2.2. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ.
Эта часть схемы различается незначительно практически для всех разновидностей ИБП и включает в себя следующие основные элементы:
• входной стандартный трехштыревой разъем;
• сетевой выключатель;
• выходной стандартный трехгнездовой разъем для подключения кабеля питания дисплея;
• плавкий предохранитель;
• ограничительный терморезистор;
• входной помехоподавляющий фильтр;
• схему выпрямления сетевого напряжения;
• сглаживающий емкостной фильтр.
Переменное напряжение сети подается через сетевой выключатель, с одной стороны - на разъем, к которому может подключаться кабель питания дисплея, с другой стороны - через сетевой предохранитель номиналом 3-5 А, терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) и помехоподавляющий фильтр на мостовую схему выпрямления (рис. 6). Выпрямленное напряжение питающей сети сглаживается конденсаторами С5, Сб. На шине выпрямленного напряжения сети поэтому появляется постоянное напряжение +310В относительно общего провода первичной стороны.
Терморезистор с отрицательным ТКС служит для ограничения броска зарядного тока через конденсаторы С5, С6 в момент включения ИБП. Так как в холодном состоянии сопротивление терморезистора составляет несколько ом, ток через выпрямительные диоды моста ограничивается на безопасном для них уровне. В результате протекания через терморезистор зарядного для С5, С6 тока он нагревается, его сопротивление уменьшается до долей ома и больше не влияет на работу схемы.
Такое решение проблемы ограничения броска зарядного тока при помощи элемента с нелинейной вольтамперной характеристикой используется в подавляющем большинстве случаев, т.к. схема при этом получается наиболее простой и дешевой по сравнению с другими схемами. Кроме того, она обеспечивает минимальные потери и высокую надежность, что и обуславливает ее применение практически во всех ИБП зарубежного производства.
Не заменяйте вышедший из строя терморезистор коротко замыкающей перемычкой! Это приведет к выходу из строя выпрямительного моста!
Ограничительный терморезистор, как и всякий нагреваемый элемент, обладает тепловой инерцией. Это означает, что для того, чтобы он восстановил свои ограничительные свойства, после выключения ИБП из сети должно пройти некоторое время (несколько минут). Проще говоря, терморезистор должен остыть. Тогда следующее включение ИБП в сеть снова произойдет с ограничением броска зарядного тока. Однако на практике иногда встречаются ситуации, когда необходимо выключить ИБП из сети и тут же снова включить его. Терморезистор, как следует из сказанного выше, остыть не успевает, и, казалось бы, ограничения броска зарядного тока не произойдет. Однако необходимо учесть, что конденсаторы входного сглаживающего фильтра имеют достаточно большую емкость, а их разрядная цепь достаточно высокоомна. Поэтому за короткий промежуток времени между выключением и повторным включением ИБП они не успевают разрядиться. Следовательно, повторное включение ИБП происходит при еще заряженных конденсаторах входного фильтра, и поэтому зарядный ток фактически является дозаряжающим, а значит, имеет гораздо меньшую величину, чем начальный зарядный ток при полностью разряженных входных конденсаторах. Такой дозаряжающим ток полностью безопасен для диодов сетевого выпрямительного моста. Однако выключение с последующим быстрым включением все же не рекомендуется из других соображений. Если конденсаторы входных и выходных фильтров, а также емкости разнообразных вспомогательных схем (защиты, плавного пуска, схемы PG и другие) не успевают полностью разрядиться, т.е. прийти в исходное перед включением в сеть состояние, то работа этих схем будет происходить в ненормальном для них режиме. Поэтому возможны разнообразные сбои и отказы ИБП и даже (при особо неблагоприятном стечении обстоятельств) выход ИБП из строя сразу при включении по, казалось бы, непонятной причине. Исходя из сказанного, после выключения ИБП из сети настоятельно рекомендуется выждать одну-две минуты перед следующим включением ИБП в сеть с целью дать возможность его схеме прийти в исходное состояние.
Рис.6. Входные цепи ИБП KYP-150W (соединение под винт с металлическим нетоковедущим корпусом ИБП)
Сетевой плавкий предохранитель предназначен для защиты питающей сети от перегрузки при возможных коротких замыканиях в первичной цепи ИБП и практически не защищает схему самого ИБП от внутренних перегрузок и КЗ в нагрузке.
Входной помехоподавляющий фильтр обладает свойством двунаправленного помехоподавления, т.е. предотвращает проникновение высокочастотных импульсных помех из сети (которые иногда могут иметь к тому же значительную амплитуду) в ИБП, и наоборот - из ИБП в сеть. Устройство сетевого помехоподавляющего фильтра будет подробно рассмотрено ниже. 
Рис. 7. Защита от перенапряжения и ограничение броска зарядного тока при включении ИБП в сеть.
В некоторых ИБП по сетевому входу может включаться еще один нелинейный элемент - вариатор, как например, в ИБП ESAN ESP-1003R (рис.7,а) или динистор.
Варистор - нелинейный элемент, сопротивление которого зависит от приложенного к нему напряжения. Поэтому пока сетевое напряжение не выходит из допуска, сопротивление варистора велико (десятки мегом), и он не влияет на работу схемы.
При перенапряжении в сети варистор резко уменьшает свое сопротивление, и возросшим током через него выжигается плавкий предохранитель.
Элементы схемы ИБП при этом остаются целыми. Однако такое включение варистора позволяет защитить схему, ИБП только при одном каком-либо номинале сети, так как варистор имеет конкретное значение пробивного напряжения. От этого недостатка свободна другая схема, приведенная на рис.7,6. В этой схеме применяются два варистора, которые включены параллельно конденсаторам фильтра и последовательно друг с другом. Так как напряжение на конденсаторах при любом номинале сети (110 или 220 В) одно и то же (155В), то схема ИБП будет защищена в обоих случаях. Однако в случае броска сетевого напряжения в такой схеме могут быть выведены из строя диоды выпрямительного моста, т.к. ток пробоя варисторов замыкается через них.
Зарубежные фирмы-разработчики ИБП стремятся к максимальной универсальности своей продукции в части использования ее в разных регионах планеты, где номиналы питающей сети отличаются (примерно 220В или 110В). Поэтому большинство ИБП способны работать с обоими номиналами сети. С этой целью большинство схем ИБП снабжены механическим установочным переключателем 220/110 В.
Переключатель 220/110В (или 230/115 В) должен быть разомкнут при питающем сетевом напряжении 220В. При этом выпрямление осуществляется по мостовой схеме, т.е. работают все четыре диода диодного моста, а оба конденсатора фильтра подзаряжаются в одни и те же полупериоды сетевого напряжения (одним и тем же током) (рис.8,а).
Если первичная сеть имеет номинал 110В, то переключатель 220/110В замыкают, и выпрямление осуществляется по схеме с удвоением напряжения, т.е. в процессе выпрямления участвуют только два диода D1 и D2. Сглаживающие конденсаторы при этом подзаряжаются в разные полупериоды сетевого напряжения (разными токами) (рис.8,6).
Внимание: иногда встречаются ИБП, в которых переключатель 230В/110 В имеет бутафорский характер, т.е. переключатель соединений с монтажной платой не имеет, а сама схема ИБП рассчитана на включение в сеть напряжением только 110В или только 220В!
Положения переключателя обязательно промаркированы на его движке таким образом, что в специальном окошке на корпусе блока видна эта маркировка (110В или 220В). Несмотря на это, все же довольно часты случаи включения ИБП в сеть при неправильном положении переключателя. Случай подключения к сети 110В, когда переключатель установлен на 220В, не является опасным, так как в этом случае на шине выпрямленного напряжения сети будет всего 155В и ИБП не запустится. Аварийная ситуация возникает при подключении ИБП к сети 220В в положении переключателя "110В". 
Рис. 8. Принцип действия переключателя 110/220В: а) переключатель разомкнут - мостовая схема выпрямителя (схема Герца); б) - переключатель замкнут -выпрямительная схема с удвоением напряжения (схема Делона или Грайнмахера).
Тогда схема начинает удваивать напряжение, и на шине выпрямленного напряжения сети появляется 2 х 310В = 620В.
Это приводит к моментальному выходу из строя силовых ключевых транзисторов, которые не рассчитаны на работу с таким напряжением и током, и как следствие этого - к возможному выходу из строя диодов выпрямительного моста.
Кроме того, возможен выход из строя (взрыв) входных электролитических конденсаторов сглаживающего фильтра. Этот аварийный процесс заканчивается перегоранием плавкого предохранителя.
Поэтому фирмы-разработчики пошли на усложнение схемы, и в некоторых вариантах ИБП имеется схема автоматического распознавания номинала сетевого напряжения. При наличии такой схемы механический переключатель 110/220В отсутствует, и пользователю не нужно следить за правильностью его установки. Рассмотрим один из вариантов реализации такой схемы, которая применена в ИБП типа ESSEX SS-200B (рис. 9). 
Рис. 9. Схема автоматического распознавания номинала сетевого напряжения ИБП SS-200B.
Схема работает следующим образом. На входе ИБП имеется пороговая схема, состоящая из схемы управления на транзисторах Q2, Q3 и стабилитронах D4, D3 и исполнительного элемента - двунаправленного тиристора (симистора) Q1.
Q1 выполняет ту же функцию, что и механический переключатель 110/220В.
Для питания пороговой схемы используется отдельный однополупериодный выпрямитель на диоде D2. С8 - сглаживающая емкость фильтра. D2 выпрямляет только отрицательные полупериоды сетевого напряжения (при другом включении сетевой вилки - только положительные). Ток зарядки С8 протекает по цепи: 0В сети (N) - 3-4 Т1 - С8 - D2 - С7 - 2-1 Т1 -F1 - фаза сети (L).
При этом С7 выполняет функцию гасящего реактивного сопротивления (образует с С8 емкостной делитель). На С7 гасится большая часть сетевого напряжения. Однако реактивный элемент, включенный в цепь переменного тока, должен иметь возможность отдавать накопленную энергию обратно в источник. С этой целью в схему включен диод D1, через который и протекает ток перезарядки С7 в положительные полупериоды сетевого напряжения.
Первичным пороговым элементом схемы является стабилитрон D4. Схема построена так, что отрицательный полупериод сетевого напряжения прикладывается к этому стабилитрону через эмиттерный переход Q2 с одной стороны и через R9 и диод 1 сетевого выпрямительного моста с другой. Стабилитрон D4 выбирается с пробивным напряжением такого номинала, что при подключении ИБП к сети 110В он остается в закрытом состоянии.
При этом будут закрыты и транзисторы Q2, Q3 триггерной схемы. Поэтому напряжение с С8 прикладывается к вспомогательному стабилитрону D3 через резистор R4 с одной стороны и через R8 с другой. Пробивное напряжение стабилитрона D3 выбирается меньшим, чем напряжение на С8. Поэтому D3 пробивается и через него и управляющий переход симистора Q1 течет ток по цепи: (+) С8 - управляющий переход Q1-D3-R8- (-) С8.
R8 выполняет функцию балластного резистора для стабилитрона D3. Симистор при этом отпирается и подключает среднюю точку емкостной стойки полумостовой схемы силового инвертора к нулевому проводу сети. Поэтому схема выпрямления начинает работать в режиме удвоения, что эквивалентно замыканию механического переключателя 110/220В.
При подключении ИБП к сети 220В в первый же отрицательный полупериод сетевого напряжения пробивается первичный стабилитрон D4. Через него и переход эмиттер-база Q2 протекает ток по цепи: 0В сети (N) - 3-4 Т1 - э-б Q2-D4- R9- диод 1 моста - TR1 - 2-1 Т1 - F1 - фаза сети (L).
Поэтому триггерная схема опрокидывается. Транзисторы Q2 и Q3 открываются до насыщения и закорачивают через свое малое сопротивление стабилитрон D3 (при этом практически все выпрямленное напряжение с С8 выделяется на балластном сопротивлении R8). Поэтому к стабилитрону D3 фактически не прикладывается напряжение (потенциалы анода и катода приблизительно равны), и он закрыт. Следовательно, нет пути для протекания тока через управляющий переход симистора Q1, и он остается в закрытом состоянии, что эквивалентно разомкнутому положению механического переключателя 110/220В. Схема выпрямления при этом работает в режиме мостового двухполупериодного выпрямления.
Параллельно конденсаторам С5, С6 включены высокоомные сопротивления R10, R11 номиналом 150-200 кОм, через которые С5, С6 разряжаются при выключении БП. Кроме того эти сопротивления выравнивают напряжения на С5, С6 (для симметрирования работы схемы).
Внимание: время разряда С5, С6 достигает 15-20 с, а при обрыве сопротивлений напряжение на С5, С6 может сохраняться очень долго! Соблюдайте осторожность при демонтаже БП! Еще один вариант схемы автоматического распознавания номинала сети показан на рис. 10. 
Рис. 10. Схема автоматического распознавания номинала сетевого напряжения ИБП SP-200W.
Эта схема несколько отличается от рассмотренной выше. Назначение и работа элементов D40, D41, С41, С40 те же, что и ранее, т.е. конденсаторы С41 и С40 образуют емкостной делитель. Диод D41 представляет собой однополупериодный выпрямитель. Поэтому в отрицательные полупериоды сетевого напряжения через D41 протекает ток зарядки конденсатора С41 по цепи: 0-й провод сети - С41 -D41 - С40 - фазный провод сети.
В положительные полупериоды сетевого напряжения конденсатор С40 отдает накопленную энергию обратно в сеть через рекуперационный (возвратный) диод D40. Напряжением с конденсатора С41 как и ранее запитывается бистабильная схема на транзисторах Q15, Q16. Управление состоянием бистабильной схемы производится с помощью специальной микросхемы IC3, которую для простоты можно назвать управляемым стабилитроном. Принцип действия такого стабилитрона заключается в том, что его напряжение стабилизации не является постоянной величиной, а зависит от потенциала на управляющем электроде R. Такая ИМС выпускается рядом зарубежных фирм. Например, фирма Texas Instruments (США) выпускает ИМС TL431C в пластмассовом трехвыводном корпусе. По внешнему виду микросхема напоминает обычный маломощный транзистор (корпус ТО-92).
Функцию механического переключателя 110/220В выполняет, как и ранее, симистор TRC1. Датчиком номинала сетевого напряжения является уровень напряжения на конденсаторе С42, который заряжается в положительные полупериоды сетевого напряжения через диод D42 по цепи: фазовый провод сети - D42 - R60 - С42 - 0-й провод сети.
Резистор R60 образует с конденсатором С42 делитель и большая часть сетевого напряжения падает именно на этом резисторе. При этом напряжение на конденсаторе С42 получается включено согласно с напряжением на конденсаторе С41. Суммарное напряжение с этих двух конденсаторов подается на резистивный делитель R61, R64||R65. Поэтому через этот делитель протекает ток разряда этого суммарного источника по цепи: (+) С42 - R61 - R64\\R65 - R67 - (-) С41.
Падение напряжения с нижнего плеча делителя R64, R65 подается на управляющий электрод микросхемы IC3. При подключении к сети 110В конденсатор С42 заряжен до некоторого невысокого уровня. Поэтому напряжение на управляющем электроде микросхемы ЮЗ невелико (не превышает уровень 2,5В). Состояние микросхемы эквивалентно разомкнутому состоянию ключа (стабилитрон закрыт). Поэтому транзисторы Q15, Q16 бистабильной схемы закрыты. Все напряжение с конденсатора С41 оказывается приложенным через резисторы R68, R67 к стабилитрону ZD3, который "пробивается", и поэтому в управляющий электрод симистора течет открывающий его ток по цепи: (+) С41 - управляющий переход TRC1 - ZD3 -R67-(-) C41.
Симистор TRC1 открывается и подключает 0-й провод сети к средней точке емкостной стойки силового полумоста, что эквивалентно замкнутому состоянию механического переключателя 110/220В.
При подключении к сети 220В напряжение на конденсаторе С42, а значит, и на управляющем электроде микросхемы IC3 возрастает вдвое и превышает +2,5В. Поэтому, стабилитрон "пробивается". Это приводит к приоткрыванию транзистора Q15 бистабильной схемы, т.к. базовый делитель R62, R63 этого транзистора подключается к "общему проводу" через внутреннее сопротивление микросхемы IC3, и через управляющий переход Q15 протекает ток.
Так как транзисторы бистабильной схемы охвачены положительной обратной связью, то приоткрывание Q15 вызывает лавинообразный процесс взаимного открывания обоих транзисторов и переход их в состояние насыщения. В результате стабилитрон ZD3 и управляющий переход симистора TRC1 оказываются зашунтированы малым внутренним сопротивлением открытых транзисторов бистабильной схемы. Поэтому стабилитрон ZD3 и симистор TRC1 остаются в закрытом состоянии, что эквивалентно разомкнутому состоянию механического переключателя 110/220В.
Итак: первым обязательным условием работы БП является выработка постоянного напряжения +310В. Вторым обязательным условием нормальной работы ИБП является работа схемы пуска, которая позволяет запустить переключающую схему управления.
| 
