上一章節(jié)主要介紹了介紹了數(shù)字控制UPS電源的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪些方面。本章節(jié)主要介紹了基于DSP數(shù)字控制UPS電源的工作流程和組成結(jié)構(gòu)，深入剖析了關(guān)鍵電路的結(jié)構(gòu)功能，對(duì)數(shù)字化UPS電源應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

    一、DSP控制的UPS電源工作流程

    DSP控制的數(shù)字式UPS電源的工作流程是：當(dāng)市電正常情況下，輸入電壓、頻率在允許的范圍時(shí)，PFC部分對(duì)輸入進(jìn)行功率因數(shù)校正，使得該系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)為0.98左右，同時(shí)避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，輸入的市電經(jīng)PFC環(huán)節(jié)變換得到400V直流輸出電壓，為后面的逆變電路提供能量。同時(shí)DC/DC部分仍然在正常工作，只是由于電池電壓經(jīng)過(guò)DC/DC電路變換得到360V輸出電壓，略小于市電經(jīng)PFC變換得到的直流母線電壓，這樣通過(guò)二極管就將它和直流母線隔離，DC/DC部分空載運(yùn)行，處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)市電不正常時(shí)，市電掉電或者輸入電壓、頻率不在允許的范圍時(shí)，市電經(jīng)PFC得到直流母線電壓迅速降低，當(dāng)?shù)陀?60V時(shí)，二極管導(dǎo)通，使得直流母線電壓維持在360V，此時(shí)逆變器得到的能量是由電池電壓經(jīng)由DC/DC電路變化得到的直流母線電壓。無(wú)論市電是否正常逆變部分均可以正常的工作。一般蓄電池可提供幾分鐘到幾十分鐘的后備供電時(shí)間，大容量的電池組的后備供電時(shí)間可以達(dá)幾個(gè)到幾十個(gè)小時(shí)，對(duì)于備有柴油發(fā)電機(jī)的用戶，可以在市電停電5~10秒之內(nèi)把柴油發(fā)電機(jī)投入到UPS電源的輸入端，可以在長(zhǎng)時(shí)間停電的情況下向用戶提供高質(zhì)量的正弦波電源。經(jīng)處理以后的市電同時(shí)還送給市電電壓/流相位測(cè)量電路，產(chǎn)生市電電壓信號(hào)和相位信號(hào)，供微處理器電壓/流測(cè)量和同步鎖相之用。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的不間斷供電功能。

    二、DSP控制的UPS電源組成結(jié)構(gòu)

    UPS電源要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制化，那要用更多的模擬器件才能實(shí)現(xiàn)的控制功能和算法就可以通過(guò)DSP的軟件的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以整個(gè)UPS電源的結(jié)構(gòu)就相比較用模擬器件的實(shí)現(xiàn)的UPS電源的整體結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。如圖1所示下面就是數(shù)字化的UPS電源的整體框圖。主要由輸入功率因數(shù)校正、逆變部分、DC/DC等組成。

    三、DSP控制的UPS電源關(guān)鍵電路結(jié)構(gòu)

    (1)UPS電源的功率校正電路

    輸入功率因數(shù)校正電路如圖2所示主要由功率管T5、電感L1、二極管D1、電容C1組成。它為輸入部分提供功率因數(shù)校正功能，并且提升電壓至400V。

    輸入功率因數(shù)校正因數(shù)電路的工作原理，UPS電源市電通過(guò)功率因數(shù)校正模塊，來(lái)進(jìn)一步減少來(lái)自電網(wǎng)*，同時(shí)使整個(gè)UPS電源系統(tǒng)的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)換效率得到提高。功率校正模塊是一個(gè)AC/DC變換器，它完成輸入的整流，同時(shí)控制輸入電流為正弦波，從而達(dá)到很高的輸入功率因數(shù)。功率因數(shù)校正部分還必須保持直流電壓恒定，不隨輸入的變化而改變。直流電壓又在逆變部分變換成幅值、頻率合適的交流電源。當(dāng)UPS電源工作處在蓄電池方式時(shí)，該直流電源經(jīng)過(guò)DC/DC變換隔離后得到逆變部分所需的直流電壓。

    (2)正弦逆變電路結(jié)構(gòu)

 

圖3正弦逆變器電路圖

    數(shù)字UPS電源的正弦逆變器是時(shí)刻處于工作過(guò)程中，其工作原理是通過(guò)采樣電路對(duì)逆變電路輸出電壓和電流進(jìn)行采樣，得到的采樣信號(hào)輸入到DSP，通過(guò)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行處理，依照一定的算法和程式來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦逆變電路控制的功能。

    (3)DC/DC電路結(jié)構(gòu)

    DC/DC電路的構(gòu)成如圖4所示，主要是由高頻變壓器、功率管T6、T7，整流二極管D33、D34、D35、D36，電容C31等組成。該部分采用直流電壓環(huán)反饋控制，變換后的電壓通過(guò)二極管D6與PFC的輸出端相連。

圖4DC/DC電路的結(jié)構(gòu)圖

    由于電池電壓比較低，逆變器對(duì)直流電壓的利用率又不高，因此需要DC/DC電路來(lái)轉(zhuǎn)換電池的電壓。而DC/DC的電路結(jié)構(gòu)有很多，但是各有優(yōu)缺點(diǎn)，最常用的就是推挽式直流變換電路這種電路的優(yōu)點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，輸出功率大。一般被功率要求比較高的負(fù)載選作直流變換電路。

    (4)UPS電源其他結(jié)構(gòu)功能

    同時(shí)通過(guò)SCI和SPI來(lái)實(shí)現(xiàn)整臺(tái)UPS電源的監(jiān)控程序，通過(guò)SCI口和微機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控是全數(shù)化UPS電源的重要結(jié)構(gòu)功能。

    其中一方面，在UPS電源運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)市電故障或停電時(shí)，UPS電源會(huì)利用上述通訊通道向由它供電的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送因市電故障產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間停電，而電池組的供電電壓要低于臨界放電電壓時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在UPS電源發(fā)出自動(dòng)關(guān)閉命令的驅(qū)動(dòng)下，完成數(shù)據(jù)的保存和設(shè)備的保護(hù)。

    而另一方面，提供一個(gè)友好的人機(jī)界面，可實(shí)時(shí)監(jiān)視UPS電源的運(yùn)行參數(shù)，方便用戶的參數(shù)修改，同時(shí)便于用戶查詢UPS電源運(yùn)行的歷史記錄。還可在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上對(duì)UPS電源進(jìn)行定時(shí)的開(kāi)機(jī)/自動(dòng)關(guān)機(jī)操作。為實(shí)現(xiàn)上述控制功能，還可以提供RS-232和RS-485通信接口，用戶可根據(jù)實(shí)際情況任選一種。對(duì)于要求執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能的UPS電源，應(yīng)配置有簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)適配器或適配卡。

   隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，DSP技術(shù)已被越來(lái)愈多UPS電源廠家應(yīng)用于產(chǎn)品中。而DSP技術(shù)也被廣泛應(yīng)用一方面提高了UPS電源產(chǎn)品輸出電壓的穩(wěn)定性和純凈程度，另一方面也提高了UPS電源產(chǎn)品自身的可靠性。而IGBT技術(shù)和高頻技術(shù)的應(yīng)用，除了大大提高了電源效率，降低了系統(tǒng)噪音和電源自身的電力損耗外，也大大提高了系統(tǒng)的可靠性。UPS電源的數(shù)字化并不是簡(jiǎn)單的指在系統(tǒng)中應(yīng)用了數(shù)字器件，如單片機(jī)及FPGA等，而是指整個(gè)系統(tǒng)的控制應(yīng)用數(shù)字器件的計(jì)算能力和離散控制方法來(lái)完成。隨著數(shù)字處理硬件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算速度的提高，必然會(huì)促使UPS電源產(chǎn)品向數(shù)字化方向發(fā)展。

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