебойнику. В некоторых моделях для этого необходимо нажимать на кнопку включения в течение нескольких секунд.

Следующий наш пост пост будет о том, как устроен кнопочный манипулятор «мышь». Не пропустите!

Источник

Как выбрать источник бесперебойного питания

Сколь бы надежен не был ваш поставщик электропитания, броски напряжения иногда случаются на любых линиях. Каждый пользователь ПК хоть раз, да сталкивался с внезапной перезагрузкой или отключением компьютера из-за неполадок на питающей линии. И компьютеры – не единственный вид техники, требующий бесперебойного электропитания.

Продолжительное отключение электропитания может привести к заморозке системы отопления частного дома. ИБП с подключаемыми аккумуляторами способен «продержать на плаву» циркуляционный насос и электронику котла в течение нескольких часов, и стоить такой ИБП будет намного дешевле, чем генератор с автозапуском.

Роутер, подключенный к ИБП, позволит оставаться «онлайн» и при отсутствии электропитания. Потребляет роутер совсем немного и емкости аккумулятора даже недорогого «бесперебойника» хватит на пару-тройку часов его работы.

Серверам и внешним дисковым накопителям бесперебойное питание совершенно необходимо – внезапное отключение электричества может привести к потере данных.

И вообще, наличия ИБП требует любая автоматика, сбой в работе которой может привести к серьезным последствиям – медицинское и технологическое оборудование, системы пожарной и охранной сигнализации и т.д. Но параметры электропитания у разных видов техники разные, поэтому и ИБП для них потребуется с различными характеристиками.

Характеристики источников бесперебойного питания.

Вид устройства.

Резервный ИБП имеет наиболее простую конструкцию. Электроника источника следит за уровнем входного напряжения, и, при его выходе за установленные рамки (обычно +10% от номинала), переключается на питание от аккумулятора.

Кроме того, переключение на аккумулятор занимает некоторое время, что может быть критичным для некоторых видов техники. Например, для импульсных блоков питания с активным корректором мощности (APFC), которым оснащено большинство таких БП мощностью более 400 Вт. При подборе ИБП для компьютеров, специальной аппаратуры, аудио- и видеотехники с подобными блоками питания следует оставлять большой запас по мощности, либо выбирать ИБП другого вида.

Линейно-интерактивный ИБП, фактически, состоит из резервного ИБП и стабилизатора. При наличии в сети пониженного или повышенного напряжения, автоматический регулятор напряжения (AVR) стабилизирует его, а на аккумулятор ИБП переключается только при настолько большом отклонении напряжения от нормального, что стабилизировать его уже невозможно.

Линейно-интерактивные ИБП немного дороже резервных, но для бытового применения именно этот вид является оптимальным. Единственный случай, когда ему следует предпочесть резервный – когда в вашей сети стабильно пониженное напряжение, подходящее, однако, для защищаемого электроприбора. Резервный ИБП просто пропустит это напряжение в компьютер, а линейно-интерактивный будет его повышать до нормального. Но продолжительная работа в таком режиме может сильно сократить ресурс AVR (особенно на недорогих «бесперебойниках»).

Недостаток, связанный с кратковременным отсутствием питания во время переключения на аккумулятор у линейно-интерактивных ИБП также присутствует.

Устройства с двойным преобразованием (on-line) обеспечивают наилучшее качество электропитания. У ИБП этого вида аккумулятор подключен к цепи питания постоянно, поэтому провалы напряжения в момент перехода на автономное питание отсутствуют. Входной ток выпрямляется, его напряжение понижается до напряжения аккумулятора, после чего инвертор преобразует его в переменный 230 В /50 Гц.

Такие ИБП стоят заметно дороже остальных видов, зато выдают стабильную частоту, напряжение и форму синусоиды при любых помехах на входной линии питания.

Выходная мощность (ВА) стабилизатора определяет максимальную суммарную полную мощность подключенных к нему электроприборов. Однако следует иметь в виду, что приведенное в паспорте на электроприбор значение в Ваттах – это его активная мощность, т.е., выделяющаяся в виде тепла или света.

Многие подключаемые к ИБП электроприборы создают вдобавок к активной еще и реактивную нагрузку, и полная выходная мощность ИБП должна подбираться с её учётом. Для определения полной мощности электроприбора следует активную мощность поделить на коэффициент мощности (cos(φ)), обычно указанный в паспорте. Если найти это значение не удается, можно воспользоваться таблицей:

Поскольку чаще всего ИБП используется для защиты ПК, часто возникает вопрос: какую мощность имеет компьютер? Самый точный способ определения мощности – расчет на основе замера потребляемого им тока. Проще и безопаснее всего это сделать с помощью токовых клещей и самодельного удлинителя с раздельными проводниками.

Измерение тока с помощью мультиметра связано с опасностью поражения электрическим током и делать это, не обладая соответствующими навыками, небезопасно.

Измерение следует производить, дав на процессор и видеокарту максимальную нагрузку – это можно сделать с помощью требовательной к ресурсам игры или с помощью специальных программ (например, OCCT в режиме power supply). Измеренное значение умножается на величину напряжения в сети – это и будет искомая полная мощность (ВА) компьютера.

Простой, но грубый способ – взять максимальную мощность блока питания (в Ваттах), обычно приведенную на корпусе БП и поделить на коэффициент мощности. Реальная мощность компьютера, скорее всего, будет ниже, но уж точно не выше.

К примеру, для защиты компьютера с блоком питания без PFC мощностью 300 Вт и монитором мощностью 50 Вт потребуется ИБП с входной мощностью (ВА) 300/0,65+50/0,8 = 524 ВА. Поскольку реальная мощность системного блока, скорее всего, ниже 300 Вт, ИБП на 500 ВА могло бы и хватить для этого компьютера. Однако с учетом того, что пусковые токи (неизбежные при переключении на аккумулятор) могут превышать номинальные вдвое, выбор ИБП на 750 или 1000 ВА представляется более оправданным.

Следует также отметить, что недорогие ИБП часто характеризуются слабой перегрузочной способностью и не могут выдерживать высокие токи даже очень непродолжительное время (менее 100 мс). Поэтому при покупке недорогого ИБП необходимо следить, чтобы пиковая мощность нагрузки не превышала выходную мощность «бесперебойника».

Если определение полной выходной мощности (ВА) представляется слишком сложным, можно подобрать ИБП по активной выходной мощности (Вт) – обычно этот параметр тоже приводится в паспорте ИБП.

Однако большинство производителей при указании активной выходной мощности ориентируются на cos(φ) = 0,6-0,7, подходящий только при использовании ИБП для защиты компьютеров с блоками питания без PFC.

Коэффициент мощности многой другой техники выше, и, подбирая ИБП по активной мощности в ваттах, вы рискуете переплатить, выбрав ИБП более мощный, чем вам действительно необходимо.

Тип формы напряжения может быть важен для некоторых видов техники. В электродвигателях, трансформаторах, катушках индуктивности «ступенчатая» форма питающего тока приводит к дополнительным нагрузкам – это может проявляться изменением звука работы, увеличенным нагревом обмоток и ускоренным износом. Проблемы могут возникнуть с некоторыми моделями аудио- и видеотехники, измерительными приборами и медицинской техникой.

Импульсные блоки питания к форме напряжения невосприимчивы – ступенчатая аппроксимация синусоиды подходит для любых компьютеров. Проблемы, возникающие на современных блоках питания с активным корректором мощности (APFC) чаще всего связаны не с формой сигнала, а с недостатком запаса по мощности и низкой перегрузочной способностью ИБП. При переключении на аккумулятор и падении входного напряжения, APFC резко увеличивает потребляемый ток, при этом нарастание потребления происходит так быстро, что ИБП часто отключается защитным автоматом (токовым реле), при том, что контроллер даже не успевает «заметить» перегрузку.

Однако, некоторые блоки питания с APFC плохо работают при ступенчатой синусоиде – корректор успевает среагировать на горизонтальную «ступеньку» как на пониженное напряжение, увеличивает ток потребления и перегружает ИБП, приводя к срабатыванию его защиты и отключению. И, хотя многие БП с APFC прекрасно «уживаются» со ступенчатой синусоидой, чтобы не оказаться в ситуации, когда ПК откажется работать с «бесперебойником», следует либо убедиться в их совместимости перед покупкой, либо выбирать ИБП подороже: с «чистой» синусоидой и запасом по мощности, либо ориентироваться на устройство с двойным преобразованием. В последнем случае чрезмерный запас по мощности не нужен, а синусоида у таких устройств и так «чистая».

Тип выходных разъемов питания на современных ИБП может быть различным. Старые ИБП все имели выходные разъемы стандарта IEC 320 C13 («компьютерные») для подключения питающих кабелей системного блока и монитора.

Некоторые специализированные ИБП, предназначенные для создания линий бесперебойного электропитания, оснащаются клеммами для удобства прямого подключения линейных проводов.

Удобно, если ИБП имеет какой-нибудь интерфейс, по которому он может «сообщить» работающему на ПК приложению о пропадании напряжения. Это позволит сохранить все открытые документы, записать на диск данные из буфера и корректно завершить работу компьютера в автоматическом режиме, даже если оператора поблизости нет. Особенно это важно для серверов: сбой сервера – вещь неприятная, но она может стать еще неприятнее, если «испортятся» хранящиеся на нём данные из-за некорректного завершения работы. ИБП с интерфейсом USB или RS-232 подключается интерфейсным кабелем непосредственно к защищаемому компьютеру, на котором должно быть запущено соответствующее ПО.

Функция «холодного старта» позволяет осуществить запуск подключенных к ИБП электроприборов при отсутствии питающего напряжения. Холодный старт позволяет использовать ИБП как автономный источник питания для маломощной нагрузки.

Время автономной работы зависит от емкости установленных аккумуляторов и суммарной мощности подключенных потребителей. Производителем обычно указывается продолжительность автономной работы при определенной мощности нагрузки. Но зачастую мощность нагрузки сильно отличается от приведенной производителем. В этом случае следует иметь в виду, что емкость аккумулятора сильно зависит от тока разряда. При быстрой разрядке (5-10 минут) аккумулятор выдает всего 20-30% от номинальной емкости.

Так, если производителем приводится время автономной нагрузки в 5 минут при нагрузке 200 Вт, то при вдесятеро меньшей нагрузке (20 Вт) время автономной работы будет не 50 минут, а около двух часов, потому что емкость при разряде такой продолжительности будет примерно вдвое больше. Максимальная (100%) емкость аккумуляторной батареи достигается при продолжительности разряда в 20 часов и более, это следует учитывать, если предполагается длительная работа оборудования от ИБП.

«Бесперебойники», рассчитанные на продолжительную автономную работу, часто имеют возможность подключения дополнительных батарей. Это позволяет набрать емкость, необходимую для поддержания работы потребителей в течение необходимого времени.

Варианты выбора источников бесперебойного питания.

Для защиты от кратковременных падений напряжения маломощных потребителей (роутеров, модемов, точек доступа) предназначены ИБП с «евророзетками» мощностью до 400 ВА.

ИБП мощностью 500-1000 ВА сможет «поддержать на плаву» простой офисный компьютер в течение времени, достаточного для сохранения всех открытых документов.

ИБП с «холодным стартом» способен обеспечить автономное питание электроприборов в условиях полного отсутствия питающей сети.

Если вам важно стабильное электропитание на выходе «бесперебойника» по минимальной цене, выбирайте среди линейно-интерактивных ИБП.

ИБП с двойным преобразованием гарантируют высокое качество питающего напряжения и обеспечивают полное отсутствие переходных процессов при пропадании внешнего питания.

Источник

IPPON большой и IPPON маленький. Обзор двух ИБП мощностью 3000 ВА и 800 ВА

Находясь под впечатлением от работы ИБП IPPON моделей Smart WINNER 700 и 2000 (см. обзор «Питание без перебоев! Обзор двух новейших «бесперебойников» Smart Winner 750 и 2000 от IPPON»), мы с радостью взяли на тест ещё парочку. Один оказался мощнейшим (в прямом смысле) продолжением понравившейся нам флагманской линейки Smart Winner, а другой славным представителем начально-бюджетной серии Back Power Pro.

IPPON Smart WINNER 3000: общий вид

iPPON Back Power Pro 800: общий вид

IPPON Back Power Pro 800: общий вид

Упаковка и комплектация

Коробка у 3000-го здоровенная (влезет не в каждый багажник), из основательного гофрокартона, с нешуточными «прокладками» из пенополиуретана. В комплекте есть всё необходимое, в том числе специальные приспособления для вертикальной установки на пол. Кстати, входной сетевой кабель имеет специфический разъём, поэтому проверяйте его наличие при покупке.

iPPON Smart WINNER 3000: комплектация

IPPON Smart WINNER 3000: комплектация

Скромный 800-й упакован кабелями почти аналогично, зато симпатично. Коробка радостная: небольшая, с ручкой для транспортировки.

iPPON Back Power Pro: упаковка

IPPON Back Power Pro: упаковка

Спецификация

(по сведениям производителя)

Измерения

Понижение входного напряжения

При понижении напряжения до 192…198 В на холостом ходу тестируемый IPPON Back Power Pro 800 переходит в режим стабилизации (AVR mode) и выдаёт 227 В, а в районе 163 В переходит на аккумуляторные батареи, при которых на выходе – те же 227 В.

Для сравнения, IPPON Smart WINNER 3000 в режим стабилизации перешёл на отметке 207 В, выдав 234 В, а на рубеже 183 В (в общем-то, высоковато по российским меркам) уже работал от своих «неисчерпаемых» батарей.

Повышение входного напряжения

В диапазоне примерно от 206 до 238 В испытуемый IPPON Back Power Pro 800 выдаёт точно такое же по форме и амплитуде напряжение, как и на входе. При дальнейшем повышении входного напряжения включается режим AVR, при котором выходное напряжение составляет уже 207 В. Переключение на батареи происходит выше 252 В.

IPPON Smart WINNER 3000 на входных 244 В перешёл в режим стабилизации, выдав 219 В. С помощью ЛАТР «Штиль» (модели TDGC2-A), имеющего верхнее ограничение 260 В, заставить работать 3000-й WINNER от батарей не удалось. Отлично! Значит, по российским «пустякам» ИБП не будет «перепрыгивать» на аккумуляторные батареи.

абораторный автотрансформатор «Штиль»: общий вид

Лабораторный регулируемый автотрансформатор «Штиль»: общий вид

Продолжительность работы от батареи

Итак, «холодный старт» с 100% заряда при нагрузке не более 75% от номинальных 800 ВА. Через 1 минуту заряд падает до 65%, а через 9 минут ИБП IPPON Back Power Pro 800 вырубается.

IPPON Smart WINNER 3000 в течение 8 минут уверенно тянул киловаттную импульсную нагрузку, составляющую в пиках до 60% от номинала. При этом заряд снизился всего лишь до 53%. При постоянной во времени нагрузке в 32% от номинальных 3000 ВА тестируемый с пристрастием ИБП пропахал 13 минут. Когда заряд снизился до 22%, ИБП запищал. При холодном старте с нагрузкой 7% (компьютер-десктоп с ЖК-монитором) испытуемый IPPON Smart WINNER 3000 проработал более часа, опустошив аккумуляторные батареи до смешных 74%.

Приведённые значения, конечно, относительны (и при другой нагрузке могут существенно различаться), однако позволяют в первом приближении оценить «выносливость» и «силу» рассмотренных ИБП.

Форма синусоиды выходного напряжения

В очередной раз демонстрируем прелюбопытный пример формы напряжения, фиксируемый в реальной российской сети. Подобные казусы с формой напряжения не какое-нибудь исключение. Да, частота 50 Гц. Да, амплитуда около 220 В. Но вместо ожидаемой гладкой синусоиды – тупая пила. Что там сказано в ГОСТе про гармоники?

Зафиксированная осциллограмма напряжения в сети

Зафиксированная осциллограмма напряжения в сети

iPPON Smart WINNER 3000: осциллограмма выхода с батарей

IPPON Smart WINNER 3000: осциллограмма выхода с батарей

А вот что выдаёт в аналогичном режиме Back Power Pro 800 (в полном соответствии с официальными техническими параметрами).

iPPON Back Power Pro: осциллограмма выхода с батарей

IPPON Back Power Pro: осциллограмма выхода с батарей

Вряд ли какому оборудованию придётся по вкусу такое питание. Утешает лишь одно – пичкать будем недолго, да и то лишь в маловероятном случае полного обесточивания.

Программное обеспечение

Пока ничего нового. Развёрнутые сведения о тестировании комплектного ПО смотрите в обзоре «Питание без перебоев! Обзор двух новейших «бесперебойников» Smart Winner 750 и 2000 от IPPON». Жаль, что доступная для скачивания (www.ippon.ru) новая, внешне приятная программа мониторинга ИБП IPPON для Windows XP (358 кбайт) так и пребывает в статусе бета-версии.

iPPON: новая программа мониторинга

IPPON: новая программа мониторинга

Опытная эксплуатация и впечатления

Программное обеспечение почему-то не поняло подключение ИБП по USB. Подозреваю, в этом виноват чипсет материнской платы компьютера. По RS-232 (то есть по СОМ-порту) – всё чётко, причём с ходу.

Защита телефонно-модемной линии, спору нет, штука полезная, однако если подключён радиотелефон, запитанный от отдельной (!) розетки 220 В, то не исключены паразитные контуры и «пролезание в телефон» помехи 50 Гц.

Интерфейс IPPON Smart WINNER 3000 как две капли воды совпадает с ранее протестированным /1/ 2000-м. Посему нет смысла распинаться. А управление IPPON Back Power Pro 800 столь просто, что можно даже не читать инструкцию (хотя если это ваш первый ИБП, лучше прочесть).

Как IPPON Smart WINNER 3000, так и IPPON Back Power Pro 800 успешно прошли наши «испытания на прочность». Две недели денно трудились, ночно заряжались. По секрету скажу, даже немного ронялись. Примечание: бросать ИБП с третьего этажа и поливать водой категорически запрещается всем тестерам-любителям (от аккуратных начинающих до безбашенных экстремалов). Тестируемые ныне ИБП не посрамили честь марки: многократно смоделированные скачки-провалы напряжения обошлись без дыма, гари и прочих мелких неприятностей. Переходные процессы переключения на батареи у WINNER прошли незамеченными: музыка продолжала играть как ни в чём не бывало. В гостовские +/-5% напряжения на выходе при всевозможных нагрузках, конечно, строго уложиться трудно: болтанка и искажения в нашей электросети может превзойти все мыслимые пределы.

Кстати, по поводу приобретения бэушных ИБП. Любые аккумуляторы со временем теряют способность заряжаться «на полную». Кто выдерживает 1000 циклов заряда-разряда, а кто гораздо меньше, причём резко скисая под конец. Сами понимаете, провести ресурсные испытания пока выше наших сил. Искренне советуем приобретать новые ИБП, причём последних моделей, в которых, вероятно, установлены более качественные батареи.

Рационализаторское предложение

Полагаю, обоим ИБП не хватает элементарной евророзетки. Шнуры-переходники в продаже отсутствуют, а бытовые удобства из серии «мелочь, а приятно» (как дополнение к прямым функциям) – хороший козырь в конкурентной борьбе.

Заключение

IPPON Back Power Pro 800 (в рознице от 1990 рублей) – обычная рабочая лошадка породы пони. Выручит в трудные минуты, не оставив без питания типичный, не самый игровой компьютер типа десктоп с жидкокристаллическим монитором. Правда, на 8-10 минут, а то и меньше. Чтобы сохранить важную информацию – вполне достаточно. Стабилизация питания работает надёжно, а что ещё надо для начала?

IPPON Smart Winner 3000 (средняя розничная цена – около 10000 рублей)– серьёзный ИБП для важных задач. Мощность аккумуляторных батарей такова, что в случае чего, не отрываясь от непосредственных обязанностей, можно и чайку вскипятить, и штаны погладить. С почти двухкиловаттным «запасом» отборного электричества «в кармане» впору обеспечить функционирование типичного сервера эдак на час с гаком. Отличное (в плане гармоник) качество аккумуляторного напряжения – весомый довод для запитывания измерительной аппаратуры, даже когда напряжения в сети более чем достаточно. Строго рассчитанная сборка из нескольких Smart Winner 3000, думаю, позволит запитать некоторое особо ответственное оборудование. Что касается систем жизнеобеспечения, тем более в тропических и т.п. условиях, то это отдельная тема.

Источник