Тонкий ИБП для «тонкого» сервера.

О тестировании стандартной двухюнитовой системы VANGUARD-1000 RM 19" журнал писал осенью прошлого года («СиБ», 2003, No 5, с. 32–37). Система, о которой пойдет речь на этот раз, уникальна во всех отношениях. При выходной мощности 1000 ВА она занимает в стойке всего 1U, выполняет двойное преобразование электрической энергии и оснащена схемой активной коррекции коэффициента мощности (A/PFC) на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT).

Вопрос о том, как разделить между устройствами высоту 19-дюймовой стойки или шкафа, возникает каждый раз, когда необходимо поместить гигабайты информационного пространства в априори ограниченные размеры серверной комнаты. В такие моменты проектные отделы инсталляторов порой напоминают командный пункт во время боевых действий: проектанты, вооружившись карандашами и планом помещения, колдуют над «картой сражения», рисуют значки и стрелки, стараясь выиграть «битву за пространство» без наращивания потолков или перепланировки помещения.

Когда мы распаковывали коробку с интригующей надписью Vanguard-UPS 1000VA RM 1U, во взглядах инженеров сквозило легкое недоверие: система такого класса попала в лабораторию впервые, и нас снедало любопытство, на какую же это «диету» конструкторы посадили ИБП. Шутка ли, серверная система электропитания мощностью 1000 ВА «похудела» в два раза, сохранив при этом функциональность и рабочие качества стандартной модели!

«Чудо враждебной техники»

На роботизированную черепашку из мультфильма «Тайна третьей планеты» новый Vanguard мало похож, однако при первом взгляде на устройство возникает стойкое «дежа вю». По внешнему виду вся конструкция — ни дать, ни взять «тонкий» сервер в стандартном одноюнитовом корпусе, даже ЖК-дисплей и светодиодные индикаторы, что называется, «на своем месте». Кстати, о ЖК-дисплее: похоже, панели управления пришлось «худеть» если не в первую, то во вторую очередь: размер по высоте уменьшился вдвое, а сигнальные индикаторы и клавиши управления теперь расположены не снизу, как в стандартной модели, а в стороне, справа от ЖК-дисплея.

Возьмем отвертку...

Первый сюрприз ожидал в батарейном отсеке. Стандартная батарея 12 В/7,2 Ач в корпусе такого размера не помещается по определению. Конструкторы пошли на хитрость: в батарейном картридже установлены четыре 6-вольтовых батареи CSB емкостью 7,2 Ач каждая, объединенных шиной постоянного тока 24 В.

Операция замены батарей все так же незамысловата и удобна и происходит в считанные минуты (а при наличии второго батарейного пенала достаточно одной минуты) с передней панели без демонтажа устройства из стойки. Причем выключать устройство и обесточивать нагрузку необязательно, достаточно переключить ИБП в обходной режим командой «Ручной Байпас». И не забыть выполнить обратную операцию после установки нового батарейного комплекта J.

Следующая новость, возможно, разочарует любителей «жить на батареях»: расширение батарейного комплекта не предусмотрено, да и установить стандартный батарейный разъем на корпусе такого размера попросту некуда. С другой стороны, специфика применения одноюнитовых ИБП, по идее, не требует установки дополнительных батарейных комплектов: для этого существуют стандартные модели размером 2U и батарейные комплекты к ним (кстати, размер 2U — стандартный для всей линейки ИБП Vanguard — от 700 ВА до 3 кВА).

Жмых или масло? Первые впечатления «после пресса»

Похоже, отсутствие батарейного разъема — единственное функциональное отличие «тонкой» версии от стандартной. На модели установлены все положенные по штату порты: RS-232, USB и порт экстренного отключения Emergency Power Off (EPO). Места хватило также для установки стандартной SNMP-платы. Естественно, розетка «Евро» для такого корпуса слишком громоздка, поэтому на выходе установлены 4 стандартных «компьютерных» разъема IEC-320, причем каждая пара является отдельным сегментом нагрузки и управляется независимо.

Схема двойного преобразования (если быть точным, тройного, так как выполняется промежуточное преобразование на высокой частоте) не претерпела никаких изменений, однако силовая плата и плата управления были адаптированы к размеру корпуса. Дроссели и импульсные трансформаторы «уложены на бок», применены «укороченные» конденсаторы, а плата управления установлена непосредственно над силовой платой.

Несмотря на стесненность в размерах, система оборудована всем необходимым комплектом защит: фильтр ВЧ-помех, входной автоматический выключатель, защита от короткого замыкания в нагрузке и, конечно же, защита выходного инвертора от перегрузки и перегрева.

Учитывая то, что тепловыделение осталось прежним, а объем корпуса системы уменьшился, теперь для охлаждения применяются две пары вентиляторов, по паре на входе и выходе, создающих устойчивый воздушный поток, охлаждающий радиаторы выпрямителя, схемы преобразования и выходного инвертора.

Вентиляторы, как и положено, управляются микропроцессором в зависимости от нагрузки и температуры внутри, а на радиаторе инвертора установлен датчик тепловой защиты по перегреву.

Так, со «жмыхом» вроде понятно, а каково «масло», то есть питание, которое подается в нагрузку?
Больше внутри смотреть нечего, собираем и включаем.

Боевые качества в норме...

Как только на входе ИБП появились 216 В переменного тока нашей офисной сети, он бодренько зажужжал всеми четырьмя вентиляторами и начал подзарядку батареи. Начальный ток заряда составил 900 мА, затем в течение получаса вырос до 1 А и держался на этой отметке в течение первой фазы зарядного цикла – зарядки постоянным током. По истечении 4 часов, когда заряд батареи достиг 90%, ток постепенно снизился сначала до 300 мА, а затем плавно упал до нуля, когда началась фаза зарядки «плавающим потенциалом», при котором напряжение на батарее постоянно, а ток через батарею равен нулю. По окончании зарядки зарядник выключился и система перешла в режим наблюдения за батареей, в котором она может находиться до 26 суток, контролируя состояние батарей и при необходимости производя их подзарядку.

Действительно, технология Advanced Battery Management (ABM) бережет здоровье батареи – даже зарядное устройство выходит на максимальный ток не сразу, а после «разогрева» батареи.

Процедура настройки во всех деталях аналогична стандартной модели. Система может работать в трех основных режимах, которые выбираются пользователем:
•штатный режим с двойным преобразованием энергии и синхронизацией с входной сетью;
•экономный режим с возможностью переключения на байпас в пределах заданных допусков;
•режим совместимости с генератором без привязки к внешней частоте.

Выходное напряжение может быть установлено 208, 220, 230 и 240 В; пользователем задается допуск по напряжению и частоте для переключения в режим «байпас», с возможностью принудительного запрета байпас-режима.

Интересна возможность запрета управления устройством по интерфейсу RS-232, а также функция бесшумного информирования, при активизации которой ИБП не подает звуковых сигналов.

Так как скрупулезное тестирование всех режимов работы уже было проведено на стандартной модели, в этот раз мы обошлись заводскими установками. Еще раз отметим, что настройка системы может выполняться как «на ходу», так и до его включения, таким образом, вероятность возникновения нештатной ситуации по вине пользователя маловероятна.

...но на выносливость проверим

Состав тестовой лаборатории подробно описан в упомянутой в начале статьи публикации, поэтому останавливаться на нем не будем. Отметим лишь, что в качестве тестовой нагрузки используются стандартныекомпьютерные блоки питания ATX P4 мощностью 250 Вт, с выраженным импульсным характером потребления (измеренный коэффициент мощности по входу 0,6–0,63).

К электрическим тестам мы приступили через сутки, после того как убедились, что батарея полностью заряжена. Первый тест — исследование порогов входного напряжения, при котором устройство работает в режиме преобразования энергии, не переключаясь на батареи. Режим холостого хода без нагрузки не представляет интереса, поэтому подключаем нагрузку (30%, 285 ВА, 160 Вт, ток в нагрузке — 1,3 А) и «начинаем погружение», постепенно снижая напряжение до того момента, когда выходной инвертор начнет работать от батарей... Вот он, нижний порог —117 В(!). При увеличении нагрузки нижний порог постепенно смещался «вверх», пока не зафиксировался на отметке 160 В при нагрузке 84% (820 ВА, 500 Вт, ток в нагрузке 3,6 А). И оставался таким все время, даже в режиме перегрузки. Верхний порог оставался неизменным — 280 В. Выходное напряжение постоянно находилось в пределах 219,0–220,5 В, без каких-либо изменений и переходных процессов.

При старте под нагрузкой схема преобразования запускается, как и положено, в два захода. Сначала стартует выходной инвертор, подключается нагрузка (при этом компенсируется ее пусковой ток), а затем запускается входной выпрямитель и схема коррекции коэффициента мощности PFC. Байпас при запуске блокируется. Естественно, никаких экстратоков по входу не выявилось: при любой нагрузке входной ток плавно вырастал до номинального, не вызывая бросков напряжения в сети.

Время работы от батарей при всех тестах практически совпало с расчетным, при этом ИБП вел обратный отсчет времени, руководствуясь данными о состоянии батарей, температуре и уровне нагрузки. Перегрузку отработал, как положено: при перегрузке до 110% аварийный сигнал подавался через полчаса, при перегрузке до 150% через одну-две минуты, после чего система уходила на байпас, если позволяли параметры исходной электросети.

Температурный режим инвертора нареканий не вызвал: даже при постоянной работе в режиме двойного преобразования на нагрузку 108% (длительный режим перегрузки) максимальная зафиксированная температура радиатора составила 63°C.

Внушает доверие напор воздушного потока, который сконцентрирован при помощи фторопластовых каналов в области радиаторов. В этом мы убедились, когда при уменьшении нагрузки до штатных 80% избыток тепла практически сразу «сдуло» с радиатора, и установилась рабочая температура 50–60°C.

Казалось бы, что еще можно требовать от системы такого уровня? Однако желание добраться до границ возможностей устройства, подвигло нас выполнить еще один тест – так называемый тест на качество преобразования. На вход системы было подано напряжение, форма которого приведена на иллюстрации (рис. 6а). ИБП работал как обычно, «не высказывая недовольства», и, несмотря на то, что напряжение на входе то исчезало, то появлялось, а его форма оставляла желать лучшего, напряжение на нагрузке по-прежнему оставалась идеальной синусоидой без каких-либо искажений (рис. 6б).

Перспективный продукт

Преимущества технологии двойного преобразования с промежуточным преобразованием на высокой частоте известны давно, и эффект их применения нам приходилось наблюдать неоднократно.

VANGUARD-1U впечатлил сочетанием технологии, функционального оснащения и размеров, и предоставляет возможность сэкономить место в случаях, когда счет идет буквально на миллиметры, сохраняя технологичность, управляемость и отказоустойчивость решения.

Семейство современных On-line систем электропитания пополнилось востребованным на рынке системной интеграции продуктом, и вполне возможно, что одноюнитовые ИБП с двойным преобразованием энергии скоро станут своеобразным стандартом питания для ИТ и телекоммуникаций.

Вывод:

VANGUARD 1U — не имеющая аналогов система электропитания для 19" стоек: выполняя двойное преобразование энергии с активной коррекцией коэффициента мощности, система занимает всего 1U при мощности 1000 ВА.

Сети и бизнес, № 1/2004