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UPS不间断电源检修技巧

文章发布时间:2011-12-29 12:36来源:upsclan.com 作者:upsclan 关注次数:

  目前UPS主要有外置式和内置式两个大类,按其工作性质又分为后备型和在线型两种。本文以最常见的外置式后备型UPS(500w或lOOOW)为例介绍uPs的检修技巧。
    一、在没有图纸资料的情况下如何检修UPS
    在uPs的检修过程中,最难解决的问题莫过于图纸资料的缺乏,有时费了很大周折找来了图纸,与实物也不一定能对得上,因此在uPs的检修中,一味地依靠图纸或测绘线路是不现实的。
    在这种情况下如何检修uPs呢?笔者认为采用有重点的普查法不失为一种好方法。有重点的普查法就是按照元器件的故障频率高低直接到线路板上找故障。
    使用普查法检修的另外一个前提条件是必须掌握UPs内常用元件的检测数据(最好有相应的备件),其中的主要难点是集成电路的好坏不易判断(因为uPS中的许多数字集成电路靠测试在路电阻或开路电阻有时反映不出好坏)。不过uPs内的集成电路种类并不是很多,如果能备好常用的型号,检修时用对比法或替换法就能够较好地解决问题。常用集成电路的型号有:SG3524、LM339、LM393、NE555、NE556、LM317(337)、78、79系列的三端稳压器(主要是7812,带微处理器的UPS需7805)、LM324、uA74l、uA4558等。若有条件可再准备一些4000系列和74Ls系列的数字集成电路,主要有MC140ll、  MCl4069、  MCl4013、  MCl4066、  SN74LS00、SN74LS02、SN74LS04和SN74LS74等。
    根据大量维修实践所做的统计表明,UPS内元器件按故障频率由高到低的顺序排列如下:电瓶(即机内的免维护铅酸蓄电池,包括因过放电或充电电路故障造成的假性损坏),交流进线电路(含保险丝、压敏电阻、电源开关等),逆变管(含推动管),功率电阻,取样变压器,中小功率二、三极管,集成电路,可调电阻,继电器,电解电容,小功率电阻,主电源变压器。因此,在接修一台损坏的uPS时,如果找不到电路图纸,可直接到机内找故障,在普查可疑元件的同时,还要注意检查一些虚焊、假焊类故障。一般可采用对比法(与好的元件对比)和替换法(用好的元件替换)进行判断,只要UPS没有人为的故障(如将可调元件调乱等)和调整性故障,一般都能较快地解决问题。
    [例1]故障现象sTK uPs-500型uPs接交流电开机后可进入稳压状态,但断电后不能逆变,仅听到机内继电器响了几下便再无动静。
    分析与检修首先检查机内电瓶电压,正常,线路板上没有明显损坏的元器件,四只MJ4502逆变管也无异常。开机后再测各集成电路的Vcc供电也正常,但就是无逆变迹象,由此怀疑是某IC损坏。因该机的检修图纸资料很难找到,用在路测量判断法很难找出故障,故采用了替换法来查找故障。首先替换的是逆变电路的控制核心Icl(sG3524),用三星公司生产的KA3524直接试换,开机后逆变立刻正常,证明该机故障是SG3524损坏。将Icl换新后,故障排除。
    二、UPS一些常见故障的检修
    1.市电完全正常。开机后立刻进入逆变状态  这种故障的原因多是市电未能送入uPS,应首先检查机后的电源保险管(一般为3-5A)是否断路,若正常则应再检查机内的交流进线电路,其中包括电源开关、线路板、接插件、压敏电阻、取样变压器等。
    [例2]故障现象  SKs-500型UPs接交流电后不能进入稳压状态,而是处于逆变状态。
    分析与检修查机后发现电源保险管已被一只螺栓代替(UPs的保险管很多是φ6×30mm的,而市售的保险管一般是φ5×20mm的,当保险管烧断后,许多用户因买不到合适的保险管,喜欢用一些其它金属物品来代替),再查机内电路,发现电源开关与线路板间的连接插件内部已经发黑,拔下后检查插件以及插件下面的双面线路板铜箔均已烧坏。将烧坏部分挖去,去掉损坏的插件,将电源开关引线直接焊至线路板的相应焊点上,再换上3A的电源保险丝管,开机后工作正常。
    2.开机后机内无任何反应。接入市电也无任何反应这种故障现象说明机内低压电路(主要是控制电路)不能工作,最常见的原因是机内低压电路的供电不正常,而这种供电不正常一般是因机内电瓶损坏(或过放电)、低压保险丝损坏引起(20-40A插片式保险)。
    对于电瓶的好坏,可通过测量电瓶两端是否有12V电压来判断(对于采用两块或两组电瓶串联供电的机型,每块电瓶都应是12V)。若电瓶两端电压很低或无电压,则说明电瓶有问题(注意有时是过放电造成的假性损坏)。
    [例3]故障现象SANTAK UPS-500型UPs接上市电后机内毫无反应,既不稳压,也不逆变,就像没电一样。
    分析与检修经询问用户得知该UPS原来一直工作正常,但因在仓库中放了一年多,再使用时就不能工作了。曾怀疑是电瓶放没了电,但插上电源插头长时间充电仍不能工作。
    查机内低压保险丝正常,电瓶两端仅有不足5v的电压,用新电瓶替换,将电源插头插入市电,开机后立刻正常,在带电情况下(注意安全)将新电瓶拔下并将原机电瓶接上,充电10小时左右,该机一切正常,证明原电瓶并未损坏,而是因长期搁置不用,自然放电造成的假性损坏。
    为什么用户自己充电却没有效果呢?这是因为在UPS的电路中,控制电路本身也要耗电,这部分电能往往需要由机内电瓶来提供。当机内电瓶电压不足甚至无电后,控制电路将不能正确地工作,此时即使接上正常的市电,机内的控制电路也无法切换到市电稳压状态,同样也不能给电瓶充电,除非先用一块正常的电瓶“发动”一下,待UPS进入市电稳压状态,电瓶也进入充电状态后(此时将电瓶断开不影响UPS的工作),再将原电瓶换回才能将电充上。
    需要提醒的是,不同机型的UPS电瓶损坏(或假性损坏)出现的故障现象并不完全一样,具体出现什么现象完全取决于电路的设计,除以上较常见的现象外,还有逆变维持时间过短(甚至一转入逆变状态立刻失败)、接人市电开机后机内继电器发出“嗡嗡”声、工作状态混乱、指示灯乱闪、机内继电器不停地“咔嗒”作响等,当然也有极个别的机型在电瓶无电的情况下开机后能自动进入市电稳压状态(笔者只遇到过一种商标为“$”状的机型)。
    对于机内低压保险丝损坏的情况,一般均伴有逆变管的击穿短路,此时应先通过测量电阻找出损坏的逆变管,以免换上新保险丝后扩大故障。
    [例4]故障现象  sANTAK TwinGuard-500超小型高频逆变UPS不能开机。
    分析与检修这是山特公司近年来新开发的高频逆变机型,目前市面上非常流行,这种UPS使用了微处理器对整机进行控制,并采用了低压开机方式(按住电源开关3秒以上即可开、关机)。
    检查机内电瓶两端电压正常,但低压保险丝已烧断。进一步检查各逆变管,发现Q09、Q10(IRF740)各极间均已击穿,换新管并更换30A低压保险丝后开机,工作正常。
    3.市电稳压状态正常,但逆变状态下机内有强烈交流声。同时逆变输出电压偏低(150V以下)  这种故障现象是单端逆变的典型表现,UPS的逆变是由两只(或两组)逆变管以推挽工作方式共同完成的,两只(或两组)逆变管分别承担了正负半周的逆变任务,如果其中一只(或一组)出现开路性损坏,这时的UPS往往还能逆变,只是逆变输出电压很低,而且机内变压器会发出剧烈的“嗡嗡”声。这种故障的常见原因是逆变管或推动管开路,有时是SG3524的两个逆变信号输出脚(⑩和⑩脚)中的一个出了问题(注意内部电路或外部电路都有可能造成这类故障)。
    【例5】故障现象  FuDA 500W型uPs能进入市电稳压状态,但逆变输出电压仅100V左右,同时机内有剧烈的“嗡嗡”声。
    分析与检修该机的逆变管采用摩托罗拉公司生产的大功率达林顿管MJll0l6,断电后测两只逆变管的各脚间在路电阻,发现有较明显的差别,焊下进一步测量,发现其中的一只基极与发射极间正反向电阻都已很大且完全一致,说明此管发射结已呈开路状态,所测得的阻值实际是管子内部复合的保护电阻的阻值(该电阻接在管子的基极和发射极之间),将坏管换新,开机后逆变正常,测逆变输出电压为250V(注意普通UPS的逆变输出是50Hz方波电压,当用普通万用表的交流电压挡测量时,读数偏高是正常的,不要去调UPS内的可调电阻)。
    三、如何代换UPS中的专用元器件
    UPS内的元器件除普通的阻容元件、二极管、三极管、继电器等通用元件外,其它均属专用元件,从电子元件商店或电料商店均不易购到。下面介绍如何用通用的元器件来代换UPS内的专用元器件。
    1.电瓶的代换  UPS内的电瓶是免维护式铅酸蓄电池,其额定电压是12v,容量是7AH(或6.5AH),尺寸一般为150×95×65(mm)。这种电瓶一般需到专门的计算机配件商店去购买,而且价格不菲,如果当地无法买到这种电瓶,可用市场上常见的6V/7AH免维护电瓶两块串联起来代换,其价格仅十几元左右,两块加起来的价格还不到12v免维护电瓶的一半,而实际代换效果基本相仿,许多经过代换修理的uPS至今已使用了三年左右,未发现任何不良现象。
    6V/7AH的电瓶尺寸是70×50×100(mm)(注意市场上同样尺寸的的6V电瓶容量有4AH和7AH两种,由于电瓶串联使用容量并不增加,所以应买7AH的,这种电瓶除标注为7AH外,其重量明显重于4AH的),不难看出两块合起来后的尺寸除高度比原电池高5mm外,其它尺寸均接近或小于原电池,这在维修固定时并不麻烦,一般只要加长一下原电瓶压板的固定螺栓即可。
    2.逆变管的代换  UPS中的逆变管主要有达林顿管和VMOS管两类,前者一般用于大体积的UPS上;后者则多用于小体积的UPS上,逆变管的数量在不同功率的UPS中不完全一致,一般500W的UPS不少于两只,1000W的不少于四只(分两组并联工作以加大输出功率)。两只(或两组)逆变管的工作是推挽式工作,应尽量配对使用以保证逆变波形正负半周的对称性,因此在代换逆变管时,若有条件,应尽量用参数接近的型号代换,必要时干脆全部换成同一型号。
  表1是UPS中常用的达林顿逆变管的内部电路结构、参数及外形(注意不同厂家生产的管子参数有一定差异)。这类管子在测试时一定要注意管子基极与发射极间的保护电阻和集电极与发射极间的保护二极管,不要发生误判。 
 
    达林顿逆变管的损坏多数表现为b-e结开路,少数为击穿性损坏,其维修时的代换原则是以大代小,一般来说,只要准备好MJll032(NPN)和MJll033(PNP)两类管子即可。这两种管子几乎可代换所有UPS中的达林顿逆变管,是检修UPS的必备配件,而市场上其它一些大功率管如彩电中的开关管、功放机中的功放管等各方面参数与MJ系列均差别很大,即使接或达林顿电路也代换不了逆变管。
    VMOS系列逆变管的种类及型号相对达林顿管要多得多,表2是常见VMOS逆变管的参数及管脚排列。这种VMOS管由于是绝缘栅型场效应管,栅极与源、漏两极是不通的,而漏极与源极间的测试电阻则取决于栅极电位,因此即使同型号的管子,如果不施加相同的栅极偏压,漏源间电阻的测量值也不一样,甚至有的通有的不通。其正确的测试方法为首先将栅、漏、源(G、D、s)三脚短路一下以将栅极上的电压放掉,然后用黑表笔接漏极测漏源间应为高阻状态(注意不要碰到栅极以免栅极又感应上电压),此后可找一个6~9V的直流电源(如积层电池等),负极接源极,正极接栅极,给栅极充上电(碰一下即可),此时管子应能开启,漏源间呈低阻状态即为正常。 
 
    VMOS逆变管的损坏一般为击穿性损坏,有时伴有炸裂现象,这一系列的原型号逆变管往往很难购买到,但只要备好了MTP60N06和2SK727两种管子,一般就可“包打天下”。维修实践证明,MTP60N06基本可代换所有工频逆变型UPS中的vMOS管,这种uPs的特点是机内有一个大体积的工频逆变变压器。2SK727则可代换所有高频逆变型UPS中的VMOs管,这种UPS的特点是体积非常小。
    3.取样变压器的代换大多数UPS机内都有一只取样变压器,由于长期处于通电状态,在市电电压偏高的地区较易损坏。取样变压器一般是一只直焊式带引脚的小变压器,其作用是对市电进行取样,UPS内的稳压电路根据此取样电压的高低调整相应的继电器分合主变压器的抽头,以实现对市电的稳压,同时逆变电路根据此电压的有无和是否超限(市电是否在160-260V的范围内)决定是否进入逆变状态。因此如果此变压器损坏,UPS将以为市电停电,开机后即进入逆变状态。
    UPS的取样变压器功率一般为3W,次级输出电压一般有双15v(或双12v)以及单15v(或单12V)两类,并以前者居多,这种小变压器损坏后一般可用普通收录机等小电器上使用的小电源变压器来代换,功率3-5W即可。代换时如果不知道次级电压可试验一下,通过测量代换后uPs的输出电压(不在逆变状态下测量)来判断代换是否正确,如果输出电压过高,则说明变压器的次级输出电压偏低(此时UPS内的稳压电路误认为市电电压偏低,所以要对其进行升压),反之亦然。
    需要说明的是,某些小体积UPS机内无此变压器,它们的低压电路(弱电部分)没有与市电进行隔离,所以可用阻容元件直接对市电进行取样,另外一些新近进口的高档高频逆变UPS使用了光电耦合器进行隔离取样,这种产品目前相对较少。
    4.集成电路的代换  UPS内的集成电路基本都是通用集成电路。尽管这些集成电路型号的字母部分有些差别,但数字后缀是一致的,原则上都可相互代换,例如SG3524、KA3524、UC3524均可互相代换;同样AN7812与uA7812、LM7812、MC7812、uPC7812、W7812、CW7812、L7812、NJM7812、KA7812等也可互相代换,至于机内常见的4000系列或74LS系列的通用集成电路,目前国内外有近十家公司生产,只要型号的数字后缀相同,即可直接互换(但要注意摩托罗拉公司生产的MC系列数字后缀前面都多了个“1”,如NCl4011和CD4011、TC401l属同类电路)。
    5.其它元件的代换整流桥损坏后可用4只普通整流二极管代换。压敏电阻损坏后可用431或471型代换,也可用两只200V的串联后代换。
    普通小三极管一般均可用2N5401(PNP)或2N555l(NPN)来代换,普通小二极管用1N4005代换即很耐用。
    四、检修UPS时需要注意的安全问题
    在检修UPS的过程中,应注意安全问题。许多UPS(特别是小体积的)都采用了热底板,机内低压电路未与市电隔离,并且电源开关是低压开关(有些甚至是轻触开关),所以插上市电搞检修是非常不安全的。若确需带电检修,应使用隔离变压器。另外,由于电瓶的短路电流很大,检修测量时若不慎误短路,有时会严重烧损器件,因此提倡断电检修(断开电瓶引线)。
    如果UPS的交流保险管损坏,务必不要图省事省去保险管不装,否则一旦遇到短路可能会造成严重的损坏,甚至会烧毁机内主变压器。
    维修热底板的小UPS时,一定要处理好各种绝缘,即使是像发光二极管引线这样的部位,也不可与金属机壳相碰,否则轻则烧坏保险丝或线路,重则造成触电事故。
 

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