基于MC68HC908MR16數字化控制的不間斷電源系統

2.2 UPS逆變器與電網切換控制的實現

切換控制是通過通斷切換電路中的靜態電子開關（如晶閘管模塊MTC）來實現的。本系統選用MTC70（70A/1200V）的晶閘管，如圖4所示，圖4中L₁為電網進線，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導通、SCR₁關斷,在負半周則SCR₁導通、SCR₂關斷，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的。當電網故障時，先發出切斷電網信號，再發出切入逆變器的信號；當電網恢復時，先發出切斷逆變器信號，再發出切入電網的信號，這就需要信號發送電路，同時控制晶閘管開、關也需要門極觸發驅動電路。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單片機發送的開關控制信號，經光耦隔離送到由或非門組成的基本RS觸發器電路中，RS觸發器輸出的兩路信號是互鎖的，兩者只能同時為低電平（關斷信號），不能同時為高電平（開通信號），從而增強了系統的安全性。由555定時器組成的自激振蕩器的作用是定時地發送觸發脈沖，脈沖有效寬度應不小于晶閘管的開通時間，其輸出信號與RS觸發器的輸出相與送到門極驅動電路中。圖5中后級則是晶閘管的門極脈沖驅動電路，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，本系統在零電流切入方式的基礎上，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逆變系統實質上也是一種控制系統，對于本系統輸出電壓來說，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可以視為定值，負載的變化為本系統的主擾動。根據反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變就應該引入哪個物理量的負反饋，所以，閉環逆變系統采用的是電壓閉環控制。通過測量輸出反饋的電壓量與給定量進行比較，經過調節器控制計算輸出，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，該控制結構能夠抵抗負載擾動變化。對于調節器來說，數字化PI調節器是目前應用最廣泛、最為成熟的一項技術，已經在逆變系統中得到了很好的應用。由于逆變系統中的負載擾動均為電參量，動態響應要快，因此，PI控制算法中的參數選擇至關重要，在設計過程中應合理選擇調節器參數，使系統的控制適應性、快速性好，并有較強的魯棒性。

逆變系統的一般組成結構如圖6所示。

圖6 逆變系統組成結構圖

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管出現直通現象，往往采取關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，死區的存在（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，本系統采取優化存儲在MR16單片機ROM中的正弦表值的方法對死區進行補償，以實現平滑的正弦電壓波形輸出。

圖7 電壓型逆變電路