基于TMS320C240控制器實現大功率并聯UPS的鎖相控制技術

1．引言

隨著信息處理技術的不斷發展，尤其是計算機的廣泛應用和Internet的迅猛發展，現代信息設備對不間斷電源（UPS）供電系統的可靠性要求越來越高，不間斷電源(UPS)的可靠性越來越備受關注，不間斷電源（UPS）并聯供電系統逐步成為首位；如何保證UPS并聯系統在電網惡劣的條件穩定、可靠運行是UPS廠家需要考慮的問題。本文介紹一種基于TI公司的TMS320C240 DSP控制器構成的大功率并聯型UPS同步控制方案。與電網的同步、并聯系統中各臺UPS間的同步，成為并聯UPS系統控制的關鍵。UPS并聯系統中的核心部分是精度很高的鎖相環，模擬鎖相環是一門成熟的技術，以它獨特的優良性能在許多領域得到了廣泛地應用。但隨著數字技術的發展，UPS的全數字化控制是大勢所趨，因此，鎖相環也逐漸過渡為數字化，數字DSP控制鎖相環相對于模擬鎖相環實現起來更方便，同時用軟件代替硬件實現，還可以結合系統的其他功能統一設計，節省成本。

2、TMS320C240 DSP控制器介紹

TMS320C240是美國TI公司專為數字電機控制運用而推出的一種16位定點運算的DSP，為控制系統應用提供了一種理想的解決方案。它具備以下的主要性能：3個通用定時器，可輸出3路比較/PWM脈沖；3個全比較單元，可輸出3對帶死區控制的比較/PWM脈沖；3個單比較單元，可輸出3路比較/PWM脈沖；4個捕獲引腳CAP，用于高速I/O管理；兩組各8路10位10微妙的A/D轉換器；看門狗定時器和定時中斷定時器；片內ROM或Flash存儲器等。

3、并聯系統UPS的同步控制方案

1）、UPS的鎖相控制原理

市電電壓波形及UPS輸出電壓波形都是正弦。設UPS逆變電壓的頻率為，而市電電壓的頻率為，故市電電壓波形的瞬時值可表示為：，

UPS逆變輸出電壓波形的瞬時值可表示為：，其中+為UPS輸出波形超前于市電波形的相位角；－為UPS輸出波形為滯后于市電波形的相位角。要實現UPS與市電的同步必須要求：=, =0，關鍵在于如何實現=，只能通過改變使得逐步減小，最終=0, =即

當UPS輸出波形超前于市電波形時，則要求該UPS輸出電壓的頻率降低，即

當UPS輸出波形為滯后于市電波形時，則要求該UPS輸出電壓的頻率升高，即

2）、并聯UPS系統同步鎖相的實現

并聯系統UPS在市電與逆變切換時，若在切換的瞬間二者的輸出波形不一致,會造成供電的中斷，另一方面也可能會因兩個電壓源之間的環流過大而損壞UPS。為確保UPS系統市電與逆變的切換時不存在環流，需保證市電波形與逆變波形保持相位接近；因此需要一種裝置用來檢測市電的相位變化，并用于控制逆變器輸出電壓的相位和頻率,使逆變器與市電保持同步運行。

對于并聯系統UPS的鎖相可采用兩級鎖相結構，其中，一級鎖相環又稱外同步，是指并聯系統各UPS跟蹤市電相位和頻率并進行相互間的相位同步控制，即實現UPS與旁路市電的同步。二級鎖相環又稱內同步，是指基于各臺UPS輸出電壓的頻率及相位跟蹤和同步控制，它實現各臺UPS間的同步。兩級鎖相環都采用了PI調節器，其中，內同步速度較快，精度很高（±10μs以內），它確保了UPS之間的并聯環流可達到最小。外同步的PI調節器速度較慢，它確保了旁路和逆變器之間的平滑切換。每級鎖相環包括相位誤差檢測、調節器的調節，以下分別介紹各級鎖相環是如何實現的。