Министерство образования и науки российской федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“Оренбургский государственный университет”
Ю.И.СИНИЦЫН
Л е к ц и и
Для заочной формы обучения (2 семестра – 20 часов)
Интерфейсы периферийных устройств
Оренбург 2007
1 Периферийные устройства
1.1 Источники бесперебойного питания
Назначение источников бесперебойного питания - обеспечить работу нагрузки при полном отключении электропитания (UPS - Uninterruptible Power Supply или ИБП - источник бесперебойного питания).
ИБП делятся на:
Централизованные ИБП, которые предполагают централизованное преобразование, стабилизацию и распределение энергии для питания потребителей (установка одного или нескольких работающих в параллель или в горячем резерве ИБП, одного или нескольких дизель — генераторов - такая структура ИБП рекомендуется для применения на крупных объектах).
Децентрализованные ИБП предполагают установку маломощных офисных ИБП для каждого защищаемого прибора (ПК и др. оборудование).
По мощности ИБП делятся на:
малой и средней мощности (с полной мощностью 3-5 кВА);
средней мощности (с полной мощностью 5-10 кВА);
большой мощности (с полной мощностью 10-1000 кВА).
ИБП малой и средней мощности делятся на три категории:
резервные (off-line или standby);
линейно-интерактивные (line-interactive);
ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line).
Off-Line — схема построения ИБП, характерная наличием преобразователя (инвертора), который формирует выходное напряжение только при работе от аккумуляторной батареи (АБ) В нормальном режиме работы, нагрузка питается напряжением сети. Достоинство схемы — простота и экономичность, недостаток — нет стабилизации входного напряжения при работе в нормальном режиме и относительно большое время переключения на АБ в аварийном режим работы.
Line-Interactive — схема построения ИБП, подобная схеме Off-Line. Отличие лишь в том, что на входе имеется ступенчатый стабилизатор (бустер- booster), на основе автотрансформатора (используется в ИБП, построенных по схеме «Line-Interactive» и работать на повышение или понижение напряжения.
On-Line — схема построения ИБП, характерная наличием двойного преобразования входного напряжения и постоянно работающего инвертора. В нормальном режиме работы входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, а затем с помощью инвертора снова преобразуется в переменное. Недостатки ИБП по схеме On-Line: сложность, высокая стоимость, а двойное преобразование энергии несколько снижает КПД. ИБП по схеме On-Line используют для питания файловых серверов и рабочих станций локальных вычислительных сетей и оборудования с повышенными требованиями к качеству электропитания.
Инвертор — устройство преобразующее постоянное напряжение в переменное.
Р
исунок
1.1 - Схема классического ИБП
И
БП,
относящиеся к данной группе, могут быть
поделены на две подгруппы: standby hybrid UPS и
standby-ferro UPS (гибридные и феррорезонансные).
Рисунок 1.2 – Структурная схема UPS Off-Line
О
сновным
узлом феррорезонансных моделей ИБП
(рисунок 1.3) является феррорезонансный
трансформатор, который имеет две
первичных обмотки (рисунок 1.4). В нормальном
режиме работы напряжение от сети
поступает через переключатель на одну
из первичных обмоток трансформатора,
а при сбое питания - от аккумулятора
через преобразователь на другую.
Рисунок 1.3 - Феррорезонансный ИБП
Наличие феррорезонансного преобразования позволяет гарантировать высокий уровень гальванической развязки, практически синусоидальную форму выходного напряжения, а также исключить в электропитании импульсные помехи /7/.
Рисунок 1.4 – Коммутация первичных обмоток трансформатора
Линейно-интерактивные (line-interactive) работают аналогично Off-Line, но имеют дополнительную возможность ступенчатой стабилизации при длительных проседаниях входного напряжения с помощью бустера (обычно посредством перекоммутации первичных обмоток входного трансформатора).
Схема, поясняющая принцип действия ИБП, использующих топологию line-interactive (интерактивные ИБП), приведена на рисунке 1.5. Одним из основных отличий от классической топологии ИБП является Smart-Boost. Это позволяет при кратковременных провалах (brownout) напряжения до 12% от номинального не переходить на питание от аккумуляторов, а “вытягивать” уровень выходного напряжения за счет усиления входного.
Рисунок 1.5 – Линейно-интерактивный ИБП
ИБП с двойным преобразованием напряжения (рисунок 1.6). Постоянно включенные ИБП (работающие в режимах on-line) обеспечивают энергоснабжение подключенных устройств от батареи аккумуляторов через преобразователь напряжения независимо от состояния электросети, в то время как резервные ИБП переходят на такой режим работы только при полном отключении внешнего питающего напряжения.
Эти ИБП (on-line) обладают наилучшими характеристиками, в них нагрузка получает питание всегда от инвертора. Инвертор получает постоянное напряжение от сетевого выпрямителя или аккумулятора, схема обеспечивает высокую стабильность напряжения при питании как от сети, так и от аккумулятора.
Рисунок 1.6 – Структурная схема UPS On-Line
Для соединения с ИБП (за исключением встраиваемых) используются обычно либо специальный интерфейс, либо стандартный последовательный интерфейс RS-232.
Источники бесперебойного питания имеют следующие параметры:
выходная мощность;
число фаз входного и выходного напряжения;
форму выходного напряжения;
порог переключения;
время переключения на резервное питание (обычно 1-10 мс);
время работы от резервного источника;
телеметрия;
телеуправление;
планирование включения и выключения.
Телеметрия. Информация о состоянии питающей сети, батареи и других узлов, температуре внутри ИБП, величине нагрузки и т. д. передается в систему сбора, обработки и отображения информации. Система может прогнозировать время работы от батарей.
Телеуправление. Двунаправленный интерфейс с ИБП обеспечивает подачу управляющих команд - отключение, запуск диагностических тестов и т.д.
Планирование включения и выключения. Администратор может задать график работы сервера, указывая время включения и отключения питания на каждый день недели.