摘 要
不间断电源在一些关键性的负载如:计算机、通信系统、医院等中扮演重要的
角色。它们在市电正常或故障情况下均为负载提供可靠、干净的电源。在各种UPS中，在线UPS具有最好的性能，为负载提供了最多电源故障保护。然而传统的在线UPS有多个功率部分和模拟控制器，是一个非常复杂、昂贵的系统。因此，适合现代科技发展的高质量、高可靠性全数字UPS不间断电源的研究就成为人们十分关注的课题。
本文介绍了一种基于8096控制芯片的在线式（5KV）UPS电源。利用8096芯片的高运算能力以及专门用于控制领域的丰富的外设，将在线式UPS的PWM专用控制芯片及其外围电路还有数字控制所需的微处理器功能都集成到一块芯片中，这样大大的增加了电路的集成度，减少了成本。整个UPS的控制以全数字化方法实现，包括SVPWM波形的产生、输出频率和相位的跟踪以及PD控制算法等。
本论文是在参阅了国内外大量资料和UPS最新发展技术的基础上进行的国内中型功率UPS开发和研制的一次有益的尝试和探索，从各个功能实现的局部
电路到整个系统对本系统的工作原理做了较详细的分析，整个系统经试验调试，各项性能指标和功能均达到了预期的目标和要求。
关键词:UPS 数字信号处理器智能功率模块数字化控制 SPWM
Intelligent on-line U P S system
Abstract
Uninterruptible power supplies (UPS) play a key role in infecting critical loads, such as computers, commendation system, and medical system. They can provide reliable and pure power supply for loads neither power good or not. Among the various UPS topologies on-line UPS provides the most protection to such loads against any utility power supply. However, the old on-line UPS includes many power Parts and analogy controllers, it has been one of the most complex and expensive type of system. Therefore, the study of high quality and reliability full digital UPS (Uninterruptible Power Supply), which fits the development of modem science and technology has become an attentive problem.
This Paper described the middle/high-power (5kVA) on-line UPS, Which was based on 8096 control chip, which is a kind of 8096 of TI Company. For 8096 controller is high CPU bandwidth and peripherals specifically chosen for control application, we integrate PWM controllers, assonated circuits and microprocessor chip for digital control into one 8096 controller, which can lower system cost and increase integration. The whole UPS is controlled by full digital method including the generation of SVPWM wave, the tracking output of frequency &Phase, and the PID control arithmetic etc.
The research is an instructive attempt and exploration of the middle/high-Power full digital on-line UPS development, based on references to a lot of information and the latest technology on UPS. The system has achieved the anticipative targets and requirement through testing and debugging.
Keywords: UPS IPM Full Digital Control SPWM
目 录
第一章 绪论 3
1.1 脉宽调制技术产生 3
1.2 UPS发展概况 3
1.3微机数字化PWM波控制方法 5
第二章 脉宽调制技术原理 7
2.1 几种新型PWM控制技术 7
2.2 周期补偿无差拍PWM控制算法 11
2.2.4旁路环流控制 20
第三章 硬件电路 23
3.1 CPU系统 23
3.2硬件设计 26
3.3键盘显示 29
3.4主电路的设计 32
第四章MOSFET驱动及控制电路 34
4.1 MOSFET驱动电路 34
4.2 过压过流保护 35
第五章 PWM控制器、参数监测控制器控制软件设计 37
5.1程序 37
5.2 参数检测控制器控制软件设计 39
参 考 文 献 52
致 谢 53
第一章 绪论
1.1 脉宽调制技术产生
脉宽调制技术起源甚早，随着工业生产的需求和科学技术的发展，80年代后，它被广泛应用于工业功率控制装置的逆变器中，从此获得迅速发展。它的特点是以微处理器和电子半导体元件为核心，横跨电力。电子。微型计算机及自动化控制等多种学科领域。
将固定直流电压变换成固定的或可调的交流电压的装置称为逆变器。逆变器采用了脉宽调制技术后，不仅有效地改善和提高了品质性能，同时根据需要，它还能将直流电压变换成电压和频率均可调的交流电压，因此它又是一种逆变器式变频器，并称这类逆变器为脉宽调制型变频器。因它具有输入功率因数高和输出波形好的可贵特点，近年来发展很快，其技术关键之一是采用了PWM方法。自80年代以来，各国科技人员开发了多种PWM方法。
近年来，脉宽调制型变频器主要用在两类工业功率控制装置中，一是用于调速传动装置中，尤其广泛用于交流调速系统中。采用了脉宽调制技术控制逆变器后，使交流拖动系统实现了高调速比的平滑无机调速，出现了交流调速系统与直流调速系统相媲美，相抗衡的时代，出现了前者取代后者的趋势。二是用于精密功率电源中，特别是用于在不间断电源中。采用脉宽调制技术控制逆变器后，为精密仪器计算机系统等提供了 一种高可靠性的稳频，稳压和正弦波输出的无瞬间停电电源。在电网停电时，它依靠装置内进行直——交流变换，继续向负载提供电能，不停电时间取决于装置内的电池和负载功率。
1.2 UPS发展概况
随着科学技术发展，计算机以及各种精密自动化电子设备被广泛地应用于办公自动化数据处理与通讯，气象航天，国防军事，精密测试，显示记录装置以及工业自动化控制等领域。在办公自动化以及工业生产各个行业中，单片微机系统和微型计算机控制网络系统已逐渐取代旧式数据统计，造表及继电接触系统，形成现代化管理网络或全自动化控制网络促使国民经济向更高层次发展。
在线式正弦波不间断电源是一种具有无瞬间中断，稳压，稳频，抑制干扰等优越性能的电源设备，它能满足特殊设备的供电要求。UPS装置的核心部件是直——交流逆变器。它是实现稳频稳压，并在市电中断时把蓄电池电能变为交流电能输出的装置。
在工业发达国家，对UPS的机理研究较早，UPS理论及技术较成熟。70年代以来，各种高压大功率半导体器件的不断涌现及质量不断提高，价格不断降低，促使了固态变流技术的发展。目前，各种产品的供电品质，供电方式和系统结构各有其特点，能适宜不同用户的需要，其中最能UPS的优点，并为目前大多数高挡UPS所采用的一种结构类型如图1—1所示，这种UPS称为在线式UPS。图中机油型电源为备用电源，转换开关采用静态无触点开关。
