山特SATAUPS电源故障维修及电路图讲解.docx

1、山特SATAUPS电源故障维修及电路图讲解一、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。 表 1 山特 C1kVA/C2kVA/C3kVA 性能参数 :2.系统框图上图所示，当市电正常时，主路由功率因数校正电路产生逆变器工作所需的 370V 的直流电压，再经逆变器将直流转换为交流输出； 另一路市电经充电器电路产生 110V 的直流电压对蓄电池充 电；当市电中断时， 蓄电池所储存的能量经 DC/DC 变换器转换为 400V 的直流电压作为逆变器 输入，使输出实现不间断供电。图 2 充电器电路二、电路工作原理 (以

2、 C3k 为例 )1.功率级电路工作原理1.1充电器电路如图 2 所示，市电经 P(L) 、P(N)进入功率板做为充电器的输入电源， 经由 BR01 、VM208 、U206 、TX1 、 U202 、U203 等构成隔离反激式变换器，转换为直流电压对电池充电。为确保电池寿命， 充电器输出电压必须保持稳定， 调整 VR301 可得到 110V 的充电电压 Uch ，同时 TX1 的副边还为功率因数校正电路提供驱动电源 PFVCC 、 PFVCC0 、 PFVCC ；该反激式变换器由开关 型 PWM 集成电路 UC3845（ 即 U206） 控制， CPU 通过 （加在 TLP521 上的 ）

3、信号控制 UC3845 的 工作。当有市电时， TLP521 截止，UC3845 起振 ,正常工作，给蓄电池充电； 当无市电时， TLP521 导通， 将定时电容 （C221A） 对地短路， UC3845 停振， 从而停止充电 ,同时功率因数校正电路也停 止工作。1.2开机电路如图 3 所示，直流、交流开机均是在接到由 CNTL 板送来的开机信号后，用一个高电平 （电池电 压或充电电压 ）去触发 Q8 的基极，使 Q8 导通，给工作电源的集成控制片 U302 送去工作电压， 使 U302 开始工作，转换成多个直流电源，并用其中的 24V 电源继续维持 Q8 的导通状态，开 机动作完毕。图 3

4、开机电路1.3辅助电源电路如图 4 所示，电池电压、充电电压由 TX305 第 6 脚输入，经由 U302 、VM3 、TX305 等所构成 的开关电源电路，产生多组相互隔离的逆变器所需的工作电源 IGBT 12V 、 IGBT 5V 及控制工作电源 24V 、 12V ，其中 12V 电源再经由 U311（7805） 产生 5V 电源供控制板或其他控制集成 电路作工作电源图4 辅助电源电路1.4斩波器电路如图 5所示，由 TX501 、TX502 、VM501 、VM502 、VM503 、 VM504 、 VM505 、VM506 及控 制元件 U501 组成的升压斩波电路，将单一的直流电

5、压 （ 电池电压 ）转换为高压正负直流电压。当 市电中断时，此直流电压通过 VD501 、VD502 、 VD503 、 VD504 、VD505 、VD506 、VD507 、 VD508 和电感 L501 、L502 送至DCBUS（ 400V） 继续提供电源给逆变器， 使供电不致中断， 并 用 U501 来控制 DCBUS 的输出电压， 由 CPU 进行设定并控制， 不需人工调整。 CPU 通过 U501 （SG3525 ）的 OFF 端控制该直流 ?直流变换器的工作状态。当市电正常时，关闭集成控制片SG3525 ，使斩波器不工作，只有在蓄电池供电时，该斩波器才工作。图5 斩波器电路1.

6、5功率因数校正电路如图 6 所示，输入交流电经 CT2 ，电感 L1 、L2 ，整流桥 BR02 、VM1A 、U305 、 U10 组成升压 斩波电路，在电容 C320 、C332 、 C334 、C338 及 C313 、C321 、C333 、C335 上产生370V 的 BUS 电压作为逆变器输入，经逆变器的转换，产生正弦交流输出。与此同时， UC3854 将检测市电电流和市电电压，对功率元件进行控制，使输入电流的波形与电压波形相近，相位相同， 以提高输入功率因数，避免对电网产生谐波干扰。稳定的 DCBUS 有助于稳定交流输出电压， 因此要特别注意 DCBUS 电压的稳定和准确。本机由

7、 CNTL 直接根据输入交流电压的高低和当 前BUS 电压高低进行控制，不需人工调整 DCBUS 电压。1.6逆变器电路如图 7所示， C320 、C332 、C334 、C338 及 C313 、C321 、C333 、C335 和 VM12 、VM13 及VM5 、VM7 组成半桥式逆变器， L5、L6、L7 及 C11 、C12 组成低通滤波器，在 CNTL 所产生 的 PWM 信号控制下，经由 U2 、U3 隔离驱动，推动半桥逆变器两功率管工作，产生正弦波输出图6 功率因数校正电路1.7输出电路如图 8 所示，当 CPU 检测到逆变器工作正常后，发出 INRLY 信号，使 RL04 切

8、换到逆变器输 出，反之，则仍由旁路输出，逆变器和旁路输出电压通过 CN17L 、CN17N 向负载供电，并由CT1 和 VD61 、VD62 、VD63 、VD64 、R71 进行负载侦测，将 L.C、 L.C 送到 CNTL 板， 供面板显示及其他保护用。2.控制板电路工作原理 2.1 输入 CPU 的各监测信号电路图 7 逆变器电路图 8 输出电路a.过零产生器电路市电过零产生器和逆变器过零产生器均采用此电路，如图 9所示。 220V 交流市电输入经 R61 送至运算放大器 U5 的反相端， R59 、R60 设置 U5 的静态工作点， 组成交流差 动放大器，输入为正弦波，输出为方波。另由

9、 C55 和 R61 组成滤波器，滤掉输入正弦波的高频 谐波， VD13 将电位减少至约 340mV ，并通过 C22 滤波使其输出方波波形更加完美。 CPU 通过 对该方波零点的侦测 （即通过对两次上升沿下降沿的侦测 ）可以确定其相位与频率， CPU 根据所 测得的相位来设定逆变器的相位，以达到同相的目的。图 9 过零产生器电路b.电流峰值保护电路此电路为典型的比较器电路，如图 10 所示。通过（ PSDR ）送出 CT1 侦测的负载电流，将其转换为直流电压信号，经 R82 送至 U7 的同相端，并在反相端设一阈值电平 5V，R84 为上拉电阻，将 U7 的 1脚置为高电平； R85 为限流

10、电阻，将信号送至 U4 的 4 脚 在正常带载工作时， CT1 侦测的负载电流信号为小于 5V 的直流电压量，故 U7 的输出为一低电 平，使 U4 不致被复位；当 UPS 超载或在瞬间投入大容量整流性负载或大容量电感性负载时，CT1 侦测的直流电压会高于 5V ，从而使 U7 的输出为高电平， 将 U4 复位， 进而关闭 PWM 信 号， UPS 停止工作，此时面板上 55 负载灯和 FAULT 灯会一起亮，蜂鸣器长鸣。保护点设置 为峰值电流额定电流 =3 1。C1k 额定输出电流为 4.5A ； C2k 额定输出电流为 9.5A ；C3k 额 定输出电流为 13.6A 。图 10 电流峰值

11、保护电路c.输出电压监测电路逆变输出及市电电压监测均采用此电路，如图 11 所示。此电路采用运放进行全波整流， 220V 交流从 INV.L 端输入。在市电正半周时， 经R43 、R42 、R34 分压，由 INV.V 输出至 CPU ，因 U3 反相端电压比同相端电压高，其输出为低电平， VD10 反向偏置，故 U3 在正弦波正半周时不起作用；负半周时，同相端电压高于反相端， U3 输出为高电平。 VD10 正向 偏置，将此高电位输出给 CPU ，从而使 INV.V 为一全波整流脉动波形 （市电电压侦测电路在 PSDR 板上结构与 INV.L 一样 ）。CPU 会根据 INV.V 侦测值来判

12、断逆变器是否已达到稳定。图 11 输出电压监测电路d.温度监测电路如图 12 所示。当温度正常时， 5V 通过温控开关 （在PSDR 散热片上 ）加至 R14， R14 与 GND 之间接有 C34 和热敏电阻 NTC1 ，因而输入到 CPU 的是高电平；当本机温度过高 时，温控开关断开， 5V 中断，温度信号变为低电平。 CPU 识别此信号后，发出过热保护报警 信号， UPS 关机；如果温控开关失灵，当温度过高时， NTC1 将会随温度上升而减小阻值，渐 渐将温度信号拉为低电平，直到 CPU 识别温度信号，做出相应保护动作 （ 其中温控开关的动作 温度为 80 ，高电平 3.5V,低电平 1

13、.5V） 。图 12 温度监测电路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 SW?ON 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（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。 经 R15 、R16 分压约

14、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。图 13 自动开机消音、自检电路自动开机当 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

15、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。图 14 辅助电源监测电路图 15 基准电源产生电路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

16、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 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 24 ,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

17、。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。图 16 振荡器电路2.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，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

18、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 导通时， INV.RLY 变为低电平，线圈加电， O/P 继电 器动作。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

19、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 2

20、3 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 PWMOFF 信号与 U4

21、 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，该输入端为低电平，关闭 PWM 信号。h.图 21 逆变器误差放大器电路图 22 三角波产生电路i.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

22、处于随时发送、接收的热状态。三、山特 C3kVAUPS 维修参数1.控制部分维修参数1.1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约 3Vac, 至约 220Vac 时停止。1.2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 160V 276V 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

23、3V 。1.3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。1.4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 23 PWM 产生电路1.5市电电压监测当交流市电电压低于 160V 或高于 276V

24、时，系统进入蓄电池供电的逆变模式；当市电恢复到170V 266V 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 170V 266V 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图 24R232 电源产生电路1.6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。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 50H

25、z ；输入电源频率为 55 70Hz 时，输出设定为 60Hz1.7三角波维修参数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。1.8输出电压维修参数系统上电时，读取后盖板处 DIP 开关位置来设定输出电压，如表 2 所示。1.9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10V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时， CPU 累计差值，若差值超过 3V 时， CPU

26、 改变参考电压，使输出电压加减约 1V 。UPS 输出 DIPSW1DIPSW2 208VOnOff22VOnOn表 2UPS 输出电压与 DIP 开关位置来关系表1.10A/D 采样 每半周采样一次：电池电压；正高压直流电压；负高压直流电压；温度。表 3 充电器常见故障表每隔 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 ） 。1.11 电压、电流、功率计算市电电压

27、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，计算时将 RAM 的存储值先平方和除以周期再开方。输出电流计算CPU 每隔 32 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。输出功率计算CPU 每隔 32 个周期计算一次，根据上述输出电压、电流并乘以功率因数进行计算。1.12 瞬间断电检测CPU 每隔 4ms 计算最近一周期采样的市电电压的 A/D 值，若小于 150V 则当做断电。2.保护部分维修参数2.1电池电压检测与过电压保护电池过电压保护当每个电池电压高于直流 15V 时，UPS

28、 自动转入蓄电池供电模式，直到每个电池电压低于约直流 13.5V 时， UPS 再恢复至 原先状态，在此期间 UPS 长鸣并于面板显示告警。电池电压检测 时，若输入电压为零，则 UPS 关闭，表 4 开机电路常见故障表2.2逆变器输出短路及输出电压保护输出短路保护当逆变器输出反馈连续 64ms 无过零点时，视为输出短路， UPS 输出关断， UPS 长鸣并于面板显示告警。输出电压保护当逆变器输出反馈电压连续 80ms 低于 140V 或高于 276V 时，视为输出欠压或过压而保护， UPS 转至旁路模式， UPS 长鸣 并于面板显示告警。2.3BUS 过电压保护当 BUS 电压连续 64ms

29、超过 440V 时，则认为 BUS 过电压而进行保护， UPS 转至旁路模式， UPS 长鸣并于面板显示告警。2.4逆变器限流保护保护线路监测输出电流值，若超过额定电流 3.6 倍时，限流保护线路立即关闭 PWM ，以 19.2kHz 的周期重置 PWM ，直到 输出电流值小于额定电流 3.6 倍时为止。表 5 辅助电源常见故障表2.5过温度保护当系统温度过高时，温度开关跳脱，使 UPS 转至旁路模式， UPS 长鸣并于面板显示告警 （侦测时间 0.5s） 。2.6负载保护 110 130 若 UPS 从旁路跳转至逆变前，检测到负载超过 110 ，则无法进入逆变状态，此时 UPS 每 0.5s

30、 鸣叫一次，并于面板显示 状态。若开机后，检测到负载在 110 130 之间，则 UPS 每 0.5s 鸣叫一次，并于面板显示状态， 10s 后 UPS 跳至旁路模式；此后若负载减轻至 100 以下，则 UPS 重新软开机。若 UPS 在蓄电池供电模式下检测到负载在 110 130 之间，则 UPS 每 0.5s 鸣叫一次，并于面板显示状态；若负载未减轻至 100 以下，则 10s 后 UPS 转至旁路模式，此状态只有按 OFF 键才能解除。大于 130 轻至 100 以下，则 UPS 重新开机。若 UPS 在蓄电池供电模式下检测到负载大于 130 ，则 UPS 每0.5s 鸣叫一次，并于 面

31、板显示状态；同时 UPS 转至旁路模式；此状态只有按 OFF 键才能解除。四、常见故障排除1.功率板电路维修判据及常见故障处理1.1 充电器电路维修判据及常见故障处理 （ 见表 3）维修判据充电电压在正常规定的范围内，出现充电电压高于或低于正常值，调节 VR301 ，使之符合标准，即认为充电电路正常。 表 6 斩波器电路常见故障表1.2开机电路维修判据及常见故障处理 （见表 4）维修判据开机电路交直流开机均可，开机电路即正常。1.3辅助电源产生电路维修判据及常见故障处理 （ 见表 5）维修判据测量工作电源 （24V 、12V、5V） 、逆变管驱动电源及功率因数校正驱动电源是否正常，若一切均无问题即认为工作电源电路 正常。1.4斩波器电路维修判据及常见故障处理 （ 见表 6）维修判据测量 DCBUS 电压在正常值，即认为直流直流变换器电路正常。1.5功率因数校正电路维修判据及常见故障处理 （ 见表 7）维修判据测量 DCBUS 电压在正常值范围内，即认为 PFC 电路正常。1.6逆变器电路维修判据及常见故障处理 （ 见表 8）维修判据 输出电压在指定的范围内即认为逆变器