Устройство бесперебойного питания для компьютера ремонт. Характерные неисправности ибп и их диагностика

Приветствую, друзья!

Сегодня мы поговорим о помощи первому другу компьютеров – источнику бесперебойного питания.

Источник бесперебойного питания (ИБП) предназначен для защиты и аварийного питания компьютеров.

Это такой себе «спасатель». Но иногда самому «спасателю» требуется помощь. Ведь ИБП, как и любая техника, может ломаться!

Мы рассмотрим в этой статье лишь самые простые неисправности, возникающие в процессе эксплуатации.

Они не потребуют больших усилий для своего устранения. Сложные случаи оставим профессионалам.

Итак, ИБП не работает вообще

Первым делом надо вскрыть корпус и внимательно осмотреть печатную плату со стороны деталей и . Сгоревшие детали, подлежат, естественно, замене. Особенно внимательно (желательно с лупой) следует осматривать пайки разъемов и выводов элементов, через которые протекает большой ток .

Сильноточные детали – это, прежде всего, транзисторы инвертора . Чаще всего в инверторах применяются мощные полевые транзисторы (ПТ), сопротивление открытого канала которых составляет величину в сотые и тысячные доли Ома.

Это очень небольшое сопротивление, но через транзисторы могут протекать токи в десятки ампер. Поэтому они установлены на радиаторах (или на одном общем радиаторе).

Если транзистор (или другая деталь) сильно греется, то маркировка, выполненная чаще всего белой краской, темнеет. При этом темнеет и припой в месте пайки. Если деталь вплотную прилегает к плате, то в месте соприкосновения потемнеет и сама плата.

Иногда вокруг выводов сильноточных деталей возникают характерные кольцеобразные трещины. Контакт в таких местах между выводом и печатной платой обладает повышенным сопротивлением, что приводит к еще большему нагреву.

Все плохие и подозрительные пайки следует тщательно пропаять!

Проверка деталей ИБП

После внешнего осмотра необходимо проверить транзисторы инвертора. Для этого надо ознакомиться со статьей

Если транзисторы окажутся неисправными, их необходимо заменить такими же или аналогичными.

Далее следует проверить предохранитель. В ИБП обычно имеется минимум два предохранителя. Первый (к которому есть доступ снаружи) – по сети 220 В. Он имеет номинал в несколько ампер, который зависит от мощности ИБП. Чем мощнее ИБП, тем больше номинал.

Чаще всего он расположен в специальном гнезде, в непосредственной близости от разъема сетевого шнура. Извлечь его можно с помощью отвертки с узким лезвием. Часто держатель предохранителя имеет гнездо для еще одного предохранителя (запасного) и сам предохранитель. Так что сгоревший предохранитель можно оперативно заменить.

Второй предохранитель установлен на плате по цепи +12 В, в плюсовой шине аккумулятора. Он рассчитан на гораздо больший ток (30 – 40 А и больше). Дело в том, что при исчезновении напряжения начинает работать инвертор, и аккумулятор должен отдать большой ток.

Например, при активной мощности 250 Вт нагрузки, подключенной к ИБП, аккумулятор должен отдать ток 250:12 = 21 А. И это без учета потерь в инверторе!

Обычно это предохранитель имеет номинал 30 или 40 А. В более мощных ИБП их может быть два, при этом они устанавливаются параллельно. Такие предохранители используются в автомобилях, поэтому их можно при необходимости найти на авторынке.

Отметим, что предохранители в большинстве своем не выходят из строя «просто так». Поэтому, перед тем, как менять их, необходимо удостовериться в исправности других деталей – выпрямительных , тех же транзисторов инвертора.

Иногда перегорание предохранителей может быть вызвано межвитковым замыканием в трансформаторе, но, к счастью, такое случается редко.

Проблемы с переключающими реле

Переключение ИБП в режим работы от аккумулятора осуществляется чаще всего посредством электромеханических реле. Используются реле постоянного тока с катушкой на 12 или 24 В и мощными контактами. Иногда контактная группа одного из реле выходит из строя.

Проявляться это может тем, что бесперебойник не включается вообще или не переключается на аккумуляторы при исчезновении сетевого напряжения. При подозрении на такую неисправность следует выпаять реле и проверить сопротивление замыкающего контакта тестером.

Как правило, такое реле имеет один переключающий контакт.

При подаче напряжения на катушку контакты 1 — 3 размыкаются, а контакты 2 — 3 — замыкаются.

Сопротивление разомкнутого контакта должно быть бесконечно большим, а замкнутого – иметь сопротивление порядка десятых долей Ома.

Если же оно равно нескольким Омам (или десяткам Ом), такое реле подлежит замене.

В заключение отметим, что при подаче питания на катушку должен быть слышен четкий щелчок. Если он не слышен или слышны какие-то «шорохи», имеет место механическая неисправность, и реле однозначно надо менять.

Скажем также, что электромагнитное реле – чаще всего штука надежная и долговечная.

Обычные (не герконовые) реле имеют ресурс не менее 100 000 срабатываний, чего с лихвой хватает на все время работы ИБП.

Во второй части мы продолжим знакомиться с простейшими неисправностями бесперебойников.

Не пропустите!

До встречи на блоге!

Здравствуйте, после полутора лет работы у меня перестал держать нагрузку блок бесперебойного питания. При отключении электричества, компьютер тоже сразу отключается. В чем может быть проблема?

Руслан, г. Катав-Ивановск

Все знают, что скачки напряжения в электросети опасны для бытовой и компьютерной техники, а также электронных компонентов электроинструмента и промышленного оборудования. К большому сожалению, скачки напряжения не редкость в электросетях наших городов, а в селах – и подавно. Чтобы защитить технику от этих явлений, и было придумано устройство ИБП, что является аббревиатурой его названия: источник бесперебойного питания. UPS – это его англ. аббревиатура. Благодаря современным технологиям, ИБП эффективно сглаживает перепады напряжения, и радиочастотные помехи, а в случае полного отключения электричества переходит на питание потребителей с резервной батареи.

Существующие типы «бесперебойников»

На сегодняшний день существует три основных типа ИБП:

Основные неисправности

Несмотря на то, что «бесперебойник» предназначен защищать аппаратуру, он сам является электронным оборудованием, который также может выйти из строя и требовать ремонта, независимо от его типа, и исполнения. Как правило, ремонт источника бесперебойного питания производят в сервисном центре или в специализированной мастерской, но некоторые виды поломок, можно устранить и в домашних условиях, не прибегая к услугам дорогостоящих специалистов. Именно о таких неисправностях, которые можно устранить, как говориться «на коленках» и пойдет речь в этой части публикации.

• Источник бесперебойного питания пищит. Причин этому явлению может быть три: «все хорошо», при переходе устройства на АКБ; «все плохо», если бесперебойник не прошел самотестирование; и «перегрузка». На любом ИБП для диагностики предусмотрен светодиодный или ЖК индикатор.
• ИБП не включается. На самом деле причин данному явлению масса: испорчен сетевой кабель, плохой контакт в розетке, перегорел предохранитель, полностью разряжена батарея. Чаще всего, после долгого хранения ИБП дело именно в батарее, которая полностью потеряла свой заряд.
• Устройство не держит нагрузку. Тут всего два типа возможной неисправности: вышла из строя аккумуляторная батарея или поломка в электронике. В первом случае можно попытаться зарядить АКБ. Во втором – однозначно сервисный центр.
• Источник бесперебойного питания отключается после непродолжительной работы. Причиной отключения может быть высокая нагрузка, превышающая максимальную мощность самого «бесперебойника». Причиной отключения могут быть и другие неисправности ибп, но их диагностикой и устранением должны заниматься исключительно специалисты сервисного центра.

Простые методы устранения этих неисправностей

Кто виноват, в основных проблемах ИБП – уже предположили, теперь осталось решить, что делать. Получилось практически по Шекспиру!

• UPS пищит . Если в процессе работы устройство достаточно часто издает звуковой сигнал, то это может означать сильные перебои в подаче электричества. Тут необходимо разобраться с качеством электросети. Если причина писка перегрузка, то изначально следует выяснить, какое устройство ее создает. Для этого нужно отсоединить все источники нагрузки, включить «бесперебойник» и по одному подсоединять. Если это не помогло, то причина писка может в проблемах электроники, но с ней, лучше всего обратиться в сервисный центр.
• ИБП не включается . Прежде всего, следует проверить подключение сетевого кабеля и предохранителей, которые находятся, как правило, на задней стенке устройства. Если причина не в этом, то попробуйте оставить включенное в сеть устройство на ночь, таким образом, зарядив батарею. Если батарея не заряжается от бесперебойника, то можно поставить ее на зарядку в специальное устройство (если есть) или заменить на заведомо исправный и заряженный АКБ. Если и это не помогло, то, скорее всего, проблема кроется намного глубже, и в таком случае сделать ремонт ибп своими руками у вас не получиться.Выход – обратиться к специалистам для диагностики и ремонта ИБП.

• UPS не держит нагрузку . Прежде всего, необходимо проверить, сколько может работать устройство без сети.

  Как отремонтировать ИБП. Часть 1

  Если хоть немного получилось, то проблема, скорее всего в потере емкости аккумулятора. Проверить это достаточно легко, подключив к бесперебойнику в качестве нагрузки 100 ватную лампу накаливания. Стандартный АКБ, имеет емкость 7 А/ч. Хорошая батарея будет поддерживать работу лампы не менее 20 мин. Если это время сократится на половину, то АКБ следует заменить.

• ИБП отключается . Опять же грешим на батарею. Если с батареей все в порядке, и вы уверены в ее емкости, то проблема в электронике. Однозначно – в сервисный центр.

Наши советы по самостоятельному ремонту источника бесперебойного питания, затрагивают самые основные неполадки. Если вы не уверены в своих познаниях и у вас нет опыта «общения» с оборудованием, работающим от опасного напряжения, лучше всего обратитесь к специалистам. С полным перечнем услуг по ремонту и модернизации вы можете ознакомиться тут. Если у вас возникли неразрешенные проблемы с работой ПК, то смело обращайтесь к специалистам нашей компании, мы всегда готовы взяться за любую сложную работу. Работаем как по городу Челябинску, так и по области.

Вы нашли ответ на свой вопрос? Помогите и другим найти его.

СХЕМА ОПИСАНИЕ РЕМОНТА ИБП

ИБП — очень сложное устройство, которое условно можно разделить на два блока — это преобразователь и зарядное устройство выполняющее обратную функцию. В большинстве случаев ремонт ИБП очень проблемный и дорогостоящий. Но пробовать всё-же стоит — иногда неполадка простая и лежит буквально на поверхности.

На фирме выкинули нерабочий бесперебойник модели APC500. Но прежде чем пустить его на запчасти, решил попробовать его оживить. И как оказалось не зря. Прежде всего меряем напряжение на аккумуляторной гелевой батарее. Для функционирования бесперебойника но должно быть в пределах 10-14 В. Вольтаж в норме, так что проблема с аккумулятором отпадает.

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

Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы АРС

Меряем это напряжение до диодного моста, после, и после стабилизатора 9 В.

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

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

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

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

ИБП иногда неверно определяет ёмкость свинцовых батарей показывая статус ОК, но стоит только ему переключится на них, как они внезапно садятся и нагрузка "выбивается". Убедитесь, что клеммы заходят плотно, а не болтаются. Не отключайте его надолго от сети, лишая возможности держать аккумуляторы на постоянной подзарядке. Не допускайте глубоких разрядов батарей, оставляя по меньшей мере 10% емкости, после чего следует отключать ИБП до восстановления питающего напряжения.

Большинство современной бытовой электронной аппаратуры имеет в своей конструкции самостоятельные или расположенные на отдельной плате электронные модули понижающие и выпрямляющие сетевое напряжение.

Причём последние 20 лет, вместо традиционных понижающе-выпрямительных схем на основе силового трансформатора и диодного моста, они построены по схеме импульсного преобразования напряжения. Несмотря на их высокую схемотехническую надежность они достаточно часто выходят из строя.

Причин здесь несколько, но основными из них являются:

• колебания сетевого напряжения, на которые не рассчитаны эти понижающе-выпрямительные устройства;
• несоблюдение правил эксплуатации;
• подключение нагрузки, на которую не рассчитаны приборы.

Конечно бывает очень обидно, когда необходимо выполнить срочную работу, а модуль питания у компьютера неисправен или во время просмотра любимой телепередачи это устройство выходит из строя.

Не стоит сразу впадать в панику и обращаться в ремонтную мастерскую или спешить в супермаркет электроники за приобретением нового блока. Часто причины неработоспособности настолько тривиальны, что устранить их можно дома, с минимальными затратами финансовых средств и нервов.

Общее описание бытового импульсного питающего устройства

Конечно для того чтобы попытаться не только отремонтировать импульсный блок питания, но и определить его неисправность необходимо иметь базовые знания по электронике и обладать определенными электротехническими навыками.

Кроме того, следует помнить, что некоторые элементы блока находятся под сетевым напряжением, в силу чего даже при первичном осмотре устройства следует соблюдать осторожность. Однако большинство блоков построены по типовым схемам и имеют сходные неисправности, поэтому самостоятельно отремонтировать импульсный блок питания может попытаться каждый.

В составе любого источника питания, будь то встроенный, как в телевизоре или установленный в виде отдельного устройства, как в настольном компьютере, имеются два функциональных блока – высоковольтный и низковольтный.

В высоковольтном боке, сетевое напряжение преобразуется диодным мостом в постоянное, и сглаживается на конденсаторе до уровня 300,0…310,0 вольт. Постоянное, высокое напряжение преобразуется в импульсное, частотой 10,0…100,0 килогерц, что позволяет отказаться от массивных низкочастотных понижающих трансформаторов, заменив их малогабаритными импульсными.

В низковольтном блоке импульсное напряжение понижается до необходимого уровня, выпрямляется, стабилизируется и сглаживается. На выходе этого блока присутствует одно или несколько напряжений, необходимых для питания бытовой техники. Кроме того, в низковольтном блоке смонтированы различные управляющие схемы, позволяющие повысить надежность устройства и обеспечить стабильность выходных параметров.

Визуально, на реальной плате, различить высоковольтную и низковольтную часть достаточно просто. К первой подходят сетевые провода, а от второй отходят питающие.

Импульсный стабилизатор в блоке питания на транзисторах

Диагностирование и простейший ремонт

Человеку, собирающему попытаться отремонтировать блок питания бытовой электронной техники надо быть заранее готовым к тому, что не всякое питающее устройство можно отремонтировать. Сегодня некоторые производители, выпускают электронику, блоки которой подлежат не ремонту, а комплектной замене.

Ни один мастер не возьмется за ремонт такого блока питания, ибо изначально он предназначен для полного демонтажа старого устройства с заменой на новое. Часто подобные электронные приборы просто залиты каким-либо компаундом, что сразу снимает вопрос о его ремонтопригодности.

Как показывает статистика, основные неисправности блока питания вызваны:

• неисправностью высоковольтной части (40,0%), которые выражаются пробоем (перегоранием) диодного моста и выходом из строя фильтрующего конденсатора;
• пробоем силового полевого или биполярного транзистора (30,0%), формирующего высокочастотные импульсы и находящегося в высоковольтной части;
• пробоем диодного моста (15,0%) в низковольтной части;
• пробоем (выгоранием) обмоток дросселя выходного фильтра.

В остальных случаях диагностирование достаточно сложно и без специальных приборов (осциллограф, цифровой вольтметр) выполнить его не удастся. Поэтому если неисправность блока питания вызвана не четырьмя вышеупомянутыми основными причинами, не стоит заниматься его домашним ремонтом, а сразу вызвать мастера для замены или приобретать новое питающее устройство.

Неисправности высоковольтной части достаточно просто обнаружить. Они диагностируются перегоранием предохранителя и отсутствием напряжения после него. Третий и четвертый случай можно предположить если предохранитель исправен, напряжение на входе низковольтного блока присутствует, а входное отсутствует.

При перегорании предохранителя необходимо осмотреть электронную плату. Неисправность фильтрующего электролитического конденсатора обычна выражена его вздутием. Для проверки диодов высоковольтной выпрямительной части придется выпаять каждый из них и (тестером).

Желательно проверку производить одновременно всех деталей. При выгорании нескольких электронных элементов при замене одного из них на исправный он может выгореть повторно из-за комплексной неисправности, которая не была устранена.

После замены деталей необходимо установить новый предохранитель и включить блок питания. Как правило после этого блок питания начинает работать.

Если предохранитель не перегорел, а напряжение на выходе блока питания отсутствует, то причина неисправности в пробое выпрямительных диодов низковольтной части, перегорании дросселя или выходе электролитических конденсаторов вторичного выпрямительного блока.

Неисправность конденсаторов диагностируется при их вздутии или вытекании из их корпуса жидкости. Диоды необходимо выпаять и аналогично проверке высоковольтной части. Целостность дроссельной обмотки проверяется тестером. Все неисправные детали необходимо заменить.

Если не удается найти нужный дроссель, то некоторые «умельцы» перематывают сгоревший, подобрав провод подходящего диаметра и определив количество витков. Такая работа довольно кропотлива и обычно выполняется только для уникальных блоков питания, найти аналог, которым затруднительно.

Ремонт стандартных устройств

Как уже говорилось, большинство блоков питания современных компьютеров и телевизоров построено по типовой схеме. Они отличаются типоразмерами используемых электронных деталей и выходной мощностью. Методика диагностирования и устранения неполадок для этих устройств идентичны.

Однако качественный ремонт требует соответствующего инструмента, в номенклатуру которого входят:

• (желательно с регулируемой мощностью);
• припой, флюс, спирт или очищенный бензин («Галоша);
• приспособление для удаление расплавленного припоя (оловоотсос);
• набор отверток;
• бокорезы (кусачки);
• бытовой мультиметр (тестер)
• пинцет;
• лампа накаливания на 100,0 ватт (используется в качестве балластной нагрузки).

Приступая к ремонту телевизионного питающего устройства или системы настольного компьютера желательно иметь их электрическую принципиальную схему. Сегодня сделать это нетрудно – подобные материалы для большинства моделей электронной техники можно найти в Интернете.

В принципе простые телевизоры можно ремонтировать без схемы, однако главной сложностью ремонта некоторых моделей является то, что питающее устройство вырабатывает весь спектр напряжений – включая высоковольтное, используемое для развертки кинескопа. Блоки питания бытовых компьютеров выполнены по однотипной схеме. Рассмотрим отдельно методику определения неисправности и ремонта телевизора и десктопа.

Ремонт телевизора

О неисправности телевизионного модуля питания прежде всего свидетельствует отсутствие свечение диода «спящего» режима. Первыми ремонтными операциями являются:

• проверка на целостность (отсутствие обрыва) питающего шнура напряжения;
• разборка телевизионного приемника и освобождение электронной платы;
• осмотр платы блока питания, на наличие внешне неисправных деталей (вздувшихся конденсаторов, пригоревших мест на печатной плате, лопнувших корпусов, обугленной поверхности резисторов);
• проверка мест пайки, при этом особое внимание уделяется пропайке контактов импульсного трансформатора.

Если визуально установить дефектную деталь не удалось, то необходимо последовательно проверить работоспособность предохранителя, диодов, электролитических конденсаторов и транзисторов. К сожалению, если вышли из строя управляющие микросхемы, установить их неисправность можно только косвенным способом – когда при полностью исправных дискретных элементах работоспособное состояние блока питания не наступает.

В практике ремонта имеют место случаи, когда модуль питания не работает (не запускается) а предохранитель не сгорел. Это может свидетельствовать о пробое (перегорании) транзистора генератора высокочастотных импульсов.

Наиболее частыми причинами неработоспособности телевизионных блоков является:

• обрыв балластных сопротивлений;
• неработоспособность (короткое замыкание) Высоковольтного фильтрующий конденсатор;
• неисправность конденсаторов фильтров вторичного напряжения;
• пробой или перегорание выпрямительных диодов.

Проверку всех этих деталей (кроме выпрямительных диодов) можно произвести, не выпаивая их из платы. Если удалось определить неисправную деталь, то ее заменяют и приступают к проверке выполненного ремонта. Для этого на место предохранителя устанавливают лампу накаливания и включают устройство в сеть.

Здесь возможны несколько вариантов поведения отремонтированного устройства:

1. Лампочка вспыхивает и притухает, загорается светодиод спящего режима, на экране появляется растр. В этой ситуации в первую очередь замеряют напряжение строчной развёртки. При его завышенной величине необходимо проверить и заменить гарантированно исправными электролитические конденсаторы. Аналогичная ситуация проявляется при неисправности оптронных пар.
2. Если лампочка вспыхивает и гаснет, светодиод не загорается, растр отсутствует значит не запускается генератор импульсов. В этом случае проверяется уровень напряжения на электролитическом конденсаторе фильтра высоковольтной части. Если оно ниже 280,0…300,0 вольт, то наиболее вероятны следующие неисправности:
   • пробит один из диодов выпрямительного моста;
   • велика утечка конденсатор (конденсатор «состарился»).

   Если напряжение отсутствует необходим повторно проверить целостность цепей питания и всех диодов выпрямителя высокого напряжения.

3. Если свечение лампочки велико, необходимо тут же отключить модуль питания от сети и заново провести проверку всех электронных деталей.

Вышеперечисленная последовательность и схема проверки позволяют выявить основные неисправности питающего устройства телевизионного приемника.

Ремонт питающего устройства настольного компьютера

Сегодня наибольшее распространение для питания настольных (десктопных) конструкторов получили устройства «АТХ» различной мощности. Поводом для их ремонта должно послужить:

• материнская плата не запускается (компьютер полностью неработоспособен);
• вентилятор охлаждения самого устройства не вращается;
• блок многократно «пытается» самозапуститься.

Перед началом ремонта устройств «АТХ» необходимо собрать нагрузочную схему (рисунок). Ремонт осуществляют в следующей последовательности:

• устройство вынимается из компьютера и с него снимается кожух;
• пылесосом и кисточкой удаляется пыль с электронных плат и поверхностей деталей;
• производится внешний осмотр электронных элементов и печатных плат;
• подключается нагрузочное устройство.

При отсутствии внешних признаков причины неисправности проверяют предохранитель. В случае его перегорания на его место подключается лампа накаливания мощностью 100,0 ватт (аналогично ремонту телевизионного блока).

Если при включении лампа ярко вспыхивает и продолжает гореть, значит из строя вышел диодный мост в высоковольтной части или фильтрующий конденсатор. Возможно перегорание высоковольтного трансформатора.

Если предохранитель цел, то причиной неработоспособности может быть:

• выход из строя транзисторов генератора импульсов;
• неисправность ШИМ-контроллера.

В этих случаях проще приобрести новое устройство, которое в зависимости от мощности, стоит от 600…800 рублей.

При многократном самозапуске устройства причиной неработоспособности обычно является вход из строя стабилизатора опорного напряжения. При этом система компьютера не может пройти режим самотестирования отключает и включает модуль питания.

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

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

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

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

Рис. 3. Блок-схема ИБП класса On-line

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

Рис. 4. Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart-UPS/VS
периодического повышения напряжения, длящегося доли секунды, вызванного, как правило, изменениями нагрузки в сети – surge.
В Росси провалы, пропадания и скачки напряжения как вверх, так и вниз составляют приблизительно 95% отклонений от нормы, остальное – шумы, импульсные помехи (иголки), высокочастотные выбросы.
В качестве единиц измерения мощности используются Вольт-Амперы (ВА, VA) и Ватты (Вт, W). Они отличаются коэффициентом мощности PF (Power Factor):
W = VA х PF.
Коэффициент мощности для компьютерной техники равен 0,6...0,7. Число в обозначении моделей ИБП фирмы АРС означает максимальную мощность в ВА.
Например, модель Smart-UPS 600VA имеет мощность 400 Вт, а модель 900VA – 630 Вт.
Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart UPS/VS показана на рис. 4. Сетевое напряжение поступает на входной фильтр ЕМ/RFI, служащий для подавления помех электросети. При номинальном напряжении электросети включены реле RY5, RY4, RY3 (контакты 1, 3), RY2 (контакты 1, 3), RY1, и входное на пряжение проходит в нагрузку. Реле RY3 и RY2 используются для режима подстройки выходного напряжения BOOST/TRIM. К примеру, если напряжение сети увеличилось и вышло за допустимый предел, реле RY3 и RY2 подключают дополнительную обмотку W1 последовательно с основной W2. Образуется автотрансформатор с коэффициентом трансформации
K = W2 / (W2 + W1)
меньше единицы, и выходное напряжение падает. В случае уменьшения сетевого напряжения дополнительная обмотка W1 реверсируется контактами реле RY3 и RY2. Коэффициент трансформации
K = W2 / (W2 - W1)
становится больше единицы, и выходное напряжение повышается. Диапазон регулировки составляет ±12%, величина гистерезиса выбирается программой Power Chute. При пропадании напряжения на входе выключаются реле RY2…RY5, включается мощный ШИМ-инвертор, питающийся от батареи, и в нагрузку поступает синусоидальное напряжение 230 В, 50 Гц.
Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов МV1, МV3, МV4, дросселя L1, конденсаторов С14…С16 (рис. 5). Трансформатор СТ1 анализирует высокочастотные составляющие напряжения сети. Трансформатор СТ2 является датчиком тока нагрузки. Сигналы с этих датчиков, а также датчика температуры 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.

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.