Як вибрати блок безперебійного або резервного живлення
Всі блоки по типу використання можна розділити на два основні класи
1. ББП - Блоки безперебійного живлення, або блоки живлення резервовані. Більш зрозуміло, але рідко, їх називають «блоками безперервного живлення». Подібні пристрої призначені для харчування апаратури, яка не має свого вбудованого мережевого джерела живлення. Як випливає з назви, ББП забезпечують харчування навантаження ЗАВЖДИ із зазначеними параметрами. Подібні блоки складаються з мережевого джерела живлення достатньої потужності, зарядного пристрою для акумуляторної батареї (АКБ) і схеми перемикання навантаження з мережевого джерела на АКБ.
2. БРП - Блоки резервного живлення. Призначені для забезпечення живлення навантаження при відсутності основного джерела (мережі 220 В). Працюють з апаратурою, яка має вбудований мережевий перетворювач і входи під резервне живлення. По суті, являють собою мережеві зарядні пристрої для АКБ і схеми захисту.
Зрозуміло, що блок безперебійного живлення можна використовувати як блок резервного живлення, але не навпаки. Блоки резервного живлення істотно дешевше, т.к в них відсутній потужний мережевий перетворювач.
Часто зустрічаються вироби, які можуть забезпечувати один струм в режимі ББП і набагато більший струм в режимі БРП. Це абсолютно зрозуміло, тому що в режимі відсутності мережі джерелом струму є акумулятор, який, як відомо, здатний віддавати досить великі струми, і обмеженням тут є тільки ланцюги захисту. Найбільш типові ситуації, коли струм джерела в резервному режимі перевищує в 2-3 рази струм в режимі безперебійного джерела. Для деяких специфічних застосувань, таких, наприклад, як системи оповіщення або пожежогасіння, іноді можна застосовувати блоки резервного живлення як основні джерела живлення, тому що подібні системи характеризуються мізерно малим струмом споживання в черговому режимі і великими струмами в момент спрацьовування або активування систем пожежогасіння.
За схемотехническим рішенням блоки можна розділити на 3 класу
Основним критерієм є спосіб побудови потужного низьковольтного стабілізатора.
1. Блоки з імпульсним безтрансформаторним стабілізатором. Мають масу недоліків і дуже сумнівні переваги - малі габарити, масу і ККД. Тому застосовуються вкрай рідко. Мають вкрай низьку надійність, погану ремонтопридатність, високий рівень перешкод. Подібні блоки застосовуються в сучасних телевізорах і комп'ютерах, але не знайшли поширення в охоронній техніці, тому що жоден телевізор, на відміну від охоронної системи, не призначений для роботи протягом 5 років не виключаючи. Хоча майбутнє напевно за ними - у міру появи надійної і недорогий комплектації для побудови подібних вузлів.
2. Трансформаторні блоки з ШІМ-стабілізатором. Переваги - високий ККД і низька ціна при токах більше З А. Недоліки - мала надійність, погана ремонтопридатність, ВЧ перешкоди в навантаженні. Останнім часом вони отримують великий розвиток, що, на мій погляд, пов'язано з появою недорогий і надійної комплектації. У будь-якому випадку, при токах менше 2 А застосування подібних блоків недоцільно. Іноді ШІМ-стабілізатори застосовуються для перетворення однієї напруги в інше при побудові блоків з кількома напруженнями на виході або при необхідності отримати напруги, не рівні напрузі АКБ.
3. Трансформаторні блоки з лінійними стабілізаторами. Переваги - висока надійність, низький рівень перешкод, відмінна ремонтопридатність, дешевизна при токах менше 2 А. Недоліки - велика маса і габарити при великих токах, висока вартість при великих токах, низький ККД.
Багаторічний досвід роботи показує, що при виборі джерела живлення для систем безпеки основний критерій - це надійність і запас міцності. З цієї точки зору, вибір, безперечно, падає на класичні лінійні джерела. За стійкістю до зовнішніх впливів вони не знають собі різних. Більш того, вони абсолютно не створюють перешкод інших приладах. При токах до 2-3 А ці блоки дешевше і за ціною. При токах З А і вище останнім часом все частіше використовуються ШІМ-стабілізатори, які при застосуванні деяких схемотехнических хитрувань по надійності і якості вихідного струму наближаються до лінійних схемами при меншій вартості. З іншого боку існує загальна тенденція до зниження токопотребленіе апаратури. Тому, на мій погляд, ще довго основними джерелами для ОПС будуть класичні лінійні джерела.
Вихідна напруга блоку живлення
Всім відомо, що свинцевий акумулятор з напругою 12 В реально має напругу на клемах до 14,5 В в зарядженому стані без навантаження, яке може падати до 10 В і менше при розрядженому акумуляторі. Так само, коли ми говоримо про ББП з напругою 12 В, це зовсім не означає, що напруга на виході блоку буде саме 12 В. Як правило, це напруга трохи менше, ніж напруга зарядженої АКБ в буферному режимі - 13,2-13, 8 В. Існують джерела, у яких напруга дійсно підтримується точно 12 В. Є джерела, в яких напруга може регулюватися в деяких межах. Залежно від типу джерела, при роботі від АКБ (в резервному режимі) напруга на виході або падає поступово до 10,0-10,5 В (так влаштовані більшість блоків) у міру розряду АКБ, або залишається стабілізованою на рівні 12 В (таке зустрічається рідше в складних джерелах з ШІМ-перетворювачами). Тому, перш за все, Вам необхідно з'ясувати, в якому діапазоні напруг здатна працювати ваша апаратура. Як правило, сучасні 12 В камери або датчики відомих виробників зберігають свою працездатність в діапазонах від 9 до 15 В. Але відомі випадки, коли «безіменні» корейські камери горіли при подачі на них напруги порядку 14 В, що іноді зустрічається а ББП. Більшість виробників вказує в паспортах на ББП діапазон вихідних напруг при наявності мережі і при роботі від АКБ.
Рівень пульсацій на виході
Рівень пульсацій - один з тих параметрів, в якому допускається свавілля у визначенні. При порівнянні блоків треба уважно дивитися, який саме параметр пульсацій заданий в паспорті. Для трансформаторних блоків найбільш об'єктивним параметром є подвійна амплітуда пульсацій. Дуже часто недобросовісні виробники вказують в паспорті параметр «амплітуда пульсацій», який, природно, виявляється в 2 рази нижче (тобто краще). А якщо для звичайного трансформаторного блоку вказано параметр «ефективне напруга пульсацій», то виробник обманює вас приблизно в 3 рази! З іншого боку, для блоку з високим рівнем ВЧ перешкод (для імпульсних блоків), навпаки, параметр ефективного значення пульсацій є найбільш об'єктивним, тому що часто неможливо коректно поміряти амплітуду ВЧ імпульсів.
І, звичайно, важливо, в якому режимі мірялися ці пульсації. За всіма правилами пульсації повинні вимірюватися в самому жорсткому режимі - при мінімально допустимому напрузі мережі на вході (187В) і при максимальному навантаженні виходу блоку. По всій видимості, не всі виробники блоків це знають, бо ми проводимо випробування приладів різних виробників показують, що у деяких з них рівень пульсацій не відповідає заявляється в документації саме при випробуваннях в критичних режимах.
Діапазон вхідних напруг мережі
Тут споживача чекає підступ. Згідно з існуючим ГОСТу на електромережі, в Україні напруга в мережі встановлено 220 + 10% -15%. Тобто в діапазоні від 187 до 242 В. Будь-блок живлення повинен забезпечувати всі свої зазначені параметри в цьому діапазоні вхідних напруг у всьому діапазоні робочих температур. Забезпечити подібний інтервал, особливо для потужних блоків, - завдання не найпростіше. Тому що при мінімальному напрузі і максимальному струмі блок повинен зберегти стабільність напруги, а при максимальному рівні напруги в мережі і максимальному струмі - не вийти з ладу через перегрів при максимально допустимій температурі навколишнього середовища.
Ну, а щоб не мучитися з усім цьому, багато виробників йдуть на те, що вказують в документації більш вузький діапазон вхідних напруг - 198-242 В (тобто не мінус 15% як годиться, а мінус 10%). При цьому формально вони праві, оскільки вказали допустимий діапазон і забезпечили працездатність приладу. Але який сенс від цього споживача, якщо 190 В в мережі в більшості регіонів - це норма! Що станеться з таким блоком в даній ситуації? АКБ не буде повністю заряджатися і, як наслідок, не буде забезпечувати розрахункового часу роботи, і можливий зрив стабілізації (різке зростання пульсацій) при токах, близьких до максимального, що призведе, швидше за все, до помилкового спрацьовування системи ОПС.
Вихідний струм джерела
І ось тут ми підійшли до головного бойовищу за серця (а точніше, гаманці) сумлінних монтажників ОПС. Повна плутанина в термінології дає можливість маніпулювати цифрами у величезних межах. Відразу хочу зазначити єдино справедливий і об'єктивний параметр: номінальний струм навантаження - це струм, який може віддаватися при харчуванні від мережі в навантаження ЗАВЖДИ, незалежно від обставин, як завгодно тривалий час і при збереженні рівня пульсацій. При будь-якому допустимому напрузі в мережі, при будь-якому стані АКБ, при будь-яких кліматичних умовах в допустимому робочому інтервалі температур.
Будь-які інші параметри носять або додатковий довідковий характер, або покликані задурити голову споживачеві. Пам'ятайте, якщо в паспорті на блок живлення не вказано цей параметр (або його синонім), - Ви тримаєте в руках шматок заліза. Навіть якщо вказано параметр типу «номінальний струм навантаження без АКБ», це означає, що вказаний струм блок може віддавати без встановленої батареї, а з нею струм буде НИЖЧЕ, а іноді істотно нижче! Поясню за допомогою сильно спрощеною блок-схеми ББП:
Схема захисту АКБ від глибокого розряду
Відомо, що звичайний свинцевий 12 В акумулятор при глибокому розряді і падінні напруги нижче приблизно 10 В виходить з ладу через необоротних хімічних змін. Однак цього недоліку позбавлені герметичні необслуговувані АКБ з гелевим електролітом. Подібні батареї від нормальних виробників витримують до 200 циклів глибокого розряду, більше того, 50-60 циклів є хорошим тренуванням АКБ і кілька піднімають її ємність. Проте, вважається правилом хорошого тону вбудовувати в джерела безперебійного живлення схему відключення АКБ при досягненні небезпечного порогу глибокого розряду. Останнім часом це стало особливо актуально в зв'язку з появою на ринку дешевих китайських АКБ, які через застосування при їх виробництві більш дешевих технологій і матеріалів ледь витримують кілька циклів, а то і взагалі їх не витримують. Для таких АКБ, безперечно, необхідне застосування схем захисту. Хоча краще взагалі не використовувати подібні АКБ, тим більше, що різниця в ціні між нормальним і «китайським» акумулятором не така вже й велика. Проблема полягає в тому, що, як і будь-які інші речі, китайські виробники АКБ часто підробляють відомі марки АКБ. Єдиний спосіб вберегтися від підробки - це купувати АКБ в перевірених фірмах, в яких Вам напевно скажуть, що саме це за батарея.
Схеми захисту АКБ теж бувають різними. Нормальні пристрої виконані на базі реле або на потужному дорогому польовому транзисторі. Застосування дешевих біполярних транзисторів в якості ключів призводить до додаткового падіння напруги на ключі і, як наслідок, до скорочення часу резервної роботи.
Як вибрати блок безперебійного живлення?
Слід визначити, який час резервування Вам необхідно. Припустимо, це час t, виражене в годиннику. Тоді оптимальну ємність АКБ для звичайних джерел без перетворення напруги батареї можна розрахувати за формулою:
А = 1.3 х Iр х t.
Коефіцієнт 1,3 слід застосовувати, тому що реально в нормальних режимах АКБ здатна віддавати приблизно не більше 70% ємності. Більш того, подібне вірно для АКБ хорошої якості. Якщо Ви використовуєте дешеві «китайські» батареї, то варто ємність збільшити ще приблизно на 30%.
У разі використання джерел з перетворенням напруги АКБ, необхідно зазначену ємність помножити на коефіцієнт перетворення і додатково збільшити на 30%, щоб компенсувати втрати при перетворенні. Наприклад, якщо Ви використовуєте джерело з однією батареєю 12 В, а на виході отримуєте 24 В, 0.8 А (тобто коефіцієнт перетворення = 2), то для забезпечення 4 годин роботи Вам потрібно мати ємність АКБ:
А = 1.3 х 0.8 А х 4ч х 2 х 1.3 = 10.8 Ач - для АКБ хорошої якості.
Для «китайської» АКБ я б рекомендував мати 10.8 + 30% = 14 Ач.
Деякі Новомосковсктелі можуть мені дорікнути в зайвій обережності й завищенні коефіцієнтів, але нагадую, що ми говоримо про збереження працездатності систем безпеки, а тому навіть після всіх розрахунків я б для вірності накинув ще відсотків 30%, бо ємності акумуляторів ніколи не буває багато.
Отже, Вам відомі струми I с, Iр, Ік і ємність АКБ А. Пора вибирати джерело.
У найпростішому випадку, а також, якщо Ви не можете розділити навантаження за типами споживачів. Ви вибираєте джерело, який зможе забезпечити Ік - найбільший з струмів.
Якщо система досить велика, і Ви хочете оптимізувати її, то варто застосовувати два прилади - один безперебійний, що забезпечує струм Iс, і резервне джерело живлення, розрахований на струм (Ік - Іс).