Cesta do hlubin UPS

Každý uživatel počítačů jistě již někdy slyšel o zálohování. Toto slovo bývá
nejčastěji spojováno s ochranou dat, tedy s pravidelným ukládáním kopií

důležitých souborů, tak aby v případě poruchy počítače nebo zničení média

nedošlo k jejich nenávratné ztrátě. Existuje však také další způsob ochrany

před zničením dat či celého počítače, a to pro případ nepředvídatelného

přerušení dodávky elektrické energie.



K tomuto účelu slouží tzv. zařízení UPS (Uninterruptible Power Supply), kterým

se česky nejčastěji říká záložní zdroj (pozor, ne zálohovací). Oblast záložních

zdrojů je velice široká, nejčastěji se o nich hovoří v souvislosti s počítači a

servery spravujícími životně důležité aplikace, ať již se jedná o počítačové

zařízení nemocnic, vojenských středisek, nebo například o obchodní a bankovní

servery, jejichž výpadek by znamenal ztrátu dat a přerušení služeb, způsobující

nevyčíslitelné ztráty. U takovýchto velkých zařízení mají záložní systémy

podobu ohromných skříní, naplněných akumulátory a elektronikou, které jsou

navíc často napojeny na alternativní zdroje elektrické energie, nejčastěji pak

na naftové motorgenerátory. Těžko si dovedeme představit, že bychom se s

takovými mašinami setkali v domácnostech, ale i v oblasti záložních zdrojů

existují „malí bratříčkové“, speciálně uzpůsobení na požadavky jednotlivých

uživatelů či malých pracovních skupin.



Ať již se jedná o velké, či o malé „úpéesky“, základní princip jejich činnosti

je stejný. Jejich úkolem je zajistit nepřerušený zdroj elektrické energie pro

zařízení, ke kterému jsou připojeny. Pokud připojíme nechráněný počítač (nebo

jakýkoliv jiný elektrický přístroj) k zásuvce ve zdi, tento pracuje pouze s

jedním zdrojem energie. Jakmile z jakýchkoliv důvodů dojde k přerušení dodávky

elektrické energie, zařízení přestane okamžitě fungovat. Takovýto způsob

napájení se nazývá „primární zdroj napětí“, pokud v případě selhání primárního

zdroje nechceme sedět se sepnutýma rukama do doby, než proud opět naskočí (a

třást se strachy, o co vše jsme mezitím přišli), musíme vzít do hry tzv.

„sekundární zdroj napájení“, kterým je právě akumulátor ukrytý. uvnitř UPS. V

okamžiku, kdy dojde k přerušení primárního napětí, sepne přepínač a počítač je

napájen energií uloženou v akumulátoru UPS. Toto přepnutí je provedeno tak

rychle, že ani uživatel, ani počítač nezjistí, že k této záměně došlo a vesele

pokračuje v práci. Pokud se jedná jen o krátkodobé přerušení (většina z nich má

trvání od desetin sekundy po několik sekund), za okamžik se opět „ozve“

primární zdroj a vše pokračuje stejně jako před tím. Pokud se však jedná o

dlouhodobější výpadek, je doba, po kterou je možno s počítačem pracovat,

závislá na kapacitě akumulátorů záložního zdroje. Jestliže máme sklep naplněný

velikými skříněmi UPS, můžeme počítat s hodinami práce, vlastníme-li však pouze

malou, domácí „úpéesku“, máme maximálně 10 minut na to, abychom v klidu uložili

všechna data, zavřeli aplikace, s nimiž pracujeme, a vypnuli počítač.



Nic však není tak jednoduché, jak se na první pohled zdá, a i zařízení UPS se

od sebe v různých věcech liší. Existují v podstatě dva základní typy UPS; těm

jednodušším se říká Stand-by (Stand-by Power Systems, SPS, někdy také Off-line

UPS ), dále existují typy označované Line Interractive a ty nejmodernější a

nejdražší se nazývají On-line.





Stand-by UPS



UPS zařízení typu Stand-by či Off-line jsou nejjednodušší a nejlevnější

variantou záložních zařízení (leckdy se ani neoznačují za UPS, ale za SPS).

Tohoto provedení se však využívá často právě u domácích krabiček s nápisem UPS.

U tohoto typu je primárním zdrojem napájení proud přicházející ze zásuvky ve

zdi a sekundárním zdrojem jsou akumulátory. Stand-by či Off-line se jim říká

proto, že proud z akumulátorů a převodník DC/AC (převodník měnící stejnosměrný

proud přicházející z akumulátorů zpět na proud střídavý) vlastně nezásobuje

připojené zařízení, pokud primární zdroj pracuje bez přerušení. Elektrický

proud přicházející do UPS ze sítě je použit k nabití akumulátorů, které pak

spolu s přepínačem čekají na okamžik, kdy dojde k výpadku. V tu chvíli pak

přepínač vydá příkaz k napájení z akumulátorů a do té doby je do připojeného

zařízení (přes filtr) přiváděn proud přímo ze sítě. Jakmile se obnoví napájení

z primárního zdroje, akumulátory se nabíjejí. Jasnější obrázek o tom, jak to

vypadá uvnitř takové Off-line UPS, nabízí následující blokové schéma:



I když se jedná o ten „nejjednodušší“ model UPS, v klidu poslouží pro naprostou

většinu počítačů v domácnosti či v malé kanceláři, není však vhodný k

zálohování životně důležitých serverů. Nejzávažnější nevýhodou tohoto typu je

fakt, že mezi výpadkem proudu a zapnutím záložního systému nastává prodleva. Ta

je sice velice krátká a s největší pravděpodobností si jí počítač ani nevšimne,

ale jistota je jistota a tak se u serverů používají spíše on-line UPS. I

off-line zařízení je však stokrát lepší než nic, jelikož kromě funkce

zálohování elektrickou energií ještě filtruje případné výkyvy v elektrické

síti. O tomto filtrování se ještě zmíníme později.





Ferroresonanční Stand-by UPS



Ferroresonanční Stand-by UPS je určitým vylepšením klasické Stand-by „úpéesky“.

Stejně jako v předchozím případě je i zde akumulátor sekundárním zdrojem

napájení a je zapojen až poté, co vypadne primární síťový zdroj. Rozdíl je však

v tom, že přepínač je nahrazen ferroresonančním transformátorem, který

usnadňuje a uhlazuje přepnutí mezi primárním a sekundárním zdrojem. Jinými

slovy, přechod mezi elektrickým proudem ze sítě a z akumulátorů je klidnější.

Další výhodou transformátoru je, že případný výkyv či přepětí proudu

přicházejícího do transformátoru jsou při převodu „vyhlazeny“ a na výstupu není

znát, což vlastně působí jako filtr. Rozdíl mezi Stand-by UPS a tímto typem je

nejlépe patrný z následujícího schématu:





Line-Interactive UPS



Tento typ záložního zařízení pracuje odlišně, než výše popisované přístroje.

Namísto samostatných a oddělených součástek pro nabíjení akumulátorů,

převodníku a přepínače je zde využit kombinovaný převodník/přepínač, jenž řídí

nabíjení akumulátorů a k tomu převádí střídavý proud vedoucí z primárního

zdroje na stejnosměrný proud směřující do akumulátorů, a zároveň převádí

stejnosměrný proud z akumulátorů na střídavý proud na výstupu. Pokud je vše v

pořádku a dodávka napětí není přerušena, pracuje tato součástka jako nabíječka

pro akumulátory, pokud však dojde k přerušení, pracuje obráceně. Stejně jako u

předchozích UPS je primárním zdrojem napájení elektrická energie přicházející

ze sítě a akumulátory slouží jako zdroj sekundární. Vše lépe osvětlí schéma:



Hlavní výhoda tohoto řešení spočívá v tom, že kombinovaný střídač/převodník je

neustále připojený na výstup a napájí tak zálohované zařízení. Díky tomu je

prodleva mezi přepnutím z primárního zdroje na sekundární kratší než u Stand-by

UPS. Převodník bývá dále vybaven obvody pro filtrování a regulaci napětí na

výstupu. Tento typ UPS je v poslední době nejčastějším představitelem záložních

zařízení pro domácnost a malé kanceláře.





On-line UPS



On-line zařízením UPS se někdy přezdívá „opravdové“ UPS, a jsou tím nejlepším,

co si v současnosti můžete v této oblasti pořídit (i když, jak jsme již řekli,

je vždy lepší jakákoliv „úpéeska“ než žádná). Tato zařízení jsou velice podobná

a zároveň naprosto opačná, než nejjednodušší Stand-by UPS používají také dva

zdroje napájení a přepínač mezi nimi. Opačná jsou proto, že u On-line UPS jsou

oba zdroje obráceny; primárním zdrojem je akumulátor a sekundárním zdrojem je

elektrické napětí ze sítě.



Tento rozdíl je velice důležitý. I při normálním provozu je totiž napětí

přicházející na výstup vedeno z akumulátorů přes převodník, zatímco napětí ze

sítě slouží jen k nabíjení akumulátorů. V případě přerušení napájení se tedy

vypne jen nabíjení akumulátorů, ale nenastává žádná prodleva mezi přepnutím z

primárního zdroje na sekundární. Jakmile tedy vypadne proud, UPS dále napájí

bez jakéhokoliv přerušení zálohované zařízení, a to tak dlouho, jakou kapacitu

mají akumulátory. Tento princip je stejný jako u notebooků pokud jej máte při

práci připojen do proudu, a ten „vypadne“, tak je notebook dále napájen z

akumulátorů. Podívejte se na blokové schéma On-line UPS:



Jak je vidno ze schématu, existuje i u On-line UPS přímé propojení mezi

napájením ze sítě a výstupem z UPS, to se však používá pouze v případě, že

dojde k závadě na cestě přes akumulátory. I když to není pravděpodobné, může

tato situace nastat (např. při vnitřní poruše zdroje UPS, přetížení nebo

zvýšení jeho vnitřní teploty), a poté je proud veden přímo přes filtr na

přepínač a výstup. Další výhodou on-line řešení je nejdůkladnější ochrana proti

přepětí a dalším nedostatkům napájení ze sítě, jelikož akumulátory slouží k

jejich vyrovnání mnohem lépe než pouhý filtr.



Možná se ptáte, proč jsou On-line UPS dražší než ostatní typy, když vlastně

používají stejné součástky. V tom je ale ten problém schéma je sice podobné,

ale v on-line zařízeních je třeba použít mnohem kvalitnějších komponent. U

Off-line UPS je totiž využití součástek záležitostí několika minut, kdežto

on-line přístroje pracují 24 hodin denně. Nevýhoda On-line UPS je spojena s

faktem, že veškerá energie prochází dvojím převodem (AC/DC do akumulátorů a

DC/AC na výstup) a množství energie se tak ztratí v podobě tepla produkovaného

při tomto převodu. K tomu navíc dochází nejen v případě přerušení napájení, ale

vždy. Proto existuje tzv. technologie Delta On-line UPS, v níž je nabíjení

akumulátorů zaměněno Delta převodníkem. Během normálního provozu je tak část

energie přemostěna mimo akumulátory v případě výpadku se tento Delta převodník

vypne a UPS pracuje běžným způsobem. Tento princip se využívá hlavně v těch

největších záložních systémech a výrazně snižuje ztráty energie. Viz schéma:









Nejen když dojde šťáva



Hlavní výhoda zařízení UPS je jasná: pokud je vlastníte, nestane se vám, že

kvůli tomu, že soused začal luxovat přijdete o práci za celé odpoledne. To však

není výhoda jediná. I ty nejzákladnější „úpéesky“ totiž slouží jako filtr před

přepětím v elektrické síti. Většinou se jedná o nerovnosti, kterých si uživatel

ani nevšimne, ale jež mohou v dlouhodobějším pohledu poškodit některé součástky

počítače. Občas ale nastanou situace, kdy UPS může zabránit přímému zničení

počítače a periferií k němu připojených klasickým případem je bouřka. Pokud

uhodí blesk do blízkosti vašeho počítače (a nemusí to být jen váš vlastní

hromosvod), hrozí silný ráz v síti, který dokáže napáchat drahé škody.

Nejčastěji to odnese modem, ale můžete přijít i o základní desku, procesor či

monitor. Pokud je k vám příroda opravdu zákeřná, může shořet i celý počítač.

Ano, jakmile tento silný ráz vznikne, něco to musí „odnést“ i v tomto případě

vás může zachránit (i když leckdy za cenu vlastního života) vaše UPS. Naprostá

většina moderních UPS má navíc vstup i výstup pro telefonní linku, který je,

stejně jako elektrické napětí, filtrován. Běžnou výbavou je i řada chráněných

výstupů pro periferie (taková bezpečná rozdvojka). Například Patriot od

společnosti BestPower.