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1、3kVA 在线式 UPS 的工作原理与故障维修UPS 的品牌较多，这里以山特(Santak)牌 C 系列 3kVA 在线式 UPS 为例叙述其工作原理及维修方法，供电源技 术工程人员参考。 1 性能参数与系统框图 (1) 性能参数 如表 1 所示，这里同时把该系列 1kVA 及 2kVA 产品 的性能参数一并列出，供比较用。型号项目C1kC2kC3k额定容量（输出）1kVA2kVA3kVA电压160276V输入频率50Hz5%电压220V频率50Hz电压稳定度2%频率稳定度0.5%（电池供电）输出超载能力110%(10s)130%(200ms)直流电压36V96V密封免维护电池12V/7.2A
2、h32V/6.5Ah82V/7.2Ah8电池 备用时间（满载/半载）7 分钟/17 分钟8 分钟/25 分钟5 分钟/20 分钟充电时间回充至 90%8h转换时间停电或复电零中断噪音1m 距离 3.5V,低电平1.5V)。(e) 自动开机及开机消音、自检电路 此电路包括手动开机、自动开机、开机消音、开 机自检四种功能，如图 13 所示。 开机过程 用手触摸面板上 SWON 开关约 1 秒，电池电压 从 CN1 的 16 脚送到 15 脚，SWPOWER 与 SW1接通 (SW1与 SW-ON 为同一信号)，此信号分为两路传递：经 VD2到 PSDR 板的 Q8基极，且 PSDR 的 ZD01(
3、12V 稳压管)工作，将 SW-ON 电压箝位于 12.45V 左右，使 Q8导通，启动工作电源产生电路， 产生 CPU 及逆变器工作所需的各种电压。图 11 输出电压监测电路图 13 自动开机消音、自检电路图 12 温度监测电路经 R15、 R16 分压约为 5.5V 电平送入 CPU 作为 SWSTUTS 信号(开机命令)，命令 CPU 进行开机，并 将 此 命 令 状 态 存 贮 于CPU 的 EPROM 中，做自动开机之用。 自动开机 当 CPU 接到 SWSTUTS 信号后，将此信号状态存 贮于 CPU 的 EPROM 中。当机器因电池电压低等原 因关机，若故障消除后，CPU 根据存
4、贮的信号状态自 动启动 UPS。 开机消音 在电池供电时，蜂鸣器会根据电池电压监测值鸣 叫，以表示电池容量情况，若再按 SW-ON 约 1 秒， SWSTUTS 信号第二次送入 CPU，CPU 接受此信号后， 操作蜂鸣器，使之停止鸣叫，若再按 SW-ON 约 1 秒， 则蜂鸣器又开始鸣叫。 开机自检每次工作模式转换都会对系统进行自检，表现形 式为面板负载指示灯开始时全亮，再逐个熄灭。 (f) 辅助电源监测电路 如图 14 所示，此电路给 CPU 提供工作电源 5V， 当控制电源 12V/5V 发生故障时，CPU 将被复位或停 止工作。此电路采用 LM393 运放作为比较器，由 12V 直流电源
5、经 R77、R80分压后得到约 6V 的电压， 送至 U7的第 5 脚即运放的同相端，与反相端的 5V 进 行比较。正常情况下，运放的输出经 R78上拉电阻箝 位为 5V，若 12V 电源因某种原因低于 10V 或 5V 电 源因某种原因高于 5V，则运放的输出会变为低电平， CPU 将停止工作。当 CPU 第一次收到此电路产生的图 14 辅助电源监测电路图 15 基准电源产生电路5V 信号时，处于复位状态，对系统自检。(g) 基准电源产生电路 如图 15 所示。该电路的作用是给 CPU 内的 A/D 转换器提供高稳定度的 5V 直流电源，PSDR 的5V 由 7805 产生，其误差范围为 2
6、4,而 A/D 转换器 的 5V 要求误差小于 1时才能保证其转换精度。此 电路采用 TL431 稳压，12V 经 R53、R54、R13分压， 设置 TL431 的 R 端电位为 2.5V，则从 VRH 端就能得 到高稳定度的 5V 电压。 (h) 振荡器电路 由晶振 XL1 及辅助元件 C40、C41、R12组成的振 荡器电路，产生高稳定度的振荡频率，其振荡频率为 6.37MHz，如图 16 所示。 CPU 输出控制及保护电路 (a) I/P 继电器驱动电路 此电路为典型的开关线路，如图 17 所示。当 CPU 监测到有市电输入， 且控制电源正常时， 会发 出一个高电平信号给 VM3的门极
7、，使 VM3导通，I/P 继电器通电动作。当出现短路错误或充电故障时， CPU 将 VM3的门极置低电平，I/P 继电器信号中断， I/P 继电器复位，将旁路和逆变器切断。(b) O/P 继电器驱动电路 此电路为典型的开关线路，如图 18 所示。当 CPU 检测到高压直流电压及逆变器电压正常时，会给 VM2的门极送入一个高电平，VM2导通。O/P 继电器 线圈一端接 INV.RLY,另一端接 24V 直流。当 VM2图 16 振荡器电路图 17 I/P 继电器驱动电路导通时，INV.RLY变为低电平，线圈加电，O/P 继 电器动作。 (c) 蜂鸣产生电路 如图 19 所示，CPU 根据监测到的
8、工作状态，发 出相应触发信号，使 Q1 导通，从而控制蜂鸣器的工 作模式： 四秒一响直流放电 一秒一响电池电压低 半秒一响过载长鸣短路故障 (d) 逆变器参考波产生电路 CPU 通过监测市电电压的零点(频率与相位)与逆 变电压的零点，输出幅度正比于市电电压和逆变电压 相位差的控制信号 PW2（来自 CPU） ，经 C5、R23低 通滤波后，再送到 U3组成的波形转换电路，将 PW2 方波变为正弦波，使其成为调整逆变电压相位和市电 电压相位同相的参考波，如图 20 所示。 (e) 逆变器误差放大器电路 INVERTER.1 端经 R24、R25分压后，与参考波相 减作为误差放大器的输入。VR1用
9、来调整 U3放大器 的工作点，如图 21 所示。(f) 三角波产生电路 如图 22 所示，从 CPU 内发出 38.4kHz 的图 18 O/P 继电器驱动电路图 19 蜂鸣产生电路图 20 逆变器参考波产生电路时钟信号送入 Q6的基极，经幅值变换后送入 4013， 分频为 19.2kHz，经 C19、R45送至由 U3、C13、R44、R49组成的积分器进行积分，将方波积 分为三角波，送入 PWM 产生电路。 (g) PWM 产生电路 如图 23 所示。此 PWM 产生电路采用三角波调制 法来实现：比较器 U5的同相端为三角波，其反相端 为基准正弦波。当三角波大于正弦波时，U5输出一个 宽度
10、为三角波大于正弦波部分所对应时间间隔的正脉 冲，此正脉冲分两路传递，一路经 R12到 U2与门缓冲 整流，R20、C2、VD7使 PWM 信号上升沿平缓、下降 沿陡峭，再送入 U2(4081)的另一个与门，其输出做控 制极。为增大信号驱动能力，4018 后接 2003 作为 PWM输出级。另一路先送到反相器 LM339 的反相 端进行反相，然后与 PWM一样产生 PWM信号。 由 CPU 送来的 PWM OFF 信号与 U4 输出信号经 2003 非门输出，作为与门 4081 的一个输入端，控制 PWM 信号产生：正常时该输入端为高电平，有 PWM 信号产生；当 UPS 出现故障时，该输入端为
11、低电平， 关闭 PWM 信号。(h) RS232 电源产生电路 如图 24 所示。从功率板引出 H.F.POWER、H.FPOWER（图中 49、50）两个 信号作为 TX1 的输入电压，产生供 RS232 用的 10V，同时产生8V 作为 U5、U3的负基准电源。 由于有了这个电路,RS232 接口的 1 脚就不必再接 DTR，只要 UPS 工作，此接口就处于随时发送、接收 的热状态。 3 山特 C3kVA UPS 维修参数 (1) 控制部分维修参数 软启动 当系统重新开机或系统重置(复位)时(包括过载恢 复、自动复位)，系统有软启动功能。 软启动维修参数：每 32ms 逆变器输出电压上升
12、约 3Vac,至约 220Vac 时停止。图 21 逆变器误差放大器电路 电压跟随当软启动完成后，尚未切入逆变器前，逆变器会 跟随输入电压，再切到逆变器继电器。 电压跟随维修参数：输入交流电压在 160V276V 之间时，才执行电压跟随功能。当电压 高于 276V 时，只跟随到 276V；若电压低于 160V 时， 只跟随至 160V。执行时每隔 128ms 依输入电压高低 加减 3V。 逆变器 STS 切换当逆变器继电器在接通瞬间，逆变器 STS 同时接通，延迟 32ms 后，逆变器 STS 断开。 锁相 监测市电频率作为逆变器锁相依据，以过零监测 信号做相位调整，若市电频率稳定且同步时，相
13、位差 小于 3 度，频率误差小于 0.01Hz。 锁相维修参数：市电频率变化率小于 1Hz/s，最大 为 2Hz/s。当市电频率超出3Hz 时，不进行锁相而 是以系统频率运行，并转至蓄电池供电的逆变模式。 当市电频率恢复到2.5Hz 内时，再进行锁相，恢复 到市电供电的逆变模式。图 22 三角波产生电路 市电电压监测 当交流市电电压低于 160V 或高于 276V 时，系统 进入蓄电池供电的逆变模式；当市电恢复到 170V266V 时，系统返回到市电供电的逆变模式。 市电电压监测维修参数：每隔 16ms 监测市电电 压一次。当市电电压连续 5 次低于 160V 或高于 276V 时，系统进入蓄
14、电池供电的逆变模式； 当市电电压恢复后，连续 5 次测量值在 170V266V 范围内，且频率也符合要求时，则系统 返回到市电供电的逆变模式。 输出频率选择与设定当有市电开机时，系统监测输入电源频率来设定 输出频率；若是直流开机，则以上次输出频率来设定。图 23 PWM 产生电路图 24 R232 电源产生电路输出频率选择与设定的维修参数：输入电源频率 为 4055Hz 时，输出设定为 50Hz；输入电源频率为 5570Hz 时，输出设定为 60Hz。 三角波维修参数 CPU 送出 38.4kHz 方波，再经 4013 二分频得到 19.2kHz 的方波，再经积分器积分成三角波。 输出电压维修
15、参数 系统上电时，读取后盖板处 DIP 开关位置来设定 输出电压，如表 2 所示。 输出电压调整 系统每 16ms 读取逆变器电压与设定电压值做比 较，并自动调整输出。 输出电压维修参数：若系统读取逆变器电压与设 定电压值相差约 10V 时，CPU 立即改变参考电压， 使输出电压加减约 3V；若系统读取逆变器电压与设 定电压值相差低于 10V 时，CPU 累计差值，若差值 超过 3V 时，CPU 改变参考电压，使输出电压加减约 1V。 A/D 采样 每 半周采样 一次：电 池电压；Ups 输出DIP SW1DIP SW2208VOnOff22VOnOn230OffOff240OffOn表 2
16、UPS 输出电压与 DIP 开关位置来关系表故障现象故障元件万用表挡位标准值故障值无充电电压或充电电压异常BR01二极管挡0R238电阻挡100k无穷大U202二极管挡0U203二极管挡0U206（6-5）电阻挡47k太低Q208二极管挡0TX1电阻挡无穷大R230电阻挡0.5k无穷大表 3 充电器常见故障表正高压直流电压；负高压直流电压；温度。 每隔 8 个基准正弦波点时采样一次： 市电电 压；输出电压；输出电流。 A/D 维修参数：CPU 于每周期开始，改变采样 点的初始位置，使每隔 8 个基准正弦波采样一次，从 而使 A/D 采样达到扫描的效果，采样值存入 128 个 RAM 内(128 个 RAM 填满需 8 个周期)。 电压、电流、功率计算 市电电压计算 CPU 每隔 2 个周期计算一次，计算时将 RAM 的 存储值先平方和除以周期再开方。 输出电压计算 CPU 每隔 1 个周期计算一次，计
