Что такое «ИБП»?
Этот материал не претендует на энциклопедичность и всеобъемлемость. Как говаривал Козьма Прутков: «Нельзя объять необятное». И, хотя тема, конечно же, не столь уж широкомасшабна, я не пытаюсь раскопать и объяснить «всё и вся». Это дело специального курса радиоэлектроники. Я же предлагаю свой подход к ней (для неспециалистов), поэтому что-то обойду стороной, чего-то коснусь вскользь, что-то упрощу (не до безобразия, конечно!). В любом случае, осмыслить материал вполне возможно, обладая некоторыми базовыми познаниями в области физики, математики и радиоэлектроники.
МАТЕРИАЛ НЕ РАССЧИТАН на тех, кто привык читать тексты не длиннее SMS-ок, и кто привык получать знания исключительно из видео. Прошу меня извинить и не засорять мою почту безграмотными и бессмысленными вопросами.

План
1. Об ИБП (вообще) и кое о чём (в частности)
2. Маленькая ретроспектива
3. Как работает ИБП
4. Типы ИБП
5. Вскрытие ИБП
6. Плата ИБП
7. Идентификация компонентов
8. Это ещё не всё…

1. Об ИБП (вообще) и кое о чём (в частности)
Источники бесперебойного питания (коротко – бесперебойники или ИБП), по-буржуйски, Uninterruptible Power Supply или Source или Systems (коротко – UPS) существуют для того, как считают многие, чтобы подавать на компьютер напряжение питания в то время, когда напряжение сети неожиданно исчезает.
Не знаю, как у вас, а в нашем славном уездном городе Гагарине это случается. И как раз в самые неожиданные моменты. Статистикой я не занимался, но за учебный год во время занятий в кабинете информатики такое случалось несколько раз. А поскольку денег (в XXI веке) ни на что нет, бесперебойниками обеспечены только мой (преподавательский) комп и сервер локальной сети. В результате за прошедший учебный год пришлось ремонтировать 3 компьютера на рабочих местах студентов и 9 раз переустанавливать систему. Хуже всего, когда настаёт крах винчестеров, на замену которых новыми денег, естественно, тоже нет. Мало того, в 2019 году не нашлось денег даже на заправку картриджа лазерного принтера и покупку бумаги. Естественно, я заправил и купил бумагу за свои деньги. Впервые с 1988 года! Вот он прогресс в образовании и словоблудие с высоких трибун. Но это совершенно иная история…

Для краткости в дальнейшем буду использовать отечественную аббревиатуру – ИБП. Прошу не путать с Импульсным Блоком Питания – тоже ИБП. О нём здесь речи НЕТ!

ИБП должен иметь 1) аккумулятор и 2) электронную схему управления. А поскольку аккумуляторы, выдающие 220 В нам неизвестны, значит ещё должен быть понижающий (силовой) трансформатор – ведь электроника питается совсем не 220-ю Вольтами, да и для зарядки аккумулятора надо, по крайней мере, Вольт 12. Значит, электроника должна содержать выпрямитель, блок питания, устройство зарядки аккумулятора. Что ещё? Подумаем: когда отключается сетевое напряжение ~220 В, то электронная схема должна подать на выход ИБП те же ~220 В! Откуда?! Аккумулятор-то выдает ±12 В. Значит, электронная схема должна преобразовать ±12 В в ~220 В! Электронный блок, преобразующий напряжение постоянного тока в переменное напряжение, называется инвертор (от слова «инверсия», которое я впервые встретил в институте в математике, затем в физике, а затем – в Photoshop’е – «инверсия изображения», «инвертировать цвета»).

Перед физиком поставлена задача: Вы находитесь в бескрайней пустыне. У Вас есть клетка. В пустыне (неизвестно где) находится лев. Как поймать льва? Физик справляется с задачей элементарно: заходит в клетку, запирается и производит инверсию координат. В результате лев оказывается в клетке, а физик – снаружи!
Инверсией изображения я познакомился задолго до того, как стал работать с графическими редакторами. Я начал фотографировать году в 1974-м на чёрно-белую фотоплёнку (получался негатив), а потом печатал фотографии на фотобумаге – получался позитив. Такая вот двойная инверсия изображения. Цветное фото – это тоже инверсия цвета. С само́й этой технологией знакомы немногие, не смотря на широкое распространение «фотомыльниц» в недалёком прошлом. Как сейчас представляется, это был первый шаг к широкому внедрению фотодела в массы, ибо большинство «фотомыльниц» не требовали каких-либо настроек. Вставь плёнку и жми на «спуск». Самостоятельно фотографии в цвете никто не печатал. А я, кстати, даже во времена «мыльниц» предпочитал фотографировать своим любимым «ZENIT’ом».
Надеюсь, нелирические отступления не слишком вас утомили.

Итак, ИБП должен содержать:
1) силовой трансформатор;
2) аккумулятор;
3) выпрямитель, блок питания, зарядное устройство;
4) инвертор;
5) автоматический переключатель «сеть-аккумулятор».

2. Маленькая ретроспектива
Когда-то источниками радиотехнической информации для меня были только книги из нашей сельской библиотеки. Они там были! И довольно разноплановые и очень интересные. Позже основным источником стал журнал «РАДИО». Не помню где именно я впервые столкнулся с устройством, которое называлось «преобразователь», и служило оно именно для преобразования постоянного напряжения в переменное. Помню также, что первые преобразователи были электромеханического типа!
Просмотрев свой электронный архив, я кое-что нащёл.
«РАДИО», №9, 1954 г., с. 31, И. Калинин, Вибропреобразователи.
Описан принцип действия, устройство и схемы вибропреобразователей. Данные устройства применялись для преобразования постоянного напряжения ±6-12 В в высокое для питания анодных цепей радиоламп. Основным компонентом вибропреобразователя является вибратор. К нему подключается повышающий трансформатор, на вторичной обмотке которого и возникает переменная ЭДС (электродвижущая сила) индукции. С точки зрения физики (которую я имею честь представлять, SEkorp),мы имеем практическое воплощение одного из классических опытов М. Фарадея по электромагнитной индукции.


«РАДИО», №2, 1955 г., с. 51, Д. Гершгал, Г. Новик, Схемы вибрационных преобразователей.

Здесь я впервые встречаю слово «виброинвертор».

«РАДИО», №4, 1955 г., с. 52, М. Александров, Замена вибропреобразователя тиратроном.

«РАДИО», №5, 1956 г., справ. листок «Вибраторы»

«РАДИО», №1, 1956 г., с. 46, Л. Собещанский, М . Власов, Преобразователь на полупроводниковых приборах для приёмника А-8.

Дальше я копать не стал, поскольку мне интересны первые упоминания если не об ИБП, то о некоторых будущих компонентах.
Есть мнение, что ИБП появились и развивались одновременно с компьютерами и прочими высокотехнологичными устройствами, но когда именно появились первые ИБП – я не знаю. Пока.

3. Как работает ИБП
Уже из того, что изложено  в п.1. понятно, что ИБП должен работать примерно так:
На вход ИБП поступает ~220 В из электросети. В это время происходит зарядка аккумулятора, и сетевое напряжение поступает на выход ИБП. Как только напряжение в сети пропадает, электронная схема ИБП отключает сеть от выхода, переключает аккумулятор на вход инвертора, который преобразует ±12 В аккумулятора в ~220 В и подаёт на выход ИБП.
Используемые сокращения:
ТС – трансформатор силовой (понижающий)
БП – блок питания
ЗУ – зарядное устройство
АКБ – аккумуляторная батарея
ИНВ – инвертор
УПР – управления схема

Рассмотрим работу ИБП с помощью упрощённой блок-схемы:

В первом случае на входе ИБП имеет место быть сетевое ~220 В, которое и подаётся на его выход. Естественно, УПР отслеживает это и подключает АКБ к ЗУ. ИНВ в данной ситуации отключен.

Во втором случае сетевое напряжение пропало, УПР отключает прямую линию подачи сетевого напряжения на выход, отключает АКБ от ЗУ, подключает ИНВ, который преобразует постоянное напряжение АКБ в переменное. Важным моментом является то, как быстро произойдёт это переключение. Кроме того, в результате преобразования меняется сама́ форма выходного напряжения. Она теперь не будет гладкой синусоидой! Но для питания компьютеров это совершенно не критично.

4. Типы ИБП
Бытовые ИБП переменного тока по схеме функционирования подразделяют на:

• - резервные (оффлайн);
• - интерактивные (линейно-интерактивные);
• - двойного преобразования (онлайн).

Они различаются качеством выдаваемого напряжения и, естественно, ценой. Наиболее дешевые – резервные, а самые дорогие – двойного преобразования.
В п.3. шла речь именно о резервных ИБП. В них используется, как правило, один аккумулятор. Они наиболее просты, следовательно – самые дешёвые. Форма выходного напряжения совсем не синусоидальная. В ИБП для переключения цепи с сети на аккумулятор, как правило, устанавливают обыкновенные электромеханические реле (см. соответствующую статью в разделе «РАДИОкомпоненты»). Если эта деталь качественная, то её ресурса хватает на всё время функционирования ИБП. Говорят, что, чаще всего, при поломке ИБП проблема кроется именно в этом элементе конструкции.

Интерактивный  ИБП отличается от резервной наличием стабилизатора напряжения, который выполнен в виде типичного автотрансформатора с соединёнными напрямую обмотками. Не следует забывать, однако, что стабилизация напряжения имеет место быть во многих бытовых устройствах, в т.ч. в компьютерных БП, поэтому,  если отклонения сетевого напряжения незначительны, то и нет смысла приобретать более дорогую линейно-интерактивную модель. Кроме того, наличие автотрансформатора часто вынуждает производителя использовать принудительное охлаждение, поэтому такие ИБП комплектуют кулерами. Они издают шум, по интенсивности сравнимый с работой компьютерного системного блока.

В ИБП двойного преобразования ИНВ постоянно питается от АКБ, независимо от того, есть сетевое напряжение на входе или нет. Поэтому время переключения такого ИБП, естественно, равно нулю.
ИБП «онлайн» - это самые сложные и дорогие приборы двойного преобразования. Но они имеют наименьший КПД! Значительная часть электроэнергии (по сравнению с двумя предыдущими типами) преобразуется в тепло, которое излучает устройство. В связи с этим использование таких ИБП необходимо обосновывать.
Основной плюс такого вида бесперебойников заключается в мгновенной реакции на отключение электричества. Однако, для большинства бытовой техники это совершенно не важно. К примеру, персональные компьютеры обычно комплектуют ИБП резервного или интерактивного типа.

5. Вскрытие ИБП
Имеется нерабочий ИБП, который мне притащил Иванов Максим:

Вскрою ИБП:


Внутри обнаруживаю: 1 – электронную плату, 2 – силовой трансформатор, 3 – аккумулятор:


АКБ и ТС:

6. Плата ИБП
Внимательнее рассмотрю электронную плату:

Извлекаю её из корпуса:

Что на ней такого интересного имеется? В первую очередь внимание привлекают мощные транзисторы (?) на радиаторах:

На одном радиаторе два одинаковых транзистора (?), странно обозначенных

Причём, то ли FOP, то ли FQP…
На другом радиаторе также два одинаковых транзистора (?), также странно обозначенных

Тоже, то ли FOP, то ли FQP…
Кроме них, с обратной стороны, через изолирующую прокладку на этом радиаторе привинчена LM317T.
Поиски в Интернете компонентов под именами «10333» и «М0335» не дали результата! Исходя из здравого смысла, следует, что это должны быть MOSFET’ы и/или биполярные транзисторы. Но что конкретно?! Возможно, название компонента 50N06? Naturlich!!
Именно так! 50N06 - это есть именно MOSFET-транзистор.
К тому же, производя очередную ревизию РАДИОхабара, я наткнулся на совершенно идентичную плату, не тронутую и нераспаянную:

Её отличие от первой в том, что на ней нет LAN- и COM-портов. Всё остальное идентично.
Но на 2-ой плате на радиаторах установлены совершенно одинаковые пары транзисторов – IRFZ44V. Такие вот дела.
Что имею в итоге:




7. Идентификация компонентов

50N06 - MOSFET Transistor. N –Channel. Maximum Power Dissipation (Pd): 120 W. Maximum Drain-Source Voltage |Vds|: 60 V. Maximum Gate-Source Voltage |Vgs|: 20 V. Maximum Drain Current |Id|: 50 A. Maximum Junction Temperature (Tj): 150 °C. Rise Time (tr): 100 nS. Drain-Source Capacitance (Cd): 430 pF. Maximum Drain-Source On-State Resistance (Rds): 0.018 Ohm. Package: TO-220_TO-263_TO-251_TO-252_TO-220F.
DATAsheet на 50N06

IRFZ44V – MOSFET N-CH 55V 49A 3-Pin(3+Tab) TO-220AB Tube. Это MOSFET-транзистор с каналом N-типа. Он имеет и другое обозначение – SWC5003. R тому же 50N06 и IRFZ44 - аналоги.
DATAsheet на IRFZ44V

LM317T – стабилизатор напряжения регулируемый, Uвых=1.2В…37В, 1.5А, [TO-220SG] – здесь всё понятно.
DATAsheet на LM317T

С1815 – транзистор биполярный N-P-N, ТО-92.
DATAsheet на С1815

TL431 – регулируемый стабилитрон, ТО-92.
DATAsheet на TL431

Р521 – оптопара на основе фототранзистора.
DATAsheet на Р521

LM324N - … DATAsheet на LM324N

LM339N - … DATAsheet на LM339N

SG3524N - … DATAsheet на SG3524N

TIANBO 12VDC – электромагнитное реле. DATAsheet на TIANBO 12VDС

Кроме того, BUZZER, пара светодиодов, диоды, конденсаторы электролитические и обычные, кнопочный выключатель и прочая мелочь.

8. Это ещё не всё…
В том же РАДИОбарахле обнаружилось ещё несколько плат (судя по всему - от ИБП), которые после чистки стали выглядеть так:

Много чего на этих платах уже отсутствовало, но кое-что удалось изъять. Например: IRF610, IRF740, L7805ACV, LM340T12, SG3524N, SWC5003, TL780-05C, BUZ71A и прочая мелочь...

SEkorp, 20 AUG 2019