根据DSP操控的全数字UPS逆变器规划(一)

1 导言

跟着信息处理技能的不断发展，尤其是计算机的广泛应用和Internet的迅猛发展，供电体系的牢靠性要求越来越高，因而对不间断电源（UPS）技能指标的要求也越来越高。UPS的中心部分是一个恒频恒压逆变器，因为传统模仿操控需求运用很多的分立元器件，老化和温漂严重影响了体系的长时间稳定性。依据DSP的数字操控技能能大大改进产品的一致性，一起增加了操控的柔性，进步了整个体系的稳定性和牢靠性^[1]。本文首要提出了一种数字操控的UPS逆变器结构，详细论说了操控体系的参数规划。

2 体系结构

图1是本文提出的数字操控UPS逆变器的结构框图。主电路采用了全桥结构，操控电路是以TI公司的电机操控专用DSP芯片TMS320F240为中心的全数字操控器^[2]。Lf和Cf为逆变器的输出滤波电感和滤波电容，rL和rC分别为滤波元件的串联寄生电阻。考虑到操控的精确性和产品的本钱，操控体系采用了电阻取样，主功率电路与操控电路共地的体系操控办法。Rs1和Rs2为输出电压取样电阻，Rc为电感电流取样电阻。电压和电流取样信号通过采样网络，输入到DSP的A/D转化口。DSP的PWM模块输出4路PWM信号通过驱动电路之后驱动4个IGBT管。

3 操控体系规划

3．1 数字双环操控器结构

逆变器的操控有许多计划^[3]，本文的UPS逆变器采用了电感电流方式的数字双环PI操控办法，详细的逆变器数字操控框图如图2所示。图中的虚线框内部分为逆变器的主电路，Vref为存储在DSP程序空间内的正弦波数据表，VAB为逆变桥两桥臂中点间的电压。为了按捺反应量中的高频噪声，进步采样的精确性，反应通道中增加了阻容低通滤波器。电压差错信号通过数字PI调理之后的输出作为电流环的指令，电流差错信号再通过份额调理得到电流环输出。电流环输出与定时器发生的三角波比较后得到四路门极脉冲。

3．2 电流环和电压环参数规划

图3为简化的电流内环框图，Zoh为零阶坚持环节，它的s域传递函数为，其间Ts为采样周期。

本文规划的电压和电流采样周期均为50μs。电流环的开环脉冲传递函数为：

图4为简化的电压外环操控框图。其间为电压外环数字PI操控器脉冲传递函数的一般方式，K₁－K₂=K_IT_s，K_I为积分系数。

因为上面规划的电流内环的盯梢速度远快于电压外环，在规划电压外环时，作如下合理的简化：设电感电流现已可以盯梢指令电流，这样可以假定电流内环为一个单位份额环节1，然后得到电压外环的开环脉冲传递函数为：（疏忽了%&&&&&%的串连电阻rC），其闭环传递函数的特征方程为：。相同依据无差拍操控原理，令特征根为0，得到K1可以为恣意常数。依据K1和K2的联系并结合仿真的办法可以确认K1。

在上面的操控参数规划过程中，均采用了单位反应的简化方框图，实践线路的反应通道上必定会有份额环节，因而在上述规划的基础上，还要依据实践的反应份额改换操控方框图，得到终究的操控环节参数。

3 采样操控时序规划

图5是本文提出的一种采样操控时序示意图。t0－t4为一个开关周期，因为采用了倍频单极性的正弦波脉宽调制办法，输出滤波电感的脉动频率是开关频率的两倍，这样可以缩小滤波元件的体积。在定时器周期中止的t1时间，一起发动两路A/D转化器，进行电压和电流反应量的采样，t2时间A/D转化完毕，当即进行双环操控算法的履行直至t3时间。在定时器下溢中止的t4时间，将计算所得的比较值CMPRx载入。明显，在这种采样操控办法中，操控点相对于采样点只延时了半个开关周期，比许多文献^[4][5]报导的延时一个开关周期的采样操控办法，操控的实时性得到的很大的进步，仿真和试验都验证了这一点。

4 仿真和试验成果

表1列出了本文提出的数字操控逆变器的一些首要参数。

在进行实践的试验之前，先用MATLAB的SIMULINK工具箱对UPS逆变器体系进行了仿真研讨，图6为负载切换时的输出电压和负载电流的仿真波形。

图7(a)为满载3kVA下输出电压和电感电流的稳态试验波形，用LEM公司的钳形表HEMEANALYST2060测得：THD=1.4％，试验数据标明操控体系具有很好的稳态特性。图7(b)为半载到满载切换时的负载电压和负载电流试验波形，图7(c)为满载到半载的切换。试验波形与仿真波形吻合得比较好，显现逆变器可以很快将输出电压调整至稳态，标明晰操控体系具有杰出的动态特性。

5 结语

相对于模仿操控技能，依据DSP的全数字操控技能大大简化了操控电路的规划，增加了操控的灵活性。一起采用了数字无差拍操控技能和延时半个开关周期的采样操控办法，逆变器的动态特性大大改进。仿真和试验均验证了这种依据DSP的全数字操控计划的先进性和实用性。

(归纳电子论坛)