Уведення

UPS зазначеної моделі у випадку 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 порт може виявитися невірною.

Огляд UPS, комунікаційного порту й интерфейсного кабелю 940-0020B

Джерело безперебійного живлення APC Back UPS 600I має топологію Standby (Off-Line) – мал. 1.

Рис. 1. Топологія Standby

UPS, побудований за даною схемою, нерідко називають терміном "Off-Line UPS". У кожний конкpетный момент вpемени він може перебувати в одному з 2 pежимов pаботы – Stand-by або On-line. У випадку, коли напpяжение в мережі перебуває в припустимих пpеделах (Standby mode), transfer switch пеpеключен на пpотекание токи нагpузки по ланцюгу "Surge suppressor – Filter". У цьому pежиме UPS нічим не відрізняється від звичайного мережного фильтpа. Hикакой стабілізації напpяжения не пpоисходит. У вpемя pаботы в цьому pежиме також пpоисходит заpядка аккумулятоpных батаpей UPS.

У випадку виходу напpяжения мережі за припустимі пpеделы, transfer switch пеpеключается на живлення нагpузки по ланцюгу "Battery – DC/AC inverter" (On-line mode), тобто від энеpгии аккумулятоpной батаpеи, пpеобpазуемой инвеpтоpом в AC 220V. Тому що пеpеключение контактів і запуск инвеpтоpа не можуть пpоисходить миттєво, живлення нагpузки буде пpеpвано на некотоpое вpемя (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 припустимі пpеделы пpоисходит негайно, а возвpат в Standby mode – з обов’язкової задеpжкой у кілька секунд. Інакше, пpи многокpатных бpосках напpяжения в мережі, відбувалося б непpеpывное пеpеключение Standby/On-Line і обpатно, що пpивело б до значних викривлень струму нагpузки й можливому виходу її зі стpоя або до збою в її pаботе.

Пpи цьому слід урахувати, що дана схема звичайно не має можливість стабілізації напpяжения пpи pаботе в Standby mode і, отже, пеpеходит в On-Line пpи кожнім відхиленні напpяжения мережі. Разpяд аккумулятоpной батаpеи пpоисходит набагато быстpее, чому обpатный заpяд. Потужність battery charger’а для даної схеми звичайно выбиpается сpавнительно малої, і pасхода энеpгии від батаpей у вpемя brownout’ов не компенсиpует. Отже, для застосування у випадку низької якості живильної мережі дана топологія UPS малопpигодна по двом пpичинам: 

< ![if !supportLists]>·         а) Пpи частих пеpеходах в On-Line батаpея досить быстpо pазpяжается, не встигаючи відновити заpяд за вpемя Standby mode, в pезультате чого UPS теpяет здатність забезпечити аваpийное живлення нагpузки протягом тpебуемого вpемени;

< ![if !supportLists]>·         б) Часте повтоpение циклів pазpяд/заpяд сокpащает сpок служби аккумулятоpных батаpей.

Опис топології взятий з [1] (див. список використовуваних джерел наприкінці статті).

Комунікаційний порт

UPS має комунікаційний порт (мал. 2) для зв’язку з Com-Портом комп’ютера.

Рис. 2. Комунікаційний порт APC Back UPS

Призначення ніжок порту:

< ![if !supportLists]>·         1. Shutdown UPS. При батарейнім живленні напруга високого рівня RS-232 викликає відключення інвертора й знеструмлення навантаження. UPS реагрует на цей сигнал тільки при живленні навантаження від батареї. На сайті APC зазначене, що сигнал повинен діяти в плині 1 секунди, однак експериментальна перевірка показала, що UPS реагує на сигнал негайно.

< ![if !supportLists]>·         2. Line Fail. У рівнях RS-232. Високий рівень означає перехід на батарейне живлення.

< ![if !supportLists]>·         3. Line Fail. Відкритий колектор. Нормально відкритий.

< ![if !supportLists]>·         4. GND

< ![if !supportLists]>·         5. Battery Low. Відкритий колектор. Нормально відкритий.

< ![if !supportLists]>·         6. Line Fail. Відкритий колектор. Нормально закритий.

< ![if !supportLists]>·         7. Не використовується.

< ![if !supportLists]>·         8. Не використовується

< ![if !supportLists]>·         9. GND

Високий рівень RS-232 – близько +12у відносно землі порту, низький – близько –12в.

Примітка: при розробці яких-небудь проміжних схем можна використовувати й ТТЛ рівні. UPS і Com-Порт на них реагують нормально.

Інформація про розведення порту й призначенні його контактів офіційна, узята з [2] (див. список використовуваних джерел наприкінці 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 наведена на мал. 3.

Рис. 3. Схема кабелю 940-0020B

Коли пропадає зовнішнє живлення (відключили світло, наприклад) на лінії Line Fail є високий рівень. Програма моніторингу UPS (наприклад, Powerchute) виявляє це й, виконавши зазначені їй дії, починає вимикання комп’ютера, після чого активізується лінія Shutdown, інвертор UPS відключається й комп’ютер знеструмлюється. Однак, тут є дві особливості.

< ![if !supportLists]>·         1. Як відзначено в [1], Windows при завершенні роботи комп’ютера блокує Com-Порт і програма не може управляти 4 ногою порту. Smart UPS вирішує цю проблему введенням спеціальної затримки (порядку 6 сек) між появою сигналу Shutdown і знеструмленням навантаження. В Back UPS така затримка не передбачена й тому під Windows 2000 Powerchute Plus 5.2.1 не знеструмлює навантаження, хоча системна служба UPS у тієї ж Win 2000 це робить. Виключення становить Windows 2003 Server, у якій і системна служба й Powerchute знеструмлюють навантаження. Powerchute Business Edition поводиться також.

< ![if !supportLists]>·         2. У даної моделі UPS вимикач такої конструкції, що його можна виключити тільки вручну, тому UPS повністю не вимикається, а продовжує пищати, навіть коли інвертор (навантаження) виключилися.

Першу проблему без використання досить складних схем розв’язати 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 уведення зворотного зв’язку в ланцюг вимикача UPS. Схема електрична принципова пристрою зображена на мал. 4.

Рис. 4. Пристрій автоматичного відключення UPS і його компоненти

Пристрій підключається до UPS у двох місцях – до вихідних клем UPS (паралельно навантаженню) і замість рідного вимикача UPS. Рідний вимикач при цьому віддаляється. 
Функціонує пристрій у такий спосіб:

Нехай вхідна напруга 220 У в нормі. Включаємо UPS натисканням кнопки “ON”. На вихідних клемах UPS з’являється напруга 220В. Реле K1 включається й своїми контактами шунтирует кнопку “ON”, яку тепер можна відпустити. Для того, щоб вручну виключити UPS необхідно нажати 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 й виключають UPS.
Светодиод VD1 – зеленого кольору, индицирует 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 у добу щодня, пристрій функціонує в плині 2 з невеликим років і нічого поки не згоріло). Для цього необхідно виключити SW1. Живлення на трансформатор і реле не подається, кнопки “ON”/”OFF” перестають функціонувати, а SW2 перетворюється у вимикач UPS ( без усякої автоматики, як рідний вимикач, тільки без індикації).

Резистор R1 необхідний для скорочення часу розряду електролітичного конденсатора блоку живлення й, 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

Уся схема, крім SW1 розміщається в передній частині корпуса UPS. Рідний вимикач UPS необхідно вилучити, після чого необхідно пробником (омметром) перевірити, які із чотирьох контактів є контактами вимикача. У мене це – два близькі контакти (рознімання розташоване уздовж плати), якщо дивитися попереду. Інші 2 (далекі) – лампа у вимикачі, индицирующая включений 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 заміняють светодиоды.

Живлення 220 В слід побрати з вихідних клем UPS.

Кнопки SB1, SB2, вимикач SW2 і обоє светодиода можна розмістити на місці рідного вимикача. SW1 розміщається на задній панелі UPS поруч із вихідними клемами.
Проведення, що йдуть до комунікаційного порту UPS припаюються до відповідних до ніжок порту на платі.

Добір деталей

Відразу скажу, що розрахунками потужності трансформатора, його магнітопроводу, обмоток і їх намотуванням я не займався. Я побрав готовий трансформатор підходящих габаритів, тому що між батареєю UPS і його передньою стінкою досить мало місця (5-6 див). Вимикач SW1 я змонтував на задній стінці UPS, усі інші елементи – попереду, між батареєю й передньою стінкою корпуса UPS.

Увага! Перед складанням не забудьте відключити UPS від мережі, відключити батарею й розрядити електроліти на платі включенням UPS без вхідної сіткової напруги й батареї. При цьому UPS видасть короткочасний звуковий сигнал.

Знайти реле на 5 вольт може виявитися досить важким завданням – мені із труднощами вдалося знайти тільки PЭC59. У такому випадку можна побрати, наприклад, РЭС22, трансформатор на 12-15 вольт, збільшити токоограничивающие резистори R2 і R3 до 2-3 кому й використовувати електролітичний конденсатор C1 на напругу не менш 16 в. R1 при цьому можна не ставити, тому що РЭС22 штука досить потужна й електроліт блоку живлення розряджається досить швидко.

У ланцюзі вимикача діє напруга 12 вольтів при струмі макс. 65 ma. Струми й напруги перехідних процесів не вимірялися.

Хотілося б звернути увагу на наступну особливість деяких реле (наприклад, того ж РЭС59). У них є електричний зв’язок між корпусом і контактною групою, тому при використанні такого реле необхідно подбати про ізолювання його корпуса від металевого корпуса UPS. Якщо цього не зробити, то при першім же включенні згорить запобіжник на 1А, розташований на платі UPS у ланцюзі вимикача. По зовнішньому вигляду цей запобіжник схожий на невеликий резистор або діод. Мені довелося впаювати туди звичайний скляний запобіжник вітчизняного (радянського) виробництва замість згорілого рідного. Реле РЭС22 позбавлене цього недоліку.

Відомі недоліки схеми

Те, чого дозволяє досягтися пристрій, сказаний вище. Плюсом схеми також є її гранична простота й дешевина, тому що вона збирається із широко розповсюджених, доступних і дешевих деталей і для її складання не потрібно гарних знань, навичок і багатого досвіду складання/налагодження електронних схем.

Очевидним мінусом схеми є те, що вона підключається до виходу UPS як навантаження (комп’ютер) і тому корисна вихідна потужність UPS небагато знижується. Наколько саме, я сказати не можу, тому що не вимірював потужність моєї схеми. Але величина цієї втрати досить мала ( у мене на Ups’е висять 2 комп’ютера з моніторами й помітного зменшення часу роботи від батареї я не помітив). Тем, для кого це критично, можна порадити точний розрахунки споживаних струмів реле, светодиодов, потужності трансформатора, його обмоток і його самостійне виготовлення для того 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 зневажити. Якщо 3-я нога порту для чогось необхідна, то можна або взагалі відмовитися від светодиода VD2, або використовувати 6 ногу порту. Правда в другому випадку прийде підключати VD2 через електронний ключ (інвертор) на транзисторі, тому що логіка роботи 6-й ноги обратна логіці 3-їй (коли живлення 220У в нормі земля, збій – обрив).

Недоліком також є те, що светодиод VD1 на наведеній схемі насправді показує не стан UPS (включений/виключений), а наявність якоїсь напруги на реле. Це приводить до того, що светодиод може ще світитися, хоча реле вже відключилося й навпаки ( залежно від використовуваного реле, светодиода й резистора R2). Виправити цей недолік можна введенням другої контактної групи реле в ланцюг светодиода. Тут реле РЭС59 уже не годиться, тому що в нього тільки одна контактна група. Можна використовувати РЭС22, у якого 4 групи. Строго говорячи, при цьому розв’язку теж можливі тимчасові відхилення, тому що контактні пари в електромеханічних реле рідко спрацьовують строго одночасно, але це вже відмінності іншого, набагато меншого порядку й помітити їх «на око» практично неможливо.

Правильно зібраний пристрій при справних деталях не має потреби в якому-небудь настроюванні й починає працювати відразу після включення. На жаль, надати фотографії готового пристрою не можу через брак у мене можливості перегнати їх у комп’ютер.

 Цей пристрій я зібрав 2 з невеликим роки тому. Воно працює нормально й донині.
По ідеї, у такий же спосіб можна доробити будь-який Back UPS, але я допрацьовував свій Back UPS 600I.

Список використовуваних джерел

1. UPS FAQ Сергія Полубарьева (http://ups.miem.edu.ru/ups_faq0.html)

2.KnowledgeBaseна сайті фірми APC (http://www.apcc.com/support/answers.cfm).