Ремонт блока бесперебойного питания своими руками. Самодельный бесперебойник для компьютера

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

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

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

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

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

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

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

Основные блоки и узлы которые могут входить в состав ИБП:

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

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

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

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

Байпас выполняет следующие функции:

включение или отключение ИБП

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

перевод нагрузки с инвертора на байпас с целью снижения потерь электроэнергии

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

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

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

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

Для многих производств и бытовых приборов необходимо обеспечение постоянного напряжения. Предлагаем рассмотреть, что такое промышленный бесперебойный источник питания для котла и компьютера, схема подключения прибора, а также принцип работы ИБП.

Полезная информация про бесперебойник

Источник бесперебойного питания ОКВЭД 73.10 74.20.1 (УПС, URS, UPS) – это электрическое устройство, которое обеспечивает аварийное питание на нагрузке, в том случае, если прерывается или слабеет сигнал от сети. ИБП отличается от вспомогательной, аварийной энергосистемы или генератора ожидания в том, что он обеспечивает практически мгновенно защиту от входных перебоев электроснабжения, поставляя энергию, запасенную в аккумуляторных батареях, конденсаторах или маховиках.

Время работы источников бесперебойного питания от аккумулятора является относительно коротким (всего несколько минут), но достаточным, чтобы включить резервный источник питания или правильно выключить защищаемое оборудование. Нужно отметить, что стабилизатор имеет другие функции, но их многие путают.

Как правило, чаще всего в бытовых условиях используется источник бесперебойного питания для компьютера, защиты аппаратных средств, центров обработки данных, телекоммуникационного оборудования или других электрических приборов, где неожиданный перебой с подачей электроэнергии может привести к травмам, гибели людей, серьезному нарушению производства или потерю данных (радиостанции, ПК, ноутбука, базы данных, сервера, АТС, насоса, для газовых котлов отопления).

Источник бесперебойного питания для сервера работает в диапазоне размеров от единицы, для защиты одного компьютера без видеомонитора (около 200 вольт-ампер рейтинга), и для крупных объектов, питающих целые центры обработки данных или зданий.

Область использования

Основная роль любого ИБП – это обеспечение краткосрочной силы, когда источник питания вход не удается. Тем не менее, большинство ИБП также способны в той или иной степени корректировать общие проблемы подачи электроэнергии от сети:

• Всплеск напряжения или замедленное перенапряжение;
• Кратковременный или поддерживающийся упадок входного напряжения;
• Шум, определяется как высокой частоты переходного процесса или колебания, как правило, вводят в строке рядом оборудования;
• Нестабильность частоты сети;
• Нелинейные искажения: определяется как отход от идеальной синусоидальной формы волны на линии.

Для промышленных предприятий чаще всего используются трехфазные источники бесперебойного питания большой мощности, они могут контролировать огромные системы, вплоть до 1000va, представлены марками Electronix, Compact, SUA1500RMI2U, APC (APS) Back-UPS ES 400VA.

Бытовые приборы часто используют для сигнализации.

Технические характеристики источников :

1. Скорость включения от 1 миллисекунды;
2. Работают с любой синусоидой;
3. Пропускают мощность от 1 кВт (ФОРТ F55, РИП-12, БИРП-12/4), до нескольких сотен (Ресанта УБП-300, ББП-20, Штиль, UPSRT8000);
4. Низкая степень электромагнитных помех и акустического шума;
5. Могут устанавливаться на стойку;
6. Входной ток с пониженными гармоническими искажениями;
7. Занимаются преобразованием электроэнергии, стабилизации нагрузки, обеспечении постоянной силы тока от 0,5 Ампера.

Видео: простой блок питания своими руками

Типы стабилизаторов

Современные системы ИБП делятся на три основные категории:

1. Онлайн (Online, интерактивный);
2. Линейно-интерактивный (в режиме ожидания);
3. Синхронный.

В он-лайн ИБП используется метод «двойного преобразования» из принятия переменного тока, выпрямления его в постоянный для прохождения через перезаряжаемые батареи (или отделы батарей), после ток становится 120 В/230 В переменного тока для питания защищаемого оборудования. Типичное время защиты: 5-30 минут.

Линейно-интерактивный (инверторный) ИБП поддерживает инвертор в линии и перенаправляет DC батареи из нормального режима зарядки для подачи тока при потере питания. В режиме ожидания («офф-лайн») нагрузка системы питается непосредственно от входной мощности и резервного копирования, такая схема питания вызывается только в случае, если не получается отключить переменное электроснабжение. Большинство ИБП ниже 1 кВА (источники бесперебойного питания для ПК IPPON, EATON) являются разновидностью линейно-интерактивного прибора или бесперебойника ожидания. Оффлайн/резервный прибор имеет типичное время защита: 0-20 минут.

Для больших энергоблоков, иногда используются динамические источники бесперебойного питания. Синхронный двигатель/генератор подключен к сети через дроссель. Энергия хранится в маховике. Когда питание от сети прекращает поступление, вихретоковый механизм обеспечивает регулирование и поддерживает мощность на нагрузке, пока энергия маховика не исчерпывается. Синхронные автоматы (Delta, Powerware, SURT10000RMXLI, TRUST power 600VA UPS155 АВР) иногда объединяются или интегрированы с дизель-генератором, который включается после небольшой задержки, образуя дизельное поворотное бесперебойное питание.

ИБП ожидания предлагает только основные функции, обеспечивая защиту от перенапряжения, они могут заменить резервный аккумулятор. Защищаемое оборудование, как правило, подключается непосредственно к входящей электросети. Когда входное напряжение падает ниже или поднимается выше заданного уровня, источник вращается вокруг своей внутренней схемы инвертора постоянного тока, преобразовывая его в переменный. ИБП затем механически переключает подключенное оборудование его выход преобразователя тока. Время переключения может занимать до 25.

Многие виды оборудования используют аккумулятор для бесперебойного источника питания (ИБМ для холодильника), работают с процессорами, некоторые аккумуляторные модели для дома или для дачи заключают в специальный герметичный блок (Smart, Mustek, SUA2200RMI2U, SUA3000RMI2U).

Принцип работы

ИБП вносит мощность при помощи преобразователя, изменяя течение тока через схему, а затем переводя постоянный ток в высококачественную синусоиду. После этих манипуляций энергия идет на выходные контакты через инвертор высокого качества. Инвертор обеспечит мягкое переключение. Нужно сказать, что такой способ недолговечный.

Аккумуляторная батарея оперативно с инвертором может перейти в рабочее состояние, чтобы изменить переменный ток на постоянный. Такая система работает только через схему. Главными достоинствами являются скорость переключения, тишина работы и доступная стоимость.

Автомобильный источник бесперебойного электропитания чаще всего обладает двойным действием: используется для видеонаблюдения с автономной работой, а также нормализации напряжения.

Инструкция, как сделать бесперебойник

Уличный или бытовой источник постоянного питания достаточно дорого стоит. Предлагаем рассмотреть, как сделать своими руками источник бесперебойного питания, как выбрать детали к устройству и возможное назначение. Конечно, полного соответствия с фирменными устройствами нам добиться не удастся, но создать самодельный малогабаритный источник на несколько киловатт для квартиры или загородного коттеджа вполне реально.

Описание самостоятельного производства:

1. Можно взять запчасти от электронных приспособлений (можно после неисправности), нам понадобится батарея, подходящая по мощности. Можно купить её отдельно, но в таком случае лучше проконсультируйтесь со специалистом;
2. Подключите инвертор. Он должен быть рассчитан на продолжительную работу и иметь больший допустимый показатель кВа, чем нужно;
3. Далее нам понадобится кабель. Можно применить провод силового исполнения, для соединения контактов инвертора и платы ИБП. Его нужно подключить к приборам, закрепить и проверить при помощи мультиметра;
4. При работе очень важно использовать защитные костюмы, аксессуары (очки, перчатки, противогазы).

После все соединяем, проверяем точность контактов, отмечая полярность каждого провода. После этих действий нужно поставить ИБП на видное место, подальше от прочих приборов, и включить. При желании дополните устройство стильным корпусом.

Таким устройствам необходимо специальное обслуживание: очищение контактов растворами, проверка работы и уровня передачи кабелей, плановый ремонт каждый год.

Обзор цен

Для многих проще купить источник бесперебойного питания apc, окоф, окпд или скат 1200, тем более что цена позволяет. Рассмотрим, сколько стоит ИБП в России, Беларуси и Украине (прайс-лист имеет средние значения):

Самый популярный сейчас маховичный прибор (настенного или встроенного типа). Хорошие отзывы про однофазные IEC, динамический Vision, INELT, Line, встроенный АРС. Для уточнения цен Вам понадобится всего лишь код товара и продавец-консультант выбранного магазина. Всегда просите показать Вам сертификат соответствия качества (диплом, паспорт).

Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, пригодное для питания любых приборов. (10+)

Как сделать ИБП с синусоидальным выходом самому

Стоит ли самому собирать ИБП?

Имеет ли смысл собирать ИБП самому? Не знаю. В продаже есть киловаттные бесперебойники за 30 т. р. Эти изделия однозначно более высокого качества, надежности и энергоэффективности, чем самодельный. Стоимость самодельного, если собирать его из готовых блоков, получается в районе 20 т. р. Я собирал его тогда, когда еще в продаже ничего подобного не было. В любом случае, делюсь опытом. Мой UPS отлично работает уже 8 лет. Учтите, что это устройство постоянного функционирования. Он не выключается, когда есть напряжение в сети, а работает постоянно. Так что он реально проработал беспрерывно восемь лет. Изменить схему так, чтобы он автоматически выключался и включался, если это Вам нужно, не составит труда для специалиста, способного его собрать. Я использую именно непрерывно работающее устройство потому, что у меня в доме есть несколько критических по электроэнергии потребителей: компьютеры, сервер, система "умного дома". При переключении с сети на питание от аккумулятора возникает скачок напряжения, который недопустим.

Источник бесперебойного питания можно целиком собрать самому, тогда стоимость деталей к нему составит 10 т. р.

Источники достаточно давно заняли место необходимого компонента в современных компьютерных системах и совокупностях других приборов, используемых как на предприятиях, так и в домашних условиях. Многие потребители знакомы с особенностями работы и разновидностями ИБП. Для них обычный для компьютера или, к примеру, специализированные бесперебойники для котлов не являются чем-то новым и незнакомым. Особенно на территории нашей страны, где электросети, что уж говорить, не характеризуются стабильностью выдаваемых конечным потребителям показателей. Да и подача электроэнергии, ни для кого не секрет, может быть неожиданно прекращена, пусть и на короткое время, но в любой момент.

Такой полезный и нужный ИБП

Прежде чем переходить к рассмотрению возможностей ремонта ИБП своими руками, а именно об этом пойдет речь ниже, следует еще раз отметить важность этих устройств. Бесперебойники являются неким барьером между устройствами - потребителями электроэнергии и теми неприятностями, которые может принести нестабильность подаваемого в аппаратуру электрического питания. Разработчики постоянно совершенствуют свои продукты и делают их более универсальными.

Таким образом, устройство ИБП позволяет организовать в большинстве случаев довольно надежную защиту не только ценной информации пользователя в случае с ПК при неожиданном выключении света, но и аппаратным компонентам других устройств, которые чувствительны к перепадам напряжения или его исчезновению. Но даже прибор, призванный защищать другие устройства от поломок, сам иногда может выйти из строя. Рассмотрим основные компоненты, из которых состоит бесперебойник, а также относительно легко устранимые неисправности ИБП.

Устройство ИБП

По своей сути источники являются довольно сложными электронными устройствами, состоящими из множества компонентов. Если рассмотреть схему ИБП, причем практически любого, можно обнаружить, что устройство состоит из компонентов, представленных:

• преобразователями;
• переключателями;
• устройствами хранения электрической энергии (в большинстве случаев - аккумуляторная батарея).

Почему происходят поломки

Известно, что чем сложнее система, тем больше вероятность того, что она выйдет из строя из-за поломки одного или нескольких отдельных компонентов. В общем случае сложность устройства ИБП обусловлена довольно широким перечнем функций, которые прибор должен выполнять. Сюда относится не только возможность подачи энергии в электрические аппараты в момент пропажи напряжения в сети, но и стабилизирующие, защитные функции. Есть устройства, к которым предъявляются еще более широкие требования. К примеру, бесперебойники для котлов должны, помимо вышеперечисленного, иметь на своем выходе правильную синусоиду. Такая сложность системы обусловливает возможность проявления некоторых неисправностей, хотя такое происходит нечасто. Что делать в этом случае? Как осуществить ремонт ИБП своими руками?

Меры предосторожности

Прежде чем переходить к манипуляциям с аппаратом, следует учитывать, что ИБП - это сложное электронное устройство и при проведении ремонтных работ нужно соблюдать меры предосторожности. Все операции с бесперебойником можно осуществлять, только убедившись, что устройство обесточено. Никакие советы и секреты ремонта ИБП, услышанные от знакомых или найденные в интернете, не спасут от поражения электрическим током в случае необдуманных действий и неаккуратного обращения с компонентами, находящимися под напряжением!

С чего начать?

Конечно же, ИБП, как и любой другой электронный прибор, требует при своей эксплуатации выполнения некоторых элементарных правил. Очень часто причиной кажущейся пользователю неисправности являются неправильно подключенные провода, ослабление или окисление с течением времени клемм их подключения и т. п. Прежде чем задумываться о проведении серьезного ремонта прибора, необходимо внимательно осмотреть соединение проводов, проверить их работоспособность, отсутствие переломов и разрывов кабелей, питающих ИБП, наконец, убедиться в наличии электропитания в розетке.

Поддержка работоспособности

В большинстве случаев рассматриваемое устройство служит своему владельцу долгие годы и без особых проблем. При этом для достижения такого положения вещей требуется регулярное обслуживание ИБП, которое заключается в замене аккумуляторной батареи (примерно раз в два года) и общем контроле исправности электронных компонентов. Если для контроля свойств конденсаторов, резисторов и других электронных элементов понадобятся довольно глубокие знания в электронике и схемотехнике либо поход в сервисный центр, то заменить аккумулятор ИБП, вышедший из строя или утративший свои свойства со временем, может практически каждый. Такой ремонт ИБП своими руками приходится осуществлять практически каждому владельцу устройства хотя бы единожды за жизненный цикл бесперебойника.

Предохранитель

Если бесперебойник не включается после перепада напряжения или в результате короткого замыкания в питающей сети, вполне вероятно, что для восстановления работоспособности устройства не потребуется даже его разборка. Первое, что нужно сделать, осуществляя ремонт ИБП своими руками, - это осуществить проверку целостности плавкого предохранителя и его замена в случае необходимости. Поскольку данный компонент выходит из строя достаточно часто, производители ИБП конструируют свои устройства таким образом, чтобы пользователь мог осуществить процедуру самостоятельно. Сами запасные предохранители часто входят в комплект поставки бесперебойника. Если же их нет, аналогичный извлеченному из устройства защитный элемент можно приобрести в любом магазине, где продаются радиодетали. Для замены предохранителя нужно найти на корпусе специальный содержащий его лоток и извлечь/выкрутить - в зависимости от конструкции - содержимое. После замены установить лоток на свое место. Более подробно процедура описана в инструкции к ИБП, но в целом любой домашний мастер разберется и без нее.

Замена батареи

Для замены аккумуляторной батареи понадобится совсем немного времени и единственный инструмент - крестовая отвертка. Изначально требуется выкрутить несколько винтов, скрепляющих части корпуса и расположенных снизу ИБП, в специальных отверстиях. Это позволит снять верхнюю крышку и получить доступ к батарее. Аккумулятор в большинстве случаев не закреплен каким-то особым способом внутри корпуса и извлекается достаточно легко. Нужно лишь отсоединить два провода, которые подключаются к батарее с помощью клемм. После извлечения источника сохранения энергии из корпуса ИБП необходимо определить его маркировку и приобрести аналогичную батарею в специализированном магазине. Сборка ИБП производится в обратном порядке:

1. Установка батареи.
2. Подключение проводов, соблюдая полярность.
3. Установка и соединение между собой частей корпуса устройства.

Сложный ремонт

Если вышеописанные советы выполнены, то есть ИБП подключен правильно, предохранитель в устройстве цел и аккумуляторная батарея исправна, а бесперебойник все равно не работает должным образом, вероятно, самым правильным решением будет обращение для ремонта аппарата в сервисный центр. Дело в том, что схема ИБП довольно сложна для обычного пользователя, диагностика и замена в случае необходимости отдельных электронных компонентов без специальных инструментов и навыков мастера в домашних условиях часто просто неосуществимы. Таким образом, пытаясь починить нерабочий прибор без определенных знаний и умений, а также без наличия соответствующего оборудования домашний мастер может лишь усугубить ситуацию.

В общем случае, решив починить неисправный ИБП самостоятельно, нужно в первую очередь взвесить свои силы и возможности. От обычного пользователя чаще всего требуется проведение простейших манипуляций, которые правильнее было бы отнести к обслуживанию устройства, а не его ремонту. Устранение сложных поломок лучше доверить профессионалам.

Удивляет полное отсутствие информации о таких распространенных приборах, как источники бесперебойного питания. Мы прорываем информационную блокаду и приступаем к публикации материалов по их устройству и ремонту. Из статьи Вы получите общее представление о существующих типах бесперебойников и более подробное, на уровне принципиальной схемы, – о наиболее распространенных моделях Smart-UPS.
Надежность работы компьютеров во многом определяется качеством электрической сети. Последствиями таких перебоев электропитания, как скачки, подъемы, спады и потеря напряжения, могут оказаться блокировка клавиатуры, потеря данных, повреждение системной платы и пр. Для защиты дорогостоящих компьютеров от неприятностей, связанных с силовой сетью, используют источники бесперебойного питания (ИБП). ИБП позволяет избавиться от проблем, связанных с плохим качеством электропитания или его временным отсутствием, но не является долговременным альтернативным источником электропитания, как генератор.

ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства имеют различные конструкции и характеристики. Блок-схема ИБП класса Off-line приведена на рис. 1. При работе в нормальном режиме нагрузка питается отфильтрованным напряжением электросети. Для подавления электромагнитных и радиочастотных помех во входных цепях используются фильтры EMI/RFI Noise на металло-оксидных варисторах. Если входное напряжение становится ниже или выше установленной величины или вообще исчезает, то включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Преобразуя постоянное напряжение батарей в переменное, инвертор осуществляет питание нагрузки от батарей.
Форма его выходного напряжения – прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с амплитудой 300 В и частотой 50 Гц. ИБП класса Off-line неэкономично работают в электросетях с частыми и значительными отклонениями напряжения от номинальной величины, поскольку частый переход на работу от батарей уменьшает срок службы последних. Мощность выпускаемых фирмой APC ИБП класса Оff-line модели Back-UPS находится в диапазоне 250…1250 ВА, а модели Back-UPS Pro – в диапазоне 280…1400 ВА. Блок-схема ИБП класса Line-interactive приведена на рис. 2. Так же, как и ИБП класса Off-line, они ретранслируют переменное напряжение электросети в нагрузку, поглощая при этом относительно небольшие всплески напряжения и сглаживая помехи.
Входные цепи используют фильтр EMI/RFI Noise на металло-оксидных варисторах для подавления электромагнитных и радиочастотных помех. Если в электросети произошла авария, то ИБП синхронно, без потери фазы колебания, включает инвертор для питания нагрузки от батарей, при этом синусоидальная форма выходного напряжения достигается фильтрацией ШИМ-колебания. Схема использует специальный инвертор для подзарядки батареи, который работает и во время скачков сетевого напряжения. Диапазон работы без подключения батареи расширен за счет использования во входных цепях ИБП автотрансформатора с переключаемой обмоткой. Переход на питание от батареи происходит, когда напряжение электросети выходит за границы диапазона.
Мощность выпускаемых фирмой APC ИБП класса Line-interactive модели Smart-UPS составляет 250…5000 ВА.

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

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

Рис. 3. Блок-схема ИБП класса On-line

Блок-схема ИБП класса On-line приведена на рис. 3. Эти ИБП преобразуют переменное входное напряжение в постоянное, которое затем с помощью ШИМ-инвертора преобразуется снова в переменное со стабильными параметрами. Поскольку нагрузку всегда питает инвертор, то нет необходимости в переключении с внешней сети на инвертор, и время переключения равно нулю. За счет инерционного звена постоянного тока, каким является батарея, происходит изоляция нагрузки от аномалий сети и формируется очень стабильное выходное напряжение. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП продолжает питать нагрузку чистым синусоидальным напряжением с отклонением не более ±5% от устанавливаемого пользователем номинального значения. ИБП класса On-line фирмы АРС имеют следующие выходные мощности: модели Matrix UPS – 3000 и 5000 ВА, модели Symmetra Power Array – 8000, 12 000 и 16 000 ВА. Модели Back-UPS не используют микропроцессор, а в моделях Back-UPS Pro, Smart-UPS, Smart/VS, Matrix и Symmetria микропроцессор используется.
Наибольшее распространение получили устройства: Back-UPS, Back-UPS pro, Smart-UPS, Smart-UPS/VS .
Такие устройства, как Matrix и Symmetria, используются в основном для банковских систем.
В этой статье рассмотрим конструкцию и схему моделей Smart-UPS 450VA…700VA, применяемых для питания персональных компьютеров (ПК) и серверов.
ИБП Smart-UPS 450VA…700VA и Smart-UPS 1000VA…1400VA имеют одинаковую электрическую схему и отличаются емкостью батарей, количеством выходных транзисторов в инверторе, мощностью силового трансформатора и габаритами. Рассмотрим параметры, характеризующие качество электроэнергии, а также терминологию и обозначения. Проблемы с электропитанием могут выражаться в виде:
полного отсутствия входного напряжения –blackout;
временного отсутствия или сильного падения напряжения, вызванного включением в сеть мощной нагрузки (электромотора, лифта и т.п.) – sag или brownout;
мгновенного и очень мощного повышения напряжения, как при ударе молнии – spike;

Рис. 4. Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart-UPS/VS
периодического повышения напряжения, длящегося доли секунды, вызванного, как правило, изменениями нагрузки в сети – surge.
В Росси провалы, пропадания и скачки напряжения как вверх, так и вниз составляют приблизительно 95% отклонений от нормы, остальное – шумы, импульсные помехи (иголки), высокочастотные выбросы.
В качестве единиц измерения мощности используются Вольт-Амперы (ВА, VA) и Ватты (Вт, W). Они отличаются коэффициентом мощности PF (Power Factor):
W = VA х PF.
Коэффициент мощности для компьютерной техники равен 0,6...0,7. Число в обозначении моделей ИБП фирмы АРС означает максимальную мощность в ВА.
Например, модель Smart-UPS 600VA имеет мощность 400 Вт, а модель 900VA – 630 Вт.
Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart UPS/VS показана на рис. 4. Сетевое напряжение поступает на входной фильтр ЕМ/RFI, служащий для подавления помех электросети. При номинальном напряжении электросети включены реле RY5, RY4, RY3 (контакты 1, 3), RY2 (контакты 1, 3), RY1, и входное на пряжение проходит в нагрузку. Реле RY3 и RY2 используются для режима подстройки выходного напряжения BOOST/TRIM. К примеру, если напряжение сети увеличилось и вышло за допустимый предел, реле RY3 и RY2 подключают дополнительную обмотку W1 последовательно с основной W2. Образуется автотрансформатор с коэффициентом трансформации
K = W2 / (W2 + W1)
меньше единицы, и выходное напряжение падает. В случае уменьшения сетевого напряжения дополнительная обмотка W1 реверсируется контактами реле RY3 и RY2. Коэффициент трансформации
K = W2 / (W2 - W1)
становится больше единицы, и выходное напряжение повышается. Диапазон регулировки составляет ±12%, величина гистерезиса выбирается программой Power Chute. При пропадании напряжения на входе выключаются реле RY2…RY5, включается мощный ШИМ-инвертор, питающийся от батареи, и в нагрузку поступает синусоидальное напряжение 230 В, 50 Гц.
Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов МV1, МV3, МV4, дросселя L1, конденсаторов С14…С16 (рис. 5). Трансформатор СТ1 анализирует высокочастотные составляющие напряжения сети. Трансформатор СТ2 является датчиком тока нагрузки. Сигналы с этих датчиков, а также датчика температуры RTH1 поступают на аналого-цифровой преобразователь IC10 (ADC0838) (рис. 6).
Трансформатор Т1 является датчиком входного напряжения. Команда на включение устройства (АС–ОК) подается c двухуровневого компаратора IC7 на базу Q6. Трансформатор Т2 – датчик выходного напряжения для режима Smart TRIM/BOOST. С выводов 23 и 24 процессора IC12 (рис. 6) сигналы BOOST и TRIM подаются на базы транзисторов Q43 и Q49 для переключения реле RY3 и RY2 соответственно.
Сигнал синхронизации по фазе (PHAS-REF) с вывода 5 трансформатора T1 поступает на базу транзистора Q41 и с его коллектора на вывод 14 процессора IC12 (рис. 6).
В модели Smart-UPS используется микропроцессор IC12 (S87C654), который:
контролирует наличие напряжения в электросети. Если оно пропадает, то микропроцессор подключает мощный инвертор, работающий от батареи;
включает звуковой сигнал для уведомления пользователя о проблемах с электропитанием;
обеспечивает безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Netware, Windows NT, OS/2, Scounix и Unix Ware, Windows 95/98), сохраняя данные через двунаправленный коммутационный порт при наличии установленной программы Power Chute plus;
автоматически корректирует падения (режим Smart Boost) и превышения (режим Smart Trim) напряжения электросети, доводя выходное напряжение до безопасного уровня без перехода на работу от батареи;

Рис. 5. Входные цепи

Рис. 6. Включение процессора

Рис. 7. Выходной инвертор

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

Контролирует заряд батареи, тестирует ее реальной нагрузкой и защищает ее от перезаряда, обеспечивая непрерывную зарядку;
обеспечивает режим замены батарей без отключения питания;
проводит самотестирование (каждые две недели или по нажатию кнопки Power) и выдает предупреждение о необходимости замены батареи;
индицирует уровень подзарядки батареи, напряжения в сети, нагрузки ИБП (количество подключенного к ИБП оборудования), режим питания от батареи и необходимость ее замены.
В микросхеме памяти EEPROM IC13 хранятся заводские установки, а также калиброванные установки уровней сигналов частоты, выходного напряжения, границ перехода, напряжения зарядки батареи.
Цифро-аналоговый преобразователь IC15 (DAC-08CN) формирует на выводе 2 эталонный синусоидальный сигнал, который используется как опорный для IC17 (APC2010).
ШИМ-сигнал формируется IC14 (APC2020) совместно с IC17. Мощные полевые транзисторы Q9…Q14, Q19…Q24 образуют мостовой инвертор.
Во время положительной полуволны ШИМ-сигнала открыты Q12…Q14 и Q22…Q24, а Q19…Q21 и Q9…Q11 закрыты. Во время отрицательной полуволны открыты Q19…Q21 и Q9…Q11, а Q12…Q14 и Q22…Q24 закрыты. Транзисторы Q27…Q30, Q32, Q33, Q35, Q36 образуют двухтактные драйверы, формирующие сигналы управления мощными полевыми транзисторами, имеющими большую входную емкость. Нагрузкой инвертора является обмотка трансформатора, она подключается проводами W5 (желтый) и W6 (черный). На вторичной обмотке трансформатора формируется синусоидальное напряжение 230 В, 50 Гц для питания подключенного оборудования.
Работа инвертора в «обратном» режиме используется для зарядки батареи пульсирующим током во время нормальной работы ИБП.
ИБП имеет встроенный слот SNMP, который позволяет подключать дополнительные платы для расширения возможностей ИБП:
адаптер Power Net SNMP, поддерживающий прямое соединение с сервером на случай аварийного закрытия системы;
расширитель интерфейса ИБП, обеспечивающий управление до трех серверов;
устройство дистанционного управления Call-UPS, обеспечивающее удаленный доступ через модем.
В ИБП имеется несколько напряжений, необходимых для нормальной работы устройства: 24 В, 12 В, 5 В и -8 В. Для их проверки можно воспользоваться табл. 2. Измерять сопротивление с выводов микросхем на общий провод следует при выключенном ИБП и разряженном конденсаторе С22. Типовые неисправности ИБП Smart-Ups 450VA…700VA и способы их устранения приведены в табл. 3.