常見小型UPS電源電路分析與維修寶典

《常見小型UPS電源電路分析與維修寶典》系統(tǒng)地分析了15種輸出功率在15kVA以下的常見小功率UPS電源的電路結(jié)構(gòu)與工作原理，主要有SANTAK(山特)、PULSE(保時)、KSTAR(科士達)、EAST(易斯特)等國內(nèi)外著名廠家的產(chǎn)品?！冻Ｒ娦⌒蚒PS電源電路分析與維修寶典》中的UPS電源的類型有方波機、工頻機和高頻機，其結(jié)構(gòu)有單進單出、三進單出和三進三出型。

電子設(shè)備運轉(zhuǎn)都離不開“電”，機房就更不用說了，當(dāng)雙電源市電都停運之后，就靠電池組供電，以保證服務(wù)器等重要設(shè)備不停電，而UPS電源由電池引發(fā)的故障超過了總故障的50%，在線式UPS電源，因為其電路設(shè)計合理，驅(qū)動功率元件容量所取的余量大，因而電源電路故障率很低，相比之下，由電池組所引發(fā)的故障率上升至60%以上，正確地使用和維護好電池是延長電池組壽命、降低UPS電源總故障率的關(guān)鍵因素之一

UPS電源常見故障有哪些

1

機房電源UPS意外跳轉(zhuǎn)（故障原因：地線）

在市電正常的情況下，UPS總是跳轉(zhuǎn)到電池組供電模式。在此模式下，蜂鳴總是不斷地鳴叫提示。馬上組織技術(shù)人員檢查電路，分析故障原因。最后發(fā)現(xiàn)是機房立式空調(diào)的原因，每次啟動空調(diào)時間不長，就自動轉(zhuǎn)為電池組供電。顯然這是市電輸出受到大功率空調(diào)機影響所致。但是這是分開兩路單獨供電的，是從不同的配電室里面的配電盤接來的，怎么會產(chǎn)生互相干擾呢？

順著電線打開天花板、地板、接線盒等逐點進行排查，看是不是什么地方電路虛接到一起了，最后發(fā)現(xiàn)它們的零線和地線接在一起。于是對空調(diào)的地線進行分開處理，分開零線和地線之后，再啟動空調(diào)，發(fā)現(xiàn)沒有再出現(xiàn)UPS跳轉(zhuǎn)電池組的情況，電源的質(zhì)量對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)能否穩(wěn)定、安全至關(guān)重要。但網(wǎng)絡(luò)電源安全實際上還有很多屬性，如高性能、可擴展性、可靠性、功能性、準確性和可用性等。為了使企業(yè)網(wǎng)絡(luò)電源能持續(xù)穩(wěn)定地運行下去，除了平常的規(guī)范使用外，周期性地利用各種測試工具，對網(wǎng)絡(luò)電源環(huán)境實施維護測試也是必需的。整個機房供電安全系統(tǒng)，需要技術(shù)人員認真維護，并要做好日常排查工作，及時發(fā)現(xiàn)問題，分析處理非計劃停機造成的影響等。

2

雙電源跳轉(zhuǎn)失敗（故障原因：金屬生銹）

在停電檢修的過程中，雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在正常的轉(zhuǎn)換中失效，不能自動跳轉(zhuǎn)，一點反應(yīng)也沒有。同時，備用的電源就沒有起到應(yīng)有的電源保障作用，UPS上的市電顯示燈沒有輸入電顯示，看到這種情況，斷開電源，使用工具打開轉(zhuǎn)換開關(guān)，發(fā)現(xiàn)里面所有的接觸開關(guān)上的金屬觸點都生銹了，金屬生銹導(dǎo)致自動跳轉(zhuǎn)失靈。幸運的是，開關(guān)絕緣良好，沒有發(fā)生短路。

估計生銹有兩個原因：長時間沒有使用該功能或沒有進行清理除銹工作。重新安裝開關(guān)，然后手動轉(zhuǎn)換恢復(fù)供電，雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)一定要有專人維護，定期查看組件損壞情況，及時更新。值得注意的是，由于轉(zhuǎn)換開關(guān)上面的接線比較多、比較緊湊，拆卸和使用的時候一定要小心謹慎。雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)具有過載、短路等保護功能。當(dāng)電源出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)換開關(guān)能自動完成常用電源到備用電源的轉(zhuǎn)換，以保證機房的持續(xù)供電，這是第一層保護。

從電源的最適宜環(huán)境的角度考慮，較低溫度下可以有較高相對濕度，在周圍空氣溫度為40℃時機房的空氣相對濕度不宜超過50%。同時，如果該月的平均最低溫度為25℃，就需要考慮到因溫度變化在設(shè)備表面上發(fā)生的凝露。當(dāng)常用電源下降至有效值的70%以下或常用電源其中一相或者三相電壓中斷時，常用電源延時切換至備用電源，并在常用電源恢復(fù)正常時，又將備用電源延時切換至常用電源。這樣就給輸入UPS的電源一個安全屏障，減少設(shè)備的停運次數(shù)。

3

突然掉電（故障原因：UPS過載）

雙電源固然很好，但如果UPS故障，設(shè)備可能還是會中斷，因為由布線圖可以看出，它們是串聯(lián)的。有一次，UPS電源中斷輸出，指示燈全不亮了，信息中心機房的所有設(shè)備全部停止運行，網(wǎng)絡(luò)隨即全部癱瘓，突然掉電會造成機器硬件很大的損傷，還對企業(yè)運營產(chǎn)生影響。

首先試著重新啟動UPS，居然啟動成功并正常運行了，但是伴有不間斷的鳴叫聲，于是查看UPS維護說明，對應(yīng)找到此類蜂鳴表示的故障原因——UPS過載。那為什么超載了，又沒有蜂鳴報警呢？原來有人無意識地關(guān)閉了蜂鳴器，沒有考慮到它已經(jīng)超負荷，反正能供電就把蜂鳴當(dāng)作誤報處理給關(guān)了。

根據(jù)分析出的原因，立刻停運了幾臺不重要的設(shè)備，讓UPS的負載指示率低于90%，看來使用UPS也要量力而行，下一步就只能增加UPS容量來解決問題。

UPS穩(wěn)壓電源常見故障

市電中斷(線路上的斷路器跳閘、供電中斷、電網(wǎng)故障等)，這些都是造成干擾和破壞電腦的主要因素，不及時采取有效保護措施會給電腦造成不同程度的損壞，影響硬盤、軟盤的正常操作，減少電腦使用壽命。UPS的出現(xiàn)無疑是電的救星，它不僅僅可以使用戶不會在突然斷電時手足無措，還可以解決很多干擾，從而獲得更純凈的電源。

1

市電正常時，剛一開機起動時，交流保險絲熔斷，UPS轉(zhuǎn)向逆變器供電

分析與維修:交流保險絲熔斷，說明市電供電主回路電流過大，應(yīng)重點檢查輸出回路中有無短路現(xiàn)象。經(jīng)過仔細測試，未發(fā)現(xiàn)有短路點。在打開UPS的瞬間測量IC8輸出端⒁，有調(diào)制脈沖輸出，這是不正常的，可能在市電正常的情況下，逆變器也工作，二者同時使用一個電源變壓器，使主回路中的電流過大，引起保險絲熔斷所致。測量市電供電—逆變器供電電路的轉(zhuǎn)換控制電路，發(fā)現(xiàn)IC5已損壞。更換IC5芯片，故障排除。

2

市電工作時，電源變壓器噪聲大

分析與維修:根據(jù)故障現(xiàn)象可知，當(dāng)變壓器的負載過重，或工作狀態(tài)處于不平衡、不穩(wěn)定時，就有可能發(fā)出異常的噪音。而人們知道，當(dāng)與變壓器相連的電路中有元器件損壞，或者有些連線接觸不良，就有可能使負載過重。檢查變壓器的次級并未發(fā)現(xiàn)碰線短路、匝間短路、元器件損壞故障。用酒精棉球輕輕擦洗干凈，再將各連接插頭、插座拔掉，重新插好后，變壓器的噪聲消失，UPS電源工作正常。推測故障原因可能是電路板灰塵太多，某個連接插頭不良引起變壓器負載過重所致。

3

市電供電正常時，逆變時有輸出，但輸出電壓偏高至275V

分析與維修:根據(jù)穩(wěn)壓電源工作原理可知，只有當(dāng)電源的高壓保護電路和市電穩(wěn)壓電路有故障時，才會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。電源輸出電壓經(jīng)T2取樣、整流、濾波后，加至電壓比較器U7的⑧、⑨腳，然后接參考電壓端。只有當(dāng)比較器U7的⑧腳電壓高于⑨腳電壓時，腳④才會跳變成低電平輸出，從而控制保護電壓動作。

4

當(dāng)市電中斷時，逆變器不工作，蜂鳴器長鳴

分析與維修:根據(jù)故障現(xiàn)象，蜂鳴器長鳴，說明該穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換控制電路正常，逆變器不逆變是因保護電路動作所致。用萬用表檢測電池電壓正常，說明故障出在逆變回路電路。該機逆變回路由脈寬調(diào)制器U1(SG3524)、取樣變壓器T2、推動管Q5與Q6、逆變器Q17與Q18等組成。首先測量脈寬調(diào)制器U1(SG3524)的⑩腳，看是否被鎖定(鎖定時為高電平)，接著測量逆變管Q17、Q18靜態(tài)工作時對地的阻值。正常時依數(shù)據(jù)可知:當(dāng)黑筆接地時，Q17、Q18的e、b、c對地阻值分別為3.2kΩ、3.8kΩ、0kΩ;當(dāng)紅筆接地時，此阻值分別為5.6kΩ、6.5kΩ、0Ω。用萬用表測量Q17、Q18的e、b、c對地阻值均只有100Ω。此時發(fā)現(xiàn)逆變管Q17與Q18、推動管Q5與Q6均已燒壞。更換之后，故障排除。

5

市電供電正常時，工作正常;當(dāng)切斷市電時，無220v電壓輸出且伴有長鳴報警聲

分析與維修:根據(jù)故障現(xiàn)象，仔細檢查蓄電池電壓為26V，正常;兩只逆變器大功率輸出管和相應(yīng)的驅(qū)動器也正常。估計為蓄電池電壓檢測電路有問題。正常情況下，第⑥腳電壓為參考電壓，維持在1.2V左右;當(dāng)蓄電池為正常值26V時，計算可知:⑦腳電壓約為1.4V，因此①腳電壓為12V高電平?，F(xiàn)將UPS置于無市電工作狀態(tài)下，測量IC1的腳①、⑥、⑦，其電壓值分別為0V、1.2V、0V，據(jù)此可知第⑦腳電壓偏低。由此推斷R3、R4分壓有問題。分別測量R3、R4的阻值，發(fā)現(xiàn)R3已經(jīng)斷路，更換之，故障排除。

6

市電供電正常時，開機，逆變器工作指示燈閃爍，蜂鳴器間斷鳴叫

分析與維修:不間斷電源是由市電供電還是逆變器供電，取決于IC5的兩個與非門組件組成的RS觸發(fā)器。在市電供電時，RS觸發(fā)器VH=“1”，VG=“0”，復(fù)位端R(VF)為高電平，置位端S(VN)為正向脈沖信號VN，測得VH為低電平，VG為高電平，再測量復(fù)位端R(VF)為低電平，均錯;置位端S(VN)為一串正向脈沖，正確;IC3第⑧腳為高電平，正確。測市電檢測電壓V1為0v，即沒有市電檢測電壓，測變壓器T2的副邊繞組已斷路。更換變壓器T2，工作正常。

7

當(dāng)市電中斷時，逆變器不工作，紅色指示燈長亮

分析與維修:根據(jù)故障現(xiàn)象可知，該故障是因電池電壓太低引起。打開機蓋，測得電池兩端電壓只有16.8V，加上市電后，電池兩端電壓不變，說明故障發(fā)生在充電電路上。該充電電路工作原理是:當(dāng)市電正常工作時，主變壓器T3輸出25V的交流電壓，經(jīng)S2繼電器的第①、②腳接點輸出電壓，經(jīng)B1橋堆整流、C21、C22濾波后輸出34v的直流電壓。將其送至可調(diào)穩(wěn)壓器U8(MG317T)穩(wěn)壓后，對蓄電池充電。

用萬用表測得C21兩端直流電壓正常，說明故障發(fā)生在濾波電路之后。當(dāng)測量MG317T輸出腳時，發(fā)現(xiàn)輸出電壓只有110V，查輸出負載均正常，調(diào)整VR3輸出電壓不變化，此時說明U8已損壞。用同型號的MG317T更換U8，斷開電池，調(diào)整VR3，使得U8輸出電壓穩(wěn)定在28v左右。開機試運行，故障排除。

8

停電時，逆變不工作

分析與維修:根據(jù)故障現(xiàn)象分析得知，該故障是因蓄電池電壓太低引起。打開機蓋，將其取出充電，故障排除。用一段時間后故障依舊，故懷疑充電回路有故障。用萬用表電壓檔檢測充電回路中的三端可調(diào)穩(wěn)壓塊LM317，其輸入電壓正常，但輸出端電壓僅為14.3V，重新調(diào)整均無反應(yīng)。故判斷LM317損壞。更換之，重新啟動，拆掉蓄電池，將充電電壓調(diào)至27v時，故障隨即排除。

如何降低UPS電源總故障率

1

利用供電高峰充電

對于UPS電源長期處于市電低電壓供電或頻繁停電的用戶來說，為防止電池因長期充電不足而過早損壞，應(yīng)充分利用供電高峰(如深夜時間)對電池充電以保證電池在每次放電之后有足夠的充電時間。一般電池被深度放電后，再充電至額定容量的90%至少需要10～12h左右。注意充電器的選用。

UPS電源用的免維護密封電池不能用可控硅式的“快速充電器”進行充電。這是因為這種充電器會造成蓄電池同時處于既“瞬時過流充電”又“瞬時過壓充電的惡劣充電狀態(tài)。這種狀態(tài)會使電池可供使用容量大大下降，嚴重時會使蓄電池報廢。在采用恒壓截止型充電回路的UPS電源時，注意不要將電池電壓過低保護工作點調(diào)得過低，否則，在它充電初期容易產(chǎn)生過流充電。當(dāng)然，最好選用既具有恒流，又有恒壓的充電器對其進行充電。

2

保證電源環(huán)境溫度

電池可供使用的容量與環(huán)境溫度密切相關(guān)。一般情況下，電池的性能參數(shù)都是室溫為20℃條件下標(biāo)定的，當(dāng)溫度低于20℃時，蓄電他的可供使用容量將會減少，而溫度高于20℃時，其可供使用的容量會略有增加。不同廠家不同型號的電池受溫度影響的程度不同。據(jù)統(tǒng)計，在-20℃時，蓄電池可供使用容量只能達到標(biāo)稱容量的60%左右?？梢姕囟鹊挠绊懖豢珊鲆暋?/p>

當(dāng)然，要延長電池組的使用壽命不但在維護使用上要注意，而且在選擇時就應(yīng)充分考慮負載特性(電阻性、電感性、電容性)及大小。不要長期使電池處于過度輕載運行，以免電池放電電流過小導(dǎo)致電池報廢。

3

定期檢查

定期檢查各單元電池的端電壓和內(nèi)阻。對12V單元電池來說，在檢查中如果發(fā)現(xiàn)各單元電池間的端電壓差超過0.4V以上或電他的內(nèi)阻超過80mΩ以上時，應(yīng)該對各單元電池進行均衡充電，以恢復(fù)電池的內(nèi)阻和消除各單元電池之間的端電壓不平衡。均衡充電時充電電壓取13.5～13.8V即可。經(jīng)過良好均衡充電處理的電池絕大多數(shù)都可將其內(nèi)阻恢復(fù)到30mΩ以下。

UPS電源在運行過程中，由于各單元電池特性隨時間變化而產(chǎn)生的上述不均衡性是不可能再依靠UPS電源內(nèi)部的充電回路來消除的，所以對這種特性已發(fā)生明顯不均衡性的電池組，若不及時采取脫機均充處理的話，其不均衡度就會越來越嚴重。

4

重新浮充

UPS電源以利用機內(nèi)的充電子產(chǎn)品電回路重新對蓄電池浮充10～12h以上再帶載運行。UPS電源長期處于浮充狀態(tài)而沒有放電過程，相當(dāng)于處在“儲存待用”狀態(tài)。如果這種狀態(tài)持續(xù)的時間過長，造成蓄電池因“儲存過久”而失效報廢，它主要表現(xiàn)為電池內(nèi)阻增大，嚴重時內(nèi)阻可達幾Ω。

人們發(fā)現(xiàn)：在室溫20℃下，存儲1個月后，電池可供使用的容量為其額定值的97%左右，如果儲存6個月不用，它的可使用容量變?yōu)轭~定容量的80%。如果儲存溫度升高，它的可使用容量還會降低。因此建議用戶最好每隔20°C個月有意地拔掉市電輸入，讓UPS電源工作于由蓄電池向逆變器提供能量的狀態(tài)。但這種操作不宜時間過長，在負載為額定輸出的30%左右時，約放電10min即可。

5

減少深度放電

電他的使用壽命與它被放電的深度密切相關(guān)。UPS電源所帶的負載越輕，市電供電中斷時，蓄電他的可供使用容量與其額定容量的比值越大，在此情況下，當(dāng)UPS電源因電池電壓過低而自動關(guān)機時電池被放電的深度就比較深。

實際過程如何減少電池被深度放電的事情發(fā)生呢?方法很簡單：當(dāng)UPS電源處于市電供電中斷，改由蓄電池向逆變器供電狀態(tài)時，絕大多數(shù)UPS電源都會以間隙4s左右響一次的周期性報警聲，通知用戶現(xiàn)在是由電池提供能量。當(dāng)聽到報警聲變急促時，就說明電源已處于深度放電，應(yīng)立即進行應(yīng)急處理，關(guān)閉UPS電源。不是迫不得以，一般不要讓UPS電源一直工作到因電池電壓過低而自動關(guān)機才結(jié)束。

摘自：UPS應(yīng)用