山特ups电源故障维修.doc

山特ups电源故障维修时间：2009-07-24 17:23:58来源：互联网作者：不详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。表1 山特C1kVA/ C2kVA/ C3kVA性能参数:型号 项目 C1kC2kC3k额定容量 （输出） 1kVA2kVA3kVA输入 电压 160276V频率 50Hz5%输出 电压 220V频率 50Hz电压稳定度 2%频率稳定度 0.5%（电池供电） 超载能力 110%(10s)130%(200ms)电池 直流电压 36V96V密封免维护电池 12V/7.2Ah32V/6.5Ah82V/7.2Ah8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 45dB3.5V,低电平1.5V)。 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(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。(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 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17 I/P继电器驱动电路(c) 蜂鸣产生电路如图19所示，CPU根据监测到的工作状态，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 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，该输入端为低电平，关闭PWM信号。 图21 逆变器误差放大器电路图22 三角波产生电路(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约3Vac,至约220Vac时停止。 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 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。 图24 R232电源产生电路 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。Ups输出 DIP SW1DIP SW2208VOnOff22VOnOn230OffOff240OffOn表2 UPS输出电压与DIP开关位置来关系表 A/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。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。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 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。 电池电压检测放电时，UPS每4秒鸣叫一次；当每个电池电压低于约直流11V时，UPS每秒鸣叫一次；当每个电池电压低于约直流10V时，若输入电压为零，则UPS关闭，故障现象 故障元件 万用表挡位 标准值 故障值 无法开机 ZD1 二极管挡 0VD6A 二极管挡 0R31A.B.C.D.E 电阻挡 15k 无穷大 无法关机 Q8 二极管挡 0表4 开机电路常见故障表并准备自动复位；若输入电压超出限额，则视为开机条件错误，UPS每0.5秒鸣叫一次并于面板显示告警。 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。 BUS过电压保护当BUS电压连续64ms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。 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。故障现象 故障元件 万用表挡位 标准值 故障值 逆变器不工作，PFE不工作，无工作电源 U302(6-5) 电阻挡 47k 0或无穷大 Q3 二极管挡 0TX305 电阻挡 无穷大 R32 电阻挡 0.5k 无穷大 ZD3 二极管挡 0ZD4 二极管挡 0U311 二极管挡 0C361 电阻挡 0或太低 C363 电阻挡 0或太低 C364 电阻挡 0或太低 C367 电阻挡 0或太低 表5 辅助电源常见故障表 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)。 负载保护110130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鸣叫一次，并于面板显示状态。若开机后，检测到负载在110130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110130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若开机后检测到负载大于130，则UPS每0.5s鸣叫一次，并于面板显示状态，同时UPS转至旁路状态。此后若负载减轻至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。4常见故障排除(1) 功率板电路维修判据及常见故障处理 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。故障元件 万用表挡位 标准值 故障值 VD501二极管挡 0VD502二极管挡 0VD503二极管挡 0VD504二极管挡 0VD505二极管挡 0VD506二极管挡 0VD507二极管挡 0VD508二极管挡 0TX501电阻挡 无穷或太高 TX502电阻挡 无穷或太高 Q501二极管挡 0Q502二极管挡 0Q503二极管挡 0Q504二极管挡 0Q505二极管挡 0Q506二极管挡 0R501,R511,R512电阻挡 100 无穷大 R514,R515,R516电阻挡 100 无穷大 表6 斩波器电路常见故障表 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。 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。 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DC BUS电压在正常值，即认为直流直流变换器电路正常。 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DC BUS电压在正常值范围内，即认为PFC电路正常。 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正常。 输出电路常见故障处理(见表9)(2) 控制电路常见故障及处理 输入CPU的各监测信号电路的常见故障及处理 过零产生器电路常见故障及处理此电路中VD13和C22、C55若损坏，将导致CPU误判断为市电输入异常，UPS不能转为市电供电，将其更换即可。 电流峰值保护电路常见故障及处理此电路若送入U7第2脚的5V电源或C53故障，将导致UPS的保护误动作或拒动。 输出电压监测电路常见故障及处理若VD10、VD9、C32、C12损坏，将使CPU误判断，UPS不能逆变输出，将这些元件更换即可。 温度监测常见故障及处理若NTC1断开，可能使CPU拒保护而损坏更多元件；若C34短路，将使CPU误保护，UPS无法正常开机，将此二元件更换即可。 自动开机及开机消音、自检电路常见故障及处理VD2和VD3短路将导致UPS在市电工作模式下无法关机；C53短路将导致UPS无法关机，将相应的元件更换即可。 工作电源监测电路常见故障及处理此电路中C43若短路，CPU将不能工作，将C43更换即可。 基准电源产生电路常见故障及处理若TL431或C49短路，或R53、R54、R13阻值偏移，将使CPU读数错误，产生逻辑混乱，更换这些元件即可。 振荡器电路常见故障及处理若XL1出现故障，CPU不能工作，表现形式为无时钟信号，更换XL1。 CPU输出控制及保护电路的常见故障及处理故障现象 故障元件 万用表挡位 标准值 故障值 市电供电时370V异常 Q1A 二极管挡 0或太低 BR02 二极管挡 0或太低 VD509 二极管挡 0VD510 二极管挡 0U305(16-1) 电阻挡 4M 0或太低 表7 功率因数校正电路常见故障表 I/P驱动器电路常见故障及处理Q3（VM 3）若短路，则当发生短路输出时，PLY01不能起到保护作用，更换Q3。 O/P驱动器电路常见故障及处理Q2（VM2）的DS短路，则UPS输出不能转至旁路供电；若R101断路，则UPS输出不能转至逆变供电，更换Q2或R101即可。 蜂鸣器产生器电路常见故障及处理Q1和蜂鸣器易损坏，更换即可。 逆变器参考波产生电路常见故障及处理此电路故障率极低，倘若图示任何一个元件发生故障都将导致无法同步，UPS不能转为逆变输出，更换相应元件即可。 逆变器误差放大器电路常见故障及处理此电路若发生故障会导致逆变器异常， 可用示波器观察各点波形以判断故障元件。 三角波产生电路常见故障及处理若Q6故障，将导致逆变器不能工作，更换Q6即可。 PWM产生电路常见故障及处理故障现象 故障元件 万用表挡位 标准值 故障值 逆变失败UPS长鸣 Q12,Q13 二极管挡 0VD10,CD14 二极管挡 0Q5,Q7 二极管挡 0R30,R11 电阻挡 47k 无穷大或太大 VD12 二极管挡 0VD13 二极管挡 0表8 逆变器电路常见故障表此电路故障率很低，若有故障将导致逆变器工作异常或不能工作，用示波器观察各点波形可找出故障原因。 RS232电源产生电路常见故障及处理此电路若发生故障，UPS的RS232接口将出现错误，易损元件包括VD22、VD21、VD20、VD19等，更换相应元件即可。故障现象 故障元件 万用表挡位 标准值 故障值 不能逆变或不能带负载,负载指示灯异常 R71 电阻挡 150 太大或无穷 VD61,VD62,VD63,VD64 二极管挡 0或太大 表9 输出电路常见故障表