Искрогасящая схемотехника американских ИБП

nabbla1 — 21.09.2025 Когда-то рассказал про искромётную схемотехнику ИБП CyberPower. Сегодня на очереди - бройлерный APC Back-Ups RS 1000:

Искрогасящая схемотехника американских ИБП

Мне его давным-давно отдали сломанный, типа "хочешь почини, хочешь разбери на запчасти, хочешь выкинь окончательно", первый подход к снаряду оказался напрасным - очевидных косяков не нашёл и отложил на когда-нибудь потом.

А тут брату перестало хватать обычного бытового ИБП на 500 ВА (на одном аккумуляторе 12 В 7 Ач, даже несмотря на то, что я туда поставил 9 Ач, притом неплохой, Delta HR), больно мощный комп, ещё и с APFC. Поэтому захотелось этого пациента на 1000 ВА всё-таки вернуть к жизни...

В этот раз ничего не сжёг, впрочем, до осциллографа руки так и не дошли. Очень помогла найденная на просторах интернета принципиальная схема. Есть там несколько интересных решений, о которых хочу рассказать.

Под катом много фрагментов схемы а ещё бонусный собак-улыбак по имени Раф, который гостил на даче.

Все ходы записаны, вот пост от 2016 года, когда я его принёс в очень подходящем пакете:

Искрогасящая схемотехника американских ИБП DSC_4220.JPG

Первым препятствием было то, что для него ожидался специальный аккумуляторный картридж из двух, RBC32, с хитрым коннектором на 3 вывода. Я тогда почему-то решил, что третий вывод - отвод от середины, чтобы эти аккумуляторы балансировались. В какой-то момент я присоединил туда два аккумулятора, собрал как-то на соплях. И обнаружил: инвертор работает, а вот просто от сети работать он не желает - пощёлкает релюшками и "с концами" переключается на батарейное питание.

Поскольку он был в таком вот состоянии "ни живой ни мёртвый", отправился в долгий ящик, до нынешней осени.

Внезапно нашёл принципиальную схему: https://disk.yandex.ru/i/63muYaH3Chft6w

Изучив её, я понял, что теория про отвод от середины аккумуляторной батареи несостоятельна, никакой балансировки не делается, впрочем, для свинца она не так уж и нужна, есть же и аккумуляторы для грузовиков, сразу на 24 вольта, безо всяких отводов - и ничего, работают.

Как мне показалось, третья нога тогда нужна для "обнаружения батареи", а может и какого-то общения с ней. Тут я в схеме путался, поскольку там часть элементов взята в пунктир, и что-то может быть напаяно, что-то нет, могут поменяться номиналы и пр. Поначалу я подумал, что вот подключение батареи:

Плюс, минус и некий "сигнальный", который по схеме идёт на первую страницу, там где микроконтроллер, вот сюда:

Взгрустнул было: может, потому он у меня не заработал? Но решил поискать распиновку этого самого батарейного блока RBC32 и внезапно на ebay нашёл такую картинку:

Хм: тонкий "сигнальный" провод тупо идёт на плюсовую клемму! Что противоречит схеме выше, где, чтобы как-то дать о себе знать, нужно замыкать на минус.

Наконец, решил глянуть повнимательнее на саму плату:

Семён семёныч! Всё-таки эти все клеммы, заключённые в пунктирную рамку на схеме, не запаяны, а используются вот эти:

На схеме не объяснили, зачем нужна эта клемма, а на шелкографии написано: pre-charge, "предзаряд". Я так понимаю, хитрый коннектор RBC32 сделан таким образом, что клемма минуса и этого предзаряда соединяются первыми, а плюсовая клемма - самую чуточку позже. Как результат, два конденсатора 3300 мкФ 35 В заряжаются от батарей через резистор 4,7 Ом, т.е пусковый ток около 5 ампер. Постоянная времени 30 мс, так что когда дойдёт дело до прямого соединения, выравнивание уже произошло.

И да, я это посмотрел "вживую" - если проигнорировать жёлтую клемму и подключить аккумуляторы просто к красной и чёрной - искра проскочит хорошая такая. А если сначала втыкнуть жёлтую, и только потом красную - всё совершенно тихо.

Другое дело, не до конца понимаю, неужели эта искра, проскакивающая эдак раз в 5 лет при замене батарей, так уж вредна? Полагаю, здесь они опасаются, что старая батарея сидела до победного, ей совсем поплохело и весь зарядной ток шёл на разложение воды на водород и кислород. И тут мы чуть ли не "на горячую" вынули старую батарею, всунули новую, при соединении она искранула - и случился бабах. В конце концов, правила, как "прикуривать" автомобиль от другого, тоже вроде бы не на пустом месте появились, там предлагают последним соединить минус, причём не на минусовую клемму, а на "массу", с этой же целью - чтобы искра проскочила подальше от аккумулятора, из которого мог выходить гремучий газ. Ну да, в первых автомобилях не было сколько-нибудь нормальной регулировки напряжения, аккумулятор всю дорогу "кипел", а потом в него доливали дистиллированную воду. ИБПшные аккумуляторы, вроде как, не должны такой фигнёй страдать - там и напряжение 13,6 В вместо 14,4, и все производители уверяют, что 99% кислорода и водорода должны рекомбинировать ещё внутри банок, что и делает батареи необслуживаемыми. Но кто их поймёт... Решили перестраховаться.

Заказал две аккумуляторные батареи по 9 Ач, а пока они едут, решил немного ещё поизучать принципиальную схему. Интересное управление релюшкой, которая переключает с сети на инвертор:

Одну релюшку я перечеркнул, т.к в данном конкретном ИБП её нет - там либо впаивается две релюшки под 110 вольт, либо одна с двумя группами контактов, под 220 вольт. Красным обвёл сигнальный провод, идущий с микроконтроллера, управляющий этой релюхой.

Самый очевидный путь, через который запитывается реле - от +24 вольта через выводы 1-3 диодной сборки D30, через обмотку реле и со стока на исток транзистора Q36. В установившемся режиме ровно так оно и работает. Само реле - на 24 вольта, сопротивление обмотки 700 Ом. Реально при заряженных аккумуляторах будет даже 27,2 вольта (13,6*2), 0,7 упадёт на диоде, итого 26,5 В. Мощность выделится аккурат 1 Вт - нормально, сильно не нагреется, а почти всю жизнь ИБП реле именно что включено, чтобы скоммутировать на выход сетевое напряжение.

Но непосредственно при включении сделано форсирование: конденсаторы C72, C73 заблаговременно заряжаются примерно до тех же 26,5 вольт, т.е минусовые обкладки через резистор R143 соединены на "землю", плюсовые через выводы 1-3 сборки D30 - на плюс, вот на них и появляется полное напряжение аккумуляторов. Когда открывается транзистор Q36, через стабилитрон D31 (сейчас он работает как обычный диод) открывается транзистор Q37 и коммутирует минусовые обкладки конденсаторов на плюс питания. Соответственно, на плюсовых обкладках потенциал оказывается удвоен относительно минуса батарей. Поэтому диод 1-3 из сборки D30 закрывается, и кратковременно на обмотке релюшки оказывается 53 вольта!

А при размыкании тоже интересно. Обычно параллельно обмотки просто подключён диод, так что при выключении на обмотке получается напряжение 0,6 вольта, и ток тихонечко стравливается через этот диод. Но здесь диода отдельно нет, вместо него стабилитрон D31 и диод 2-3 из сборки D30. Так что ЭДС самоиндукции подпрыгивает до 27 вольт, и ток через обмотку спадает гораздо шустрее. На стоке транзистора кратковременно появляется напряжение почти 60 вольт, но он это, похоже, выдерживает нормально.

Так достигается быстрое переключение реле и "туда" и "сюда".

Аккурат такую схему, только с диодом вместо стабилитрона D31, я когда-то сам придумал, чтобы запитывать 12-вольтовые реле от 5 вольт. Вольтдобавка позволяла им включиться, а потом 5 вольт вполне хватало для удержания, при этом на обмотке выделялось более чем в 4 раза меньше мощности, чем при обычном включении.

Приехали батареи, и я сколхозил провода, чтобы их присоединить:

И, кто бы мог подумать, опять нифига не заработало:

Вроде как включается, начинает самопроверку, но затем беспорядочно щёлкает реле и, наконец, переходит на батарейное питание.

Ещё я убедился: при "выключенном" ИБП, но воткнутом в розетку, заряд батарей идёт как положено.

Тут я снова стал заложником засевшей в голову идеи. Глянув, как они управляют этой релюшкой, и как там всё время "выбросы" напряжения в 60 вольт (а совсем кратковременно и выше может быть, вообще не удивлюсь), я решил, что где-то в этой схеме что-то пробилось, или "недопробилось", вот реле и щёлкает как не в себя.

Попробовал просто "в обход" на обмотку подать напряжение - щёлкает. Не успел заняться вивисекцией, подавая "сигнальное напряжение" на затвор транзистора, как заметил при прозвонке, что три контакта реле "сварились между собой", т.е NO, NC и COM - все соединены между собой. Эта хрень могла бы многое объяснить.

Не удивительно, что она сгорела, написано "сделано в Индии":

Начал уже выпаивать релюшку, выпаивалась она очень паршиво - плата довольно толстая, металлизация сквозная, мяса довольно много - не идёт нифига. Пока вытягивал - умудрился с него сорвать крышку:

Посмотрел на контакты, рукой поелозил якорь - да нормально всё переключается, не вижу никакого криминала. Снова прозвонил - и замыкания нет. Не спорим, замыкание было, но оно самоликвидировалось...

Теперь-то заработает??

А вот хрен... Опять беспорядочно щёлкает и переходит на батарейное питание. Но теперь видно, как работает основное реле, ведь оно без крышки. И оно конкретно работает как положено: при включении ИБП оно включается, т.е переводит нагрузку на питание от сети, потом щёлкать начинают релюшки регулировки напряжения, и под конец это белое реле отпускается, чтобы запитать нагрузку от батарей.

Выходит, какая-то фигня происходит в модуле регулировки выходного напряжения. Тоже меня немного удивило: солидный железный трансформатор в этом ИБП ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ДЛЯ ЭТОГО, у него всего одна обмотка с одним отводом, можно включиться напрямую, можно подбавить около 25 вольт, можно вычесть 25 вольт, итого 3 ступени регулировки.

Решил посмотреть, а что вообще творится на выходе:

В розетке нынче 225 вольт, весьма стабильных. Как видно, иногда оно подаётся на выход напрямую, но чаще включается вольтдобавка, так что получается почти 250 вольт. И вот между двумя этими состояниями оно беспорядочно переключается.

И снова, раз уж с одними контактами какая-то фигня приключилась, то может и эти чёрные релюшки где-то спеклись? Какая-то теория из этого выходила: вольтдобавочное реле залипло включённым, поэтому на выходе 250 вольт. ИБП это видит и пытается переключить на пониженное, хотя почему потом опять возвращается в вольтдобавку - а кто его знает...

Решил ещё разок изучить схему и увидел: такая теория несостоятельна! Что на выходе ИБП, он вообще представления не имеет! Измерение происходит именно ВХОДНОГО напряжения! Тогда залипшее реле должно было бы привести к неправильному напряжению на выходе, но истерично переключаться оно бы не стало...

Наконец, появилась гипотеза: вместо правильно измеренного напряжения он измеряет непонятно что, и уже реакцией на это пытается щёлкать релюшками, пока не "сдастся" и перейдёт на батарею.

Вот как оно измеряется:

До конца не понимаю: вроде как гальваническая развязка между сетевым и батареями, но ровно здесь оно идёт напрямую, по схеме дифференциального усилителя. Тут неявно полагается, что минус батареи всё-таки приобретёт потенциал где-то между фазой и нейтралью, ибо если он относительно них сместится на пару десятков вольт - мы выйдем за диапазон питаний операционника. Ну да, какие-то помехоподавляющие конденсаторы там стоят, наверное, уравнивают так или иначе. Теми же самыми измерительными сопротивлениями должен статический заряд сброситься, если он там был. Ладно, раз у всех они работали, наверное, нормально.

После дифференциального усилителя идёт "идеальный выпрямитель" на второй половинке операционника (справа сверху по схеме), который отдаёт на ногу микроконтроллера только положительную полуволну сетевого напряжения, а отрицательную "обрезает" аккурат на ноле. Усреднение или какую-то более хитрую обработку проводит уже микроконтроллер, в цифровом виде. И наличие определяет, и величину (не пора ли вольтдобавку включить или наоборот, понижение), и уже щёлкает чем может.

Что ж, в этой схеме ни одного электролита нет! На них подозрений больше всего. Откуда 12 вольт берётся - я видел, на 7812 или похожей штуке, там даже если какие электролиты подсохнут - не страшно, керамики тоже повсюду распихано, должно работать и не поперхнуться.

Так, а ещё здесь минус 8 вольт. А они откуда берутся? А вот:

Схема на переключаемом конденсаторе. Притом - электролитическом. И ещё один, который должен эти импульсы сгладить. Если хоть одному из них кирдык - там вместо стабильного минуса могут получиться импульсы. Как результат - полуволны начнут "срезаться", ведь "идеальный выпрямитель" как раз инвертирующий, он отрицательные оставляет, переворачивает и отправляет в микроконтроллер, а положительные убирает напрочь.

Это всё объясняет: если АЦП измерил напряжение, когда что-то похожее на -8 вольт есть - всё хорошо. А в следующий раз там провал, и он делает вывод, что сетевое просело и включает вольтдобавку. Потом назад, и снова вперёд, и вообще как повезёт.

Ещё измерил тестером, сколько там реально напряжение: минус 6. Да, маловато... Так-то нога конденсатора болтается с амплитудой под 12 вольт, должно скорее к 12 подбираться, а если оно настолько меньше - что-то не то...

Подключать осциллограф уже не хотелось, памятуя о прошлом опыте. Проще взять и подпаять заведомо исправные.

Вот собственно, и сказочке конец: всё тут же заработало. Как минимум, я его из розетки повырубал, увидел, что переходит на батарейное, потом, когда включаю в розетку - возвращается на сетевое. Заряд идёт, всё как положено. В "реальной боевой обстановке" испытать пока не довелось.

Но в целом мне этой штуке доверия больше, чем современным "бытовым" ИБП. Что-то я заметил, некая "инфляция мощности" случилась. Раньше от 12 В / 7 Ач больше 500 ВА никто не писал, а сейчас элементарно пишут и 1000 ВА. Но блин: у того акк, что я купил, довольно неплохого (и 9 Ач, а не 7), заявлен ток 105 ампер в течение 5 секунд. Насколько просядет - напрямую не пишут, но сопротивление полностью заряженного: 18 мОм (когда батарея совсем новая), что помножить на 105 ампер - будет 1,89 вольта. Примем, что было 13,6 вольт, но как включили 105 ампер - просело до 11,71 вольта. Получится 1,23 кВт. Ну да, в теории, НА ПЯТЬ СЕКУНД может получиться 1000 ВА на выходе...
У этой штуки всё-таки батареи ДВЕ, тут, в соответствии с даташитом, они могут выдать 960 Вт в течение ПЯТИ МИНУТ, что как-то меня больше устраивает.

Опять же, принципиальная схема имеется, и шелкография на плате, и детали сколько-нибудь крупные, есть все шансы отремонтировать, если ещё что накроется.

Бонусный пёсик: