基于Motorala单片机MR16的全数字化的UPS设计方法

2.3 锁相同步的实现

在UPS的设计中，锁相同步技术是衡量UPS系统性能好坏的一个重要指标。UPS能够实现市电旁路供电与逆变器供电之间的可靠转换的前提是，市电的交流电压与逆变器的交流输出电压必须同频率、同相位和同幅值。如果UPS在执行转换的瞬间，由于两路交流电源的电压值不同，因而会出现瞬态电压差ΔU，如果用户在具有过大的ΔU情况下执行切换操作，有可能会对负载产生电流冲击。

逆变器正弦波的输出，是通过建立一个正弦表，在中断程序中由正弦指针读取正弦表值，并进行相应脉宽计算产生SPWM波形输出。正弦指针为零时对应的输出正弦波相位也为零，所以，当检测到电网零相位点时，可以通过比较正弦指针的值来判断是否锁相，指针为零则表明逆变器正弦波输出与电网电压波形锁相同步，否则，就要通过移相跟踪电网电压相位。但是，如果一检测到零相位就将正弦指针清零，势必会引起较大的冲击电流，并且这样抗干扰能力弱，所以，系统采用逐次逼近锁相方式。具体方法是：每检测到一次零相位点，就判断当前正弦指针是否为零，为零表明已经锁相，不为零，则判断正弦指针处于正弦表的正半周还是负半周，位于正半周时就将正弦指针减1，位于负半周就将正弦指针加1，如此反复循环直到锁相为止。显然，锁相同步要在PWM中断程序中实现。

2.4 切换电路的设计

现在常用的方法是用晶闸管作切换开关,普通晶闸管的开通时间为几μs，关断时间约为几百μs，开、关时间之和不超过1ms。图1中采用晶闸管反并联连接结构，由于母线上流过的是正弦全波，以V1、V2为例，就必然形成在正弦波的正半周V2导通、V1关断,在负半周则V1导通、V2关断，这样就保证了流过负载的电流是完整的正弦波。普通晶闸管是半控器件，其关断依赖于给阳极施加反向电压。当电网故障时，首先，去掉V1和V2上的门极触发信号，假设这时正处于正弦波的正半周，V1显然关断，但还没有使V2关断，这时再给V3和V4的门极施加触发信号，V4导通，由于电网故障(停电或电压偏低)，这时就会在V2的阳阴极之间产生电压差，其方向是阴极高于阳极，使V2关断，从而切断电网，由此可见两者之间没有环流。当市电电网恢复时，也是同理的。实验证明采用上述方法是可行的。

3 实验结果

按照上述设计思路制作了一台5kW样机，实验结果如图4所示。图4(a)是逆变器空载输出时的电压波形，图4(b)是逆变器满载输出时的电压波形，图4(c)是当电网断电时，从电网切换到逆变器输出时的负载电压波形(通道1为电网波形，通道2为负载侧电压波形)。由图4可以看出，系统能输出较好的正弦电压，切换时间约2ms左右，能满足负载和用户要求。

(c) 电网断电时从电网切换到逆变器输出时的电压波形

图4 系统输出波形

4 结语

采用上述思想设计了一台样机，通过实验证明了该样机能稳定工作，切换时间短,各项性能指标均已达到UPS设计要求。