基于DSP在線式UPS不間斷電源控制系統(tǒng)的研究 -電源管理
本文實(shí)現(xiàn)了基于TMS320F28335的不間斷電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能夠在單芯片中實(shí)現(xiàn)在線UPS的多控制環(huán)路，從而提高集成度并降低系統(tǒng)成本。數(shù)字控制還為每個(gè)控制器帶來可編程性、抗噪聲干擾和避免冗余電壓及電流傳感器的使用等優(yōu)點(diǎn)。DSP 可編程性意味著可以使用增強(qiáng)的算法更新系統(tǒng)以提高可靠性。
系統(tǒng)介紹
UPS主要按工作方式來分類，它分為后備式、在線互動(dòng)式、在線式三大類。在線式UPS輸出多為正弦波，且電壓及頻率穩(wěn)定，所以它多被用在供電質(zhì)量要求很高的場所。本文所介紹的UPS供電系統(tǒng)是屬于在線式的，主要由輸入濾波器、充電器、DC/DC變換器、微控制器、逆變電路、輸入功率因素調(diào)節(jié)電路、RS232通訊接口、報(bào)警電路等部分組成。
UPS系統(tǒng)的控制器采用TI公司推出的業(yè)界首款浮點(diǎn)TMS320F28335 DSP，它具有150MHz高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，單指令周期32位累加運(yùn)算，可滿足應(yīng)用于更快代碼開發(fā)與集成高級控制器的浮點(diǎn)處理器性能的要求。與前代領(lǐng)先的DSP相比，最新的F2833x浮點(diǎn)控制器不僅可將性能平均提升50%，還具有精度更高、簡化軟件開發(fā)、兼容定點(diǎn)C28xTM控制器軟件的特點(diǎn)。該系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
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圖１ 系統(tǒng)總體框圖
當(dāng)市電正常時(shí)，在線式UPS輸入220V交流電壓，經(jīng)過EMI/RFI濾波后，被送到繼電器RY2。當(dāng)市電電源的電壓正常時(shí)，RY1繼電器處于閉合狀態(tài)。在此條件下，市電電源將分以下幾路去控制后級電路的運(yùn)行：
(I)市電直接經(jīng)交流旁路被送到常閉觸點(diǎn)繼電器RY2，然后向負(fù)載供電。這種情況一直維持到UPS執(zhí)行開機(jī)“自診斷”檢測操作后，通過微處理器的調(diào)控將UPS從市電供電狀態(tài)切換到逆變器供電狀態(tài)為止。
(II)經(jīng)充電器對UPS的內(nèi)置蓄電池組進(jìn)行充電。
(III)市電電源經(jīng)由保險(xiǎn)絲后，再經(jīng)帶輸入功率因數(shù)調(diào)節(jié)功能的整流濾波器，變成兩路直流電源。該直流高壓電源在逆變器內(nèi)經(jīng)正弦脈寬調(diào)制功率放大和高頻濾波后，變成一路幅值穩(wěn)定，頻率和相位同步跟蹤市電電網(wǎng)頻率和相位的高質(zhì)量的純正正弦電源，最后通過輸出濾波器送到負(fù)載。
(IV)當(dāng)市電供電異常時(shí)，電池的電壓通過DC/DC變換器變成幅值高達(dá)±390V的直流高壓電源，然后再經(jīng)過逆變器，變換成交流正弦波供給負(fù)載。
系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
本方案是利用TMS320F28335微控制器來設(shè)計(jì)UPS控制板的系統(tǒng)的電路。該系統(tǒng)是由母線電壓檢測電路模塊，幅值檢測電路模塊，電流峰值保護(hù)電路模塊，輔助電源監(jiān)測電路模塊，開、關(guān)機(jī)電路模塊，電壓檢測電路模塊，PWM產(chǎn)生電路模塊，繼電器控制電路模塊，外擴(kuò)存儲器模塊以及峰鳴產(chǎn)生電路模塊等組成。
母線電壓檢測模塊
母線電壓檢測電路模塊如圖2所示。分壓后的＋BUS電壓經(jīng)RC濾波后送往DSP的AD轉(zhuǎn)換引腳ADCINA2。分壓后的－BUS電壓經(jīng)反相器后，再經(jīng)RC濾波器送往DSP的AD轉(zhuǎn)換引腳ADCINA3。
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圖2 母線電壓檢測電路模塊
幅值檢測電路模塊
幅值檢測電路如圖3所示，它用于逆變器輸出電壓、市電輸入電壓、負(fù)載電流幅值檢測。該電路采用正值單向有源精密檢波器實(shí)現(xiàn)的，采用有源精密檢波器的目的是確保從該檢波器輸出端得到的單極性信號的幅值總是與輸入到檢波器的正弦波信號的幅值保持著嚴(yán)格的線性關(guān)系，用以消除一般二極管檢波器在小信號輸入時(shí)可能產(chǎn)生的非線性失真。
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