基于dsp全数字ups逆变器锁相控制技术

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1、基于DSP全数字UPS逆变器锁相控制技术　　【摘要】为有效保证不间断电源逆变器交直流切换过程不对负载产生过大的冲击，UPS逆变输出电压必须与电网电压的频率及相位保持一致。快速可靠的软件锁相跟踪技术可以准确地为逆变器数字化控制提供与电网电压同频同相的标准正弦电压。本文主要讨论基于TMS320LF2407数字化控制平台的全数字不间断电源中的锁相控制技术。【关键词】DSP；UPS；锁相Abstract：InordertoavoidabigimpactonloadwhentheUPSinverterswitching，UPSinvert

2、er’soutputvoltagemustbeconsistentwiththegridvoltageinfrequencyandphase.Fastandreliablesoftwarephase-lockedtrackingtechnologycanaccuratelyprovidethestandardsinusoidalvoltageforthedigitalinverterwiththesamefrequencyandphasetothegridvoltage.Thispapermainlydiscussestheph

3、ase-lockedtechnologyoffulldigitalUPSbasedonTMS320LF2407.Keywords：DSP；UPS；phase-locked1.引言8UPS，不间断电源，是指在市电正常或故障情况下均可为负载提供可靠、稳定的电源形式。多用于在一些关键性的负载如计算机机房、医院等场合，为负载提供了最多的电源故障保护。然而传统的在线UPS有多个功率部分和模拟控制器，是一个非常复杂、昂贵的系统。因此，适合现代科技发展的高质量、高可靠性全数字UPS（不间断电源）的研究就成为人们十分关注的课题。数字化控制以控制

4、简单、灵活，输出性能更加稳定，可以实现模拟控制所难以达到的功能等诸多优势成为电源研究领域的一大热点。随着微电子技术的发展，为电力电子提供了越来越多的解决方案，使UPS电源的全数字制、各种先进控制策略的引入逐步成为现实。本文主要讨论在基于TMS320LF2407数字化控制平台的UPS中的关键技术之一--锁相控制技术。2.锁相意义不间断电源工作过程中存在两次切换：一是电源启动时由旁路向负载供电，逆变器空载运行，同时启动锁相功能，调整逆变输出跟踪电网频率和相位，当逆变输出跟踪上电网频率时切换至逆变器为负载供电；二是当逆变电路发生故障，

5、或者当负载有冲击性（例如启动负载时）或过载时，控制系统将封锁PWM输出停止逆变器对负载的供电，同时接通旁路开关，由电网直接向负载供电[1]。8为有效保证逆变旁路切换过程不对负载产生过大的冲击，UPS逆变输出电压必须与电网电压的频率及相位保持一致。因此，UPS系统引入了锁相控制技术，软件锁相技术是数字化UPS的重要环节之一。快速可靠的软件锁相跟踪技术可以准确地为逆变器数字化控制提供与电网电压同频同相的标准电压参考正弦波。3.锁相环基本原理锁相环是一个闭环的相位控制系统，能够自动跟踪输入信号的频率和相位[2]。它由相位比较器、低通滤

6、波器、压控振荡器三部分组成，其控制框图见图1。其工作原理为：将压控振荡器的输出信号uo（t）与电网的采样信号ui（t）两路频率与相位不同的信号送入相位比较器，生成的误差信号ue（t）的幅度与uo（t）和ui（t）信号的相位差成正比。ue（t）经低通滤波器处理后将向外送出一个相当于ue（t）信号的平均值的控制电压信号uc（t），压控振荡器在信号uc（t）的控制下将调整输出电压信号uo（t）的频率和相位，从而使uo（t）与ui（t）两路信号的频率和相位差逐渐减小。4.在线式UPS的锁相控制技术根据单相UPS逆变器的控制电路产成SPW

7、M波方式的不同，实现UPS的锁相控制方法有很大区别，下面分别讨论。4.1在线式UPS的模拟锁相控制技术8传统的在线式UPS电源，其锁相控制原理框图如图2所示[3]。当供电正常时，电网电压检测电路输出高电平，50Hz电网电压经波形变换电路被转换成周期为20ms的单极性“倒置全波整流”信号，再送到模拟开关1的输入端，经过模拟开关2后产生一串电网电压同步跟踪信号。由于变频器的输出信号是周期为20ms的同步捕捉信号，因此加在多谐振荡器控制端上的电网同步跟踪信号可对高频振荡器的高频输出脉冲进行相位调整，以确保正弦波发生器输出50Hz的基准

8、正弦波。经过锁相同步电路，即“锁相环”，该正弦波总是与电网电压处于同频同相的同步跟踪状态。当供电异常时，则由多谐振荡器产生本振频率为20kHz的信号，经分频器输出500Hz的脉冲序列，然后经正弦波发生器产生稳频的50Hz标准正弦波。传统的正弦波信号发生器采用反馈