基于MR16單片機的UPS設計

本文介紹了一種基于Motorala單片機MR16的全數字化的UPS設計方法，根據設計思想制作了一臺樣機，得到了較好的實(shí)驗結果。

　　1 主電路的設計

　　系統主電路主要包括蓄電池、逆變電路和切換電路3部分，逆變部分采用電壓型全橋逆變結構，如圖1所示。蓄電池電壓經(jīng)全橋逆變電路逆變，再經(jīng)工頻變壓器升壓和濾波后輸出。逆變電壓或電網(wǎng)電壓Un通過(guò)切換開(kāi)關(guān)向負載供電。系統設計要求為直流側輸入電壓220V，額定交流輸出電壓為220V/50Hz，額定容量5kVA。

　　由圖1可見(jiàn)，在蓄電池和濾波電容之間設計了由R和繼電器KM1組成的合閘軟啟動(dòng)電路，是為了防止在開(kāi)機瞬間蓄電池對電解電容C1充電所產(chǎn)生的沖擊電流而設的。KM1由單片機控制，通常單片機在復位后延時(shí)一段時(shí)間，檢測直流母線(xiàn)電壓達到一定值后，再使KM1吸合，短接限流電阻R，完成合閘軟啟動(dòng)，延時(shí)時(shí)間一般取3～5倍的電容C1的充電時(shí)間常數。C1為直流側的大濾波電容，能有效減少工作時(shí)直流母線(xiàn)電壓中的脈動(dòng)交流幅值，并能短時(shí)貯存操作切換開(kāi)關(guān)時(shí)反饋的電感貯能，抑制由此引起的過(guò)壓。C2為高頻無(wú)極性濾波電容，因為，在高頻逆變電路中電解電容的等效串聯(lián)阻抗會(huì )影響開(kāi)關(guān)電流的能量吸收，所以，有必要在C1兩端再并聯(lián)此電容。

　　圖1 系統主電路

　　2 系統控制的實(shí)現

　　系統的中央控制器由Motorola公司的MR16單片機完成。逆變器的輸出電壓經(jīng)交流電壓傳感器反饋給單片機AD接口，經(jīng)單片機采樣及閉環(huán)控制運算，獲得相應的SPWM控制信號輸出。該單片機同時(shí)完成對電網(wǎng)電壓的采樣以判斷電網(wǎng)故障與否，根據判斷再控制切換電路完成電網(wǎng)電壓與逆變器電壓的相互切換。

　　2.1 直流側電壓的采樣

　　為了保護蓄電池，防止過(guò)度放電，需要對直流側電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。直流側電壓的采樣電路有多種形式，為了提高系統的可靠性，最好對主電路和控制電路進(jìn)行電隔離。本系統對直流側電壓的采樣電路如圖2所示，為了使主電路和控制電路隔離，并且不增加控制電路的難度和復雜度，本文采用了雙光耦隔離的采樣電路。直流電壓經(jīng)過(guò)光耦隔離降壓后輸入到單片機的AD采樣口，這樣就能夠實(shí)現高精度的直流電壓隔離采樣。

　　圖2 直流側電壓采樣電路

　　2.2 交流輸出電壓的采樣