Мощный источник бесперебойного питания своими руками. Самодельный источник бесперебойного питания

Стабильная работа компьютеров и другой оргтехники полностью зависит от наличия питания в сети, к которой они подключены. В случае перебоев с подачей электроэнергии техника просто перестанет функционировать. В современных условиях эта проблема легко решается путем подключения источника бесперебойного питания. Поэтому многих волнует вопрос, когда возникает необходимость в ИБП для компьютера: на что стоит обратить внимание при покупке данного оборудования. Какие параметры и критерии следует учитывать?

Рекомендуется изначально определиться, для каких целей необходимо это устройство. Если проблема заключается лишь в стабилизации сетевого напряжения, можно вполне обойтись более простыми и дешевыми . Однако в случае регулярных перебоев с подачей электроэнергии, обязательно потребуется ИБП, который нужно правильно выбрать для конкретного компьютера.

Применение ИБП в быту

К основным неполадкам сети относится полное отсутствие напряжения, наличие высоковольтных импульсных помех, краткосрочные и продолжительные скачки напряжения, высокочастотные помехи и другие факторы, при наличии которых требуется использование ИБП. Данные устройства обеспечивают бесперебойную работу компьютерной техники от нескольких минут до одного часа.

Схема бесперебойного питания выбирается в соответствии с условиями эксплуатации, временем переключения нагрузки от сети на аккумулятор и обратно, а также продолжительностью работы самой аккумуляторной батареи.

ИБП для домашнего компьютера

Прежде чем приобретать то или иное устройство, следует выяснить, как работает ИБП. В его блоке установлен датчик, который непрерывно проверяет характеристики тока в сети и уровень напряжения. Если параметры начинают расти или падать слишком быстро, он отключает компьютер от сети и тут же переключает его на использование запасного источника питания.

При переключении на запасной источник ИБП подает световой и звуковой сигналы. Помимо этого, практически ко всем ИБП есть программа, которая разрешает автоматически отключать компьютер по исчерпании заряда аккумулятора. Когда в сети снова появится электроток, датчик сигнализирует об этом и он переключает компьютер на питание от сети и начнет заряжать встроенный аккумулятор.

Аккумуляторные батареи, применяемые в устройствах, рассчитаны на низкое напряжение. Для получения рабочего значения, с помощью инвертора выполняется его преобразование в синусоидальное. Одновременно напряжение аккумулятора повышается и выравнивается с номинальным напряжением сети. Таким образом, батарея всегда готова к работе и мгновенно переключается, когда это необходимо.

В процессе эксплуатации следует учитывать, что работа ИБП при номинальной нагрузке возможна лишь в течение короткого времени. За этот период можно успеть сохранить данные и корректно отключить компьютер. Во время работы не допускаются перегрузки, в этих случаях защита сразу же отключает выход устройства. Данные проблемы легко решаются за счет увеличения емкости аккумулятора и мощности инвертора.

Какой ИБП выбрать для компьютера

Существуют различные типы устройств для бесперебойного питания компьютерной техники. Они отличаются принципом действия и разделяются на три основных типа:

• Резервные ИБП . Применяется, когда в сети возникает сильное падение напряжения или оно полностью отсутствует. В этом случае происходит переключение на аккумуляторы резервного ИБП. Переключение происходит очень быстро - в течение 10 миллисекунд и менее, что никак не нарушает бесперебойную работу компьютера. При переключениях во время скачков напряжения рекомендуется использовать стабилизатор. Это позволит увеличить срок службы аккумуляторной батареи. Решая вопрос, как выбрать источник бесперебойного питания, следует помнить, что данное устройство получило широкое распространение, благодаря сравнительно невысокой стоимости, высокому КПД и низкому уровню шума. Устройство может работать в автономном режиме 5-15 минут. При выборе и покупке рекомендуется создавать запас по мощности в пределах 20-30%.
• Линейно-интерактивные ИБП . Конструкция этих устройств дополнена стабилизатором напряжения, поэтому они более функциональные и дорогие. Переключение на аккумуляторы происходит только при полном отсутствии электричества, поэтому срок эксплуатации батарей более продолжительный. В автономном режиме линейно-интерактивные ИБПработают до 20 минут. Они отличаются повышенной экономичностью и более высокой степенью защиты. Из недостатков следует отметить шум, создаваемый вентилятором охлаждения стабилизатора.
• ИБП с двойным преобразованием напряжения . Относятся к категории наиболее сложных и дорогих устройств. В процессе работы переменный ток преобразуется в постоянный, а затем, опять в переменный. Выходное напряжение составляет 220 В и характеризуется идеальной синусоидой. Батареи постоянно находятся во включенном состоянии, поэтому времени на переключения вообще не требуется. Решая вопрос, как выбрать ИБП для компьютера по мощности, нужно учитывать, что данные устройства обеспечивают бесперебойную работу дорогостоящей аппаратуры, которая не должна останавливаться даже на короткое время. Недостатками являются низкий КПД, высокая стоимость, высокий уровень выделения тепла и шума.

При покупке того или иного устройства нужно обращать внимание на его основные характеристики. Мощность самого ИБП выражена в вольт-амперах (ВА), а мощность подключенного компьютера - в ваттах (Вт). Перевести одну величину в другую можно с помощью коэффициента 0,7. Например, если мощность устройства составляет 1000 ВА, то получится 1000 х 0,7 = 700 Вт. С учетом запаса мощности к данному ИБП может подключаться нагрузка в пределах 500 Вт.

Кроме того, делая выбор ИБП для компьютера, следует обращать внимание на продолжительность автономной работы при максимальной нагрузке, наличие или отсутствие защиты от коротких замыканий самого ИБП и подключенной аппаратуры. Рекомендуется получить информацию у продавца о возможности замены батареи, проверить наличие дисплея и других специфических элементов.

Как подобрать ИБП для компьютера по мощности

Довольно часто возникает вопрос, какую мощность должен иметь ИБП? Чем больше энергопотребление компьютера, тем большей мощностью должен обладать его блок питания и, соответственно также, ИБП. Большинство моделей выражают мощность не в привычных ваттах, а в вольт-амперах.

Рассчитать мощность ИБП для компьютера довольно легко путем, умножения мощность монитора и блока питания в ваттах на 1,6. Допустим, что сумма энергопотребления вашего монитора и блока питания равняется 200 Вт. В этом случае вам потребуется источник бесперебойного питания мощностью в 320 ВА (1,6х200). Для большей надежности повысьте это значение еще на одну треть. В результате выйдет величина порядка 400 ВА. Потом просто, ищите модель как раз с такой мощностью.

У некоторых пользователей возникает проблема, расчета мощности ИБП для компьютера. Для этого нужно определить мощность нагрузки, которая не должна быть выше 70% от мощности ИБП на выходе. Например, потребление электроэнергии процессором составляет 65 Вт, видеокартой - 170 Вт, материнской платой - 40 Вт, приводом DVD - 20 Вт, диском HDD - 40 Вт, прочим оборудованием - 30 Вт. Количество возможных потерь условно принимается за 20%. Таким образом, потребление компьютера без потерь будет до 365 Вт, а с потерями - 438 Вт. Следовательно, приобретаемый источник бесперебойного питания должен обладать мощностью в пределах 500-620 Вт.

Подключение источника бесперебойного питания для компьютера

Иногда у хозяев компьютерной техники возникает вопрос, как установить ИБП? Нужно источник бесперебойного питания подсоединить к обычной электрической розетке, а далее в розетки, размещенные на его корпусе, вставьте сетевые вилки устройств, которые вы собираетесь защитить от перебоев с электропитанием. Если источник бесперебойного питания поддерживает автоматическое отключение компьютера и другие функции управления, которые осуществляются при помощи ПК, его следует подсоединить также к системному блоку, как правило, при помощи USB-шнура.

Существует несколько вариантов подключения в том числе и с использованием , компенсирующего перепады от 140 до 260 вольт. Данный способ используется наиболее часто, поэтому его следует рассмотреть подробнее. Кроме стабилизатора потребуется сетевой фильтр. Перед подключением нужно уточнить параметры всех составляющих. Мощность стабилизатора и ИБП должны быть примерно равны, а мощность ИБП должна быть выше мощности блока питания компьютера.

Порядок подключения:

• Стабилизатор напряжения подключается в сеть, после чего к нему подключается сетевой фильтр.
• После этого сам ИБП соединяется с сетевым фильтром. На корпусе устройства имеется кнопка, которая нажимается и удерживается до тех пор пока не загорится индикатор включения.
• Далее к ИБП подключается компьютер, то есть системный блок и монитор. При наличии дополнительных выходов можно подключить колонки, принтер и другое оборудование.

Некоторые источники бесперебойного питания оборудуются программным управлением, которое нужно правильно настроить после подключения. В панели управления, в разделе «Электропитание», после установки прибора высветится отдельное окно ИБП. В нем настраиваются все необходимые параметры в зависимости от мощности компьютера и условий эксплуатации.

Слово «инвертор» применительно к электротехнике означает устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в переменный ток . При этом амплитуда напряжения может изменяться в большую или меньшую сторону.

Инверторы могут быть как отдельными устройствами (сварочный или преобразователь напряжения бортовой сети автомобиля в напряжение 220 В переменного тока), так и отдельным блоком или частью схемы (блок питания компьютера, телевизора). Мы же сейчас поговорим об устройствах, использующихся для электропитания в аварийных ситуациях, связанных с исчезновением напряжения сети.

Куда уходит напряжение и когда вернется?

Нет сетей со стопроцентной надежностью . Внезапно свет в квартире или доме гаснет. Связано это с повреждениями кабельных или воздушных линий, электрооборудования подстанций. Аварии в пределах города, если они не связаны со стихийными бедствиями, ликвидируются относительно быстро. Для этого работают диспетчерские службы и оперативные бригады. А исключить поврежденный участок и заменить его другим возможно из-за их взаимного резервирования.

В сельской местности и дачных хозяйствах все иначе. Линия питания одна, ехать бригаде далеко. После ураганов или гроз количество поваленных деревьев на провода линий увеличивает шансы остаться в темноте надолго. А при повреждении силового трансформатора ждать придется больше суток.

Время идет, продукты в холодильнике портятся. Не вскипятить чайник – он электрический. Приготовить ужин не на чем. Разрядилась батарея мобильного телефона – невозможно позвонить в МЧС. В темноте не найти лекарство для бабушки. Остывают нагревательные приборы, а вместе с ними – и сам дом.

Чтобы этого не происходило, нужен персональный, независимый от сети источник электроснабжения . Для этой цели и применяется инвертор.

Принцип работы источника бесперебойного питания

Простейший инвертор – источник бесперебойного питания (ИБП) компьютера . Внутри него находится аккумулятор, накапливающий энергию. Он работает в режиме постоянной подзарядки. Для этой цели в состав ИБП входит зарядное устройство, следящее за уровнем напряжения на батарее. В зависимости от него оно регулирует ток заряда или отключает батарею.

Как только напряжение питания исчезает, устройство управления отключает нагрузку от сети. Одновременно она подключается к аккумулятору через инвертор, являющийся частью ИБП.

Аккумуляторные батареи на 220 В существуют, но занимают помещение, размером с комнату. Поэтому во всех ИБП аккумуляторы изготавливаются на низкое напряжение. Инвертор, преобразуя его в синусоидальное, одновременно повышает эту величину до номинального напряжения сети.

Такой источник питания хорош тем, что постоянно готов к работе и переключается мгновенно . Но вот главные его недостатки, не позволяющие использовать ИБП для бесперебойного электроснабжения дома или его части:

Инвертор для бесперебойного энергоснабжения дома

Инвертор является логичным развитием источника бесперебойного питания компьютера, лишенным присущих ему недостатков.

Увеличение емкости аккумуляторной батареи напрямую связано с ее габаритными размерами. Размещать ее в корпусе инвертора становится нецелесообразным. Поэтому он выделяется в самостоятельное устройство, решающее три основных задачи:

• заряд батареи и контроль напряжения сети;
• переключение источников снабжения;
• преобразование напряжения батареи в величину 220 В переменного тока.

Основная характеристика инвертора – его мощность . Но при ее выборе учитывается один нюанс. Мы уже говорили, что ИБП не может работать с перегрузкой. То же самое касается и инвертора. Если в составе нагрузки планируются холодильник, электродвигатели насосов отопительных котлов, то учитываются их пусковые токи . В момент запуска электродвигатели потребляют ток, в 3-5 раз больший номинального. Если суммарный ток нагрузки при включении холодильника превысит номинальный ток инвертора, его отключит защита.

Еще одна характеристика инвертора, на которой стоит заострить внимание, это – качество преобразования постоянного тока в переменный. Напряжение в сети изменяется во времени по синусоидальному закону. Ни одно бытовое полупроводниковое устройство не сгенерирует синусоидальное напряжение так, чтобы оно в точности повторяло сетевое. Величина напряжения на выходе изменяется не плавно, а дискретно, ступеньками. Чем чаще происходит это изменение (выше частота дискретизации ), тем точнее сформированный сигнал повторяет синусоидальный.

Но увеличение частоты дискретизации ведет к удорожанию устройства. А ступенчатая форма напряжения неприемлема для работы электродвигателей и некоторых полупроводниковых устройств. Такие инверторы, вырабатывающие так называемую модифицированную синусоиду , используются только для питания активной нагрузки: нагревательные элементы, лампы накаливания. Для приборов, критичных к форме напряжения питания, придется приобрести более дорогой инвертор .

Выбор аккумуляторов для инвертора

Батареи к инвертору приобретаются отдельно . Но и тут есть особенность: аккумуляторы бывают кислотными или щелочными. Принципы заряда у них разные, поэтому каждый инвертор годится только для работы с определенным типом батарей . Иначе он будет неправильно определять степень заряженности аккумуляторов и заряжать их.

Использование автомобильных аккумуляторных батарей в составе инверторов не оправдано. Они, хоть и способны выдать в течение короткого времени мощный импульс тока (в автомобиле это нужно для работы стартера), не переносят глубоких разрядов. А разряды неизбежны при длительной работе инвертора. Поэтому ресурс таких батарей в системах энергоснабжения ограничен.

Для работы с инверторами оптимально применение гелевых или стекловолоконных аккумуляторов. Они изготовлены по специальной технологии и способны многократно переносить глубокие разряды без потерь. И опять же: зарядное устройство инвертора должно поддерживать режим заряда таких батарей.

Выбирая емкость аккумуляторов, исходят из желаемого времени автономной работы устройства (T). Его нетрудно подсчитать, зная емкость (C) , мощность планируемой нагрузки (P) и напряжение батареи (U):

Цифры в последней колонке не впечатляют. Да и стоимость инверторов и аккумуляторов к ним не такая уж и маленькая.

Так есть ли смысл в инверторе?

Достоинства и недостатки инверторов

Альтернативой инверторам являются дизельные или бензиновые генераторы. Поэтому и выявлять их достоинства будем, сравнивая с получением электричества с помощью двигателей внутреннего сгорания. Перечислим недостатки генераторов, от которых можно избавиться с помощью инверторов :

• необходимость постройки отдельного помещения с вентиляцией и подогревом в зимнее время;
• хранение запаса топлива (а для дизеля – замена летнего топлива на зимнее при наступлении холодов);
• шум при работе, доставляющий неудобство не только хозяевам, но и соседям;
• необходимость периодического обслуживания (проверки уровня масла, замены свечей, фильтров);
• ручной запуск, необходимость контроля параметров в процессе работы.

Инвертору же не требуется отдельного помещения, он не создает шума при работе (работа вентиляторов охлаждения – не в счет). Вмешательство пользователя в процесс работы не требуется. При разряде аккумулятора (падении величины напряжения на батарее до минимально возможного уровня) устройство само отключится и замрет в ожидании восстановления напряжения сети. Затем оно зарядит батарею, и будет ждать, когда сможет вновь оказаться полезным.

И автоматическое переключение с питания от сети на питание от батареи подкупает. Но время автономной работы инвертора мало . Даже, если уменьшить нагрузку до минимально возможной, рано или поздно батарея разрядится. «Конец света» отсрочен, но неизбежен.

Поэтому при решении вопроса: что использовать для аварийного питания жилища – генератор или инвертор рассматривают комплекс факторов.

Инвертор или генератор?

Для начала собирают статистические данные о том, как часто и на какой период пропадает напряжение в городе или поселке. Если эти события случаются очень редко, то нет смысла приобретать генератор, строить для него отдельное помещение, где он будет простаивать в ожидании своего часа.

Затем определяют суммарную мощность электроприборов , питание которых планируется от инвертора в аварийном режиме работы. В этот список нет смысла включать наружное и подвальное освещение, а при наличии в доме трех телевизоров достаточно одного. В целях экономии жертвуют теми электроприборами, без которых можно пережить сутки или двое. Остальные при исчезновении напряжения питания придется отключить от сети вручную, или предусмотреть для этой цели автоматику.

Но зато учитывают систему теплоснабжения (отопительный котел), если он есть. Причем, с учетом всех пусковых токов его электродвигателей, не исключено, что ему придется запускаться при питании дома от инвертора.

И не забывают главное – холодильник с его пусковым током, если он компрессорный. Также добавить в список микроволновую печь или электроплитку, электрочайник.

По суммарной мощности нагрузки выбирают модель инвертора , учитывая дополнительно, какого качества синусоидальное напряжение он будет вырабатывать.

Затем выбираются аккумуляторные батареи с учетом желаемого времени работы инвертора на рассчитанную ранее нагрузку. И здесь нужен разумный подход. Если финансов недостаточно, то придется заранее продумать, чем можно пожертвовать. Во главу угла ставятся те нагрузки, для которых требуется постоянная работа: холодильник, котел, приборы отопления. Компьютеры и телевизор на определенном этапе придется отключить, чтобы батарея инвертора продержалась подольше.

Осталось сложить цены, получив итоговую сумму. И проделать тот же самый расчет для генераторной установки . Здесь тоже можно сэкономить: при нечастых отключениях от сети совсем не обязательно строить под нее помещение. Можно хранить ее в сарае, а при необходимости – вынести на улицу и подключить к сети с помощью гибкого кабеля и разъемного соединения. Не забудьте добавить в список запасные части, необходимые для обслуживания установки в течение срока службы альтернативного ей инвертора. Только так можно рассчитать экономический эффект, а не первоначальные затраты на приобретение оборудования. Инвертор не потребует дополнительных капиталовложений на протяжении всего срока службы, а вот двигателю внутреннего сгорания уход необходим всегда.

Теперь сравниваем получившиеся суммы и принимаем решение. И помните: за комфорт всегда нужно переплачивать . Готовы вы к этому или нет – решать вам.

Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, пригодное для питания любых приборов. (10+)

Как сделать ИБП с синусоидальным выходом самому

Стоит ли самому собирать ИБП?

Имеет ли смысл собирать ИБП самому? Не знаю. В продаже есть киловаттные бесперебойники за 30 т. р. Эти изделия однозначно более высокого качества, надежности и энергоэффективности, чем самодельный. Стоимость самодельного, если собирать его из готовых блоков, получается в районе 20 т. р. Я собирал его тогда, когда еще в продаже ничего подобного не было. В любом случае, делюсь опытом. Мой UPS отлично работает уже 8 лет. Учтите, что это устройство постоянного функционирования. Он не выключается, когда есть напряжение в сети, а работает постоянно. Так что он реально проработал беспрерывно восемь лет. Изменить схему так, чтобы он автоматически выключался и включался, если это Вам нужно, не составит труда для специалиста, способного его собрать. Я использую именно непрерывно работающее устройство потому, что у меня в доме есть несколько критических по электроэнергии потребителей: компьютеры, сервер, система "умного дома". При переключении с сети на питание от аккумулятора возникает скачок напряжения, который недопустим.

Источник бесперебойного питания можно целиком собрать самому, тогда стоимость деталей к нему составит 10 т. р.

ИБП используются для защиты различных типов электрооборудования в первую очередь компьютерной техники от перепадов напряжения в сети, а также могут в течение нескольких минут, часов или даже суток поддерживать их работу при полном отключении электроэнергии

Источник бесперебойного питания способен справиться со следующими проблемами в электросети : полное отключение питающей сети, высоковольтные импульсные помехи, долговременные и кратковременные всплески напряжения; высокочастотный шум или помехи имеющие место быть в электросети, отклонение частоты более чем на 3 Гц.

Важными параметрами ИБП, является время переключения нагрузки на питание от аккумуляторных батарей и время автономной работы от аккумуляторной батареи.

Резервная схема построения ИБП в рабочем режиме питание нагрузки происходит от электрической сети, которое источник бесперебойного питания фильтрует на предмет высоковольтных импульсов и электромагнитных помех пассивными фильтрами.

При отклонениях сетевого напряжения за нормированные значения нагрузка автоматически подключается к питанию от аккумуляторов с помощью схемы инвертора, которая имеется в каждом ИБП. Как только напряжение в сети войдет в норму источник бесперебойного питания переключит нагрузку на электропитание от сети.

Интерактивная схема ИБП аналогична резервной схеме, но дополнительно на входе установлен ступенчатый стабилизатор напряжения на основе автотрансформатора, позволяющий регулировать выходное напряжение. При обычном режиме работы ИБП работающие по интерактивной схеме не регулируют частоту, а вот в случае отсутствия напряжения он начинает питаться от инвертора с аккумуляторной батареей. Плюсом такой схемы является более короткое время переключения. Кроме того осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением.

Схема двойного преобразования ИБП работает следующим образом: Входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем с помощью инвертора обратно в переменное. В случае отсутствия входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов происходит мгновенно, т.к аккумуляторы включены в цепь постоянно.

Основные блоки и узлы которые могут входить в состав ИБП:

Устройство коммутаций
Сетевой фильтр
Зарядное устройство
Аккумуляторная батарея
Инвертор: Преобразователь переменного напряжения в постоянное, Стабилизатор постоянного напряжения, Преобразователь постоянного напряжения в переменное
Устройство коммутаций байпас
Датчик тока
Исходный фильтр
Датчик температуры
Интерфейс
Устройство индикации

Входное сетевое напряжение 220В, 50Гц подается через устройство коммутации и сетевой фильтр на зарядное устройство. Сетевой фильтр необходим для исключения попадания помех в питающую сеть, зарядное устройство осуществляет зарядку аккумуляторной батареи при условии наличия сетевого напряжения.

Инвертор входит в состав любого ИБП. Он построен на основе полупроводникового преобразователя постоянного напряжения АБ в переменное напряжение, поступающее на нагрузку. Часто инвертор совмещает в себе функции как собственно инвертора, так и зарядного устройства. В зависимости от типа ИБП инвертор выдает напряжение различной формы

Байпас - устройство коммутаций. Это устройство используется для непосредственной связи входа и выхода ИБП, исключая схему резервирования питания.

Байпас выполняет следующие функции:

включение или отключение ИБП

перевод нагрузки с инвертора на байпас в случае перегрузок и коротких замыканий на выходе

перевод нагрузки с инвертора на байпас с целью снижения потерь электроэнергии

Статический байпас собран на основе тиристорного ключа из встречно-паралельно включенных тиристоров. Управление ключом происходит от системы управления ИБП

Импульсный блок питания был взят готовый на 28 В, 50А, но можно собрать и самому схем существует великое множество. К импульсному источнику питания подключены два последовательно соединенных 12 вольтовых автомобильных аккумулятора. Инвертор тоже был использован готовый, т.к цена на его комплектующие почти в два раза выше готового устройства. Данного ИБП хватает почти на сутки энергопотребления небольшого частного дома. В случае длительного отключения, а в наших сибирских просторах это часто бывает, включаю на 6 часов дизель-генератор.

Наш ИБП рассчитан на следующие возможности: прямое преобразование из постоянного 12 вольтового напряжения в переменное 220 В с частотой 50 Гц. Максимальная мощность этой схемы ИБП 220 Вт. Обратное преобразование применяется для заряда аккумуляторной батареи. Ток заряда 6 А. Схема обеспечивает быстрое переключение из прямого преобразования в обратный режим.

На радиокомпонентах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 сделан тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой следования 50 Гц. Генератор, задает режим работы биполярных транзисторов VT1, VT6. В их коллекторную цепь подсоединены обмотки IIa, IIб трансформатора. Сетевой фильтр собран на пассивных компонентах С1, С2, L1, а на радиоэлементах VD1, СЗ, С4 фильтр тактового генератора.

Для начала рассмотрим методы построения источников бесперебойного питания. Существует несколько способов построения ИБП.

ИБП с двойным преобразованием энергии (англ. - Double conversion UPS). Основная идея этой схемы действительно очень проста. Компьютер питается от сети переменного тока. Значит на выходе ИБП должен выдавать переменный ток. И на входе ИБП тоже должен потреблять переменный ток, поскольку он питается от той же электрической сети. Но внутри ИБП должно быть постоянное напряжение, потому что оно необходимо для питания аккумуляторной батареи.

Рисунок 1.1 - ИБП с двойным преобразованием энергии.

Таким образом получаем нашу первую схему источника бесперебойного питания. Вся мощность, потребляемая ИБП от сети, сначала преобразуется из переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя. После этого в действие вступает преобразователь постоянного тока в переменный - инвертор, обеспечивающий на выходе ИБП необходимое переменное напряжение.

Аккумуляторная батарея находится в цепи постоянного тока, между выпрямителем и инвертором. Если в сети нормальное напряжение, выходного тока выпрямителя хватает для работы инвертора и для подзаряда батареи.

Когда напряжение в сети становится таким маленьким, что выпрямитель уже не может обеспечить полноценную работу инвертора, аккумуляторная батарея заменяет выпрямитель и питает инвертор требующимся ему постоянным током. Инвертор, в свою очередь, продолжает, как ни в чем ни бывало, подавать напряжение к компьютеру.

Но замена выпрямителя батареей не совсем полноценна: батарея может питать инвертор только ограниченное время, которое зависит от накопленного ею заряда и мощности нагрузки. Как правило, это время исчисляется минутами или десятками минут.

Данная схема ИБП традиционно называется схемой с двойным преобразованием энергии. Эта схема называется еще схемой on-line. Современные ИБП с двойным преобразованием энергии построены намного сложнее приведенной схемы.

ИБП с переключением (англ. - standby UPS или off-line UPS). Попытаемся использовать приятные моменты, когда напряжение в электрической сети "нормальное" (не разбираясь сейчас, что это значит). В это время компьютер можно напрямую питать от электрической сети, не теряя энергию на два не нужных сейчас преобразования. А инвертор мы запустим в момент сбоя электрической сети (когда напряжение перестанет быть "нормальным"), и он будет работать от батареи.

Рисунок 1.2 - ИБП с переключением

Когда в сети нормальное напряжение, компьютер (или другая нагрузка ИБП) работает непосредственно от сети. В это время маломощный выпрямитель подзаряжает батарею ИБП. Если напряжение становится "ненормальным" или совсем исчезает, показанный на схеме переключатель срабатывает, включается инвертор, и ИБП начинает питать нагрузку от своей батареи.

ИБП с переключением имеет высокий КПД, поскольку при нормальной работе потребляет только энергию, необходимую для питания своей схемы и, если батарея разряжена, то для ее подзаряда.

Может быть самым серьезным из недостатков является то, что при переключении ИБП с режима работы от батареи на режим работы от сети, на выходе ИБП могут возникать скачки напряжения. При неблагоприятной фазе напряжения в момент переключения блок питания компьютера не сможет их погасить. В этом случае на чувствительных электронных компонентах компьютера возникают импульсные напряжения. Сами по себе они не опасны, но в сочетании с другими помехами в принципе могут быть причиной сбоя при работе компьютера.

У скачкообразного изменения напряжения несколько причин.

Во время работы от батареи, напряжение на выходе ИБП с переключением несинусоидальное (оно имеет вид чередующихся прямоугольным импульсов с паузами).

Во время переключения (которое занимает от 2 до 20 миллисекунд для разных моделей ИБП) на выходе ИБП отсутствует напряжение. Следовательно, имеется небольшой разрыв в напряжении, питающем компьютер.

Почти единственная функция ИБП с переключением - поддержание работы компьютера, когда в сети нет напряжения. Но он не может эффективно взаимодействовать с электрической сетью и следить за отсутствием искажений сетевого напряжения, а также регулировать напряжение, когда оно становится слишком маленьким или чересчур большим.

Упрощенная блок-схема ИБП, взаимодействующего с сетью, представлена на рисунке 1.3.

Если разобраться, она очень похожа на предшествующую схему. Инвертор этого ИБП постоянно подключен к нагрузке. Кроме того, в данной схеме появился автотрансформатор. У этого автотрансформатора есть дополнительные отводы, к которым может быть подключена нагрузка при работе ИБП от сети. В результате напряжение на выходе ИБП иногда становится не таким, как на входе. С помощью автотрансформатора с отводами ИБП регулирует напряжение (увеличивает выходное напряжение, когда напряжение на входе мало и уменьшает напряжение на выходе, если входное напряжение слишком повысилось).

Рисунок 1.3- ИБП, синхронизованный с сетью.

Взаимодействующий с сетью ИБП постоянно следит за напряжением: его величиной и формой. Для этого управление ИБП, взаимодействующего с сетью, поручено микропроцессору. Обычно микропроцессор нагружают множеством дополнительных функций, не связанных непосредственно со слежением за сетью и управлением, и некоторые из этих ИБП становятся довольно "умными": Они могут регистрировать напряжение в электрической сети, следят за временем и частотой, запоминают свои аварийные сообщения, включаются по расписанию и т.д.

Работает ИБП, взаимодействующий с сетью, примерно так же, как и ИБП с переключением. Когда в сети "нормальное" напряжение, он питает нагрузку от сети. Если напряжение отсутствует или искажено, то инвертор мгновенно начинает питать нагрузку, разряжая батарею, а входной переключатель ИБП размыкается.

Если напряжение в сети есть, но заметно меньше (или больше) нормы, то взаимодействующий с сетью ИБП переключает отводы автотрансформатора и регулирует напряжение, не переключаясь на батарею.

Как и ИБП с переключением, ИБП, взаимодействующий с сетью, имеет высокий КПД и некоторые другие преимущества.

Принципиальным, но не самым важным, недостатком этой схемы (как и ИБП с переключением) является разрыв электропитания в момент переключения на работу от батареи и обратно. Этот разрыв является следствием использования механических переключателей. Время их срабатывания довольно мало (несколько миллисекунд), но отлично от нуля.

Феррорезонансный ИБП в какой-то степени является разновидностью ИБП, взаимодействующих с сетью. Тем не менее его обычно выделяют в отдельную группу ИБП. Дело в том, что в схему этого ИБП введен элемент, принципиально меняющий его работу, и давший название этому прибору.

Это феррорезонансный трансформатор. Он включен в схему феррорезонансного ИБП вместо автотрансформатора с отводами в схеме ИБП, взаимодействующего с сетью.

Он стабилизирует напряжение на выходе ИБП. Это позволяет работать в широком диапазоне сетевых напряжений без переключения на батарею. Нет никаких переключений и внутри самого ИБП (феррорезонансный трансформатор регулирует напряжение, не нуждаясь в переключении отводов).

Рисунок 1.4 - Феррорезонансный ИБП.

Исходя из анализа схем ИБП, можно сделать вывод о том, что в чистом виде нельзя применить ни одну из рассмотренных схем, т.к. требуемое входное напряжение на контроллере – постоянное 24 В. Следовательно, в ИБП можно будет отказаться от инвертора и подавать на контроллер сразу постоянное напряжение. Благодаря отказу от инвертора итоговый коэффициент полезного действия повысится.

При проектировании ИБП в классическом виде, кпд системы был бы ниже, ввиду двух дополнительных преобразований:

Из постоянного напряжения в переменное в ИБП;

Из переменного в постоянное в блоке питания контроллера.