Text preview for : APC 1.pdf part of tmm
Back to : ups.rar | Home
КОНСТРУКЦИЯ И РЕМОНТ ИСТОЧНИКОВ
БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ФИРМЫ APC (ЧАСТЬ 1)
Удивляет полное отсутствие информации о таких эти оценки с данными о продажах компьютеров
распространенных приборах, как источники беспере- (1,78 млн. штук), то получается, что в 2000 г. каждый
бойного питания. Мы прорываем информационную третий приобретенный компьютер оснащается инди-
блокаду и приступаем к публикации материалов по их видуальным ИБП.
устройству и ремонту. Из статьи Вы получите общее Подавляющую часть российского рынка ИБП за-
представление о существующих типах бесперебойни- нимает продукция шести компаний: АРС, Chloride,
ков и более подробное, на уровне принципиальной Invensys, IMV, Liebert, Powercom. Продукция компа-
схемы, о наиболее распространенных моделях нии АРС уже который год сохраняет лидирующую по-
Smart-UPS. зицию на российском рынке ИБП.
ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или
Надежность работы компьютеров во многом оп- stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства
ределяется качеством электрической сети. Послед- имеют различные конструкции и характеристики.
ствиями таких перебоев электропитания, как скачки, Блок-схема ИБП класса Off-line приведена на
подъемы, спады и потеря напряжения, могут оказать- рис. 1. При работе в нормальном режиме нагрузка
ся блокировка клавиатуры, потеря данных, повреж- питается отфильтрованным напряжением электро-
дение системной платы и пр. Для защиты дорогосто- сети. Для подавления электромагнитных и радиоча-
ящих компьютеров от неприятностей, связанных с стотных помех во входных цепях используются филь-
силовой сетью, используют источники бесперебойно- тры EMI/RFI Noise на металло-оксидных варисторах.
го питания (ИБП). ИБП позволяет избавиться от про- Если входное напряжение становится ниже или выше
блем, связанных с плохим качеством электропитания установленной величины или вообще исчезает, то
или его временным отсутствием, но не является дол- включается инвертор, который в нормальном режи-
говременным альтернативным источником электро- ме находится в отключенном состоянии. Преобразуя
питания, как генератор. постоянное напряжение батарей в переменное, ин-
По данным экспертно-аналитического центра вертор осуществляет питание нагрузки от батарей.
«СК ПРЕСС», в 2000 г. объем продаж ИБП на рос- Форма его выходного напряжения прямоугольные
сийском рынке составил 582 тыс. шт. Если сравнить импульсы положительной и отрицательной полярно-
сти с амплитудой 300 В и частотой 50 Гц. ИБП клас-
са Off-line неэкономично работают в электросетях с
частыми и значительными отклонениями напряже-
ния от номинальной величины, поскольку частый пе-
реход на работу от батарей уменьшает срок службы
последних. Мощность выпускаемых фирмой APC
ИБП класса Оff-line модели Back-UPS находится в
диапазоне 2501250 ВА, а модели Back-UPS Pro
в диапазоне 2801400 ВА.
Блок-схема ИБП класса Line-interactive приведе-
на на рис. 2. Так же, как и ИБП класса Off-line, они
Рис. 1. Блок-схема ИБП класса Off-line ретранслируют переменное напряжение электросети
в нагрузку, поглощая при этом относительно неболь-
шие всплески напряжения и сглаживая помехи.
Входные цепи используют фильтр EMI/RFI Noise на
металло-оксидных варисторах для подавления элек-
тромагнитных и радиочастотных помех. Если в элект-
росети произошла авария, то ИБП синхронно, без по-
тери фазы колебания, включает инвертор для пита-
ния нагрузки от батарей, при этом синусоидальная
форма выходного напряжения достигается фильтра-
цией ШИМ-колебания. Схема использует специаль-
ный инвертор для подзарядки батареи, который ра-
ботает и во время скачков сетевого напряжения.
Диапазон работы без подключения батареи расши-
Рис. 2. Блок-схема ИБП класса Line-interactive рен за счет использования во входных цепях ИБП
автотрансформатора с переключаемой обмоткой. Пе-
реход на питание от батареи происходит, когда напря-
жение электросети выходит за границы диапазона.
Мощность выпускаемых фирмой APC ИБП класса
Line-interactive модели Smart-UPS составляет
Рис. 3. Блок-схема ИБП класса On-line 2505000 ВА.
Блок-схема ИБП класса On-line приведена на Такие устройства, как Matrix и Symmetria, используют-
рис. 3. Эти ИБП преобразуют переменное входное на- ся в основном для банковских систем.
пряжение в постоянное, которое затем с помощью В этой статье рассмотрим конструкцию и схему
ШИМ-инвертора преобразуется снова в переменное со моделей Smart-UPS 450VA700VA, применяемых
стабильными параметрами. Поскольку нагрузку всегда для питания персональных компьютеров (ПК) и сер-
питает инвертор, то нет необходимости в переключе- веров. Их технические характеристики приведены
нии с внешней сети на инвертор, и время переключе- в табл. 1.
ния равно нулю. За счет инерционного звена постоян- ИБП Smart-UPS 450VA700VA и Smart-UPS
ного тока, каким является батарея, происходит изоля- 1000VA1400VA имеют одинаковую электричес-
ция нагрузки от аномалий сети и формируется очень кую схему и отличаются емкостью батарей, количе-
стабильное выходное напряжение. Даже при больших ством выходных транзисторов в инверторе, мощно-
отклонениях входного напряжения ИБП продолжает стью силового трансформатора и габаритами.
питать нагрузку чистым синусоидальным напряжением Рассмотрим параметры, характеризующие качество
с отклонением не более ±5% от устанавливаемого электроэнергии, а также терминологию и обозначения.
пользователем номинального значения. ИБП класса Проблемы с электропитанием могут выражаться в
On-line фирмы АРС имеют следующие выходные мощ- виде:
ности: модели Matrix UPS 3000 и 5000 ВА, модели полного отсутствия входного напряжения
Symmetra Power Array 8000, 12 000 и 16 000 ВА. blackout;
Модели Back-UPS не используют микропроцессор, временного отсутствия или сильного падения на-
а в моделях Back-UPS Pro, Smart-UPS, Smart/VS, пряжения, вызванного включением в сеть мощной на-
Matrix и Symmetria микропроцессор используется. грузки (электромотора, лифта и т.п.) sag или brownout;
Наибольшее распространение получили устройства: мгновенного и очень мощного повышения напря-
Back-UPS, Back-UPS pro, Smart-UPS, Smart-UPS/VS. жения, как при ударе молнии spike;
Таблица 1. Технические характеристики моделей Smart-UPS фирмы АРС
Модель 450VA 620VA 700VA 1400VA
Допустимое входное напряжение, В 0320
Входное напряжение
165283
при работе от сети*, В
Выходное напряжение*, В 208253
Защита входной цепи от перегрузки Возвращаемый в исходное положение автоматический выключатель
Диапазон частоты
4763
при работе от сети, Гц
Время переключения на питание от
4
батареи, мс
Максимальная мощность
450 (280) 620 (390) 700 (450) 1400 (950)
в нагрузке, ВА (Вт)
Выходное напряжение
230
при работе от батареи, В
Частота при работе от батареи, Гц 50 ± 0,1
Форма сигнала
Синусоида
при работе от батареи
Защита выходной цепи от перегрузки Защита от перегрузки и короткого замыкания, при перегрузке выключение с фиксацией
Тип батареи Свинцовая герметичная, необслуживаемая
Количество батарей Ч напряжение, В, 2 Ч 12 2Ч6 2 Ч 12 2 Ч 12
Емкость батарей, Ач 4,5 10 7 17
Срок службы батареи, лет 35
Время полного заряда, ч 25
Размеры ИБП 21,6 Ч 17 Ч
16,8 Ч 11,9 Ч 36,8 15,8 Ч 13,7 Ч 35,8
(высота Ч ширина Ч длина), см Ч 43,9
Масса нетто (брутто), кг 7,30 (9,12) 10,53 (12,34) 13,1 (14,5) 24,1 (26,1)
*Регулируется пользователем с помощью программного обеспечения PowerChute.
Таблица 2. Напряжения в контрольных точках
Сопротивление на
Напряжение Микросхема/вывод Возможные неисправные компоненты
общий провод
C41, C36, С63, IC4, SNMP, плата дисплея с гибким кабелем,
24 В IC4/1 1 МОм
вентилятор
12 В IC4/3 1 кОм IC5, С8, D401, IС2, Q9Q14, Q19Q24
5В IC5/3 1 кОм D402, С65, IС12, IС5, IС10, IС13 (перепрограммировать)
8 В IC17/1 15 кОм C7, Q39, Q40, C54, C53, D28, D27, IС9, IС17
периодического повышения напряжения, дляще- При пропадании напряжения на входе выключают-
гося доли секунды, вызванного, как правило, измене- ся реле RY2RY5, включается мощный ШИМ-инвер-
ниями нагрузки в сети surge. тор, питающийся от батареи, и в нагрузку поступает си-
В Росси провалы, пропадания и скачки напряжения нусоидальное напряжение 230 В, 50 Гц.
как вверх, так и вниз составляют приблизительно 95% Многозвенный фильтр подавления помех электро-
отклонений от нормы, остальное шумы, импульсные сети состоит из варисторов МV1, МV3, МV4, дросселя
помехи (иголки), высокочастотные выбросы. L1, конденсаторов С14С16 (рис. 5). Трансформатор
В качестве единиц измерения мощности использу- СТ1 анализирует высокочастотные составляющие на-
ются Вольт-Амперы (ВА, VA) и Ватты (Вт, W). Они отли- пряжения сети. Трансформатор СТ2 является датчиком
чаются коэффициентом мощности PF (Power Factor): тока нагрузки. Сигналы с этих датчиков, а также датчи-
ка температуры RTH1 поступают на аналого-цифровой
W = VA Ч PF.
преобразователь IC10 (ADC0838) (рис. 6).
Коэффициент мощности для компьютерной техни- Трансформатор Т1 является датчиком входного
ки равен 0,6...0,7. Число в обозначении моделей ИБП напряжения. Команда на включение устройства (АС
фирмы АРС означает максимальную мощность в ВА. ОК) подается c двухуровневого компаратора IC7 на
Например, модель Smart-UPS 600VA имеет мощность базу Q6. Трансформатор Т2 датчик выходного на-
400 Вт, а модель 900VA 630 Вт. пряжения для режима Smart TRIM/BOOST. С выво-
Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart- дов 23 и 24 процессора IC12 (рис. 6) сигналы BOOST
UPS/VS показана на рис. 4. Сетевое напряжение по- и TRIM подаются на базы транзисторов Q43 и Q49
ступает на входной фильтр ЕМ/RFI, служащий для по- для переключения реле RY3 и RY2 соответственно.
давления помех электросети. При номинальном напря- Сигнал синхронизации по фазе (PHAS-REF) с вы-
жении электросети включены реле RY5, RY4, RY3 вода 5 трансформатора T1 поступает на базу тран-
(контакты 1, 3), RY2 (контакты 1, 3), RY1, и входное на- зистора Q41 и с его коллектора на вывод 14 процес-
пряжение проходит в нагрузку. Реле RY3 и RY2 исполь- сора IC12 (рис. 6).
зуются для режима подстройки выходного напряжения В модели Smart-UPS используется микропроцес-
BOOST/TRIM. К примеру, если напряжение сети увели- сор IC12 (S87C654), который:
чилось и вышло за допустимый предел, реле RY3 и RY2 контролирует наличие напряжения в электросе-
подключают дополнительную обмотку W1 последова- ти. Если оно пропадает, то микропроцессор подклю-
тельно с основной W2. Образуется автотрансформа- чает мощный инвертор, работающий от батареи;
тор с коэффициентом трансформации включает звуковой сигнал для уведомления
пользователя о проблемах с электропитанием;
K = W2 / (W2 + W1)
обеспечивает безопасное автоматическое за-
меньше единицы, и выходное напряжение падает. крытие операционной системы (Netware, Windows NT,
В случае уменьшения сетевого напряжения дополни- OS/2, Scounix и Unix Ware, Windows 95/98), сохра-
тельная обмотка W1 реверсируется контактами реле няя данные через двунаправленный коммутационный
RY3 и RY2. Коэффициент трансформации порт при наличии установленной программы Power
Chute plus;
K = W2 / (W2 - W1)
автоматически корректирует падения (режим
становится больше единицы, и выходное напряжение по- Smart Boost) и превышения (режим Smart Trim) напря-
вышается. Диапазон регулировки составляет ±12%, ве- жения электросети, доводя выходное напряжение до
личина гистерезиса выбирается программой Power Chute. безопасного уровня без перехода на работу от батареи;
Рис. 4. Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart-UPS/VS
Рис. 5. Входные цепи
Рис. 6. Включение процессора
Рис. 7. Выходной инвертор
Таблица 3. Типовые неисправности ИБП Smart-Ups 450VA700VA
Краткое описание дефекта Возможная причина Способ отыскания и устранения неисправности
Не подключены батареи Подключить батареи
Заменить батарею. Емкость заряженной батареи можно
Плохая или неисправная батарея,
проверить лампой дальнего света от автомобиля (12 В,
мала ее емкость
150 Вт)
В этом случае на выводах батареи, подключенной к плате
Пробиты мощные полевые ИБП, нет напряжения. Проверить омметром и заменить
транзисторы инвертора транзисторы. Проверить резисторы в цепях их затворов.
ИБП не включается
Заменить IC16
Эта неисправность может быть вызвана замыканием
выводов гибкого кабеля на шасси ИБП. Заменить гибкий
Обрыв гибкого кабеля, соединяющего
кабель, соединяющий дисплей с основной платой ИБП.
дисплей
Проверить исправность предохранителя F3 и
транзистора Q5
Продавлена кнопка включения Заменить кнопку SW2
ИБП включается только от Заменить F3. Проверить исправность транзисторов
Сгорел предохранитель F3
батареи Q5 и Q6
ИБП не стартует. Светится Если батарея исправна, то ИБП Сделать калибровку напряжения батареи при помощи
индикатор замены батареи неверно отрабатывает программу фирменной программы от APC
Соединить сетевой кабель. Проверить омметром
Оторван сетевой кабель или нарушен
исправность пробки-автомата. Проверить соединение
контакт
шнура «горячий-нейтраль»
ИБП не включается в линию
Проверить исправность и качество паек элементов L1, L2 и
Холодная пайка элементов платы
особенно Т1
Неисправны варисторы Проверить или заменить варисторы MV1MV4
При включении ИБП Заменить Т1. Проверить исправность элементов:
Неисправен датчик напряжения Т1
происходит сброс нагрузки D18...D20, C63 и C10
Уменьшилась емкость конденсатора
Заменить конденсатор С17
С17
Мигают индикаторы дисплея Вероятна утечка конденсаторов Заменить С44 или С52
Неисправны контакты реле или Заменить реле. Заменить IС3 и D20. Диод D20 лучше
элементы платы заменить на 1N4937
Мощность подключенного
оборудования превышает Уменьшить нагрузку
номинальную
Неисправен трансформатор Т2 Заменить Т2
Перегрузка ИБП Заменить СТ1. Сопротивление более 4 Ом указывает на
Неисправен датчик тока СТ1
неисправность датчика тока
Заменить IС15. Проверить напряжение 8 В и 5 B.
Проверить и при необходимости заменить: IС12, IС8, IС17,
Неисправна IС15
IС14 и мощные полевые транзисторы инвертора.
Проверить обмотки силового трансформатора
Откалибровать напряжение батареи фирменной
программой от АРС. Проверить константы 4, 5, 6, 0.
Неверно работает программа ИБП
Константа 0 критична для каждой модели ИБП. Проверку
константы делать после замены батареи
Не заряжается батарея Вышла из строя схема заряда Заменить IС14. Проверить напряжение 8 В на выв. 9 IС14,
батареи если его нет, то заменить С88 или IС17
Заменить батарею. Ее емкость можно проверить лампой
Неисправна батарея
дальнего света от автомобиля (12 В, 150 Вт)
Неисправен микропроцессор IС12 Заменить IС12
При включении ИБП не Проверить исправность и заменить неисправные
Неисправна схема сброса
стартует, слышен щелчок элементы: IС11, IС15, Q51...Q53, R115, С77
Проверить и заменить неисправные Q57Q60 на плате
Дефект индикаторов Неисправна схема индикации
индикаторов
Заменить Q56. Проверить исправность элементов: Q55,
ИБП не работает в режиме Q54, IС12. Неисправна IС13, или ее придется
Дефект элементов платы
On-line перепрограммировать. Программу можно взять с
исправного ИБП
При переходе на работу от
батареи ИБП выключается и
Пробит транзистор Q3 Заменить транзистор Q3
включается
самопроизвольно
контролирует заряд батареи, тестирует ее реаль- емкость. Нагрузкой инвертора является обмотка
ной нагрузкой и защищает ее от перезаряда, обес- трансформатора, она подключается проводами W5
печивая непрерывную зарядку; (желтый) и W6 (черный). На вторичной обмотке
обеспечивает режим замены батарей без от- трансформатора формируется синусоидальное на-
ключения питания; пряжение 230 В, 50 Гц для питания подключенного
проводит самотестирование (каждые две не- оборудования.
дели или по нажатию кнопки Power) и выдает пре- Работа инвертора в «обратном» режиме исполь-
дупреждение о необходимости замены батареи; зуется для зарядки батареи пульсирующим током во
индицирует уровень подзарядки батареи, на- время нормальной работы ИБП.
пряжения в сети, нагрузки ИБП (количество под- ИБП имеет встроенный слот SNMP, который по-
ключенного к ИБП оборудования), режим питания от зволяет подключать дополнительные платы для рас-
батареи и необходимость ее замены. ширения возможностей ИБП:
В микросхеме памяти EEPROM IC13 хранятся за- адаптер Power Net SNMP, поддерживающий
водские установки, а также калиброванные установ- прямое соединение с сервером на случай аварий-
ки уровней сигналов частоты, выходного напряжения, ного закрытия системы;
границ перехода, напряжения зарядки батареи. расширитель интерфейса ИБП, обеспечиваю-
Цифро-аналоговый преобразователь IC15 щий управление до трех серверов;
(DAC-08CN) формирует на выводе 2 эталонный си- устройство дистанционного управления
нусоидальный сигнал, который используется как Call-UPS, обеспечивающее удаленный доступ через
опорный для IC17 (APC2010). модем.
ШИМ-сигнал формируется IC14 (APC2020) со- В ИБП имеется несколько напряжений, необходи-
вместно с IC17. Мощные полевые транзисторы мых для нормальной работы устройства: 24 В, 12 В,
Q9Q14, Q19Q24 образуют мостовой инвертор. 5 В и -8 В. Для их проверки можно воспользоваться
Во время положительной полуволны ШИМ-сигна- табл. 2. Измерять сопротивление с выводов микро-
ла открыты Q12Q14 и Q22Q24, а Q19Q21 и схем на общий провод следует при выключенном ИБП
Q9Q11 закрыты. Во время отрицательной полу- и разряженном конденсаторе С22. Типовые неисп-
волны открыты Q19Q21 и Q9Q11, а Q12Q14 и равности ИБП Smart-Ups 450VA700VA и способы
Q22Q24 закрыты. Транзисторы Q27Q30, Q32, их устранения приведены в табл. 3.
Q33, Q35, Q36 образуют двухтактные драйверы,
формирующие сигналы управления мощными поле- Во второй части статьи будет рассмотрено устрой-
выми транзисторами, имеющими большую входную ство ИБП класса On-line.