Схема бесперебойного блока питания – Как подключить ИБП к сети? ➔ Схемы подключения источников бесперебойного питания на Newet.ru

СХЕМА BACK 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. 

BACK UPS - аккумулятор в схеме

   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. 

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

   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. 

Плата печатная схемы BACK UPS

   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.

Конструкция и ремонт ИБП фирмы APC.

Подробности
Категория: Источники 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.

   ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства имеют различные конструкции и характеристики.  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 APC ИБП класса Оff-line модели Back-UPS находится в диапазоне 250…1250 ВА, а модели Back-UPS Pro – в диапазоне 280…1400 ВА.  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 APC ИБП класса Line-interactive модели Smart-UPS  составляет 250…5000 ВА.

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

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

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, 12 000 и 16 000 ВА. Модели Back-UPS не используют микропроцессор, а в моделях Back-UPS Pro, Smart-UPS, Smart/VS, Matrix и Symmetria микропроцессор используется.

   Наибольшее распространение получили устройства: Back-UPS, Back-UPS pro, Smart-UPS, Smart-UPS/VS.
  Такие устройства, как Matrix и Symmetria, 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.
   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;


Рис. 4. Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart-UPS/VS
• 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):
W = VA х PF.
   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.
   Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart UPS/VS показана на рис. 4. Сетевое напряжение поступает на входной фильтр ЕМ/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 на пряжение 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
K = W2 / (W2 + W1)
меньше единицы, и выходное напряжение падает. В случае уменьшения сетевого напряжения дополнительная обмотка W1 реверсируется контактами реле RY3 и RY2. Коэффициент трансформации
K = W2 / (W2 — W1)
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 МV1, МV3, МV4, 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 RTh2 поступают на аналого-цифровой преобразователь IC10 (ADC0838) (рис. 6).
 Трансформатор Т1 является датчиком входного напряжения. Команда на включение устройства (АС–ОК) подается c двухуровневого компаратора IC7 на базу Q6. Трансформатор Т2 – датчик выходного напряжения для режима Smart TRIM/BOOST. С выводов 23 и 24 процессора IC12 (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 T1 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;


Рис. 5. Входные цепи


Рис. 6. Включение процессора


Рис. 7. Выходной инвертор

Краткое описание дефекта  Возможная причина Способ отыскания и устранения неисправности

ИБП не включается

 Не подключены батареи Подключить батареи
Плохая или неисправная батарея, мала ее емкость 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  Сгорел предохранитель F3  Заменить F3. Проверить исправность транзисторов Q5 и Q6
 ИБП не стартует. Светится
индикатор замены батареи
 Если батарея исправна, то ИБП неверно отрабатывает программу  Сделать калибровку напряжения батареи при помощи фирменной программы от APC
 ИБП не включается в линию  Оторван сетевой кабель или нарушен контакт  Соединить сетевой кабель. Проверить омметром
исправность пробки-автомата. Проверить соединение
шнура «горячий-нейтраль»
 Холодная пайка элементов платы  Проверить исправность и качество паек элементов L1, L2 и особенно Т1
 Неисправны варисторы  Проверить или заменить варисторы MV1…MV4
 При включении ИБП происходит сброс нагрузки  Неисправен датчик напряжения Т1  Заменить Т1. Проверить исправность элементов:D18 … D20, C63, C10
 Мигают индикаторы дисплея  Уменьшилась емкость конденсатора С17  Заменить конденсатор С17
 Вероятна утечка конденсаторов  Заменить С44 или С52
 Неисправны контакты реле или элементы платы  Заменить реле. Заменить IС3 и D20. Диод D20 лучше заменить на 1N4937
 Перегрузка ИБП  Мощность подключенного оборудования превышает номинальную  Уменьшить нагрузку
 Неисправен трансформатор Т2   Заменить Т2
 Неисправен датчик тока СТ1  Заменить СТ1. Сопротивление более 4 Ом указывает на неисправность датчика тока.
 Неисправна IС15  Заменить IС15. Проверить напряжение –8 В и 5 B. Проверить и при необходимости заменить: IС12, IС8, IС17, IС14 и мощные полевые транзисторы инвертора. Проверить обмотки силового трансформатора
 Не заряжается батарея Неверно работает программа ИБП  Откалибровать напряжение батареи фирменной программой от АРС. Проверить константы 4, 5, 6, 0. Константа 0 критична для каждой модели ИБП. Проверку константы делать после замены батареи.
Вышла из строя схема заряда батареи Заменить IС14. Проверить напряжение 8 В на выв. 9 IС14, если его нет, то заменить С88 или IС17
Неисправна батарея Заменить батарею. Емкость заряженной батареи можно проверить лампой дальнего света от автомобиля (12 В, 150 Вт)
Неисправен микропроцессор IС12 Заменить IС12
При включении ИБП не стартует, слышен щелчок Неисправна схема сброса Проверить и заменить неисправные элементы: IC11, IC15, Q51…Q53, R115, C77
Дефект индикаторов Неисправна схема индикации Проверить и заменить неисправные Q57…Q60 на плате
 ИБП не работает в режиме On-line  Дефект элементов платы  Заменить Q56. Проверить исправность элементов: Q55, Q54, IС12. Неисправна IС13, или ее придется перепрограммировать. Программу можно взять с исправного ИБП
 При переходе на работу от батареи ИБП выключается и включается самопроизвольно Пробит транзистор Q3  Заменить транзистор Q3

Таблица 3. Типовые неисправности ИБП Smart-Ups 450VA…700VA

• 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 (APC2010).
   ШИМ-сигнал формируется IC14 (APC2020) 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, а Q19…Q21 и Q9…Q11 закрыты. Во время отрицательной полуволны открыты Q19…Q21 и Q9…Q11, а 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.

Добавить комментарий

РЕМОНТ БЕСПЕРЕБОЙНИКА

   Источник бесперебойного питания довольно сложное устройство, которое условно можно разделить на два блока — это преобразователь 12В в сетевое 220В, и зарядное устройство выполняющее обратную функцию: 220В на 12В для подзарядки аккумулятора. В большинстве случаев ремонт бесперебойника очень проблемный и дорогостоящий. Но пробовать всё-же стоит — конечно всегда есть шанс на халяву в виде сгоревшего предохранителя:) 

бесперебойник APC500

Передняя панель АРС500

Розетки и гнёзда АРС-500

   У знакомого на фирме выкинули нерабочий бесперебойник модели APC 500. Но прежде чем пустить его на запчасти, решил попробовать его оживить. И как оказалось не зря. Прежде всего меряем напряжение на аккумуляторной гелевой батарее. Для функционирования бесперебойника но должно быть в пределах 10-14В. Вольтаж в норме, так что проблема с аккумулятором отпадает.

аккумулятор питания бесперебойника APC500

проверка напряжения батареи бесперебойника

   Теперь осмотрим саму плату и померяем питание в ключевых точках схемы. Родной принципиальной схемы бесперебойника APC500 не нашёл, но вот кое что похожее. Для лучшей чёткости скачайте полноценную схему здесь. Проверяем мощные олевые транзисторы — норма. Питание на электронную управляющую часть источника бесперебойного питания поступает с небольшого сетевого трансформатора на 15В. Меряем это напряжение до диодного моста, после, и после стабилизатора 9В. 

транзисторы бесперебойника APC 500

   А вот и первая ласточка. Напряжение 16В после фильтра входит в микросхему — стабилизатор, а на выходе всего пару вольт. Заменяем её на аналогичную по вольтажу модель и воссстанавливаем питание схемы блока управления. 

блок управления упс

микросхема питания платы бесперебойника APC 500

   Бесперебойник начал трещать и жужжать, но на выходе 220В по прежнему не наблюдается. Продолжаем внимательный осмотр печатной платы.

Общий вид печтоной платы АРС500

печатная плата бесперебойника модели APC 500

   Ещё одна проблема — одна из тонких дорожек перегорела и пришлось заменить её тонкой проволочкой. Вот теперь устройство бесперебойного питания APC500 заработало без проблем.

ремонт сгоревшей дорожки в упс арс500

   Испытывая в реальных условиях, пришёл к выводу, что встроенная пищалка сигнализатор отсутствия сети орёт как дурная, и не мешало бы её немного утихомирить. Полностью выключать нельзя — так как будет не слышно состояния аккумулятора в аварийном режиме (определяется по частоте сигналов), а вот сделать тише можно и нужно.

уменьшение громкости пищалки в ИБП

   Это достигается включением резистора на 500-800 Ом последовательно со звукоизлучателем. И напоследок несколько советов владельцам бесперебойников. Если он иногда отключает нагрузку, возможно проблема в блоке питания компьютера с «подсохшими» конденсаторами. Подключите UPS ко входу заведомо исправного компа и посмотрите — прекратятся ли срабатывания. 

блок управления бесперебойником APC500

   Бесперебойник иногда неверно определяет ёмкость свинцовых батарей показывая статус ОК, но стоит только ему переключится на них, как они внезапно садятся и нагрузка «выбивается». Убедитесь, что клеммы заходят плотно, а не болтаются. Не отключайте его надолго от сети, лишая возможности держать аккумуляторы на постоянной подзарядке. Не допускайте глубоких разрядов батарей, оставляя по меньшей мере 10% емкости, после чего следует отключать бесперебойник до восстановления питающего напряжения. Хотя бы раз в три месяца устраивайте «тренировку», разряжая батарею до 10% и опять заряжая аккумулятор до полной ёмкости.

   Форум по ремонту бесперебойников

   Обсудить статью РЕМОНТ БЕСПЕРЕБОЙНИКА


Как подключить ИБП к сети? ➔ Схемы подключения источников бесперебойного питания на Newet.ru

Чтобы определить, как подключить ИБП к электронному оборудованию правильно и без ошибок, необходимо сначала разобраться с особенностями конструкции и принципом работы этих устройств. Источники бесперебойного питания предназначены для автономного электропитания компьютерной техники, отопительных котлов, рабочих станций, телекоммуникационных систем, контрольно-измерительной аппаратуры, средств автоматизации техпроцессов и различного электрооборудования при возникновении проблем с централизованной электросетью.

В случае сбоя или отключения сети бесперебойник автоматически переключает нагрузку на питание от аккумуляторных батарей. Дополнительно современные ИБП защищают подключенное оборудование от скачков напряжения, шумов, помех, отклонений частоты, выбросов, гармонических искажений. Благодаря этому обеспечивается высокая эффективность работы электроаппаратуры, продлевается срок ее службы.

Способы подсоединения ИБП к электросети

Существует три основных типа бесперебойников в зависимости от схемы подключения ИБП к сети:

  1. Резервные. В нормальном режиме устройства обеспечивают питание нагрузки непосредственно от первичной электросети. При возникновении проблем с электроснабжением ИБП переключает потребителей на электропитание от аккумуляторных батарей. Данная схема отличается рядом недостатков. К ним относится достаточно большое время задержки между появлением неполадок в сети и переключением на автономное снабжение, а также невысокий уровень фильтрации возмущений и помех. Поэтому резервная схема подключения источника бесперебойного питания подходит только для защиты малочувствительного некритичного оборудования. Ее можно применять, например, для бытовой техники и домашних ПК. Преимущества устройств — невысокая стоимость, низкая шумность в нормальном режиме, высокий КПД.
  2. Интерактивные. Такие бесперебойники оснащаются ступенчатым стабилизатором на выходе из электроцепи. Он обеспечивает корректировку характеристики выходного напряжения, фильтрацию высоковольтных скачков. Их быстродействие выше, чем у резервных ИБП, но при этом использование стабилизатора снижает общий КПД системы. Интерактивные модели можно применять для защиты бытовой и офисной техники, файловых серверов, маршрутизаторов, аппаратуры локальных вычислительных сетей.
  3. Онлайн. Этот вариант подключения ИБП к сети использует схему двойного преобразования. Питание потребителей в нормальном режиме осуществляется не напрямую от электросети, а через аккумуляторы бесперебойника. Входное переменное напряжение подается на выпрямитель, который преобразует его в постоянное. Оно заряжает батарею и поступает в инвертор, который выполняет обратное преобразование постоянного напряжения в переменное. В результате потребитель получает высококачественный электроток с чистой синусоидой, отсутствием помех и возмущений. Основное преимущество онлайн ИБП заключается в мгновенном реагировании на отключение первичной сети. Это позволяет использовать его для крайне чувствительного оборудования.

Особенности подключения оборудования

Рассмотрим последовательность действий и правильную схему подключения источника бесперебойного питания на примере системы автономного электроснабжения газового котла. Котельное оборудование характеризуется повышенной чувствительностью к электропитанию, поэтому требует особо внимательного подхода при подсоединении ИБП.

Этапы работ:

  1. Подключаем бесперебойник к аккумуляторам. При подсоединении батареи необходимо, чтобы устройство было в выключенном состоянии. Коммутацию рекомендуется осуществлять проводами двух цветов — красного для клеммы «+» и черного для «-». Не все модели ИБП оснащены защитой от переполюсовки, поэтому крайне важно соблюдать правильную полярность. Если батарей несколько, то предварительно следует соединить их между собой. Для этого используются стандартные перемычки или медный провод.
  2. Подключаем сетевой кабель к ИБП и включаем устройство. Проверяем значение напряжения на дисплее. Если все в порядке, отключаем бесперебойник и подключаем к нему котел.
  3. Снова подаем напряжение и проверяем показания на экране.
  4. Если мощность источника бесперебойного питания слишком большая для подключения его в обычную розетку, придется прокладывать отдельную линию от распределительного щита и устанавливать отдельные автоматические выключатели.
  5. Имитируем отключение электроэнергии. Для этого выключаем фазный автомат в электрощитке.
  6. Проверяем показания на дисплее бесперебойника, тестируем работу электророзжига котла.

Правила установки ИБП

  • источник бесперебойного питания рекомендуется устанавливать в помещении с постоянной температурой 18-25оС. Слишком высокие или низкие температуры приводят к падению емкости АКБ и сокращению срока службы устройства;
  • при подключении ИБП к сети нужно, чтобы не только фаза, но и нейтраль разрывалась с источником электропитания при срабатывании защиты. Для этого необходимо создать дополнительную шину нейтрали в обход дифавтомата или УЗО. При этом ноль от щита должен сначала идти на ИБП, а затем распределяться на потребителей;
  • нужно обеспечить хорошую вентиляцию внутренних компонентов ИБП. Между устройством и стеной/потолков должен быть зазор 200-400 мм;
  • нельзя ставить бесперебойник рядом с водопроводными или газовыми трубами, под вентилями, местами соединения трубопроводов;
  • устройство обязательно нужно заземлять через розетку с заземлением или через отдельный винт;
  • не допускается параллельное подключение ИБП и электросети к потребителю — необходимо использовать только последовательное соединение;
  • запрещено заряжать аккумуляторы от внешнего зарядного устройства, если батареи подключены к бесперебойнику.

При подключении ИБП к сети важно сначала подсоединять защитный проводник РЕ и нейтраль, а только потом фазу.

Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы АРС (часть 1)

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
  • 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

Модель 450VA 620VA 700VA 1400VA
Допустимое входное напряжение, В 0…320
Входное напряжение при работе от сети *, В 165…283
Выходное напряжение *, В 208…253
Защита входной цепи от перегрузки Возвращаемый в исходное положение автоматический выключатель
Диапазон частоты при работе от сети, Гц 47…63
Время переключения на питание от батареи, мс 4
Максимальная мощность в нагрузке, ВА (Вт) 450(280) 620(390) 700(450) 1400(950)
Выходное напряжение при работе от батареи, В 230
Частота при работе от батареи, Гц 50 ± 0,1
Форма сигнала при работе от батареи Синусоида
Защита выходной цепи от перегрузки Защита от перегрузки и короткого замыкания, при перегрузке выключение с фиксацией
Тип батареи Свинцовая герметичная, необслуживаемая
Количество батарей х напряжение, В, 2 x 12 2 x 6 2 x 12 2 x 12
Емкость батарей, Ач 4,5 10 7 17
Срок службы батареи, лет 3…5
Время полного заряда, ч 2…5
Размеры ИБП (высота х ширина х длина), см 16,8×11,9×36,8 15,8×13,7×35,8 21,6х17х43,9
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.

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):

W = VA x PF.

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.

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

K = W2/(W2 + W1)

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

К = W2/(W2 — W1)

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 RTh2 поступают на аналого-цифровой преобразователь IC10 (ADC0838) (рис. 6).

 

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.

    Таблица 2. Напряжения в контрольных точках

    Напряжение Микросхема/вывод Сопротивление на общий провод Возможные неисправные компоненты
    24 В IC4/1 1 МОм С41, С36, С63, IC4, SNMP, плата дисплея с гибким кабелем, вентилятор
    12 В IC4/3 1 кОм IC5, С8, D401, IC2, Q9…Q14, Q19…Q24
    5 В IC5/3 1 кОм D402, С65, IC12, IC5, IC10, IC13(перепрограммировать)
    -8 В IC17/1 15 кОм С7, Q39, Q40, С54, С53, D28, D27, IC9, IC17

    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 3. Типовые неисправности ИБП Smart-Ups 450VA…700VA

    Краткое описание дефекта Возможная причина Способ отыскания и устранения неисправности
    ИБП не включается Не подключены батареи Подключить батареи
    Плохая или неисправная батарея, мала ее емкость 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 Сгорел предохранитель F3 Заменить F3. Проверить исправность транзисторов Q5 и Q6
    ИБП не стартует. Светится индикатор замены батареи Если батарея исправна, то ИБП неверно отрабатывает программу Сделать калибровку напряжения батареи при помощи фирменной программы от АРС
    ИБП не включается в линию Оторван сетевой кабель или нарушен контакт Соединить сетевой кабель. Проверить омметром исправность пробки-автомата. Проверить соединение шнура «горячий-нейтраль»
    Холодная пайка элементов платы Проверить исправность и качество паек элементов L1, L2 и особенно Т1
    Неисправны варисторы Проверить или заменить варисторы MV1…MV4
    При включении ИБП происходит сброс нагрузки Неисправен датчик напряжения Т1 Заменить Т1. Проверить исправность элементов: D18…D20, С63 и С10
    Мигают индикаторы дисплея Уменьшилась емкость конденсатора С17 Заменить конденсатор С17
    Вероятна утечка конденсаторов Заменить С44 или С52
    Неисправны контакты реле или элементы платы Заменить реле. Заменить IC3 и D20. Диод D20 лучше заменить на 1N4937
    Перегрузка ИБП Мощность подключенного оборудования превышает номинальную Уменьшить нагрузку
    Неисправен трансформатор Т2 Заменить Т2
    Неисправен датчик тока СТ1 Заменить СТ1 . Сопротивление более 4 Ом указывает на неисправность датчика тока
    Неисправна IC15 Заменить IC15. Проверить напряжение -8 В и 5 В. Проверить и при необходимости заменить: IC12, IC8, IC17, IC14 и мощные полевые транзисторы инвертора. Проверить обмотки силового трансформатора
    Не заряжается батарея Неверно работает программа ИБП Откалибровать напряжение батареи фирменной программой от АРС. Проверить константы 4, 5, 6, 0. Константа 0 критична для каждой модели ИБП. Проверку константы делать после замены батареи
    Вышла из строя схема заряда батареи Заменить IC14. Проверить напряжение 8 В на выв. 9 IC14, если его нет, то заменить С88 или IC17
    Неисправна батарея Заменить батарею. Ее емкость можно проверить лампой дальнего света от автомобиля (12 В, 150 Вт)
    Неисправен микропроцессор IC12 Заменить IC12
    При включении ИБП не стартует, слышен щелчок Неисправна схема сброса Проверить исправность и заменить неисправные элементы: IC11, IC15, Q51…Q53, R115, С77
    Дефект индикаторов Неисправна схема индикации Проверить и заменить неисправные Q57…Q60 на плате индикаторов
    ИБП не работает в режиме On-line Дефект элементов платы Заменить Q56. Проверить исправность элементов:
    Q55, Q54, IC12. Неисправна IC13, или ее придется перепрограммировать. Программу можно взять с исправного ИБП
    При переходе на работу от батареи ИБп выключается и включается самопроизвольно Пробит транзистор Q3 Заменить транзистор Q3

    Во второй части статьи будет рассмотрено устройство ИБП класса Off-line.

    Геннадий Яблонин
    Источник: журнал «Ремонт электронной техники»



    ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ



    П О П У Л Я Р Н О Е:


    Популярность: 12 639 просм.

    Радиосхемы. — Самодельный бесперебойник

    Самодельные источники питания

    материалы в категории

    Вся радиоэлектронная техника требует электропитания, и чаще всего мы используем сеть промышленного тока 220V, 50 Гц.
    Но иногда могут возникнуть «форс-мажорные» ситуации когда электричество вдруг внезапно «вырубили». Если внезапное отключение электроэнергии для бытовой аппаратуры не сильно страшно, то для, к примеру, компьютеров это может привести к необратимым последствиям: недоустановленные программы, потеря информации и так далее.

    Если в крупных городах с электропитанием все более-менее стабильно, но вот в сельской местности это довольно частое явление…
    Чтобы избежать досадных недоразумений связанных с внезапным отключением электроэнергии многие производители рекомендуют пользоваться источниками бесперебойного питания (или как их просто называют бесперебойники). Они, конечно-же выпускаются промышленностью, но такой источник можно собрать самостоятельно.

    Кроме обеспечения защиты в случае отключения электроэнергии, источник бесперебойного питания может пригодится и в «полевых» условиях, когда возникнет необходимость получить 220 Вольт от аккумулятора 12 Вольт.

    У нас на сайте уже была рассмотрена подобная схема, позволяющая получить 220 Вольт из 12-ти, вот она, здесь-же представлена очередная схема, взятая из журнала Радиолюбитель, №2, 1999 год.

    Самодельный источник бесперебойного питания схема

    Источник бесперебойного питания обеспечивает:

    — в прямом режиме преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В/50 Гц при максимальном потребляемом токе не более 6 А. Выходная мощность -до 220 Вт (1 А):

    — обратный режим (режим заряда аккумулятора). При этом ток заряда — до 6 А; .

    — быстрое переключение из прямого в обратный режим.

    Схема ИБП приведена на рисунке. На элементах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 выполнен тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой около 50 Гц. Он, в свою очередь, управляет работой транзисторов VT1, VT6, в коллекторные цепи которых включены обмотки IIa, IIб трансформатора Т1. Диоды VD2, VD3 — элементы защиты транзисторов VT1, VT6 в прямом режиме и выпрямители в обратном режиме. Элементы С1, С2, L1 образуют сетевой фильтр, VD1, СЗ, С4 — фильтр тактового генератора. Рассмотрим, как работает схема в обоих режимах.

    Прямой режим (=12 В / -220 В). Напряжение +12 В попеременно прикладывается к обмоткам IIа или IIб, а трансформатор Т1 преобразует его в напряжение 220 В/50 Гц. Это напряжение присутствует на розетке XS1, и к ней подключаются всевозможные потребители (лампы накаливания, телевизор и др.)

    Индикатором нормальной работы является свечение светодиодов VD4, VD5. Ток нагрузки может достигать 1 А (220 Вт).

    Обратный режим (-220 В / =12 В). Для работы в обратном режиме необходимо сетевой шкур подключить к разъему ХР1 и подать на него -220 В. После этого переключается тумблер SB1. При этом сетевое напряжение попадает на первичную обмотку трансформатора Т1, а тактовый генератор отключается. Благодаря этому на вторичных обмотках Т1 получаются два переменных напряжения 10В, которые выпрямляются диодами VD2, VD3. Индикатором нормальной работы в обратном режиме является свечение светодиода VD5. Кипение в банках аккумулятора GB1 свидетельствует о процессе его зарядки.

    Детали и конструкция, Т1 — любой трансформатор, обеспечивающий два напряжения 10В при Токе до 10 А. Лучше всего использовать сердечники типа ШЛ и ПЛ, которые легче разбираются. Катушка L1 выполнена на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ и содержит две обмотки по 10 витков провода диаметром 0,5…0,71 мм.

    Транзисторы VT1, VT6 и диоды VD2, VD3 крепятся через слюдяные прокладки, смазанные теплопроводящей пастой, на один общий радиатор площадью не менее 200 см2.

    Автор: А.ЧАСТОВ, рыбхоз «Полесье,»Брестской обл.

    Обсудить на форуме

    Небольшой блок бесперебойного питания для систем контроля доступа

    Многие пользователи компьютеров привыкли к тому, что блок бесперебойного питания это такая довольно габаритная штуковина, которая обычно стоит где-то под столом и иногда пищит, когда нет электричества.
    Но мелкие устройства также требуют бесперебойного питания, и для них производятся такие вот мелкие UPSы.
    Конечно можно поставить и обычный "компьютерный" бесперебойник, но здесь есть несколько тонких моментов:
    1. Не все они могут работать с небольшой мощностью нагрузки
    2. КПД такого решения обычно как у паровоза.
    3. Аккумулятор стоит рядом с греющимся трансформатором и его срок службы может существенно снизиться.

    Кстати, обычные UPSы иногда могут подложить "свинью" для компьютеров, которые должны работать всегда, например в системе видеонаблюдения. Хотя это и не относится непосредственно к теме обзора, но продемонстрирую ситуацию, когда UPS может и навредить.
    1. Настраиваем компьютер на автостарт при подаче питания и корректное завершение работы по разряду аккумулятора.
    2. Есть электричество, все работает
    3. Выключили питание, компьютер работает от аккумулятора
    4. Аккумулятор разрядился, от UPSа пошла команда на выключение компьютера.
    5. Пошел процесс автоматического завершения работы и тут опять подали питание.
    6. Компьютер выключился автоматически, но электричество есть.
    7. Все, приплыли.

    В течении почти всего процесса "общения" с данным товаром меня не покидала мысль — ну ведь могут когда захотят. Но мысль ушла когда я составил схему устройства.

    Но буду последователен, сначала осмотр.
    Получил свой товар я в пакете за защелкой, в которой была картонная коробка и пакет с радиопультами.

    В комплект входит:
    1. Блок бесперебойного питания
    2. Четыре радиопульта
    3. Плата приемника сигналов с пультов
    4. Инструкция.

    Устройство продается в трех вариантах комплектации:
    1. С одним радиопультом
    2. С двумя радиопультами
    3. С четырьмя радиопультами

    Я решил что раз уж заказывать, то в максимальной комплектации, да и если покупать, то на мой взгляд этот вариант получается выгоднее, тем более что пульты имеют свойство ломаться или теряться.

    Инструкция на китайском и английском языке, кроме описания указаны варианты схем подключения.

    Модуль приемника. Небольшая платка с антенной -пружинкой. Здесь особо и сказать нечего, кроме того что он работает 🙂
    На плате можно задать свой код, если код изменен, то такой же надо задать и в пультах.
    Код задается при помощи перемычек из припоя. Изменять код обычно не нужно, но если при нажатии на кнопку вашего пульта у соседа открываются электроворота или сосед внезапно приезжает домой, то лучше изменить :)))

    Дизайн пультов думаю знаком многим, только в данном случае на пульте только одна кнопка, причем красная, прям как в фильмах.
    Имеется выдвижная антенна, но на самом деле довольно неплохо работает и когда она спрятана.
    В общем обычный пульт, ничего необычного.

    Открывается пульт очень легко, три небольших самореза и мы внутри. Питание от стандартной 12 Вольт батареи, думаю пользователи автосигнализаций ее довольно хорошо знают. Хотя в последнее время чаще попадаются тонкие литиевые батарейки.

    На плате пульта также присутствуют перемычки, для того чтобы код совпадал, требуется и совпадение конфигурации перемычек пульта и приемника.

    Хотя лично как для меня, то радиоуправление дверьми с радиопульта вещь весьма неправильная, а если точнее, то это лишняя дыра в безопасности, потому использовать лучше только на некритичных объектах.

    Пульт и прочее особо никому неинтересно, потому я закругляюсь с их описанием и перейду к обзору того, что собственно меня и заинтересовало.
    Скажу сразу, когда взял в руки, то было ощущение довольно фирменной вещи, выполнено очень аккуратно.

    Кроме знакомого фото с коробком, для более точного понимания размеров приложу картинку из магазина.

    Блок представляет из себя Г-образное алюминиевое шасси, выполняющее одновременно функцию радиатора и прозрачную крышку, закрывающую большую часть компонентов.

    Практически всю переднюю сторону занимает длинный клеммник, ниже я дам схему что и зачем нужно.
    Слева расположен подстроечный резистор, при помощи него регулируется время задержки переключения реле.

    1. С левой стороны находится разъем для подключения питания. В комплекте дали кусок провода с ответной частью разъема. В тестах я использовал соединители Ваго, но как по мне, то в данном случае лучше был бы винтовой клеммник.
    2. С правой стороны разъем для подключения радиомодуля.
    3, 4. Особых проблем с установкой модуля нет, если не считать того, что полностью усадить модуль в разъем не получится, подстроечный конденсатор и катушка упрутся в корпус реле. На функциональности это никак не отразится, но запас при проектировании явно заложили меньше чем требуется.

    А вот теперь я перейду к описанию подключения, а заодно расскажу о функционале данного устройства.
    По своей сути вся эта конструкция является блоком питания + модулем заряда аккумулятора + схемой управления электрозамком.
    Так как я описываю подключение, то остановлюсь на блоке управления.
    По сути это просто таймер удержания команды. Т.е. мы имеем:
    1. Вход от радиопульта
    2. Вход от внешних команд (Push2 Push3), на которые подается либо 12 Вольт, либо ноль в зависимости от входа (активный 0 или 1).
    3. Вход с гальванической развязкой, сюда можно подать сигнал напряжением 3-12 Вольт, например от ардуины или просто батарейки.

    На выходе стоит реле с переключающей группой, при помощи определенных коммутаций можно либо подавать 12 Вольт в нагрузку, либо наоборот, обесточивать.

    Также слева виден подстроечный резистор, при помощи которого задается время удержания. Т.е. команду можно подать коротко, реле будет держать определенное время. Диапазон регулировки примерно 0,5-15 секунд.
    Но стоит учитывать, что работает схема не как одновибратор, например если настроено 10 секунд, а замкнули на секунду, то реле включится на 10 секунд, если настроено на 5 секунд, а удерживаем 10 секунд, то и реле будет работать 10 секунд.

    Для электромеханического замка или защелки настраивают минимальное время и подачу питания в нагрузку при срабатывании.
    Для электромагнитного замка все наоборот, время 10-15 секунд, и реле должно отключать питание.

    Внимание, схема не рассчитана на коммутацию высокого напряжения и подразумевается что все питания берется от этого же БП. Общий контакт реле соединен с общим проводом (минусом схемы), а кроме того параллельно контактам реле стоят защитные диоды.

    Попутно плата имеет выход 12 Вольт для питания контроллера и отдельные клеммы для подключения аккумулятора.

    Схема показана очень утрированно, рисовали ее видимо уже в магазине и для каждого варианта подключения ее лучше рисовать отдельно, если эта информация нужна, то могу дать пару вариантов.

    Провода для подключения питания и аккумулятора идут в комплекте, сам аккумулятор в комплекте не идет.

    Корпус закрыт защитной пленкой, рекомендую ее снять, охлаждение будет лучше. Я сразу этого не сделал и половину тестов провел с ней.

    Защитная крышка крепится на паре винтов М3, в жизни ее снимать не надо, так как ко всем разъемам есть доступ, а единственный предохранитель впаян.

    Но перед осмотром платы я решил немного отвлечься на предварительные измерения, и как показала практика, не зря.
    Если по выходу 12 Вольт все красиво, то на выходе для подключения аккумулятора тестер показал более 16 Вольт.

    Дальше я провел несколько тестов с аккумулятором и выяснил некоторые особенности.
    1. Ток потребления платы без нагрузки составляет около 50мА.
    2, 3. Ток заряда около 100мА при напряжении на аккумуляторе 12.5 Вольта.
    4. Так как я выяснил, что зарядное устройство не знает что такое ограничение напряжения и выдает на выходе до 16.5 Вольта без нагрузки, то я провел эксперимент.
    Подобрал пару резисторов при подключении которых напряжение близкое к напряжению окончания заряда (на самом деле надо было 13.8 Вольта) и посчитал ток который будет идти через аккумулятор при этом напряжении.
    У меня вышло, сопротивление нагрузки 208 Ом (300+680 Ом параллельно). При напряжении 14.05 Вольта ток составит — 67мА (14.05/208=0,067).

    С одной стороны ток заряда очень мал, чтобы испортить аккумулятор, а с другой он не очень высок чтоы его зарядить за вменяемое время.
    Т.е. если с отсутствием автотключения заряда еще можно смириться, то заряжать аккумулятор емкость 7Ач более трех суток как-то долго. Причем если поставить мелкий аккумулятор, например 1Ач, то тогда начнет сказываться отсутствие отключения заряда.

    Микросхема высоковольтного ШИМ контроллера и выходная диодная сборка прикручены к радиатору. Радиатор, в свою очередь, соединен с заземляющим проводом входного разъема, потому по правилам безопасности заземлять обязательно.

    Откручиваем плату от радиатора и вынимаем. Снизу проложена толстая защитная пленка, плюс производителю.

    Входной фильтр присутствует практически в полном объеме.

    Все сделано почти как по учебнику,
    1. На входе конденсаторы класса X и Y, причем не только те, которые подключены к проводу
    заземления, а и межобмоточные.
    2. Мало того, присутствует варистор, что вообще встречается крайне редко.
    3. Есть и термистор для ограничения тока заряда конденсатора фильтра. Диоды моста пытался рассмотреть, но такое чувство что их выводы специально изогнуты так, чтобы не видно было маркировки.
    4. А сам конденсатор хоть и имеет емкость всего 33мкФ при требуемой 56-68, но очень даже фирменный.

    Причем то, что входной конденсатор поставили нормальный, явление не случайное. На фото со страницы магазина стоит конденсатор другой фирмы (Samwha), но сопоставимого уровня качества.
    То же самое касается и выходных конденсаторов.

    Не меньше чем фильтр, меня удивило то, что применен мощный ШИМ контроллер KA5L0380R, причем также вполне фирменный, производства Fairchild. Если я ничего не путаю, то именно этот контроллер применен в спутниковых тюнерах Самсунг, впрочем префикс KA в названии это отсылка к фирме Самсунг.
    Данный контроллер предназначен для построения блоков питания мощностью до 75 Ватт и имеет большое количество защит, от перегрева, перегрузки, повышенного и пониженного напряжения.

    А вот на выходной диодной сборке сэкономили, применена YG902C2, она рассчитана на ток 10 Ампер (не уверен, 1х10 или 2х10), но хуже другое, она не Шоттки.
    <img src="https://img.mysku-st.ru/uploads/images/02/55/13/2017/02/23/69f55b.jpg" alt="" rel="lbox" />

    Блок питания имеет максимальную выходную мощность 60 Ватт, трансформатор применен с довольно большим запасом (E30/15/11), согласно моим расчетам, в этой схеме он имеет мощность 80-100 Ватт.
    Из минусов отмечу то, что микросхема и диодная сборка были прикручены без теплопроводящей пасты!

    Коротко про остальные составляющие части:
    1. Цепь обратной связи по всем правилам, оптрон, TL431, цепь коррекции и регулировки выходного напряжения (регулировка весьма плавная). БП работает бесшумно во всем диапазоне мощностей.
    2. На выходе стоят не только фирменные конденсаторы, а и солидных размеров дроссель.
    3. Реле коммутации аккумулятора, диоды развязки питания и зарядного устройства.
    4. Узел таймера и оптрон гальванической развязки управления.
    5. Реле управления нагрузкой и подстроечный резистор таймера.
    6. Монтаж очень плотный, мало того что сама плата двухслойная, так детали находятся даже под трансформатором. Правда для электролитического конденсатора это не очень хорошо.

    На всякий случай пара общих фото платы с двух ракурсов.

    Хотя плата двухслойная, компоненты расположены только с одной стороны и что интересно, все компоненты обычные, а не SMD. Даже как-тот непривычно, напоминает некоторые брендовые устройства.

    Еще один плюс, присутствую все необходимые защитные прорези в печатной плате. Причем не только между "горячей" и "холодной" сторонами платы, а и между контактами входного разъема. Большой плюс производителю.

    Как вы наверное уже догадались, я решил начертить схему данного устройства. Особенно меня интересовала реализация цепи заряда и контроля аккумулятора. Работа по своему не очень простая, но любопытство взяло свое 🙂
    Отчасти добавляло удобства то, что некоторые номиналы подписаны на самой плате, но к сожалению далеко не все элементы имеют позиционное обозначение.

    Для удобства я разделил сему на условные блоки, где показано:
    Красный — высоковольтная часть БП
    Синий — Низковольтная часть БП
    Зеленый — зарядное устройство и реле аккумулятора
    Оранжевый — Схема таймера задержки реле.

    Меня интересовала схема заряда и коммутации аккумулятора, потому я ее выделил отдельно, попутно убрав те элементы, которые отношения к ее работе не имеют.
    Красный — зарядная часть
    Синий — управление реле.
    Черный — основной блок питания.
    Явно видно, что проектировал ее студент, потому как заряд идет просто через резистор. т.е. имеем цепь — дополнительная обмотка трансформатора, выпрямитель, резистор.
    Не меньше меня удивило то, что аккумулятор коммутируется при помощи реле. Я как-то показывал как самому сделать небольшой бесперебойник, там коммутации не было, была защита от переразряда, стабилизация тока заряда, а также защита от неправильного подключения батареи, но был и минус, в рабочем режиме на выходе было не 12 Вольт, а 14.

    Здесь же все наоборот, единственный плюс (кроме простоты) этого решения в том, что при питании от сети на выходе будет 12 Вольт, а 12-13.5 будет только при переключении на батарею.

    Кстати насчет переключения, как по мне, то для устройства лучше чтобы ему питание либо вообще не отключали, либо отключали на более длительное время чем время переключения контактов реле. Некоторые видеокамеры или контроллеры могут "подвиснуть".

    Схема однозначно требует доработки, но не в этот раз. В качестве небольшого анонса, у меня для обзора лежит еще один подобный блок питания. И к его обзору я планирую придумать (хотя скорее уже придумал) небольшую платку для доработки и устранения большей части недоработок. Если считаете, что это имеет смысл, то будет схема и чертежи.

    Пока писал осматривал монтаж, чертил схему, то у меня было устойчивое ощущение чего-то знакомого. Такое чувство, что блок проектировали несколько человек, потому как часть реализована просто отлично, а часть из рук вон плохо.
    Вроде как нормальная хорошая машина, а одно колесо из трех — от велосипеда.

    Ну или еще одна аналогия 🙂

    Осмотрел, схему начертил, немного похвалил, а также поругал, пора и тесты провести.
    Был собран классический тестовый стенд, состоящий из:
    1. Электронная нагрузка
    2. Мультиметр
    3. Осциллограф
    4. Тепловизор
    5. Термометр
    6. Ручка и бумажка.

    Дальше блок питания был проверен под нагрузкой с интервалами от холостого хода до максимальной мощности.
    1. Холостой ход.
    2. 15 Ватт (1.25А)

    1. 30 Ватт (2.5 А)
    2. 45 Ватт (3.75А)

    Пульсации начали хоть как то себя проявлять на осциллографе только при максимальной мощности, что можно считать отличным результатом.
    На всякий случай я прогнал дополнительный тест при нагрузке 110% от заявленной. Нагрев был приличный, но БП вел себя абсолютно стабильно.

    Но на этом тесте я не стал останавливаться и измерил еще и КПД. Правда на КПД повлиял тот момент, что при подаче питания включается еще и одно из реле, но не думаю что на большой мощности это имеет значение.
    В данном случае я проверял при помощи другой электронной нагрузки, где включал режим с постоянной мощностью, так удобнее для измерения КПД

    1. Режим холостого хода + включенное реле.
    2. Заряд аккумулятора.
    3. Выходная мощность 15 Ватт (25%)
    4. 30 Ватт (50%)
    5. 45 Ватт (75%)
    6. 60 Ватт (100%)

    КПД при этом составил:
    25% нагрузка — 74,25%
    50% нагрузка — 78,53%
    75% нагрузка — 78,67%
    100% нагрузка — 78,84%

    Все измеренные данные были сведены в таблицу.
    Некоторые пояснения к таблице. Нагрузка увеличивалась поэтапно с интервалами в 20 минут, последний тест 15 минут, общее время теста составило 95 минут.
    Температура диодного моста (первая колонка) приведена ориентировочно, так как я не мог подлезть пирометром и он попутно захватывал мощный резистор, который имел более высокую температуру. В качестве температуры трансформатора приведена температура его магнитопровода, как наиболее критичная.

    Узнав в процессе тестов КПД устройства, а также сделав термограмму я могу сказать куда девается лишняя энергия.
    На термограмме видно что самая высокая температура на обмотках трансформатора, подозреваю что хоть сердечник и выбрали с запасом, то на сечении провода немного сэкономили.
    К сожалению доработать это весьма сложно. А вот при желании выиграть несколько процентов заменив выходную диодную сборку на Шоттки, вполне реально.
    Но при этом я бы не сказал, что БП имел критичные температуры, пожалуй обратить внимание стоит только на выходные конденсаторы, потому как по остальным компонентам до перегрева еще далеко, особенно с учетом того, что тест проводился на максимальной мощности.
    Реально безопасно можно эксплуатировать данный БП при токах до 4 Ампер.

    Теперь все, подведу итоги.
    Преимущества
    Качественные компоненты
    Реальная выходная мощность
    Наличие большого количества входов управления
    Наличие радиоуправления
    Продуманная схемотехника (по большей части)
    Все пульты укомплектованы батарейками
    Очень низкий уровень пульсаций

    Недостатки
    Некорректная схема заряда
    Отсутствие защиты от переразряда батареи
    Наличие коммутации сеть/батарея.
    Входной конденсатор имеет заниженную емкость

    Мое мнение. Вот честно, если рассматривать данное устройство как блок питания и коммутатор замка, то просто отлично, даже и придраться особо не к чему. Качественные компоненты, нормальная схемотехника, аккуратная конструкция.
    Но при этом полная противоположность собственно "фишки" данного устройства, бесперебойном питании. Зарядное надо дорабатывать, а если точнее, то переделывать, кроме того надо добавить защиту от переразряда.

    В общем видно что старались, но часть работы по проектированию отдали не тому, кто знает что делает.
    Теперь в планах подготовка обзора второго, подобного, устройства. Где я планирую все таки придумать как все это сделать правильно.

    На этом пока закончу, надеюсь что было интересно и полезно.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *