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1 科龍6KVA UPS電源的工作原理

科龍6KVA UPS電源是一款雙變換在線式UPS電源，由整流器、充電器、蓄電池、逆變器等幾部分組成，它是一種以逆變器供電為主的電源形式。當市電正常供電時，市電一方面經(jīng)充電器給蓄電池充電，另一方面經(jīng)整流器變成直流后送至逆變器，經(jīng)逆變器變成交流后再送給負載。僅僅在逆變器出現(xiàn)故障時，才通過轉換開關切換為市電旁路供電。其原理框圖如圖1所示。

該UPS電源至今在直屬臺和縣級臺站已使用多年，且有的臺站是放在機房，夏天溫度較高，目前也陸續(xù)出現(xiàn)一些故障，現(xiàn)就我們?nèi)粘＞S護工作中碰到的一例故障檢修過程寫出來與大家分享。

2 故障現(xiàn)象

UPS主機面板上的“LINE”和“BYPASS”指示燈亮，而“INV”指示燈不亮，UPS不能正常工作，且靠近主機就聞到電路板燒焦的氣味。

3 檢修過程

從故障現(xiàn)象和聞到電路板燒焦的氣味判斷，該UPS電源不能逆變輸出只有旁路輸出，故障點應該在逆變器電路里并且伴有元器件燒毀。于是關機拆開上面板，觀察發(fā)現(xiàn)主控板IGBT模塊PWM驅動電路部分二極管D9和D22（是IGBT模塊1中另一只IGBT管驅動電路里的）引腳處的電路板已嚴重燒焦碳化，其旁邊的電解電容C7（220UF/50V）也有點鼓包，用萬用表測量兩只二極管已損壞擊穿。根據(jù)實物畫出IGBT模塊PWM驅動電路如圖2所示。

圖1 科龍6KVA UPS電源工作原理框圖

圖2 主板PWM部分放大電路圖

PWM脈沖信號從光耦IC9（A4504）②腳輸入⑥腳輸出，經(jīng)過Q1、Q2、Q3、Q4和Q6等元器件組成的電路進行處理放大從Q1的發(fā)射極輸出到插座CN7的②③腳再通過連線送到IGBT模塊1（如圖3所示）。從主板CN7送來的PWM信號使模塊1的G1管和模塊2的G2管導通，在變壓器初級形成正半周電壓；從主板CN10送來的PWM信號使模塊2的G1管和模塊1的G2管導通，在變壓器初級形成負半周電壓。從圖2可以看出D9、C7與開關變壓器T其中一個繞組產(chǎn)生23V直流電源給該電路供電；而由R40、D8（5V穩(wěn)壓管）和C10產(chǎn)生的5V直流電源給光耦IC9（A4504）供電。由于D9損壞擊穿，說明通過其電流應該超過額定電流，所以更換之前先測量C7兩端間的電阻是否有短路，確認無短路后順便在路檢查測量該電路的三極管、二極管及阻容元件，確認無異常后用小刀把D9、D22引腳處已嚴重燒焦碳化的電路板刮干凈，更換了D9 、D22（1.5A/600V快恢復二極管）和C7。然后通電開機，主機面板上的“LINE”和“INV”指示燈亮風扇轉動（此時未加負載），說明逆變器電路已經(jīng)正常工作，空載工作二十分鐘關機手摸D9與另外三路的二極管溫度比較差不多，于是再次開機并且逐步增加負載到所有負載開啟，查看顯示屏上的輸出電壓和輸出頻率都正常，可是2分鐘左右突然聽到很大的變壓器鐵芯震動的“嗡嗡”聲，幾秒鐘后聽到“叭”一聲響同時看到側面55A保險管處有火花，隨后主機面板上的指示燈變成“LINE”、“BYPASS”和“FAULT”幾個指示燈亮，而“INV”指示燈滅了，并且同時出現(xiàn)報警聲，于是馬上關機，把主機拆下來詳細檢查。檢查發(fā)現(xiàn)55A保險管已經(jīng)燒斷，根據(jù)以前檢修過的案例，55A保險管燒斷很可能是IGBT模塊燒壞擊穿導致，因此檢查了兩塊IGBT模塊，確認沒有損壞。接著檢查IGBT模塊PWM驅動電路，發(fā)現(xiàn)D9再次燒壞擊穿而D22沒有損壞，同時損壞的還有Q1（型號為TIP142的達靈頓管）。再次換上新的55A保險管、Q1（TIP142）和D9（3A/600V快恢復二極管）。然后通電開機主機面板上的“LINE”和“INV”指示燈亮風扇轉動（此時未加負載），說明逆變器電路已經(jīng)正常工作，于是接上一臺衛(wèi)星接收機和一臺20英寸的液晶電視機（應該不到100W）做負載輸出也正常。后來找來一個有五面發(fā)熱管（每面400W）的電烤爐做負載測試，當開一面發(fā)熱管時，主機變壓器馬上發(fā)出鐵芯震動的“嗡嗡”聲，出現(xiàn)這種異常聲音說明逆變器工作時變壓器初級形成正半周電壓時IGBT管的電流與變壓器初級形成負半周電壓時IGBT管的電流不平衡，我們可以通過測量IGBT管的驅動電壓來確認。開機后空載測量四個IGBT管的GE電壓基本都是5V，當開一面發(fā)熱管時出故障這一路GE電壓下降到3V左右，而其它三路基本不變，說明故障還是出在驅動電路即圖3里面。于是重點檢測圖3各個三極管及光耦各腳的電壓，跟其它三路比較沒有多大差別，測量23V、5V電源電壓，23V正常5V為4.7V，而其它三路都是5V。該5V電源是由5.1V穩(wěn)壓管D8與R40、C10等產(chǎn)生的，檢查D8、R40正常，懷疑電解電容C10有問題，于是在C10兩端并上一只100UF/50V的電容后再測量5V正常，此時開啟一面電烤爐沒有“嗡嗡”聲了，接著再增加一面（此時功率為800W）面板指示負載率為17%，工作一小時后再增加一面（此時功率為1200W）面板指示負載率為27%，這和在臺站使用時的真實功率相當，連續(xù)工作3個小時后都正常，說明故障是這只電容變質(zhì)導致，關機用一只新的100UF/50V電容更換那只100UF/25V電容故障排除。

圖3 逆變器原理圖

4 小結

由于UPS電源部分放大電路中的C10（100UF/25V）變質(zhì)，從而使5V電源電壓下降且紋波加大，導致傳送PWM信號的光耦電路工作異常，致使脈沖信號波形發(fā)生劣變，造成驅動不足導致電流不平衡。

[1]徐國家.UPS電源維修手冊.電子工業(yè)出版社,2008.

[2]張光明.常見小型UPS電源電路分析與維修寶典.電子工業(yè)出版社,2013.