在线式KR系列UPS的故障调试与处理

2015-03-15戴寿超

通信电源技术 2015年1期

戴寿超

（闽西职业技术学院，福建龙岩364021）

1 概述

UPS是一种具有储能功能，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频输出的电源设备［1］。它为众多领域的电气设备提供安全可靠的电源，不仅能在重要场所突然断电时应急使用，保证一段时间内计算机、工业自动化设备或精密测量仪器等电气设备的正常运行，而且还能消除市电上的瞬间高低电压和频率偏移等“电源污染”，为用电设备提供高质量的电源。随着电脑网络和信息工程的迅速发展，UPS电源作为信息网络中的保护设备在金融、通信及医疗等各行各业得到了广泛的应用。为了实现UPS的安全稳定运行，必须熟悉UPS工作原理和常见故障的排除方法［2］。本文以常用的在线式KR系列UPS为例，介绍其工作原理、电路板功能和调试的方法，并对常见的故障进行分析处理［3］。

2 在线式KR系列UPS

2.1 工作原理

在线式KR系列UPS主要由整流器、PFC升压电路、逆变器、充电器、电池组、切换开关和控制电路等部件构成。由整流器和逆变器构成能量变换装置，市电经过整流器转变成直流电后进行PFC升压供给逆变器，而逆变器是将整流器或电池组送来的直流电转变成交流电供给负载设备。充电器将市电的交流电转变成直流电给电池组充电，电池组作为UPS的后备电源，在市电掉电时将其内部的直流电供给逆变器。当UPS出现故障或过载时，切换开关自动切换到市电旁路供电。在线式KR系列UPS［4］原理框图如图1所示，当市电正常时，经过滤波后，市电对电池充电，同时进行二极管桥式整流，经过PFC电路升压后供给逆变器，输出稳定的220 V交流电压。当市电异常或掉电时，从电网供电到电池供电进行快速切换，电池组经过电池升压电路后供给逆变器，输出稳定的220 V交流电压。在线式KR系列UPS具有保护功能，电池能量即将耗尽时，UPS发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。同时还具有过载保护功能，当负载超过额定值时，将停止逆变器输出并跳到旁路状态，负载恢复正常后自动返回。

图1 KR系列在线式UPS原理框图

2.2 电路板的主要功能

以KR1000L型UPS为例来介绍电路板的功能，电路板内部如图2和图3，它主要由主控板、功放板、电源板、大电流充电板、显示板、通信接口板等部件组成。KR1000L电气连接框图如图4所示，主控板主要完成开关机控制、驱动信号产生、面板显示与按键控制、逆变电压采样检测、负载采样、市电电压和频率采样检测、输入输出继电器控制、RS232通信控制、充电均浮充与关断控制和风机控制等功能。功放板实现市电输入与旁路控制、逆变与电池升压、市电升压及升压驱动信号的产生及小电流充电电路控制功能。电源板与功放板连接，输出＋12 V工作电压。大电流充电板主要提供6.5 A充电电流。显示板能实时显示当前UPS的工作状态。通信接口板可通过RS232数据通信，配合电源监控软件，可直接在计算机上监控UPS的运行参数和状态。

图2 KR1000L内部右视图

图3 KR1000L内部左视图

图4 KR1000L电气连接框图

3 电路板调试流程

KR1000L电路板调试流程如图5所示，主要完成升压驱动信号、逆变驱动信号及功能测试。在故障调试前，先断开负载和UPS的输入交流电源线与电池连接线，拆开UPS外壳，延时5 min让UPS内部的高压电容放电，或用适当的电阻（如47Ω／15 W）对电容放电直到电容两端电压低于5 V，并取下功放板上的直流升压熔断器和市电输入熔断器，将主板CN4插针短接。用万用表和示波器分别测试直流升压驱动信号、市电升压驱动信号、主板逆变驱动信号和功放板逆变驱动信号的电压值和波形，电压值如表1所示。然后分别进行逆变、升压功能和UPS功能测试，判断电路板是否工作正常。

3.1 逆变、升压功能测试

（1）信号测试完成后，接入电池连接线，面板开机，监测功放板上逆变电压，所测电压应有缓慢上升过程，并最终稳定在交流220±5 V。测KR1000L功放板上跳线J16、J17对BAT-直流电压应为＋365±10 V，跳线J25、J26对BAT-直流电压应为－365±10 V，若所测的电压值不符则电池升压电路板故障。

表1 驱动信号电压

图5 KR1000L调试流程

（2）面板关机，断开电池接线，接入市电连接线重新开机，所测的电压值与接入电池连接线时一样，若测的电压值不符则判断PFC升压电路板故障。

3.2 UPS功能测试

（1）切换功能测试。UPS接入电池，用市电开机，然后多次断开和接入市电，测UPS输出端电压是否正常供电，有没有中断情况。若出现中断，可能是主控板控制逻辑或功放板市电升压问题，也可能是电池升压电路故障，则更换主控板或功放板再重新测试。

（2）充电功能测试。UPS不接电池而是接入市电时，测KR1000L功放板上BAT＋对BAT-的直流电压应为41.0±0.3 V；若电压偏差较大，则为充电板故障，更换充电板。

（3）带载功能测试。负载应小于700 W，启动和关闭负载，UPS的输出交流电压应稳定在220 V±5%。

（4）旁路功能测试。当按下面板“OFF”键时，UPS应能转换到旁路输出状态，再按下面板“ON”键时，UPS启动，延时20 s后由旁路转为逆变输出，整个转换过程中，UPS的输出应无中断。

4 常见故障处理

4.1 故障现象1——市电正常时UPS输出正常，市电断电时UPS无输出

根据故障现象，从UPS过载、电池使用、充电电路和升压电路等多方面进行检测判断。故障处理程序流程如图6所示。当UPS开机后，观察面板指示情况，判断是内部故障还是电源故障；然后进行UPS过载检测，若减小负载或去掉负载后又能恢复正常，则为UPS过载现象；再判断电池连接是否正常或电池是否损坏，先断掉UPS背板的电池扩展线，用万用表直流档测电池组电压应有33～41 V，若检测不到电压或电压在1 V以下，可能是电池组连接问题，再查电池柜空开及电池组连线。电池经过正常充电后，关掉UPS电池空开，测UPS电池组电压，若电池组电压低于30 V，则可能是电池组损坏或老化。最后进行电池充电性能测试和升压电路故障判断，市电正常时断开UPS电池柜的电池空开，测UPS直流输入端电压，若无电压则是充电板故障。同时测量PFC升压驱动信号是否为方波信号，判断升压电路是否损坏。

图6 故障现象1处理流程

4.2 故障现象2——市电正常时，UPS发出市电停电警报

根据故障现象，从电网电压和频率、连接线路和开关以及电路板故障等多方面进行检测判断。故障处理程序流程如图7所示。先进行电网电压和频率的判断，测量UPS接线排输入电网电压应在170～265 V，频率应在47～53 Hz范围内，若测出不在范围内则UPS处于告警状态；然后检查输入线路接触是否良好，空气开关是否符合要求；最后判断是否UPS内部故障，先断掉UPS充电板上的市电连接线，再合上跳闸的空气开关，若无异常则为充电板故障，将充电板更换，否则为功放板故障。

图7 故障现象2处理流程

4.3 故障现象3——UPS有输出，但噪声较大

故障处理程序流程如图8所示。根据故障现象，从风机噪声、输出波形失真和负载情况以及UPS功能测试等多方面进行检测判断。先检查风机是否损坏、通风口是否堵塞，然后用示波器测输出波形是否为标准的正弦波；再判断是否负载原因，断开全部负载后测UPS输出波形是否恢复正常，噪声是否减小，则可判断是否负载问题，否则可判断UPS内部故障。