Ибп для компьютера

Виды резервных систем электропитания

Среди большого количества автономных систем для электроснабжения объектов можно выделить две основные категории:

1. Аварийные (активируемые только при возникновении аварий).
2. Постоянно работающие.

Второй вариант используется в тех случаях, когда резервная система электроснабжения предназначена не только для бесперебойного питания во время отключений, но и для снижения общего энергопотребления.

Солнечные панели

Данная концепция давно и успешно эксплуатируется в Европе (системы «Умный дом»), где подобным образом покрывается до 30% общего энергопотребления дома. Автономные источники для подобных проектов используют следующие виды энергии:

• солнечное излучение видимого спектра (классические фотоэлектрические солнечные батареи);
• тепловое солнечное излучение (гидравлические термоэлектрические преобразователи);
• энергия ветра;
• гравитация (небольшие гидроэлектростанции);
• энергия морских волн.

Бензиновый генератор и АКБ К установкам, используемым только при аварийных отключениях, относятся более прозаичные технические решения:

• бензиновые и дизельные электрогенераторы;
• газовые автономные генераторы;
• аккумуляторные накопители с инверторами.

Отдельно отметим, что из всех перечисленных вариантов наиболее универсальным является аккумуляторно-инверторный блок, который может быть как самостоятельным вариантом установки для бесперебойного питания, так и входить в состав других технических решений.

Что представляет собой бесперебойник

Для начала следует разобрать, что из себя представляет ИБП. По сути, это электронный прибор, который обеспечивает бесперебойное питание устройству, к которому подключён, в нашем случае это циркулярный насос. Для выполнения этой функции в нём присутствует мощный аккумулятор, который накапливает электроэнергию от самой сети. Поэтому, как только отключается питание, бесперебойник (UPS) почти сразу переключается для работы от одного или нескольких аккумуляторов.

Прибор состоит из нескольких узлов:

• Аккумулятор или батареи – нужны для накопления электроэнергии, которую, после отключения питания, они будут отдавать в нагрузку. 
• Инвертор или же преобразователь напряжения – нужен для, как ни странно, преобразования напряжения, обычно используется для преобразования переменного тока с напряжением 220 вольт из постоянного тока с напряжением 12 вольт.

Фильтры – используются для отфильтровывания импульсных помех, присутствуют в бесперебойниках с импульсными инверторами 
Стабилизатор – нужен для стабилизации выходного напряжения в допустимых пределах. Не каждый ИБП оснащён стабилизатором напряжения

Обратите на это внимание, ведь это отдельная функция, которой может и не быть.

Дополнительно во всех UPS установлены системы для контроля заряда.

ИБП линейно-интерактивного типа

Работа этих приборов сходна с изделиями резервного типа. Различие заключено в следующем – блоки питания линейного типа обладают возможностью стабилизирования напряжения, проводимого при содействии коммутирующего устройства. Достоинство этого метода заключается в том, что отсутствует нужда в переключения питания при возникновении изменений параметров напряжения. Оно может достигать до 20 % от номинала.

При этом напряжение на выходе не изменяется. Результативность защиты блоков питания этого класса достигает 85%. Работа бесперебойных условий можно разделить на две группы. Устройства, которые относят к первому классу, выдают на выходе ступенчатую синусоиду. Приборы, которые относят ко второму классу, генерируют качественную синусоиду, без изменений. Ее наличие позволяет обеспечить защиту таких устройств как электрических двигателей и отопительного оборудования.

Проблемы с напряжением

Немного предыстории. Обратился ко мне один клиент с такой проблемой. У него имеется огромный холодильник-цистерна для хранения молока. У холодильника два трехфазных компрессора, оба по 11 кВт мощности.

Всё бы ничего, но иногда бывают внезапные отключения света, что может привести к прокисанию молока и недопустимым материальным потерям. Чтобы перестраховаться от таких форс-мажоров, которые бывают несколько раз в день (это сельская местность), было решено купить дизельный генератор мощностью 30 кВт для питания этого холодильника.

Получилось так, что генератор установлен на расстоянии около 100 м от холодильника, при этом используются 2 разъема, 1 болтовое соединение, и контакты двух автоматических выключателей. Жилы в кабеле сечением 6 мм² меди и 16 мм² алюминия. Устанавливал генератор не я, но последствия этого безобразия устранять пришлось мне.

Питание от генератора_старая схема

А безобразие проявлялось вот в чём. Генератор выдавал на холостом ходу честные 225В по каждой фазе. При включении холодильника напряжение на вводе холодильника опускалось до 125…145 В. Естественно, ни один компрессор не захочет запускаться в таких условиях.

И дело прежде всего в том, что блок управления не может нормально управлять запуском. Блок управления выдаёт напряжение на включение пускателей, которые включают компрессоры (не одновременно!). Пускатели (контакторы) включаются, компрессор запускается, напряжение падает, пускатель отпускает, компрессор отключается.

Я был на объекте со специалистом фирмыИК Энергопартнер (благодарности ниже), и у нас был замечательный прибор – анализатор качества напряжения HIOKI 3197. C помощью этого прибора видно всё, что происходит в сети. Мы подключились на входе питания холодильника, и вот что увидели:

Провалы напряжения при включении холодильника

Как видно из графика, напряжение в момент запуска падало до примерно 125 В. А вот соответствующие скачки тока:

Скачки тока при включении питания

Налицо – большое падение напряжения, и повышением мощности генератора тут точно проблему не решить.

Было предложено перенести генератор, чтобы схема питания выглядела примерно так:

Питание от генератора_новая схема

Но перенести генератор тоже было проблематично, не будем об этом.

Вот такой замкнутый круг. Конечно, я не собирался стабилизировать трехфазное напряжение, питающее весь холодильник. Достаточно было стабилизировать управляющее напряжение, которое берется от одной из фаз, питающих трехфазные компрессоры.

А это одна фаза 220В и мощность не более 300ВА.

ИБП резервного класса

ИБП этого класса, относят к самым простым. Это устройство работает по очень простому принципу – питание потребителей осуществляется через электрическую сеть, если питание пропадает, то оно начинает поступать от АКБ, являющихся неотъемлемой частью устройства. Зарядку аккумуляторов происходит при работе устройства от сети. Статистика говорит о том, что эффективность таких приборов лежит в диапазоне от 55 до 60%.

Большая часть приборов этого класса работают по описанной технологии. Как правило, их используют для защиты компьютера в домашних условиях. Особенно актуально использование такого изделия для тех, кто живет за пределами городской черты. Но, так сложилось, что обеспечивают предельно низкий уровень защиты. Очистка сигнала от помех осуществляется только частично. Довольно часто такого уровня защиты хватает для потребителей, установленных дома, но в производственных условиях качество электрического питания должно быть выше.

Резервные источники хорошо работают в связке с домашним компьютером, но они физически не могут работать с насосными станциями или отопительными котлами. Дело в том, что источники резервного типа не в состоянии обеспечить синусоидальный тип напряжения. Если для такого прибора как домашний компьютер – это некритично, то для более сложных устройств, это может привести к выходу их из строя.

Что лучше ИБП или стабилизатор

ИБП и стабилизатор, не смотря на свою похожесть выполняют разные функции.

7.1. Сравнительная характеристика

Стабилизатор работает постоянно и выравнивает напряжение на входе. На выходе выдается постоянный уровень напряжения, требуемый для устройства нагрузки. В случае аварии по питанию (на входе 0 напряжения) стабилизатор просто отключится.

ИБП также стабилизирует напряжение на выходе, но при отключении внешнего напряжения еще продолжает некоторое время поддерживать уровень напряжения питания нагрузки.

7.2. Преимущества

Преимущества стабилизатора:

• Стабильное напряжение на выходе;
• Высокий КПД;
• Низкая цена.

Недостатки:

Не работает без внешнего питания.

Преимущества ИБП:

• Надежная защита от внешних факторов;
• Широкий диапазон входных напряжений;
• Работа от аккумулятора при отключении внешнего питания.

Недостатки :

• КПД ниже из-за постоянного преобразования напряжения;
• Повышенный шум в момент скачков электроэнергии;
• Высокая цена.

Основные типы ИБП для компьютеров

Предлагаемые производителями бесперебойники для компьютера могут быть трех типов:

• Резервные (Back-UPS);
• Линейно-интерактивные (Smart-UPS);
• ИБП двойного преобразования (On-Line).

Каждый вид имеет свои отличительные особенности, с которыми стоит обязательно ознакомиться на этапе выбора подходящего ИБП.

Резервный (Back-UPS)

Устройство, имеющее простое конструктивное исполнение. Обладает малой мощностью. Время задержки переключения составляет 10 мс. Используются для переключения на питание от аккумулятора в случае отключения электроснабжения и в обратном направлении, когда работа системы будет восстановлена.

Оптимальный вариант для домашних ПК, работающих в регионах со стабильным электроснабжением. Они не комплектуются стабилизаторами напряжения, а потому при любых колебаниях напряжения в работу включается встроенная батарея, что значительно сокращает срок ее службы.

Линейно-интерактивный (Smart-UPS)

В состав устройств данного типа входит ступенчатый стабилизатор напряжения. В случае скачкообразного изменения напряжения происходит выравнивание выходного напряжения до 220 В. При этом внутренняя батарея остается незадействованной. Для предотвращения перегрева при большой нагрузке на ИБП линейно-интерактивные (Smart-UPS) модели оснащаются системой активного охлаждения.

Внимание! Наличие ступенчатого стабилизатора напряжения способствует увеличению срок службы оборудования, одновременно повышая цену ИБП для компьютера

ИБП двойного преобразования (On-Line)

Самый дорогой тип. Подходит для профессионального использования. Отличается надежностью конструктивного исполнения. В основу работы положен принцип двойного преобразования входящего электричества: первоначально в постоянный, а затем в переменный ток. В результате КПД может достигать 95%.

Учитывая, что производители отказались от использования реле переключения, предназначенного для активации внутренней батареи при скачке напряжения, переключения осуществляется без задержки. Как следствие, такие модели позволяют обеспечить бесперебойное питание для компьютера, что особенно актуально для тех, кто работает дома через интернет.

Зарядка

Поскольку встроенные в UPS аккумуляторы автоматически поддерживаются в заряженном состоянии, нет необходимости в их дополнительной зарядке. Если аккумулятор был полностью разряжен, ряд моделей бесперебойников в момент включения могут индицировать неисправность аккумулятора, однако по мере набора им заряда индикация прекратится.

Как правило, при первом включении ИБП ему нужно 5-6 часов для полной зарядки аккумулятора. Ряд нюансов эксплуатации зависят от типа применяемого аккумулятора:

• Наиболее дешевые аккумуляторы, выполненные по технологии AGM (ошибочно либо намеренно могут называться продавцами гелевыми) не рекомендуется длительно оставлять разряженными, так как это ведет к их деградации и потере емкости. Если ИБП не используется длительное время, стоит регулярно включать его вхолостую, чтобы поддержать заряд аккумулятора.
• Настоящие гелевые аккумуляторы дороже, но без последствий переносят длительный глубокий разряд. Одновременно они более чувствительны к перезаряду, что может произойти при установке в ИБП батареи емкостью меньше, чем рассчитано.

Если же существует необходимость зарядить аккумулятор от внешнего зарядного источника, крайне важно ограничить зарядный ток значением не более 10% от номинала емкости (так, аккумулятор емкостью 4 А*ч можно заряжать током не более чем 0,4 А).

Применение ИБП

Бесперебойник нужен для обеспечения корректной сетевой нагрузки при резких скачках или перепадах напряжения, а также при недолгой автономной работы устройств при полном отсутствии электричества. Современные модели бывают 3 типов:

• Резервные;
• С двойным преобразованием;
• Линейно-интерактивные.

Их внутреннее устройство и функционал отличаются друг от друга, но область применения одна и та же.

Для компьютеров используется резервный перебойник. Он чаще всего применяется для бытовой техники и мультимедийных устройств. Схема взаимодействия: в стандартном режиме нагрузка передается от сети, но если напряжение резко падает, то прибор переключается на внутреннее питание. ИБП меняет режимы работы в течение ненулевого отрезка времени. Резервные бесперебойники стоят дешево и помогают защитить компьютеры от нестабильного напряжения или недолгого отключения источника энергии

Это особенно важно, если ПК используется для работы дизайнеров, проектировщиков, музыкантов и др. Пользователю не нужно сохранять материалы через каждые 10 минут, опасаясь перебоев питания

Газовые генераторы

Наиболее «экономным» вариантом резервного электроснабжения будет установка газового генератора. Затраты на генерацию одного киловатт/часа электроэнергии в данном случае составят примерно 0.45 м3 газа.

Газовый генератор

В качестве топлива может использовать как пропан-бутан в баллонах, так и природный газ из стационарной магистрали.

Но следует отметить, что схема подключения резервного источника питания данного типа будет на порядок сложнее, поскольку требует использования АВР и дополнительных согласований с газовыми службами.

Монтаж газовых генераторов производят, как правило, на внешних площадках, расположенных в пределах приусадебной площадки. Отдельное помещение и дополнительная звукоизоляция не обязательны, поскольку большинство рыночных моделей газовых генераторов имеют погодозащищённое исполнение и работают с минимальным уровнем шума.

Подключение газовой энергетической установки, питаемой из баллонов, может быть произведено без привлечения газовых служб, но для подключения к магистральной линии природного газа понадобится серьёзная доработка всего проекта дома (в плане газовой инфраструктуры).

Скачать

• Теория и практика применения аккумуляторов. Виды аккумуляторов. Лучшее, что можно почитать по теме – • Выбор и эксплуатация аккумуляторов для автономного и резервного электроснабжения. / Теория и практика — подробно простым языком, pdf, 6.97 MB, скачан: 640 раз./
• • Дасоян, Новодережкин, Томашевский. Производство электрических аккумуляторов / В книге изложено производство электрических аккумуляторов (свинцово-кислотных, щелочных, серебряно-цинковых и др.), даны необходимые сведения об устройстве, важнейшие электрические и эксплуатационные характеристики, pdf, 19.88 MB, скачан: 392 раз./ .

Рейтинг лучших моделей ИБП для компьютера

Источники бесперебойного питания являются необходимым устройством для ПК и бытовой техники, особенно если место вашего проживания отличается частым отключением электричества или скачками напряжения. Выбирая ИБП стоит ориентироваться на:

• стабильность работы;
• длительность и удобство эксплуатации;
• мощность;
• бесшумность;
• размеры и вес оборудования;
• соотношение цены и качества;
• производитель.

На основании этих параметров был составлен рейтинг бесперебойников для персональных компьютеров, который поможет при выборе данного оборудования.

Powercom IMD-1025AP

Интерактивный источник бесперебойного питания с выходной мощностью 615 Вт, что достаточно для завершения работы компьютера и периферии в течение 4 минут в случае отключения электропитания от сети. Модель оснащена встроенным ЖК-дисплеем оптимизирующим работу прибора и облегчающим его настройку. ИБП обладает оптимальным соотношением цена/качество.

Плюсы:

• выходная мощность;
• ЖК-дисплей;
• USB-порт;
• достаточное количество разъемов;
• легкая настройка.

Недостатки:

• габариты;
• громкие сигналы;
• выходные розетки только компьютерные.

APC Back-UPS 1100VA

Также, как и предыдущая модель, это устройство довольно надежно и долговечно. Несмотря на более высокую стоимость, чем у предшественника этого рейтинга, APC Back-UPS 1100VA не оснащен ЖК-дисплеем, вследствие чего усложняется контроль работы оборудования.

Однако наличие 4 разъемов подающих питание от батареи на ПК и периферию выгодно отличает эту модель от своих конкурентов. Мощность устройства составляет 660 Вт, что относит его моделям интерактивного типа и делает защиту оборудования от скачков напряжения более надежной.

На полную зарядку аккумуляторов понадобится порядка 8 часов, а это, согласитесь не очень быстро и не удовлетворяет некоторых пользователей.

К преимуществам стоит отнести:

• стоимость;
• выходная мощность;
• порт USB;
• количество выходных евроразъемов.

Минусы:

• длительная зарядка батарей;
• отсутствие дисплея.

Ippon Back Basic 1050 IEC

Данная модель хоть и не обладает большим количеством разъемов, однако это компенсируется мощностью в 600 Вт, что позволяет корректно завершить работу и выключить компьютер в случае отключения электричества или скачков напряжения. В Ippon Back Basic 1050 IEC также нет дисплея, а информация о работе устройства отражается посредством светодиодов.

Время полной зарядки батарей составляет 6 часов, что совсем неплохо, особенно если учесть, что данная модель находится еще в доступном ценовом сегменте. Внешний вид устройства ничем не выделяется, а его вес составляет чуть больше 5 килограмм, что вызвано наличием емкостных батарей, которые можно заменять при необходимости.

Данная модель бесперебойника обладает звуковой сигнализацией, фильтром помех и стандартным набором защитных механизмов, от неприятных сюрпризов отечественной электросети. По отзывам пользователей Ippon Back Basic 1050 IEC характеризуется как достойный источник бесперебойного питания.

APC Back-UPS 650VA

Модель относиться к устройствам интерактивного типа, но его выходная мощность составляет всего 390 Вт, а выходные разъемы присутствуют в количестве 3 штук. Однако эти розетки относятся к типу EURO, что позволяет присоединить к ИБП не только компьютер, но и прочую бытовую технику, чувствительную к перепадам напряжения.

Полная восьмичасовая зарядка батарей и отсутствие ЖК-дисплея осложняет работу пользователя с устройством. Стоимость бесперебойника не соответствует таким низким характеристикам, что также является недостатком. Однако все минусы компенсируются высокой надежностью модели, которая обеспечила APC Back-UPS 650VA довольно длительный срок эксплуатации.

Плюсы оборудования:

• компактность;
• надежность;
• порт USB и выходные EURO-разъемы;
• бесшумность.

К недостаткам стоит отнести:

• малая выходная мощность;
• недостаточное количество выходных розеток;
• отсутствие ЖК-дисплея;
• стоимость;
• длительность зарядки.

Cyber Power UT650EI

Модель ИБП интерактивного типа с 4 выходными компьютерными разъемами, подающими питание от аккумулятора на подключенное оборудование. Выходная мощность составляет 360 Вт, что дает время работы от батареи порядка 3,5 минут. Данный бесперебойник не оснащен портом USB, что исключает подключение ПК для мониторинга состояния оборудования. Стоимость оборудования соответствует его функциональности.

Плюсы:

• доступная цена;
• надежность устройства;
• достаточная длительность работы от аккумулятора;
• количество выходных разъемов.

Минусы:

• низкая выходная мощность;
• выходные разъемы только компьютерные;
• отсутствие дисплея и разъема USB.

Теория импульсных блоков питания

В обычных источниках питания изменение напряжения и гальваническая развязка выполнялись на трансформаторе со стальным сердечником, работающим на частоте 50 Гц, полупроводниковым выпрямителем и линейным стабилизатором напряжения.

Однако КПД этой схемы очень низкий (не превышает 50%), большая часть мощности преобразуется в тепло в трансформаторе, диоде и аналоговом стабилизаторе. Большая номинальная выходная мощность требует наличия сетевого трансформатора повышенного размера и большой потери тепла. Этого неудобства можно избежать, увеличив рабочую частоту до нескольких сотен кГц и заменив регулятор напряжения электронным ключом с интеллектуальным управлением. Их задача — преобразовать сетевое напряжение в постоянное, а затем в выпрямленное напряжение, выполняемое быстрым переключением транзисторов. В результате получается высокочастотное прямоугольное напряжение, которое преобразуется импульсным трансформатором и выпрямителем.

Стабилизация выходной мощности достигается изменением ширины импульса при постоянной частоте или включением переключения в определенные периоды времени в зависимости от нагрузки схемы. Наиболее важные преимущества SMPS, сравнимые с обычными блоками питания:

• малый вес, уменьшенный объем, повышенная эффективность
• малая емкость фильтрующих конденсаторов для высоких частот переключения
• отсутствие слышимых помех из-за того, что частота переключения находится за пределами слышимого диапазона
• простое управление различными выходными напряжениями
• легко снижать высокое сетевое напряжение

С развитием мощных транзисторов с быстрой коммутацией для высоких частот, стало возможным использовать ИИП, работающие на частотах до 1 МГц. С помощью этого типа резонансных трансформаторов рабочие частоты могут быть увеличены даже до 3 МГц. Тем не менее, эти преимущества уменьшаются из-за нежелательного высокочастотного излучения, а также из-за более низкой скорости реакции на возможные изменения нагрузки.

Эта тенденция привела к разработке новых ферритов Mn-Zn с очень мелкой структурой зерен и материалов с уменьшенными гистерезисными потерями, что позволяет передавать мощность в диапазоне от 1 до 3 МГц. Высокие рабочие частоты приводят к дальнейшему уменьшению размеров ядер и, следовательно, всего блока питания. Новый принцип конструкции в планарной технологии позволяет изготавливать высокочастотные трансформаторы с кардинально уменьшенными размерами (плоские трансформаторы, низкопрофильные трансформаторы). Эта технология оказывает сильное влияние на разработку преобразователей постоянного и переменного тока, а также на производство гибридных импульсных источников питания.

Но вернёмся к теории. Импульсный источник питания работает контролируя среднее напряжение, подаваемое на нагрузку. Это делается путем размыкания и замыкания переключателя (обычно мощного полевого транзистора) на высокой частоте. Система более известна как широтно-импульсная модуляция — ШИМ. Схема ШИМ — самая важная, которая отличает этот тип блока питания, поэтому стоит вспомнить хотя бы само название.

На приведенной диаграмме показаны идеи, лежащие в основе работы ШИМ, и ее довольно просто понять: V = напряжение, T = период, t (вкл.) = длительность импульса. Среднее напряжение приложенное к нагрузке, можно объяснить следующей формулой:

Vo (av) = (t (on) / T) x Vi

Импульсы следуют друг за другом быстро (это порядка многих кГц, то есть тысячи раз в секунду), и для того, чтобы нагрузка не видела внезапных импульсов, необходимы конденсаторы, обеспечивающие относительно постоянный уровень напряжения. Уменьшение времени t (on) вызывает уменьшение среднего значения выходного напряжения Vo (av) и наоборот — увеличение длительности высокого вольтажного состояния t (on) увеличивает выходное напряжение Vo (av).

Частота, с которой работает ШИМ, обычно находится в диапазоне от 30 кГц до 150 кГц, но может быть намного выше.

Принцип работы бесперебойника для ПК (сервера)

Источник бесперебойной работы переменного тока – устройство, в котором питание есть всегда. Однако стоит учесть, что это не резервный источник питания, а аварийный – включается в случае «форс-мажоров» и лишь на короткое время.

Основная функция ИБП – мгновенная подача питания в момент отключения основного напряжения сети – реализована посредством аккумуляторной батареи, которая накапливает энергию. Встроенное в корпус ИБП зарядное устройство контролирует уровень напряжения на аккумуляторе, при необходимости включаясь в режим подзарядки.

При включении в рабочий режим бесперебойник подает звуковой или световой сигнал, оповещая пользователя о проблемах с питанием ПК.

В зависимости от емкости батареи и мощности компьютера, бесперебойник обеспечивает переменное напряжение на выходе на небольшое время, которое нужно для сохранения текущего сеанса и завершения работы компьютера.

Из чего состоит ИБП

Компоненты блока ИБП:

• аккумуляторы для накопления энергии;
• зарядное устройство, поддерживающее работоспособность батареи;
• инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
• управляющая схема.

Способ подключения

UPS оборудован несколькими гнездами-выходами, расположенными на задней панели прибора. Подключить персональный компьютер и периферию, отключение которой грозит негативными последствиями, соответствующими кабелями не составит труда при соблюдении порядка действий:

• после первой зарядки отключаем бесперебойник от сети;
• выключаем компьютер;
• подключаем сетевой кабель компьютера на соответствующий разъем ИБП;
• присоединяем сетевой кабель бесперебойника к сети;
• нажимаем и удерживаем кнопку включения ИБП, ждем светового или звукового сигнала о начале работы;
• включаем компьютер;
• устанавливаем драйвера UPS.

Схемы ИБП переменного тока

Для бытовых нужд используют устройства для бесперебойного питания, подключаемые к однофазной сети 220 В, которые могут некоторое время при отсутствии электроэнергии питать потребителей, требующих такого же напряжения.

Существуют также ИБП, которые подключены на вход к трехфазной сети, а на выход дают или 380 В или 220 В. Однако они дороги, их используют при необходимости получать автономную мощность от 10 кВ·А, что для бытовых нужд не требуется.

Бытовые ИБП переменного тока по схеме функционирования делят на следующие типы:

• резервные (оффлайн);
• интерактивные (линейно-интерактивные);
• двойного преобразования (онлайн).

Они различаются качеством выдаваемого напряжения и ценой. Наиболее дешевые – резервные, а самые дорогие – двойного преобразования.

Самая простая в исполнении резервная схема питания предполагает наличие переключающего реле и пассивной фильтрации для подавления помех

Для преобразования переменного тока в постоянный в зарядном устройстве используют выпрямитель. А обратная трансформация происходит при помощи инвертора.

В бесперебойниках для переключения цепи с сети на аккумулятор, как правило, устанавливают обыкновенные электромеханические реле. Если эта деталь качественная, то ее ресурса хватает на все время функционирования ИБП. Но чаще всего, при поломке блока проблема кроется именно в этом элементе конструкции.

Интерактивная схема отличается от резервной наличием стабилизатора напряжения. Он выполнен в виде типичного автотрансформатора с соединенными напрямую обмотками

Стабилизация напряжения присутствует также во многих бытовых устройствах, поэтому если отклонения незначительны, то и нет смысла приобретать более дорогую линейно-интерактивную модель.

Наличие трансформатора часто вынуждает производителя использовать принудительное охлаждение, поэтому такие ИБП комплектуют кулерами. Они издают шум, по интенсивности сравнимый с работой компьютерного системного блока.

Питание инвертора при схеме онлайн происходит на постоянной основе от аккумуляторов. Поэтому при возникновении сбоев в электросети время переключения на резервное питание равно нулю

Самые сложные и дорогие приборы двойного преобразования имеют к тому же наименьший КПД. Электроэнергия уходит в тепло, которое излучает устройство. Поэтому их использование необходимо обосновать.

Наиболее значимый плюс такого вида бесперебойников заключается в мгновенной реакции на отключение электричества

Но для большинства бытовой техники это не так важно. Те же компьютеры обычно комплектуют ИБП резервного или интерактивного типа

Чем отличается от трансформаторного блока питания

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность

Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц

Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.