基于MR16單片機(jī)的UPS設(shè)計(jì)
圖3 交流電壓采樣電路
2.3 鎖相同步的實(shí)現(xiàn)
在UPS的設(shè)計(jì)中,鎖相同步技術(shù)是衡量UPS系統(tǒng)性能好壞的一個重要指標(biāo)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)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(jìn)行相應(yīng)脈寬計(jì)算產(chǎn)生SPWM波形輸出。正弦指針為零時(shí)對應(yīng)的輸出正弦波相位也為零,所以,當(dāng)檢測到電網(wǎng)零相位點(diǎn)時(shí),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(diǎn),就判斷當(dāng)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(fù)半周,位于正半周時(shí)就將正弦指針減1,位于負(fù)半周就將正弦指針加1,如此反復(fù)循環(huán)直到鎖相為止。顯然,鎖相同步要在PWM中斷程序中實(shí)現(xiàn)。
2.4 切換電路的設(shè)計(jì)
現(xiàn)在常用的方法是用晶閘管作切換開關(guān),普通晶閘管的開通時(shí)間為幾μs,關(guān)斷時(shí)間約為幾百μs,開、關(guān)時(shí)間之和不超過1ms。圖1中采用晶閘管反并聯(lián)連接結(jié)構(gòu),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(dǎo)通、V1關(guān)斷,在負(fù)半周則V1導(dǎo)通、V2關(guān)斷,這樣就保證了流過負(fù)載的電流是完整的正弦波。普通晶閘管是半控器件,其關(guān)斷依賴于給陽極施加反向電壓。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí),首先,去掉V1和V2上的門極觸發(fā)信號,假設(shè)這時(shí)正處于正弦波的正半周,V1顯然關(guān)斷,但還沒有使V2關(guān)斷,這時(shí)再給V3和V4的門極施加觸發(fā)信號,V4導(dǎo)通,由于電網(wǎng)故障(停電或電壓偏低),這時(shí)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(guān)斷,從而切斷電網(wǎng),由此可見兩者之間沒有環(huán)流。當(dāng)市電電網(wǎng)恢復(fù)時(shí),也是同理的。實(shí)驗(yàn)證明采用上述方法是可行的。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
按照上述設(shè)計(jì)思路制作了一臺5kW樣機(jī),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖4(a)是逆變器空載輸出時(shí)的電壓波形,圖4(b)是逆變器滿載輸出時(shí)的電壓波形,圖4(c)是當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí),從電網(wǎng)切換到逆變器輸出時(shí)的負(fù)載電壓波形(通道1為電網(wǎng)波形,通道2為負(fù)載側(cè)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(shí)間約2ms左右,能滿足負(fù)載和用戶要求。
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