基于嵌入式的在線式數(shù)字不間斷電源設(shè)計(jì).pdf

1、如今市場(chǎng)上小型化的UPS一般難以做到大功率,一方由于蓄電池技術(shù)所限,另一方面雖也采用了通用或?qū)Ｓ玫膯纹瑱C(jī)作為控制器,但由于計(jì)算控制能力有限;所以不易高質(zhì)量供電,且難以完成多功能、智能化。因此引入DSP作為控制核心,發(fā)揮DSP在數(shù)據(jù)處理、控制調(diào)節(jié)方面的優(yōu)勢(shì)。雖然國(guó)內(nèi)也開(kāi)始研究DSP在UPS領(lǐng)域的應(yīng)用,但是多讓DSP承擔(dān)了如模數(shù)轉(zhuǎn)換、外設(shè)驅(qū)動(dòng)等大量任務(wù),軟件上需要多中斷程序相互協(xié)調(diào),影響了其在計(jì)算速度上的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。因此本課題利用了FPGA來(lái)

2、分擔(dān)DSP的工作,將模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制、外設(shè)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交互功能等都通過(guò)FPGA來(lái)承擔(dān),從而減少DSP軟件上中斷程序的數(shù)量,使其專注于控制調(diào)節(jié)功能,提高供電質(zhì)量。
　　SPWM調(diào)制技術(shù)在UPS中的應(yīng)用逐漸成熟,也促進(jìn)了UPS硬件電路結(jié)構(gòu)向微型化、數(shù)字化方向發(fā)展。作為數(shù)字電路領(lǐng)域的佼佼者,DSP、FPGA無(wú)可爭(zhēng)議地取代了模擬專用SPWM芯片在UPS系統(tǒng)中的主導(dǎo)地位?；谶@一背景,本課題提出并完成了基于嵌入式的在線式數(shù)字化UPS的設(shè)計(jì)。<

3、br>　　本文分析了在線式UPS基本結(jié)構(gòu)及普遍實(shí)現(xiàn)方法,提出了以DSP和FPGA構(gòu)成的最小系統(tǒng)作為控制器,來(lái)實(shí)現(xiàn)UPS硬件電路的具體設(shè)計(jì)。為了充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢(shì),FPGA承擔(dān)大部分外圍電路驅(qū)動(dòng)控制的任務(wù),以便讓DSP可以專注地運(yùn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)的控制算法。這樣,能夠使UPS的供電質(zhì)量達(dá)到很高的精度。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo),確定了在線式UPS的全部硬件電路設(shè)計(jì)和軟件方案。市電輸入后首先經(jīng)過(guò)升壓型功率因數(shù)校正電路,在這一環(huán)節(jié)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了

4、整流、升壓和功率因數(shù)校正三個(gè)功能;再利用升壓后的直流電壓經(jīng)過(guò)由IGBT組成的H橋逆變電路直接輸出了達(dá)到市電幅值要求的交流電,從而省去了設(shè)計(jì)輸出變壓器的復(fù)雜過(guò)程。而且同時(shí)由于SPWM調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用,使得H橋輸出后的濾波電路中元件的參數(shù)大大減小,從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的微型化,且成本低且性能好。
　　在軟件設(shè)計(jì)上,由于FPGA分擔(dān)了大量對(duì)硬件的操作,所以本文避免現(xiàn)今普遍采用的多中斷控制的方法,只利用一個(gè)中斷子程序就實(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變電路和蓄電池充放