КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ИБП

10

ВХОДНЫЕ ЦЕПИ

Эта часть схемы различается незначительно

тике иногда встречаются ситуации, когда необхо-

практически для всех разновидностей ИБП и

димо выключить ИБП из сети и тут же снова

включает в себя следующие основные элементы:

включить его. Терморезистор, как следует из ска-

• входной стандартный трехштыревой разъем;

занного выше, остыть не успевает, и, казалось бы,

• сетевой выключатель;

ограничения броска зарядного тока не про-

• выходной

стандартный трехгнездовой разъем

изойдет. Однако необходимо учесть, что конден-

для подключения кабеля питания дисплея;

саторы входного сглаживающего фильтра имеют

• плавкий предохранитель;

достаточно большую емкость, а их разрядная

• ограничительный терморезистор;

цепь достаточно высокоомна. Поэтому за корот-

• входной помехоподавляющий фильтр;

кий промежуток времени между выключением и

повторным

включением ИБП они не успевают

• схему выпрямления сетевого напряжения;

разрядиться. Следовательно, повторное включе-

• сглаживающий емкостной фильтр.

ние ИБП происходит при еще заряженных кон-

Переменное напряжение сети подается через

денсаторах входного фильтра, и поэтому заряд-

сетевой выключатель, с одной стороны - на разъ-

ный ток фактически является дозаряжающим, а

ем, к которому может подключаться кабель пита-

значит, имеет гораздо меньшую

величину,

чем

ния дисплея, с другой стороны -

через сетевой

начальный

зарядный ток при полностью разря-

предохранитель номиналом 3-5 А, терморезистор

женных входных

конденсаторах.

Такой дозаря-

с отрицательным температурным коэффициентом

жающий ток полностью безопасен для диодов се-

сопротивления

(ТКС)

и

помехоподавляющий

тевого выпрямительного моста. Однако выключе-

фильтр на мостовую схему выпрямления (рис. 6).

ние с последующим быстрым включением все же

Выпрямленное напряжение питающей сети сгла-

не рекомендуется из других соображений.

Если

живается конденсаторами С5, С6. На шине вы-

конденсаторы входных и выходных фильтров, а

прямленного напряжения сети поэтому появляет-

также емкости разнообразных вспомогательных

ся постоянное

напряжение

+310В относительно

схем (защиты, плавного пуска, схемы PG и дру-

общего провода первичной стороны.

гие)

не успевают

полностью разрядиться,

т.е.

Терморезистор с отрицательным

ТКС служит

прийти в исходное перед включением в сеть со-

для ограничения

броска зарядного

тока через

стояние, то работа этих схем будет происходить в

конденсаторы С5, С6 в момент включения ИБП.

ненормальном для них режиме. Поэтому возмож-

Так как в

холодном

состоянии

сопротивление

ны разнообразные сбои и отказы ИБП и даже (при

терморезистора составляет несколько ом, ток че-

особо неблагоприятном стечении обстоятельств)

рез выпрямительные диоды моста ограничивает-

выход ИБП из строя сразу при включении по, ка-

ся на безопасном для них уровне. В результате

залось бы,

непонятной причине.

Исходя из ска-

протекания

через

терморезистор

зарядного для

занного, после выключения ИБП из сети настоя-

С5, С6 тока он нагревается, его сопротивление

тельно рекомендуется выждать одну-две минуты

уменьшается до долей ома и больше не влияет

перед следующим включением ИБП в сеть с це-

на работу схемы.

Такое решение проблемы ог-

F1

C2

BD1 PBL405

раничения

броска

зарядного

T1

C4

5A ~250V

C1

4n7

тока при помощи

элемента с

0,1

0,1

2kV

C5

нелинейной вольтамперной ха-

TR1

250V

C3

250V

220,0

R1

250V

120k

рактеристикой

используется в

8D-13

4n7

подавляющем

большинстве

2kV

t

SW

случаев, т.к. схема при этом

R2

"110V/220V" C6

получается наиболее простой и

220,0

120k

дешевой по сравнению с други-

PWR SW

250V

ми схемами. Кроме того, она

~115V/220V

обеспечивает минимальные

по-

60/50Hz

тери и высокую надежность, что

Рис.6. Входные цепи ИБП KYP-150W (соединение под

и обуславливает ее применение

винт с металлическим нетоковедущим корпусом ИБП)

практически во всех ИБП зару-

лью дать возможность его схеме прийти в исход-

бежного производства.

Не заменяйте вышедший из строя терморези-

ное состояние.

стор короткозамыкающей перемычкой! Это при-

Сетевой плавкий предохранитель предназна-

ведет к выходу из строя выпрямительного моста!

чен для защиты питающей сети от перегрузки при

Ограничительный терморезистор, как и всякий

возможных коротких замыканиях в первичной це-

нагреваемый элемент, обладает тепловой инер-

пи ИБП и практически не защищает схему самого

цией. Это означает, что для того, чтобы он вос-

ИБП от внутренних перегрузок и КЗ в нагрузке.

становил свои ограничительные свойства, после

Входной помехоподавляющий фильтр облада-

выключения ИБП из сети должно пройти не-

ет свойством двунаправленного помехоподавле-

которое время (несколько минут). Проще говоря,

ния, т.е. предотвращает проникновение высоко-

терморезистор должен остыть. Тогда следующее

частотных импульсных помех из сети (которые

включение ИБП в сеть снова произойдет с огра-

иногда могут иметь к тому же значительную амп-

ничением броска зарядного тока. Однако на прак-

литуду) в ИБП, и наоборот – из ИБП в сеть. Уст-

11

PWR SW

F

RTH t

оды сетевого напряжения (одним и

BD

тем же током) (рис.8,а).

R1

C1

LT

C2

Если первичная сеть имеет номи-

~220V

VR

C3

U

нал 110В, то переключатель 220/110В

R2

замыкают, и выпрямление осуществ-

ПП фильтр

C4

ляется по схеме с удвоением на-

SW

пряжения, т.е. в процессе выпрямле-

а)

"110V/220V"

R3

ния участвуют только два диода D1 и

t

D2. Сглаживающие конденсаторы при

PWR SW

F

RTH

этом подзаряжаются в разные полу-

ПП

BD

периоды

сетевого

напряжения

(раз-

~220V

R1

ными токами) (рис.8,б).

фильтр

Внимание:

иногда

встречаются

C1

VR1

ИБП,

в

которых

переключатель

U

R2

230В/110 В имеет бутафорский ха-

"110V/220V"

C2

VR2

рактер, т.е. переключатель соедине-

SW

б)

U

ний с монтажной платой не имеет, а

Рис. 7. Защита от перенапряжения и ограничение броска зарядного тока при

сама схема ИБП рассчитана на вклю-

чение

в

сеть

напряжением

только

включении ИБП в сеть.

110В или только 220В!

ройство сетевого помехоподавляющего фильтра

Положения переключателя обязательно про-

будет подробно рассмотрено ниже.

маркированы на его движке таким образом, что в

В некоторых ИБП по сетевому входу может

специальном окошке на корпусе блока видна эта

включаться еще один нелинейный элемент – ва-

маркировка (110В или 220В). Несмотря на это, все

ристор, как например, в ИБП ESAN ESP-1003R

же довольно часты случаи включения ИБП в сеть

(рис.7,а) или динистор.

при неправильном положении переключателя.

Варистор – нелинейный элемент, сопротивле-

Случай подключения к сети 110В, когда пе-

ние которого зависит от приложенного к нему на-

реключатель установлен на 220В, не является

пряжения. Поэтому пока сетевое напряжение не

опасным, так как в этом случае на шине выпрям-

выходит из допуска, сопротивление варистора ве-

ленного напряжения сети будет всего 155В и ИБП

лико (десятки мегом), и он не влияет на работу

не запустится. Аварийная ситуация возникает при

схемы. При перенапряжении в сети варистор рез-

подключении ИБП к сети 220В в положении пере-

ко уменьшает свое сопротивление, и возросшим

током через него выжигается плавкий предохра-

нитель. Элементы схемы ИБП при этом остают-

D1

D2

D1

D2

ся целыми. Однако такое включение варистора

+

(-)

+

(-)

позволяет защитить схему, ИБП только при од-

ном каком-либо номинале сети, так как варистор

~

~

-

(+)

C1 -

(+)

C1

имеет конкретное значение пробивного напря-

D3

D4

D3

D4

жения. От этого недостатка свободна другая

схема,

приведенная на рис.7,б.

В этой схеме

SW

SW

применяются два варистора, которые включены

C2

C2

а)

"110V/220V"

б)

"110V/220V"

параллельно конденсаторам фильтра и после-

довательно друг с другом. Так как напряжение

на конденсаторах при любом номинале сети

Рис. 8. Принцип действия переключателя 110/220В:

(110 или 220 В) одно и то же (155В), то схема

ИБП будет защищена в обоих случаях. Однако в

а) переключатель разомкнут - мостовая схема выпря-

случае броска сетевого напряжения в такой

мителя (схема Герца); б) - переключатель замкнут -

схеме могут быть выведены из строя диоды вы-

выпрямительная схема с удвоением напряжения

прямительного моста, т.к. ток пробоя варисто-

(схема Делона или Грайнмахера).

ров замыкается через них.

ключателя "110В". Тогда схема начинает удваи-

Зарубежные фирмы-разработчики

ИБП

стре-

вать напряжение, и на шине выпрямленного на-

мятся

к максимальной универсальности

своей

пряжения сети появляется 2 х 310В = 620В. Это

продукции в части использования ее в разных ре-

приводит к моментальному выходу из строя сило-

гионах

планеты,

где

номиналы

питающей

сети

вых ключевых транзисторов, которые не рассчи-

отличаются (примерно 220В или 110В). Поэтому

таны на работу с таким напряжением и током, и

большинство ИБП способны работать с обоими

как следствие этого – к возможному выходу из

номиналами сети. С

этой целью большинство

строя диодов выпрямительного моста. Кроме то-

схем ИБП снабжены механическим установочным

го, возможен выход

из строя

(взрыв)

входных

переключателем 220/110 В.

электролитических конденсаторов сглаживающего

Переключатель 220/110 В (или 230/115 В) дол-

фильтра. Этот аварийный процесс заканчивается

жен быть разомкнут при питающем сетевом на-

перегоранием плавкого предохранителя.

пряжении 220В. При этом выпрямление осущест-

Поэтому фирмы-разработчики пошли на услож-

вляется по мостовой схеме, т.е. работают все че-

нение схемы, и в некоторых вариантах ИБП име-

тыре диода диодного моста, а оба конденсатора

ется схема автоматического распознавания номи-

фильтра подзаряжаются в одни и те же полупери-

нала

сетевого напряжения. При

наличии такой

12

схемы механический переключатель 110/220В

управляющий переход Q1 - D3 - R8 - (-)С8.

отсутствует, и пользователю не нужно следить за

R8 выполняет функцию балластного резистора

правильностью его установки.

для стабилитрона D3. Симистор при этом отпира-

Рассмотрим один из вариантов реализации та-

ется и подключает среднюю точку емкостной

кой схемы, которая применена в ИБП типа ESSEX

стойки полумостовой схемы силового инвертора к

SS-200В (рис. 9).

нулевому проводу сети. Поэтому схема выпрям-

Схема работает следующим образом. На вхо-

ления начинает работать в режиме удвоения, что

де ИБП имеется пороговая схема, состоящая из

эквивалентно замыканию механического пере-

схемы управления на транзисторах Q2, Q3 и ста-

ключателя 110/220В.

билитронах D4, D3 и исполнительного элемента –

При подключении ИБП к сети 220В в первый же

двунаправленного тиристора (симистора) Q1. Q1

отрицательный полупериод сетевого напряжения

выполняет ту же функцию, что и механический

пробивается первичный стабилитрон D4. Через

переключатель 110/220В. Для питания пороговой

него и переход эмиттер-база Q2 протекает ток по

схемы используется отдельный однополупериод-

цепи: 0В сети (N) - 3-4 T1 - э-б Q2 - D4 - R9 - диод

ный выпрямитель на диоде D2. С8 – сглаживаю-

1 моста - TR1 - 2-1 T1 - F1 - фаза сети (L).

щая емкость фильтра. D2 выпрямляет только от-

Поэтому триггерная схема опрокидывается.

рицательные полупериоды сетевого напряжения

Транзисторы Q2 и Q3 открываются до насыщения

(при другом включении сетевой вилки – только

и закорачивают через свое малое сопротивление

положительные). Ток зарядки С8 протекает по

стабилитрон D3 (при этом практически все вы-

цепи: 0В сети (N) - 3-4 T1 - С8 - D2 - С7 - 2-1 T1 -

прямленное напряжение с С8 выделяется на бал-

F1 - фаза сети (L).

ластном сопротивлении R8). Поэтому к стабилит-

При этом С7 выполняет функцию гасящего ре-

рону D3 фактически не прикладывается напря-

активного сопротивления (образует с С8 емкост-

жение (потенциалы анода и катода приблизи-

ной делитель). На С7 гасится большая часть сете-

тельно равны), и он закрыт. Следовательно, нет

вого напряжения. Однако реактивный элемент,

пути для протекания тока через управляющий пе-

включенный в цепь переменного тока, должен

реход симистора Q1, и он остается в закрытом

иметь возможность отдавать накопленную энер-

состоянии, что эквивалентно разомкнутому поло-

гию обратно в источник. С этой целью в схему

жению механического переключателя 110/220В.

включен диод D1, через который и протекает ток

Схема выпрямления при этом работает в режиме

перезарядки С7 в положительные полупериоды

мостового двухполупериодного выпрямления.

сетевого напряжения. Первичным пороговым

Параллельно конденсаторам С5, С6 включены

элементом схемы является стабилитрон D4. Схе-

высокоомные сопротивления R10, R11 номиналом

ма построена так, что отрицательный полупериод

150-200 кОм, через которые С5, С6 разряжаются

сетевого напряжения прикладывается к этому ста-

при выключении БП. Кроме того эти сопро-

билитрону через эмиттерный переход Q2 с одной

тивления выравнивают напряжения на С5, С6

стороны и через R9 и диод 1 сетевого выпря-

(для симметрирования работы схемы).

мительного моста с другой. Стабилитрон D4 вы-

Внимание: время разряда С5, С6 достигает

бирается с пробивным напряжением такого номи-

15-20 с, а при обрыве сопротивлений напряжение

нала, что при подключении ИБП к сети 110В он

на С5, С6 может сохраняться очень долго! Со-

остается в закрытом состоянии. При этом будут

блюдайте осторожность при демонтаже БП!

закрыты и транзисторы Q2, Q3 триггерной схемы.

Еще один вариант схемы автоматического рас-

Поэтому напряжение с С8 прикладывается к

познавания номинала сети показан на рис. 10.

вспомогательному стабилитрону D3 через рези-

Эта схема несколько отличается от рассмот-

стор R4 с одной стороны и через R8 с другой.

ренной выше. Назначение и работа элементов D40,

Пробивное напряжение стабилитрона D3 выбира-

D41, С41, С40 те же, что и ранее, т.е. конденсаторы

ется меньшим, чем напряжение на С8. Поэтому

С41 и С40 образуют емкостной делитель. Диод D41

D3 пробивается и через него и управляющий пе-

представляет собой однополупериодный выпрями-

реход симистора Q1 течет ток по цепи: (+)С8 -

тель. Поэтому в отрицательные полупериоды сете-

F1

TR1

t

~220V

C2

1

2

C1

T1

C4

C3

4

3

R10

C7

R7

C10

R5

C9

R4

C5

D1

Q1

D4

Q2

D2

C8

Q3

R8

R6

D3

R11

Рис. 9. Схема автоматического

C6

распознавания номинала сетевого

R9

напряжения ИБП SS-200B.