UPS

Jak działa zasilacz UPS. Typy zasilaczy

Zasilacz UPS to, najprościej rzecz ujmując, urządzenie elektryczne umieszczone pomiędzy siecią elektryczną a sprzętem elektronicznym (np. komputerem).
UPS musi zawierać akumulator (może ich być kilka) lub być podłączonym do źródła zasilania dostarczającego prąd w wypadku odcięcia zasilania głównego – najczęściej stosuje się wariant pierwszy.

Dodatkowo zasilacz awaryjny ma zapewniać ciągłość pracy. Uwaga! Okres podtrzymywania jest zależny od pojemności akumulatora zasilacza oraz tego, jak dużo prądu potrzebuje do pracy dane urządzenie. O mocy dostępnych zasilaczy napiszę kilka akapitów niżej, jednak już teraz wspomnę, że jeśli kupimy zasilacz UPS „na styk” (moc UPS-a będzie minimalnie wyższa od liczby watów, jakiej potrzebuje nasz komputer do poprawnej pracy), wówczas okres podtrzymywania będzie trwał bardzo krótko, zwłaszcza gdy utracimy zasilanie w trakcie grania w grę, kiedy to pecet jest o wiele bardziej obciążony niż podczas pisania tekstu czy przeglądania stron internetowych.

Tak czy inaczej, głównym zadaniem zasilacza UPS jest zagwarantowanie czasu na bezpieczne wyłączenie najważniejszych elementów systemu komputerowego, co zapobiega utracie lub nawet uszkodzeniu danych. Większość producentów zapewnia pracę UPS-a przy pełnym obciążeniu przez 5 min.

Powerware 5115 500-1400 VA

Baterie zawarte w zasilaczu UPS ładowane są wtedy, gdy jest on podłączony do sieci zasilającej. Co ważne, do ładowania potrzebny jest prostownik, którego zadanie polega na zamienianiu prądu zmiennego z sieci w prąd stały – taki jest bowiem konieczny do ładowania baterii. Z kolei komputer musi być zasilany prądem zmiennym, dlatego wymagany jest także falownik, wykonujący to samo co prostownik, ale na odwrót.

Wyróżniamy kilka typów zasilaczy UPS. Najpopularniejsze są jednak trzy rodzaje, o których powinni wiedzieć nasi czytelnicy. Są to:

  • Zasilacz off-line
  • Zasilacz line-interactive
  • Zasilacz on-line

Poniżej pokrótce opisujemy wymienione zasilacze.

Zasilacz off-line

Jego działanie opiera się przede wszystkim na wykrywaniu zaniku napięcia w sieci energetycznej. Jeśli tak się stanie, zasilacz przełącza się automatycznie na pracę bateryjną. Zasilacze off-line stosowane są przede wszystkim do zasilania pojedynczych komputerów lub stacji roboczych – urządzeń stosunkowo odpornych na wszelkiego rodzaju zniekształcenia. UPS-y off-line są odradzane wtedy, gdy mamy do czynienia ze sprzętem wrażliwym na zakłócenia, jak i takim, któremu powierzono najbardziej odpowiedzialne zadania. Zasilacz off-line może pochwalić się dużą sprawnością, niewielkimi rozmiarami i relatywnie niską ceną. Warto też wiedzieć, że dużą wadą zasilaczy off-line jest przebieg napięcia, jaki produkują. Jest to najczęściej kwadrat lub kwadratowa aproksymacja sinusoidy – wystarcza komputerom, ale np. urządzeń laboratoryjnych off-line’em nie zasilimy.

Zasilacz line-interactive

Najpopularniejszy typ zasilacza jaki stosujemy obecnie do ochrony sprzętu domowego i biurowego. Budowa zasilacza o topologii line-interactive częściowo opiera się na technologii off-line, jednak sterowanie zasilacza monitoruje nie tylko wartość napięcia sieci, ale także jego częstotliwości i fazę. Dzięki temu praca przetwornicy w momencie jej uruchomienia jest zsynchronizowana z siecią elektryczną. Co więcej, przekaźnik jest przełączany dokładnie wtedy, gdy wystąpi zerowe napięcie w sieci, przez co nie występuje przeskok iskry. To z kolei przedłuża żywotność styków przekaźnika i eliminuje zakłócenia radiowe, które pojawiają się podczas iskrzenia. Wiele zasilaczy line-interactive ma układ AVR, o którym piszę na początku artykułu. AVR działa w momencie wykrycia przekroczenia przez napięcie sieciowe granic wyznaczonych założoną tolerancją. Powoduje, w zależności od potrzeb, podwyższenie lub obniżenie napięcia za pomocą autotransformatora, bez konieczności czerpania energii z akumulatora. Dzięki temu zwiększa się żywotność baterii.

Zasilacz on-line

Tego rodzaju zasilacze stosowane są głównie tam, gdzie przykłada się dużą uwagę nie tylko do zapewnienia nieprzerwanego zasilania, ale także odpowiedniej jego jakości. Zasilacze on-line przetwarzają energię w sposób ciągły, oferując na wyjściu napięcie o świetnych parametrach. Jest to napięcie wolne od zakłóceń i o stałej częstotliwości. Z punktu widzenia typowego użytkownika komputera, zasilacz on-line jest wysoce nieopłacalny i lepiej wybrać model line-interactive. Modele on-line całkowicie izolują podłączone do siebie urządzenia od sieci zasilającej. Tak więc obojętnie jakie parametry ma sieć, prąd na wyjściu zawsze będzie dostarczany z baterii, która jest też nieustannie ładowana. Falowniki instalowane w zasilaczach on-line zmieniają prąd stały w prąd zmienny, zachowując przy tym prawdziwą sinusoidę. Falowniki tego typu można znaleźć także w droższych modelach line-interactive. Zasilacze on-line poleca się do ochrony priorytetowych sprzętów, odpowiedzialnych za najważniejsze zadania (np. firmowy serwer).

Optymalnym zasilaczem dla typowego użytkownika domowego jest model line-interactive. Warto jednak wiedzieć – choćby w formie ciekawostki – że na rynku znajdziemy także inne zasilacze awaryjne.  Dla przykładu Neil Rasmussen, założyciel i główny specjalista ds. technicznych firmy American Power Conversion (APC), pisze w swoim specjalistycznym artykule, że do realizacji zasilaczy UPS stosuje się różne podejścia konstrukcyjne, cechujące sie odmienną charakterystyką działania. Według niego najczęściej spotykane podejścia są następujące:

  • zasilacz z bierną rezerwą („off-line”)
  • zasilacz o topologii „line interactive”
  • zasilacz rezerwowy o topologii „standby-ferro”
  • zasilacz on-line z podwójną konwersją
  • zasilacz on-line z konwersją delta

Ponieważ niniejszy artykuł nie jest dla konstruktorów, specjalistów czy po prostu osób interesujących się przede wszystkim zasilaczami UPS, nie ma sensu, by dokładnie opisywać wszystkie z 5 topologii. Typowemu użytkownikowi komputera wystarczy wiedza, że na rynku jest więcej niż 3 rodzaje UPS-ów, jednak najpopularniejsze to właśnie te 3, a dla tradycyjnego peceta polecany jest albo off-line, albo line-interactive (w zależności od potrzeb i zasobności portfela). Zakup modelu on-line to wówczas przesadna ekstrawagancja.

Poniżej prezentujemy słowniczek istotnych pojęć, które przydadzą się przed zakupem zasilacza UPS.