Технологии, используемые в ИБП POWERCOM

Активная коррекция коэффициента мощности (КМ)

Задачей корректора ККМ, является сведение к нулю сдвига фаз между током и напряжением, или, иными словами, нейтрализация емкостной и индуктивной составляющих нагрузки преобразователя напряжения. Результатом активной коррекции КМ является следование входного тока ИБП питающему напряжению. Введение ККМ как достаточно сложного устройства пока приводит к заметному удорожанию и усложнению продукта в целом (конечно, по мере совершенствования технологии цена снижается). Тем не менее уже сейчас введение ККМ в ИБП дает ряд очень важных преимуществ, с лихвой окупающих это усложнение:

• Первым и самым важным преимуществом является тот факт, что при использовании ККМ с той же электропроводкой, без нарушения каких-либо норм можно использовать как минимум втрое-вчетверо более мощные ИБП. Кстати, никакого нарушения физических (и юридических) законов здесь нет.
• Второе, не менее важное, но редко упоминаемое преимущество состоит в том, что обеспечить высокую энергоемкость устройства с ККМ намного легче, чем без него. Энергоемкость - это мера способности блока питания отдавать в течение некоторого времени мощность в нагрузку, не "просаживая" сеть и не сильно снижая выходное напряжение.
• Третье преимущество - источник питания с ККМ по принципу действия стабилизирует выходное напряжение. Поэтому выходная мощность ИБП перестает жестко зависеть от напряжения сети - даже при "просевшей" сети в нагрузку отдается полная мощность.

Компания POWERCOM во всех своих он-лайновых ИБП использует активную коррекцию коэффициента мощности на основе специализированных микросхем ШИМ управления и IGBT транзисторов. Такое решение является эффективным и недорогим. При этом удается получить КМ порядка 99,9%.

Улучшенное управление батареями ABM (Advanced Battery Managment)

Известно, что в аккумуляторной батарее постоянно протекают процессы саморазряда. Для их компенсации обычно в ИБП осуществляют непрерывный подзаряд батареи малым током. Постоянно проходящий через батарею слабый ток вызывает изменения химического состава активных веществ, коррозию решетки и осыпание активной массы положительных пластин. Это приводит к необратимому падению емкости батарей, их срок службы сокращается, и реальное время батарейной поддержки уменьшается.

В различных моделях ИБП компания POWERCOM реализует алгоритм управления зарядом батарей разной степени сложности. Для примера можно рассмотреть подробнее самый совершенный алгоритм работы зарядного устройства, реализованный в ИБП серии "Vanguard".

Новый цикл зарядки батарей стартует в следующих случаях:

• после каждого включения ИБП кнопкой ON на лицевой панели;
• если ИБП переходил в режим резервного питания нагрузки от батарей на время больше 20 секунд;
• если OCV (open cell voltage) или, другими словами, напряжение на батареях без нагрузки понизится до уровня 2.10VPC (Volt per Cell) - напряжения на элементе в течение времени покоя;
• после 30 дней работы ИБП в режиме покоя.
  
  Зарядные циклы.
  
  Заряд батарей проходит в три фазы.
  
  Заряд постоянным током:
  
• ток ограничивается и заряд продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет уровня 2.385VPC;
• если напряжение не достигнет этого уровня в течение 150 часов, будет сформирован сигнал "Battery Failure" (плохие батареи).
  
  Заряд постоянным напряжением:
  
• время заряда в этом режиме будет вычислено по формуле: tfloat= 1.5 x tcharge + 48 часов
• референсное напряжение устанавливается на уровне 2.335VPC;
  
  Режим покоя:
  
• схема управления выключает зарядное устройство до следующего зарядного цикла;
• напряжение на батареях не контролируется в первые три минуты в режиме покоя, чтобы ошибочно не инициализировать новый цикл заряда;
• сигнал "Battery Failure" (плохие батареи) будет сформирован, если OCV опустится ниже 2.10VPC за первые 10 дней в режиме покоя.
  
  В функции ABM входит также контроль за разрядом батарей:
  
• схема контроля подает сигнал "Low battery" (низкий уровень напряжения на батареях) примерно за три минуты до предполагаемого истечения времени батарейной поддержки;
• сигнал "Battery low limit" (аварийный уровень напряжения на батареях) будет сформирован, когда напряжение на батареях упадет до уровня, при котором инвертор не может функционировать, после чего ИБП отключается.

Уровень полного разряда батарей определяется исходя из величины нагрузки. Другими словами, важно, чтобы батареи разряжались током, близким к номинальному, а разряд малыми токами не вызывает резкого падения напряжения на элементах, при этом емкость аккумулятора падает, но отследить порог истощения гораздо сложнее. Поэтому в модели Vanguard данные измерения мощности, поступающей в нагрузку, обрабатываются микроконтроллером, который в свою очередь устанавливает разный порог конечного напряжения на батареях. При нагрузке до 40% аварийным считается напряжение 1.80VPC, при большей нагрузке - 1.67VPC.

Температурная компенсация во время заряда

Как известно, химические процессы в аккумуляторах очень сильно зависят от температуры окружающей среды. Все режимы работы ИБП рассчитываются при температуре 25 °С, как самой оптимальной для батарей. Для того чтобы точно определить конечное напряжение при заряде аккумуляторов, на плате управления ИБП Vanguard находится датчик температуры, измеряющий температуру внутри корпуса, затем микроконтроллер вычисляет нужную величину исходя из поправочного коэффициента - 3mV °С

10 °C 25 °C 50 °C Референсное напряжение зарядного устройства Vref+0.1 2.48VPC 2.435VPC 2.36VPC Напряжение в конце цикла заряда Vref+0.05 2.43VPC 2.385VPC 2.31VPC Референсное напряжение в режиме заряда постоянным напряжением Vref 2.38VPC 2.335VPC 2.26VPC Минимальный уровень в режиме покоя constant 2.13VPC 2.13VPC 2.13VPC Таблица значений конечных напряжений при разных температурах:

Алгоритм работы по технологии ABM благоприятно сказывается на состоянии батарей и увеличивает их срок службы, тем самым уменьшая общую стоимость ИБП.

Режим высокой эффективности

Во время каждого преобразования энергии (выпрямление - инвертирование) определенная часть энергии рассеивается. Обычно ИБП класса онлайн имеют КПД на уровне 86%. В дополнение к обычному режиму постоянной работы на линии в серии ИБП "Vanguard" используется новая функция оптимизации эффективности, которая обеспечивает реальную экономию. Эта функция минимизирует потери и снижает потребляемую мощность. КПД в таком режиме достигает 95%.

В зависимости от качества электроснабжения ИБП автоматически переключается между режимом постоянной работы на линии и обходным режимом. Если качество сетевого напряжения неудовлетворительное, ИБП находится в режиме постоянной работы на линии с двойным преобразованием. Если сетевое напряжение хорошего качества и не содержит помех, ИБП автоматически переключается в обходной режим, уменьшая, таким образом, потери на преобразование. В то же время ИБП регистрирует любые дефекты сетевого напряжения и мгновенно возвращается в режим постоянной работы на линии. При работе в режиме высокой эффективности переключение ИБП происходит в случае, если:

1. входное напряжение отклоняется от номинала более чем на ±10% (можно выбрать ±15%),
2. частота входного напряжения отклоняется от номинала более чем на ±3Гц,
3. питание от сети прерывается.

Режим высокой эффективности является стандартным для ИБП и может включаться с панели управления. При необходимости режим энергосбережения может быть запрещен, и ИБП будет постоянно находиться в режиме работы на линии (двойное преобразование). По умолчанию режим энергосбережения выключен.

Возможность сегментации нагрузок

Например, у модели "Vanguard" имеется возможность раздельного управления сегментами розеток. Это сделано для того, чтобы эффективней использовать ресурс батарей и максимально увеличить время батарейной поддержки для самых важных потребителей. Управление сегментами осуществляется с лицевой панели ИБП.

Высокочастотный IGBT инвертор

Во всех моделях ИБП класса онлайн производства POWERCOM используется инвертор по схеме с широтно-импульсной модуляцией на мощных IGBT транзисторах. Управление силовыми транзисторами происходит на частоте порядка 20 кГц и осуществляется непосредственно центральным микропроцессором, описывающим в цифровом виде форму выходной синусоиды. Далее этот цифровой код преобразовывается специализированным цифро-аналоговым преобразователем, и сформированный сигнал поступает на управляющие схемы силовых ключей через гальваническую развязку на оптронах. Это схемное решение является эффективным, так как позволяет при небольших затратах выдавать в нагрузку большую мощность и при этом уменьшить габариты индуктивных элементов инвертора.