ГлавнаяКонтактыКарта сайта
ЕПОС
О компанииКомпьютерная криминалистикаВосстановление информацииЗащита информацииПроизводство и ITСервисНаши разработки

Расследование инцидентов, компьютерная криминалистика, информационная безопасность

Книжная серия Взгляд на жесткий диск изнутри




Архив статей


07.02.2002
О качестве электропитания

Сергей КОЖЕНЕВСКИЙ, генеральный директор компании «ЕПОС»
Геннадий СОЛДАТЕНКО, главный конструктор компании «ЕПОС»

Лучше питаться лучше
Народный ЕПОС


Общеизвестно, что от качества питания зависит здоровье любого живого организма. Полная аналогия проявляется при некачественном питании электронного оборудования, в частности – персональных компьютеров. При этом наблюдаются сбои в работе (зависания), отказы, потери отдельных битов информации в динамической памяти, мерцание экрана монитора или нарушение цветопередачи и т.д.

Факторы, негативно влияющие на качество электропитания персональных компьютеров (ПК), можно разделить на две группы:

  • предсказуемые;
  • непредсказуемые.

Предсказуемыми факторами являются скачкообразные изменения напряжения и частоты сети в течение суток, в том числе в течение рабочих и выходных дней, а также провалы и кратковременные перебои напряжения питания, присутствующие постоянно. Эти факторы достаточно изучены и исследованы. Для борьбы с ними разработаны различные схемотехнические и программно-аппаратные средства, устраняющие негативные последствия таких воздействий.

Непредсказуемые факторы – это такие воздействия на нагрузочную способность электросети, которые возникают случайно и могут привести к значительному отклонению от её нормированных параметров. Например, никому не известно, какой мощности нагрузку включит любой потребитель электропитания и как отреагирует на это первичная сеть, от которой питается ПК. Такие воздействия на сеть электропитания порождают мощные импульсные помехи.

Повышенное внимание к мощным импульсным помехам обусловлено тем, что на их долю приходится до 90% сбоев в работе электронного оборудования на промпредприятиях и в условиях больших городов. По данным исследований, проведённых в ФРГ, основная доля страховых выплат по претензиям пользователей ПК приходилась на повреждения, вызванные непредсказуемыми перенапряжениями и мощными импульсами из сети питания (около 40%), а на долю провалов и перебоев (предсказуемых) приходилось всего 4,3%. Определённый интерес в этом отношении представляют результаты одного из наиболее обстоятельных исследований помеховой обстановки в сетях электропитания, проведённых в США в 1996 г. По результатам наблюдения помех в 40 контрольных точках различных объектов на протяжении 3400 часов было зарегистрировано порядка 28000 импульсных помех с амплитудой не менее 100 В. Доля наиболее опасных помех с амплитудой 1...6 кВ составляет 0,1% от общего числа зарегистрированных помех. Для условий промпредприятия это означает, что один-два раза в неделю его электронное оборудование подвергается воздействию мощной импульсной помехи, способной привести к серьёзным сбоям в работе оборудования и деградации его элементов и узлов.

В отечественных сетях электропитания ситуация не лучше. И без того низкое качество напряжения в отечественных сетях электроснабжения в последние годы усугубляется тем, что из-за повальной остановки промпредприятий происходит сброс нагрузки, вследствие чего возникают аномально высокие всплески напряжения. Например, в сети 220 В были зарегистрированы длительные (продолжительностью от периода до десятых долей секунды) перенапряжения до 320 В!

Выявлены следующие закономерности возникновения отклонений и помех:

  • максимум напряжения питающей сети наблюдается в ночное время – при минимальной загрузке энергосистемы;
  • наибольшие колебания приходятся на начало рабочего дня и обеденный перерыв, т.е. во время массового включения-выключения оборудования;
  • экстремумы амплитуды импульсных помех регистрируются также и в периоды грозовой активности.

Для обеспечения устойчивой работы ПК, т.е. исключения влияния предсказуемых и непредсказуемых факторов на сеть электропитания, необходимо использовать специальные средства. Эти средства могут быть различны по применению и назначению и в разной степени ослаблять негативные воздействия на электросеть.

На практике при организации электропитания любого объекта предусматривается три уровня защиты.

Первый уровень защиты предусматривается на вводе кабеля на объект электропитания. При этом обеспечивается качественная система молниезащиты и разнесение контуров рабочего и защитного заземления.

Второй уровень защиты предусматривает установку мощных средств фильтрации – суперфильтров, которые обеспечивают поэтажные магистрали электропитанием.

К этим магистралям подключается значительное количество однородных и других потребителей электропитания, которые при работе создают помехообразующие цепи, негативно влияющие друг на друга.

Третьим уровнем помехозащиты является индивидуальная фильтрация электропитания для каждого потребителя.

Остановимся чуть подробнее на некоторых средствах помехозащиты ПК третьего уровня. К таким средствам относятся:

  • индивидуальные контуры заземления каждого ПК;
  • фильтры, развязывающие по сети электропитания все устройства, входящие в состав ПК.

Эти средства необходимы для того, чтобы предотвратить взаимное проникновение помех от сети электропитания в ПК и от работающего ПК во внешнюю сеть, а также обеспечить раздельное электропитание каждого устройства ПК.

Помехи, возникающие при работе ПК, называются внутренними.

К внутренним помехам относятся:

  • помехи, создаваемые быстродействующими ИС;
  • помехи включения и отключения узлов и устройств ПК (например, при подготовке к печати лазерного принтера ток потребления увеличивается в несколько раз);
  • отражения в сигнальных линиях соединяющих кабелей из-за неоднородностей и несогласованности нагрузок;
  • перекрёстные наводки между сигнальными линиями из-за паразитных ёмкостей и индуктивностей;
  • паразитные связи по цепям электропитания.

Традиционным методом помехозащиты является фильтрация, как по сети электропитания, так и по сигнальным связям [3]. В настоящее время существует достаточно широкая гамма помехоподавляющих фильтров с хорошими характеристиками, а именно, с подавлением до 100 дБ в диапазоне частот от 5 кГц до 1 ГГц и с внушительными массогабаритными показателями. Стоимость таких фильтров достаточно высока. На рынке массовых ПК представлено многообразие малогабаритных фильтров зарубежных производителей со значительно худшими характеристиками по ослаблению помех, особенно в области НЧ. Как правило, фильтры устанавливают между розеткой электропитания и устройствами ПК.

Но поскольку в состав ПК входит несколько индивидуальных потребителей напряжения питания (например, отдельно питающийся монитор, принтер, сканер, модем и т.д.), то выходное сопротивление фильтра является общей точкой помехообразующих цепей для каждого устройства. При таком способе подключения фильтра токи помех каждого отдельно взятого устройства отрицательно воздействуют на другие, снижая их помехоустойчивость.

С целью исключения взаимного влияния помех от различных устройств, входящих в состав ПК, предлагается осуществлять их питание через индивидуальные помехоразвязывающие элементы.

В итоге мы имеем, что от провалов напряжений защищает ИБП, от внешних помех – линейные фильтры в ограниченном диапазоне частот (ограничение в области НЧ), а отсутствие защиты от внутрисистемных помех и помех, создаваемых однородными потребителями, поставило задачу поиска новых решений, которые должны обеспечить раздельное электропитание каждого устройства ПК с достаточно убедительной развязкой (особенно в области НЧ), при этом изделие должно быть малогабаритным и экономически целесообразным. Оптимальная комбинация известных технических решений в сочетании с оригинальным конструкторско-технологическим исполнением позволили получить новые свойства изделия, удовлетворяющие выше изложенным требованиям. Реализация этого решения позволила не только избавится от общей точки взаимообмена помехами и дать каждому потребителю индивидуально необходимую энергию, но и обеспечила толерантное согласование выходного сопротивления промышленной сети (мотор-генератора, дизель-генератора) с входными сопротивлениями устройств электропитания ПК. При этом исключается общая точка непосредственного соединения помехообразующих цепей устройств, входящих в ПК, что приводит к повышению общей помехоустойчивости и, следовательно, к улучшению электромагнитной обстановки.

Этот принцип реализован в УСС (Устройство Согласования Сетевое). УСС производится в ООО «ЕПОС» как специальное средство для организации качественного электропитания ПК «Expert».

Его характеристики следующие:

  1. Общий номинальный ток потребления 5 А.
  2. Индивидуальное электропитание 4-х устройств ПК.
  3. Помехоподавление в диапазоне частот 0,005...300 МГц не хуже 40 дБ.
  4. Специальные параметры – предотвращение утечки информации по цепям электропитания и заземления.
  5. Массогабаритные показатели 300x130x45 мм.
  6. Масса не более 1,5 кг.

 

Литература

  1. Журнал «Конфидент». 1998. №4.
  2. Мкртчян Ж.А. Электропитание ЭВМ. М., 1980.
  3. Векслер Г.С. Подавление ЭМП в цепях электропитания. Киев: Техника, 1990.

Поделиться информацией