基于MR16單片機的不間斷電源的研究

2.3 鎖相同步的實現(xiàn)

在UPS的設計中，鎖相同步技術是衡量UPS系統(tǒng)性能好壞的一個重要指標。UPS能夠?qū)崿F(xiàn)市電旁路供電與逆變器供電之間的可靠轉換的前提是，市電的交流電壓與逆變器的交流輸出電壓必須同頻率、同相位和同幅值。如果UPS在執(zhí)行轉換的瞬間，由于兩路交流電源的電壓值不同，因而會出現(xiàn)瞬態(tài)電壓差ΔU，如果用戶在具有過大的ΔU情況下執(zhí)行切換操作，有可能會對負載產(chǎn)生電流沖擊。

逆變器正弦波的輸出，是通過建立一個正弦表，在中斷程序中由正弦指針讀取正弦表值，并進行相應脈寬計算產(chǎn)生SPWM波形輸出。正弦指針為零時對應的輸出正弦波相位也為零，所以，當檢測到電網(wǎng)零相位點時，可以通過比較正弦指針的值來判斷是否鎖相，指針為零則表明逆變器正弦波輸出與電網(wǎng)電壓波形鎖相同步，否則，就要通過移相跟蹤電網(wǎng)電壓相位。但是，如果一檢測到零相位就將正弦指針清零，勢必會引起較大的沖擊電流，并且這樣抗干擾能力弱，所以，系統(tǒng)采用逐次逼近鎖相方式。具體方法是：每檢測到一次零相位點，就判斷當前正弦指針是否為零，為零表明已經(jīng)鎖相，不為零，則判斷正弦指針處于正弦表的正半周還是負半周，位于正半周時就將正弦指針減1，位于負半周就將正弦指針加1，如此反復循環(huán)直到鎖相為止。顯然，鎖相同步要在PWM中斷程序中實現(xiàn)。

2.4 切換電路的設計

現(xiàn)在常用的方法是用晶閘管作切換開關,普通晶閘管的開通時間為幾μs，關斷時間約為幾百μs，開、關時間之和不超過1ms。圖1中采用晶閘管反并聯(lián)連接結構，由于母線上流過的是正弦全波，以V1、V2為例，就必然形成在正弦波的正半周V2導通、V1關斷,在負半周則V1導通、V2關斷，這樣就保證了流過負載的電流是完整的正弦波。普通晶閘管是半控器件，其關斷依賴于給陽極施加反向電壓。當電網(wǎng)故障時，首先，去掉V1和V2上的門極觸發(fā)信號，假設這時正處于正弦波的正半周，V1顯然關斷，但還沒有使V2關斷，這時再給V3和V4的門極施加觸發(fā)信號，V4導通，由于電網(wǎng)故障（停電或電壓偏低），這時就會在V2的陽陰極之間產(chǎn)生電壓差，其方向是陰極高于陽極，使V2關斷，從而切斷電網(wǎng)，由此可見兩者之間沒有環(huán)流。當市電電網(wǎng)恢復時，也是同理的。實驗證明采用上述方法是可行的。

3 實驗結果

按照上述設計思路制作了一臺5kW樣機，實驗結果如圖4所示。圖4（a）是逆變器空載輸出時的電壓波形，圖4（b）是逆變器滿載輸出時的電壓波形，圖4（c）是當電網(wǎng)斷電時，從電網(wǎng)切換到逆變器輸出時的負載電壓波形（通道1為電網(wǎng)波形，通道2為負載側電壓波形）。由圖4可以看出，系統(tǒng)能輸出較好的正弦電壓，切換時間約2ms左右，能滿足負載和用戶要求。

（a） 逆變器空載時輸出電壓波形

（b） 逆變器滿載時輸出電壓波形

（c） 電網(wǎng)斷電時從電網(wǎng)切換到逆變器輸出時的電壓波形

圖4 系統(tǒng)輸出波形

4 結語

采用上述思想設計了一臺樣機，通過實驗證明了該樣機能穩(wěn)定工作，切換時間短,各項性能指標均已達到UPS設計要求。