Ремонт Back UPS
Компьютерный центр Комплэйс выполняет ремонт Back UPS недорого в течение 1-2 дней.
Источники бесперебойного питания Off-line (Back UPS) — самые распространенные. Потому что самые дешевые. Схема работы имеет важное значение для ремонта Back UPS.
Cхемы Back UPS
Блок схема Back UPS
В нормальном рабочем режиме входное напряжение через фильтр проходит напрямую на выход. Одновременно часть энергии через обмотку трансформатора и схемы заряда заряжает аккумулятор.
При повышении или понижении напряжения питания на величину, превышающую пороговую, схема коммутации переключает входное питание на резервное и запускает инвертор. Инвертор из постоянного напряжения батареи формирует переменное прямоугольной формы. Его частота 50Гц, амплитуда около 300В.
Задержка переключения от 2 до 7 мс.
Схема заряда батареи Back UPS
Схема заряда батареи UPS (чаджер) строится по классической системе.
Переменное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсатором. Затем стоит регулятор напряжения обычно на микросхеме LM317 (линейный регулятор напряжения), управляемый контроллером или процессором сигналом ON-OFF.
Стабилизатор LM317 чаще всего используют по нескольким причинам:
- для задания уровня выходного напряжения требует всего два резистора;
- хорошая стабилизация напряжения при нестабильности по току нагрузки, а также входному напряжению.
- в LM317 есть встроенная схемы защиты от перегрузки, ограничения тока и защиты от перегрева.
Понятно, что любая поломка любой из схем может привести к тому, что батарея не будет правильно заряжаться или вообще заряжаться. Если в Back-UPS нет зарядки батареи, то проблему можно искать:
- в выпрямителе (диодном мосте, конденсаторе);
- регуляторе напряжения, ключе;
- схеме терморегулировки и ограничении тока и даже в контроллере.
Эта схема для ориентира. Например, в APC Back-UPS CS 500VA для зарядки используют отдельный трансформатор и микросхему преобразователя AC-DC и стабилизатора TNY255G с мощностью 4-10Вт. Вот ее типичное подключение.
Принципиальная схема чарджера
Принципиальная схема заряда батареи в APC Back-UPS.
Схема фильтрации
Схема фильтрации в некоторых APC Back-UPS выполнена на основе варисторов MOV2, MOV5 конденсаторов C38, C40 и дросселей L1 и L2.
В некоторых Back-UPS входной фильтр состоит из конденсаторов и дросселей.
Эта схема оказалась весьма эффективна. Именно эти элементы и могут понадобиться для замены при ремонте фильтров Back-UPS.
Схема инвертора
Инвертор Back-UPS выполнен на базе мощных ключевых полевых транзисторов. В каждом из двух плечей по несколько параллельно подключенных транзисторов. Управляется инвертор микроконтроллером, синхронизируя входное напряжение с выходным по частоте и фазе. Как правило выходные каскады инвертора подключаются к выходному трансформатору и работают в ШИМ режиме. Т.е. регулировка выходного напряжения осуществляется шириной импульсов. Выходной каскад инвертора Back-UPS выполнен по пуш-пульной схеме во избежание намагничивания сердечника трансформатора и выхода в насыщение.
При включении ИБП производится тестирование батареи. Для этого выполняется подключение инвертора и измеряется напряжение и ток батареи. Эти значения сравниваются со значениями в регистрах UPS. Контроллер анализируется состояние батареи, ее недозаряд или перезаряд. Затем выдает сигнал либо на включение при нормальном состоянии, либо на выключение, если батарея плохая.
Неисправности Back-UPS и устранение
Рассмотрим типичные поломки Back UPS.
Не включается Back UPS. Возможные неисправности:
- плохая батарея;
- неисправна схема заряда;
- фильтры;
- предохранитель;
- контроллер;
- инвертор.
Действия: проверить батарею, предохранитель, схему заряда.
Не заряжается батарея Back UPS. Типичные неисправности: плохая батарея, схема заряда, контроллер.
Ваши действия: проверить батарею, схему заряда.
Выключается под нагрузкой. Возможные неисправности: плохая батарея, контроллер, инвертор. Действия: проверить батарею, инвертор.
Проверять и ремонтировать контроллер бесполезно. Работы много, но выгоды никакой.
Обзор двух ИБП APC by Schneider Electric и сравнение со старшими моделями линеек Back-UPS и Back-UPS Pro
Мы уже знакомились с источниками бесперебойного питания APC by Schneider Electric, входящими в серии APC Back-UPS Pro и APC Back-UPS. Теперь к нам попали другие представители этих серий, знакомиться с которыми мы будем кратко — в основном остановимся на отличиях, а о прочих особенностях в подробностях можно прочитать в обзорах моделей-аналогов.
Для обеих этих серий производителем предлагается программное обеспечение PowerChute Personal Edition, о котором на нашем сайте недавно был опубликован отдельный материал. Правда, не для всех моделей это ПО потребуется, пример как раз и будет в нашем обзоре.
ИБП APC Back-UPS Pro 900 (BR900GI) с функцией энергосбережения
В серию APC Back-UPS Pro в настоящее время входит семь моделей источников бесперебойного питания, мощность которых можно выбирать в диапазоне от 550 до 1500 В·А. Все они оснащены ЖК-экраном, на котором отображается различная полезная информация в цифровом и графическом виде, имеют выходные розетки как с батарейной поддержкой, так и обеспеченные только защитой от всплесков напряжения. Система автоматической регулировки выходного напряжения (AVR) позволит реже переходить на работу от батареи, сохраняя ее заряд и продлевая срок службы. Корпуса у всех ИБП башенного типа.
Есть и отличия (кроме, конечно, выходной мощности): разное количество выходных розеток и их тип — у одних моделей Schuko, у других С13 (IEC 60320).
Ранее мы рассмотрели старшую в серии модель APC Back-UPS Pro 1500 ВА (BR1500G-RS) с максимальной мощностью 1500 В·А / 865 Вт и розетками Schuko, а сейчас посмотрим, чем от нее отличается ИБП APC Back-UPS Pro 900 с артикулом BR900GI.
Описание, цены
Внешне они выглядят практически одинаково, но младшая модель заметно меньше в высоту.
Панель управления та же — ЖК-экран и три кнопки над ним, отображаемые на экране параметры и режимы подробно описаны в обзоре BR1500G-RS.
Задняя панель существенно иная, прежде всего из-за других выходных розеток, предназначенных для подключения нагрузок: это уже не шесть Schuko в двух группах — одна с батарейной поддержкой, другая только с защитой от импульсных помех, а восемь C13 (IEC60320), объединенных по 4 штуки в такие же группы.
Осталось разделение розеток на «Master» и «Controlled by Master» — управляющая и управляемые. К первой подключается основное устройство, а к управляемым прочие нагрузки, работа которых прямо зависит от основного устройства. Если для ИБП включен режим энергосбережения, то при выключении «мастера» или его переходе в режим с малым потреблением управляемые нагрузки также будут отключены, а включаться будут вместе с ним.
Второе заметное отличие — отсутствие в младшей модели разъема для дополнительной внешней батареи. И совсем мелочь: нет винта для заземляющего провода (соединение с линией PE осуществляется через соответствующий контакт разъема для подключения к сети переменного тока).
Все остальное — и коннекторы In/Out для защиты слаботочных линий, и розетка RJ50 (10P10C), в которой объединены порты USB и COM для взаимодействия с компьютером (в том числе через программу PowerChute Personal Edition) — на тех же местах.
Вес рассматриваемого устройства на два с лишним килограмма меньше, что даже с учетом существенно более низкой мощности наводит на мысль об использовании других батарей.
И действительно: хотя применен очень похожий сменный модуль с двумя последовательно соединенными АКБ, но обозначение у него другое — APCRBC123 вместо APCRBC124, а сами батареи на 7 А·ч вместо 9 А·ч.
Комплектация немного богаче, что связано с иными выходными розетками: для подключения нагрузок имеются два соответствующих кабеля. Плюс, конечно, специфический кабель RJ50—USB для подключения к компьютеру.
ИБП поставляется в коробке из обычного картона с монохромным оформлением.
Заявленные характеристики, цены
Тестирование
Для начала все же уточним, какие АКБ используются в модуле. Батареи уже не производства Vision Group на 9 А·ч, как в ранее побывавшем у нас APCRBC124 в составе BR1500G-RS, а Kung Long Batteries — та же модель WP7-12, что и в знакомом нам представителе серии Back-UPS BC750-RS.
Обозначенные на их корпусе 7 А·ч действительны для 20-часового разряда, то есть для токов порядка 0,35 А, что соответствует всего нескольким ваттам отдаваемой в нагрузку мощности. А для нагрузок, близких к максимальной заявленной для ИБП, токи исчисляются десятками ампер, поэтому емкость будет существенно меньше.
Теперь результаты замеров времени автономной работы с разными нагрузками, сначала в виде графика.
Как обычно, для любителей точных значений — таблица.
| Мощность нагрузки | Показания ЖК-индикатора BR900GI | Реальное время работы | ||
|---|---|---|---|---|
| Мощность | Время работы | BR900GI | BR1500G-RS | |
| 25 Вт | 21 Вт / 3% | 247 мин | 228 мин 46 сек | 178 мин 23 сек |
| 50 Вт | 45 Вт / 8% | 153 мин | 122 мин 04 сек | 108 мин 54 сек |
| 100 Вт | 94 Вт / 17% | 65 мин | 52 мин 31 сек | 51 мин 10 сек |
| 200 Вт | 192 Вт / 35% | 23 мин | 22 мин 15 сек | 25 мин 29 сек |
| 400 Вт | 374 Вт / 69% | 6 мин | 7 мин 06 сек | 8 мин 35 сек |
| 550 Вт | 537 Вт / 99% | 2 мин | 4 мин 40 сек | — |
| 600 Вт | 581 Вт / 107% | 1 мин | 59 сек | 4 мин 05 сек |
Показания ЖК-индикатора в отношении мощности нагрузки немного занижены (мы задавали ее с точностью ±5%), но они, как и в предыдущей модели, вполне пригодны для практических целей.
Оценка времени автономной работы при очень малых нагрузках (25 Вт) в точности совпала с нашим замером, по мере увеличения нагрузки наблюдались отклонения — сначала в сторону завышения, что несколько огорчает, а затем и занижения, что приятно.
В последней строчке нагрузка на 10%-12% (или на 7% по индикатору) превышала заявленный максимум, но ИБП BR900GI справился и с ней. Правда, выдавался сигнал о перегрузке, а отключение сопровождалось мигающими символами F01, означающими связанную с перегрузкой при работе от батареи ошибку, поэтому нельзя быть уверенным, полностью ли разрядились батареи или сработала защита.
Интересно сравнить результаты для ИБП BR1500G-RS и BR900GI, поэтому в таблицу мы включили крайний справа столбец. Казалось бы, заметно меньшая обозначенная емкость батареи в младшей из двух моделей однозначно должна приводить к уменьшению времени автономной работы, однако так получается только при значительных нагрузках, а при малых BR900GI показывает существенно лучшие результаты.
Разница получилась настолько впечатляющей, что мы повторили замер с нагрузкой 25 Вт дважды. Конечно, результаты двух измерений не совпали, но разброс был вполне ожидаемым, в пределах 5%-6%, и в таблицу мы внесли среднее значение.
Подчеркнем: оба источника Back-UPS Pro к нам попали практически новыми; нагрузки и условия работы на них были одни и те же, а время для восстановления заряда отводилось более чем достаточное — не менее 14-15 часов. КПД инверторов при равных мощностях нагрузок не может настолько разным, чтобы объяснять столь существенные отличия во времени автономной работы, тем более, что у BR900GI, согласно официальным сведениям, в диапазоне нагрузок он ниже, чем у BR1500G-RS.
Остается объяснение, связанное с батареями: либо поведение АКБ разных моделей и производителей при относительно небольших токах нагрузки может не соответствовать разнице в обозначенной емкости, либо это индивидуальные особенности конкретных экземпляров батарей, доставшихся нам в составе двух ИБП — например, показавшие худший результат хранились длительное время при не самых подходящих условиях.
О других параметрах.
Приводим осциллограммы выходного напряжения при работе от батарей на нагрузку разного типа.
Возможные отклонения выходного напряжения от номинала при работе от батарей в спецификации не указаны, однако в диапазоне нагрузок они с запасом соответствуют требованиям ГОСТ 32144-2013, на который мы ориентируемся при оценке ИБП, то есть ±10% или 207—253 В. Частота в пределах погрешности наших измерений не выходит за рамки, указанные в спецификации.
ИБП APC Back-UPS 650 BA (BC650I-RSX)
Описание, цены
У модели BC650I-RSX нет AVR — системы автоматической регулировки выходного напряжения без перехода на батарею при изменениях на входе, не превышающих определенные пороги. То есть этот источник чисто резервный, он предназначен для питания от АКБ оборудования в случаях пропадания питающего напряжения либо выходе его за определенные рамки, которые являются допустимыми для функционирования подключенных устройств.
Нельзя считать это недостатком; например, в нашей лаборатории питающая сеть очень стабильна по величине напряжения и частоте, но иногда в результате каких-то нештатных ситуаций может «обнулиться». И зачем в таком случае ИБП с AVR? Вполне можно сэкономить, выбрав вариант без мощного трансформатора с повышающими-понижающими обмотками и системы их коммутации, которых не было и в уже знакомом нам представителе той же серии BC750-RS.
Но в данной модели нет и USB-порта для мониторинга и управления, соответственно на автоматическое завершение работы компьютера, подключенного к такому ИБП, рассчитывать не приходится, не говоря уже о каких-то настройках или отслеживании событий и значений для входных и выходных параметров.
Однако и такой источник вполне может быть востребован — скажем, если он предназначен для бесперебойного питания сетевого оборудования, не требующего времени на нормальное завершение работы ОС и принципиально не подразумевающего установку каких-либо сторонних программ.
На момент написания обзора BC650I-RSX в розничной сети предлагался по ценам от 4 до 5 тысяч рублей — немалая сумма за столь простенький ИБП, аналоги других производителей можно найти и вдвое дешевле. Однако немалую роль играет и «доброе имя» производителя, которое дает надежду на высокое качество товара.
Данная модель оснащена четырьмя выходными розетками C13 (IEC60320), но есть точно такой же источник с таким же количеством выходных розеток Schuko — в его артикуле нет буквы «I» и добавлены три цифры: BC650-RSX761.
Вообще в названиях моделей этой серии очень легко запутаться. Так, об упомянутом BC650-RSX — резервном ИБП без USB-порта и с розетками Schuko — нет информации в русскоязычном разделе сайта apc.com, там есть лишь BC650-RS с интерфейсом для подключения к компьютеру. А с той же мощностью в 650 В·А на сайте APC перечислены еще BX650CI-RS, BX650LI-GR, BK650EI, BX650CI и BX650LI.
Конечно, можно только приветствовать такое разнообразие, вот только разобраться в нем непросто, особенно с учетом существенной разницы в розничных ценах на одну и ту же модель, из-за которой ИБП с USB-портом в одной торговой точке может оказаться дешевле, чем такой же, но без интерфейса, в другом магазине. То есть потенциальному покупателю надо быть очень внимательным.
Фронтальная сторона ИБП BC650I-RSX точно такая, как и у BC750-RS — на ней единственная кнопка с подсветкой.
Отличие тыльной стороны уже понятно из сказанного выше: иные розетки для подключения нагрузок и отсутствие USB-порта. Количество розеток такое же, но в BC650I-RSX все четыре обеспечены и батарейной поддержкой, и защитой от импульсных помех, тогда как в BC750-RS один выход был «Surge Only».
Еще одно отличие — кабель для подключения к внешней сети переменного тока подключается через разъем C14, а не выходит из задней стенки.
Как и в предыдущей модели, имеются перемычка, при транспортировке или во время длительного хранения размыкающая цепь батареи, и шток автоматического предохранителя.
В комплекте три кабеля — один для подключения к сети переменного тока и два для нагрузок, а также листовка с инструкцией по установке, которая заменяет и руководство по эксплуатации, благо модель очень простая в управлении.
Заявленные характеристики
Тестирование
Начнем все же с настроек. Поскольку подключение к компьютеру и управление с помощью программы PowerChute Personal Edition не предусмотрено, изменение установок производится единственным органом управления — кнопкой на фронтальной панели.
Войти в режим программирования можно длительным удержанием кнопки на включенном ИБП до момента, когда индикатор начнет мигать. Количество миганий в секунду (одно, два или три) будет означать установленную чувствительность к отклонениям входного напряжения — соответственно низкую 160—278 В, среднюю 180—266 В (это заводская установка) или высокую 196—256 В. При выходе за эти пределы источник перейдет в батарейный режим, то есть если нагрузка допускает значительные колебания питающего напряжения, то можно экономить заряд батареи.
Еще одна настройка — поведение при отсутствии нагрузки в автономном режиме: ИБП может автоматически отключаться через 15 минут, если на выходе зафиксирована нагрузка менее 15 Вт. Эта мера также призвана помочь сэкономить заряд батареи, но в случае, если к источнику подключается единственное устройство, потребление которого менее 15 Вт (например, какой-нибудь роутер класса SOHO), подобное может стать камнем преткновения, поэтому хорошо, что режим автовыключения можно отменить. Его состояние отображается звуковыми сигналами в том же режиме программирования.
То же самое было и в BC750-RS, но там хотя бы чувствительность можно было задавать из PowerChute, а в BC650I-RSX обе установки придется производить кнопкой, что не очень-то удобно.
Уточним модель и производителя батареи. С ней ситуация обратная той, что мы наблюдали в паре образцов из серии Back-UPS Pro, где в старшей была АКБ производства Vision Group, а в младшей Kung Long Batteries. Здесь же батареей Vision Group (причем той же самой CP1290 на 9 А·ч, что мы видели в составе APCRBC124 из BR1500G-RS) оснащена младшая модель BC650I-RSX, а в старшей BC750-RS — Kung Long Batteries на 7 А·ч.
Добраться до батареи можно точно так же, как и в BC750-RS: откручиваем два самореза на нижней кромке лицевой панели и сдвигаем эту панель вниз на полсантиметра.
Переходим к времени автономной работы, вот график:
Теперь таблица, в которой уже нет оценочных значений, снятых с самого ИБП (за неимением такой возможности в принципе), вместо которых во втором столбце мы приводим найденные на сайте APC, в соответствующей таблице и на графике. И вновь справа добавлен столбец для знакомой нам старшей модели.
| Мощность нагрузки | Время автономной работы | ||
|---|---|---|---|
| Данные с офиц. сайта | Реальное для BC650I-RSX | Реальное для BC750-RS | |
| 25 Вт | — | 111 мин 30 сек | 43 мин 44 сек |
| 50 Вт | 54,5 мин | 62 мин 15 сек | 27 мин 35 сек |
| 100 Вт | 30,8 мин | 25 мин 19 сек | 13 мин 08 сек |
| 200 Вт | 14,2 мин | 9 мин 48 сек | 5 мин 19 сек |
| 300 Вт | 7,8 мин | 5 мин 01 сек | 2 мин 51 сек |
| 360 Вт | 5,6 мин | 2 мин 58 сек | (350 Вт) 2 мин 17 сек |
| 400 Вт | — | 1 мин 07 сек | 1 мин 51 сек |
Как видите, с перегрузкой около 10%-11% и эта модель справляется нормально. Правда, вновь нельзя однозначно назвать причину отключения в данном случае: исчерпание заряда или окончание time-out по перегрузке.
«Предсказания» на сайте для малых нагрузок (50 Вт) занижены, для более значительных завышены; подобное, как мы не раз имели возможность убедиться, так или иначе встречается всегда.
А вот сравнение со старшей моделью показывает практически двукратное преимущество младшей модели над старшей, исключая лишь значения для нагрузок, близких к заявленному для BC650I-RSX максимуму. Сведений об эффективности (то есть КПД) для рассматриваемого ИБП не приводится, но вновь можно утверждать, что этот параметр у двух моделей не может отличаться очень уж существенно.
Зато разница в заявленной емкости батарей как раз в пользу BC650I-RSX — 9 А·ч вместо 7 А·ч у BC750-RS. Правда, и тут прямой пропорции между разницей в емкости и времени автономной работы нет.
Перейдем к другим параметрам.
Приводим осциллограммы выходного напряжения при работе от батарей на нагрузку разного типа.
Выходное напряжение при работе от батарей в диапазоне нагрузок соответствует и заявленному номинальному значению 230 В ±8%, т. е. от 212 до 248 В, и уж тем более требованиям ГОСТ 32144-2013. Частота в пределах погрешности наших измерений также не выходит за рамки заявленных 50±1 Гц.
Пока обзор готовился к публикации, модель BC650I-RSX была снята с производства, хотя еще может встречаться в розничных торговых сетях. На смену ей пришел ИБП APC BC650-RSX761, отличающийся выходными разъемами: у него четыре розетки Schuko.
Рассмотренные в рамках нашего краткого обзора особенности двух образцов ИБП APC by Schneider Electric к каким-то неожиданным выводам не привели, да и не могли привести: производитель вполне авторитетный, его линейки Back-UPS и Back-UPS Pro известны давно — их следует назвать бюджетными (но, конечно, не откровенно дешевыми), однако они вполне способны предложить выбор моделей, удовлетворяющий запросам очень многих потребителей, причем без переплаты за излишние для конкретных условий эксплуатации функции.
И хотя источники BR900GI и BC650I-RSX не относятся к «топовым» даже в рамках своих линеек, они соответствуют заявленным характеристикам (по крайней мере, в объеме проверенных нами параметров) и при сознательном подходе к выбору вполне могут обеспечить бесперебойным питанием важное электронное оборудование.
В заключение предлагаем посмотреть наши видеообзоры. ИБП APC Back-UPS Pro 900 (BR900GI):
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):
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
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).
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:
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:
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»
Устройство и принцип работы ИБП
Источники бесперебойного питания (UPS) предназначены для подачи электроэнергии на подключенное к нему оборудование в случае сбоев в электросети.
Из чего состоит источник бесперебойного питания
Состав определяется функциями ИБП. В него входят:
- аккумуляторные батареи;
- устройство зарядки аккумуляторов;
- инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный);
- система управления.
Дополнительно могут использоваться фильтры, снижающие помехи электросети; трансформатор; переключатель и др.
Самым важным и дорогим компонентом блоков бесперебойного питания являются аккумуляторы. От их типа и ёмкости зависит время работы подключенной нагрузки.
Батареи бывают трёх типов:
- Свинцово-кислотные регулируемые (VRLA).
- Свинцово-кислотные с затопленной ячейкой (VLA).
- Литий-ионные.
Ёмкость свинцово-кислотных батарей может быть 7 или 9 Ач, напряжение — 12 В.
Во многих источниках бесперебойного питания устанавливаются приборы самодиагностики и настройки. С одной стороны они удобны, поскольку сообщают о состоянии батарей, оставшемся заряде, времени до полной зарядки. С другой — потребляют заряд батарей на проведение тестирования. И этот расход может быть значительным.
Типы UPS
Выделяются два основных принципа работы блока бесперебойного питания:
- С инвертором, находящимся в режиме ожидания.
- С постоянно подключенным инвертором.
В первом случае преобразователь постоянного тока в переменный включается во время сбоев в подаче электрического сигнала по сети. Это может быть полное исчезновение тока, скачки напряжения, изменение параметров сигнала, появление помех.
Схема 1. Standby UPS.
В данную схему включены дополнительные элементы: ограничитель напряжения (SURGE SUPPRESSOR) и фильтр.
Такие ИБП называются резервными (Standby). Для них требуется некоторое время, чтобы перейти с одного вида работы на другой. Задержки могут составлять до десятков миллисекунд.
Во втором случае UPS постоянно конвертирует переменный ток в постоянный, а затем постоянный в переменный. В этих устройствах время переключения считается нулевым, так как не происходит задержки в подаче электропитания для подключенной нагрузки.
Схема 2. Online UPS.
На схеме выпрямитель (RECTIFIER) преобразует переменный ток в постоянный, а INVERTER наоборот — постоянный в переменный.
Остальные типы являются производными от этих двух.
С точки зрения форм-фактора бесперебойники могут выпускаться как в корпусе Tower, так и Rack Mountable (для установки в стойку 19”).
Резервные ИБП
Этот тип UPS наиболее часто используется для настольных компьютеров и другого оборудования.
Диапазон мощностей нагрузки от 0 до 0,5 кВА (Вольт-Ампер — полная мощность, произведение тока на напряжение. Она отличается от активной мощности на коэффициент, связанный с реактивной нагрузкой. Активная мощность измеряется в Ваттах. Полная мощность всегда больше активной).
Резервные ИБП характеризуются КПД, равным шестидесяти процентам; небольшими размерами и низкой стоимостью. Большинство устройств способно фильтровать помехи, подавлять кратковременные скачки и провалы напряжения.
Уровень защиты нагрузки — невысокий. Такой блок питания не способен выдавать чистую синусоиду на выходе.
К разновидностям этого класса источников бесперебойного питания можно отнести интерактивные блоки питания. Они состоят из того же набора компонентов, дополненного трансформатором с несколькими точками подключения. Такая конфигурация позволяет исправлять изменения напряжения в сети без подключения батарей. Такая схема исправляет отклонения величиной до двадцати процентов от номинального значения напряжения и экономит ресурс АКБ.
Схема 3. Line Interactive UPS со ступенчатой стабилизацией напряжения.
Ещё одной модификацией резервных блоков бесперебойного питания можно назвать феррорезонансные. Они используются для нагрузок, имеющих большую мощность — от 3 до 15 кВА.
Феррорезонансные ИБП отличаются от интерактивных трансформатором, имеющим стальной сердечник. Это позволяет лучше управлять выходным напряжением и выдерживать большие нагрузки. Но такая конструкция приводит к удорожанию устройства и созданию дополнительных помех в выходном сигнале из-за индукции, наводимой в сердечнике.
ИБП с двойным преобразованием
Online UPS способны выдавать полную электрическую мощность от 5 до 5000 кВА. Это наиболее распространённый тип бесперебойников.
На выходе выдаёт идеальную синусоиду. За счёт двойного преобразования тока устраняются все помехи и искажения входящего сигнала. Отлично подходят для защиты оборудования, чувствительного к колебаниям мощности.
Начальная стоимость Online UPS выше, чем у Standby, но итоговая цена владения лучше. Это связано с более длительным сроком службы батарей. Хотя другие устройства (RECTIFIER и INVERTER) работают непрерывно и могут быстрее выйти из строя. Но их цена значительно меньше стоимости аккумуляторов.
Для устойчивой работы таких UPS необходимо обеспечить беспрепятственное поступление воздуха.
К недостаткам можно отнести шум при работе.
КПД ИБП с двойным преобразованием — около девяносто процентов. Постоянная двойная конвертация тока и охлаждение сопровождается потерями энергии. Но проседание эффективности незначительно и вполне компенсируется достоинствами устройства.
Около десяти лет назад компания APC создала усовершенствованную конструкцию ИБП с двойным преобразованием. Этот тип называется Delta conversion online UPS, серия — Symmetra.
Схема 4. Delta conversion online UPS с опорным напряжением.
Суть новшества в установке на входе блока трансформатора, подающего напряжение на выход инвертора. За счёт этого удалось снизить потери мощности и энергии, минимизировать гармоники и лучше контролировать характеристики выходного сигнала. Всё это в сумме повысило эффективность работы устройства, снизило нагрев и износ, позволило соединить бесперебойник в общую цепь с резервными генераторами. Ранее ни один из UPS не мог работать в такой связке.
Кроме того, удалось управлять входящим током для обеспечения оптимизации режима зарядки аккумуляторов.
Заключение
Каждый тип источников бесперебойного питания нужно использовать в соответствии с тем, какие задачи он может выполнять. Краткая таблица поможет сориентироваться в выборе ИБП.
Таблица 1. Сравнительные характеристики типов ИБП.
Кроме указанных в ссылках типов UPS, поставщик компьютерного и it-оборудования и сетевых решений ВИСТЛАН предлагает множество моделей других производителей.
Если у вас есть вопросы по технологиям, по режимам использования по подбору нужного вам типа и модели, обратитесь любым способом (через сайт, по телефону или электронной почте) к нашим специалистам. Вам не только помогут в выборе, но и предложат выгодные решения.