Проблемы в электропитании (источник бесперебойного питания)

Статистика свидетельствует, что по причинам, связанным со сбоями в электросети, в 75% случаев происходит потеря информации и в 65% выходит из строя само электронное оборудование, поэтому стабильное электропитание компьютеров имеет особую важность. Существенным моментом при оборудовании офиса является правильная разводка линий электропитания (220 В). Все узлы персонального компьютера и подключенное к нему периферийное оборудование должны запитываться от одной фазы электросети. Шины <земля> должны быть выполнены радиально с одной общей точкой. Для отключения компьютерного оборудования должен использоваться отдельный щит с автоматами защиты и общим рубильником. Помимо полного отключения сетевого напряжения проблемы в электропитании компьютера могут возникать из-за его кратковременных провалов, перенапряжений, гармонических искажений, различных электромагнитных и радиочастотных шумов. Чтобы исключить подобные неприятности, следует воспользоваться специальными устройствами защиты.

Последствием внезапного отключения электропитания компьютера (независимо от его причины) может стать полная потеря данных в оперативной и кэш-памяти, а при работе в сетевой операционной системе вероятен крах таблиц размещения файлов на диске. В худшем случае может произойти повреждение самих электронных элементов. К таким же последствиям могут привести кратковременные <провалы> питающего напряжения в течение долей секунды (Sags, или Brownout) и <плавающее> (подвижное во времени, но не периодическое) понижение питающего напряжения (Rolling Brownout). Иногда в сети возникает кратковременное повышение питающего напряжения на доли секунды (Surge) и импульсное повышение с амплитудой не менее 100% от номинального (Spike), которое может вывести из строя импульсные источники питания компьютера.

Под воздействием сильных электрических помех, порождаемых либо работой электрических машин (Electro Magnetic Interference, EMI), либо функционированием радиоизлучающих устройств (Radio Frequency Interference, RFI), форма синусоидального питающего напряжения может быть серьезно искажена, что ведет, как правило, к аппаратным сбоям (Glitch) и ошибкам при выполнении программ.

Для обеспечения бесперебойного электропитания компьютера применяются различные источники бесперебойного питания.

Простейшую защиту электропитания компьютера обычно обеспечивают так называемые ограничители перенапряжений. Эти устройства предохраняют питаемые узлы компьютера от различного рода выбросов и всплесков питающего напряжения электросети, а также радиочастотных шумов (см. Проблемы в электропитании).

Более высокий уровень защиты обеспечивают устройства нормализации, которые надежно <очищают> питающее напряжение от всевозможных шумов и позволяют регулировать его в достаточно широком диапазоне. В том случае, когда в данных приборах используется технология феррорезонансного преобразования, они могут обеспечивать полную гальваническую развязку по частоте, не допуская проникновения высокочастотных шумов в цепи нагрузки.

Феррорезонансный трансформатор к тому же превосходно защищает от скачков напряжения, всплесков и выбросов в питающей сети. Большая часть повреждений системных, модемных и факс-модемных и сетевых плат является последствием импульсов высокого напряжения, попадающих в интерфейсный порт не по сети питания, а по кабелям данных. Чтобы избежать столь неприятных эффектов, необходимо использовать дополнительные устройства.

Обеспечить работу компьютера при полном отключении электропитания (Blackout) может только устройство, называемое ИБП (источник бесперебойного питания) или UPS (Uninterruptible Power Supply). Функционально такой прибор состоит из устройства подавления помех, зарядного устройства, батареи аккумуляторов и преобразователя напряжения (инвертора). На отечественном рынке наиболее известны ИБП компаний APC, Exide Electronics, MGE и ViewSonic.<

Все предлагаемые в настоящее время ИБП можно условно подразделить на несколько групп.

К самой немногочисленной группе относятся так называемые встраиваемые (Internal) UPS. Это самый дешевый и простой тип бесперебойных источников питания. Конструктивно данное устройство выглядит как отдельная плата расширения, вставляемая в соответствующий разъем на системной плате компьютера, либо как устройство для установки в свободный 5,25-дюймовый отсек накопителей.

Наиболее многочисленную группу ИБП составляют устройства, работающие по технологии On-Line (постоянно включенные) и Off-Line, или Standby (резервные). Подгруппа устройств, выполненных по технологии Line-Interactive (интерактивные ИБП), выглядит несколько обособленно, хотя чаще всего подобные устройства относят к типу Standby (или Hybrid) UPS. Постоянно включенные ИБП обеспечивают стабильное энергоснабжение подключенных устройств независимо от состояния электросети, в то время как резервные UPS переходят на режим работы от аккумуляторов только при отключении внешнего питающего напряжения и характеризуются поэтому неким конечным временем переключения. Одним из основных отличий интерактивных UPS является наличие узла Smart-Boost, который позволяет при кратковременных провалах напряжения не переходить на питание от аккумуляторов, а усиливать входное напряжение.

Для локальных вычислительных сетей большое значение имеет автоматический контроль состояния ИБП, подключенного к серверу. Для этой цели в сетевые операционные системы включаются специальные программы, а ИБП либо доукомплектовываются соответствующими платами контроля (UPS Monitoring Board), либо изначально обладают возможностью обмениваться данными с компьютером через последовательный порт.

Основные параметры ИБП

На выбор наиболее подходящей модели ИБП влияет множество параметров, наиболее значимые из которых — уровень защиты, мощность устройства, схема его работы, форма выходного напряжения и т. д.

Если защищаемое устройство не содержит данных, которые могут быть потеряны при выключении питания, или оно необходимо только от случая к случаю (например, бездисковый терминал, сканер, модем или принтер), то достаточным уровнем защиты для него будет качественный сетевой фильтр типа Pilot. Для компьютера, на котором выполняется важная работа, и тем более для сервера локальной сети наличие ИБП обязательно. Никогда не следует подключать через ИБП лазерный принтер из-за больших мощностей, потребляемых им при работе.

Обычно мощность устройства ИБП указывается в вольт-амперах, для приведения которой к мощности в ваттах ее следует разделить примерно на 1,5.

Рекомендуется, чтобы мощность ИБП по крайней мере на 15-20% превышала суммарную мощность подключенных к нему устройств. Для защиты простого офисного или домашнего ПК с 14-15-дюймовым монитором достаточно ИБП на 200-450 ВА, для мощного домашнего мультимедийного компьютера с 17-19-дюймовым монитором требуется ИБП на 400-750 ВА, а для защиты сервера локальной сети может потребоваться ИБП от 750 ВА до нескольких кВА.

Существуют 3 типа ИБП:

· UPS Off-Line

· UPS On-Line

· UPS Line-Interactive

Источник Off-Line переключается с питания от сети на питание от батарей при повышении параметров напряжения сети сверх допустимых границ, однако бессилен против распространенных в наших сетях случаев пониженного напряжения.

В отечественных условиях наиболее эффективен источник Line-Interactive, содержащий стабилизатор напряжения и переходящий на батареи только тогда, когда напряжение сети вышло за все мыслимые границы (обычно диапазон напряжений 80-260 В еще считается рабочим).

Источники On-Line, в которых входное напряжение преобразуется в постоянный ток батареи, а затем на его основе генерируется синусоидальное напряжение. Применяется обычно только для устройств, особо критичных к качеству питания, поскольку из-за постоянной работы от батарей имеет меньшие КПД и срок службы аккумуляторов и стоит существенно дороже.

Источники бесперебойного питания позволяют регулировать форму выходного напряжения от чисто синусоидальной (что требуется для работы на индуктивную нагрузку, например, трансформатору) до почти прямоугольной, что приемлемо для аппаратуры с импульсными блоками питания (компьютеры и периферия). Все ИБП используют аккумуляторные батареи с ограниченным сроком службы, зависящем от интенсивности и правильности их эксплуатации (этот срок обычно не превышает 2-3 лет). Некоторые ИБП позволяют включать обслуживаемые ими устройства при полном отсутствии напряжения во внешней сети (так называемый <холодный старт>), что особенно важно при необходимости считать информацию с ПК.

Характеристики ИБП:

· выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (VA) или ваттах (W). Стоит обратить внимание, что оборудование, содержащее мощные электродвигатели (холодильник, погружные насосы автономных водопроводов и систем полива), имеет «пусковые токи». Это означает, что в момент пуска двигателя устройство кратковременно потребляет мощность, в 5—7 раз превышающую паспортную. ИБП должен выбираться с учётом этого факта. То же касается и лазерных принтеров, которые обычно вообще запрещают подключать к ИБП;

· выходное напряжение, измеряется в вольтах, V;

· время переключения, то есть время перехода ИБП на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms);

· время автономной работы, определяется ёмкостью батарей и мощностью подключённого к ИБП оборудования (измеряется в минутах, мин.), у большинства офисных ИБП оно равняется 4—15 минутам; (обычно 40—45 минут при свежих батареях и ненагруженном компьютере).

· ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V);

· срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно свинцовые аккумуляторные батареи значительно теряют свою ёмкость уже через 2—3 года. Сильно зависит от качества, а значит, и цены ИБП, конкретно от степени примитивности его цепи зарядки батареи).

· сквозной ноль (прямое соединение клемм N- через точку деления входной и выходной силовой цепи. В этом случае даже при работе от батарей есть сообщение PE (провод защитного заземления) и N на нагрузке (через ИБП и далее через сеть, куда подключен сам ИБП)).

Прилагаемое к ИБП ПО обычно позволяет вести мониторинг текущего состояния напряжения в сети, а также управлять остановкой и запуском операционной системы и приложений, а также выключением/включением компьютера при перепадах напряжения в сети.

К дополнительным возможностям ИБП относится работа в качестве сетевого фильтра на несколько дополнительных розеток, фильтрация бросков напряжения и помех в телефонных сетях и сетях Ethernet, а также расширенные возможности самоконтроля.

Контрольные вопросы:

1. Что такое системный блок?

2. Какие вы знаете форм-факторы системных блоков?

3. Определение блока питания.

4. Отличия АТ от АТХ блоков питания.

5. Что такое источник бесперебойного питания?

6. Характеристики ИБП.