基于DSP控制的全数字UPS逆变器设计

1 引言

随着信息处理技术的不断发展，尤其是计算机的广泛应用和Internet的迅猛发展，供电系统的可靠性要求越来越高，因此对不间断电源（UPS）技术指标的要求也越来越高。UPS的核心部分是一个恒频恒压逆变器，由于传统模拟控制需要使用大量的分立元器件，老化和温漂严重影响了系统的长期稳定性。基于DSP的数字控制技术能大大改善产品的一致性，同时增加了控制的柔性，提高了整个系统的稳定性和可靠性[1]。本文主要提出了一种数字控制的UPS逆变器结构，详细论述了控制系统的参数设计。

2 系统结构

图1是本文提出的数字控制UPS逆变器的结构框图。主电路采用了全桥结构，控制电路是以TI公司的电机控制专用DSP芯片TMS320F240为核心的全数字控制器[2]。Lf和Cf为逆变器的输出滤波电感和滤波电容，rL和rC分别为滤波元件的串联寄生电阻。考虑到控制的精确性和产品的成本，控制系统采用了电阻取样，主功率电路与控制电路共地的系统控制方法。Rs1和Rs2为输出电压取样电阻，Rc为电感电流取样电阻。电压和电流取样信号通过采样网络，输入到DSP的A/D转换口。DSP的PWM模块输出4路PWM信号经过驱动电路之后驱动4个IGBT管。

3 控制系统设计

3．1 数字双环控制器结构

逆变器的控制有许多方案[3]，本文的UPS逆变器采用了电感电流模式的数字双环PI控制方法，具体的逆变器数字控制框图如图2所示。图中的虚线框内部分为逆变器的主电路，Vref为存储在DSP程序空间内的正弦波数据表，VAB为逆变桥两桥臂中点间的电压。为了抑制反馈量中的高频噪声，提高采样的精确性，反馈通道中增加了阻容低通滤波器。电压误差信号经过数字PI调节之后的输出作为电流环的指令，电流误差信号再经过比例调节得到电流环输出。电流环输出与定时器产生的三角波比较后得到四路门极脉冲。

3．2 电流环和电压环参数设计

图3为简化的电流内环框图，Zoh为零阶保持环节，它的s域传递函数为，其中Ts为采样周期。

本文设计的电压和电流采样周期均为50μs。电流环的开环脉冲传递函数为：

作者：言超　吴燮华   来源：电子查询网