【正文】 S的系統(tǒng)控制單元，實(shí)時采集逆變之后的電壓幅度、相位、頻率等信息，根據(jù)控制算法調(diào)整SP WM波形的參數(shù)，使得輸出電壓波動范圍小，波形失真度低。(5).通信接口豐富，易于聯(lián)機(jī)。72 在線式UPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在線式UPS系統(tǒng)框圖 在線式UPS逆變電源一般包含以下組成部分:輸入整流濾波電路，功率因數(shù)校正電路，蓄電池組、充電電路、逆變電路、靜態(tài)開關(guān)電路、人機(jī)交互、微控制器。整流的方式有兩種，一種是利用可控硅和大功率二極管作為整流器件，有半橋整流、全橋整流、6脈沖整流、12脈沖整流等方式。常用的濾波電路有RC濾波，LC濾波等。功率因數(shù)校正電路就是為了提高系統(tǒng)輸入端的功率因數(shù)，抑制高次諧波對電網(wǎng)的干擾，使得電網(wǎng)輸入電流和輸入電壓接近同相位 (3)蓄電池組蓄電池組作為最為常用的儲能裝置，廣泛應(yīng)用在UPS中。逆變電路的輸入直流信號是由整流器供給，同時，整流器也供給一部分電流到蓄電池組，作為電池放電消耗的補(bǔ)償[O21。充電電路有采用開關(guān)器件的，也有采用可控硅整流器件的，這取決于UPS的功率。 (5)逆變電路 逆變是把整流之后的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，傳輸給負(fù)載提供電源。如果UPS輸出過載，那么靜態(tài)開關(guān)為了保護(hù)逆變器，會將負(fù)載供電切換成市電供電。本文采用的是TI生產(chǎn)的高性能DSP芯片TMS320F2808作為UPS的控制單元，DSP的ePMW端口輸出SPWM波驅(qū)動IGBT } ADC通道對系統(tǒng)的各種參量進(jìn)行采樣，包括輸入信號、反饋信號的電壓、電流和頻率，電池的充電電壓和充電電流等參數(shù)。本文界面采用大屏幕觸摸屏，圖形化的操作界面，用戶可以從中了解到UPS設(shè)備運(yùn)行的歷史記錄和日志 在線式UPS的工作原理在線式UPS的開機(jī)是一個軟啟動過程，輸出信號平穩(wěn)變大，避免由于輸出信號瞬間變化過大而導(dǎo)致負(fù)載損壞或者輸出異常。市電經(jīng)過整流、逆變、濾波之后，輸出波形穩(wěn)定的高質(zhì)量正弦波到負(fù)載。(3)逆變器發(fā)生故障時，或者由于某些原因輸出過載，系統(tǒng)將切換到旁路工作模式，這時，負(fù)載由市電直接供電。在UPS的輸出端，以及整流器之后，通常都會接濾波電路，這樣設(shè)計(jì)可以最限度地降低來自于市電的干擾，而逆變器的開關(guān)信號是由控制電路發(fā)出的，控制電路又在根據(jù)輸入輸出信號的幅度和相位不斷調(diào)整逆變器驅(qū)動信號的參數(shù)，所以在線式UPS可以輸出高質(zhì)量的穩(wěn)定的正弦信號，確保負(fù)載工作電源穩(wěn)定。同時介紹了UPS正常工作時的幾種模式。如對發(fā)電機(jī)和變壓器產(chǎn)生附加功率損耗，對繼電器、自動保護(hù)裝置、電子計(jì)算機(jī)及通訊設(shè)備產(chǎn)生干擾而造成誤動作或計(jì)算誤差。電容輸入式：電容接在最前面。脈沖狀的輸入電流，除含有基波外，還含有大量的諧波，一方面使諧波噪聲水平提高，同時也降低了用電的效率。 當(dāng)電壓與電流均為正弦波時，該分式是適用的，但當(dāng)電壓或電流含有諧波分量時，該定義無效。這種方法簡單，成本低。其主要思想是：選擇輸入電壓為一個參考信號，使得輸入電流跟蹤參考信號，實(shí)現(xiàn)輸入電流的波形與輸入電壓為同頻同相的正弦波，以提高PF和抑制諧波；有源功率因數(shù)校的另一個功能就是為后一級電路產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電壓。電路的工作原理：輸出電壓和基準(zhǔn)電壓送入電壓控制環(huán)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制算法，以控制和的值相等，電壓控制環(huán)的輸出信號與輸入電壓值相乘，該信號作為電感電流的參考信號。而且元件有老化，溫漂等現(xiàn)象。圖33 基于DSP的功率因數(shù)校正原理圖 DSPbased power factor correction diagram 采樣電路利用霍爾元件在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的霍爾效應(yīng)，可以將原邊主電路中的電壓、電流轉(zhuǎn)變?yōu)楦边叺碾妷海瑫r霍爾元件具有電氣隔離功能，我們可以通過使用霍爾元件實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路的隔離，以避免主電路帶來的干擾。本設(shè)計(jì)選用集成霍爾傳感器，該集成器件有以下的特點(diǎn)：1. 可以測量任意波形的電壓和電流。輸入輸出端電壓傳感器選擇：成都昆峰電子公司的磁補(bǔ)償式電壓傳感器JT50PC，其工作電源電壓：穩(wěn)壓177。s integrated device voltage measurement circuit輸出端電流傳感器選擇：成都昆峰電子公司的磁補(bǔ)償式電流傳感器JT100PC。應(yīng)用電路圖如下：+15VV+AC/DC變換器微機(jī)口A/DVRm15VJT100PC圖35 霍爾集成器件電流測量電路 Hall39。3）電感L是線性的，而且不會工作的飽和狀態(tài)。圖35 功率因數(shù)校正主電路圖 main circuit power factor correction電路狀態(tài)方程： (31)其中 ，是功率管S的開關(guān)函數(shù)。固由狀態(tài)方程（1）可得到兩個狀態(tài)方程： （低頻狀態(tài)方程） (32)（高頻狀態(tài)方程）(33)經(jīng)分析可得：如果要滿足在市電一半周期的所有時間都保持連續(xù)導(dǎo)電，必須滿足：。在市電的半個周期中，假設(shè)時間從開始，則有 故低頻狀態(tài)方程可改寫 （34）解上面的方程第一式可以得到一般情況下輸出電容C取得足夠大，輸出電壓的紋波比直流電壓小得多，可以忽略。輸出電容足夠大時，第三部分可以忽略，所以輸出電壓的諧波主要在第二部分。）再將程序下載到DSP中，并不斷調(diào)節(jié)、的值，直到輸出波形令人滿意為止。半橋逆變電路的直流電壓全增加功率管的應(yīng)力，要輸出220V的交流電壓就要使用至少620V直流電壓會增加功率管的應(yīng)力。（i）若電流為正，電流流向?yàn)椋弘娫簇?fù)極電源正極，此時電壓。 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）對于逆變器的輸出電壓，基本要求就是輸出電壓的基波分量大小可控，逆變器輸出電壓波形的諧波分量盡可能小。大小、波形不同的窄脈沖變量，例如電壓v(t)，作用于慣性系統(tǒng)(例如LR電路)時，只要他們的沖量，即變量對時間的積分相等，其作用效果相同，形成的電流響應(yīng)也相同。原理：把正弦波分成N等份，然后把每一等份的正弦曲線與橫軸包圍的面積用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值量不變，各脈沖的中點(diǎn)與每一等分的中點(diǎn)重合。其等效正弦波為,而SPWM脈沖系列波的副值為，各脈沖寬度不等，但中心間距相同，都等于，N為正弦波半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)。則有 對于各次諧波，顯然K，N越大，越小。電壓只在“正”和“零”之間變換，主電路 每次只有T1，T2管反復(fù)導(dǎo)通與關(guān)斷。 SPWM波形的實(shí)現(xiàn)SPWM波形的實(shí)現(xiàn)：包括模擬方法和數(shù)字方法。4）傳統(tǒng)的產(chǎn)生SPWM波形的方法能夠用于逆變器中實(shí)現(xiàn)幅度和頻率可調(diào)的正弦波電壓。而且DSP完全有可能用于逆變器中實(shí)現(xiàn)輸出電壓的逐點(diǎn)控制。計(jì)數(shù)器啟動后，從0開始往上計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定值后，計(jì)數(shù)器往下計(jì)數(shù)到0，然后接著開始下一周期的計(jì)數(shù)。因?yàn)楸容^寄存器是映像的，新的值可以在一個周期改變PWM輸出的脈寬。此外，DSP還有電源驅(qū)動保護(hù)功能，利用引腳（電源驅(qū)動保護(hù)中斷）可為系統(tǒng)的安全提供保障。如果采用傳統(tǒng)的采樣方法，需要對該信號進(jìn)行濾波，通常用阻容電路進(jìn)行濾波。采樣保持時間發(fā)生在計(jì)數(shù)器的值為最大（或?yàn)榱悖┑臅r刻，此時的電感電流的高頻紋波已經(jīng)損耗了，采到的波非常純凈。 基于DSP的逆變器的實(shí)現(xiàn) 逆變器控制方法的發(fā)展過去，閉環(huán)控制的脈寬調(diào)制計(jì)數(shù)廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和不間斷電源系統(tǒng)中。但是在非線形負(fù)載，或當(dāng)負(fù)載突變時，輸出的正弦波電壓將發(fā)生畸變。隨著微處理器的發(fā)展，數(shù)字化控制的技術(shù)開始運(yùn)用到逆變器中。由于開關(guān)器件的性能有限，主電路的開關(guān)頻率不會有太大的提高。由于負(fù)載可能是非線形，或者突變的，沒有一種通用的模型來包括所有的負(fù)載。其狀態(tài)方程及輸出方程可寫為為：圖48 逆變器的等效模型將上面的狀態(tài)方程進(jìn)行拉氏變換，可得到逆變器的傳遞函數(shù)。若能對系統(tǒng)的兩個變量同時進(jìn)行控制，則系統(tǒng)的性能將得到更大的改善。輸出電壓和電感電流隔離采樣后分別送到ADC模塊的ADC1ADC3通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以便實(shí)現(xiàn)對逆變器的實(shí)時控制。 主電路參數(shù)選擇分析：逆變器輸出電壓中不僅包含了50HZ的正弦波，還包括了開關(guān)頻率分量及其諧波。電感電抗為 ，隨著頻率升高而升高。則有因,故，對基波信號的阻力很小, 對基波信號分流很小，因此允許基波信號通過。1)特性阻抗的選擇特性阻抗與負(fù)載阻抗的關(guān)系是令UPS的容量為2KVA，輸出電壓為220V，滿負(fù)載時，所以有。而蓄電池的電壓為110V，故DC/DC變換部分的任務(wù)就是將110V的直流電壓經(jīng)變換為穩(wěn)定直流電壓。1)單端正激變換器的高頻變壓器磁芯工作在BH曲線的一側(cè),利用率較低，如果要求輸出電壓為360V，則變壓器副邊電壓將至少為720V，整流二極管和續(xù)流二極管承受很大電壓，相對來說，器件比較難選擇。導(dǎo)致功率器件的損壞。此時流過T1的電流為輸出電流折算到原邊的電流。其工作過程如下：T1導(dǎo)通時，副邊繞組電壓將使D4，D2導(dǎo)通，能量從原邊傳到副邊。DC/DC變換器空載，當(dāng)市電故障時，DSP關(guān)閉PWM1輸出，此時D6導(dǎo)通，D1截止，由DC/DC向逆變器提供電源。而且要求他們的脈沖寬度相等，相位相差。PWMPWM8的脈沖寬度要求相差，我們可以將PWM7的輸出引腳設(shè)置為高有效，PWM8的輸出引腳為低有效。，故有 。 主電路與DSP的連接基于DSP控制的DC/DC變換器原理圖如下：圖53 基于DSP控制的DC/DC變換器原理圖 DSPbased control of DC / DC converter schematic 主電路參數(shù)選擇變壓器的設(shè)計(jì)變壓器尺寸選擇要滿足在工作頻率下、溫升在允許范圍內(nèi)、能夠輸出額定的功率。將上述值代人可得（匝）2) 副邊線圈匝數(shù)：由原邊線圈可求得每匝的電壓系數(shù) =55/25= ，副邊輸出電壓為360V，故變壓器副邊繞組電壓為 360/（2）=450（V） ，忽略二極管的壓降，則副邊繞組匝數(shù)=450/=205（匝）?？蛰d運(yùn)行時輸出濾波電容為C3；當(dāng)市電故障時，二極管D6導(dǎo)通，此時電容C3與C1并聯(lián)為DC/DC變換器的輸出濾波電容。其中Vs為副邊最大電壓，大小為；為空載時的占空比，=，=5010 6s, =H。在本章將簡單介紹一下。顯然，我們不能在市電端接變壓器再穩(wěn)壓的方法，若一旦市電故障，則整個系統(tǒng)也不能工作了。TOPSwith系列產(chǎn)品是專門用于簡化電源設(shè)計(jì)的集成電路芯片。 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)在該在線式UPS中的功率開關(guān)管選擇的都是IGBT管，這種類型的管子以PNP型BJT為主導(dǎo)元件，以MOSFET為驅(qū)動元件的復(fù)合功率管。實(shí)際的柵—源的最大電壓為20V~30V之間。隔離一般有光電耦合器隔離和隔離變壓器隔離。穩(wěn)壓管在關(guān)斷過程中為MOSFET的柵—源提供負(fù)電源，加快MOSFET的關(guān)斷速度。旁路開關(guān)根據(jù)采用的元件的不同，可分為機(jī)械式、電子式和混合式三種。它主要有微控芯片U3(LSC42123FCN)和(DAC0800)以及(LM324)的8腳、9腳、10腳及外部電路組成。根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器原理可知：當(dāng)U2的輸入端送出一個信號時，就含在U2的輸出端，4引腳送出一個模擬信號，DAC0800是D/A轉(zhuǎn)換芯片。由于可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷時間都只有幾個微秒，所以它有可能實(shí)現(xiàn)對市電逆邊器供電的零轉(zhuǎn)換時間。當(dāng)UPS過載時，為了保護(hù)逆變器，旁路開關(guān)將輸出切換到市電端。由于光耦在電路中用來傳遞PWM脈沖信號，故其工作在開關(guān)狀態(tài)。為了快速開通，提供充足的充電電流是必須的，為此電源的內(nèi)阻要盡量小。MOSFET的柵—源極見的硅氧化層的耐壓是有限的。其中集成的電源控制電路可提供多種電壓等級的直流電壓。為了簡化電源電路的設(shè)計(jì)，減少外圍器件，避免使用大量的分立元件來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。如DSP芯片、運(yùn)放電路、采樣電路等。根據(jù)上面的計(jì)算，我們可將電容值盡量取小。DC/DC處于空載時，電感電流工作在不連續(xù)狀態(tài)，占空比非常小。輸出濾波電感的設(shè)計(jì)一般要求電感電流的最大脈沖量為最大輸出電流的10%~20%。在此選擇磁芯為EE20（根據(jù)《電源變壓器設(shè)計(jì)手冊》查找），其次確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的擺幅值，半橋變換電路的變壓器工作