Журнал `Компьютерра` №751

Диетическое питание

Автор: Андрей Васильков

На одном из чертежей предприятия мне попался целый корпус, обозначенный как -источник бесперебойного питания-. Посмеявшись, коллеги сочли, что это столовая. Общепит, правда, оказался в другом здании, а загадочным корпусом была малая электростанция - столовая для кремниевых организмов.

В квартире или кабинете на случай ЧП роль мини-подстанции кратковременно выполняет источник бесперебойного питания - ИБП. Если недавно они воспринимались как признак достатка, то сейчас широко используются для защиты всевозможной бытовой техники. Пользу от оснащения ИБП кассовых аппаратов и холодильных установок быстро оценили владельцы торговых точек. Наверное, это самый наглядный способ показать, что время = деньги. Оснащение бесперебойником компьютера вообще стало правилом, но, как водится в мире маркетинга, не все притягательно выглядящие устройства стоят просимых за них денег.

Несмотря на полдюжины производителей и десятки моделей, доступных в России, ИБП существует всего три разновидности. Первые и самые дешевые - резервного типа. Цена младших моделей сейчас упала ниже тысячи рублей. Обычно они представляют собой простую схему из аккумуляторной батареи, инвертора и контроллера?- никаких фильтров или систем автоматической регулировки напряжения (AVR) они не содержат и попыток привести форму выходного сигнала к синусоиде тоже не предпринимают. Когда в питающей электросети есть напряжение, оно практически в неизменном виде проходит через ИБП и попадает к нагрузке (в частности - блоку питания компьютера). При сильном отклонении параметров входного напряжения от нормы (или когда оно вовсе пропадает) происходит переключение на питание от батарей. На это требуется 4–6 мс, и загвоздка в том, что по мере эксплуатации бесперебойника этот интервал может возрасти. В конце концов, однажды ИБП не успеет запитать нагрузку от батарей, и она выключится.

В противоположность резервным бесперебойники онлайнового типа всегда питают нагрузку от батарей, одновременно подзаряжая их при наличии напряжения в сети. Соответственно, время переключения в данном случае нулевое. У онлайновых ИБП, уверяют производители, форма выходного напряжения гораздо ближе к синусоиде, чем у моделей других классов, однако на работу компьютерного блока питания этот параметр не влияет. Обычно это самые надежные (и самые дорогие) ИБП, которые вряд ли актуальны домашнему пользователю. Они создаются для защиты точных измерительных приборов, средств связи, профессиональной аудио/видеоаппаратуры и медицинского оборудования. Домой его покупать стоит только в случае электромагнитной несовместимости (например, с ТВ-тюнером) более простых ИБП, фильтры которых неспособны в достаточной мере ослабить НЧ-помехи.

Золотая середина - линейно-интерактивные ИБП. В них батареи постоянно задействованы примерно на треть, за счет чего время переключения сокращается до 2–4 мс. Менее чем за сто долларов можно приобрести модель с AVR, фильтрами помех, отдельной защитой телефонной линии и приемлемым временем автономной работы. Собственно, последняя характеристика больше всего интересует конечного пользователя. Давайте разберемся, от чего она зависит и как считается.

В техническом паспорте указывается время, в течение которого ИБП сможет питать нагрузку при обесточивании электросети. При этом для расчета потребляемая мощность нагрузки берется разная (или вовсе не указывается численно). То, что производитель понимает под -офисным компьютером с 15-дюймовым ЖК-монитором-, обычно трактуют как 100-ваттную нагрузку, однако это не эталон. Попытаться рассчитать время резервного питания своего компьютера (или любого другого устройства) можно и самостоятельно следующим образом.

Параметры батареи берем из техпаспорта (к примеру, 7,2 А·ч, 12 В). Теперь считаем максимальное значение нагрузки [Рекомендую прочитать статью Олега Артамонова о потребляемой мощности ПК: www.f-center.ru/forprint.shtml?online/articles/hardware/tower/6484]. Системный блок варьирует потребляемую мощность в зависимости от начинки и текущей задачи. Загрузка процессора, 2D/3D-режим видеокарт(ы), обращение к дисковым устройствам, оперативная память, плюс система охлаждения и разная мелочь. В сумме может получиться от 50 до 900 Вт. Первая величина характерна для максимально аскетичных медиа-центров и barebone-систем, а вторая - для экстремальных игровых конфигураций [Только три видеокарты на чипе GeForce GTX 280 (в режиме Tri-SLI) затребуют примерно 730 Вт]. Добавим потребляемую мощность монитора и получим итоговое значение для ПК. У моего домашнего компьютера получилось 190 + 75 = 265 Вт.

Теперь посчитаем, какой разрядный ток при этом должны выдать батареи. Мощность нагрузки разделим на напряжение батареи: 265 Вт / 12 В ? 22 A. Иными словами, ток разряда втрое с хвостиком выше значения С - емкости батареи. Следовательно, такую нагрузку она сможет обеспечить не дольше 1/3 часа - или 20 минут [Иначе: 60 мин. х 7,2 А·ч / 22 А·ч ? 20 минут]. Это без учета всевозможных потерь, реальные значения будут меньше.

По-хорошему, надо учесть КПД инвертора [Чем меньше мощность нагрузки по сравнению с максимально допустимой для данного инвертора, тем ниже его КПД. Среднепотолочная цифра ? 0,8] и блока питания [Не путать с коэффициентом мощности! КПД лучших блоков питания в диапазоне типичных нагрузок держится на уровне 0,8, тогда как коэффициент мощности может быть и 0,99], а также то, что колебания потребляемой мощности (нелинейность нагрузки) ускоряют разряд. Еще следует помнить, что батарея предохраняется электроникой ИБП как от избыточной зарядки, так и от глубокого разряда. Она служит резервным источником питания в диапазоне от неполных 100% до 5–10% своей паспортной емкости. Порог глубины разряда определяется контроллером ИБП по напряжению на клеммах батареи и в некоторых моделях может устанавливаться пользователем [К примеру, свежая полностью заряженная 12-вольтовая батарея под нагрузкой выдает до 12,9 В, а порог отключения изначально устанавливается в районе 10,5 В]. Введя поправочные коэффициенты, из гипотетических 20 минут получим более реальные 12–13 - и это в самой благоприятной ситуации. Низкая температура тоже способна снизить время резервного питания… вплоть до его полного отсутствия. Так, зимой в одном ИТ-отделе было –2 °С. Отважные сотрудники работали в верхней одежде, а ИБП соглашались стартовать лишь при поддержке тепловентилятора.

У компьютерного блока питания без схемы активной коррекции коэффициента мощности (A-PFC) мгновенная потребляемая мощность выше за счет реактивной составляющей. То есть для питания таких дешевых блоков требуются ИБП с более мощным (примерно на 30%) инвертором.

Некоторые блоки питания рассчитаны на работу в диапазоне напряжений от 90 до 265 В (чтоб не было проблем с ручным переключением между европейскими 220?В и американскими 110 В). Из-за особенностей реализации A-PFC их не помешает проверить на совместимость с выбранным ИБП. Случается, что ИБП резервного или линейно-интерактивного типа при переключении на батареи выключается с сообщением о перегрузке. Для ИБП онлайнового типа, где переключения на батареи не происходит, вопрос совместимости с компьютерным блоком питания не стоит.

По мере использования аккумулятор, разумеется, теряет емкость, и заявленные 7,2 А·ч могут запросто ополовиниться года через два-три. Даже если батарея просто лежит вне ИБП, она все равно стареет (пусть и не так быстро, как при работе). Поэтому для замены желательно приобретать свежие элементы питания - не старее полугода от даты изготовления.

Сегодня многие ИБП с двумя и более батареями поддерживают горячую замену, благодаря которой не придется разбирать корпус. Само по себе количество аккумуляторов еще ничего не гарантирует, - об этой пользовательской функции должно быть прямо заявлено в документации. Продвинутые ИБП сообщают о необходимости замены элементов питания, а при отсутствии такой функции можно ориентироваться на время работы от батарей или хотя бы на срок эксплуатации (два-три года).

Если ИБП не допускает горячей замены, то операция осложнится только выкручиванием винтов, соединяющих половинки корпуса. Сменить батареи не составит труда даже в домашних условиях (при наличии минимальной квалификации и соблюдении элементарных правил безопасности). Лучше всего найти точно такую же оригинальную батарею. Если же это невозможно, то, выбирая батарею, следует помнить, что отличаются они не только емкостью (от 2,2 до 40 А·ч) и рабочим напряжением, но и током заряда, поэтому внимательно читайте полные характеристики батареи. Как величина зарядного тока, так и схемы зарядки могут различаться даже среди моделей ИБП одного производителя.

Для ускорения зарядки используется сильный ток (больше 1 С), который может подаваться на батарею в течение всего этапа зарядки или только короткими промежутками (комбинированная схема).

Ассортимент батарей довольно широк. Из Китая к нам привозят изделия Advanced Power, Alarm Power, B.B. Battery, Delta и Power Great; Тайвань поставляет аккумуляторы под брэндом CSB; из Европы заволзят продукцию компаний FIAMM (Италия), Sonnenschein (Германия), Tudor (Германия) [Эти две немецкие компании входят в концерн Exide Technologies, так что их батареи могут продаваться и под общим брэндом] и YUASA (Великобритания), а батареи из США представлены под марками Johnson Control (она же С&D Technologies) и Power. Япония раньше радовала аккумуляторами Panasonic, но сейчас найти их трудно.

Другой подводный камень: контроллеры некоторых ИБП (в основном APC) запоминают характеристики батареи и требуют выполнить калибровку при ее замене. Последняя выполняется программно с помощью софта для сервис-центров, который можно раздобыть и в Сети.

Сейчас одна батарея емкостью 7,2 А·ч стоит от 400 рублей, а 9 А·ч - от 600 рублей. При этом цена ИБП резервного типа мощностью 300–400 ВА упала ниже тысячи рублей, а линейно-интерактивные на 625–825 ВА стоят в районе двух тысяч. Именно их я бы и рекомендовал людям, которые желают найти -приличный девайс за минимальную цену-. -Приличность- здесь обулславливают бесшумная работа (модели мощностью до 1 кВA охлаждаются пассивно), быстрое время переключения, функция холодного старта, умение работать даже в самой нестабильной электросети [Благодаря AVR бесперебойник в диапазоне от 165 до 275?В не переключается на батареи, а лишь приводит входное напряжение к нормальным 220 В, повышая или понижая его], наличие EMI/RFI-фильтров и защита от всевозможных ЧП (короткого замыкания и пр.). Тем, кто готов выложить за ИБП четыре тысячи и больше, советую присмотреть одну из моделей в диапазоне 1000–1500 кВA. Среди них тоже встречаются бесшумные. Не берусь судить авторитетно, но, на мой взгляд, единственный параметр у современных моделей PowerCom и Ippon, который ниже аналогичного у лидера отрасли APC, это цена.

При помощи мелкой модификации (кстати, не лишающей гарантии) от ИБП можно запитать и другую маломощную периферию: модем, сканер, колонки, зарядные устройства мобильников и адаптеры радиотелефонов. Для этого в удлинителе с тремя-пятью универсальными розетками сетевой шнур заменяется на силовой кабель типа -ПК-монитор-. Этим кабелем удлинитель и подключается к трехконтактной розетке ИБП с батарейной поддержкой. Меня такая поделка выручала неоднократно. Когда последний раз оборвало фазу, я запитал от наполовину заряженного ИБП энергосберегающую лампу на 20 Вт. Светила она как обычная -сотка- больше часа, и пришедший по вызову электрик впал в ступор от фразы -во всем доме света нет-.

Часто слышал мнение, что длительность автономного питания компьютера от ИБП некритична. Пять минут или пятнадцать - все равно. Документы сохранить (до чекпойнта добежать, BIOS перепрошить etc.) успеешь, а там и выключить можно. Такие рассуждения справедливы лишь до тех пор, пока не сталкиваешься с кратковременными повторными отключениями электричества. Мой ИБП в такой ситуации сдался на четвертый раз. С разряженными батареями он нецензурно пищал и отказывался питать компьютер, сердито жужжа обмотками. А однажды я изменял разметку жесткого диска (с данными) на разделы. Partition Manager запросил перезагрузку и двадцать минут на операцию, реально же потребовалось около получаса. Выбирая ИБП, -переплатить- за емкость батарей и мощность инвертора вы вряд ли сумеете. Напрасно отдать деньги сверх требуемого можно лишь за брэнд или онлайновый тип. Покупку же ИБП следует рассматривать не как трату денег, а как инвестицию в сохранность вашего оборудования, данных и нервных клеток.