Чистое напряжение: источники бесперебойного питания

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 30 марта 2011 года

Компьютерные комплектующие отличаются высокой требовательностью к качеству электропитания, причём даже самый навороченный блок питания далеко не всегда способен справиться с проблемами, возникающими "в розетке". Что же такого ужасного там может происходить?

Главная проблема российских электросетей, типичная для сельской местности и нередкая в городах, - это заниженное напряжение, местами не дотягивающее и до 200 вольт. Электронные устройства крайне плохо переносят пониженное напряжение, поэтому без стабилизатора здесь не обойтись.

"Вариации на тему" - провалы или скачки напряжения, то есть кратковременные, на десятые доли секунды, перепады на 15-20 процентов от номинального и более. Подобные явления могут привести к сбоям в работе компьютера, повреждению данных в оперативной памяти. Кроме того, частые перепады напряжения с удовольствием выводят из строя блоки питания как в самом компьютере, так и в любых периферийных устройствах. Разумеется, это же относится и к прочей домашней электронике - от телевизоров до микроволновых печей.

Более "изысканные" проблемы - это искажение формы напряжения и отклонения частоты. Нагрузка с импульсными блоками питания может "оквадрачивать" синусоиду переменного тока, но это никак не влияет на работоспособность цифровой техники и заметно лишь при воспроизведении аналогового звука и видео соответствующей аппаратурой. А вот отклонения частоты тока более чем на 3 Гц могут серьёзно испортить жизнь: они могут приводить к постоянным беспричинным зависаниям системы и даже выходу из строя жёстких дисков. К счастью, это происходит чрезвычайно редко, поскольку частота тока задаётся генератором на электростанции.

Среди других редких, но всё же встречающихся проблем стоит упомянуть высоковольтные выбросы, при которых в сеть попадают импульсы до нескольких десятков киловольт длительностью до 100 мс. Эти явления происходят при подаче тока на подстанции или при разрядах молнии в грозу и могут приводить как к выбитым пробкам, так и к пожарам - всё зависит от длительности и величины такого импульса.

На фоне всего перечисленного высокочастотные помехи от радиостанций, промышленных предприятий и вообще всевозможного "мусора" в диапазоне радиоволн выглядят мелким недоразумением. Подмешиваясь к синусоиде переменного тока, они вносят искажения в её форму, что выражается в паразитных помехах в звуке и на изображении. В редких случаях возможны зависания системы, но тогда помехи должны быть очень сильными - настолько, что на экране стоящего рядом телевизора вы не увидите никакой осмысленной картинки.

Как же бороться с этими проблемами? Разумеется, в зависимости от их опасности есть смысл использовать те или иные средства. В простейших случаях будет достаточно обычного сетевого фильтра, который за смешные деньги надёжно защитит вашу технику от импульсных и высокочастотных помех. Возможности фильтра зависят от конкретной модели: самые простые фильтруют только импульсные помехи, более дорогие - высокочастотные, а ещё более дорогие делают и то и другое гораздо эффективней. Лучшие фильтры способны подавлять высокочастотные помехи в диапазоне 1-5 МГц на 60 дБ, хороший показатель - 40 дБ в диапазоне 1-100 МГц.

Более запущенные случаи лечатся более радикальными средствами - источниками бесперебойного питания (ИБП). Они бывают трёх типов: Off-line (или Standby), Line-Interactive или On-line. Об этих разновидностях мы поговорим чуть позже, а прежде необходимо усвоить, что главный критерий выбора ИБП - это максимальная мощность, с которой он может работать.

Подсчитать требуемую мощность несложно: сложим мощность блока питания компьютера, монитора и всей необходимой периферии. В итоге мы получим некое значение в ваттах, которое необходимо перевести в вольт-амперы: традиционно мощность ИБП указывается в этих единицах, поскольку тут описывается не активная мощность, а полная мощность нагрузки. В нашем случае достаточно разделить полученную цифру в ваттах на 1,4, и мы получим приблизительное значение в вольт-амперах. Добавим к нему для запаса ещё 15-20 процентов и получим оптимальную мощность ИБП, при которой компьютер со всей периферией сможет проработать от аккумуляторной батареи в течение получаса - в обычном режиме энергопотребление ПК не превышает половины максимального значения.

Самый дешёвый тип источников бесперебойного питания - Off-line (или Standby). Единственная функция этого устройства состоит в том, что, если подаваемое напряжение выходит за определённые границы, ИБП переключается на питание от аккумулятора. Типичное время переключения составляет порядка 10 мс, что никак не сказывается на работе компьютера. Однако если в сети всегда пониженное напряжение или наблюдаются постоянные скачки, то такой ИБП практически бесполезен: придётся либо постоянно слушать треск перещёлкивающихся реле, либо просто выключить компьютер. "Запас хода" у таких блоков ограничивается 5-10 минутами, поэтому единственный выход заключается в занижении напряжения, при котором ИБП должен переключаться на батарею - не выше 200 В.

Получается, что "офлайновый" ИБП в действительности не может обеспечить бесперебойного питания и его нельзя использовать в проблемных сетях. Смысл в нём только один - застраховаться от внезапного отключения энергии: за 5-10 минут можно сохранить открытые файлы, в том числе и на флэшку, и корректно завершить работу компьютера. Цены на подобные устройства начинаются примерно с 800 рублей.

Следующий класс источников бесперебойного питания - Line-Interactive, то есть линейно-интерактивные. В отличие от Off-line, которые при отклонениях напряжения за допустимые пределы тупо переключают питание на батарею, "интерактивные" сначала (при отклонении не более 10-15 процентов) подключают стабилизатор напряжения, то есть автотрансформатор, который способен вытянуть до номинального напряжение, колеблющееся в пределах 25-30 процентов. Если напряжение продолжает "уходить" от номинала, то уже тогда нагрузка подключается к аккумуляторной батарее. Время подключения составляет порядка 3-4 мс. В такой ИБП обычно также встроен качественный сетевой фильтр, защищающий от импульсных и высокочастотных помех.

По всем параметрам Line-Interactive - оптимальный выбор для большинства жителей не только России, но и многих других стран; неслучайно к этой категории относится подавляющее большинство продаваемых в мире ИБП потребительского класса. Самые доступные линейно-интерактивные источники бесперебойного питания известных производителей стоят не менее 1500 рублей, причём цена может быть и значительно выше, в зависимости от поддерживаемой мощности и сервисных функций.

"Элита" ИБП - блоки категории On-Line. Достаточно сказать, что в них входное напряжение никогда напрямую не подаётся на выход, то есть на нагрузку: он всегда проходит как минимум через выпрямитель, превращающий переменный ток в постоянный, и через инвертор, снова преобразующий постоянный ток в переменный. В результате на выходе мы имеем идеальную синусоиду переменного тока с лабораторными параметрами 220 В и 50 Гц.

Среди прочих особенностей - огромный диапазон рабочего напряжения автотрансформатора (нередко 150-270 В), в котором блок способен работать, не переключаясь на питание от аккумулятора. При этом, как несложно догадаться, КПД такого источника довольно низок, поскольку сам ИБП потребляет изрядную мощность, доходящую до 10процентов от поступающей из сети. Тепловыделение у таких моделей настолько велико, что они требуют постоянного активного охлаждения, поэтому источники класса On-Line заметно шумят.

Ещё одна характерная черта "онлайновых" источников бесперебойного питания - практически мгновенное переключение на аккумуляторы в случае резкого падения или полного исчезновения напряжения. Однако и тут есть оборотная сторона: для оперативности подключения батареи ИБП находятся под напряжением и постоянно перезаряжаются, что не может не сказаться на их долговечности.

Бесперебойники категории On-Line незаменимы там, где качество электросети катастрофическое: лампочки еле мерцают, аккумулятор ноутбука заряжается целый день, а от сети лэптоп не запускается в принципе. Как ни странно, могу навскидку назвать несколько таких населённых пунктов в непосредственной близости от Москвы, так что вряд ли стоит сомневаться в востребованности подобных источников питания. Самые доступные модели "онлайновых" ИБП стоят около 7000 рублей.

В источниках бесперебойного питания любых типов используются тяжёлые свинцово-кислотные (Lead-Acid) аккумуляторные батареи - по сути, точно такие же по конструкции, как автомобильные аккумуляторы, герметичные и необслуживаемые. Это означает, что их периодически придётся менять - в лучшем случае раз в пять лет, а в худшем (особенно в блоках класса On-Line) - раз в два-три года. При этом цены "родных" сменных батарей сравнимы с ценой не самых дешёвых линейно-интерактивных ИБП.

Как правило, источники бесперебойного питания оснащаются "компьютерными" розетками типа IEC-320, но есть и модели с обычными "евророзетками", так что если вы хотите запитать от ИБП, например, также телевизор или аудиосистему, убедитесь в том, что в нём имеются такие розетки. Впрочем, можно воспользоваться и кабелями-переходниками.

Кстати, напомним, что лазерные принтеры подключать к ИБП нельзя, поскольку из-за конструктивных особенностей "печки" его пиковое энергопотребление в отдельные моменты может достигать одного-двух киловатт, что сразу "вырубит" всю нагрузку, то есть всех потребителей. Для "струйников" в некоторых бесперебойниках выделены отдельные розетки без гарантированного питания. Во многих современных моделях также предусмотрены розетки для защиты от перепадов напряжения в телефонных линиях и локальных сетях.

Среди полезных дополнительных функций ИБП, которые могут пригодиться, стоит назвать возможность "холодного старта", то есть загрузки компьютера от аккумуляторной батареи в отсутствие напряжения в сети. Благодаря этой функции вы сможете успеть, например, скопировать на флэшку нужный файл или проверить электронную почту, прежде чем батарея источника окончательно разрядится.

ИБП начиная со среднего ценового диапазона часто оснащаются портом USB для подключения к компьютеру, с которого можно осуществлять мониторинг состояния сети и режим работы источника, а также делать необходимые настройки.

Во второй части мы познакомимся с несколькими современными источниками бесперебойного питания самого популярного - линейно-интерактивного типа, которые предназначены для работы с персональными компьютерами.

На следующей странице:описание нескольких современных источников бесперебойного питания самого популярного линейно-интерактивного типа, которые предназначены для работы с персональными компьютерами.