APC Porównania zasilaczyAPC Porównania zasilaczy, APC
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Porównanie parametrów technicznych zasilaczy UPS on-line i zasilaczy o topologii „line interactive” Jeffrey Samstad Michael Hoff White Paper 79 Streszczenie Zasilacze UPS o mocy poniżej 5000 VA są dostępne w dwóch podstawowych odmianach: o topologii „line interactive” lub „on-line” z podwójną konwersją. W niniejszym dokumencie opisano zalety i wady tych rozwiązań oraz wyjaśniono niektóre często spotykane błędne założenia dotyczące wymagań w zastosowaniach rzeczywistych. 2004 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, przesyłana lub przechowywana w żadnym systemie pobierania dowolnej natury bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com 2 Rev 2004-0 Wstęp Większość czynników mających wpływ na wybór kupowanego zasilacza UPS jest oczywista i zrozumiała: czas podtrzymania, koszt, moc, producent, liczba gniazd wyjściowych, łatwość zarządzania itp. Istnieją jednak także czynniki mniej oczywiste, których znaczenie nie jest tak zrozumiałe. Jednym z najmniej rozu- mianych, a przy tym najczęściej omawianych, jest topologia . Topologia (wewnętrzna architektura) zasilacza UPS ma wpływ na jego działanie w różnych środowiskach. Ponieważ na ogół producenci starają się sprzedać zasilacze o swojej „lepszej” topologii, trudno podjąć świadomą decyzję tylko na podstawie takich twierdzeń. Celem tego dokumentu jest obiektywne przedsta- wienie zalet i wad dwóch najczęściej spotykanych rozwiązań: o topologii „line interactive” oraz on-line z podwójną konwersją . W górnym i dolnym zakresie mocy nie ma specjalnych wątpliwości co do przewagi jednej topologii nad drugą. 1 Powyżej 5000 VA, zasilacze o topologii „line interactive” są tradycyjnie niepraktyczne ze względu na większe rozmiary i wyższy koszt. W przypadku niskich mocy zaś, poniżej 750 VA, typ on-line z podwójną konwersją jest rzadko brany pod uwagę, ponieważ inne rozwiązania (w tym o topologii „line interactive”) są bardziej praktyczne w przypadku mniejszych obciążeń. Spór o wyższość topologii on-line z podwójną konwersją lub topologii „line interactive” nad drugą dotyczy zazwyczaj zakresu mocy pomiędzy 750 VA a 5000 VA. Tutaj właśnie przewaga funkcjonalna i ekonomiczna jednej topologii nad drugą nie jest tak oczywista i zależy od określonej instalacji. Podczas gdy zasilacze o topologii „line interactive” stały się najczęściej produkowanymi i wykorzystywanymi w tym zakresie mocy, postęp w technologii półprzewodnikowej i technikach produkcyjnych zmniejszył różnicę kosztów między obydwoma rozwiązaniami, czyniąc wybór trudniejszym niż przedtem. Znajomość wymagań instalacji Przed podjęciem jakiejkolwiek decyzji dotyczącej typu zasilacza UPS, należy poznać wymagania środowi- ska, w którym zostanie on zainstalowany oraz wymagania chronionego sprzętu. Znajomość tych podstawo- wych informacji jest kluczem do podjęcia świadomej decyzji dotyczącej wyboru zasilacza o topologii opty- malnej dla danego zastosowania. 1 W przypadku bardzo dużych mocy — 200 000 VA i więcej — toczy się natomiast inny spór dotyczący wad i zalet zasilaczy on-line z podwójną konwersją oraz on-line z konwersją delta . Porównanie tych topologii można znaleźć w dokumencie White Paper 1 firmy APC „Różne typy zasilaczy UPS”. 2004 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, przesyłana lub przechowywana w żadnym systemie pobierania dowolnej natury bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com 3 Rev 2004-0 Urządzenia IT i zasilanie prądem zmiennym: zasilacze impulsowe (SMPS) Energia elektryczna jest zwykle dostarczana w postaci prądu zmiennego z sieci zewnętrznej i agregatów prądotwórczych zasilania rezerwowego. Napięcie prądu zmiennego oscyluje między wartościami dodatnią i ujemną — w idealnej sytuacji sinusoidalnie — osiągając wartość zerową dwa razy w jednym cyklu. Trudno to zauważyć gołym okiem, ale żarówka podłączona do prądu miga 100 lub 120 razy na sekundę (dla częstotli- wości prądu zmiennego 50 lub 60 Hz), kiedy napięcie przekracza zero i zmienia polaryzację. W jaki sposób urządzenia IT wykorzystują prąd zmienny do zasilania obwodów obliczeniowych? Czy też „wyłącza się” 100 lub więcej razy na sekundę, kiedy napięcie sieci zmienia polaryzację? Jest to pewien problem, z którym urządzenia IT muszą sobie radzić. Sposobem, w jaki niemal wszystkie nowoczesne urządzenia IT radzą sobie z tą kwestią, jest zastosowanie zasilacza impulsowego (Switch-Mode Power Supply — SMPS). 2 Zasilacz impulsowy najpierw przekształca prąd zmienny (AC) ze wszystkimi jego niedo- skonałościami (skokami napięcia, zniekształceniami sygnału, odchyleniami częstotliwości itp.) w prąd stały (DC). W trakcie tego procesu ładowany jest element magazynujący energię, zwany kondensatorem , który znajduje się pomiędzy wejściem zmiennoprądowym a resztą zasilacza. Kondensator jest ładowany impulso- wo dwa razy w ciągu każdego cyklu zmian napięcia, kiedy sinusoida osiąga lub zbliża się do szczytu (zarów- no dodatniego, jak i ujemnego), a następnie rozładowywany zgodnie z potrzebami urządzeń znajdujących się za kondensatorem. Kondensator jest zaprojektowany w taki sposób, aby przez cały swój cykl eksploatacji pochłaniać te normalne pulsacje prądu zmiennego wraz ze skokami napięcia. W przeciwieństwie do migają- cej żarówki, urządzenia IT mogą więc działać korzystając ze stabilnego przepływu prądu stałego, a nie pulsującego prądu zmiennego z sieci energetycznej. To jednak jeszcze nie koniec. Obwody mikroelektroniczne wymagają prądu stałego o bardzo niskim napięciu (3,3 V, 5 V, 12 V itd.), jednak napięcie w opisanym powyżej kondensatorze może wynosić nawet 400 V. Zasilacz impulsowy przekształca również ten prąd stały o napięciu sieciowym w bardzo ustabilizowany wyjściowy prąd stały o niskim napięciu. Wykonując tę redukcję napięcia, zasilacz impulsowy spełnia też inną ważną funkcję — zapewnia separację galwaniczną . Jest to fizyczne rozdzielenie obwodów mające dwa cele. Po pierwsze, bezpieczeństwo — ochrona przed porażeniem prądem. Po drugie — ochrona przed uszkodzeniem sprzętu lub nieprawidłowym działaniem spowodowanymi napięciem współbieżnym (odniesionym do ziemi) lub szumem. Informacje na temat uziemienia i napięcia współbieżnego są dostępne w dokumentach firmy APC White Paper 9 „Common Mode Susceptibility of Computers” i White Paper 21 „Neutral Wire Facts and Mythology”. Rysunek 1 przedstawia urządzenie IT (tutaj jest to serwer) chronione przez zasilacz UPS. Pokazano również wewnętrzne elementy serwera, w tym zasilacz impulsowy. 2 Termin „impulsowy” odnosi się tutaj do funkcji wewnętrznych obwodów zasilacza, niezwiązanej z tematem tego dokumentu. 2004 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, przesyłana lub przechowywana w żadnym systemie pobierania dowolnej natury bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com 4 Rev 2004-0 Rysunek 1 — Typowe zastosowanie zasilacza UPS: zasilacz i serwer Serwer DC Płyta główna Sieć lub AC Zasilacz UPS AC Zasilacz impulsowy DC Dysk twardy generator DC Pozostal e układy Zasilacz impulsowy niweluje nie tylko interwały między szczytami sinusoidy wejściowego prądu zmiennego, ale także anomalia i krótkie przerwy w zasilaniu. Ta cecha jest bardzo ważna dla producentów urządzeń IT, ponieważ ich celem jest zapewnienie działania sprzętu nawet w sytuacji, gdy zasilacz UPS nie jest dostępny. Żaden producent urządzeń IT nie zaryzykuje swojej reputacji w zakresie jakości i wydajności, produkując zasilacze, które miałyby problemy z przetrwaniem nawet najmniejszych zakłóceń sieci elektrycznej. Odnosi się to szczególnie do urządzeń sieciowych i komputerowych wysokiej klasy, które są zwykle produkowane z użyciem zasilaczy o dobrej jakości. Aby zademonstrować możliwości w zakresie niwelowania zakłóceń, mocno obciążono zasilacz komputera, a następnie odłączono jego zasilanie. Monitorowano wyjście zasilacza, aby zmierzyć, jak długo po utracie dopływu prądu może on dostarczać akceptowalne napięcie wyjściowe. Wyniki przestawiono na rysunku 2. Poszczególne przebiegi odpowiadają napięciu wejściowemu zasilacza, natężeniu prądu wejściowego oraz napięciu wyjściowemu DC. Rysunek 2 — Działanie zasilacza po utracie zasilania Napięcie wejściowe Prąd wejściowy Załamanie wyjściowego napięcia stałego 18 ms Górny wykres: Niskonapię- ciowe wyjście prądu stałego zasilacza Utrata wejściowego napięcia przemiennego Wykresy pośrodku: Wejściowe napięcie i prąd Po utracie zasilania prądem zmiennym, wyjście obciążonego zasilacza komputerowego załamuje się, ale ze znacznym opóźnieniem. 2004 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, przesyłana lub przechowywana w żadnym systemie pobierania dowolnej natury bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com 5 Rev 2004-0 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |
Podobne
|