Неисправности источника бесперебойного питания

История одного незаконченного ремонта.

Источники бесперебойного питания обеспечивают стабильное энергоснабжение стационарных компьютеров и важных электронных систем предприятия. Бесперебойник (ИБП) обеспечивает стабильную подачу электроэнергии к приборам при кратковременном отключении основного источника.

Наиболее часто в источнике бесперебойного питания ремонта требует аккумулятор, поскольку этот агрегат в ИБП берет на себя основную нагрузку. В большинстве случаев причиной является естественный износ батареи.

Встречаются и другие неисправности, характерные для бесперебойников всех видов и марок:

• Конденсаторы: перестают работать из-за высыхания электролита.
• Вентиляторы: их работы может быть нарушена высыханием смазки.
• Инвертор: очень чувствителен к перепадам нагрузок, напряжения, а в условиях неблагоприятной работы сети и отказа батарей часто перестает функционировать.

Иногда помехи создает сам бесперебойник, в этом случае его необходимо оснастить фильтрами от радиочастотных и электромагнитных помех. Привести к выходу ИБП из строя может и естественный износ агрегата как следствие длительной эксплуатации.

Поломки бесперебойника очень разнообразны, спровоцировать преждевременный ремонт UPS также могут неблагоприятные условия эксплуатации — в частности, попадание пыли в корпус агрегата. Поэтому в месте, где стоит бесперебойник, должно быть всегда чисто.

Читайте также

Обеспечение требуемого качества электроэнергии и источники бесперебойного питания При выборе источников питания для своей системы необходимо учесть не только потребляемую мощность, но также то, как эта энергия будет обеспечиваться.Электроэнергия — это не просто

2.9. Источники бесперебойного питания и сетевые фильтры ИБП (он же UPS) — источник бесперебойного питания. Это своего рода батарейка, позволяющая работать вашему компьютеру автономно в случае отключения электроэнергии. Иначе вы можете потерять несохраненные данные. Да,

ИБП отключается при работе

Почему отключается ИБП во время работы? Данная проблема является весьма распространённой, когда посреди работы через непродолжительное время бесперебойник просто отключает нагрузку. Этому может способствовать ряд причин. В таком случае для начала стоит проверить есть ли какие-то неучтённые перегрузки на выходе.

Стоит обратить внимание на то, в каком режиме бесперебойник отключается: при работе от магистральной сети или в автономном режиме. Если отключение происходит при работе от аккумуляторной батареи, то скорее всего неисправна или попросту изношена сама аккумуляторная батарея, что не позволяет ей обеспечить необходимо время работы.

Если вы заметили, что бесперебойник выключает компьютер даже при наличии электроэнергии, то не спешите с выводами. Провалы напряжения могут быть очень короткими, что человек этого может не заметить их. Однако, ИБП в таком случае перебрасывает питание нагрузки на АКБ, а если он опять-таки не исправен, то на лицо и отключение нагрузки.

Возможен ещё один случай, когда ИБП выключает компьютер при работе в автономном режиме. Это может быть вызвано специальным программным обеспечением. В число стандартных возможностей в том числе входит и возможность отключения компьютера по заданным установкам. Такие установки могут быть установлены автоматически вместе с программным обеспечением. В таком случае как сделать, чтобы бесперебойник не отключался понятно сразу. Стоит заметить, что такие отключения могут производиться в определённое время или даты.

Точно такая же проблема может возникнуть при удалённом мониторинге. Если вы используете не «родной» кабель для удалённого мониторинга, который идёт в комплекте с источником бесперебойного электропитания. Ответ на вопрос почему выключается бесперебойник может крыться именно в нём. Использование не фирменных аксессуаров может явиться не только причиной того, что отключается ИБП, но и ряда других проблем.

Внезапное отключение может происходить от того, что греется ИБП. Высокая температура не самым лучшим образом сказывается на АКБ. Выделение тепла является характерным для ИБП с онлайн топологией. Но даже их нагрев должен находится на определённом уровне. Если вы заметили, что греется бесперебойник, то необходимо убедиться, что исправно работают вентиляторы охлаждения. Они не должны быть прикрыты или забиты пылью, пухом или чем-то другим, что может помешать циркуляции воздуха.

В случае, когда бесперебойник включается и выключается, проблема может заключаться в низком уровне напряжения сети. Это может стать проблемой для резервных ИБП. Устранить это можно покупкой более продвинутого ИБП или с помощью стабилизатора напряжения.

Возможно отключение происходит при переключении на АКБ. Если ИБП не переключается на батарею, но известно, что АКБ исправна, тогда вероятно проблема находится в неисправном реле, осуществляющем данное переключение.

При подключении маломощной нагрузки можно столкнуться с тем, что бесперебойник отключается через 5 минут. В некоторых моделях минимальная мощность нагрузки воспринимается ИБП как сигнал для отключения. Суть идеи состоит в том, что ИБП воспринимает это так будто, например, компьютер выключен, а сам ИБП отключается, чтобы сэкономить заряд.

Cхемы Back UPS

Блок схема Back UPS

В нормальном рабочем режиме входное напряжение через фильтр проходит напрямую на выход. Одновременно часть энергии через обмотку трансформатора и схемы заряда заряжает аккумулятор.

При повышении или понижении напряжения питания на величину, превышающую пороговую, схема коммутации переключает входное питание на резервное и запускает инвертор. Инвертор из постоянного напряжения батареи формирует переменное прямоугольной формы. Его частота 50Гц, амплитуда около 300В.

Задержка переключения от 2 до 7 мс.

Схема заряда батареи Back UPS

Схема заряда батареи UPS (чаджер) строится по классической системе.

Переменное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсатором. Затем стоит регулятор напряжения обычно на микросхеме LM317 (линейный регулятор напряжения), управляемый контроллером или процессором сигналом ON-OFF.

Стабилизатор LM317 чаще всего используют по нескольким причинам:

• для задания уровня выходного напряжения требует всего два резистора;
• хорошая стабилизация напряжения при нестабильности по току нагрузки, а также входному напряжению.
• в LM317 есть встроенная схемы защиты от перегрузки, ограничения тока и защиты от перегрева.

Понятно, что любая поломка любой из схем может привести к тому, что батарея не будет правильно заряжаться или вообще заряжаться. Если в Back-UPS нет зарядки батареи, то проблему можно искать:

• в выпрямителе (диодном мосте, конденсаторе);
• регуляторе напряжения, ключе;
• схеме терморегулировки и ограничении тока и даже в контроллере.

Эта схема для ориентира. Например, в APC Back-UPS CS 500VA для зарядки используют отдельный трансформатор и микросхему преобразователя AC-DC и стабилизатора TNY255G с мощностью 4-10Вт. Вот ее типичное подключение.

Принципиальная схема чарджера

Принципиальная схема заряда батареи в APC Back-UPS.

Схема фильтрации

Схема фильтрации в некоторых APC Back-UPS выполнена на основе варисторов MOV2, MOV5 конденсаторов C38, C40 и дросселей L1 и L2.

В некоторых Back-UPS входной фильтр состоит из конденсаторов и дросселей.

Эта схема оказалась весьма эффективна. Именно эти элементы и могут понадобиться для замены при ремонте фильтров Back-UPS.

Схема инвертора

Инвертор Back-UPS выполнен на базе мощных ключевых полевых транзисторов. В каждом из двух плечей по несколько параллельно подключенных транзисторов. Управляется инвертор микроконтроллером, синхронизируя входное напряжение с выходным по частоте и фазе. Как правило выходные каскады инвертора подключаются к выходному трансформатору и работают в ШИМ режиме. Т.е. регулировка выходного напряжения осуществляется шириной импульсов. Выходной каскад инвертора Back-UPS выполнен по пуш-пульной схеме во избежание намагничивания сердечника трансформатора и выхода в насыщение.

При включении ИБП производится тестирование батареи. Для этого выполняется подключение инвертора и измеряется напряжение и ток батареи. Эти значения сравниваются со значениями в регистрах UPS. Контроллер анализируется состояние батареи, ее недозаряд или перезаряд. Затем выдает сигнал либо на включение при нормальном состоянии, либо на выключение, если батарея плохая.

Почему бесперебойник часто разряжается

Опять сломался ИБП! И как всегда в самое неподходящее время! В этот кризис и так ни на что денег не хватает, а тут еще нужно выложить кругленькую сумму на ремонт… или пойти другим путем и решить проблему, не потратив ни копейки денег! Думаете, нереально? Для русского человека все возможно! И дальше я вам расскажу как.

Устройство ИБП

Внутри корпуса таких приборов установлены небольшие аккумуляторы, мощности которых хватает для того, чтобы сохранить документы, и выключить компьютер при отключении электричества.

Со временем все владельцы ИБП сталкиваются с такой проблемой: бесперебойник постоянно пищит или вообще не включается. Другая распространенная неприятность – при отключении электричества бесперебойник выключается вместе с компьютером. Причина этого – полностью разряженный встроенный аккумулятор.

Большинство моделей комплектуются сухими батареями в герметичном корпусе. Такие устройства не подлежат ремонту, поскольку не разбираются. Если вам повезло, и в вашем бесперебойнике установлен щелочной или кислотный аккумулятор, то его можно «оживить»:

• Подлейте в банки электролит.
• Зарядите батарею: подключите прибор к сети без нагрузки и оставьте на 24 часа.

Но этого хватит ненадолго, после чего источник питания окончательно разрядится.

Что же делать? Ведь стоимость новой батареи практически равна новому ИБП, а надолго ее все равно не хватает: деградация свинцовых пластин маломощных аккумуляторов протекает ускоренными темпами. Такую проблему можно решить радикально, подключив автомобильный аккумулятор к ИБП.

Спросите, не проще ли купить новый ИБП, чем тратиться на автомобильный аккумулятор? Да, было бы странным идти в магазин автозапчастей за покупкой новой батареи для автомобиля. Хотя в этом случае время автономной работы будет даже больше, чем в современных моделях ноутбуков!

Но если у вас в гараже запылился старенький аккумулятор, который сотрудники СТО посоветовали «отправить на пенсию», для ИБП он подойдет. Причем вы сможете забыть о проблеме разряженной батареи на много лет: достаточно будет, как и в случае с автомобилем подлить дистиллированной воды и зарядить!

Поэтому замена аккумулятора в ИБП считается оптимальным вариантом, к тому же ремонт легко выполнить своими руками.

Как поменять батарею в бесперебойнике

Поменять аккумулятор ИБП своими руками, можно следующим образом:

• Вначале снимите старую батарею. Для этого нужно выкрутить фиксирующие винты, чтобы разобрать корпус. Провода к контактам батарей подсоединяются при помощи клемм. Снимите их аккуратно и достаньте батарею.

• К освободившимся клеммам нужно подсоединить провод сечением не менее 2,5 мм². Чтобы впоследствии не искать, какая жила подключилась к положительной клемме, пометьте свободный конец провода изолентой. Подбирайте провод такой длины, чтобы ее хватило до аккумулятора. Для удобства обратной сборки корпуса ИБП, провод лучше пропустить через просверленное отверстие.

• Теперь нужно собрать корпус.
• Завершающий этап: подключение кабеля, выходящего из корпуса бесперебойника к клеммам автомобильного аккумулятора.

Такое соединение выполняется при помощи специальных контактных клемм или обычными хомутами. Последний вариант менее надежен, поскольку медный проводник при контакте со свинцовыми клеммами имеет свойство окисляться. Окисленные контакты нужно периодически подчищать.

Обратите внимание! Аккумулятор предварительно заряжают при помощи обычного автомобильного зарядного устройства.

Теперь остается подключить кабель питания системного блока и монитора к соответствующим разъемам на корпусе ИБП, и включить компьютер.

Как видите, произвести ремонт бесперебойника своими руками не так уж и сложно. Если батарея изношенная, ее потребуется периодически подзаряжать при помощи зарядного устройства. При установке нового источника энергии, подзарядки, получаемой от ИБП, хватает для продолжительной работы.

Новые проблемы

Через несколько месяцев опять возникла проблема с бесперебойником: отключился свет, а вместе с ним выключился и компьютер. Подумал, неужели и эта батарея «накрылась»? Стал разбираться, в чем причина.

При проверке мультиметром заряд показывает на уровне 13 B (что очень хорошо для старого аккумулятора), а при подключении нагрузки, бесперебойник «тухнет». Оказалось, в банках испарился электролит так, что стали видны пластины. Поэтому и упала емкость.

Всему виной то, что я упустил этот фактор из внимания, и не проверял уровень электролита.

Типовые схемы источников бесперебойного питания

Прежде чем попытаться отремонтировать отказавшее устройство, взглянем на электрические схемы ИБП двух типов: Line-Interactive и On-Line.

Smart-UPS Line-Interactive

Схема этого источника бесперебойного питания, использующего технологию Line-Interactive, довольно сложна, но мы попытаемся хотя бы приблизительно разобраться в принципе ее работы. Начнем со структурной схемы.

Структурная схема ИБП Smart-UPS

Напряжение питания проходит через сетевой фильтр. Если характеристики этого напряжения в норме, то реле RY1-RY5 включены, нагрузка питается от сети. Реле RY2 и RY3 совместно с трансформатором исполняют роль стабилизатора напряжения. При необходимости обмотка W1 подключается последовательно к W2. В прямом включении выходное напряжение снижается, в инверсном – повышается.

Таким образом, мы получаем трехступенчатый стабилизатор напряжения. Как только сетевое напряжение пропадет, отключатся реле RY2-RY5. При этом запускается инвертор, и нагрузка начинает получать питание от аккумуляторов. Теперь перейдем непосредственно к принципиальной схеме ИБП.

Принципиальная электрическая схема модуля входных цепей (кликните для увеличения)

За фильтрацию сетевого напряжения отвечают дроссель L1, варисторы MV1, MV3, MV4 и конденсаторы С14-С16. Трансформаторы CT1 отвечает за анализ высокочастотной помехи, CT2 контролирует ток нагрузки. Сигналы с этих трансформаторов поступают на ЦАП IC10 (схема модуля процессора).

Трансформаторы Т1 и Т2 являются датчиками входного и выходного напряжений соответственно. Сигнал T1 поступает на компаратор IC7. Реле RY3 и RY2 управляются транзисторами Q43 и Q49, получающими команды от процессора IC1.

Модуль микропроцессора (кликните для увеличения)

В модели Smart-UPS используется микропроцессор S87C654 (IC12). Он является сердцем устройства и управляет практически всеми узлами, получая соответствующие сигналы с тех или иных датчиков. Управляющая программа для него хранится в электрически перепрограммируемом ПЗУ IC13. ЦАП IC15 формирует эталонную опорную синусоиду.

Оконечный блок (кликните для увеличения)

Формирование управляющего сигнала доверено IC14 и IC17. Мощный мостовой инвертор собран на полевых транзисторах Q9-Q14, Q19-Q24. Во время положительной полуволны управляющего сигнала открыты Q12-Q14 и Q22-Q24, a Q19-Q21 и Q9-Q11 закрыты. Во время отрицательной открыты Q19-Q21 и Q9-Q11, a Q12-Q14 и Q22-Q24 закрыты. Управляют ключами транзисторы Q27-Q30, Q32, Q33, Q35, Q36.

В качестве нагрузки ключей используется мощный трансформатор, подключаемый к точкам W5 (желтый) и W6 (черный). На схеме он не показан. В результате работы ключей на выходной обмотке трансформатора формируется выходное синусоидальное напряжение 230 В частотой 50 Гц. Зарядка батареи при питании от сети осуществляется теми же мощными ключами инвертора, работающими в «обратном» режиме.

Back-UPS

Этот источник бесперебойного питания, работающий в режиме OFF-LINE, не имеет процессора, и все управляющие сигналы формируются компараторами. Рассмотрим его структурную схему.

Структурная схема Back-UPS

Сетевое напряжение через прерыватель по перегрузке поступает на фильтр. Прерыватель расположен на задней стенке прибора. Если возникла перегрузка, он срабатывает и его кнопка «выскакивает». Чтобы запустить ИБП после перегрузки, кнопку нужно вернуть в исходное положение, просто нажав на нее рукой.

При нормальном сетевом напряжении реле RY1 включено, его контакты 3 и 5 замкнуты. Нагрузка питается от сети через фильтр помех. Зарядное устройство в таком режиме заряжает аккумуляторную батарею. Если напряжение исчезает, ниже нормы или сильно зашумлено помехами, замыкаются контакты 3 и 4 реле RY1, и нагрузка получает питание от АКБ через инвертор. Время переключения на инвертор и обратно составляет 4-6 мс.

Важно! Форма выходного сигнала у инверторов этого типа прямоугольная разнополярная с частотой 50 Гц. Длительность импульсов – 5 мс, амплитуда – 300 В. При этом эффективное напряжение составляет 225 В.

Модуль входных цепей (кликните для увеличения)

Роль сетевого фильтра исполняют дроссели L1 и L2, варисторы MOV2 и 5MOV, конденсаторы С38 и С40. Трансформатор T1 (см. схему управления) является датчиком входного напряжения и одновременно источником питания для зарядки АКБ. Если напряжение на входе пропадает, то микросхемы IC3 и IC4 формируют команду включения инвертора, которая усиливается ключом IC6 (сигнал лог. «1», поступающий на выводы 1 и 13 IC2).

Схема управления (кликните для увеличения)

Элементы R55, R122, R123 совместно с DIP-переключателем SW1 определяют порог входного напряжения, ниже которого запускается инвертор, и нагрузка переключается на питание от батареи. Тонкую настройку нижнего порога можно настроить резистором VR2.

Оконечный модуль (кликните для увеличения)

Микросхема IC7 отвечает за формирование управляющих импульсов. Эти импульсы подаются на мощные ключи Q4-Q6, Q36 (первое плечо) и Q1-Q3, Q37 (второе плечо). Ключи нагружены на трансформатор (на схеме не показан), на вторичной обмотке которого формируется импульсное разнополярное напряжение величиной 225 В частотой 50 Гц. Длительность импульсов можно регулировать резистором VR3, а частоту резистором VR4 (схема управления).

На элементах IC3, IC6 собран узел синхронизации включения инвертора с напряжением сети. IC5, IC2, IC3 включают звуковой сигнал, информирующий о переходе на питание от батареи. При этом короткие звуковые сигналы информируют о работе от батареи, а непрерывный о том, что энергии АКБ хватит еще на 5 мин. (SW1 разомкнут) или на 2 мин. (SW1 замкнут). Этот переключатель расположен на схеме управления.

Неисправности и ремонт

Основная неисправность источника бесперебойного питания, с которой приходится сталкиваться, связана с тем, что бесперебойник не переходит в автономный режим. Она может быть вызвана следующими причинами:

• Изношенный аккумулятор не держит заряд и при отключении внешнего питания не может обеспечить током инвертор. Для проверки этого подключите вольтметр к клеммам аккумулятора работающего ИБП и отключите его от розетки. Если напряжение резко упало более чем на треть номинального напряжения (для полностью отказавшего аккумулятора — даже до ноля), замените аккумулятор на аналогичный по рабочему напряжению и емкости. Поскольку в приборе используются герметичные гелевые аккумуляторы, их ремонт невозможен.
• Возможна ситуация, когда аккумулятор держит заряд, но неисправна сама цепь зарядки. Это также можно определить во время описанного выше теста: во время, когда ИБП подключен к сети, напряжение на клеммах аккумулятора должно превышать номинальное (для 12 В аккумулятора — 13,2…13,5 В). Потребуется ремонт или замена платы зарядного устройства ИБП.
• На UPS типа off-line возможен отказ коммутирующего реле — в этом случае инвертор включается, но выход бесперебойника остается связан с сетевым входом. Проверка заключается в измерении напряжения на выходе инвертора при отключении бесперебойника от сети, а также наличия управляющего напряжения на обмотке реле.
• Если же инвертор не выдает напряжения, он потребует ремонта. Наиболее уязвимы в нем ключи оконечного преобразователя, через которые проходит весь ток нагрузки, особенно если она превышала штатную.