A DELPHYS UPS ÁRAMKÖREI

UPS technika. Villamos hálózatok zavar analízis vizsgálata. Termikus mérések. Mérésszolgáltatás.

1

A DELPHYS UPS ÁRAMKÖREI. Ver.: 1.0 Készült: 2001.12.03.

Ellenőrizve: 2001.12.03.

Utolsó módositás: 2006.06.19. Fotó csere.

1. Rajzszám:

POWER SUPPLY áramkör. E311533 Oldal jel 1-2-3-4-5-6

Verzió:

FU100

Blokk azonositójel: ( E 311533 rajz alapján.)

AC

XC3

DC

XC4

XC1 XC5 RP1

XC2 Az FU100 Power Supply áramkör.

1.1. Funkció: * *

Kapcsolóüzemű tápegység az elektronika tápellátásához. Kb. kHz U_RED ( AL_VAC_LOST ) ~AC tápfeszültség vesztés ellenőrzőjel adása.

2-3 2 / B22

* * * * * * * *

.+15V_SMPS segéd tápfeszültség az UC3845 számára. ( + 5V_SMPS ) .+16V_REG szekunder oldali szabályozott tápfeszültség. . -16V_REG szekunder oldali szabályozott tápfeszültség. ( + 7915 ) . - 1V_REG szekunder oldali tápfeszültség. AL_+15V az UPS elektronika számára. AL_ -15V az UPS elektronika számára. .+ 5V_SMPS segéd tápfeszültség a D1-A D flip-flop STOP jelgenerálásához. .+ 4,096V_REF segéd tápfeszültség az N3-A számára.

3 3 3 3 3 3 3 3

* * *

.+/- 16V feszültség emelkedés védelem, optós STOP-jel generálással. .+/- 16V feszültség csökkenés jelzésadás, és fogadás, AL_REDUND_LOST. .+400V feszültség emelkedés védelem, optós STOP-jel generálással.

4 / D24 4 / D24 4 / D24

* * * *

AL_VAC_LOST ~AC tápfeszültség vesztés optós hibajel adás. AL_VDC_LOST DC tápfeszültség vesztés optós hibajel adás. AL_VDC_MAX DC feszültség MAXIMUM hibajel optós kimenettel. AL_VDC DC feszültségellenőrzőjel mérési célra DC/PWM konverzióval.

5 5 5 5

INVERTER Szervíz Kft. * 1221. Budapest, Panoráma u. 31. Tel./ Fax : 226-7530 * E-mail : [email protected]

/ E09 / E17 / C21 / C17 / E26 / D26 / D03 / E09

/ C20 / D20 / E19 / B21


2

1.2. Biztositó elemek: F1

2 / B15

Primér oldali biztosító elem. Értéke: 2,5A

1.3. Vizuális elemek: VL1

led

zöld szin

+/- 15V OK ( +30V )

3 / E21

VL2

led

zöld szin

UC3845 tápfeszültség, avagy F1 biztositó.

3 / C06

AL_VDC_MAX ( LOST ) referencia állitás

5 / E07

1.4. Beállitó elemek: RP1

potmeter

10k

nincs beültetve

1.5. Csatlakozó elemek : (a vastagon jelölt csatlakozási pontok vannak használva) INPUT jellegnél : a "HONNAN érkezik", mig az OUTPUT jellegnél a "HOVÁ megy" a jel van feltüntetve. Jele

Csatl.pont

Rajzjel

XC3 MASKON 4p

1 2 3 4

P_VR1_L12+

Funkció

Hálózati vonali feszültség

P_VR1_L12-

Hálózati vonali feszültség

Jele

Csatl.pont

Rajzjel

Funkció

XC4 MASKON 4p

1 2 3 4

P_VD+

Akkumulátor. Pozitiv oldal.

P_VD-

Akkumulátor. Negativ oldal.

Honnan/Hová

Jelleg

Található

T31/XC3

INPUT

2 /DE01-05

T31/XC3

INPUT

2 /DE01-05

Leválasztó transzformátor-T31

Honnan/Hová

Jelleg

Található

F10/XC4

INPUT

2 /CD01-05

F10/XC4

INPUT

2 /CD01-05

Kismegszakitó-F10

Jele

Csatl.pont

XC1 FLAT 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Rajzjel

Funkció

AL_+15V .+15V az elektronika számára. AL_ -15V . -15V az elektronika számára. AL_+15V .+15V az elektronika számára. AL_ -15V . -15V az elektronika számára. AL_+15V .+15V az elektronika számára. AL_REDUN_LOST .+/-16V MIN hibajelzés AL_+15V .+15V az elektronika számára. AL_VAC_LOST AC tápvesztés jelzés. AL_+15V .+15V az elektronika számára. AL_VDC_LOST DC MIN hibajelzés. AL_+15V_MEASURE AL_VDC DC feszültség "analóg" mérőjel. AGND Tápegység szekunder nulla. AL_VDC_MAX DC MAX hibajelzés. AGND Tápegység szekunder nulla. BATT_EARTH_LEAK+ AGND Tápegység szekunder nulla. BATT_EARTH_LEAKAGND Tápegység szekunder nulla. BATT_ENABLE_EARTH_LEAK

Honnan/Hová Jelleg XC1/ FU300 OUTPUT XC1/ FU300 OUTPUT XC1/ FU300 XC1/ FU300 XC1/ FU300 XC1/FU300 XC1/ FU300 XC1/FU300 XC1/ FU300 XC1/FU300 XC1/FU300 XC1/FU300 XC1/ FU300 XC1/FU300 XC1/ FU300 XC1/FU300 XC1/ FU300 XC1/FU300 XC1/ FU300 XC1/FU300

OUTPUT OUTPUT OUTPUT I/O OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT INPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT INPUT

Található

3 / E 25 3 / D 25 3 / E 25 3 / D 25 3 / E 25 4 / D 23 3 / E 25 5 / C 20 3 / E 25 5 / D 20 3 / A 25 5 / B 21 2 /CE13-21 2 /CE13-21 2 /CE13-21 2 /CE13-21 2 /CE13-21 2 /CE13-21 2 /CE13-21 2 /CE13-21

A + / - tápfeszültség az FU300 XC17 és XC18 csatlakozójára megy, miután két FU100-unk van.



Funkció

Jele

Csatl.pont

Rajzjel

XC5 FLAT 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

P_VDC+

INPUT

P_VDC-

INPUT

AL_+15V AL_-15V BATT_ENBL_EARTH_LEAK AGND BATT_EARTH_LEAK+ BATT_EARTH_LEAK-

Honnan/Hová

3 Jelleg

OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT INPUT INPUT


Található


1.6. A kapcsolóüzemű tápegység működése. E311533 1-2-3-4-5-6 - ábra részletek alapján magyarázva.

A 2/6-os rajzrészleten a tápegység INPUT oldali megtáplálás módját láthatjuk. CONNECTORS AND AC INPUT RECTIFIER. A tápegység kettős betáplálást kap. Részben az L1-L2 fázisok vonali feszültségét a T31 transzformátoron keresztül, mint váltakozó feszültséget. Az egyenirányítást a VD106-107-108-109 diódákkal felépített Graetz-kapcsolás végzi. A VD14 dióda, a pozítiv kimenő ágban, a DC tápfeszültség AC oldalra történő visszahatását szünteti meg. Leválasztó hatása révén a magasabb értékű táplálási irány fog dominálni.

narancs

F1 F2 AC

piros OUTPUT oldal

F10 F11 DC

A T31 transzformátor a primer oldalon az F1-F2 biztositókkal választható le a váltakozóáramú hálózatról. A váltakozó feszültség becsatolása az XC3 MASCON csatlakozó segítségével történik. Értéke 215VRMS az a1-b1 sorkapocs pontokon, a kapocs tábla alapján.

A DC tápfeszültséget az egyenirányító kimenetéről vesszük, az F10-F11 kismegszakítókkal szakaszoljuk, majd az XC4 MASCON csatlakozóval csatoljuk be az áramkör számára. ( Lásd még az AFF 210101 005 főáramköri rajzrészletet is.) Az értéke 405…409Vdc.

Táplálási irány

215V

T31 a1 b1

Primer

Sec

Az FU tápegység áramkörök szükség szerint duplikálhatók, ami párhuzamos input oldali megtáplálásukat jelenti. Alap felállás szerint a DELPHYS UPS két FU100 tápegység áramkört tartalmaz. Bár mindkét áramkör XC1 kimeneti csatlakozója az FU300 központi belső interface áramkörre megy, itt azonban elkülönűl a további felhasználásuk. Az egyik tápegység un általános rendeltetésű ( XC18 ), míg a másik az inverter áramkörei mellé ( XC17 ) van rendelve. ( A boardok általános architecturája alapján tett megállapítás.)

A DC tápfeszültség szempontjából a VD15 dióda lát el leválasztó szerepet, a Rectifier kimenet felé történő visszatáplálást elkerülendő. A két táplálási input irány közösített egyenáramú ágában találjuk az F1 = 2,5A-es gyorsbetétet, ami a VM1 = 1N100 nagyfeszültségű kapcsoló FET tranzisztort és általában a tápegység primer oldalát védi. A biztosító betétet egy L-C szűrőtag követi, majd két, viszonylag nagykapacitású pufferkondenzátor következik ( 220uF 315V ). Ezek sorba vannak kötve. A földpont jele : 0V_CONT, a pozítiv táppont jele : U_CONT. A kondenzátorok közös pontja egy felezőpont, ahol fél tápfeszültség áll elő, aamit U_CONT_DIV_2 módon jelölünk.

A Graetz dióda pufferolatlan kimenetéről elviszünk egy U_RED jelet az 5/6-os számú rajzrészletre, ahol egy áramkör segitségével az AC hálózat érzékelésére használjuk fel. ( AL_VAC_LOST )


4


5

A 3/6 -os rajzrészlet a tápegység oszcillátor áramkörével foglalkozik. CHOPPER AND REGULATION. A tápegység lelke az UC3845 IC-re ( N12-A ) épülő oszcillátor. Időzítő elemei a 4.lábra csatlakozó C24 és R53 elemek. A DIGYS POWER SUPPLY áramköre az UC sorozat 3844-es tagját használja. A különbség a tápfeszültség hiszterézis, illetve a oszcillációs jel kitöltési tényező értékében mutatkozik.

UVLO thresholds ( V )

ON OFF

IC tápfeszültség MAX/MIN érték

Duty cycle ( a jel kitöltési arány változhat ) Amennyiben az R53 elem > 5k

UC3842 / 3844 16 10

UC3843 / 3845 8,5 7,9

0 - 100%-ig

0 - 50%

értékű, akkor a jelfrekvencia az alábbi összefüggéssel számítható :

f = 1,72 : ( R53 x C24 ) = 1,72 : ( 16,9k x 470pF ) = 216kHz

? MAX 500kHz

Ami az oszcillátor működését illeti : A VFB feszültség hibajel erősítő "-" bemenet konstans módon a 0V_CONT pontra ( primer GND ) van kötve, ami miatt az erősítő túlvezérlődik. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy az IC OUT pontján ( 6 ) maximális szélességű impulzusjel jelenik meg, ami 50%-os jelkitöltési tényezőt jelent. A szekunder oldali feszültség szabályozása a VFB jel változtatása révén itt tehát nem lehetséges. A másik szabályozási mód a CURRENT SENSE COMPARATOR COMP bemenetének igénybevételét jelenti. Itt látszik is egy optócsatolós visszacsatolás. Mielőtt azonban ezt megvizsgálnánk, térjünk ki az UC 3845 IC tápfeszültség ellátásának kérdésére. Az U_CONT ponton ( 3/6-os rajzrészlet C 11-es mező ) +400V körüli feszültséget kap az R71-R73R74-R82-UC3845 IC ( 7.láb ) soros kör. A kör alsó, lezáró tagja maga az UC 3845-ös elem, ami az IC 5-ös lábon keresztül záródik a 0V_CONT pont felé. Tokon belül tartalmaz egy határoló zéner diódát ( 34V ), az esetleges magas tápfeszültség ( MAX 30V ) elleni védekezés gyanánt. Az áram a VL2 leden keresztül folyva vizuális jelzési lehetőséget biztosít az IC tápfeszültség meglétével kapcsolatban. Egyben azt is jelzi, hogy az F1 betét ép. A berendezés bekapcsolásakor a tápegység főköre az AC oldalról kap + U tápfeszültséget, ami az R71-R73-R74-R82-UC3845 IC körben hajtott áram révén, lehetővé teszi az oszcilláció beindulását. Az áram kb.:( 400V-34V-1,6V ) : ( 4 x 46,4k ) = 1,96mA > mint az elem low start-up current adata. A későbbiek során az IC tápfeszültség ellátását "figyeli" a TS1 impulzus transzformátor 5-6 pontjairól nyert, stabilizált segéd tápfeszültség. Az impulzus alakú feszültséget VD9-el egyenirányítva, egy 7815-ös stabilizátor IC-t ( N9 ) hajtunk meg, aminek a kimenetén fix +15V tápfeszültséget nyerünk. ( +15V_SMPS ) Ezt a VD11 diódával vezetjük az UC3845 elem 7-es pontjára. Ez utóbbi dióda azonban nem fog tudni vezető állapotba kerülni, mert katódja +34V-on van. Ez egy "biztonsági" áramút. A különböző feszültségszintek melletti SMPS jelölés arra utal, hogy az oszcillátor primer körében vagyunk. Láthatóan a szekunder kör galvanikusan leválasztott. A szükséges visszacsatolás optós úton valósul meg. Térjünk vissza az UC3845 elemre. Az OUT jele a VM1 FET tranzisztort vezérli, aminek az emitter körében sönt ohmokat, R55-R56 és R58 ($) láthatunk. Az R55-R56 elemekkel kiadódó MAX FET áram értéke :

ahol :

IMAX = 1V : 0,5 = 2A az 1V az UC3845 ISENSE bemenet által limitált érték, míg a 0,5 az R55-R56 elemek párhuzamos eredőjeként adódik.



6

A kapcsolási rajzon a VM1 FET fölött látható szaggatott vonal, valamint az E4 jelölés arra utal, hogy az elem hűtőbordára van szerelve, és etekintetben a 4-ik a "sorban". A TS1 impulzus transzformátor primer oldalán, a kapcsolási folyamat szűlte "booster" feszültséget a VD10-R59 elemek "zárják rövidre". Az impulzus transzformátor szekunder oldalán ( jobb oldal ) két tekercset találunk a +16 és -16V-os tápfeszültségek előállításához. Az impulzus feszültségeket a VD6-VD8 diódák egyenirányítják. A diódák utáni feszültségeket, mint szabályozott feszültséget, REG jelöléssel illetjük, bár magát a szabályozási folyamatot még nem látjuk. A + oldal tápfeszültsége a +16V_REG. A negatív oldalon a -16VC_REG előállításához még az N1 ( 7915 ) stabilizátor IC-t is felhasználtuk. Ez utóbbira a szabályozási kör felépítése szempontjából van szükség. Feltehetően a negatív oldal 18 …20V körüli impulzus feszültséget szolgáltat, ami szükséges a 7915 IC meghajtásához. A stabilizátor IC kimenetét R4-R5 osztó terheli, aminek R5-ös tagján : UR5 = [ -15V : ( 1500 + 100 )] x 100 = 0,9375V feszültség esik. Ha ezt a pontot tekintjük az N1 elem GND pontjának, akkor az AGND-hez képest a stabilizáló elem 15V + 0,9375V = 15,9375V feszültséget állít elő. A +16V és a -16V meglétét a VL1 led jelzi. A led körébe egy 15V-os zéner is be van építve, ezért a led megfelelő fényerejű világításához az abszolút 30V értékű tápfeszültségre szükség van. A szekunder oldali feszültség szabályozhatósága miatt a +16V-os oldal tekercs NULLA pontja nincs közvetlenül összekötve az AGND ponttal, aminek a -16V-os oldal 12-es tekercspontját tekintjük. A pozitiv oldal 13-as tekercspontját egy ellenállásháló köti össze R6-R7-R10-R12-R14-R16-R19-R112 az AGND ponttal. Ezt azt jelenti hogy a +16V-os tápfeszültség kimenete az R1-R2-R3 elemeken és a háló ellenállásain át záródik vissza, mintegy hiba feszültséget ejtve az utóbbin, amit szabályozó jelként használhatunk azáltal, hogy az N3-B erősitőre vezetjük, ahol összehasonlítjuk az AGND referenciajellel. 14

VD6

+16V_REG

VD1

+15V_REG

áram irány

TS1

C1+C2+C6 Usec

13-14

R1 R2 R3

13 - Uháló Rháló 0,1 + virtuális nulla

AGND

AGND - hibajel

A szabályozás hibajelének keletkezése.

Minél kisebb az Rháló eredő értéke, annál pontosabban lehet követni a megkívánt 16V-ot. Az ábra alapján látható, hogy az AGND jel a hibajel feldolgozás szempontjából virtuális NULLÁ-nak tekinthető, ezért a hibajel negatív előjelű lesz. Amint a hibajel AGND-hez képest elkezd nőni, az N3-B hibajel erősítő kimeneti jele +U irányába változik. Az erősitési tényező értéke : Au = R18 / R17 = 43,2k : 1,5k = 28,8



A pozitív hibajelet a VD4 dióda csatolja az N3-A komparátor IC + bemenetére. A VD4 dióda vezető állapotú, ha zárni kell a visszacsatolókört, illetve szakadt, ha a szabályozás hiba jele a hiba határon belüli érték. Az N3-A komparátor pozitív bemenetén, szakadt visszacsatolókör mellett, +15V_REG -ről történő előfeszítés eredményeként hat jel, amely : UR32 = [ +15V : ( R111+R11+R15+R13+R23+R32 )] x R32 = + 4,089V A komparátor másik bemenete + 4,1V-os referencia feszültségen van, amit a +15V_SAFE feszültségről meghajtva az N4-es referencia elemmel állítunk elő. A +15V_SAFE feszültség gyakorlatilag azonos a +15V_REG feszültséggel, közöttük egy VD21 diódányi feszültségkülönbség van. Nyitott szabályozási kör esetén tehát az N3-A komparátor kimenete L-szintű ( vagy szakadt.) Ha a hibafeszültség nő és ennek eredményeként VD4 vezető állapotba kerül, akkor +U irányába felhúzza az N3-A komparátor + bemenetén ható jelet, azaz "elmetszi" a + 4,1V-os referenciát. A komparátor kimenetén + feszültség jelenik meg, ami az N5 optó primér körének gerjesztését eredményezi. Záródik a kimeneti tranzisztor kollektora a 0V_CONT felé, azaz 0V-ra húzza az UC3845 COMP bemenetét. Ez a CURRENT SENCE COMPARATOR révén tíltja az UC3845 elem kimenő impulzusát, a VM1 FET tranzisztor kikapcsol. Csökkeni fog a hibafeszültség, ezért N3-B kimeneti feszültsége negatív irányba változik, VD4 dióda lezár, az N3-A komparátor visszabillen alapállapotba, amikor is a kimenetén L-szint (vagy szakadás) alakul ki. A COMP bemenet magára marad, az oszcilláció ismét beindul. A szabályozási hatás "digitális" úton valósul meg azáltal, hogy a visszacsatolókör vagy szakadt, vagy pedig "rövidzárként" viselkedik. A szabályozási kör zárásában az N3-A komparátornak van "vezér" szerepe. Azt is tudjuk az előzőek alapján, hogy a szabályozási kör visszazárása blokkolja az oszcillációt. Ezen a ponton kell megemlíteni az AL_+15V_MEASURE logikai jelet, amit a 3/6 ábrarészlet A26 mezejében találunk meg, mint digitális INPUT jelet. Először is : az AL_+15V jel gyakorlatilag azonos a +15V_REG, a szabályozás eredményeként előállított tápfeszültséggel, "közöttük" csak egy L-C szűrőtag van. ( Lásd még a 3/6 D-E 25-ös mezőt.) Végülis az áramkör kimenő jeleként kezelhető, ami tovább megy a GENERAL INTERFACE áramkörre. Pillanatnyilag nem érdekes, hogy hogyan történik, mindenesetre fogadjuk el, hogy a központi vezérlés minősíti az AL_+15V tápfeszültséget, és annak hibája esetén, az AL_+15V_MEASURE csatornában egy logikai H-szintű jelet küld a POWER SUPPLY áramkörre. Miután ez közvetlenül hat az N3-A komparátor R11-es ellenállásán, kihagyva az R111-et, ezért az osztó R32-es tagján, pozitív irányba meg fog emelkedni a feszültség, ami egy "metszést" eredményez a + 4,1V-al. Azt már tudjuk, hogy ez az oszcilláció blokkolásához vezet. Igy működik a +15V-os feszültséghiba védelem a központi vezérlés felöl. Még egy segéd tápfeszültségről kell megemlékeznünk. Nevezetesen a + 5V_SMPS -ről. A betű kiegészítésből tudjuk, hogy ez a feszültség a primer oldalon lesz használatos. Az UC3845 IC tápfeszültség előállítására használt N9 stabilizátor elem +15V-os feszültségéről hajtjunk meg az N15 referenciaelemet, ami + 5V-ot állít elő. Az UC3845-ös IC oszcillációját, a COMP bemeneten keresztül, még egy másik jel, a STOP jel is képes bénítani. Erről azonban a későbbiekben lesz szó. Megállapíthatjuk, hogy egyetlen tápfeszültség kimeneti csatorna sem tartalmaz olvadó biztosítós védelmet. Az elektronikus áramhatárolás lehetősége fennáll, ha a szabályozási kör erre fel van készítve.


7


A 4/6-os rajzrészlet a tápegység feszültséghiba detektálását végző áramkört mutatja. POWER SUPPLY FAILURES DETECTION A tápegységnek ez a részáramköre négy jellemző alapján generál egy STOP jelet az UC3845 IC oszcillációjának blokkolására. Az egyes jellemzők az alábbiak : * * * *

+16V_REG tápfeszültség hiba. -16V_REG tápfeszültség hiba. U_CONT DC közbülső köri feszültség növekedés. AL_REDUND_LOST, párhuzamos FU100 áramkör elvesztése.

Vegyük sorra az egyes lehetőségeket.

+16V_REG A szabályozott tápfeszültség egy ellenállás osztóra kerül, melynek elemei : R24-R30-R33-R38-R36. Az R36, valamint az R36+R38 ellenállásokról feszültséget csatolunk az N2-D és az N2-A komparátorok egy-egy bemenetére. Ugyanezen komparátorok másik bemenete REF feszültséget kap, amit a 3/6-os rajzrészlet N4 referencia elemével állítottunk elő. ( + 4,096V ) Az ellenállásosztó elemein a következő, összehasonlítandó feszültségszintek állnak elő : Iosztó = +16V_REG : ( R24+R30+R33+R38+R36 ) = 47,1mA UR36 = 47,1mA x 82,5k = + 3,886V UR36+R38 = 47,1mA x ( 82,5k + 15,4k ) = + 4,611V UREF = + 4,096V + 4,611V REF

+ 4,096V + 3,886V

Feszültség csökkenés N2-A

Feszültség növekedés N2-D

Érdemes még észrevenni azt, hogy a STOP jelgenerálás szempontjából csak az N2-D komparátor kimenőjele hatásos, míg az N2-A komparátor kimenetét AL_REDUND_LOST jel néven elvezetjük a GENERAL INTERFACE felé. Ugyanakkor ez a pont I / O kettős funkciót tölt be, ugyanis nem csak állapotjelet ad ki, hanem fogad is. Ha a jel "befelé jön" az áramkörre, akkor a VD5 dióda révén fog tudni becsatolódni a STOP jelet adó áramkörbe. A saját MIN feszültséghiba nem eredményez STOP jelet közvetlenül. N2-A open kollektoros kimenetű, ezért a bejövő AL_REDUN_LOST jel nem bántja az IC kimenetet. Egyelőre azonban térjünk vissza a komparátor áramkörök vizsgálatához. Az N2-D elem a tápfeszültség növekedését jelzi, míg az N2-A a tápfeszültség csökkenésekor billen. Tételezzük fel, hogy a tápfeszültség értéke névleges. Ekkor az N2-D kimenőjele H-szintű ( vagy szakadás ), ezért az N6 optó primer köre gerjesztetlen. Az N2-A elem kimenőjele szintén H-szintű ( vagy szakadás ). A komparátorok LM339 IC-vel vannak megvalósitva, ami nyitott kollektoros kimeneti tranzisztort tartalmaz, ezért a kimeneteken a H-szintű állapothoz szakadás, azaz nem vezető állapotú tranzisztor tartozik. Tételezzük fel, hogy a tápfeszültség értéke elkezd nőni. Elméletileg az N2-D komparátor kimenet akkor billen át, amikor a bemenetei feszültség különbsége 0V-vá válik. Ebből a feltételezésből adódóan : +16V : MAX = 3,8858V : 4,096V MAX = +16,8655V a +16V_REG feszültség +16,8655V-ig emelkedhet STOP jel generálódás nélkül, ami 5,43%-os változásnak felel meg. A kimenetén átbillenő komparátor gerjeszti az N6 optó primer körét. Az optó szekunder oldala egy élvezérelt D flip-flop áramkört hajt meg. ( D1- A tervjelű IC. )


8


9

A D flip-flop két, az órajeltől független bemenettel rendelkezik, melyek a Set, illetve a Reset bemenetek. Mindkét bemeneten az L-szintű jel a hatásos, tehát az S = L-szint mellett Q = H-szint, míg R = L-szint esetén Q = L szint alakul ki. A Set bemenet beírás, a Reset bemenet törlés funkciót tölt be, az órajeltől függetlenül. ( Un. PRESET = előbeállító bemenetek.) A flip-flop "feltétel" bemenete a D-jelű bemenet. Ennek H-szintű jelet kell kapnia ahhoz, hogy a CLK bemeneten ható órajel a Q ( Q ) kimeneten állapot változást tudjon létrehozni. ( CLK = CLocK ) A tárolóelem bemenetein, +16V-os, azaz JÓ tápfeszültségérték mellett, az alábbi statikus jelek mérhetők : Set Reset D CLK

+ 5V_SMPS = H-szint Nem állítja a kimenetet "sehová sem". R85-R86-C40 révén H-szint. R86 = 0 . Nem állítja a kimenetet "sehová sem". + 5V_SMPS = H-szint Az érkező órajel hatásos lehet. "Várva van". R90 révén 0V_CONT = L-szint Ponált élre, H -ba történő jel felfutásra billen.

OKÉ

S H

R H

D H

NO

H

H

H

Figyelt tápfeszültség érték időpillanat

tn

+16V

tn+1

+17V

CLK L L

H

Q H H

L

A flip-flop Q kimenőjel változása a D2- A NAND / Schmitt-trigger áramkörre kerül. A kapu áramkör "feltétel" bemenete a 2.láb, ami NORMÁL állapotban, az N14- A komparátor révén, H-szinten van. A STOP csatorna D2- A - VM2 kimeneti aktív elemeinek jel változása a működés során :

Állapot

D2-A

időpillanat

tn

OKÉ

tn+1

NO

1.láb Q H H

L

2.láb N14- A H H

OUTPUT FET L L

H

STOP X L

Ha most visszakanyarodunk az UC3845 áramkört tartalmazó 3/6-os lapra, akkor láthatjuk, hogy az IC COMP bemenetén ható jel blokkolja az oszcillációt, azaz leállítja a tápegység működését. Ha tehát a tápfeszültség értéke +16,8655V fölé nőne, az áramkör leállítja a saját működését.

AL_REDUN_LOST : A leépülő táp bebillenti a csökkenésre érzékeny N2-A komparátort, amivel is AL_REDUN_LOST hibajelet generál. Ez a jel, a párhuzamosan fogott tápegységek egyikének kieséséről informálja a központi vezérlést. Ha a tápegység egyedül dolgozik, akkor ennek a jelzésnek nincs sok értelme. A jelzés megszületését kiváltó szélső hibaeset az F1 biztosító szakadása.

U_CONT : A főköri tápfeszültségül használt U_CONT, +400V-os INPUT feszültség megemelkedése esetén is lehet blokkolni az UC3845 oszcillációját. A P_VDC feszültség figyelése, ami gyakorlatilag azonos az U_CONT feszültséggel, az 5.lap áramköreivel megtörténik, mint majd látni fogjuk. Ezért az U_CONT feszültség önálló figyelése, egyrészről az AC oldal biztosítását, másrészről pedig kettős védelem nyújtást eredményez. A közvetlen beavatkozás az N14-A komparátor révén valósul meg, aminek kimenőjele a NAND kapu "feltétel" jeleként van használva. A komparátor vezérlő bemenete a "-" INPUT pont, ami R91-R87-R69 révén U_CONT tápfeszültségről van előfeszítve. Az R69 elemen előálló vezérlő feszültség, névleges állapotban : UR69 = [ +400V : ( R91+R87+R69 ) x R69 ] = + 1,687V



10

A komparátor referencia bemenete a "+" INPUT pont, ami az R70-R72 osztó révén + 5V_REG-ről van előfeszítve + 2,5V-ra. A főköri feszültség emelkedésének mértéke, ahol a védelmi működés megtörténik ( ideális komparátort feltételezve ) : +400V : MAX = 1,687V : 2,5V MAX = +592V Ez igen magas érték, nyilván más védelem előbb meg fog szólalni. 500V-nál történő működéshez UR69 = 2,0V tartozna.

Visszakanyarodva még a D flip-flop áramköréhez : A főköri feszültség-hiba azon túl, hogy azonnal hat a NAND kapu 2-es bemenetén, még a tároló elemet is alaphelyzetbe hozza a VD20 dióda vezetésbe kerülésével. NORMÁL állapotban a dióda anód H-szintű, míg U_CONT hiba esetén a katód L-szintűvé válik, azaz a dióda vezető állapotba kerül és lehúzza az R bemenetet alacsony logikai szintű állapotba. Ez a továbbiakban nem engedi a flip-flop órajelre történő bebillenését, azaz rögzíti a Q = H szintű állapotot. A STOP jelgenerálás szempontjából ez talán közömbös működési lépés A másik érdekesség az elektronika bekapcsolásához fűződik. Azért, hogy a tápfeszültség felállás időszakában STOP jel ne generálódhasson, a C40-es elemmel L-szinten tartjuk az R bemenetet. A T = 0,7 x R85 x C40 = 0,7 x 100k x 100uF = 7sec kondenzátor töltődési időállandója : A CLK órajel L H felfutásában a nullából történő indulást a C41 kondenzátor eredményezte kezdeti rövidzár szavatolja.

Ami a feszültségszinteket figyelő komparátorokat illeti : Az LM 339 nyitott kollektoros kimeneti tranzisztorral rendelkezik. A különböző vezérlési lehetőségekhez tartozó kimeneti állapotokat az alábbi táblázatban foglaltuk össze : A vezérelt csatorna Vezérlőjel polaritás Kimenet állapot

+ INPUT pozitív szakadt

negatív vezető

- INPUT pozitív vezető

negatív szakadt

A -16V_REG feszültség változással kapcsolatos védelmi működés : A negatív oldali ellenállásosztó talppontja AGND helyett a + 4,096V_REF feszültségen van. Az osztó tagjai : R20-R35-R34-R31-R41 elemek. Az osztó árama : Iosztó = ( -16V_REG - 4,096_REF ) : ( R20+R35+R34+R31+R41 ) = 46,96mA UR34+R35+R20 = 46,96mA x 330k = +15,4968V Ez a -16V_REG AGND-jéhez képest - 0,5032V-ot jelent. UR31 = 46,96mA x 15,4k = + 0,7232V Ez a -16V_REG AGND-jéhez képest - 0,5032V + 0,7232V = + 0,2288V-ot jelent. UREF = AGND A -16V_REG feszültség negatív irányú növekedése a + 0,2288V-ot AGND felé közelíti. Határesetben az N2-C komparátor átbillen ( a pozitív bemenetén negatív jellel vezéreljük ) és negatív irányba változtatja az N6 optó katód potenciálját, amiért is az optó gerjesztődik. A -16V_REG feszültség negatív irányú csökkenésekor a - 0,5032V közelít az AGND ponthoz. Határesetben az N2-B komparátor kimenet billen át ( negatív bemenetén vezéreljük pozitív jellel ) vezető állapotba, azaz logikai értelemben vett L-szintre. A + / - oldal megfelelő komparátor kimenetei párhuzamosítva vannak.



Az 5/6-os rajzrészlet áramkörei a feszültség figyelés digitális hibajeleit állítják elő. VDC/VAC MEASURE. A rajz három részáramkört tartalmaz, melyek funkciója az alábbi : * AL_VAC_LOST jelgenerálás az U_RED feszültség ellenőrző jeleként. Alarm jel. * A közbülsőköri DC feszültség MAX és MIN értékeinek érzékelése. Alarm jel. * DC feszültségmérésre alkalmas, optikailag leválasztott mérőjel előállítás.

AL_VAC_LOST jel. Már találkoztunk vele, mégpedig a tápegység AC oldali, az L1-L2 vonali feszültségről történő megtáplálás vizsgálatakor. Az áramkört az ábra középső részén, a C-mezőben találjuk. A Graetz dióda pufferolatlan kimenetéről elviszünk egy U_RED jelet az 5/6-os számú rajzrészletre, ahol egy áramkör segítségével az AC hálózat érzékelésére használjuk fel. Az U_RED, mint az áramkör input jele, két pozitív előjelű félszinusz hullám lesz, ami az R99-R97-R66 soros körben áramot hajt a 0V_CONT ( primer oldali földpont ) felé. A lezáró elem az R66 ellenállás, amin hullámos un váltófeszültség állna elő, ha a vele párhuzamos C31 = 10uF-os kondenzátor nem lenne jelen. A pufferoló kondenzátor a jelváltozásba bevisz egy időállandót. T = 0,7 x R66 x C31 = 0,7 x 22,1k

x 10-5uF = 0,1547sec

Miután a két félszinusz csúcsértékei közti időtávolság 10msec, ezért ez a szűrés gyakorlatilag DC feszültséget fog eredményezni az N13-A IC " - " bemenetén. A hálózat kiesés érzékelés némiképp megkésleltetődik ezáltal.

UR66 =

230VRMS x 1,41 R66 = R99 + R97 + R66

325,7V0-PEAK 4,4424M

22,1k

= 1,62V0-PEAK

Az R67-R68 osztó által az R67 elemen, +5V_SMPS feszültségből előállított referencia jel UREF = +5V : ( 47,5k + 6,65k ) x 6,65k = + 0,614V A két jel az N13-A IC-vel megvalósított ( LM 358 ) komparátorra kerül, amely az R60 elem révén hiszterézises és az N8 optócsatolót hajtja meg. A hálózat jelenléte mellett az U_RED jel R66-ra leosztott és pufferolt értéke mindenkor > ,mint a REF jel, ezért a komparátor kimenet L-szintű, vagy szakadt. Hálózatkiesés esetén H-szintűvé válik, ami L-szintű AL_VAC_LOST jelet eredményez az optó szekunder oldalán. ( A jelölésben az AL az ALarm, a VAC a Volt Alternating Current, a LOST pedig a "vesztésre" utal. A jel negált módon történő jelölése a vezérlés számára hatásos jelszintet tünteti fel. Alatta a P2 azt jelenti, hogy a jel a 2-ik oldalon - PAGE - található meg, illetve oda távozik.)

AL_VDC_MAX / AL_VDC_LOST jelek. Az ábra felső részében látható a közbülsőköri DC feszültséget figyelő áramkör. A feszültség az R107-R110-R108-R63 osztóra van csatolva. Az osztó R63-as tagján, névleges állapotban keletkező vezérlőjel : UR63 = ( +400V : 248,77k

) x 1,27k

= + 2,042V

A vezérlőjel az N13-B és N14-B műveleti erősítőkből felépített komparátorokra kerül. Az N13-B a feszültség alsó szintjét, az N14-B pedig a felső szintjét figyeli. Mindkét korlát un. hardveres korlátként kezelendő. A referencia feszültségeket beállító osztó mindkét komparátorra nézve közös. Meghajtása a + 5V_SMPS "primer" oldali feszültségről történik.


11


Az áramkör nem tartalmazza az RP1 elemet. Az osztó tagjai : R65-R77-R76-R64-R61. Ezek viszont valamennyien megvannak. Tényleges értékeik ismeretlenek. A rajz alapján számítható referenciaértékek a következők : Iosztó áram = + 5V : ( 82,5k + 82,5k + 7,68k + 82,5k + 82,5k ) = 0,0148069mA UR61 = 0,0148069mA x 82,5k = + 1,22157V UR61+UR64+UR76 = 0,0148069mA x 172,68k = + 2,55685V Ezeket az értékeket a vezérlő jellel összevetve, kiszámítható a MIN / MAX VDC főköri feszültség : 2,042V : 1,22157V = 400V : MIN

MIN = +239,2889V

Az AL_VDC_LOST jel a tápegység DC feszültség vesztéséhez tartozó jel, ezt NE FELEDJÜK. 2,042V : 2,55685V = 400V : MAX

MAX= +500,852V

A komparátor kimenetek a hiba állapot felléptekor egy-egy optó elem primer oldalát gerjesztik : N10 és N11-ről van szó. A szekunder oldalon az aktív jelszint az L = AGND lesz.

AL_VDC jel. Ez a csatorna a közbülsőköri DC feszültségről szolgáltat ellenőrzőjelet mérési célból. Itt egy analóg jelátvitelt kell megvalósítani, hogy az ellenőrzőjel hűen követhesse a főköri DC feszültség változását. Ugyanakkor galvanikusan szét kell választani a mért kört a feldolgozó áramkörtől. Hogyan valósul ez meg ? A feszültség ellenőrzőjel az R109-R106-R100 osztó révén az R100 elemen áll elő. Értéke : UR100 = ( +400V : 623,32k

) x 3,32k

= + 2,1305V

Az N16-A műveleti erősítő egy feszültségkövető kapcsolás, 1 : 1 -es erősitési tényezővel. A kimenetén megjelenő jel egyrészt arányos módon, az R102 elem révén, másrészt differenciált módon, az R104-C45 elemek segítségével van csatolva az N16-B differenciálerősitő bemeneteire. Az arányos úton csatolt jel folyamatosan jelen van az erősítő negatív bemenetén, míg a differenciált módon csatolt jelnek csak a változásai jutnak el a pozitív bemenetre. Statikus állapotban ez a bemenet a C45 kondenzátor felől szakadást lát, ezért a potenciálja "lebegővé" válik. Ebben az állapotban az N16-B hibajelerősítő mindenképpen túlvezérlődik, hiszen a bemenetei között feszültségkülönbség működik. Kimenetén negatív irányba változik a feszültség, amit a D2-B NAND áramkör logikai L szintként értelmez. A NAND áramkör output pontján H-szintű jel lesz jelen, amit az R105 elemmel visszacsatolunk a hibajel erősítő pozitív bemenetére. Ez a jel mindenképpen pozitívabb, mint a hibajel erősítő negatív bemenetén működő, a VDC feszültséggel arányos ellenőrzőjel, ezért az N16-B elem bemenetein előjelet vált a feszültség különbség. Az erősítő kimenete a pozitív irányba fog túlvezérlődni, ami azt eredményezi, hogy a D2-B NAND áramkör kimenetéről logikai L-szintű jelet csatolunk vissza az N2-B elem pozitív bemenetére, amiért is annak bemenetein ismét előjelet vált a feszültség különbség, a kimeneti feszültsége negatív irányba változik, és így tovább. Itt kialakulni látszik egy lengő állapot. A D2-B elem kimenetén egy impulzusjel jelenik meg, TTL jelszinttel, ahol a pulzus szélessége hordozza az analóg ellenőrzőjel értékét. ( PWM jelet állítottunk elő.) Egy statikus ellenőrzőjelhez tartozó impulzus szélesség az N16-B és a D2-B elemek billenési idejének a függvénye. Az R103 ellenállással a vezérlő feszültség ellenőrzőjelre nézve, egyfajta pozitív visszacsatolását hoz-


12


zuk létre, érdekes módon nem közvetlenül az erősítő kimenetéről, hanem a NAND kapu áramkört is beleértve. A visszacsatolás a billenést határozottabbá teszi. Egy állandósult állapotbeli működést összefoglalóan a következőképpen lehet leírni : A feszültség ellenőrzőjel elindít egy billenési folyamatot, amit az R105 elemmel megvalósított visszavezetés ellentétes állapotúvá változtat. Ily módon egy folyamatos billenési kényszerhelyzet áll elő, azaz egy oszcillációval állunk szemben. Ezt a kvázi egyensúlyi állapotot megváltoztatja, ha az ellenőrzőjel értéke módosul. Nézzünk egy ilyen átmeneti állapotot. Tételezzük fel, hogy a VDC feszültség megnő. A jelváltozás az R104 = 100 kis értéke, valamint a C45 kondenzátor differenciáló hatása miatt, gyorsan és mintegy felnagyítva jelentkezik a hibajel erősítő pozitív bemenetén, az előző kapcsolási állapotának a megváltoztatására kényszerítve. Ezt követően érkezik meg a tényleges mérőjel az R102 = 3,32k -on keresztül a negált bemenetre és indítja el az új ellenőrzőjelhez tartozó billenési folyamatot. A C45 kondenzátoron érkező impulzust mintegy RESET jelként is értékelhetjük. Hatása gyorsítja a változások észrevehetőségét. Az N16-B kimenetén fűrész feszültség állhat elő, ha ehhez elegendő idő áll rendelkezésre. Az R98-R95 osztó a NAND áramkör bemenetén korlátozza a H-szint értékét. Ha az N16-B CMOS elem, akkor az UR95 = [ +15V : ( 6,65k

+ 3,32k

)] x 3,32k

= + 4,9949V

A VM3 FET tranzisztor az N7 optó elemet hajtja meg, melynek jó impulzus átviteli adottsága kell legyen. Az optó tranzisztor AL_VDC jelét a GENERAL INTERFACE áramkörre csatoljuk további feldolgozásra.


13

A DELPHYS UPS ÁRAMKÖREI

Recommend Documents