Анализ схемы электрической ИБП

1.1 Схема электрическая принципиальная определяет полный состав элементов и связи между ними, дает детальное представление о принципе работы изделия. На принципиальной схеме изображают все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления в изделии заданных электрических процессов.

Электрические принципиальные схемы служат основанием для разработки других конструкторских документов. Их используют для изучения принципов работы изделия, при наладке, контроле и ремонте изделия.

Схема электрическая принципиальная ИБП Back-UPS BK400I приведена в документе КУРТ.210308.002 Э3. В схеме и в перечне элементов, во избежание путаницы, сохранено оригинальное обозначение элементов.

1.2 Работа схемы.

В ИБП установлен герметичный свинцовый необслуживаемый аккумулятор со сроком службы 3 – 5 лет по стандарту Euro Bat. Модель оснащена фильтрами-ограничителями, подавляющими скачки и высокочастотные помехи сетевого напряжения. Устройство подаёт соответствующие звуковые сигналы при пропадании входного напряжения, разрядке аккумуляторов и перегрузке. Пороговое значение напряжения сети, ниже которого ИБП переходит на работу от аккумуляторов, устанавливается переключателями на задней панели устройства.

Сетевое напряжение «UTIL_HOT» поступает на входной многоступенчатый фильтр-ограничитель из варисторов MOV2, MOV5, дросселей L1 и L2, конденсаторов С38 и С40 через прерыватель цепи (на схеме не указан). Прерыватель цепи выполнен в виде автоматического выключателя на задней панели ИБП. В случае значительной перегрузки он отключает устройство от сети, при этом контактный столбик выключателя выталкивается вверх. Чтобы включить ИБП после перегрузки, необходимо вернуть в исходное положение контактный столбик выключателя.

При работе в нормальном режиме контакты 3 и 5 реле RY1 замкнуты, и ИБП передает в нагрузку напряжение электросети «UTIL_HOT», фильтруя высокочастотные помехи. Зарядный ток поступает непрерывно, пока в сети есть напряжение. Если входное напряжение падает ниже установленной величины или вообще исчезает, а также если оно сильно зашумлено, контакты 3 и 4 реле замыкаются, и ИБП переключается на работу от инвертора, который преобразует постоянное напряжение аккумуляторов «+12V» в переменное «XFMR». Время переключения составляет около 5 мс, что вполне приемлемо для современных импульсных блоков питания компьютеров.

Форма сигнала на нагрузке - прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с частотой 50 Гц, длительностью 5 мс, амплитудой 300 В, эффективным напряжением 225 В. На холостом ходу длительность импульсов сокращается, и эффективное выходное напряжение падает до 208 В. Для управления устройством используются компараторы и логические микросхемы.

Трансформатор Т1 является датчиком входного напряжения. Его выходное напряжение используется для зарядки аккумуляторов (в этой цепи используются D4 – D8, IC11, R9, R11, С3 и VR1) и анализа сетевого напряжения.

Если оно пропадает, то схема на элементах IC2 – IC4 и IC7 подключает мощный инвертор, работающий от аккумулятора. Команда «ACFAIL» включения инвертора формируется микросхемами IC3 и IC4. Схема, состоящая из компаратора IC4.1 и электронного ключа IC6.4, разрешает работу инвертора сигналом «INVDISBL» уровнем ЛОГ1, поступающим на выводы IC2: 1 и IC2: 13.

Делитель, состоящий из резисторов R55, R122, R123 и переключателя SW1.2, SW1.3 (выводы 2, 7 и 3, 6), расположенного на тыловой стороне ИБП, определяет напряжение сети, ниже которого ИБП переключается на батарейное питание. Заводская установка этого напряжения 196 В. В районах, характеризующихся частыми колебаниями напряжения сети, приводящими к частым переключениям ИБП на батарейное питание, пороговое напряжение должно быть установлено на более низкий уровень. Точная настройка порогового напряжения выполняется резистором VR2.

Во время работы от батареи микросхема IC7 формирует импульсы возбуждения инвертора «PUSHPL1» и «PUSHPL2». В одном плече инвертора установлены мощные полевые транзисторы Q4 - Q6, Q36, в другом Q1 - Q3, Q37. Своими коллекторами транзисторы нагружены на выходной трансформатор. На вторичной обмотке выходного трансформатора формируется импульсное напряжение с эффективным значением 225 В и частотой 50 Гц, которое используется для питания подключенного к ИБП оборудования.

Длительность импульсов регулируется переменным резистором VR3, а частота - резистором VR4. Включение и выключение инвертора синхронизируется с напряжением сети схемой на элементах IC3.2, IC3.3, IC6.2, IC6.3 и IC5.1, IC5.4.

Схема на элементах SW1.1, IC5.2, IC5.3, IC2.3, IC3.1, IC10.6, D30, D31, D35, Q9, BZ1 включает звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о проблемах с электропитанием. Во время работы от батареи ИБП каждые 5 секунд издает одиночный звуковой сигнал, указывающий на необходимость сохранения файлов пользователя, т.к. емкость аккумуляторов ограничена. При работе от батареи ИБП осуществляет контроль её емкости и за определенное время до её разряда подает непрерывный звуковой сигнал. Если выводы переключателя SW1.4 разомкнуты, то это время составляет 2 минуты, если замкнуты - 5 минут. Для отключения звукового сигнала надо замкнуть переключатель SW1.1.

ИБП имеет двунаправленный коммуникационный порт J14 для связи с ПК. Программное обеспечение Power Chute Plus позволяет компьютеру осуществлять как текущий контроль ИБП, так и безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Novell, Netware, Windows NT, IBM OS/2, Lan Server, Scounix и UnixWare, Windows 95/98), сохраняя файлы пользователя.

Назначение выводов J14 приведено в таблице 1.

Таблица 1 – Назначение выводов J14

Выходы с открытым коллектором могут подключаться к ТТЛ-схемам. Их нагрузочная способность до 50 мА, 40 В. Если к ним нужно подключить реле, то обмотку следует зашунтировать диодом.

Обычный «нуль-модемный» кабель для связи с этим портом не подходит, соответствующий интерфейсный кабель RS-232 с 9-штырьковым разъемом поставляется в комплекте с программным обеспечением.