基于DSP控制的单相在线式软开关UPS研究

摘要

本文结合电力电子技术的新发展，研究了一种以中小型UPS为控制对象的、基于TMS320LF2407数字化控制平台的样机试验系统。并根据DSP的各类资源建立了一套具体的软硬件数字化实现方案。系统硬件部分主要包括输出电压、电流，输入市电的频率、相位等各类信号的采集和处理，以及输出PWM信号的隔离和驱动等。其中创造性地采用UC3842搭建了驱动电路，既能实现原有的隔离及驱动功能，又能实现驱动电路的自检、IGBT的过流保护及零电压检测功能。系统软件部分则包括了UPS系统各种功能的实现，其中主要研究了软件锁相环、软启动、SPWM波形的生成，电压有效值调节、闭环控制等。本文将软开关技术引入逆变器中，使得逆变器的效率进一步提高，对外界造成的高频电磁干扰减小，并使器件在更加安全的范围内工作。全数字化的设计使得对其的控制和调试更方便，便于修改控制策略、修改控制参数、功能模块分开调试，也便于故障监测、自诊断、纠错、通信等技术的植入。而且大幅度减少了零件的数量，从而大大减少了因元器件而造成的系统故障，提高了可靠性。　　最后，运用上述理论分析和仿真结果，进行了相关的试验分析，并对其软开关效果进行了验证。实验结果表明，在逆变桥开关管触发信号来临时刻，其两端电压在谐振电路的作用下，已经处于零电压状态，也即实现了零电压软开通。由于开关管开通时刻的电压尖峰明显减小，从而改善了开关导通状况，降低了开关损耗，达到了软开关的目的，同时总谐波畸变率(THD)也明显降低，改善了输出波形质量；在突卸负载时，整个UPS系统的闭环输出波形较开环输出波形相比其波动明显减小，且稳态电压的峰值无变化。整个系统具有良好的输入及输出特性，能够为许多应用场合提供理想的电源。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题的提出及意义

1.2 UPS技术发展过程

1.2.1 UPS的组成

1.2.2 UPS最新发展动向

1.2.3国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

第二章单相在线式UPS工作原理分析

2.1 UPS的分类

2.2在线式UPS工作原理

2.3主电路结构

2.4本章小结

第三章控制部分及测量部分硬件电路设计

3.1主控板设计

3.2数字控制器硬件平台

3.2.1电源管理单元

3.2.2 PLL锁相环单元

3.2.3外扩RAM单元

3.2.4 JTAG仿真接口

3.2.5精密3.3V模数转换基准电压源

3.3测量板设计

3.3.1输入电压采样电路

3.3.2逆变器输出电压采样电路

3.3.3逆变器输出电流采样电路

3.4硬件抗干扰措施

3.5本章小结

第四章软开关逆变器

4.1软开关技术发展过程

4.2硬开关PWM逆变电路的局限

4.3半桥零电压谐振型软开关逆变器

4.3.1零电压谐振型开关单元

4.3.2半桥软开关逆变器工作过程分析

4.3.3研制中的关键问题和实测波形

4.4功率器件的选择及其驱动电路设计

4.5输出LC滤波器的性能分析及选择

4.6本章小结

第五章DSP数字控制的软件实现

5.1 DSP TMS320LF2407简介

5.2控制系统软件整体结构

5.3数字信号处理器的资源分配

5.3.1 SPWM基准信号生成

5.3.2软件锁相环

5.3.3 A/D转换模块的软件设计

5.3.4软启动

5.3.5数字PID模块的软件设计及其整定方法

5.4软件抗干扰措施

5.5本章小结

第六章试验结果及分析

6.1开环控制试验

6.2闭环控制试验

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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