基于TMS320F2808的高精度UPS電源鎖相技術(shù)

摘要：針對全數字控制的UPS 系統， 結合鎖相環(huán)原理， 提出了一種基于DSP TMS320F2808 的高精度數字鎖相控制方案。建立了數字鎖相環(huán)的模型， 列出了相應的算法和程序實(shí)現流程， 理論上鎖相精度可高達0. 144°。在實(shí)驗板上仿真并最終在實(shí)際的UPS 樣機上進(jìn)行了實(shí)驗， 實(shí)驗及實(shí)際測試結果充分驗證了該方案的正確性和可行性。

　　0 引 言

　　UPS( 不間斷電源) 作為后備電源和改善電網(wǎng)質(zhì)量的一種重要裝置， 在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì )生活中得到廣泛應用。U PS 在運行時(shí)， 要求其輸出電壓的頻率和相位與市電保持嚴格的一致， 這樣才能在市電發(fā)生變化時(shí)保證U PS 能向負載提供不間斷、穩定的電源， 且不會(huì )對負載產(chǎn)生大的沖擊。因此， 在UPS 中都必須加入鎖相的環(huán)節， 傳統的鎖相采用模擬電路控制， 硬件電路復雜、成本較高， 同時(shí)由于器件老化和溫飄問(wèn)題的存在，使得系統可靠性和效率下降， 另外使用模擬技術(shù)還存在參數調整麻煩等問(wèn)題。隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展以及數字信號處理( DSP) 的成熟， UPS 的鎖相技術(shù)轉向數字控制已經(jīng)成為一種必然， 本文提出了一種基于T I 公司的T MS320F2808 芯片實(shí)現高精度鎖相控制的方法， 并給出了實(shí)驗板的仿真結果及實(shí)際硬件測試結果，該方法具有簡(jiǎn)單實(shí)用、思路清晰、易于修改、鎖相穩定，算法效率高等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 數字鎖相環(huán)設計

　　1. 1 鎖相原理

　　交流電網(wǎng)電壓ub和UPS 逆變輸出的電壓ui 分別為:

　　式中， Ubmax 與Uimax 分別為電網(wǎng)電壓幅值和逆變輸出電壓幅值; f1 與f2 分別為電網(wǎng)電壓和UPS 逆變輸出電壓的頻率; 表示u i 超前或滯后ub的相位角。由ui 和ub的表達式可知， 要實(shí)現鎖相， 必須滿(mǎn)足:

　　即:

　　因此， ui 和ub的同頻同相可通過(guò)對f 2 進(jìn)行調節來(lái)實(shí)現。當逆變輸出電壓超前市電電壓時(shí)， 則要求逆變輸出電壓的頻率f 2減小; 而當逆變電壓滯后市電電壓時(shí)， 則要求逆變輸出電壓的頻率f 2增大。這樣經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期的調節之后， 便能實(shí)現逆變輸出和電網(wǎng)電壓的同頻同相 ， 如圖1 所示。

圖1 數字鎖相原理