Jak dobrać odpowiedni UPS
Podstawą w dobieraniu UPS-a do zabezpieczanych urządzeń jest określenie jego mocy znamionowej. Na początku trzeba zsumować moc wszystkich urządzeń podłączanych do zasilacza awaryjnego. W naszym przykładzie będzie to monitor LCD i komputer, a więc urządzenia, które muszą działać w razie zaniku zasilania w sieci energetycznej. Następnie należy obliczyć moc wyrażoną w woltamperach. W tym celu otrzymaną sumę mnożymy przez 1,4, czyli odwrotność współczynnika mocy wynoszącego 0,7. Do uzyskanej wartości dodajemy ok. 20% zapasu (czyli mnożymy ją przez 1,2), a w wypadku serwerów – nawet 30–40%.
Jeśli przyjąć te kryteria, wymagana minimalna moc UPS-a zabezpieczającego komputer o mocy 420 W z 19-calowym monitorem LCD, pobierającym ok. 40 W, wynosi 800 VA (420 W + 40 W = 460 W; 460 W * 1,4 = 644 VA; 644 VA * 1,2 = 772 VA, co zaokrąglamy w górę do 800 VA).
Obliczona w ten sposób minimalna moc zasilacza awaryjnego zapewni podtrzymanie napięcia przez 5–10 minut. Zwiększenie zapasu energii, jaką może dostarczyć UPS, oczywiście wydłuży czas działania peceta. Na przykład zastosowanie do wymienionej konfiguracji UPS-a o mocy 1000 VA umożliwi utrzymanie zasilania przez ok. 20–25 minut, a 1500 VA – 30–40 minut. Należy jednak pamiętać, że są to wartości szacunkowe, zależne od typu UPS-a, pojemności jego baterii i stopnia ich rozładowania. W praktyce mogą być różne.
Ochrona przeciwprzepięciowa i zabezpieczenia przed wahaniami napięć
UPS to nie tylko urządzenie podtrzymujące zasilanie w chwili jego zaniku. Do jego funkcji należy też ochrona przeciwprzepięciowa i zabezpieczenie przed najczęściej występującymi w sieci anomaliami. Oprócz zaników napięcia i udarów napięciowych (przepięć) są to: chwilowe wahania amplitudy, długotrwałe spadki napięcia i szumy.
Ochrona przeciwprzepięciowa i filtrowanie szumów to zadania, które wykonują również listwy przeciwprzepięciowe (nie należy ich mylić z tańszymi listwami filtrującymi). UPS zabezpiecza przed tego typu zagrożeniami, i nie ma już potrzeby stosowania listew, choć nic nie stoi na przeszkodzie, aby dla większej pewności UPS podłączyć do takiej listwy. Należy jednak bezwzględnie pamiętać, że nie wolno podłączać listwy filtrującej lub przeciwprzepięciowej do gniazd wyjściowych UPS-a. Ze względu na niedopasowanie charakterystyk prądowo-napięciowych grozi to uszkodzeniem obwodów UPS-a.
Przed wahaniami amplitudy i długotrwałym obniżeniem napięcia chroni wbudowany w każdy nowoczesny UPS elektroniczny moduł AVR (ang. Automatic Voltage Regulation). Jest on odpowiedzialny za stabilizację napięcia w wypadku wystąpienia jego niewielkich wahań, najczęściej w granicach ±20%. Gdy odchyłki od normy są większe, UPS przełącza się na zasilanie z baterii.
Gniazda i gniazdeczka
Wybierając zasilacz awaryjny, warto też zwrócić uwagę na liczbę gniazd podłączeniowych. Oprócz oczywiście komputera i monitora (zapisywanie danych oraz zamykanie programów i systemu operacyjnego „po omacku” nie jest łatwe ani przyjemne) warto podpiąć do UPS-a także inne urządzenia. W wypadku gdy zasilacz ma niewystarczającą liczbę gniazd podłączeniowych, można posłużyć się zwykłym rozgałęźnikiem (nie listwą filtrującą ani przeciwprzepięciową!).
W tym miejscu należy wspomnieć o dwóch rodzajach gniazd wyjściowych stosowanych w zasilaczach awaryjnych. Pierwszym z nich są gniazda w pełni chronione, które podtrzymują zasilanie po zaniku prądu w gniazdku elektrycznym. Zwykle są dwa lub trzy, wyróżnione innym kolorem, i służą do podpięcia komputera, monitora oraz urządzeń peryferyjnych wrażliwych na zaniki zasilania. Drugi typ to gniazda filtrujące – zazwyczaj jest to oddzielny blok. To do nich podłącza się takie urządzenia, jak: drukarki, skanery, kamery internetowe, głośniki. Urządzenia te nie wymagają podtrzymywania zasilania, ale tak samo jak komputery są delikatne. Poza filtrowaniem prądu gniazda te zabezpieczają przed przepięciem i są podłączone do modułu AVR, tyle że nie podtrzymują napięcia po zaniku zasilania w gniazdku.
Wiele UPS-ów ma dodatkowo zamontowane filtry linii telefonicznej i filtr LAN-u. Ich zadaniem jest ochrona urządzeń sieciowych, w tym karty sieciowej komputera i modemów, przed zakłóceniami i niewielkimi przepięciami mogącymi pojawić się w sieci telefonicznej i sieci LAN.
Typy UPS-ów
Wróćmy teraz do bardziej szczegółowej budowy UPS-ów i sposobu ich działania. Biorąc pod uwagę te dwa kryteria, zasilacze awaryjne możemy podzielić na trzy grupy. Pierwszą i zarazem najprostszą oraz najtańszą klasą są bardzo rzadko obecnie spotykane urządzenia typu off-line, określane też nazwą stand-by lub UPS-ami z bierną rezerwą.
Schemat 1. Typy UPS-ów
Ich możliwości zwykle ograniczają się do filtrowania i korygowania w niewielkim zakresie (±5%) parametrów napięcia zasilającego, gdyż pozbawione są modułu AVR. Przy zaniku napięcia lub przekroczeniu ustalonych progów (dolny – zwykle ok. 175 V, górny – powyżej 270 V) uruchamiane jest podtrzymywanie bateryjne. Następuje to po kilku – kilkunastu milisekundach, ale jest to czas w zupełności wystarczający, gdyż zasilacz impulsowy komputera wytrzymuje przerwę w dostawie prądu rzędu 20–60 ms, w zależności od użytych w nim kondensatorów.
Najliczniejszą dostępną w sklepach grupą zasilaczy awaryjnych są UPS-y określane mianem line-interactive, zwane też synchronizującymi się z siecią lub UPS-ami o działaniu wzajemnym. Dzięki zastosowaniu w nich elektronicznych modułów AVR umieją podwyższać lub obniżać napięcie zasilające bez przełączania się na zasilanie bateryjne. Mogą sobie poradzić nawet z napięciem 140–150 V. Zasilacze awaryjne line-interactive mają krótsze czasy przełączenia, poniżej 2 ms.
Ostatnią kategorią UPS-ów są zasilacze on-line, nazywane też UPS-ami o działaniu ciągłym lub zasilaczami z separacją galwaniczną. W uproszczeniu można powiedzieć, że są one skonstruowane w taki sposób, że przetworniki AC/DC i DC/AC są ze sobą połączone i działają w sposób ciągły. Innymi słowy, prąd dostarczany w normalnych warunkach do komputera nie pochodzi (po przefiltrowaniu) z gniazdka, tylko z falownika zamontowanego w UPS-ie. Między prostownikiem a falownikiem jest zamontowany układ elektroniczny, zazwyczaj oparty na tyrystorach, który doładowuje akumulator i przełącza UPS na zasilanie bateryjne w chwili zaniku prądu. Tego typu UPS-y charakteryzują się praktycznie zerowym czasem przełączania. Jak można się domyślić, są najdroższe i zwykle wykorzystuje się je do zastosowań profesjonalnych.
Parę słów o sinusoidzie...
Istotnym parametrem zasilaczy awaryjnych jest kształt generowanej przez nie sinusoidy. Jak można się domyślić, zależy on od zastosowanego falownika, czyli przetwornika DC/AC. W większości tanich UPS-ów na wyjściu jest generowany sygnał prostokątny, który jest w mniejszym lub większym stopniu zbliżony do sinusoidy. Im droższy zasilacz, tym ta „pseudosinusoida” jest lepsza. Najlepsze UPS-y mają na wyjściu rzeczywiste przebiegi sinusoidalne.
Czy przebieg sinusoidalny jest potrzebny? Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna. Oczywiście byłoby najlepiej, gdyby UPS generował taki sygnał, ale również napięcie o gorszym kształcie przebiegu jest akceptowalne, tym bardziej że zasilacze impulsowe stosowane w komputerach nie są zbyt wymagające pod tym względem. Ważne jest, aby taki sygnał nie był zbyt „prostokątny”, a to w warunkach domowych dość łatwo sprawdzić. Wystarczą dwa UPS-y: jeden podłączamy do drugiego, ale tylko na chwilę, gdyż tak UPS-y nie powinny działać ze względu na niedopasowanie charakterystyk prądowo-napięciowych. Jeżeli UPS podłączony do innego zasilacza awaryjnego przełączy się na zasilanie bateryjne, będzie to oznaczać, że jakość napięcia podawanego przez pierwszy UPS z pary nie jest zbyt dobra.
... i oprogramowaniu
Większość domowych UPS-ów jest wyposażona w złącze USB. Służy ono do sprzęgnięcia zasilacza awaryjnego z komputerem. Po podłączeniu UPS-a do peceta z systemem Windows XP lub Windows Vista pojawia się schemat zasilania znany z notebooków wraz z ikonką bateryjki na Pasku Zadań Windows. Możliwości reakcji systemu na brak zasilania oraz informacje o stanie naładowania podczas zasilania z baterii UPS-a są dokładnie takie same jak w wypadku notebooka.
Do niektórych bardziej zaawansowanych UPS-ów producenci często dołączają oprogramowanie sterujące. Podstawowym zadaniem takiej aplikacji jest reakcja na brak zasilania i powiadomienie o tym użytkownika. Możliwe jest np. wysłanie informacji o zdarzeniu e-mailem bądź SMS-em, następnie bezpieczne zamknięcie systemu, a po przywróceniu zasilania – ponowne uruchomienie komputera. Bardziej zaawansowane oprogramowanie umożliwia również stałe monitorowanie działania UPS-a, np. pokazuje napięcie wejściowe i wyjściowe, obciążenie oraz stan baterii. Wszystkie te informacje są zapisywane w logach.
Do zasilaczy awaryjnych przeznaczonych do zabezpieczania komputerów domowo-biurowych zwykle nie dołącza się dodatkowego oprogramowania, ale wcale nie jest powiedziane, że użytkownik jest zdany wyłącznie na informacje o stanie zasilania przekazywane mu za pośrednictwem szeregu diod, sygnałów dźwiękowych lub mechanizmów systemowych. Okazuje się bowiem, że oprogramowanie dołączane do bardziej zaawansowanych modeli UPS-ów działa także z tańszymi wersjami zasilaczy danej firmy. Co więcej, takie oprogramowanie często można pobrać za darmo ze strony producenta UPS-a.
Może już wystarczy tej teorii, przejdźmy do testów tytułowych zasilaczy awaryjnych.