ماژول UPS چند ساعت مودم را روشن نگه می‌دارد؟ فرمول محاسبه زمان بکاپ

پاسخ سریع

این اعداد تقریبی‌اند. برای رسیدن به نتیجه دقیق باید مصرف واقعی دستگاه‌ها اندازه‌گیری شود.

چه عواملی زمان کارکرد UPS را تعیین می‌کنند؟

مدت زمان بکاپ یک UPS کوچک به عوامل زیر بستگی دارد:

1. تعداد باتری‌ها
2. ظرفیت واقعی هر باتری
3. ولتاژ نامی باتری‌ها
4. توان مصرفی مودم و تجهیزات متصل
5. راندمان مدار تبدیل ولتاژ
6. سلامت و عمر باتری
7. کیفیت کابل، فیش و اتصالات

در ماژول‌های UPS مخصوص مودم، معمولاً انرژی باتری‌های لیتیومی به خروجی ثابت ۹ یا ۱۲ ولت تبدیل می‌شود. این تبدیل بدون اتلاف نیست و بخشی از انرژی باتری به شکل گرما در مدار، سیم‌ها و قطعات از بین می‌رود.

مشخصات ماژول UPS دو سل ۱۲ ولت

ماژول LX-2BUPS عرضه‌شده در تکنوفراهان برای دو باتری لیتیوم‌یون ۱۸۶۵۰ طراحی شده و خروجی ۱۲ ولت، ورودی ۵ ولت و قابلیت جابه‌جایی خودکار بین برق ورودی و باتری را دارد.

در صفحه محصول، حداکثر جریان خروجی ۳ آمپر و توان نامی حداکثر ۱۵ وات اعلام شده است. به دلیل ذکر هم‌زمان جریان حداکثر ۳ آمپر و توان نامی ۱۵ وات، برای کارکرد پیوسته بهتر است محدودیت توان ۱۵ وات مبنای محافظه‌کارانه‌تری در نظر گرفته شود.

بنابراین بهتر است مجموع مصرف پیوسته دستگاه‌هایی که به این ماژول متصل می‌شوند، از حدود ۱٫۲۵ آمپر بیشتر نباشد؛ مگر اینکه عملکرد ماژول در شرایط واقعی از نظر دما و پایداری خروجی آزمایش شده باشد.

تفاوت میلی‌آمپرساعت و وات‌ساعت

ظرفیت باتری‌های لیتیومی معمولاً با میلی‌آمپرساعت یا mAh بیان می‌شود؛ برای مثال ۲۲۰۰، ۲۶۰۰ یا ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعت.

برای محاسبه زمان کارکرد UPS، استفاده از وات‌ساعت یا Wh دقیق‌تر است؛ زیرا وات‌ساعت هم ظرفیت و هم ولتاژ باتری را در نظر می‌گیرد.

برای یک باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی:

بنابراین یک باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی با ولتاژ نامی ۳٫۷ ولت، تقریباً ۸٫۱۴ وات‌ساعت انرژی اسمی دارد.

فرمول محاسبه انرژی چند باتری

برای دو باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی:

برای دو باتری ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی:

این اعداد انرژی اسمی باتری‌ها هستند. تمام این انرژی به خروجی ۱۲ ولت منتقل نمی‌شود؛ زیرا مدار تبدیل ولتاژ دارای اتلاف است.

راندمان ماژول UPS چیست؟

راندمان نشان می‌دهد چه مقدار از انرژی باتری در نهایت به مصرف‌کننده تحویل داده می‌شود.

اگر باتری‌ها ۲۰ وات‌ساعت انرژی داشته باشند و راندمان ماژول ۸۵ درصد باشد:

در این حالت تقریباً ۱۷ وات‌ساعت به خروجی می‌رسد و حدود ۳ وات‌ساعت در مدار تبدیل، سیم‌ها و قطعات تلف می‌شود.

راندمان ممکن است با عوامل زیر تغییر کند:

• میزان بار
• ولتاژ باتری
• کیفیت قطعات ماژول
• دمای مدار
• جریان خروجی
• کیفیت اتصالات

برای محاسبات تقریبی می‌توان راندمان را بین ۸۰ تا ۹۰ درصد در نظر گرفت. در مثال‌های این مقاله از راندمان فرضی ۸۵ درصد استفاده شده است.

فرمول محاسبه توان مصرفی مودم

برای یک مودم ۱۲ ولت که واقعاً ۰٫۵ آمپر مصرف می‌کند:

برای یک مودم ۱۲ ولت با مصرف واقعی ۰٫۷ آمپر:

برای یک دستگاه با مصرف یک آمپر:

فرمول اصلی محاسبه زمان کارکرد UPS

فرمول کامل‌تر:

در این فرمول:

• t: زمان کارکرد برحسب ساعت
• N: تعداد باتری‌ها
• Vcell: ولتاژ نامی هر باتری
• C: ظرفیت هر باتری برحسب آمپرساعت
• η: راندمان ماژول به‌صورت اعشاری
• Pload: توان مصرفی دستگاه برحسب وات

اگر توان دستگاه را ندانیم:

مثال اول: دو باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی برای مودم ۱۲ ولت

فرض می‌کنیم:

• تعداد باتری: ۲ عدد
• ظرفیت هر باتری: ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعت
• ولتاژ نامی هر باتری: ۳٫۷ ولت
• راندمان ماژول: ۸۵ درصد
• ولتاژ خروجی: ۱۲ ولت

مرحله اول: محاسبه انرژی باتری‌ها

مرحله دوم: اعمال راندمان

تقریباً ۱۳٫۸۴ وات‌ساعت انرژی در خروجی در دسترس خواهد بود.

حالت اول: مصرف واقعی مودم ۰٫۵ آمپر

زمان محاسباتی حدود دو ساعت و ۱۸ دقیقه است. با در نظر گرفتن افت‌های واقعی، زمان عملی می‌تواند حدود یک ساعت و ۵۰ دقیقه تا دو ساعت و پنج دقیقه باشد.

حالت دوم: مصرف واقعی مودم ۰٫۷ آمپر

زمان محاسباتی حدود یک ساعت و ۳۹ دقیقه است. زمان واقعی احتمالاً حدود یک ساعت و ۲۰ دقیقه تا یک ساعت و ۳۰ دقیقه خواهد بود.

حالت سوم: مصرف واقعی مودم یک آمپر

زمان محاسباتی تقریباً یک ساعت و ۹ دقیقه است. در شرایط واقعی می‌توان انتظار حدود ۵۵ دقیقه تا یک ساعت کارکرد را داشت.

در نتیجه دو باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی برای یک مودم ۱۲ ولت، بسته به مصرف واقعی دستگاه، حدود یک تا دو ساعت زمان بکاپ فراهم می‌کنند.

مثال دوم: دو باتری ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی برای مودم و ONU

در اینترنت فیبر نوری، معمولاً علاوه بر مودم یا روتر، دستگاه ONU یا ONT نیز باید روشن بماند. اگر فقط مودم روشن باشد اما ONU خاموش شود، اتصال اینترنت برقرار نخواهد ماند.

فرض می‌کنیم:

• دو باتری ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی
• ولتاژ نامی هر باتری ۳٫۷ ولت
• خروجی ۱۲ ولت
• راندمان ۸۵ درصد

بنابراین دو باتری ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی برای روشن نگه داشتن هم‌زمان مودم و ONU، بسته به مصرف واقعی دو دستگاه، تقریباً یک تا ۱٫۸ ساعت زمان بکاپ ایجاد می‌کنند.

فرمول سریع مخصوص UPS دو باتری ۱۸۶۵۰

برای دو باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی:

برای دو باتری ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی:

برای تبدیل نتیجه محاسباتی به یک برآورد واقع‌بینانه‌تر، عدد به‌دست‌آمده را در ضریب ۰٫۸ تا ۰٫۹ ضرب کنید.

چرا زمان واقعی از عدد محاسبه‌شده کمتر است؟

۱. ظرفیت غیرواقعی باتری

برخی باتری‌های ارزان یا بی‌نام ظرفیت واقعی بسیار کمتری از عدد نوشته‌شده روی بدنه دارند.

۲. فرسودگی باتری

ظرفیت باتری‌های لیتیومی با افزایش چرخه‌های شارژ و تخلیه کاهش پیدا می‌کند.

۳. راندمان کمتر از مقدار فرض‌شده

در بارهای سنگین، دمای بالا یا ولتاژ پایین باتری، راندمان مدار ممکن است کمتر شود.

۴. قطع خروجی پیش از تخلیه کامل

مدار حفاظتی برای جلوگیری از تخلیه بیش از حد، خروجی را پیش از رسیدن باتری به صفر واقعی قطع می‌کند.

۵. مصرف داخلی ماژول

کنترلر، نشانگرهای LED، مدار حفاظتی و مبدل ولتاژ نیز مقداری انرژی مصرف می‌کنند.

۶. جریان لحظه‌ای مودم

فعالیت وای‌فای، تعداد کاربران، انتقال داده و روشن بودن پورت‌های شبکه می‌تواند مصرف را تغییر دهد.

۷. افت ولتاژ کابل و فیش‌ها

کابل نازک، کابل بلند یا اتصال نامناسب باعث افت ولتاژ و افزایش اتلاف می‌شود.

۸. دمای نامناسب

دمای بسیار پایین ظرفیت قابل‌استفاده باتری را کم می‌کند و دمای بالا نیز استهلاک و خطر را افزایش می‌دهد.

۹. یکسان نبودن باتری‌ها

بهتر است باتری‌ها از نظر برند، مدل، ظرفیت، عمر و وضعیت شارژ یکسان باشند.

چگونه مصرف واقعی مودم را اندازه‌گیری کنیم؟

روش اول: استفاده از تستر توان DC

تستر توان بین خروجی UPS و مودم قرار می‌گیرد و معمولاً ولتاژ، جریان، توان و انرژی مصرف‌شده را نمایش می‌دهد.

روش دوم: اندازه‌گیری جریان با مولتی‌متر

برای اندازه‌گیری جریان، مولتی‌متر باید به‌صورت سری در مسیر تغذیه قرار گیرد.

اتصال مولتی‌متر در حالت آمپرمتر به‌صورت موازی ممکن است اتصال کوتاه ایجاد کند.

روش سوم: آزمایش زمان واقعی

باتری‌ها را کاملاً شارژ کنید، برق ورودی را قطع کنید و زمان روشن ماندن دستگاه را اندازه بگیرید. برای نتیجه مطمئن‌تر، آزمایش را دو یا سه مرتبه تکرار کنید.

آیا می‌توان از جریان آداپتور برای محاسبه استفاده کرد؟

بله، اما نتیجه محافظه‌کارانه خواهد بود.

اگر روی آداپتور مودم نوشته شده باشد:

با دو باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی و راندمان ۸۵ درصد:

این محاسبه نشان می‌دهد UPS در بدترین حالت تقریباً یک ساعت دستگاه را روشن نگه می‌دارد. اگر مصرف واقعی مودم کمتر از یک آمپر باشد، زمان کارکرد بیشتر خواهد شد.

آیا ظرفیت دو باتری با هم جمع می‌شود؟

پاسخ به نوع اتصال بستگی دارد:

• اتصال سری: ولتاژ جمع می‌شود و ظرفیت آمپرساعتی ثابت می‌ماند.
• اتصال موازی: ولتاژ ثابت می‌ماند و ظرفیت آمپرساعتی جمع می‌شود.

بااین‌حال، برای محاسبه مجموع انرژی می‌توان انرژی تمام سلول‌ها را با هم جمع کرد:

دو باتری ۳٫۷ ولت ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعت در مجموع تقریباً ۱۶٫۲۸ وات‌ساعت انرژی اسمی دارند.

آیا باتری با ظرفیت بیشتر همیشه بهتر است؟

باتری با ظرفیت واقعی بیشتر معمولاً زمان کارکرد بیشتری ایجاد می‌کند؛ به شرط آنکه:

• ظرفیت درج‌شده واقعی باشد.
• باتری توان تأمین جریان لازم را داشته باشد.
• سلول با ماژول سازگار باشد.
• باتری‌ها از یک مدل و وضعیت مشابه باشند.
• مدار شارژ بتواند باتری‌ها را به‌درستی شارژ کند.
• نوع و ابعاد باتری با جاباتری سازگار باشد.

آیا می‌توان مودم و ONU را با یک خروجی روشن کرد؟

در صورتی که هر دو دستگاه ولتاژ ورودی یکسان داشته باشند و مجموع توان آن‌ها از توان قابل‌تحمل UPS بیشتر نباشد، می‌توان از کابل تقسیم مناسب استفاده کرد.

پیش از اتصال موارد زیر را بررسی کنید:

• ولتاژ هر دو دستگاه
• قطب مثبت و منفی فیش
• اندازه فیش آداپتور
• مصرف مجموع
• توان پیوسته ماژول
• افت ولتاژ کابل تقسیم

چگونه زمان بکاپ UPS را افزایش دهیم؟

استفاده از باتری با ظرفیت واقعی بیشتر

دو باتری اصل ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی نسبت به دو باتری ۲۲۰۰ میلی‌آمپرساعتی حدود ۳۶ درصد انرژی اسمی بیشتری ذخیره می‌کنند.

کاهش مصرف تجهیزات

خاموش کردن امکانات غیرضروری مودم مانند وای‌فای اضافه یا پورت USB ممکن است مصرف را کاهش دهد.

استفاده از کابل کوتاه و ضخیم

کابل مناسب باعث کاهش افت ولتاژ و اتلاف انرژی می‌شود.

قرار دادن ماژول در محل دارای تهویه

گرمای زیاد می‌تواند راندمان مدار را کاهش دهد و به باتری آسیب بزند.

استفاده از باتری‌های همسان

باتری‌های یکسان عملکرد متعادل‌تری دارند.

اندازه‌گیری مصرف واقعی

اندازه‌گیری واقعی از انتخاب اشتباه باتری یا خرید UPS بیش از حد بزرگ جلوگیری می‌کند.

جدول تخمینی زمان کارکرد مودم

جدول زیر با فرض دو باتری سالم، راندمان ۸۵ درصد و ولتاژ نامی ۳٫۷ ولت برای هر سلول محاسبه شده است:

این جدول زمان محاسباتی را نشان می‌دهد. زمان واقعی ممکن است حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد کمتر باشد.

جمع‌بندی

تمام اعداد این مقاله تقریبی هستند. مشخصات فنی ماژول، دیتاشیت باتری، ولتاژ تجهیزات و محدودیت‌های ایمنی باید هنگام انتخاب نهایی در اولویت قرار گیرند.