PWM整流控制技术的在线式UPS-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

1 概述

　　PWM前端控制整流由于具有直流电压的变化，输入功率因数校正（PFC）和输入电流谐波控制的能力等优点，被广泛用于三相交直交电压系统。由前端整流器、直流电容，以及逆变器组成的三相交直交电压系统广泛用于在线式UPS。基于DSP控制的在线式UPS的结构图如图1所示。

图1 基于DSP控制的在线式UPS的结构图

　　图1中，主电路由输入变压器、输入滤波电路、电压和电流检测电路、蓄电池、功率电路、输出滤波电路和静态开关等组成。其中功率电路包括三个部分，即输入的PFC、三相全桥逆变器、DC/DC部分。电路信号采用TMS320C2812控制。该控制器是TI软件公司开发的，可方便地进行汇编，执行控制程序和错误检查。一般PFC升压整流控制器通常有两个反馈回路，外部电压环路和内在电流环路。电压调节器产生电流控制的d轴电流，而在q轴电流控制是零的单位功率因数，其控制如图2所示。

图2 带负载功率反馈的传统PWM控制系统

　　在正常工作条件下，稳压器输出稳定的直流母线电压和d轴电流控制，但是逆变器负荷不均衡，就会产生波动的直流电压，因此整流器在不平衡负载下会造成前端总谐波失真（THD）的输入电流。

　　相关研究表明直流电压滤波问题所造成的原因是由于不平衡的逆变器的负载电流和不平衡的输入电压造成的，然而，他们的控制目标不是提高电能质量的投入，而是尽量减少直流环节电压。

　　一些研究人员已用开关函数概念的电力转换器，显示存在的谐波直流母线电压。本文将用这些已量化的工程来处理谐波波动问题，仿真和实验结果将有效地证明本文提出的新型控制技术。
　2 系统分析

　　一个标准的基于DSP控制在线式UPS系统如图3所示。系统由推动型的前端整流器、直流链接、电压源逆变器构成。这两个功率转换器使用标准的空间矢量PWM控制，产生快速电压调节与总谐波失真最小化控制逆变器。

图3 基于DSP控制的三相整流逆变控制系统模型

　　影响负载平衡分析如下。该逆变器的输入：

　　式中，SA,SB和SC是交换功能的交换机顶端的三个逆变器的开关，如下：

　　扩大这些功能交换，假设标准正弦相位电流如下：

　　式中，AK是k阶的组成部分。AK≡0的所有三角变换后，可以得出：

　　式中，Iinv0是直流分量的逆变器输入电流；Iinvn是n阶部分的电流。通过公式（4）可看到，IoutA=IoutB=IoutC和ΦA=ΦB=ΦC,同时有Iinvn=0,如果n>0三相负载电流是平衡的。否则，交流成分存在会造成连锁反应。
　由公式（4）可以得出，考虑到固定的三相电流，Iinv0仅正比A1,Iinv2是一个关于A1的线性组合，A3Iinv4和A3A5是一个线性组合，等等。在低频率范围内，由于Ak≡0所以Iinv0=0.

　　根据标准空间矢量PWM,各次谐波的算法：

　　式中，q=0,1,2,……∝；ωm是调制频率；ωc是载波频率；ωm≤ωc,a是调制指数；Jv（z）是第一类Bessel函数。公式（5）只适用于频率范围远远低于载波频率，此时在一次波段的载波频率可以忽略不计。在本文的系统研究中，m/c=1/90适用于规定计算，并假设调制指数：A1=1,A3=1.142×10-4,A5=3.020×10-8.

　　二次谐波会导致不平衡的前端三相输入电流。抑制二次谐波直流电压，不会解决当前不平衡的问题，因为目前仍然是不稳定的控制策略，提出了要消除失控，但有第二次谐波分量和反馈。

　　3 控制策略

　　在电源应用中，基本逆变器输出的标准电压频率是50Hz,但直流母线谐波必须是两次，可设计以制止数字带阻滤波器与已知谐波频率。在数字滤波器中，便以2n的低层和高层截止频率ω1和ω2来设计，使用MATALAB仿真。

　　离散时间滑模控制器（DSMC）,其中已被更为有效证明是用于内部电流环。DSMC仿真的描述如下。

　　在整流电路包括输入电感如图3可以作为一个模式LTI系统和代表的状态空间。在离散时间，该系统可以被描述如下：

　　式中，输入电流iin;整流控制电压vpwm;输入电源电压vin都代表参加同步dq参照系数，Ai,Bi和Ei,为系统确定的电路参数。鉴于当前的逆变命令iref（k）,DSMC仿真相当于控制式如下：

　　直流母线电压和PWM技术可以用来确定整流控制电压限制速度，可以得到的实际控制电压公式：

　4 仿真结果

　　为了直观地比较传统和本文提出控制技术，在不平衡的负载下分别建立了不同的模型。不良的负序分量的输入电流已接近消除，输入电流总谐波失真也会减少。这一结果意味着，解耦之间的逆变器和整流器实现了在不平衡负载输入电流直流环节。图4和图5显示不同的动态性能之间的控制器与谐波补偿的研究。通过比较，可以得知，传统的控制技术存在不平衡的三相输入电流和低失真，本文的控制技术是稳定的。

图4 传统控制策略的仿真结果

图5 新型控制策略的仿真结果

　　5 实验结果

　　基于两个数字控制器TMS320C2812DSP控制整流器和逆变器，分别在图3使用相同的负载进行模拟实验。图6为在线收集的稳态下的直流电测量值和筛选值。显然，直接测量Udc为代表的100Hz组成部分得到显着抑制，由四阶滤波器证明了这一瞬态测试。

图6 测量Udc过滤Udc的实验结果

　做以上重复的模拟实验，其结果如图7和图8所示。

图7 传统iinAB相的实验结果

图8 新型iinAB相的实验结果

　　可以看出，本文提出的控制技术提高了平衡的三相输入电流，相似的波形如图4和图5的仿真结果。

　　6 结论

　　本文提出一种新型前端PWM整流的标准整流逆变控制技术系统，以实现解耦之间的转换与直流电容在不平衡负载下连结三相逆变器，针对前端控制的整流器在不平衡负载的影响分析，在此基础上设计和使用了电压电流环回路，制止2次谐波分量的直流电压反馈，对整流器和逆变器的输入电流进行过滤，使其不破坏动态响应的直流母线电压。通过仿真和实验结果有效地证明了本文所提出的新型控制技术。

关键字：PWM 整流技术在线式UPS 编辑：冰封引用地址：PWM整流控制技术的在线式UPS

上一篇：检测IGBT模块的办法
下一篇：低压配电系统防雷解决方案(图)

推荐阅读最新更新时间：2023-10-18 16:19

MSP430G2253 产生占空比可调的PWM

最近刚刚做了一个用430驱动白光LED的代码其中用到了以前用到的ADC和PWA这些常用的外设发现对片子掌握的还是太基础现在复习一下以后用到的时候也算有个参考今天就只学习一点最基本的功能用430产生一个占空比可调的PWM 先说一下步骤： 1:首先我们要知道那个引脚可以作为定时PWM的输出引脚如果不太熟悉引脚就去查阅册 2：配置这个IO 这种情况下无论那个系列的片子基本作为PWM输出的时候 IO配置为输出选择其端口复用功能详细配置看手册 3：设置PWM的周期 TACCR0 或者CCR0 貌似是一个冬冬吧这里面的数值决定了你PWM的周期举个简单的例子比如你使用1MHZ的时钟频率 CCR0

[单片机]

stm8程序设计之PWM

在单片机应用系统中，也常常会用到PWM 信号输出，例如电机转速的控制。现在很多高档的单片机也都集成了PWM 功能模块，方便用户的应用。对于PWM 信号，主要涉及到两个概念，一个就是PWM 信号的周期或频率，另一个就是PWM 信号的占空比。例如一个频率为1KHZ，占空比为30%，有效信号为1 的PWM 信号，在用示波器测量时，就是高电平的时间为300uS，低电平的时间为700uS 的周期波形。在单片机中实现PWM 信号的功能模块，实际上就是带比较器的计数器模块。首先该计数器循环计数，例如从0 到N，那么这个N 就决定了PWM 的周期，PWM 周期=（N+1）*计数器时钟的周期。在计数器模块中一定还有一个比较器，比较器有2

[单片机]

一种灵活的现代CPLD汽车数字仪表板设计

汽车仪表板成为汇集车辆安全和管理所有信息的神经中枢，为驾驶员显示各种信息。在当今的数字时代车辆仪表系统必须能够监控所有关键功能，该系统甚至是个性化的。业界需求发展导致出现了很多半导体解决方案，从ASSP到全定制器件等。这些方案可能都是功能固定的解决方案，不能灵活地进行产品开发，无法满足设计人员的要求。作为对比，可更新解决方案在一条车辆产品线上支持多种相似的应用，没有任何多余的成本开销。这类定制解决方案以很低的成本满足了所有需求。本文简要介绍一种创新的CPLD体系结构，完全避免了使用微控制器及其驱动器，从而提供了低成本、低功耗组合数字仪表板解决方案。这一模拟仪表板解决方案（ADS）高效地实现了数字汽车网络，充分发挥了数字技术

[嵌入式]

基于51单片机实现的电机PWM控制及测速

阅读数：2181

[单片机]

移相控制的全桥PWM变换器的电路及元件详解

移相控制的全桥PWM变换器是最常用的中大功率 DC/DC 变换电路拓扑形式之一。移相PWM控制方式利用开关管的结电容和高频变压器的漏电感或原边串联电感作为谐振元件，使开关管能进行零电压开通和关断，从而有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声，减少了器件开关过程中产生的电磁干扰，为变换器提高开关频率、提高效率、减小尺寸及减轻质量提供了良好的条件。然而，传统的移相全桥变换器的输出整流二极管存在反向恢复过程，会引起寄生振荡，二极管上存在很高的尖峰电压，需增加阻容吸收回路进行抑制，文献提出了两种带箝位二极管的拓扑，可以很好地抑制寄生振荡。本文采取文献提出的拓扑结构，设计了一台280 W移相全桥软开关DC/DC变换器，该变换器输入电压为19

[电源管理]

移相控制的全桥<font color='red'>PWM</font>变换器的电路及元件详解

计数器PWM设计方案分析

一、定时/计数器PWM设计要点　　根据PWM（（脉宽调制（PWM：（Pulse Width ModulaTION）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的模式））的特点，在使用ATmega128的定时/计数器设计输出PWM时应注意以下几点：　　1.首先应根据实际的情况，确定需要输出的PWM频率范围，这个频率与控制的对象有关。如输出PWM波用于控制灯的亮度，由于人眼不能分辨42Hz以上的频率，所以PWM的频率应高于42Hz，否则人眼会察觉到灯的闪烁。　　2.快速PWM可以的到比较高频率的PWM输出，但占空比的调节精度稍微差一些。此时计数器仅工作在单程正向计数方式，计数器的上限值决定PWM的

[模拟电子]

基于PWM的路灯节能装置的设计

　　1 引言　　随着城市现代化建设步伐的加快，社会对城市道路照明及城市亮化工程的要求也更高，国家明确要求要把节约资源作为国家的基本的国策，节能已成为社会发展的主流。　　本文设计了基于ATmega128处理器为核心搭建硬件平台，设计了PWM斩波调压电路，实现了对路灯电压的合理调节。电压自动调节电路主要以PWM斩波技术为核心，设计实际电路，调试获得成功，达到了降压的目的。针对在该种降压电路中开关管的工作频率较高，会产生高次谐波，为了抑制高次谐波，通过具体计算设计了滤波电路，并调试成功。　　2 系统总体设计　　如图1所示：首先，是建立一个交流调压系统，系统的被控对象为电网电压，控制器通过交流斩波技

[电源管理]

基于<font color='red'>PWM</font>的路灯节能装置的设计

PWM调光方法在LED亮度调节中的应用

　　LED 是一种固态电光源，是一种半导体照明器件，其电学特性具有很强的离散性。它具有体积小、机械强度大、功耗低、寿命长，便于调节控制及无污染等特征，有极大发展前景的新型光源产品。LED 调光方法的实现分为两种：模拟调光和数字调光，其中模拟调光是通过改变LED 回路中电流大小达到调光；数字调光又称PWM 调光，通过PWM 波开启和关闭LED 来改变正向电流的导通时间以达到亮度调节的效果。模拟调光通过改变LED 回路中的电流来调节LED 的亮度，缺点是在可调节的电流范围内，可调档位受到限制；PWM 波调光可通过改变高低电平的占空比来任意改变LED 的开启时间，从而使亮度调节的档位增多。本文拟用两种方法共同作用

[电源管理]

<font color='red'>PWM</font>调光方法在LED亮度调节中的应用

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批

■TI 有奖直播 | 使用基于 Arm 的 AM6xA 处理器设计智能化楼宇

■Follow me第二季第3期来啦！与得捷一起解锁高性能开发板【EK-RA6M5】超能力！

■报名直播赢【双肩包、京东卡、水杯】| 高可靠性IGBT的新选择——安世半导体650V IGBT

■30套RV1106 Linux开发板（带摄像头），邀您动手挑战边缘AI~

Vishay线上图书馆

白皮书技术文章视频热门推荐