基于MC68HC908MR16数字化控制的不间断电源系统

图3    电网电压的采样及相位的捕捉 [page]

2.2 UPS逆变器与电网切换控制的实现

    切换控制是通过通断切换电路中的静态电子开关（如晶闸管模块MTC）来实现的。本系统选用MTC70（70A/1200V）的晶闸管，如图4所示，图4中L₁为电网进线，L₂为逆变器进线，N为两者的公共地线，R为负载。图中采用晶闸管反并联连接，由于母线上流过的是正弦全波，以SCR₁及SCR₂为例，就必然形成在正弦波的正半周SCR₂导通、SCR₁关断,在负半周则SCR₁导通、SCR₂关断，这样就保证了流过负载的电流是完整的正弦波。

图4    切换电路示意图

    晶闸管的通断是由MR16单片机辅以切换控制电路实现的。当电网故障时，先发出切断电网信号，再发出切入逆变器的信号；当电网恢复时，先发出切断逆变器信号，再发出切入电网的信号，这就需要信号发送电路，同时控制晶闸管开、关也需要门极触发驱动电路。切换控制电路如图5所示，图5中左边PTC0、PTC6两路端口就是MR16单片机发送的开关控制信号，经光耦隔离送到由或非门组成的基本RS触发器电路中，RS触发器输出的两路信号是互锁的，两者只能同时为低电平（关断信号），不能同时为高电平（开通信号），从而增强了系统的安全性。由555定时器组成的自激振荡器的作用是定时地发送触发脉冲，脉冲有效宽度应不小于晶闸管的开通时间，其输出信号与RS触发器的输出相与送到门极驱动电路中。图5中后级则是晶闸管的门极脉冲驱动电路，可以看出也是隔离输出的。另外，采用两个LED管用于显示负载采用的供电方式。

图5    切换控制电路

    MR16单片机通过对市电故障及故障是否恢复的判断来切断市电或UPS的逆变器。切断市电或逆变器后，负载电流衰减到零需要有一过程，然后再切入逆变器或市电，为保证切换操作的可靠性，本系统在零电流切入方式的基础上，在主程序中加入了如果在切断市电（或逆变器）后延时3ms没有进行切入操作，就不管是否检测到零电流直接进行相应的切入操作，从而保证了UPS供电的可靠性。

2.3  UPS逆变器输出电压的平均值反馈控制

    UPS逆变系统实质上也是一种控制系统，对于本系统输出电压来说，其扰动量主要是负载变化和蓄电池的电压变化，蓄电池电压在短时间内可以视为定值，负载的变化为本系统的主扰动。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变就应该引入哪个物理量的负反馈，所以，闭环逆变系统采用的是电压闭环控制。通过测量输出反馈的电压量与给定量进行比较，经过调节器控制计算输出，最终改变SPWM输出脉宽，从而使输出跟随给定变化，负载扰动是被负反馈包围在前向通道上的，所以，该控制结构能够抵抗负载扰动变化。对于调节器来说，数字化PI调节器是目前应用最广泛、最为成熟的一项技术，已经在逆变系统中得到了很好的应用。由于逆变系统中的负载扰动均为电参量，动态响应要快，因此，PI控制算法中的参数选择至关重要，在设计过程中应合理选择调节器参数，使系统的控制适应性、快速性好，并有较强的鲁棒性。

    逆变系统的一般组成结构如图6所示。

图6    逆变系统组成结构图

2.4 UPS逆变器输出电压波形的补偿

    在逆变主电路（如图7所示）中，为防止同一桥臂的两个功率开关管出现直通现象，往往采取关断一功率管后延时一段时间再开通另一功率管的方法，这中间延时的时间（通常为几μs）就形成了死区，死区的存在（尽管很小）势必会造成输出电压波形的畸变，尤其对零点附近波形的影响，本系统采取优化存储在MR16单片机ROM中的正弦表值的方法对死区进行补偿，以实现平滑的正弦电压波形输出。

图7    电压型逆变电路