Схема источника бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания схема своими руками

Схема источника бесперебойного питания

ИБП используются для защиты различных типов электрооборудования в первую очередь компьютерной техники от перепадов напряжения в сети, а также могут в течение нескольких минут, часов или даже суток поддерживать их работу при полном отключении электроэнергии

Схема источника бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания способен справиться со следующими проблемами в электросети. полное отключение питающей сети, высоковольтные импульсные помехи, долговременные и кратковременные всплески напряжения; высокочастотный шум или помехи имеющие место быть в электросети, отклонение частоты более чем на 3 Гц.

Важными параметрами ИБП, является время переключения нагрузки на питание от аккумуляторных батарей и время автономной работы от аккумуляторной батареи.

Схема источника бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания основа схемы построения

Резервная схема построения ИБП в рабочем режиме питание нагрузки происходит от электрической сети, которое источник бесперебойного питания фильтрует на предмет высоковольтных импульсов и электромагнитных помех пассивными фильтрами.

При отклонениях сетевого напряжения за нормированные значения нагрузка автоматически подключается к питанию от аккумуляторов с помощью схемы инвертора, которая имеется в каждом ИБП. Как только напряжение в сети войдет в норму источник бесперебойного питания переключит нагрузку на электропитание от сети.

Интерактивная схема ИБП аналогична резервной схеме, но дополнительно на входе установлен ступенчатый стабилизатор напряжения на основе автотрансформатора, позволяющий регулировать выходное напряжение. При обычном режиме работы ИБП работающие по интерактивной схеме не регулируют частоту, а вот в случае отсутствия напряжения он начинает питаться от инвертора с аккумуляторной батареей. Плюсом такой схемы является более короткое время переключения. Кроме того осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением.

Схема двойного преобразования ИБП работает следующим образом: Входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем с помощью инвертора обратно в переменное. В случае отсутствия входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов происходит мгновенно, т.к аккумуляторы включены в цепь постоянно.

Схема источника бесперебойного питания

Основные технические параметры ИБП

Выходная мощность выходное напряжение
время переключения
время автономной работы
срок службы аккумуляторных батарей

Схема источника бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания. Основные узлы

Основные блоки и узлы которые могут входить в состав ИБП:

Устройство коммутаций
Сетевой фильтр
Зарядное устройство
Аккумуляторная батарея
Инвертор: Преобразователь переменного напряжения в постоянное. Стабилизатор постоянного напряжения, Преобразователь постоянного напряжения в переменное
Устройство коммутаций байпас
Датчик тока
Исходный фильтр
Датчик температуры
Интерфейс
Устройство индикации

Входное сетевое напряжение 220В, 50Гц подается через устройство коммутации и сетевой фильтр на зарядное устройство. Сетевой фильтр необходим для исключения попадания помех в питающую сеть, зарядное устройство осуществляет зарядку аккумуляторной батареи при условии наличия сетевого напряжения.

Инвертор входит в состав любого ИБП. Он построен на основе полупроводникового преобразователя постоянного напряжения АБ в переменное напряжение, поступающее на нагрузку. Часто инвертор совмещает в себе функции как собственно инвертора, так и зарядного устройства. В зависимости от типа ИБП инвертор выдает напряжение различной формы

Байпас - устройство коммутаций. Это устройство используется для непосредственной связи входа и выхода ИБП, исключая схему резервирования питания.

Байпас выполняет следующие функции:

включение или отключение ИБП

перевод нагрузки с инвертора на байпас в случае перегрузок и коротких замыканий на выходе

перевод нагрузки с инвертора на байпас с целью снижения потерь электроэнергии

Статический байпас собран на основе тиристорного ключа из встречно-паралельно включенных тиристоров. Управление ключом происходит от системы управления ИБП

Схема источника бесперебойного питания

Самодельный источник бесперебойного питания

Импульсный блок питания был взят готовый на 28 В, 50А, но можно собрать и самому схем существует великое множество. К импульсному источнику питания подключены два последовательно соединенных 12 вольтовых автомобильных аккумулятора. Инвертор тоже был использован готовый, т.к цена на его комплектующие почти в два раза выше готового устройства. Данного ИБП хватает почти на сутки энергопотребления небольшого частного дома. В случае длительного отключения, а в наших сибирских просторах это часто бывает, включаю на 6 часов дизель-генератор.

Схема источника бесперебойного питания

Наш ИБП рассчитан на следующие возможности: прямое преобразование из постоянного 12 вольтового напряжения в переменное 220 В с частотой 50 Гц. Максимальная мощность этой схемы ИБП 220 Вт. Обратное преобразование применяется для заряда аккумуляторной батареи. Ток заряда 6 А. Схема обеспечивает быстрое переключение из прямого преобразования в обратный режим.

На радиокомпонентах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 сделан тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой следования 50 Гц. Генератор, задает режим работы биполярных транзисторов VT1, VT6. В их коллекторную цепь подсоединены обмотки IIa, IIб трансформатора. Сетевой фильтр собран на пассивных компонентах С1, С2, L1, а на радиоэлементах VD1, СЗ, С4 фильтр тактового генератора.

В качестве трансформатора можно использовать любой трансформатор, с двумя напряжения 10В и с током нагрузки до 10 А. Катушка L1 собрана на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ. Кольцо обматываем лакотканью, а затем накручиваем по 10 витков провода диаметром 0,55…0,70 мм. на 2 обмотки.

Схема источника бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания от моделиста конструктора

В городских условиях необходимость в резервном источники возникает редко, а вот в реалиях сельской местности довольно часто происходят случаи отключения электроэнергии. В этой ситуации может помочь аварийное питание от автомобильного аккумулятора с преобразователем напряжения с 12 на 220 вольт. Запаса емкости хорошей батареи хватает на часов работы резервного энергоснабжения вашей квартиры.

*****

Схема источника бесперебойного питания

Это схема простого источника бесперебойного питания. Она выдает стабилизированное напряжение 5 В и нестабилизированное 12 В. При отключении электроэнергии источником питания становится аккумулятор, и этот переход происходит плавно, без скачков выходных напряжений.

Эту схему можно адаптировать и для других значений стабилизированного и нестабилизированного выходных напряжений, применяя различные стабилизаторы и аккумуляторы. Например, чтобы получить стабилизированные 15 В, необходимы соединенные последовательно два 12-вольтовых аккумулятора и интегральный стабилизатор 7815. Поэтому, данное схемное решение имеет довольно широкое применение.

Первичная обмотка трансформатора TR1 рассчитывается на номинальное значение напряжения электросети, например, в Великобритании оно составляет 240 В. Вторичная обмотка должна, при этом, выдавать напряжение не менее 12 В с током 2 А, но может быть рассчитана и на большее напряжение, например, на 15 В. Предохранитель F1 с замедленным срабатыванием защищает трансформатор от короткого замыкания в схеме или неисправности аккумулятора. Светодиод LED1 будет светиться, когда подается напряжение питания. При отключении энергоснабжения индикатор гаснет, и выходное напряжение поддерживается аккумулятором. На рисунке ниже приведен результат моделирования работы устройства при подключении к электросети.

Между клеммами VP1 и VP3 – номинальное нестабилизированное напряжение питания. На клеммах VP1 и VP2 присутствует стабилизированное напряжение 5 В. Через резистор R1 и диод D1 происходит заряд аккумулятора B1. Диоды D1 и D3 предотвращают свечение LED1 при отключении напряжения сети. Аккумулятор подзаряжается в капельном режиме, ток которого определяется следующим образом:

VP5 – напряжение после выпрямительного моста BR1, сглаженное конденсатором С1,
UB1 – напряжение на аккумуляторе B1.

Диод D2 должен быть включен в схему обязательно, без него на аккумулятор попадет полное напряжение VP5, без ограничения тока, что приведет к перегреву батареи и выходу ее из строя. На рисунке ниже показан результат моделирования схемы при отключении электроэнергии.

Обратите внимание, что напряжение 5 В стабильно при любом режиме работы схемы, и, в то же время, нестабилизированное напряжение питания VP3 может меняться в пределах нескольких вольт.

Время работы в резервном режиме

Время работы в резервном режиме зависит от нагрузок, подключенных к устройству, а также, от емкости аккумулятора. Если Вы используете 12-вольтовый аккумулятор емкостью 7 А·ч и подключили 5-вольтовую нагрузку с током 0.5 А (при этом к выходу нестабилизированного напряжения нагрузка не подключена), то стабильное напряжение 5 В будет поддерживаться примерно в течение 14 часов. Увеличив емкость батареи, получите большее время резервного режима.

Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Basic UPS

*****

Источник бесперебойного питания, или как в простонародье его называют ЮПС (BACK UPS) - это по сути повышающий преобразователь и зарядное устройство в одном корпусе. Устройство очень полезное, особенно для владельцев ПК. Устройство может автономно питать компьютер, если по каким-то причинам внезапно выключили электричество. К сожалению, встроенный аккумулятор не позволяет питать компьютер в течении долгого времени, поскольку его емкость ограничена 7-ю амперами (в некоторых мощных моделях стоит АКБ до 15-20А). Перейдем к самому аккумулятору.

Схема источника бесперебойного питания

В источниках бесперебойного напряжения используется закрытый гелиевый или кислотный аккумулятор. Встроенный аккумулятор рассчитан обычно на емкость от 7 до 8 Ампер/час, напряжение - 12 вольт. Аккумулятор полностью герметичен, это позволяет использовать устройство в любом состоянии. Помимо аккумулятора, внутри можно разглядеть громадный трансформатор, в данном случае на 400-500 ватт. Трансформатор работает в двух режимах -

1) как повышающий трансформатор для преобразователя напряжения.

2) как понижающий сетевой трансформатор для зарядки встроенного аккумулятора.

При работе в обычном режиме нагрузка питается отфильтрованным напряжением сети. Для подавления электромагнитных и помех во входных цепях используются фильтры. Если входное напряжение становится ниже или выше установленной величины или вообще исчезает, то включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Преобразуя постоянное напряжение батарей в переменное, инвертор осуществляет питание нагрузки от батарей. BACK UPS класса Off-line неэкономично работают в электросетях с частыми и значительными отклонениями напряжения от номинальной величины, поскольку частый переход на работу от батарей уменьшает срок службы последних. Мощность выпускаемых производителями Back-UPS находится в диапазоне 250-1200 ВА. Схема источника бесперебойного напряжения BACK UPS достаточно сложна. В архиве вы можете скачать большой сборник принципиальных схем, а ниже приведены несколько уменьшенных копий - клик для увеличения.

Схема источника бесперебойного питания

Схема источника бесперебойного питания

Схема источника бесперебойного питания

Схема источника бесперебойного питания

Схема источника бесперебойного питания

Тут можно встретить специальный контроллер, который отвечает за правильную работу устройства. Контроллер активирует реле, когда сетевое напряжение отсутствует и если бесперебойник включен, то он будет работать как преобразователь напряжения. Если напряжение в сети снова появляется, то контролер отключает преобразователь и устройство превращается в зарядное устройство. Емкость встроенного аккумулятора может хватать до 10 - 30 минут, если, разумеется, устройство питает компьютер. Подробнее почитать про работу и назначение узлов бесперебойника можно почитать в этой книге.

Схема источника бесперебойного питания

BACK UPS может быть использован в качестве резервного источника питания, вообще рекомендуется иметь каждому дому по бесперебойнику. Если бесперебойный ИП предназначен для бытовых потребностей, то желательно выпаять с платы сигнализатор, он напоминает, что устройство работает как преобразователь, напоминание писком он делает в каждые 5 секунд, а это надоедает. На выходе преобразователя чистые 210-240 вольт 50 герц, но что касается формы импульсов, там явно не чистый синус. BACK UPS может питать любую бытовую технику, в том числе и активную, разумеется, если мощность устройства позволит этого.

*****

Как устроены и работают источники бесперебойного питания (ИБП)

Схема источника бесперебойного питанияТребования к качеству электроэнергии законодательно прописаны государственными стандартами и довольно жесткими нормативами. Электроснабжающие организации прилагают много усилий для их соблюдения, но, они не всегда реализуются.

В наших квартирах, да и на производстве, периодически возникают:

полные отключения электричества на неопределенное время;

апериодические кратковременные (10÷100 мс) высоковольтные (до 6 кВ) импульсы напряжения;

всплески и снижения напряжения с различной продолжительностью;

накладки высокочастотных шумов;

Все эти неполадки отрицательно влияют на работу бытовых и офисных потребителей электроэнергии. Особенно страдают от качества электропитания микропроцессорные и компьютерные устройства, которые не только совершают сбои, но и могут полностью потерять свою работоспособность.

Назначение и виды источников бесперебойного питания

Чтобы сократить риски от возникновения неисправностей питающей электрической сети используются резервные устройства, которые принято называть источниками бесперебойного питания (ИБП) или UPS (образовано от сокращения английской фразы «Uninterruptible Power Supply») .

Они изготавливаются с разной конструкцией для решения специфических задач потребителя. Например, мощные ИБП с гелиевыми аккумуляторами способны поддерживать энергоснабжение целого коттеджа в течение нескольких часов.

Схема источника бесперебойного питания

Их АКБ получают заряд от линии электропередач, ветрогенератора, солнечных батарей или других носителей электроэнергии через выпрямительное устройство инвертора. Они же подпитывают электрические потребители коттеджа.

Когда внешний источник отключается, то аккумуляторы разряжаются на подключенную в их сеть нагрузку. Чем больше емкость АКБ и меньше ток их разряда, тем дольше они работают.

Иисточники бесперебойного питания средней мощности могут резервировать питание электрических котлов. систем поддержания микроклимата в помещениях и подобного оборудования.

В то же время самые простые модели UPS способны только завершить программу аварийного отключения компьютера. При этом длительность всего процесса их работы не превысит 9÷15 минут.

Компьютерные источники бесперебойного питания бывают:

встроенными в корпус устройства;

Первые конструкции распространены в ноутбуках, нетбуках, планшетах и подобных мобильных устройствах, работающих от встроенного аккумулятора, который снабжен схемой переключения питания и нагрузки.

АКБ ноутбука со встроенным контроллером является источником бесперебойного питания. Его схема в автоматическом режиме защищает работающее оборудование от неисправностей электросети.

Схема источника бесперебойного питания

Внешние конструкции ИБП. предназначенные для нормального завершения программ стационарного компьютера, изготавливаются отдельным блоком.

Схема источника бесперебойного питания

Их подключают через сетевой адаптер питания к электрической розетке. От них запитывают только те устройства, которые отвечают за работу программ:

системный блок с подключенной клавиатурой;

монитор, отображающий происходящие процессы.

Остальные периферийные устройства: сканеры, принтеры, акустические колонки и другое оборудование от UPS не запитывают. Иначе они при аварийном завершении программ будут забирать на себя часть энергии, накопленной в аккумуляторах.

Варианты построения рабочих схем ИБП

Компьютерные и промышленные UPS изготавливают по трем основным вариантам:

двойного преобразования электроэнергии.

При первом методе резервной схемы. обозначаемым английскими терминами «Standby» или «Off-Line» напряжение поступает из сети к компьютеру через ИБП, в котором электромагнитные помехи устраняются встроенными фильтрами. Здесь же установлен аккумулятор. емкость которого поддерживается током заряда, регулируемым контроллером.

Схема источника бесперебойного питания

Когда пропадает или выходит за установленные нормативы внешнее питание, то контроллер направляет энергию АКБ на питание потребителей. Для преобразования постоянного тока в переменный подключается простой инвертор.

Схема источника бесперебойного питания

Преимущества UPS Standby

Источники бесперебойного питания схемы Off-Line обладают высоким КПД, при поданном на них напряжении, тихо работают, мало выделяют тепла и относительно дешевы.

UPS Standby выделяются:

долгим переходом на питание от аккумулятора 4÷13 мс;

искаженной формой выходного сигнала, выдаваемого инвертором в виде меандра, а не гармоничной синусоиды;

отсутствием корректировки напряжения и частоты.

Такие устройства наиболее распространены на персональных компьютерах.

ИБП интерактивной схемы

Их обозначают английским термином ««Line-Interactive». Они выполняются по предыдущей, но более усложненной схеме за счет включения стабилизатора напряжения, использующего автотрансформатор со ступенчатым регулированием.

Схема источника бесперебойного питания

Это обеспечивает корректировку величины выходного напряжения, но управлять частотой сигнала они не способны.

Схема источника бесперебойного питания

Схема источника бесперебойного питания

Фильтрация помех в нормальном режиме и переход на инверторное питание при авариях происходит по алгоритмам UPS Standby.

Схема источника бесперебойного питания

Добавлением стабилизатора напряжения различных моделей с методиками управления им позволило создавать инверторы с формой сигнала не только меандра, но и синусоиды. Однако, небольшое количество ступеней регулирования на основе релейных переключений не позволяет реализовать функции полной стабилизации.

Особенно это характерно для дешевых моделей, которые при переходе на питание от аккумулятора не только завышают частоту выше номинальной, но и искажают форму синусоиды. Помехи вносит встроенный трансформатор, в сердечнике которого происходят процессы гистерезиса.

В дорогих моделях работают инверторы на полупроводниковых ключах. UPS Line-Interactive имеют большее быстродействие при переходе на питание от АКБ, чем у ИБП Off-Line. Оно обеспечивается работой алгоритмов синхронизации между входящим напряжением с выдаваемыми сигналами. Но при этом происходит некоторое занижение КПД.

ИБП Line-Interactive нельзя использовать для питания асинхронных двигателей, которые массово установлены на всей бытовой технике, включая системы отопления. Их используют для работы устройств с импульсными блоками. где питание фильтруется и выпрямляется одновременно: компьютеров и бытовой электроники.

ИБП двойного преобразования

Эта схема UPS получила название по английскому словосочетанию On-line» и работает на оборудовании, требующем высококачественного питания. В ней производится двойная конверсия электроэнергии, когда синусоидальные гармоники переменного тока постоянно преобразуются выпрямителем в постоянную величину, пропускаемую через инвертор для создания повторной синусоиды на выходе.

Здесь АКБ постоянно подключен в схему, что исключает необходимость его коммутаций. Этим способом практически исключается период подготовки источника бесперебойного питания на переключения.

Работу ИБП On-line по состоянию аккумулятора можно разделить на три этапа:

разряд на работу компьютера.

Цепи входа и выхода синусоиды разорваны внутренним переключателем UPS.

Схема источника бесперебойного питания

Подключенный к выпрямителю аккумулятор получает энергию заряда до тех пор, пока его емкость не восстановится до оптимальных значений.

После окончания заряда АКБ автоматика источника бесперебойного питания замыкает внутренний переключатель.

Схема источника бесперебойного питания

Аккумулятор поддерживает состояние готовности к работе в буферном режиме.

Схема источника бесперебойного питания

АКБ автоматически переводится на питание компьютерной станции.

У источников бесперебойного питания, работающих по методике двойного преобразования электроэнергии, КПД в режиме питания от линии ниже, чем у других моделей из-за расхода энергии на выделение тепла и шума. Но в сложных конструкциях применяются методики, позволяющие увеличить КПД.

UPS On-line споосбны выправлять не только величину напряжения, но и его частоту колебаний. Это выгодно отличает их от предыдущих моделей и позволяет использовать для питания различных сложных устройств с асинхронными двигателями. Однако, стоимость таких устройств значительно выше предыдущих моделей.

В зависимости от вида рабочей схемы в комплект источника бесперебойного питания входят:

аккумуляторы для накопления электроэнергии;

зарядное устройство. обеспечивающее поддержание работоспособности АКБ;

инвертор для формирования синусоиды,

схема управления процессами;

Для удаленного доступа к устройству может использоваться локальная сеть, а повысить надежность схемы можно за счет ее резервирования.

В отдельных источниках бесперебойного питания используется режим «Байпас», когда нагрузка запитывается отфильтрованным напряжением сети без работы основной схемы устройства.

Часть UPS имеет ступенчатый регулятор напряжения «Бустер», управляемый от автоматики.

В зависимости от необходимости выполнять сложные технические решения источники бесперебойного питания могут оснащаться еще дополнительными специальными функциями.

Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.

Информация и обучающие материалы для начинающих электриков.

Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.

Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+

Перепечатка материалов сайта запрещена.

Схема источника бесперебойного питания

*****

Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы АРС

Схема источника бесперебойного питания

Удивляет полное отсутствие информации о таких распространенных приборах, как источники бесперебойного питания. Мы прорываем информационную блокаду и приступаем к публикации материалов по их устройству и ремонту. Из статьи Вы получите общее представление о существующих типах бесперебойников и более подробное, на уровне принципиальной схемы, - о наиболее распространенных моделях Smart-UPS.

Надежность работы компьютеров во многом определяется качеством электрической сети. Последствиями таких перебоев электропитания, как скачки, подъемы, спады и потеря напряжения, могут оказаться блокировка клавиатуры, потеря данных, повреждение системной платы и пр. Для защиты дорогостоящих компьютеров от неприятностей, связанных с силовой сетью, используют источники бесперебойного питания (ИБП). ИБП позволяет избавиться от проблем, связанных с плохим качеством электропитания или его временным отсутствием, но не является долговременным альтернативным источником электропитания, как генератор.

По данным экспертно-аналитического центра «СК ПРЕСС», в 2000 г. объем продаж ИБП на российском рынке составил 582 тыс. шт. Если сравнить эти оценки с данными о продажах компьютеров (1,78 млн. штук), то получается, что в 2000 г. каждый третий приобретенный компьютер оснащается индивидуальным ИБП.

Подавляющую часть российского рынка ИБП занимает продукция шести компаний: APC, Chloride, Invensys, IMV, Liebert, Powercom. Продукция компании APC уже который год сохраняет лидирующую позицию на российском рынке ИБП.

ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства имеют различные конструкции и характеристики.

Рис. 1. Блок-схема ИБП класса Off-line

Блок-схема ИБП класса Off-line приведена на рис. 1. При работе в нормальном режиме нагрузка питается отфильтрованным напряжением электросети. Для подавления электромагнитных и радиочастотных помех во входных цепях используются фильтры EMI/RFI Noise на металло-оксидных варисторах. Если входное напряжение становится ниже или выше установленной величины или вообще исчезает, то включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Преобразуя постоянное напряжение батарей в переменное, инвертор осуществляет питание нагрузки от батарей. Форма его выходного напряжения - прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с амплитудой 300 В и частотой 50 Гц. ИБП класса Off-line неэкономично работают в электросетях с частыми и значительными отклонениями напряжения от номинальной величины, поскольку частый переход на работу от батарей уменьшает срок службы последних. Мощность выпускаемых фирмой АРС ИБП класса Off-line модели Back-UPS находится в диапазоне 250. 1250 ВА, а модели Back-UPS Pro -в диапазоне 2S0. 1400 ВА.

Рис. 2. Блок-схема ИБП класса Line-interactive

Блок-схема ИБП класса Line-interactive приведена на рис. 2. Так же, как и ИБП класса Off-line, они ретранслируют переменное напряжение электросети в нагрузку, поглощая при этом относительно небольшие всплески напряжения и сглаживая помехи. Входные цепи используют фильтр EMI/RFI Noise на металло-оксидных варисторах для подавления электромагнитных и радиочастотных помех. Если в электросети произошла авария, то ИБП синхронно, без потери фазы колебания, включает инвертор для питания нагрузки от батарей, при этом синусоидальная форма выходного напряжения достигается фильтрацией ШИМ-колебания. Схема использует специальный инвертор для подзарядки батареи, который работает и во время скачков сетевого напряжения. Диапазон работы без подключения батареи расширен за счет использования во входных цепях ИБП автотрансформатора с переключаемой обмоткой. Переход на питание от батареи происходит, когда напряжение электросети выходит за границы диапазона. Мощность выпускаемых фирмой АРС ИБП класса Line-interactive модели Smart-UPS составляет 250. 5000 ВА.

Рис. 3. Блок-схема ИБП класса On-line

Блок-схема ИБП класса On-line приведена на рис. 3. Эти ИБП преобразуют переменное входное напряжение в постоянное, которое затем с помощью ШИМ-инвертора преобразуется снова в переменное со стабильными параметрами. Поскольку нагрузку всегда питает инвертор, то нет необходимости в переключении с внешней сети на инвертор, и время переключения равно нулю. За счет инерционного звена постоянного тока, каким является батарея, происходит изоляция нагрузки от аномалий сети и формируется очень стабильное выходное напряжение. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП продолжает питать нагрузку чистым синусоидальным напряжением с отклонением не более +5% от устанавливаемого пользователем номинального значения. ИБП класса On-line фирмы АРС имеют следующие выходные мощности: модели Matrix UPS - 3000 и 5000 ВА, модели Symmetra Power Array - 8000, 12000 и 16000 ВА.

Модели Back-UPS не используют микропроцессор, а в моделях Back-UPS Pro, Smart-UPS, Smart/VS, Matrix и Symmetna микропроцессор используется.

Наибольшее распространение получили устройства: Back-UPS, Back-UPS pro, Smart-UPS, Smart-UPS/VS.

Такие устройства, как Matrix и Symmetna, используются в основном для банковских систем.

В этой статье рассмотрим конструкцию и схему моделей Smart-UPS 450VA. 700VA, применяемых для питания персональных компьютеров (ПК) и серверов. Их технические характеристики приведены в табл. 1.

Таблица 1. Технические характеристики моделей Smart-UPS фирмы АРС

* Регулируется пользователем с помощью программного обеспечения PowerChute.

ИБП Smart-UPS 450VA. 700VA и Smart-UPS 1000VA. 1400VA имеют одинаковую электрическую схему и отличаются емкостью батарей, количеством выходных транзисторов в инверторе, мощностью силового трансформатора и габаритами.

Рассмотрим параметры, характеризующие качество электроэнергии, а также терминологию и обозначения.

Проблемы с электропитанием могут выражаться в виде:

  • полного отсутствия входного напряжения - blackout;
  • временного отсутствия или сильного падения напряжения, вызванного включением в сеть мощной нагрузки (электромотора, лифта и т.п.) - sag или brownout;
  • мгновенного и очень мощного повышения напряжения, как при ударе молнии - spike;
  • периодического повышения напряжения, длящегося доли секунды, вызванного, как правило, изменениями нагрузки в сети - surge.

    В Росси провалы, пропадания и скачки напряжения как вверх, так и вниз составляют приблизительно 95% отклонений от нормы, остальное - шумы, импульсные помехи (иголки), высокочастотные выбросы.

    В качестве единиц измерения мощности используются Вольт-Амперы (ВА, VA) и Ватты (Вт, W). Они отличаются коэффициентом мощности PF (Power Factor):

    Коэффициент мощности для компьютерной техники равен 0,6. 0,7. Число в обозначении моделей ИБП фирмы АРС означает максимальную мощность в ВА. Например, модель Smart-UPS 600VA имеет мощность 400 Вт, а модель 900VA - 630 Вт.

    Рис. 4. Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart-UPS/VS

    Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart-UPS/VS показана на рис. 4. Сетевое напряжение поступает на входной фильтр EM/RFI, служащий для подавления помех электросети. При номинальном напряжении электросети включены реле RY5, RY4, RY3 (контакты 1, 3), RY2 (контакты 1, 3), RY1, и входное напряжение проходит в нагрузку. Реле RY3 и RY2 используются для режима подстройки выходного напряжения BOOST/TRIM. К примеру, если напряжение сети увеличилось и вышло за допустимый предел, реле RY3 и RY2 подключают дополнительную обмотку W1 последовательно с основной W2. Образуется автотрансформатор с коэффициентом трансформации

    меньше единицы, и выходное напряжение падает. В случае уменьшения сетевого напряжения дополнительная обмотка W1 реверсируется контактами реле RY3 и RY2. Коэффициент трансформации

    становится больше единицы, и выходное напряжение повышается. Диапазон регулировки составляет ±12%, величина гистерезиса выбирается программой Power Chute.

    При пропадании напряжения на входе выключаются реле RY2. RY5, включается мощный ШИМ-инвертор, питающийся от батареи, и в нагрузку поступает синусоидальное напряжение 230 В, 50 Гц.

    Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов MV1, МV3, MV4, дросселя L1, конденсаторов С14. С16 (рис. 5). Трансформатор СТ1 анализирует высокочастотные составляющие напряжения сети. Трансформатор СТ2 является датчиком тока нагрузки. Сигналы с этих датчиков, а также датчика температуры RTH1 поступают на аналого-цифровой преобразователь IC10 (ADC0838) (рис. 6).

    Рис. 5. Входные цепи

    Рис. 6. Включение процессора

    Рис. 7. Выходной инвертор

    Трансформатор Т1 является датчиком входного напряжения. Команда на включение устройства (АС-ОК) подается с двухуровневого компаратора IC7 на базу Q6. Трансформатор Т2 - датчик выходного напряжения для режима Smart TRIM/BOOST. С выводов 23 и 24 процессора IC1 2 (рис. 6) сигналы BOOST и TRIM подаются на базы транзисторов Q43 и Q49 для переключения реле RY3 и RY2 соответственно.

    Сигнал синхронизации по фазе (PHAS-REF) с вывода 5 трансформатора Т1 поступает на базу транзистора Q41 и с его коллектора на вывод 14 процессора IC12 (рис. 6).

    В модели Smart-UPS используется микропроцессор IC12 (S87C654), который:

  • контролирует наличие напряжения в электросети. Если оно пропадает, то микропроцессор подключает мощный инвертор, работающий от батареи;
  • включает звуковой сигнал для уведомления пользователя о проблемах с электропитанием;
  • обеспечивает безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Netware, Windows NT, OS/2, Scounix и Unix Ware, Windows 95/98), сохраняя данные через двунаправленный коммутационный порт при наличии установленной программы Power Chute plus;
  • автоматически корректирует падения (режим Smart Boost) и превышения (режим Smart Trim) напряжения электросети, доводя выходное напряжение до безопасного уровня без перехода на работу от батареи;
  • контролирует заряд батареи, тестирует ее реальной нагрузкой и защищает ее от перезаряда, обеспечивая непрерывную зарядку;
  • обеспечивает режим замены батарей без отключения питания;
  • проводит самотестирование (каждые две недели или по нажатию кнопки Power) и выдает предупреждение о необходимости замены батареи;
  • индицирует уровень подзарядки батареи, напряжения в сети, нагрузки ИБП (количество подключенного к ИБП оборудования), режим питания от батареи и необходимость ее замены.

    В микросхеме памяти EEPROM IC13 хранятся заводские установки, а также калиброванные установки уровней сигналов частоты, выходного напряжения, границ перехода, напряжения зарядки батареи.

    Цифро-аналоговый преобразователь IC15 (DAC-08CN) формирует на выводе 2 эталонный синусоидальный сигнал, который используется как опорный для IC17 (АРС2010).

    ШИМ-сигнал формируется IC14 (АРС2020) совместно с IC17. Мощные полевые транзисторы Q9. Q14, Q19. Q24 образуют мостовой инвертор. Во время положительной полуволны ШИМ-сигнала открыты Q12. Q14 и Q22. Q24, a Q19. Q21 и Q9. Q11 закрыты. Во время отрицательной полуволны открыты Q19. Q21 и Q9. Q11, a Q12. Q14 и Q22. Q24 закрыты. Транзисторы Q27. Q30, Q32, Q33, Q35, Q36 образуют двухтактные драйверы, формирующие сигналы управления мощными полевыми транзисторами, имеющими большую входную емкость. Нагрузкой инвертора является обмотка трансформатора, она подключается проводами W5 (желтый) и W6 (черный). На вторичной обмотке трансформатора формируется синусоидальное напряжение 230 В, 50 Гц для питания подключенного оборудования.

    Работа инвертора в «обратном» режиме используется для зарядки батареи пульсирующим током во время нормальной работы ИБП.

    ИБП имеет встроенный слот SNMP, который позволяет подключать дополнительные платы для расширения возможностей ИБП:

  • адаптер Power Net SNMP, поддерживающий прямое соединение с сервером на случай аварийного закрытия системы;
  • расширитель интерфейса ИБП, обеспечивающий управление до трех серверов;
  • устройство дистанционного управления Call-UPS, обеспечивающее удаленный доступ через модем.

    В ИБП имеется несколько напряжений, необходимых для нормальной работы устройства: 24 В, 12 В, 5 В и -8 В. Для их проверки можно воспользоваться табл. 2. Измерять сопротивление с выводов микросхем на общий провод следует при выключенном ИБП и разряженном конденсаторе С22. Типовые неисправности ИБП Smart-Ups 450VA. 700VA и способы их устранения приведены в табл. 3.

    Таблица 2. Напряжения в контрольных точках

    Заменить батарею. Емкость заряженной батареи можно проверить лампой дальнего света от автомобиля (12 В, 150 Вт)

    Пробиты мощные полевые транзисторы инвертора

    В этом случае на выводах батареи, подключенной к плате ИБП, нет напряжения. Проверить омметром и заменить транзисторы. Проверить резисторы в цепях их затворов. Заменить IC16

    Обрыв гибкого кабеля, соединяющего дисплей

    Эта неисправность может быть вызвана замыканием выводов гибкого кабеля на шасси ИБП. Заменить гибкий кабель, соединяющий дисплей с основной платой ИБП. Проверить исправность предохранителя F3 и транзистора Q5

    Продавлена кнопка включения

    Заменить кнопку SW2

    ИБП включается только от батареи

    Индекс «I» (International) в названиях моделей ИБп означает, что модели рассчитаны на входное напряжение 230 В, В устройствах установлены герметичные свинцовые необслуживаемые аккумуляторы со сроком службы 3. 5 лет по стандарту Euro Bat. Все модели оснащены фильтрами-ограничителями, подавляющими скачки и высокочастотные помехи сетевого напряжения. Устройства подают соответствующие звуковые сигналы при пропадании входного напряжения, разрядке аккумуляторов и перегрузке. Пороговое значение напряжения сети, ниже которого ИБп переходит на работу от аккумуляторов, устанавливается переключателями на задней панели устройства. Модели BK400I и BK600I имеют интерфейсный порт, подключаемый к компьютеру или серверу для автоматического самостоятельного закрытия системы, тестовый переключатель и выключатель звукового сигнала.

    Рис. 8. Структурная схема

    Структурная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I показана на рис. 8. Сетевое напряжение поступает на входной многоступенчатый фильтр через прерыватель цепи. Прерыватель цепи выполнен в виде автоматического выключателя на задней панели ИБП. В случае значительной перегрузки он отключает устройство от сети, при этом контактный столбик выключателя выталкивается вверх. Чтобы включить ИБП после перегрузки, необходимо вернуть в исходное положение контактный столбик выключателя. Во входном фильтре-ограничителе электромагнитных и радиочастотных помех используются LC-звенья и металлооксидные варисторы. При работе в нормальном режиме контакты 3 и 5 реле RY1 замкнуты, и ИБП передает в нагрузку напряжение электросети, фильтруя высокочастотные помехи. Зарядный ток поступает непрерывно, пока в сети есть напряжение. Если входное напряжение падает ниже установленной величины или вообще исчезает, а также если оно сильно зашумлено, контакты 3 и 4 реле замыкаются, и ИБП переключается на работу от инвертора, который преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное. Время переключения составляет около 5 мс, что вполне приемлемо для современных импульсных блоков питания компьютеров. Форма сигнала на нагрузке - прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с частотой 50 Гц, длительностью 5 мс, амплитудой 300 В, эффективным напряжением 225 В. На холостом ходу длительность импульсов сокращается, и эффективное выходное напряжение падает до 208 В. В отличие от моделей Smart-UPS, в Back-UPS нет микропроцессора, для управления устройством используются компараторы и логические микросхемы.

    Принципиальная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I практически полностью приведена на рис. 9. 11. Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов MOV2, MOV5, дросселей L1 и L2, конденсаторов С38 и С40 (рис. 9). Трансформатор Т1 (рис. 10) является датчиком входного напряжения. Его выходное напряжение используется для зарядки аккумуляторов (в этой цепи используются D4. D8, IC1, R9. R11, С3 и VR1) и анализа сетевого напряжения.

    Рис. 9. Выходной инвертор

    Рис. 10. Входные цепи

    Рис. 11. Схема управления

    Если оно пропадает, то схема на элементах IC2. IC4 и IC7 подключает мощный инвертор, работающий от аккумулятора. Команда ACFAIL включения инвертора формируется микросхемами IC3 и IC4. Схема, состоящая из компаратора IC4 (выводы 6, 7, 1 ) и электронного ключа IC6 (выводы 10, 11, 12), разрешает работу инвертора сигналом лог. «1», поступающим на выводы 1 и 13 IC2.

    Делитель, состоящий из резисторов R55, R122, R1 23 и переключателя SW1 (выводы 2, 7 и 3, 6), расположенного на тыловой стороне ИБП, определяет напряжение сети, ниже которого ИБП переключается на батарейное питание. Заводская установка этого напряжения 196 В. В районах, характеризующихся частыми колебаниями напряжения сети, приводящими к частым переключениям ИБП на батарейное питание, пороговое напряжение должно быть установлено на более низкий уровень. Точная настройка порогового напряжения выполняется резистором VR2.

    Во время работы от батареи микросхема IC7 формирует импульсы возбуждения инвертора PUSHPL1 и PUSHPL2. В одном плече инвертора установлены мощные полевые транзисторы Q4. Q6 и Q36, в другом -Q1. Q3 и Q37. Своими коллекторами транзисторы нагружены на выходной трансформатор. На вторичной обмотке выходного трансформатора формируется импульсное напряжение с эффективным значением 225 В и частотой 50 Гц, которое используется для питания подключенного к ИБП оборудования. Длительность импульсов регулируется переменным резистором VR3, а частота - резистором VR4 (рис. 10). Включение и выключение инвертора синхронизируется с напряжением сети схемой на элементах IC3 (выводы 3. 6), IC6 (выводы 3. 5, 6, 8, 9) и IC5 (выводы 1. 3 и 11. 13). Схема на элементах SW1 (выводы 1 и 8), IC5 (выводы 4. В и 8. 10), IC2 (выводы 8. 10), IC3 (выводы 1 и 2), IC10 (выводы 12 и 13), D30, D31, D18, Q9, BZ1 (рис. 11) включает звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о проблемах с электропитанием. Во время работы от батареи ИБП каждые 5 с издает одиночный звуковой сигнал, указывающий на необходимость сохранения файлов пользователя, т.к. емкость аккумуляторов ограничена. При работе от батареи ИБП осуществляет контроль за ее емкостью и за определенное время до ее разряда подает непрерывный звуковой сигнал. Если выводы 4 и 5 переключателя SW1 разомкнуты, то это время составляет 2 минуты, если замкнуты - 5 минут. Для отключения звукового сигнала надо замкнуть выводы 1 и 8 переключателя SW1.

    Все модели Back-UPS, за исключением BK250I, имеют двунаправленный коммуникационный порт для связи с ПК. Программное обеспечение Power Chute Plus позволяет компьютеру осуществлять как текущий контроль ИБП, так и безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Novell, Netware, Windows NT, IBM OS/2, Lan Server, Scounix и UnixWare, Windows 95/98), сохраняя файлы пользователя. На рис. 11 этот порт обозначен как J14. Назначение его выводов: 1 - UPS SHUTDOWN. ИБП выключается, если на этом выводе появляется лог. «1» в течение 0,5 с.
    2 - AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП генерирует на этом выводе лог. «1».
    3 - СС AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.
    4, 9 - DB-9 GROUND. Общий провод для ввода/вывода сигналов. Вывод имеет сопротивление 20 Ом относительно общего провода ИБП.
    5 - СС LOW BATTERY. В случае разряда батареи ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.
    6 - ОС AC FAIL При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «1». Выход с открытым коллектором.
    7, 8 - не подключены.

    Выходы с открытым коллектором могут подключаться к ТТЛ-схемам. Их нагрузочная способность до 50 мА, 40 В. Если к ним нужно подключить реле, то обмотку следует зашунтировать диодом.

    Обычный «нуль-модемный» кабель для связи с этим портом не подходит, соответствующий интерфейсный кабель RS-232 с 9-штырьковым разъемом поставляется в комплекте с программным обеспечением.

    КАЛИБРОВКА И РЕМОНТ ИБП

    Установка частоты выходного напряжения

    Для установки частоты выходного напряжения подключить на выход ИБП осциллограф или частотомер. Включить ИБП в режим работы от батареи. Измеряя частоту на выходе ИБП, регулировкой резистора VR4 установить 50 ± 0,6 Гц.

    Установка значения выходного напряжения

    Включить ИБП в режим работы от батареи без нагрузки. Подключить на выход ИБП вольтметр для измерения эффективного значения напряжения. Регулировкой резистора VR3 установить напряжение на выходе ИБП 208 ± 2 В.

    Установка порогового напряжения

    Переключатели 2 и 3, расположенные на тыловой стороне ИБП, установить в положение OFF. Подключить ИБП к трансформатору типа ЛАТР с плавной регулировкой выходного напряжения. На выходе ЛАТРа установить напряжение 196 В. Повернуть резистор VR2 против часовой стрелки до упора, затем медленно поворачивать резистор VR2 по часовой стрелке до тех пор, пока ИБП не перейдет на батарейное питание.

    Установка напряжения заряда

    Установить на входе ИБП напряжение 230 В. Отсоединить красный провод, идущий к положительному выводу аккумулятора. Используя цифровой вольтметр, регулировкой резистора VR1 установить на этом проводе напряжение 13,76 ± 0,2 В относительно общей точки схемы, затем восстановить соединение с аккумулятором.

    Типовые неисправности и методы их устранения приведены в табл. 4, а в табл. 5 - аналоги наиболее часто выходящих из строя компонентов.

    Таблица 4. Типовые неисправности ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I

    Проверить правильность подключения аккумуляторных батарей

    Проверить исправность инвертора. Для этого отключить ИБП от сети переменного тока, отсоединить аккумуляторы и разрядить емкость С3 резистором 100 Ом, прозвонить омметром каналы «сток-исток» мощных полевых транзисторов Q1. Q6, Q37, Q36. Если сопротивление составляет несколько Ом или меньше, то транзисторы заменить. Проверить резисторы в затворах R1. R3, R6. R8, R147, R148. Проверить исправность транзисторов Q30, Q31 и диодов D36. D38 и D41. Проверить предохранители F1 и F2

    Заменить микросхему IC2

    При включении ИБП отключает нагрузку

    Неисправен трансформатор Т1

    Проверить исправность обмоток трансформатора Т1. Проверить дорожки на плате, соединяющие обмотки Т1. Проверить предохранитель F3

    ИБП работает от аккумуляторов несмотря на то, что есть напряжение в сети

    Напряжение в электросети очень низкое или искажено

    Проверить входное напряжение с помощью индикатора или измерительного прибора. Если это допустимо для нагрузки, уменьшить чувствительность ИБП, т.е. изменить границу срабатывания при помощи переключателей, расположенных на задней стенке устройства

    ИБП включается, но напряжение в нагрузку не поступает

    Неисправно реле RY1

    Проверить исправность реле RY1 и транзистора Q10 (BUZ71). Проверить исправность IC4 и IC3 и напряжение питания на их выводах

    Проверить дорожки на плате, соединяющие контакты реле

    ИБП жужжит и/или отключает нагрузку, не обеспечивая ожидаемого времени резервного электропитания

    Неисправен инвертор или один из его элементов

    См. подпункт «Неисправен инвертор»

    ИБП не обеспечивает ожидаемого времени резервного электропитания

    Аккумуляторные батареи разряжены или потеряли емкость

    Зарядите аккумуляторные батареи. Они требуют перезарядки после продолжительных отключений сетевого питания. Кроме того, батареи быстро стареют при частом использовании или при эксплуатации в условиях высокой температуры. Если приближается конец срока службы батарей, то целесообразно их заменить, даже если еще не подается тревожный звуковой сигнал замены аккумуляторных батарей. Емкость заряженной батареи проверить автомобильной лампой дальнего света 12 В, 150 Вт

    Уменьшить количество потребителей на выходе ИБП

    После замены аккумуляторов ИБП не включается

    Неправильное подключение аккумуляторных батарей при их замене

    Проверьте правильность подключения аккумуляторных батарей

    При включении ИБП издает громкий тональный сигнал, иногда с понижающимся тоном

    Неисправны или сильно разряжены аккумуляторные батареи

    Зарядить аккумуляторные батареи в течение не менее четырех часов. Если после перезарядки проблема не исчезнет, следует заменить аккумуляторные батареи

    Аккумуляторные батареи не заряжаются

    Неисправен диод D8

    Проверить исправность D8. Его обратный ток не должен превышать 10 мкА

    Напряжение заряда ниже необходимого уровня

    Откалибровать напряжение заряда аккумулятора

  • Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *