UPS（UPS: ユーピーエス）

2025年10月15日

UPS（UPS: ユーピーエス）

英語表記: Uninterruptible Power Supply

概要

UPS（ユーピーエス）、すなわち無停電電源装置は、システム稼働中に電力供給が途絶えた際、瞬時に予備電源（バッテリー）からの電力供給に切り替えることで、コンピュータシステムやネットワーク機器の動作を維持するための装置です。これは、私たちが学んでいる「コンピュータの構成要素」の信頼性を確保するために、非常に重要な「電源とクロック」の安定化機能を提供する装置であり、特に「バッテリーとバックアップ」という役割を担っています。突然の停電や電圧変動から大切なデータを守り、機器の安全なシャットダウン時間を確保することが、その最大の目的です。

詳細解説

UPSがなぜ「コンピュータの構成要素」の信頼性を支える上で不可欠なのか、その仕組みと目的を深く掘り下げてみましょう。

目的：システムの防波堤としての役割

コンピュータシステムにおいて、電力はまさに生命線です。私たちが普段利用している商用電源は、時に雷サージや瞬時電圧低下、そして最も恐ろしい停電といった不安定要因にさらされます。これらの電力トラブルは、稼働中のサーバーのデータ破損を引き起こしたり、最悪の場合、ハードディスクなどの物理的な構成要素に損傷を与えたりする可能性があります。

UPSの基本的な目的は、こうした電力の不安定要因からシステムを守る「防波堤」となることです。特に、停電が発生した場合、UPSはバッテリーに蓄えられた電力を利用して、システムが安全に停止するまでの数分間（あるいは数十分間）の猶予を与えます。これにより、データがメモリ上にあるうちに電源が落ちてしまうといった悲劇を防ぐことができるのです。

主要な構成要素と動作原理

UPSは主に、以下のコンポーネントで構成されています。

バッテリー（蓄電池）: 停電時に電力を供給するエネルギー源です。「バッテリーとバックアップ」という分類において、まさに中心となる要素ですね。
インバータ: バッテリーの直流（DC）電力を、コンピュータが利用できる交流（AC）電力に変換します。
整流器（コンバータ）: 商用電源の交流電力を直流電力に変換し、バッテリーの充電やインバータへの供給を行います。
切替回路（スイッチ）: 商用電源が正常な時はそちらを使い、異常時には瞬時にバッテリー・インバータ経由の電力に切り替える役割を果たします。

UPSの動作方式にはいくつかの種類がありますが、資格試験でも頻出の主要な3方式を理解することが大切です。

1. 常時インバータ方式 (オンライン方式)

常にバッテリーの電力を使ってインバータを動作させ、そこから安定した電力を供給し続けます。停電時には切り替え時間がゼロ（無瞬断）であるため、最も高品質で安定した電力を提供します。サーバーやデータセンターなど、極めて高い信頼性が求められる「コンピュータの構成要素」に対して採用されます。電力変換が常に行われるため、効率はやや劣りますが、安定性は抜群です。

2. 常時商用給電方式 (オフライン方式)

通常時は商用電源をそのまま使用し、停電が発生したときだけバッテリーとインバータを経由した電力に切り替えます。構造がシンプルでコストが低く、効率も良いですが、切り替え時にわずかな瞬断時間（数ミリ秒）が発生します。一般のパーソナルコンピュータなど、比較的許容範囲の広い「構成要素」に適しています。

3. ラインインタラクティブ方式

常時商用給電方式を改良したもので、電圧変動の調整機能（AVR: 自動電圧調整機能）を備えています。停電時以外でも、電圧が不安定な場合にそれを補正して出力します。常時インバータ方式と常時商用給電方式の中間的な性能とコストを持ち、広く普及しています。

タクソノミとの深い関係

このUPSという装置は、「コンピュータの構成要素」全体を支える「電源とクロック」の安定化という点で、決定的な役割を果たしています。高品質な電源は、マザーボードやCPUといった主要な構成要素の長寿命化にも寄与します。そして「バッテリーとバックアップ」という機能は、単に停電に対応するだけでなく、電力品質を向上させ、システム全体の可用性（アベイラビリティ）を高めるために存在するのです。電源が不安定では、どんな高性能なCPUも本来の力を発揮できませんからね。

具体例・活用シーン

UPSが実世界でどのように活躍しているか、具体的な例と分かりやすいアナロジーで見ていきましょう。

サーバーとデータセンターでの絶対的な必要性

最もUPSが不可欠な場所は、データセンターや企業のサーバー室です。これらの場所では、24時間365日、中断なくサービスを提供し続ける必要があります。

活用シーン1: 企業のファイルサーバーやウェブサーバーは、数多くのユーザーのアクセスを処理しています。もし停電が発生した場合、UPSが作動し、システム管理者に「安全にシャットダウンするための時間」を提供します。これにより、何時間もの業務データが失われるのを防ぎます。
活用シーン2: 医療機関の電子カルテシステムなど、生命に関わる情報を扱うシステムでは、瞬断は許されません。常時インバータ方式のUPSが採用され、常にクリーンな電力を供給し続けることで、システムの信頼性を担保しています。これは本当に重要なバックアップ機能ですね。

アナロジー：リリーフピッチャーの役割

UPSの動作を理解するための良いメタファーとして、「野球におけるリリーフピッチャー（救援投手）」を思い浮かべてみてください。

通常の試合（商用電源が正常な状態）では、先発ピッチャー（商用電源）が投球を続けています。しかし、突然の雨や怪我、あるいは調子の悪化（停電や電圧変動）で、先発ピッチャーが投げられなくなった瞬間があります。

ここで、リリーフピッチャー（UPS）の出番です。

優秀なリリーフピッチャーは、監督（システム管理者）が次の戦略を立てるまでの間、試合の流れ（システム稼働）を絶対に中断させません。彼らは常に肩を作っており（バッテリーが充電されており）、「瞬時」にマウンドに上がって、試合の崩壊を防ぎます。

特に「常時インバータ方式」は、まるで先発が投げている間もずっとブルペンで投球練習を続けているようなもので、切り替え時間ゼロで完璧に引き継ぎます。UPSは、まさにシステムというチームの危機管理の要、信頼できるバックアップメンバーなのです。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート試験、基本情報技術者試験、応用情報技術者試験のいずれにおいても、UPSは「コンピュータの構成要素」の信頼性や可用性に関する問題として頻繁に出題されます。特に以下の点に注意してください。

1. 動作方式の比較と特徴

最も重要な出題ポイントは、3つの主要な動作方式（常時インバータ方式、常時商用給電方式、ラインインタラクティブ方式）のメリットとデメリットの比較です。

常時インバータ方式:
- 特徴: 無瞬断、電力品質が最高。
- デメリット: 高コスト、低効率（常時変換のため）。
- 出題パターン: 「ミッションクリティカルなシステムに最適な方式は何か？」
常時商用給電方式:
- 特徴: 低コスト、高効率。
- デメリット: 瞬断が発生する（切り替え時間がある）。
- 出題パターン: 「最も安価で、一般PC向けに使われる方式はどれか？」

2. UPSの導入目的

単に停電対策というだけでなく、「瞬時電圧低下（瞬低）」や「サージ（異常な高電圧）」といった電力異常に対する保護機能も重要な目的であることを問われます。UPSは、電源の安定化（フィルタリング）装置でもあることを覚えておきましょう。これは「電源とクロック」の安定化というタクソノミに直結します。

3. バッテリーの役割と保守

UPSのバッテリーは消耗品であり、定期的な交換が必要です。試験では、バッテリーの寿命や交換時期に関する知識、またはバッテリーの自己診断機能（セルフテスト）の重要性について問われることがあります。UPSは「バッテリーとバックアップ」の機能を提供しますが、そのバックアップ能力を維持するためには保守が不可欠だと理解してください。

4. BCP（事業継続計画）との関連

応用情報技術者試験では、UPSの導入がBCP（Business Continuity Plan）やディザスタリカバリ（DR）の一環としてどのように位置づけられるか、という応用的な問題が出題されます。UPSは、システムを安全に停止させ、復旧までのダウンタイムを最小限に抑えるための初動対策として非常に重要です。