Из чего состоит ибп для компьютера. Основное назначение источника бесперебойного питания (ИБП) для защиты компьютерной техники. Предназначение и принцип действия
В современном мире информация порой стоит дороже золота. При этом для ее обработки и хранения обычно используют поскольку они предоставляют своим пользователям максимальное количество возможностей по обработке данных, при этом способны вместить довольно большой объем информации.
Однако довольно часто приходится сталкиваться с таким явлением, как внеплановое отключение электрической энергии или авария на линии. В этих случаях сохранить проделанную работу и уберечь ее от уничтожения поможет бесперебойник для компьютера.
Он представляет собой устройство, которое объединяет в себе реле и автономный блок питания. Для обеспечения надежной работы его подключают к сети, коммутируя все доверенные ему агрегаты. Поэтому, когда пропадает в сети питание, бесперебойник для компьютера переключает всю цепь на аварийный блок, который даст время для сохранения информации и корректного выхода.
Стоит отметить, что таким образом данное устройство помогает на только защитить данные, но и сохранить оборудование в целости. Дело в том, что бесперебойник для компьютера, цены на который не дороже хорошей материнской платы или жесткого диска, может спасти данные виды оборудования от своеобразных перепадов в сети, а значит, позволит значительно сэкономить. При этом не следует полагаться на самые дешевые модели, поскольку они не могут отсекать малые токи и незначительные скачки напряжения. Профессионалы рекомендуют делать систему таким образом, чтобы схема бесперебойника для компьютера начиналась с подключения выпрямляющего трансформатора, способного обеспечить повышенную надежность и гарантировать полную защиту от всех казусов работы современной электросети.
Отдельно стоит отметить то, что при выборе определенного типа устройства следует обращать внимание на его мощность. Дело в том, что бесперебойник для компьютера должен быть в полтора раза мощнее подключаемого к нему устройства. Таким образом, его срок работы в будет соответствовать заявленному в паспорте. Если же подключать к бесперебойнику дополнительные приборы, которые создадут повышение общей мощности цепи, то он не сможет долго обеспечивать стабильный уровень работы, следовательно, может быстро выйти из строя.
Также стоит помнить о том, что бесперебойник для компьютера работает на базе аккумулятора. Поэтому он имеет довольно ограниченный срок эксплуатации и нуждается в своевременной замене Особенно это относится к тем устройствам, которым приходится работать при перепадах температуры или во влажном климате.
Таким образом, становится понятно, что современный блок является не только дополнительной системой защиты всей электросети компьютера, но и необходимым элементом для безопасной работы всех узлов. Поэтому стоит один раз потратиться на его приобретение, чем после каждого перепада напряжения или покупать новую материнскую плату или жесткий диск.
Источник бесперебойного питания или ИБП (UPS) это устройство которое позволяет получать качественный электрический ток без перебоев. В данной статье мы расскажем о том, что такое UPS и для чего его используют.
Всегда есть риск потерять не сохраненные результаты работы из-за перепада напряжения. Иногда подобный сбой может стоить многих часов работы. Более того, если вам не повезет, такой перепад может повредить ваш компьютер. Для того чтобы избежать подобных проблем используют так называемый UPS.
Подключив к сети через источник бесперебойного питания, у вас будет несколько минут автономной работы на случай потери напряжения в сети. Этого времени будет достаточно для того чтобы сохранить результаты работы и корректно выключить компьютер.
Но не все периферийные устройства стоит подключать к UPS. Так, и «ксероксы» не рекомендуется подключать к источнику бесперебойного питания. Эти устройства в некоторые моменты создают слишком большую пиковую мощность.
Современный UPS выполняет такие функции:
- Удаление небольших и кратковременных перепадов напряжения
- Фильтрация напряжения, унижение уровня шума
- Обеспечение бесперебойного питания в случае исчезновения напряжения в сети
- Защита от коротких замыканий и перегрузок
Основные характеристики UPS:
- Мощность. Чем выше мощность, тем более мощное оборудование сможет поддерживать UPS.
- Время работы. Это время автономной работы, которое может обеспечить UPS.
- Количество розеток
- Тип. Современные UPS бывают таких типов:
- Резервные.
- Линейно-интерактивные
- Непрерывного действия
Основные типы UPS
Резервные или Off-Line это наиболее простые устройства. Когда в сети есть напряжение, они просто подают его на свои выходы, пропуская через фильтр. Такие UPS переходят на использование батареи только в случае проседания или исчезновения напряжения в сети.
Линейно-интерактивные или Line-Interactive это уже более продвинутые и сложные устройства. Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания способны регулировать напряжение в зависимости от того как изменяется напряжение в сети. При этом переход на работу от аккумулятора происходит только тогда, когда перепады в сети превышают допустимые для данного UPS уровни.
Непрерывного действия или On-Line это самые продвинутые и дорогие источники бесперебойного питания. В данных моделях батареи используются постоянно, и выполняют роль «буфера». Недостатком таких UPS является рассеивание энергии в виде тепла и быстрый износ устройства.
Источник бесперебойного питания (ИБП) или на английском языке UPS (Uninterruptible Power Supply) является важной частью любого современного компьютера.
Но нужен ли ИБП именно вам, как он работает, какие производители являются лучшими и почему, какими параметрами должен обладать ИБП в зависимости от качества электропитания и компьютера?
1. Как устроен ИБП
ИБП представляет собой сравнительно небольшой корпус, в котором находится электросхема и мощный аккумулятор.
Спереди обычно расположена кнопка включения и индикаторы.
А сзади специальные разъемы для подключения системного блока, монитора и других устройств компьютера, которые требуют специальных шнуров.
Часто есть разъемы с питанием от батареи и отдельно разъемы с защитой от скачков электричества, к которым можно подключать такие мощные устройства как лазерный принтер.
Также есть ИБП с разъемами под евро вилку привычного для ИБП формата и так называемые пауки.
Это удобно, не требует специальных шнуров и позволяет подключить для защиты такие устройства как колонки и роутер.
2. Как работает ИБП
Задача ИБП – обеспечить бесперебойное питание компьютера. В случае внезапного отключения электричества, он моментально переключается на питание компьютера от встроенного аккумулятора, преобразуя его постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В.
При переключение на питание от аккумулятора ИБП обычно начинает пищать, оповещая пользователя о необходимости завершить работу ПК. Так как мощность аккумулятора довольно ограничена, ИБП может поддерживать работу компьютера 5-30 (чаще 10-15) минут.
Кроме этого, ИБП защищает компьютер и периферийные устройства (в первую очередь монитор) от скачков напряжения, которые могут вывести их из строя.
Есть также ИБП с функцией стабилизатора, которые могут повышать и понижать напряжение питания в случае, если оно выходит за допустимые диапазоны.
3. Нужен ли ИБП
Многие пользователи задаются вопросом, нужен ли им ИБП, ведь это дополнительные затраты, при том что он никак не влияет на производительность ПК и другие его эксплуатационные параметры. Вопрос вполне резонный и ответ на него может быть разный.
Когда ИБП не нужен:
- компьютер старый или самый дешевый
- напряжение стабильное и пропадает редко
- у вас есть резервная копия всех ценных файлов
- вас не смущает потеря несохраненных файлов
Когда ИБП нужен:
- компьютер представляет достаточную ценность
- напряжение в сети скачет или часто пропадает
- у вас нет резервной копии ценных файлов
- потеря несохраненных файлов для вас критична
В любом случае отказ от приобретения ИБП оправдан только при сильно ограниченных финансовых возможностях. Так как он не только убережет ваши файлы, но не даст произойти сбою системы и выйти из строя компьютеру.
Если для вас компьютер или данные представляют какую-то ценность, то рекомендую приобрести ИБП, так как восстановление может обойтись дороже, не говоря уже о потери времени и нервов.
4. Лучшие производители ИБП
Производителем ИБП №1 в мире является компания APC (American Power Conversion), которую некоторое время назад поглотила французская энергетическая компания Schneider Electric. Именно ИБП от APC используют крупные компании и предприятия по всему миру, так как они являются самыми надежными.
Да, стоят они в 1.5-2 раза дороже чем ИБП дешевых китайских брендов типа Mustek, Ippon, CyberPower. Но APC сделаны значительно качественнее, внутри установлены мощные электрические компоненты, способные обеспечить надежную защиту вашему ПК.
В дешевых китайских ИБП используется соответствующая элементная база и внутри они больше похожи на радиоприемник, чем на серьезное силовое устройство.
Такой ИБП не только не сможет защитить ваш компьютер в критичный момент, но может ни с того ни с сего сгореть сам, утянув на тот свет ваш системный блок или монитор. Не стоит приобретать такие ИБП, так как силовое оборудование должно быть мощным, надежным и не может стоить так дешево.
Конечно, есть еще и другие более-менее надежные ИБП такие как INELT, Stark, отечественные Бастион и Энергия. Но стоят они практически также как APC, при этом имея ограниченный модельный ряд и не всегда удачную конфигурацию разъемов.
Если вы хотите иметь действительно надежный и практичный ИБП, который защитит ваш ПК, а не просто для самоуспокоения, то приобретайте APC.
Однако, стоит отметить, что после перехода компании APC под крыло французов, качество бюджетных моделей снизилось, что отмечают многие пользователи. Корпус стали делать из дешевого пластика с едким запахом, а сами ИБП стали чаще выходить из строя. Поэтому лучше брать либо старые проверенные модели из серии Back-UPS BK (в корпусе из белого пластика), либо уже что-то подороже из серии Back-UPS Pro (всесторонняя защита) или Smart-UPS (самые качественные и надежные). В принципе еще неплохие и удобные Back-UPS BE (паук с евро розетками), они подходят для не очень мощных ПК. Больше всего нареканий на современные серии BX и BC, но и они лучше дешевого китайского хлама.
Еще из довольно качественных БП рекомендую EATON и Legrand, они лучше самых дешевых APC и стоят лишь немного дороже. Есть еще отличные General Electric на уровне наиболее качественных APC, но стоят не дешево. В качестве наиболее бюджетного вариант могу посоветовать только Powercom, но не самые дешевые RPT, а как минимум из серии BNT, PTM или SPD (пауки), еще лучше IMP/IMD или KIN. В общем по возможности, в любом случае вы не прогадаете и искать что-то дешевле от других брендов смысла нет.
5. Типы ИБП
ИБП бывают нескольких типов:
- резервные (offline, standby, back-ups)
- линейно-интерактивные (line-interactive)
- с двойным преобразованием (online, непрерывные)
Резервные ИБП – самые простые и недорогие, они переключаются на работу от батареи не только при полном обесточивании, но и при пониженном или повышенном напряжении в розетке. Если с напряжением у вас все в порядке, то этого обычно достаточно.
Но если оно часто скачет (как в частном секторе), то стоит присмотреться к другому типу ИБП, так как постоянное переключение на питание от батареи заставит вас слушать вечный неприятный писк от ИБП, часто выключать ПК, а также убивает аккумулятор.
Линейно-интерактивные ИБП – помимо аккумулятора, имеют встроенный стабилизатор напряжения, который часто является 3-ступенчатым AVR (автоматическим регулятором напряжения) и стоят несколько дороже.
Такие ИБП при падении напряжения ниже 190 В или повышения выше 250 В выравнивают его до уровня около 220 В на выходе.
При этом не используется аккумулятор, что позволяет спокойно продолжать работу в течение продолжительного времени. Линейно-интерактивные ИБП различаются нижним (140-180 В) и верхним (260-300 В) порогом стабилизации.
Таким образом, если напряжение в розетке падает или наоборот повышается, выходя за допустимые нормы, компьютер на выходе все-равно получит стабильное напряжение близкое к 220 В без использования батареи. Но обращайте особое внимание на нижний и верхний пороги стабилизации.
Нижний порог может быть вполне достаточные 160 В, а может и 180 В, что может быть критично для вашего района. Чем ниже это значение, тем лучше, так как за его пределами происходит переключение на аккумулятор. Аналогично и с максимальным порогом, так как в некоторых местах напряжение прыгает до 280 В.
ИБП с двойным преобразованием – дорогие высококачественные бесперебойники со сложным стабилизатором напряжения и частоты, обеспечивающие стабильные параметры напряжения на выходе и отсутствие задержки при переключении на аккумулятор. Используются в корпоративном секторе для питания серверов, критически важных рабочих станций и сетевого оборудования.
Если напряжение в розетке у вас стабильное, то в принципе хватит самого недорогого резервного ИБП. Для отдаленного района города или частного сектора однозначно лучше брать линейно-интерактивный ИБП, которые я рекомендую в любом случае, так как они уже не на много дороже.
6. Мощность ИБП
Выходная мощность ИБП часто указывается в вольт-амперах (ВА) и отражается в маркировке. При этом мощность компьютера (включая монитор) в ваттах (Вт), на которую рассчитан ИБП, значительно меньше, что также указывается в параметрах конкретной модели.
Значения выходной мощности ИБП для персональных компьютеров колеблются в пределах 400-1500 ВА. Рассчитать необходимую мощность ИБП вы можете с помощью программы «Power Supply Calculator».
На первой вкладке вводятся параметры системного блока и рассчитывается необходимая мощность блока питания.
На второй вкладке, добавив параметры монитора, можно рассчитать рекомендуемую мощность ИБП.
Округлив полную выходную мощность (ВА) до ближайшего целого значения, мы и получим рекомендуемую мощность ИБП, которая в данном случае будет 800 ВА.
В зависимости от модели ИБП и текущего энергопотребления компьютера время работы от аккумулятора может существенно отличаться.
В реальности, если мощность ИБП подобрана правильно, то он может выдержать около 5 минут при высокой нагрузке (на ПК запущена игра или рендеринг видео) и порядка 15 минут при обычной офисной работе.
Если мощности ИБП будет недостаточно, то он может не выдержать отключения напряжения, компьютер внезапно выключится и что-то может выйти из строя.
Учтите также, что со временем аккумулятор подсядет и ИБП будет держать раза в два меньше по времени.
Подбирайте ИБП так, чтобы изначально был некоторый запас по мощности и времени работы от аккумулятора.
8. Форма выходного напряжения ИБП
Форма выходного напряжения ИБП может быть:
- ступенчатая синусоида
- аппроксимированная синусоида
- чистая синусоида
Графически это можно представить в следующим виде.
При переключении на питание от аккумулятора происходит преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В с помощью внутреннего инвертера ИБП.
В большинстве ИБП форма выходного напряжения получается отличной от классической синусоиды, которая приходит к нам из розетки, принимая ступенчатую или аппроксимированную форму.
Когда появились первые блоки питания с модулем активной коррекции мощности (APFC), такая упрощенная форма напряжения проводила к тому, что компьютер просто выключался. Но эта проблема в блоках питания давно решена и может проявиться только с совсем древними БП.
ИБП, способные выдавать чистую синусоиду, стоят в разы дороже обычных и не требуются для простых компьютеров. Они используются для специализированного оборудования, которое не может работать с упрощенными формами напряжения.
Приобретайте ИБП с напряжением в форме аппроксимированной или ступенчатой синусоиды, это не имеет большого значения.
9. Управляемые ИБП
Управляемые ИБП дополнительно подключаются к компьютеру с помощью кабеля USB и могут посылать сигнал на отключение ПК при низком заряде батареи. Это полезно в случае если вы часто уходите, оставляя компьютер включенным или ставите закачки на ночь.
В случае отключения электричества, в то время как вас не будет на месте, ИБП будет удерживать питание пока заряд аккумулятора не приблизится к критическому уровню, а затем отправит компьютеру сигнал о выключении.
Компьютер, получив сигнал, корректно закроет все программы, завершит работу операционной системы и выключится. Иногда для этой функциональности может потребоваться установить специальный драйвер от производителя ИБП, но в целом такая возможность уже встроена в Windows и может даже драйвер устанавливать не придется.
Это интересная и полезная функция, но за все нужно платить и управляемые ИБП стоят дороже своих неуправляемых аналогов, требующих обязательного присутствия пользователя для корректного отключения ПК.
Кроме этого, дополнительное программное обеспечение может информировать пользователя о состояние батареи, позволять управлять ИБП по сети, но большинству пользователей это не нужно.
Если вы будете оставлять компьютер включенным без присмотра на длительное время, то лучше не экономить и взять управляемый ИБП, чтобы не допустить сбоев в работе ПК.
10. Холодный старт ИБП
Функция холодного старта заявлена для большинства ИБП. Это значит, что вы можете включить компьютер в условиях отсутствия напряжения в розетке.
В действительности это не совсем штатный режим работы ИБП и может привести к выходу из стоя как самого ИБП, так и компьютера. Не стоит просто так экспериментировать с этой возможностью.
Для функции холодного старта требуется, чтобы ИБП был качественный, с запасом мощности и хорошим аккумулятором. Во время старта компьютера происходит большой скачок тока и монитор уже лучше включать после загрузки ПК.
11. Дополнительная защита ИБП
Любой ИБП поддерживает штатный набор защиты:
- защита от перегрузки
- защита от высоковольтных импульсов
- защита от короткого замыкания
- фильтрация помех
- предохранитель питания
Желательно, чтобы предохранитель питания был автоматический в виде кнопки. Тогда, в случае чего вам не придется искать ему замену или нести ИБП в ремонт, достаточно будет нажать кнопку и работа ИБП восстановится.
Кроме этого, в ИБП могут быть разъемы RJ45 для защиты от пробоев через кабель интернета и RJ11 для защиты телефонной линии, включая DSL-модем.
Да, есть отдельные устройства и сетевые фильтры с подобной защитой, но в качественном ИБП она лучше.
Приобретайте ИБП с автоматическим предохранителем, а для частного дома с защитой линии RJ45 или RJ11 (в зависимости от типа подключения к интернету).
Одним из основных параметров защиты ИБП является поглощаемая энергия импульса, которая измеряется в джоулях (Дж) и больше важна для жителей частного сектора. Значения поглощаемой энергии импульса находятся в пределах 150-500 Дж.
Чем выше это значения, тем больше вероятность, что ИБП защитит ваш компьютер при попадании молнии в электросеть или замыкания в распределительном трансформаторе.
Если вы живете в частном доме, то выбирайте ИБП с более высокой поглощаемой энергией импульса.
13. Комплект поставки ИБП
Часто в комплект поставки ИБП входит только кабель для подключения в розетку самого ИБП. Для ИБП с нестандартными разъемами, уточняйте комплект поставки у продавца.
Учтите, что кабелей для подключения системного блока и монитора в комплекте может не быть и их придется приобрести отдельно.
14. Замена аккумулятора ИБП
Срок службы аккумулятора ИБП зависит от его качества и количества циклов заряд-разряд, т.е. от того как часто ИБП будет переключаться на работу от аккумулятора и как быстро при этом вы будете выключать ПК. В качественном ИБП срок службы аккумулятора составляет 3-5 лет, в зависимости от условий эксплуатации.
Часто в дешевых китайских ИБП для замены аккумулятора требуется разборка корпуса, что порой не так просто и можно что-то сломать.
Лучше выбирайте ИБП, где для замены аккумулятора предусмотрен открывающийся отсек, чтобы для его замены не нужно было разбирать весь ИБП или нести его в сервис.
Большинство ИБП имеют индикатор, свидетельствующий о необходимости замены аккумулятора. Но он начинает светиться обычно уже когда аккумулятор полностью сдох и не может эксплуатироваться. Если дожидаться этого момента, то очередное отключение электричества, через 4-5 лет эксплуатации ИБП может привести к выходу из строя как самого ИБП, так и компьютера.
15. Лучшие аккумуляторы для ИБП
Лучшие аккумуляторы производят Yuasa и CSB, которые используются в качественных ИБП от APC. Эти аккумуляторы стоят больше чем самые дешевые китайские поделки, но и служат они также значительно дольше. Кроме того, от некачественных аккумуляторов ИБП выходят из строя.
Подобрать аккумулятор для ИБП довольно просто. Достаточно изъять установленный, посмотреть на сколько он ампер-часов (Ач) и замерить размеры линейкой. Также при замене вы можете подобрать аккумулятор повышенной емкости (например, 9 Ач вместо 7 Ач) при условии, что он такого же размера.
Приобретайте для своего ИБП только качественные аккумуляторы от Yuasa и CSB. Если есть возможность, берите модель повышенной емкости.
16. Заключение
Не стоит пренебрегать таким важным устройством как ИБП, которое убережет не только ваши файлы и избавит от головной боли с восстановлением системы, но и продлит жизнь вашему компьютеру.
Но ИБП обязательно должен быть качественным, так как иначе вы рискуете не только выбросить деньги на ветер, но еще и угробить компьютер, вместо того чтобы защитить его от нежелательных воздействий наших ненадежных электросетей и информационных коммуникаций.
17. Ссылки
ИБП Powercom Imperial IMP-1025AP
ИБП Powercom Imperial IMD-525AP
ИБП Powercom SPD-650U
Удивляет полное отсутствие информации о таких распространенных приборах, как источники бесперебойного питания. Мы прорываем информационную блокаду и приступаем к публикации материалов по их устройству и ремонту. Из статьи Вы получите общее представление о существующих типах бесперебойников и более подробное, на уровне принципиальной схемы, - о наиболее распространенных моделях Smart-UPS.
Надежность работы компьютеров во многом определяется качеством электрической сети. Последствиями таких перебоев электропитания, как скачки, подъемы, спады и потеря напряжения, могут оказаться блокировка клавиатуры, потеря данных, повреждение системной платы и пр. Для защиты дорогостоящих компьютеров от неприятностей, связанных с силовой сетью, используют источники бесперебойного питания (ИБП). ИБП позволяет избавиться от проблем, связанных с плохим качеством электропитания или его временным отсутствием, но не является долговременным альтернативным источником электропитания, как генератор.
По данным экспертно-аналитического центра «СК ПРЕСС», в 2000 г. объем продаж ИБП на российском рынке составил 582 тыс. шт. Если сравнить эти оценки с данными о продажах компьютеров (1,78 млн. штук), то получается, что в 2000 г. каждый третий приобретенный компьютер оснащается индивидуальным ИБП.
Подавляющую часть российского рынка ИБП занимает продукция шести компаний: APC, Chloride, Invensys, IMV, Liebert, Powercom. Продукция компании APC уже который год сохраняет лидирующую позицию на российском рынке ИБП.
ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства имеют различные конструкции и характеристики.
Рис. 1. Блок-схема ИБП класса Off-line
Блок-схема ИБП класса Off-line приведена на рис. 1. При работе в нормальном режиме нагрузка питается отфильтрованным напряжением электросети. Для подавления электромагнитных и радиочастотных помех во входных цепях используются фильтры EMI/RFI Noise на металло-оксидных варисторах. Если входное напряжение становится ниже или выше установленной величины или вообще исчезает, то включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Преобразуя постоянное напряжение батарей в переменное, инвертор осуществляет питание нагрузки от батарей. Форма его выходного напряжения - прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с амплитудой 300 В и частотой 50 Гц. ИБП класса Off-line неэкономично работают в электросетях с частыми и значительными отклонениями напряжения от номинальной величины, поскольку частый переход на работу от батарей уменьшает срок службы последних. Мощность выпускаемых фирмой АРС ИБП класса Off-line модели Back-UPS находится в диапазоне 250...1250 ВА, а модели Back-UPS Pro -в диапазоне 2S0...1400 ВА.
Рис. 2. Блок-схема ИБП класса Line-interactive
Блок-схема ИБП класса Line-interactive приведена на рис. 2. Так же, как и ИБП класса Off-line, они ретранслируют переменное напряжение электросети в нагрузку, поглощая при этом относительно небольшие всплески напряжения и сглаживая помехи. Входные цепи используют фильтр EMI/RFI Noise на металло-оксидных варисторах для подавления электромагнитных и радиочастотных помех. Если в электросети произошла авария, то ИБП синхронно, без потери фазы колебания, включает инвертор для питания нагрузки от батарей, при этом синусоидальная форма выходного напряжения достигается фильтрацией ШИМ-колебания. Схема использует специальный инвертор для подзарядки батареи, который работает и во время скачков сетевого напряжения. Диапазон работы без подключения батареи расширен за счет использования во входных цепях ИБП автотрансформатора с переключаемой обмоткой. Переход на питание от батареи происходит, когда напряжение электросети выходит за границы диапазона. Мощность выпускаемых фирмой АРС ИБП класса Line-interactive модели Smart-UPS составляет 250...5000 ВА.
Рис. 3. Блок-схема ИБП класса On-line
Блок-схема ИБП класса On-line приведена на рис. 3. Эти ИБП преобразуют переменное входное напряжение в постоянное, которое затем с помощью ШИМ-инвертора преобразуется снова в переменное со стабильными параметрами. Поскольку нагрузку всегда питает инвертор, то нет необходимости в переключении с внешней сети на инвертор, и время переключения равно нулю. За счет инерционного звена постоянного тока, каким является батарея, происходит изоляция нагрузки от аномалий сети и формируется очень стабильное выходное напряжение. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП продолжает питать нагрузку чистым синусоидальным напряжением с отклонением не более +5% от устанавливаемого пользователем номинального значения. ИБП класса On-line фирмы АРС имеют следующие выходные мощности: модели Matrix UPS - 3000 и 5000 ВА, модели Symmetra Power Array - 8000, 12000 и 16000 ВА.
Модели Back-UPS не используют микропроцессор, а в моделях Back-UPS Pro, Smart-UPS, Smart/VS, Matrix и Symmetna микропроцессор используется.
Наибольшее распространение получили устройства: Back-UPS, Back-UPS pro, Smart-UPS, Smart-UPS/VS.
Такие устройства, как Matrix и Symmetna, используются в основном для банковских систем.
В этой статье рассмотрим конструкцию и схему моделей Smart-UPS 450VA...700VA, применяемых для питания персональных компьютеров (ПК) и серверов. Их технические характеристики приведены в табл. 1.
Таблица 1. Технические характеристики моделей Smart-UPS фирмы АРС
| 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 | 16,8x11,9x36,8 | 15,8x13,7x35,8 | 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:
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
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 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. 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 On-line,
УСТРОЙСТВО ИБП КЛАССА OFF-LINE
К ИБП класса Off-line фирмы АРС относятся модели Back-UPS. ИБП этого класса отличаются низкой стоимостью и предназначены для защиты персональных компьютеров, рабочих станций, сетевого оборудования, торговых и кассовых терминалов. Мощность выпускаемых моделей Back-UPS от 250 до 1250 ВА. Основные технические данные наиболее распространенных моделей ИБП представлены в табл. 3.
Таблица 3. Основные технические данные ИБп класса Back-UPS
| Модель | BK250I | BK400I | BK600I |
|---|---|---|---|
| Номинальное входное напряжение, В | 220...240 | ||
| Номинальная частота сети, Гц | 50 | ||
| Энергия поглощаемых выбросов, Дж | 320 | ||
| Пиковый ток выбросов, А | 6500 | ||
| Пропущенные в нормальном режиме значения выбросов напряжения по тесту IEEE 587 Cat. A 6kVA, % | <1 | ||
| Напряжение переключения, В | 166...196 | ||
| Выходное напряжение при работе от аккумуляторов, В | 225 ± 5% | ||
| Выходная частота при работе от аккумуляторов, Гц | 50 ± 3% | ||
| Максимальная мощность, ВА (Вт) | 250(170) | 400(250) | 600(400) |
| Коэффициент мощности | 0,5. ..1,0 | ||
| Пик-фактор | <5 | ||
| Номинальное время переключения, мс | 5 | ||
| Количество аккумуляторов х напряжение, В | 2x6 | 1x12 | 2x6 |
| Емкость аккумуляторов, Ач | 4 | 7 | 10 |
| Время 90-% подзарядки после разрядки до 50%, час | 6 | 7 | 10 |
| Акустический шум на расстоянии 91 см от устройства, дБ | <40 | ||
| Время работы ИБП на полную мощность, мин | >5 | ||
| Максимальные габариты (В х Ш х Г), мм | 168x119x361 | ||
| Вес, кг | 5,4 | 9,5 | 11,3 |
Индекс «I» (International) в названиях моделей ИБп означает, что модели рассчитаны на входное напряжение 230 В, В устройствах установлены герметичные свинцовые необслуживаемые аккумуляторы со сроком службы 3...5 лет по стандарту Euro Bat. Все модели оснащены фильтрами-ограничителями, подавляющими скачки и высокочастотные помехи сетевого напряжения. Устройства подают соответствующие звуковые сигналы при пропадании входного напряжения, разрядке аккумуляторов и перегрузке. Пороговое значение напряжения сети, ниже которого ИБп переходит на работу от аккумуляторов, устанавливается переключателями на задней панели устройства. Модели BK400I и BK600I имеют интерфейсный порт, подключаемый к компьютеру или серверу для автоматического самостоятельного закрытия системы, тестовый переключатель и выключатель звукового сигнала.
Структурная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I показана на рис. 8. Сетевое напряжение поступает на входной многоступенчатый фильтр через прерыватель цепи. Прерыватель цепи выполнен в виде автоматического выключателя на задней панели ИБП. В случае значительной перегрузки он отключает устройство от сети, при этом контактный столбик выключателя выталкивается вверх. Чтобы включить ИБП после перегрузки, необходимо вернуть в исходное положение контактный столбик выключателя. Во входном фильтре-ограничителе электромагнитных и радиочастотных помех используются LC-звенья и металлооксидные варисторы. При работе в нормальном режиме контакты 3 и 5 реле RY1 замкнуты, и ИБП передает в нагрузку напряжение электросети, фильтруя высокочастотные помехи. Зарядный ток поступает непрерывно, пока в сети есть напряжение. Если входное напряжение падает ниже установленной величины или вообще исчезает, а также если оно сильно зашумлено, контакты 3 и 4 реле замыкаются, и ИБП переключается на работу от инвертора, который преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное. Время переключения составляет около 5 мс, что вполне приемлемо для современных импульсных блоков питания компьютеров. Форма сигнала на нагрузке - прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с частотой 50 Гц, длительностью 5 мс, амплитудой 300 В, эффективным напряжением 225 В. На холостом ходу длительность импульсов сокращается, и эффективное выходное напряжение падает до 208 В. В отличие от моделей Smart-UPS, в Back-UPS нет микропроцессора, для управления устройством используются компараторы и логические микросхемы.
Принципиальная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I практически полностью приведена на рис. 9...11. Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов MOV2, MOV5, дросселей L1 и L2, конденсаторов С38 и С40 (рис. 9). Трансформатор Т1 (рис. 10) является датчиком входного напряжения. Его выходное напряжение используется для зарядки аккумуляторов (в этой цепи используются D4...D8, IC1, R9...R11, С3 и VR1) и анализа сетевого напряжения.
Если оно пропадает, то схема на элементах IC2...IC4 и IC7 подключает мощный инвертор, работающий от аккумулятора. Команда ACFAIL включения инвертора формируется микросхемами IC3 и IC4. Схема, состоящая из компаратора IC4 (выводы 6, 7, 1) и электронного ключа IC6 (выводы 10, 11, 12), разрешает работу инвертора сигналом лог. «1», поступающим на выводы 1 и 13 IC2.
Делитель, состоящий из резисторов R55, R122, R1 23 и переключателя SW1 (выводы 2, 7 и 3, 6), расположенного на тыловой стороне ИБП, определяет напряжение сети, ниже которого ИБП переключается на батарейное питание. Заводская установка этого напряжения 196 В. В районах, характеризующихся частыми колебаниями напряжения сети, приводящими к частым переключениям ИБП на батарейное питание, пороговое напряжение должно быть установлено на более низкий уровень. Точная настройка порогового напряжения выполняется резистором VR2.
Во время работы от батареи микросхема IC7 формирует импульсы возбуждения инвертора PUSHPL1 и PUSHPL2. В одном плече инвертора установлены мощные полевые транзисторы Q4...Q6 и Q36, в другом -Q1...Q3 и Q37. Своими коллекторами транзисторы нагружены на выходной трансформатор. На вторичной обмотке выходного трансформатора формируется импульсное напряжение с эффективным значением 225 В и частотой 50 Гц, которое используется для питания подключенного к ИБП оборудования. Длительность импульсов регулируется переменным резистором VR3, а частота - резистором VR4 (рис. 10). Включение и выключение инвертора синхронизируется с напряжением сети схемой на элементах IC3 (выводы 3...6), IC6 (выводы 3...5, 6, 8, 9) и IC5 (выводы 1...3 и 11...13). Схема на элементах SW1 (выводы 1 и 8), IC5 (выводы 4...В и 8...10), IC2 (выводы 8...10), IC3 (выводы 1 и 2), IC10 (выводы 12 и 13), D30, D31, D18, Q9, BZ1 (рис. 11) включает звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о проблемах с электропитанием. Во время работы от батареи ИБП каждые 5 с издает одиночный звуковой сигнал, указывающий на необходимость сохранения файлов пользователя, т.к. емкость аккумуляторов ограничена. При работе от батареи ИБП осуществляет контроль за ее емкостью и за определенное время до ее разряда подает непрерывный звуковой сигнал. Если выводы 4 и 5 переключателя SW1 разомкнуты, то это время составляет 2 минуты, если замкнуты - 5 минут. Для отключения звукового сигнала надо замкнуть выводы 1 и 8 переключателя SW1.
Все модели Back-UPS, за исключением BK250I, имеют двунаправленный коммуникационный порт для связи с ПК. Программное обеспечение Power Chute Plus позволяет компьютеру осуществлять как текущий контроль ИБП, так и безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Novell, Netware, Windows NT, IBM OS/2, Lan Server, Scounix и UnixWare, Windows 95/98), сохраняя файлы пользователя. На рис. 11 этот порт обозначен как J14. Назначение его выводов:
1 - UPS SHUTDOWN. ИБП выключается, если на этом выводе появляется лог. «1» в течение 0,5 с.
2 - AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП генерирует на этом выводе лог. «1».
3 - СС AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.
4, 9 - DB-9 GROUND. Общий провод для ввода/вывода сигналов. Вывод имеет сопротивление 20 Ом относительно общего провода ИБП.
5 - СС LOW BATTERY. В случае разряда батареи ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.
6 - ОС AC FAIL При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «1». Выход с открытым коллектором.
7, 8 - не подключены.
Выходы с открытым коллектором могут подключаться к ТТЛ-схемам. Их нагрузочная способность до 50 мА, 40 В. Если к ним нужно подключить реле, то обмотку следует зашунтировать диодом.
Обычный «нуль-модемный» кабель для связи с этим портом не подходит, соответствующий интерфейсный кабель RS-232 с 9-штырьковым разъемом поставляется в комплекте с программным обеспечением.
КАЛИБРОВКА И РЕМОНТ ИБП
Установка частоты выходного напряжения
Для установки частоты выходного напряжения подключить на выход ИБП осциллограф или частотомер. Включить ИБП в режим работы от батареи. Измеряя частоту на выходе ИБП, регулировкой резистора VR4 установить 50 ± 0,6 Гц.
Установка значения выходного напряжения
Включить ИБП в режим работы от батареи без нагрузки. Подключить на выход ИБП вольтметр для измерения эффективного значения напряжения. Регулировкой резистора VR3 установить напряжение на выходе ИБП 208 ± 2 В.
Установка порогового напряжения
Переключатели 2 и 3, расположенные на тыловой стороне ИБП, установить в положение OFF. Подключить ИБП к трансформатору типа ЛАТР с плавной регулировкой выходного напряжения. На выходе ЛАТРа установить напряжение 196 В. Повернуть резистор VR2 против часовой стрелки до упора, затем медленно поворачивать резистор VR2 по часовой стрелке до тех пор, пока ИБП не перейдет на батарейное питание.
Установка напряжения заряда
Установить на входе ИБП напряжение 230 В. Отсоединить красный провод, идущий к положительному выводу аккумулятора. Используя цифровой вольтметр, регулировкой резистора VR1 установить на этом проводе напряжение 13,76 ± 0,2 В относительно общей точки схемы, затем восстановить соединение с аккумулятором.
Типовые неисправности
Типовые неисправности и методы их устранения приведены в табл. 4, а в табл. 5 - аналоги наиболее часто выходящих из строя компонентов.
Таблица 4. Типовые неисправности ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I
| Проявление дефекта | Возможная причина | Метод отыскания и устранения дефекта |
|---|---|---|
| Запах дыма, ИБП не работает | Неисправен входной фильтр | Проверить исправность компонентов MOV2, MOV5, L1, L2, С38, С40, а также проводники платы, соединяющие их |
| ИБП не включается. Индикатор не светится | Отключен автомат защиты на входе (прерыватель цепи) ИБП | Уменьшить нагрузку ИБП, отключив часть аппаратуры, и затем включить автомат защиты, нажав контактный столбик автомата защиты |
| Неисправны батареи аккумуляторов | Заменить аккумуляторы | |
| Неправильно подключены аккумуляторы | Проверить правильность подключения аккумуляторных батарей | |
| Неисправен инвертор | Проверить исправность инвертора. Для этого отключить ИБП от сети переменного тока, отсоединить аккумуляторы и разрядить емкость С3 резистором 100 Ом, прозвонить омметром каналы «сток-исток» мощных полевых транзисторов Q1...Q6, Q37, Q36. Если сопротивление составляет несколько Ом или меньше, то транзисторы заменить. Проверить резисторы в затворах R1 ...R3, R6...R8, R147, R148. Проверить исправность транзисторов Q30, Q31 и диодов D36...D38 и D41. Проверить предохранители F1 и F2 | |
| Заменить микросхему IC2 | ||
| При включении ИБП отключает нагрузку | Неисправен трансформатор Т1 | Проверить исправность обмоток трансформатора Т1. Проверить дорожки на плате, соединяющие обмотки Т1. Проверить предохранитель F3 |
| ИБП работает от аккумуляторов несмотря на то, что есть напряжение в сети | Напряжение в электросети очень низкое или искажено | Проверить входное напряжение с помощью индикатора или измерительного прибора. Если это допустимо для нагрузки, уменьшить чувствительность ИБП, т.е. изменить границу срабатывания при помощи переключателей, расположенных на задней стенке устройства |
| ИБП включается, но напряжение в нагрузку не поступает | Неисправно реле RY1 | Проверить исправность реле RY1 и транзистора Q10 (BUZ71). Проверить исправность IC4 и IC3 и напряжение питания на их выводах |
| Проверить дорожки на плате, соединяющие контакты реле | ||
| ИБП жужжит и/или отключает нагрузку, не обеспечивая ожидаемого времени резервного электропитания | Неисправен инвертор или один из его элементов | См. подпункт «Неисправен инвертор» |
| ИБП не обеспечивает ожидаемого времени резервного электропитания | Аккумуляторные батареи разряжены или потеряли емкость | Зарядите аккумуляторные батареи. Они требуют перезарядки после продолжительных отключений сетевого питания. Кроме того, батареи быстро стареют при частом использовании или при эксплуатации в условиях высокой температуры. Если приближается конец срока службы батарей, то целесообразно их заменить, даже если еще не подается тревожный звуковой сигнал замены аккумуляторных батарей. Емкость заряженной батареи проверить автомобильной лампой дальнего света 12 В, 150 Вт |
| ИБП перегружен | Уменьшить количество потребителей на выходе ИБП | |
| После замены аккумуляторов ИБП не включается | Неправильное подключение аккумуляторных батарей при их замене | Проверьте правильность подключения аккумуляторных батарей |
| При включении ИБП издает громкий тональный сигнал, иногда с понижающимся тоном | Неисправны или сильно разряжены аккумуляторные батареи | Зарядить аккумуляторные батареи в течение не менее четырех часов. Если после перезарядки проблема не исчезнет, следует заменить аккумуляторные батареи |
| Аккумуляторные батареи не заряжаются | Неисправен диод D8 | Проверить исправность D8. Его обратный ток не должен превышать 10 мкА |
| Напряжение заряда ниже необходимого уровня | Откалибровать напряжение заряда аккумулятора |
Таблица 5. Аналоги для замены неисправных компонентов
| Схемное обозначение | Неисправный компонент | Возможная замена |
|---|---|---|
| IC1 | LM317T | LM117H, LM117K |
| IC2 | CD4001 | К561ЛЕ5 |
| IC3, IC10 | 74С14 | Составляется из двух микросхем К561ТЛ1, выводы которых соединить согласно цоколевке на микросхему |
| IC4 | LM339 | К1401СА1 |
| IC5 | CD4011 | К561ЛА7 |
| IC6 | CD4066 | К561КТ3 |
| D4...D8, D47, D25...D28 | 1N4005 | 1N4006, 1N4007, BY126, BY127, BY133, BY134, 1N5618... 1N5622, 1N4937 |
| Q10 | BUZ71 | BUZ10, 2SK673, 2SK971, BUK442...BUK450, BUK543...BUK550 |
| Q22 | IRF743 | IRF742, MTP10N35, MTP10N40, 2SK554, 2SK555 |
| Q8, Q21, Q35, Q31, Q12, Q9, Q27, Q28, Q32, Q33 | PN2222 | 2N2222, BS540, BS541, BSW61...BSW 64, 2N4014 |
| Q11, Q29, Q25, Q26, Q24 | PN2907 | 2N2907, 2N4026...2N4029 |
| Q1...Q6, Q36, Q37 | IRFZ42 | BUZ11, BUZ12, PRFZ42 |
Геннадий Яблонин
"Ремонт электронной техники"
В статье рассмотрены виды ИБП, принципы работы ИБП, а также приведены реальные осциллограммы напряжений на выходе.
Для начала – немного общей терминологии. Источники бесперебойного питания (сокращенно – ИБП) у нас так же называют UPS, от английского сокращения Uninterruptable Power Supply (беспрерывный источник питания). Поэтому говорят и УПС (UPS) и ИБП, кому как удобнее. Я в статье буду называть и так, и эдак.
Зачем нужен UPS (ИБП)
Принцип работы ИБП раскрывается в названии – это такой источник, на выходе которого напряжение есть всегда . Но мы здесь собрались технари-реалисты, и понимаем, что ничего вечного нет, поэтому ниже разберемся в принципе действия.
ИБП в основном используются там, где пропадание электропитания может вызвать негативные последствия. Например, питание компьютеров и серверов, питание устройств связи и распределения сигналов (роутеры), питание устройств, автоматическая перезагрузка (перезапуск) которых без участия человека невозможна.
Как мой читатель доработал ИБП для стратегически важной системы (2 сервера, и т.д.). Кроме того, усовершенствовал схему, и добавил возможность использования обычного автомобильного аккумулятора.
Для бытовых вещей это прежде всего компьютеры и системы отопления.
Следует понимать, что ИБП выбираются на время работы нагрузки 10-15 мин, редко до получаса. Предполагается, что за это время питание появится, либо человек (оператор) предпримет необходимые действия (сохранит данные, позвонит в энергослужбу предприятия, завершит технологический процесс).
ИБП нельзя рассматривать в качестве резервного источника питания. Он является лишь аварийным источником, и в лучшем случае используется очень редко, в общей сложности не более 10 минут в год (несколько раз, на время не более минуты). Если это время больше, то следует задуматься о повышении качества электропитания.
Резервным источником питания можно считать такие источники, которые полностью могут заменить основное питание на длительное время, от нескольких часов до нескольких суток. Это может быть другая линия (см.статью про ), ветряной генератор. Теоретически, для этих целей может служить и ИБП, но для этого нужны аккумуляторы огромной ёмкости, что значительно повлияет на цену такой системы.
Виды источников бесперебойного питания
Виды (типы) ИБП имеют множество названий, но их всё равно ровно три. Разберёмся.
Итак, три основных вида ИБП:
Back UPS
Другие равнозначные названия – Off-line UPS, Standby UPS, ИБП резервного типа. Самые распространенные УПС, используются для большинства видов бытовой и компьютерной техники.
Back просто переключает нагрузку на питание от батарей при выходе входного напряжения за пределы. Нижний предел у разных моделей – около 180В, верхний – около 250В. Переходы на батарею и обратно – с гистерезисом. То есть, например, при понижении переход на батарею состоится при 180 В и менее, а обратно – при 185 и более. Тот же принцип действует у всех типов ИБП.
Чем-то напоминает , которое отключает нагрузку, а Back UPS не отключает, а переключает на аккумулятор, что позволяет ей некоторое время поработать.
Smart UPS
Другие названия – Line-Interactive, ИБП интерактивного типа. Недалеко ушли по принципу действия от Back.
Smart UPS действуют умнее, как следует из названия. Они ещё дополнительно переключают внутренний автотрансформатор, в некотором смысле стабилизируя входное напряжение. И только в крайнем случае переходят на батарею.
Таким образом, норма напряжения на выходе поддерживается при бОльших отклонениях на входе (150…300В). Автотрансформатор имеет несколько ступеней переключения, поэтому Умный УПС до последнего переключает выводы автотрансформатора, включая аккумулятор лишь в последний момент. Это позволяет экономить батарею, включая её в работу лишь при полном пропадании питания.
Данное устройство напоминает со ступенчатым переключением обмоток автотрансформатора. С той лишь разницей, что при выходе за рабочие пределы стабилизатор будет бессилен, а наша “умница” введёт в работу аккумулятор, и питание не пропадёт.
Online UPS
Другие названия – онлайн, источник бесперебойного питания с двойным преобразованием, инверторный. Совершенно другой принцип действия, для любителей чистого синуса. Энергия со входа преобразуется в постоянное напряжение, и поступает на инвертор, генерирующий чистый синус. И одновременно – поддерживает аккумулятор в 100% готовности. При необходимости инвертор продолжает работать так же, только питание на него поступает с аккумулятора.
Используется для аварийного питания техники, чувствительной к форме выходного напряжения – например, газовые котлы, сервера, профессиональная аудио-видео аппаратура и другое стратегически важное оборудование.
Минусов онлайн ИБП два – цена и КПД. КПД низкий, т.к. такой ИБП включен в работу постоянно, что следует из названия. В отличии от двух других типов.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
Существуют разновидности онлайн УПС, в которых используется так называемый “сквозной ноль”, для правильной работы газовых электрокотлов. Это связано с тем, что такие котлы чувствительны к наличию реального нуля, для правильного розжига.
Исследование ИБП с помощью осциллографа
А теперь – самое интересное.
Напряжение на выходе Back UPS
Провёл исследование с использованием осциллографа Fluke 124. Осциллограммы (форма импульсов и колебаний на выходе ups) привожу и комментирую ниже.
Что видно по этой временной диаграмме? Период 20мс, частота 50Гц, амплитуда 315В. Стоит отметить, что фаза синуса и генерируемых импульсов совпадает, что хорошо. При пропадании сетевого напряжения ИБП мешкается 5-7 мс, и затем идут импульсы, которые называются “квази-синус”. Вот они:
Back UPS. Напряжение на выходе при питании от батарей.
Осциллограф померял RMS напряжение (среднеквадратическое), оно соответствует норме. Однако, когда я измерил это же напряжение мультиметром, я получил значение 155 В. Почему на выходе UPS низкое напряжение?
Дело в том, что мультиметр меряет только первую гармонику с частотой 50Гц. Для синуса всё гладко. Но если измерять напряжение таких вот импульсов, надо мерять именно RMS, среднеквадратическое, иначе не будут учтены следующие гармоники – 100, 150, 200 Гц. А они составляют значительную часть энергии, до 30%. Эту особенность знают производители UPS, и чтобы не заморачиваться (и не повышать цену на свои изделия), выдают на наши приборы такие импульсы с амплитудой около 370В.
Подробнее об измерении среднеквадратического несинусоидального напряжения – на видео:
Вот укрупненный график, где видно, что напряжение после переключения сначала повышается на пол секунды до 400В, а потом стабилизируется:
Back UPS. Выход, длительность 2 секунды
А вот как меняется форма напряжения на выходе Back-UPS в момент перехода с батарейного на сетевое питание:
Back UPS, – Напряжение на выходе ИБП при переходе с батареи на сеть. Форма импульсов на выходе ups
Тоже фаза не меняется, всё замечательно. Подключал на выход ИБП , переключал туда-сюда режимы питания – пускатель втянут надежно, никаких проблем.
В качестве испытуемого был ИБП APC Back-500-RS, параметры на фото ниже:
Параметры Back UPS – задняя панель
Напряжение на выходе Smart UPS
Теперь приведу для полноты картины осциллограммы напряжений на выходе Smart UPS. Испытаниям подвергался UPS Ippon Smart Power Pro 1000.
Smart UPS_Сеть-батарея
Время переключения также для всей современной аппаратуры несущественно – менее 7 мс.
Плавного изменения напряжения на входе я не делал, поскольку не было такой цели. Полагаю, что в данном случае Умный ИБП ведёт себя точно так же, как и релейный стабилизатор напряжения.
Данные исследования проведены в рамках проекта по промышленного холодильника.
