ИБП

1.

Бесперебойный блок
питания (ИБП, UPS)
Архитектура и принципы работы
Выполнил: Гарифуллин Ильдар Равильевич
Группа КСК 9-23-1
Специальность 09.02.06 Сетевое и системное
администрирование
СКТиС, филиал ИрГУПС, 2026

2.

План доклада
• Что такое ИБП и зачем он нужен
• Проблемы электросети
• Из чего состоит ИБП
• Типы ИБП: off-line, line-interactive, online
• Как выбрать ИБП и рассчитать мощность
• Эксплуатация и применение

3.

Что такое ИБП
• ИБП (UPS, Uninterruptible Power Supply) —
устройство, которое питает нагрузку, когда сеть
пропала или стала плохого качества
• Внутри есть аккумуляторы — это запас энергии
на случай аварии
• Подключается между розеткой и оборудованием
• Кроме резерва, может стабилизировать
напряжение и убирать помехи
• Бывают разные: от небольших коробок для ПК до
промышленных шкафов

4.

Зачем нужен ИБП
• При внезапном отключении питания компьютер
выключается без завершения работы
• Можно потерять несохранённые данные и
повредить файлы
• Серверы, сетевое оборудование и кассы не
должны останавливаться
• ИБП даёт время сохранить данные и корректно
выключить систему
• Или продолжает питать оборудование, пока не
включится резервный генератор

5.

Проблемы электросети (1)
• Номинальные параметры сети: 220 В, 50 Гц;
допустимое отклонение напряжения обычно ±10
%
• Пропадание питания — напряжения нет совсем
(блэкаут)
• Провал напряжения — кратковременное
снижение
• Скачок напряжения — напряжение выше нормы
• Всё это может привести к сбоям и поломкам
техники

6.

Проблемы электросети (2)
• Импульсные помехи и шум — короткие выбросы
от включения мощных потребителей, грозы
• Отклонение частоты — частота уходит от 50 Гц
(чаще при работе от генератора)
• Гармонические искажения — форма напряжения
перестаёт быть синусоидой
• Такие проблемы ускоряют износ оборудования и
вызывают «необъяснимые» сбои

7.

Краткая история ИБП
• Первые ИБП были электромеханическими:
двигатель, маховик и генератор
• Маховик накапливал энергию и давал питание на
короткое время
• С развитием силовой электроники появились
статические ИБП: выпрямитель, аккумуляторы и
инвертор
• Современные ИБП управляются
микроконтроллерами и умеют «общаться» с
компьютером
• Принцип остался прежним: энергия запасается
заранее и выдаётся при аварии

8.

Общая структура ИБП
• Любой ИБП состоит из нескольких основных
блоков
• Сеть → фильтр → выпрямитель и зарядное
устройство
• Аккумуляторная батарея подключена к звену
постоянного тока
• Инвертор превращает постоянный ток обратно в
переменный
• Байпас и блок управления обеспечивают защиту
и контроль

9.

Основные узлы ИБП
• Входной фильтр и защита (автомат,
предохранитель, варистор)
• Выпрямитель и зарядное устройство
• Аккумуляторная батарея (АКБ)
• Инвертор
• Трансформатор (есть не во всех моделях)
• Байпас
• Микроконтроллер, дисплей, интерфейсы,
вентилятор

10.

Выпрямитель и зарядное устройство
• Выпрямитель превращает переменное
напряжение в постоянное
• Обычно это диодный мост и сглаживающий
конденсатор
• В online-ИБП выпрямитель питает инвертор
постоянно
• Зарядное устройство подзаряжает АКБ по
специальному алгоритму
• Современные выпрямители могут
корректировать коэффициент мощности (PFC)

11.

Аккумуляторная батарея
• В большинстве ИБП стоят герметичные
свинцово-кислотные АКБ (VRLA)
• Электролит (серная кислота) связан в
стекловолоконном сепараторе (AGM) или в виде
геля
• Батареи необслуживаемые: воду доливать не
нужно
• Блоки по 12 В соединяют последовательно,
чтобы получить нужное напряжение
• Всё чаще применяют литий-железо-фосфатные
(LiFePO4): служат дольше, но дороже

12.

Инвертор
• Преобразует постоянное напряжение АКБ в
переменное 220 В, 50 Гц
• Основа — силовые транзисторы (MOSFET, IGBT)
в мостовой схеме
• Транзисторы быстро включаются и выключаются
по сигналам ШИМ
• После фильтра получается нужная форма
напряжения
• В online-ИБП инвертор работает постоянно

13.

Форма выходного напряжения
• Чистая синусоида — как в розетке, подходит для
любой техники
• Ступенчатая (модифицированная) — дешевле,
подходит для многих ПК
• Меандр — самый простой вариант, подходит не
всем
• Двигатели, насосы и котлы лучше питать чистой
синусоидой
• Блоки питания с активным PFC иногда плохо
работают от ступенчатой формы

14.

Байпас
• Байпас — обходной путь, по которому питание
идёт мимо инвертора
• Статический байпас — электронный ключ,
переключается очень быстро
• Включается при перегрузке, перегреве или
неисправности ИБП
• Сервисный (ручной) байпас нужен, чтобы
обслужить или заменить ИБП без отключения
нагрузки
• На байпасе нагрузка питается напрямую от сети,
то есть без защиты

15.

Блок управления
• Микроконтроллер измеряет напряжение, частоту,
ток и температуру
• Решает: работать от сети, от АКБ или через
байпас
• Управляет зарядом АКБ и защищает ИБП от
перегрузки
• Показывает состояние на дисплее и подаёт
звуковые сигналы
• Связь с компьютером: USB, RS-232 или SNMPкарта (по сети) — для автоматического
завершения работы системы

16.

Классификация ИБП
• Стандарт IEC 62040-3 делит ИБП по зависимости
выходного напряжения от сети
• VFD — зависит от напряжения и частоты (Voltage
and Frequency Dependent)
• VI — не зависит от напряжения (Voltage
Independent)
• VFI — не зависит ни от напряжения, ни от
частоты (Voltage and Frequency Independent)
• На практике говорят: off-line, line-interactive и
online

17.

Off-line ИБП: схема
• Off-line — резервный (standby) ИБП
• В норме нагрузка питается напрямую от сети
через фильтр
• Инвертор выключен, АКБ только подзаряжается
• При аварии реле переключает нагрузку на
инвертор
• Самый простой и дешёвый тип

18.

Off-line ИБП: особенности
• Есть короткая пауза при переключении —
несколько миллисекунд
• Блоки питания ПК обычно эту паузу переживают
• Нет стабилизации напряжения, только фильтр
помех
• От АКБ часто выдаёт ступенчатую форму
напряжения
• Подходит для домашних ПК и простой техники

19.

Line-interactive ИБП: схема
• Line-interactive — линейно-интерактивный ИБП
• Добавлен автотрансформатор (AVR) —
стабилизатор напряжения
• В норме нагрузка питается от сети через AVR
• Инвертор и зарядное устройство объединены и
работают в обе стороны
• При аварии реле отключает сеть, питание идёт
от АКБ

20.

AVR: как стабилизируется напряжение
• AVR (Automatic Voltage Regulation) меняет
коэффициент трансформации реле
• Boost — повышает пониженное напряжение,
Buck — понижает повышенное
• Работает ступенями, поэтому выход слегка
«гуляет» около нормы
• При небольших отклонениях сети АКБ не
расходуется
• При переключении ступеней слышны щелчки
реле

21.

Online ИБП: схема
• Online — ИБП с двойным преобразованием (VFI)
• Переменный ток → постоянный (выпрямитель) →
снова переменный (инвертор)
• Нагрузка всегда питается от инвертора, а не
напрямую от сети
• АКБ подключена к звену постоянного тока
• Если сеть пропала, переключения нет: инвертор
просто берёт энергию из АКБ

22.

Online ИБП: особенности
• Нулевое время переключения
• Идеальная синусоида, стабильные напряжение и
частота
• Нагрузка полностью отделена от помех сети
• Минусы: дороже, больше греется и шумит, КПД
ниже
• Есть байпас на случай перегрузки или
неисправности
• Применяют для серверов, медицины, связи

23.

Сравнение трёх типов
Параметр
Off-line
Line-interactive
Online
Цена
Низкая
Средняя
Высокая
Переключение
Несколько мс Несколько мс
Нет (0 мс)
Стабилизация
Нет, только
фильтр
Есть (AVR)
Полная
Форма от АКБ
Часто
ступенчатая
Ступенчатая или
Синусоида
синус
Где применяют
Дом, один ПК Офис, сеть
Серверы,
ЦОД

24.

Время переключения
• Время переключения — пауза между
пропаданием сети и началом питания от АКБ
• У off-line и line-interactive это несколько
миллисекунд
• У online переключения нет — 0 мс
• Блок питания ПК за счёт конденсаторов держит
нагрузку около 16 мс (требование стандарта ATX)
• Поэтому для обычных ПК короткого
переключения достаточно

25.

ВА и Вт: мощность ИБП
• ВА (вольт-ампер) — полная мощность, Вт —
активная, то есть реально потребляемая
• Связаны коэффициентом мощности: Вт = ВА ×
cos φ
• У многих ИБП для ПК он около 0,6–0,7, у
серверных — 0,9 и выше
• Пример: 1000 ВА × 0,6 = 600 Вт
• Поэтому смотреть нужно на оба параметра

26.

Как выбрать ИБП
• Сложить мощность всей техники (по паспорту)
• Добавить запас 20–30 %
• Перевести ватты в ВА с учётом коэффициента
мощности
• Выбрать тип: для дома — off-line или lineinteractive, для серверов — online
• Проверить время автономии, розетки и
интерфейсы

27.

Время автономной работы
• Зависит от нагрузки и ёмкости АКБ
• Чем меньше нагрузка, тем дольше работает ИБП
• Зависимость нелинейная: на полной нагрузке
обычно всего несколько минут
• Для большей автономии подключают внешние
батарейные модули
• Старые батареи дают меньше времени, чем
новые

28.

Срок службы батарей
• У VRLA-батарей срок службы обычно 3–5 лет,
при хороших условиях бывает больше
• Главный враг — тепло: примерно −50 % срока на
каждые 8–10 °C выше комнатной температуры
• ИБП нужно периодически проверять (самотест) и
менять АКБ по сроку
• Не хранить батареи полностью разряженными
• Вздутый корпус АКБ — повод для немедленной
замены

29.

Где применяют ИБП
• Дом и офис: ПК, роутеры, камеры наблюдения
• Серверные и ЦОД: серверы, системы хранения,
сетевое оборудование
• Медицина: диагностическое и другое важное
оборудование
• Связь и торговля: АТС, кассы
• Промышленность: контроллеры и системы
автоматизации
• В крупных системах ИБП работает вместе с
дизель-генератором (ДГУ)

30.

Выводы
• ИБП даёт питание при аварии и защищает от
плохого качества сети
• Основные блоки: выпрямитель и ЗУ, АКБ,
инвертор, байпас, управление
• Три типа: off-line, line-interactive, online
• Тип выбирают по важности нагрузки и бюджету
• Мощность считают с запасом, за батареями
следят