Доопрацювання джерела безперебійного живлення APC Back-UPS 600I своїми руками
UPS зазначеної моделі в разі відключення живлення до силу своєї схемної реалізації здатний лише знеструмити навантаження, сам він залишається включеним. У даній статті описується, як усунути цей недолік.
Описане тут пристрій можна використовувати з будь-якою моделлю Back-UPS, але в цьому випадку наведена тут інформація про комунікаційний порте може виявитися невірною.
Огляд UPS, комунікаційного порту і кабелю 940-0020B
Джерело безперебійного живлення APC Back UPS 600I має топологію StandBy (Off-Line) - рис. 1.
Мал. 1. Топологія StandBy
UPS, побудований за такою схемою, нерідко називають терміном "Off-Line UPS". У кожен конкpетного момент часової він може перебувати в одному з 2 режимів АДВОКАТУРИ - Stand-by або On-line. У разі, коли напруга в мережі знаходиться в допустимих межа (Standby mode), transfer switch пеpеключить на пpотеканіе струму нагpузки по ланцюгу "Surge suppressor - Filter". В цьому режимі UPS нічим не відрізняється від звичайного мережевого фильтpа. Hикаких стабілізації напpяжения НЕ відбувається. Під час роботи буде в цьому pежиме також відбувається заpядка аккумулятоpних батаpей UPS.
У разі виходу напpяжения мережі за допустимі межа, transfer switch перемикається на харчування нагpузки по ланцюгу "Battery - DC / AC inverter" (On-line mode), тобто від енеpгіі аккумулятоpной батаpей, пpеобpазуемой інвеpтоpом в AC 220V. Так як пеpеключение контактів і запуск інвеpтоpа не можуть відбуватися миттєво, харчування нагpузки буде пpеpвано на якийсь час (Transfer Time). Більшість Standby UPS забезпечують Transfer Time поpядка 4-8 ms. Особливість даної системи в тому, що пеpеключение в On-Line пpи виході напpяжения мережі за допустимі межа відбувається негайно, а возвpат в Standby mode - з обов'язковою затримкою в кілька секунд. Інакше, пpи многокpатного бpосках напpяжения в мережі, відбувалося б безупинної пеpеключение Standby / On-Line і назад, що пpивело б до значних спотворень струму нагpузки і можливого виходу її з ладу або до збою в її різанні.
Пpи цьому слід врахувати, що дана схема зазвичай не володіє можливістю стабілізації напpяжения при роботі в Standby mode і, отже, пеpеходит в On-Line пpи кожному відхиленні напрузі мережі. Разpяд аккумулятоpной батаpей відбувається набагато швидший, ніж Зворотному заpяд. Потужність battery charger'а для даної схеми зазвичай вибирається сpавнительно малої, і pасхода енеpгіі від батаpей у вpемя brownout'ов НЕ компенсіpует. Отже, для застосування в разі низької якості мережі живлення дана топологія UPS малопpігодна за двома пpичина:
а) Пpи частих Пеpеход в On-Line батаpея досить Швидка pазpяжается, не встигаючи відновити заряд за вpемя Standby mode, в результату чого UPS теpяет здатність забезпечити аваpійное харчування нагpузки протягом тpебуемого часової;
б) Часте повтоpений циклів розряд / заряд сокpащает сpок служби аккумулятоpних батаpей.
Опис топології взято з [1] (див. Список використаних джерел в кінці статті).
комунікаційний порт
UPS має комунікаційний порт (рис. 2) для зв'язку з COM-портом комп'ютера.
Мал. 2. Комунікаційний порт APC Back UPS
Призначення ніжок порту:
1. Shutdown UPS. При батарейному харчуванні напруга високого рівня RS-232 викликає відключення інвертора і знеструмлення навантаження. UPS реагрует на цей сигнал лише при живленні навантаження від батареї. На сайті APC зазначено, що сигнал повинен діяти протягом 1 секунди, проте експериментальна перевірка показала, що UPS реагує на сигнал негайно.
2. Line Fail. У рівнях RS-232. Високий рівень означає перехід на батарейне харчування.
3. Line Fail. Відкритий колектор. Нормально відкритий.
5. Battery Low. Відкритий колектор. Нормально відкритий.
6. Line Fail. Відкритий колектор. Нормально закритий.
7. Не використовується.
8. Не використовується
Високий рівень RS-232 - близько + 12в щодо землі порту, низький - близько 12В.
Примітка: при розробці будь-яких проміжних схем можна використовувати і ТТЛ рівні. UPS і COM-порт на них реагують нормально.
Інформація про розводці порте і призначення його контактів офіційна, взята з [2] (див. Список використаних джерел в кінці статті).
комунікаційний кабель
Через цей порт UPS можна підключити до COM-порту комп'ютера за допомогою кабелю з кодом 940-0020B. Схема електрична принципова кабелю приведена на рис. 3.
Мал. 3. Схема кабелю 940-0020B
Коли пропадає зовнішнє харчування (відключили світло, наприклад) на лінії Line Fail є високий рівень. Програма моніторингу UPS (наприклад, PowerChute) виявляє це і, виконавши зазначені їй дії, починає виключення комп'ютера, після чого активізується лінія Shutdown, інвертор UPS відключається і комп'ютер знеструмлюється. Однак, тут є дві особливості.
2. У даній моделі UPS вимикач такої конструкції, що його можна вимкнути лише вручну, тому UPS повністю не вимикається, а продовжує пищати, навіть коли інвертор (навантаження) вимкнулися.
Першу проблему без використання досить складних схем вирішити неможливо, а пропоноване в даній статті простий пристрій вирішує другу проблему - при знеструмленні навантаження UPS вимикається автоматично.
опис пристрою
Основна ідея пропонованого пристрою - вимикання UPS при знеструмленні навантаження шляхом введення зворотного зв'язку в ланцюг вимикача UPS. Схема електрична принципова пристрою зображена на рис. 4.
Мал. 4. Пристрій автоматичного відключення UPS і його компоненти
Пристрій підключається до UPS в двох місцях - до вихідних клем UPS (паралельно навантаженні) і замість рідного вимикача UPS. Рідний вимикач при цьому видаляється.
Функціонує пристрій наступним чином:
Нехай вхідна напруга 220 В в нормі. Включаємо UPS натисканням кнопки "ON". На вихідних клемах UPS з'являється напруга 220В. Реле K1 включається і своїми контактами шунтує кнопку "ON", яку тепер можна відпустити. Для того, щоб вручну вимкнути UPS необхідно натиснути кнопку "OFF". Ланцюг вимикача розривається, UPS вимикається, на виході зникає 220В, реле відключається, його контакти розмикаються. Кнопку "OFF" можна відпустити.
При зникненні живлення комп'ютер активізує лінію Shutdown порту, на виході пропадає напруга, реле відключається, його контакти розмикаються і вимикають UPS.
Світлодіод VD1 - зеленого кольору, відображає включений стан UPS, VD2 - червоний, загоряється при зникненні вхідної напруги 220 В.
Вимикачі SW1 і SW2 - з фіксацією, їх можна використовувати для «аварійного» включення UPS, якщо, наприклад, згорів трансформатор або реле (хоча це малоймовірно - у мене UPS працює годин по 15 на добу щодня, пристрій функціонує протягом 2 з невеликим років і нічого поки не згоріло). Для цього необхідно вимкнути SW1. Харчування на трансформатор і реле не подається, кнопки "ON" / "OFF" перестають функціонувати, а SW2 перетворюється в вимикач UPS (без всякої автоматики, як рідний вимикач, тільки без індикації).
Резистор R1 необхідний для скорочення часу розряду електролітичного конденсатора блоку живлення і, отже, прискорення відключення реле. Використання контактів 3 і 4 порту UPS не впливають на працездатність кабелю 940-0020B, тому що контакт 3 не використовується схемою кабелю.
Рекомендації з виготовлення
Вся схема, крім SW1 розміщується в передній частині корпусу UPS. Рідний вимикач UPS необхідно видалити, після чого необхідно пробником (омметром) перевірити, які з чотирьох контактів є контактами вимикача. У мене це - два ближніх контакту (роз'єм розташований уздовж плати), якщо дивитися спереду. Інші 2 (далекі) - лампа у вимикачі, показує включення стан UPS і збій електроживлення.
Наш вимикач підключається до контактів вимикача на платі. Контакти лампи залишити непідключеними, тому що в нашій схемі вона не використовується, її замінюють світлодіоди.
Харчування 220 В слід взяти з вихідних клем UPS.
Кнопки SB1, SB2, вимикач SW2 і обидва світлодіода можна розмістити на місці рідного вимикача. SW1 розміщується на задній панелі UPS поруч з вихідними клемами.
Провід, що йдуть до комунікаційного порту UPS припаиваются до відповідних ніжок порту на платі.
Підбір деталей
Відразу скажу, що розрахунком потужності трансформатора, його муздрамтеатру, обмоток і їх намотуванням я не займався. Я взяв готовий трансформатор відповідних габаритів, тому що між батареєю UPS і його передньою стінкою досить мало місця (5-6 см). Вимикач SW1 я змонтував на задній стінці UPS, всі інші елементи - спереду, між батареєю і передньою стінкою корпусу UPS.
Увага! Перед складанням не забудьте відключити UPS від мережі, відключити батарею і розрядити електроліти на платі включенням UPS без вхідного напруга в електромережі та батареї. При цьому UPS видасть короткочасний звуковий сигнал.
Знайти реле на 5 вольт може виявитися досить важким завданням - мені насилу вдалося знайти тільки PЕC59. В такому випадку можна взяти, наприклад, РЕС22, трансформатор на 12-15 вольт, збільшити токоограничивающие резистори R2 і R3 до 2-3 кОм і використовувати електролітичний конденсатор C1 на напругу не менше 16 в. R1 при цьому можна не ставити, тому що РЕС22 штука досить потужна і електроліт блоку живлення розряджається досить швидко.
У ланцюзі вимикача діє напруга 12 вольт при струмі макс. 65 mA. Токи і напруги перехідних процесів не вимірювалися.
Хотілося б звернути увагу на таку особливість деяких реле (наприклад, того ж РЕС59). У них є електрична зв'язок між корпусом і контактною групою, тому при використанні такого реле необхідно подбати про ізолювання його корпусу від металевого корпусу UPS. Якщо цього не зробити, то при першому ж включенні згорить запобіжник на 1А, розташований на платі UPS в ланцюзі вимикача. За зовнішнім виглядом цей запобіжник схожий на невеликий резистор або діод. Мені довелося впаивать туди звичайний скляний запобіжник вітчизняного (радянського) виробництва замість згорілого рідного. Реле РЕС22 позбавлене цього недоліку.
Відомі недоліки схеми
Те, чого дозволяє досягти пристрій, сказано вище. Плюсом схеми також є її гранична простота і дешевизна, тому що вона збирається з широко поширених, доступних і дешевих деталей і для її складання не потрібно хороших знань, навичок і багатого досвіду збірки / налагодження електронних схем.
Очевидним мінусом схеми є те, що вона підключається до виходу UPS як навантаження (комп'ютер) і тому корисна вихідна потужність UPS трохи знижується. Наколько саме, я сказати не можу, тому що виміряти потужність моєї схеми. Але величина цієї втрати досить мала (у мене на UPS'е висять 2 комп'ютери з моніторами і помітного зменшення часу роботи від батареї я не помітив). Тим, для кого це критично, можна порадити точний розрахунок споживаних струмів реле, світлодіодів, потужності трансформатора, його обмоток і його самостійне виготовлення з тим щоб знизити втрати потужності.
Ще один мінус схеми полягає в тому, що вона займає 3-ю ногу порту UPS. Але тому що стандартний кабель 940-0020B її не використовує, цим можна знехтувати. Якщо 3-тя нога порту для чогось потрібна, то можна або взагалі відмовитися від світлодіода VD2, або використовувати 6 ногу порту. Правда в другому випадку доведеться підключати VD2 через електронний ключ (інвертор) на транзисторі, тому що логіка роботи 6-й ноги обратна логіці 3-ої (коли живлення 220В в нормі земля, збій - обрив).
Правильно зібраний пристрій при справних деталях не потребує будь-якої налаштування і починає працювати відразу після включення. На жаль, надати фотографії готового пристрою не можу через брак у мене можливості перегнати їх в комп'ютер.
Це пристрій я зібрав 2 з невеликим роки тому. Воно працює нормально і по сей день.
За ідеєю, таким же чином можна доопрацювати будь Back UPS, але я допрацьовував свій Back UPS 600I.
Список використаних джерел