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)切換控制的實現(xiàn)

切換控制是通過通斷切換電路中的靜態(tài)電子開關(guān)（如晶閘管模塊MTC）來實現(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)進線，L₂為逆變器進線，N為兩者的公共地線，R為負載。圖中采用晶閘管反并聯(lián)連接，由于母線上流過的是正弦全波，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,在負半周則SCR₁導(dǎo)通、SCR₂關(guān)斷，這樣就保證了流過負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單片機輔以切換控制電路實現(xiàn)的。當電網(wǎng)故障時，先發(fā)出切斷電網(wǎng)信號，再發(fā)出切入逆變器的信號；當電網(wǎng)恢復(fù)時，先發(fā)出切斷逆變器信號，再發(fā)出切入電網(wǎng)的信號，這就需要信號發(fā)送電路，同時控制晶閘管開、關(guān)也需要門極觸發(fā)驅(qū)動電路。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單片機發(fā)送的開關(guān)控制信號，經(jīng)光耦隔離送到由或非門組成的基本RS觸發(fā)器電路中，RS觸發(fā)器輸出的兩路信號是互鎖的，兩者只能同時為低電平（關(guān)斷信號），不能同時為高電平（開通信號），從而增強了系統(tǒng)的安全性。由555定時器組成的自激振蕩器的作用是定時地發(fā)送觸發(fā)脈沖，脈沖有效寬度應(yīng)不小于晶閘管的開通時間，其輸出信號與RS觸發(fā)器的輸出相與送到門極驅(qū)動電路中。圖5中后級則是晶閘管的門極脈沖驅(qū)動電路，可以看出也是隔離輸出的。另外，采用兩個LED管用于顯示負載采用的供電方式。

圖5 切換控制電路

MR16單片機通過對市電故障及故障是否恢復(fù)的判斷來切斷市電或UPS的逆變器。切斷市電或逆變器后，負載電流衰減到零需要有一過程，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3ms沒有進行切入操作，就不管是否檢測到零電流直接進行相應(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)實質(zhì)上也是一種控制系統(tǒng)，對于本系統(tǒng)輸出電壓來說，其擾動量主要是負載變化和蓄電池的電壓變化，蓄電池電壓在短時間內(nèi)可以視為定值，負載的變化為本系統(tǒng)的主擾動。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變就應(yīng)該引入哪個物理量的負反饋，所以，閉環(huán)逆變系統(tǒng)采用的是電壓閉環(huán)控制。通過測量輸出反饋的電壓量與給定量進行比較，經(jīng)過調(diào)節(jié)器控制計算輸出，最終改變SPWM輸出脈寬，從而使輸出跟隨給定變化，負載擾動是被負反饋包圍在前向通道上的，所以，該控制結(jié)構(gòu)能夠抵抗負載擾動變化。對于調(diào)節(jié)器來說，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)中的負載擾動均為電參量，動態(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)計過程中應(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償

在逆變主電路（如圖7所示）中，為防止同一橋臂的兩個功率開關(guān)管出現(xiàn)直通現(xiàn)象，往往采取關(guān)斷一功率管后延時一段時間再開通另一功率管的方法，這中間延時的時間（通常為幾μs）就形成了死區(qū)，死區(qū)的存在（盡管很小）勢必會造成輸出電壓波形的畸變，尤其對零點附近波形的影響，本系統(tǒng)采取優(yōu)化存儲在MR16單片機ROM中的正弦表值的方法對死區(qū)進行補償，以實現(xiàn)平滑的正弦電壓波形輸出。

圖7 電壓型逆變電路