在線式KR系列UPS的故障調試與處理

戴壽超

（閩西職業技術學院，福建 龍巖364021）

1 概 述

UPS是一種具有儲能功能，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻輸出的電源設備［1］。它為眾多領域的電氣設備提供安全可靠的電源，不僅能在重要場所突然斷電時應急使用，保證一段時間內計算機、工業自動化設備或精密測量儀器等電氣設備的正常運行，而且還能消除市電上的瞬間高低電壓和頻率偏移等“電源污染”，為用電設備提供高質量的電源。隨著電腦網絡和信息工程的迅速發展，UPS電源作為信息網絡中的保護設備在金融、通信及醫療等各行各業得到了廣泛的應用。為了實現UPS的安全穩定運行，必須熟悉UPS工作原理和常見故障的排除方法［2］。本文以常用的在線式KR系列UPS為例，介紹其工作原理、電路板功能和調試的方法，并對常見的故障進行分析處理［3］。

2 在線式KR系列UPS

2.1 工作原理

在線式KR系列UPS主要由整流器、PFC升壓電路、逆變器、充電器、電池組、切換開關和控制電路等部件構成。由整流器和逆變器構成能量變換裝置，市電經過整流器轉變成直流電后進行PFC升壓供給逆變器，而逆變器是將整流器或電池組送來的直流電轉變成交流電供給負載設備。充電器將市電的交流電轉變成直流電給電池組充電，電池組作為UPS的后備電源，在市電掉電時將其內部的直流電供給逆變器。當UPS出現故障或過載時，切換開關自動切換到市電旁路供電。在線式KR系列UPS［4］原理框圖如圖1所示，當市電正常時，經過濾波后，市電對電池充電，同時進行二極管橋式整流，經過PFC電路升壓后供給逆變器，輸出穩定的220 V交流電壓。當市電異常或掉電時，從電網供電到電池供電進行快速切換，電池組經過電池升壓電路后供給逆變器，輸出穩定的220 V交流電壓。在線式KR系列UPS具有保護功能，電池能量即將耗盡時，UPS發出聲光報警，并在電池放電下限點停止逆變器工作，長鳴告警。同時還具有過載保護功能，當負載超過額定值時，將停止逆變器輸出并跳到旁路狀態，負載恢復正常后自動返回。

圖1 KR系列在線式UPS原理框圖

2.2 電路板的主要功能

以KR1000L型UPS為例來介紹電路板的功能，電路板內部如圖2和圖3，它主要由主控板、功放板、電源板、大電流充電板、顯示板、通信接口板等部件組成。KR1000L電氣連接框圖如圖4所示，主控板主要完成開關機控制、驅動信號產生、面板顯示與按鍵控制、逆變電壓采樣檢測、負載采樣、市電電壓和頻率采樣檢測、輸入輸出繼電器控制、RS232通信控制、充電均浮充與關斷控制和風機控制等功能。功放板實現市電輸入與旁路控制、逆變與電池升壓、市電升壓及升壓驅動信號的產生及小電流充電電路控制功能。電源板與功放板連接，輸出＋12 V工作電壓。大電流充電板主要提供6.5 A充電電流。顯示板能實時顯示當前UPS的工作狀態。通信接口板可通過RS232數據通信，配合電源監控軟件，可直接在計算機上監控UPS的運行參數和狀態。

圖2 KR1000L內部右視圖

圖3 KR1000L內部左視圖

圖4 KR1000L電氣連接框圖

3 電路板調試流程

KR1000L電路板調試流程如圖5所示，主要完成升壓驅動信號、逆變驅動信號及功能測試。在故障調試前，先斷開負載和UPS的輸入交流電源線與電池連接線，拆開UPS外殼，延時5 min讓UPS內部的高壓電容放電，或用適當的電阻（如47Ω／15 W）對電容放電直到電容兩端電壓低于5 V，并取下功放板上的直流升壓熔斷器和市電輸入熔斷器，將主板CN4插針短接。用萬用表和示波器分別測試直流升壓驅動信號、市電升壓驅動信號、主板逆變驅動信號和功放板逆變驅動信號的電壓值和波形，電壓值如表1所示。然后分別進行逆變、升壓功能和UPS功能測試，判斷電路板是否工作正常。

3.1 逆變、升壓功能測試

（1）信號測試完成后，接入電池連接線，面板開機，監測功放板上逆變電壓，所測電壓應有緩慢上升過程，并最終穩定在交流220±5 V。測KR1000L功放板上跳線J16、J17對BAT-直流電壓應為＋365±10 V，跳線J25、J26對BAT-直流電壓應為－365±10 V，若所測的電壓值不符則電池升壓電路板故障。

表1 驅動信號電壓

圖5 KR1000L調試流程

（2）面板關機，斷開電池接線，接入市電連接線重新開機，所測的電壓值與接入電池連接線時一樣，若測的電壓值不符則判斷PFC升壓電路板故障。

3.2 UPS功能測試

（1）切換功能測試。UPS接入電池，用市電開機，然后多次斷開和接入市電，測UPS輸出端電壓是否正常供電，有沒有中斷情況。若出現中斷，可能是主控板控制邏輯或功放板市電升壓問題，也可能是電池升壓電路故障，則更換主控板或功放板再重新測試。

（2）充電功能測試。UPS不接電池而是接入市電時，測KR1000L功放板上BAT＋對BAT-的直流電壓應為41.0±0.3 V；若電壓偏差較大，則為充電板故障，更換充電板。

（3）帶載功能測試。負載應小于700 W，啟動和關閉負載，UPS的輸出交流電壓應穩定在220 V±5%。

（4）旁路功能測試。當按下面板“OFF”鍵時，UPS應能轉換到旁路輸出狀態，再按下面板“ON”鍵時，UPS啟動，延時20 s后由旁路轉為逆變輸出，整個轉換過程中，UPS的輸出應無中斷。

4 常見故障處理

4.1 故障現象1——市電正常時UPS輸出正常，市電斷電時UPS無輸出

根據故障現象，從UPS過載、電池使用、充電電路和升壓電路等多方面進行檢測判斷。故障處理程序流程如圖6所示。當UPS開機后，觀察面板指示情況，判斷是內部故障還是電源故障；然后進行UPS過載檢測，若減小負載或去掉負載后又能恢復正常，則為UPS過載現象；再判斷電池連接是否正常或電池是否損壞，先斷掉UPS背板的電池擴展線，用萬用表直流檔測電池組電壓應有33～41 V，若檢測不到電壓或電壓在1 V以下，可能是電池組連接問題，再查電池柜空開及電池組連線。電池經過正常充電后，關掉UPS電池空開，測UPS電池組電壓，若電池組電壓低于30 V，則可能是電池組損壞或老化。最后進行電池充電性能測試和升壓電路故障判斷，市電正常時斷開UPS電池柜的電池空開，測UPS直流輸入端電壓，若無電壓則是充電板故障。同時測量PFC升壓驅動信號是否為方波信號，判斷升壓電路是否損壞。

圖6 故障現象1處理流程

4.2 故障現象2——市電正常時，UPS發出市電停電警報

根據故障現象，從電網電壓和頻率、連接線路和開關以及電路板故障等多方面進行檢測判斷。故障處理程序流程如圖7所示。先進行電網電壓和頻率的判斷，測量UPS接線排輸入電網電壓應在170～265 V，頻率應在47～53 Hz范圍內，若測出不在范圍內則UPS處于告警狀態；然后檢查輸入線路接觸是否良好，空氣開關是否符合要求；最后判斷是否UPS內部故障，先斷掉UPS充電板上的市電連接線，再合上跳閘的空氣開關，若無異常則為充電板故障，將充電板更換，否則為功放板故障。

圖7 故障現象2處理流程

4.3 故障現象3——UPS有輸出，但噪聲較大

故障處理程序流程如圖8所示。根據故障現象，從風機噪聲、輸出波形失真和負載情況以及UPS功能測試等多方面進行檢測判斷。先檢查風機是否損壞、通風口是否堵塞，然后用示波器測輸出波形是否為標準的正弦波；再判斷是否負載原因，斷開全部負載后測UPS輸出波形是否恢復正常，噪聲是否減小，則可判斷是否負載問題，否則可判斷UPS內部故障。

5 結束語

圖8 故障現象3處理流程

伴隨著UPS的普及，用戶對電源供電可靠的要求也在提高。只有真正掌握UPS的工作原理、故障調試流程和常見故障排除方法，才能正確地管理和維護好UPS，減少其故障率、延長其使用壽命，使其更好地為金融、通信及醫療等行業服務。

［1］ 李大偉.UPS電源使用與維護［M］.北京：電子工業出版社，2001.

［2］ 楊碧石.UPS電源的實用技術［J］.儀表技術，2008，（5）：64-66.

［3］ 涂育中.淺析UPS電源供電異常的原因［J］.機電信息，2011，（9）：13.

［4］ 孫 博.UPS電源設備的原理與使用維護［J］.通信電源技術，2010，27（3）：68-70.