一、限时断电器的电路原理
UPS内有一个市电停电检测电路,可保证停电后10ms时间内UPS自动进入逆变状态,利用这个检测信号启动一个延时断电电路,让UPS在设定的一个有限时间内正常工作,延时结束后切断逆变电路的电源。延时时间的长短应视工作需要或根据UPS电池的容量及负载情况决定,可控制在不超过UPS能正常向负载供电时长的50%左右为宜。根据这一思路制作的加装板与UPS电路板的连接示意图见图1。其中UPS部分的电路是按照SANTAK-M500W机器实物绘制的。图中UPS部分有一个电源开关K,原来是用来打开或关闭UPS的,改装后与加装版配合使用时,该电源开关K应始终处于闭合状态,UPS工作与否,由加装版上的继电器J的常开触点控制:市电有电时,加装版上的继电器线圈得电,触点吸合,UPS处于工作状态;市电停电并经过一定延时后,继电器J线圈失电,触点断开,UPS停止工作。下面分析加装板是如何配合UPS实现限时断电的。
UPS内部有一个功率不大的变压器T1,它是专门用于检测市电有无的变压器。其初级连接AC220V电源,次级18V×2的输出电压经二极管D9、D10进行全波整流,但整流后不接滤波电容,UPS正是根据这里未经滤波的波形检测市电的有无的。不使用滤波电容是为了实现快速检测,因为市电的电源频率为50Hz,周期为20ms,一个周期内有两个整流波形,所以整流波形中每10ms就有一个电压过零点,这个电压过零点是没有持续时间的;而无论在任何时刻停电,停电时刻之后电压就始终为零,这两种情况的电压为零有着本质的区别,而停电时刻与之前最后一个波形电压过零点在时间上不可能超过10ms,这就是停电信号,也是停电信号可在停电之后不超过10ms就能检测到的原因。
D9、D10整流后获得的电压,经加装板上二极管D1隔离,电容器C2滤波,在C2上形成约20V的直流电压,三极管Q1因发射结反偏而截止,集成电路NE555的②脚和⑥脚为低电平(Q1截止,电容器C3不能被充电,即使事先有电压,也会经二极管D4、电阻R3泄放),③脚为高电平,经电阻R5使三极管Q2饱和,继电器线圈得电,其触点闭合,UPS内的24V蓄电池接入电路,UPS处于正常工作状态,蓄电池浮充电备用。
若市电停电,UPS立即转为逆变状态继续向负载供电,但此时D9、D10整流输出端已无电压,加装板上的电容器C2之前充电所得的约20V电压经电阻R2迅速放电,这时三极管Q1的发射结经二极管D3、电阻R2形成正偏回路而导通,电容器C3经三极管Q1和电阻R4开始充电,当C3上的电压达到NE555工作电源电压(DC12V)的2/3或以上时,NE555的③脚电位变低,三极管Q2截止,继电器线圈失电,触点断开,UPS工作所需的蓄电池电压被切断并停止工作。市电停电后UPS继续逆变工作的持续时间由电容器C3和电阻R4的充电时间常数决定。图中这两个元件的标注值可在市电停电后使UPS继续逆变工作约10分钟。UPS停止工作后,加装板上的DC12V电压同时消失,电容器C3经二极管D4和电阻R3快速放电,为下一个工作循环做好准备。
二极管D3用于保护三极管Q1的发射结免遭过高的反向电压击穿损坏。
按下按钮SB,可以激活已经停止工作的UPS,以应付急用。急用结束后对控制开关K进行一次先关后开的操作,UPS即可再次进入停止状态。
市电恢复后,二极管D9、D10的整流电压经二极管D1、电容器C1和电阻R1使三极管Q2迅速饱和,这是因为UPS停止工作期间电容器C1已经电阻R2和二极管D2放电完毕,市电恢复后C1的初始充电电流较大的缘故。Q2饱和后,继电器吸合,UPS随即进入工作状态。随着C1充电时间的延长,充电电流渐趋于零,而此时NE555的③脚已有高电平输出,Q2得以继续保持在饱和状态。
二、加装板与UPS电路的连接
制作的加装版印版尺寸为45mm×80mm,焊装好的加装板印制板图见图2。UPS与加装版之间共有5条连线,现以SANTAK-M500W型UPS为例介绍接线方法。1.将UPS内24V蓄电池正极与控制开关K右端焊脱,改焊在加装版二极管D5的负极处;2.将UPS控制开关K右端与加装版继电器触点的左端通过一条导线焊接在一起;3.将UPS内三端稳压器LM7812的12V输出端与三极管Q1的发射极用导线连接;4.将UPS的直流接地端与加装版上二极管D2的正极端用导线连接;5. 将UPS内二极管D9负极与加装版上二极管D1的正极端用导线连接。至此改装即告完成。实际上这种加装板可用于几乎所有型号的UPS,因为每台UPS上都可以找到改装所需的这些电路特征点。
三、使用与运行
1.将UPS的电源插头插入AC220V插座;将负载计算机与UPS的输出端插接好,闭合UPS的控制开关K,UPS进入工作状态。
2.市电有电时,UPS处于工作状态→备用状态,计算机由市电供电,此时蓄电池浮充电。
3.市电停电时,UPS立即进入逆变状态,UPS向计算机供电;在设定的限时时间到达后,UPS停止工作,计算机同时停电。
4.市电停电期间,计算机如有开机需求,可按压图1中的按钮SB使UPS重新开始工作,计算机获得电源后即可开机工作。不过这种情况的工作时长也受电阻R4和电容器C3充电时间常数的限制。
5.市电再次来电,经加装版上D1、C1、R1使Q2饱和,继电器吸合,UPS重新进入工作状态→备用状态,开始一个新的循环。