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上一章節(jié)主要介紹了介紹了數字控制UPS電源的應用優(yōu)勢體現在哪些方面。本章節(jié)主要介紹了基于DSP數字控制UPS電源的工作流程和組成結構，深入剖析了關鍵電路的結構功能，對數字化UPS電源應用具有重要現實指導意義。
一、DSP控制的UPS電源工作流程
DSP控制的數字式UPS電源的工作流程是：當市電正常情況下，輸入電壓、頻率在允許的范圍時，PFC部分對輸入進行功率因數校正，使得該系統(tǒng)的輸入功率因數為0.98左右，同時避免對電網產生污染，輸入的市電經PFC環(huán)節(jié)變換得到400V直流輸出電壓，為后面的逆變電路提供能量。同時DC/DC部分仍然在正常工作，只是由于電池電壓經過DC/DC電路變換得到360V輸出電壓，略小于市電經PFC變換得到的直流母線電壓，這樣通過二極管就將它和直流母線隔離，DC/DC部分空載運行，處于熱備用狀態(tài)。當市電不正常時，市電掉電或者輸入電壓、頻率不在允許的范圍時，市電經PFC得到直流母線電壓迅速降低，當低于360V時，二極管導通，使得直流母線電壓維持在360V，此時逆變器得到的能量是由電池電壓經由DC/DC電路變化得到的直流母線電壓。無論市電是否正常逆變部分均可以正常的工作。一般蓄電池可提供幾分鐘到幾十分鐘的后備供電時間，大容量的電池組的后備供電時間可以達幾個到幾十個小時，對于備有柴油發(fā)電機的用戶，可以在市電停電5~10秒之內把柴油發(fā)電機投入到UPS電源的輸入端，可以在長時間停電的情況下向用戶提供高質量的正弦波電源。經處理以后的市電同時還送給市電電壓/流相位測量電路，產生市電電壓信號和相位信號，供微處理器電壓/流測量和同步鎖相之用。這樣就實現了對負載的不間斷供電功能。
二、DSP控制的UPS電源組成結構
UPS電源要實現數字化控制化，那要用更多的模擬器件才能實現的控制功能和算法就可以通過DSP的軟件的編程來實現，所以整個UPS電源的結構就相比較用模擬器件的實現的UPS電源的整體結構要簡單得多。如圖1所示下面就是數字化的UPS電源的整體框圖。主要由輸入功率因數校正、逆變部分、DC/DC等組成。
三、DSP控制的UPS電源關鍵電路結構
(1)UPS電源的功率校正電路
輸入功率因數校正電路如圖2所示主要由功率管T5、電感L1、二極管D1、電容C1組成。它為輸入部分提供功率因數校正功能，并且提升電壓至400V。
輸入功率因數校正因數電路的工作原理，UPS電源市電通過功率因數校正模塊，來進一步減少來自電網*，同時使整個UPS電源系統(tǒng)的功率因數和轉換效率得到提高。功率校正模塊是一個AC/DC變換器，它完成輸入的整流，同時控制輸入電流為正弦波，從而達到很高的輸入功率因數。功率因數校正部分還必須保持直流電壓恒定，不隨輸入的變化而改變。直流電壓又在逆變部分變換成幅值、頻率合適的交流電源。當UPS電源工作處在蓄電池方式時，該直流電源經過DC/DC變換隔離后得到逆變部分所需的直流電壓。
(2)正弦逆變電路結構
正弦逆變電路如圖3所示主要是由電容C1，功率管T1、T2、T3、T4組成的逆變橋，電感L2，電容C2等組成。PFC模塊的輸出經由逆變部分能夠產生負載所需的純正弦波交流電壓。
數字UPS電源的正弦逆變器是時刻處于工作過程中，其工作原理是通過采樣電路對逆變電路輸出電壓和電流進行采樣，得到的采樣信號輸入到DSP，通過對采樣信號進行處理，依照一定的算法和程式來實現正弦逆變電路控制的功能。
(3)DC/DC電路結構
DC/DC電路的構成如圖4所示，主要是由高頻變壓器、功率管T6、T7，整流二極管D33、D34、D35、D36，電容C31等組成。該部分采用直流電壓環(huán)反饋控制，變換后的電壓通過二極管D6與PFC的輸出端相連。
由于電池電壓比較低，逆變器對直流電壓的利用率又不高，因此需要DC/DC電路來轉換電池的電壓。而DC/DC的電路結構有很多，但是各有優(yōu)缺點，最常用的就是推挽式直流變換電路這種電路的優(yōu)點就是驅動電路簡單，輸出功率大。一般被功率要求比較高的負載選作直流變換電路。
(4)UPS電源其他結構功能
同時通過SCI和SPI來實現整臺UPS電源的監(jiān)控程序，通過SCI口和微機進行通信，實現遠程監(jiān)控是全數化UPS電源的重要結構功能。其中一方面，在UPS電源運行時出現市電故障或停電時，UPS電源會利用上述通訊通道向由它供電的計算機網絡傳送因市電故障產生的報警信號。當長時間停電，而電池組的供電電壓要低于臨界放電電壓時，計算機網絡會在UPS電源發(fā)出自動關閉命令的驅動下，完成數據的保存和設備的保護。
而另一方面，提供一個友好的人機界面，可實時監(jiān)視UPS電源的運行參數，方便用戶的參數修改，同時便于用戶查詢UPS電源運行的歷史記錄。還可在計算機網絡上對UPS電源進行定時的開機/自動關機操作。為實現上述控制功能，還可以提供RS-232和RS-485通信接口，用戶可根據實際情況任選一種。對于要求執(zhí)行網絡管理功能的UPS電源，應配置有簡單的網絡管理協(xié)議(SNMP)適配器或適配卡。
隨著數字化技術的發(fā)展，DSP技術已被越來愈多UPS電源廠家應用于產品中。而DSP技術也被廣泛應用一方面提高了UPS電源產品輸出電壓的穩(wěn)定性和純凈程度，另一方面也提高了UPS電源產品自身的可靠性。而IGBT技術和高頻技術的應用，除了大大提高了電源效率，降低了系統(tǒng)噪音和電源自身的電力損耗外，也大大提高了系統(tǒng)的可靠性。UPS電源的數字化并不是簡單的指在系統(tǒng)中應用了數字器件，如單片機及FPGA等，而是指整個系統(tǒng)的控制應用數字器件的計算能力和離散控制方法來完成。隨著數字處理硬件技術的發(fā)展，計算速度的提高，必然會促使UPS電源產品向數字化方向發(fā)展。
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