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主要介紹了介紹了數(shù)字控制UPS電源的應(yīng)用優(yōu)勢體現(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，PFC部分對輸入進(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，同時避免對電網(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DC/DC部分仍然在正常工作，只是由于電池電壓經(jīng)過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，市電掉電或者輸入電壓、頻率不在允許的范圍時，市電經(jīng)PFC得到直流母線電壓迅速降低，當(dāng)?shù)陀?60V時，二極管導(dǎo)通，使得直流母線電壓維持在360V，此時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間，大容量的電池組的后備供電時間可以達(dá)幾個到幾十個小時，對于備有柴油發(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，可以在長時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還送給市電電壓/流相位測量電路，產(chǎn)生市電電壓信號和相位信號，供微處理器電壓/流測量和同步鎖相之用。這樣就實(shí)現(xiàn)了對負(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DSP的軟件的編程來實(shí)現(xiàn)，所以整個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。

圖1基于DSP控制的UPS電源原理框圖

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。

圖2輸入功率因數(shù)校正電路圖

輸入功率因數(shù)校正因數(shù)電路的工作原理，UPS電源市電通過功率因數(shù)校正模塊，來進(jìn)一步減少來自電網(wǎng)干擾，同時使整個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AC/DC變換器，它完成輸入的整流，同時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，該直流電源經(jīng)過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)
正弦逆變電路如圖3所示主要是由電容C1，功率管T1、T2、T3、T4組成的逆變橋，電感L2，電容C2等組成。PFC模塊的輸出經(jīng)由逆變部分能夠產(chǎn)生負(fù)載所需的純正弦波交流電壓。

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圖3正弦逆變器電路圖

數(shù)字UPS電源的正弦逆變器是時刻處于工作過程中，其工作原理是通過采樣電路對逆變電路輸出電壓和電流進(jìn)行采樣，得到的采樣信號輸入到DSP，通過對采樣信號進(jìn)行處理，依照一定的算法和程式來實(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，逆變器對直流電壓的利用率又不高，因此需要DC/DC電路來轉(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)動電路簡單，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
同時通過SCI和SPI來實(shí)現(xiàn)整臺UPS電源的監(jiān)控程序，通過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)行時出現(xiàn)市電故障或停電時，UPS電源會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)生的報警信號。當(dāng)長時間停電，而電池組的供電電壓要低于臨界放電電壓時，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)會在UPS電源發(fā)出自動關(guān)閉命令的驅(qū)動下，完成數(shù)據(jù)的保存和設(shè)備的保護(hù)。
而另一方面，提供一個友好的人機(jī)界面，可實(shí)時監(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UPS電源進(jìn)行定時的開機(jī)/自動關(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。對于要求執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能的UPS電源，應(yīng)配置有簡單的網(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，必然會促使UPS電源產(chǎn)品向數(shù)字化方向發(fā)展。

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