基于MC68HC908MR16數(shù)字化控制的不間斷電源系統(tǒng)

2.2 UPS逆變器與電網(wǎng)切換控制的實(shí)現(xiàn)

切換控制是通過(guò)通斷切換電路中的靜態(tài)電子開(kāi)關(guān)（如晶閘管模塊MTC）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)選用MTC70（70A/1200V）的晶閘管，如圖4所示，圖4中L₁為電網(wǎng)進(jìn)線，L₂為逆變器進(jìn)線，N為兩者的公共地線，R為負(fù)載。圖中采用晶閘管反并聯(lián)連接，由于母線上流過(guò)的是正弦全波，以SCR₁及SCR₂為例，就必然形成在正弦波的正半周SCR₂導(dǎo)通、SCR₁關(guān)斷,在負(fù)半周則SCR₁導(dǎo)通、SCR₂關(guān)斷，這樣就保證了流過(guò)負(fù)載的電流是完整的正弦波。

圖4 切換電路示意圖

晶閘管的通斷是由MR16單片機(jī)輔以切換控制電路實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，先發(fā)出切斷電網(wǎng)信號(hào)，再發(fā)出切入逆變器的信號(hào)；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，先發(fā)出切斷逆變器信號(hào)，再發(fā)出切入電網(wǎng)的信號(hào)，這就需要信號(hào)發(fā)送電路，同時(shí)控制晶閘管開(kāi)、關(guān)也需要門(mén)極觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路。切換控制電路如圖5所示，圖5中左邊PTC0、PTC6兩路端口就是MR16單片機(jī)發(fā)送的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，經(jīng)光耦隔離送到由或非門(mén)組成的基本RS觸發(fā)器電路中，RS觸發(fā)器輸出的兩路信號(hào)是互鎖的，兩者只能同時(shí)為低電平（關(guān)斷信號(hào)），不能同時(shí)為高電平（開(kāi)通信號(hào)），從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。由555定時(shí)器組成的自激振蕩器的作用是定時(shí)地發(fā)送觸發(fā)脈沖，脈沖有效寬度應(yīng)不小于晶閘管的開(kāi)通時(shí)間，其輸出信號(hào)與RS觸發(fā)器的輸出相與送到門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路中。圖5中后級(jí)則是晶閘管的門(mén)極脈沖驅(qū)動(dòng)電路，可以看出也是隔離輸出的。另外，采用兩個(gè)LED管用于顯示負(fù)載采用的供電方式。

圖5 切換控制電路

MR16單片機(jī)通過(guò)對(duì)市電故障及故障是否恢復(fù)的判斷來(lái)切斷市電或UPS的逆變器。切斷市電或逆變器后，負(fù)載電流衰減到零需要有一過(guò)程，然后再切入逆變器或市電，為保證切換操作的可靠性，本系統(tǒng)在零電流切入方式的基礎(chǔ)上，在主程序中加入了如果在切斷市電（或逆變器）后延時(shí)3ms沒(méi)有進(jìn)行切入操作，就不管是否檢測(cè)到零電流直接進(jìn)行相應(yīng)的切入操作，從而保證了UPS供電的可靠性。

2.3 UPS逆變器輸出電壓的平均值反饋控制

UPS逆變系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上也是一種控制系統(tǒng)，對(duì)于本系統(tǒng)輸出電壓來(lái)說(shuō)，其擾動(dòng)量主要是負(fù)載變化和蓄電池的電壓變化，蓄電池電壓在短時(shí)間內(nèi)可以視為定值，負(fù)載的變化為本系統(tǒng)的主擾動(dòng)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個(gè)物理量基本不變就應(yīng)該引入哪個(gè)物理量的負(fù)反饋，所以，閉環(huán)逆變系統(tǒng)采用的是電壓閉環(huán)控制。通過(guò)測(cè)量輸出反饋的電壓量與給定量進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器控制計(jì)算輸出，最終改變SPWM輸出脈寬，從而使輸出跟隨給定變化，負(fù)載擾動(dòng)是被負(fù)反饋包圍在前向通道上的，所以，該控制結(jié)構(gòu)能夠抵抗負(fù)載擾動(dòng)變化。對(duì)于調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，數(shù)字化PI調(diào)節(jié)器是目前應(yīng)用最廣泛、最為成熟的一項(xiàng)技術(shù)，已經(jīng)在逆變系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用。由于逆變系統(tǒng)中的負(fù)載擾動(dòng)均為電參量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要快，因此，PI控制算法中的參數(shù)選擇至關(guān)重要，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)合理選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，使系統(tǒng)的控制適應(yīng)性、快速性好，并有較強(qiáng)的魯棒性。

逆變系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 逆變系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

2.4 UPS逆變器輸出電壓波形的補(bǔ)償

在逆變主電路（如圖7所示）中，為防止同一橋臂的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管出現(xiàn)直通現(xiàn)象，往往采取關(guān)斷一功率管后延時(shí)一段時(shí)間再開(kāi)通另一功率管的方法，這中間延時(shí)的時(shí)間（通常為幾μs）就形成了死區(qū)，死區(qū)的存在（盡管很?。﹦?shì)必會(huì)造成輸出電壓波形的畸變，尤其對(duì)零點(diǎn)附近波形的影響，本系統(tǒng)采取優(yōu)化存儲(chǔ)在MR16單片機(jī)ROM中的正弦表值的方法對(duì)死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)平滑的正弦電壓波形輸出。

圖7 電壓型逆變電路