1 引言

    隨著信息處理技術的不斷發展，尤其是計算機的廣泛應用和Internet的迅猛發展，供電系統的可靠性要求越來越高，因此對不間斷電源（UPS）技術指標的要求也越來越高。UPS的核心部分是一個恒頻恒壓逆變器，由于傳統模擬控制需要使用大量的分立元器件，老化和溫漂嚴重影響了系統的長期穩定性。基于DSP的數字控制技術能大大改善產品的一致性，同時增加了控制的柔性，提高了整個系統的穩定性和可靠性^[1]。本文主要提出了一種數字控制的UPS逆變器結構，詳細論述了控制系統的參數設計。

2 系統結構

    圖1是本文提出的數字控制UPS逆變器的結構框圖。主電路采用了全橋結構，控制電路是以TI公司的電機控制專用DSP芯片TMS320F240為核心的全數字控制器^[2]。Lf和Cf為逆變器的輸出濾波電感和濾波電容，rL和rC分別為濾波元件的串聯寄生電阻。考慮到控制的精確性和產品的成本，控制系統采用了電阻取樣，主功率電路與控制電路共地的系統控制方法。Rs1和Rs2為輸出電壓取樣電阻，Rc為電感電流取樣電阻。電壓和電流取樣信號通過采樣網絡，輸入到DSP的A/D轉換口。DSP的PWM模塊輸出4路PWM信號經過驅動電路之后驅動4個IGBT管。

3 控制系統設計

3．1 數字雙環控制器結構

    逆變器的控制有許多方案^[3]，本文的UPS逆變器采用了電感電流模式的數字雙環PI控制方法，具體的逆變器數字控制框圖如圖2所示。圖中的虛線框內部分為逆變器的主電路，Vref為存儲在DSP程序空間內的正弦波數據表，VAB為逆變橋兩橋臂中點間的電壓。為了抑制反饋量中的高頻噪聲，提高采樣的精確性，反饋通道中增加了阻容低通濾波器。電壓誤差信號經過數字PI調節之后的輸出作為電流環的指令，電流誤差信號再經過比例調節得到電流環輸出。電流環輸出與定時器產生的三角波比較后得到四路門極脈沖。

3．2 電流環和電壓環參數設計

    圖3為簡化的電流內環框圖，Zoh為零階保持環節，它的s域傳遞函數為，其中Ts為采樣周期。

    本文設計的電壓和電流采樣周期均為50μs。電流環的開環脈沖傳遞函數為：

    圖4為簡化的電壓外環控制框圖。其中為電壓外環數字PI控制器脈沖傳遞函數的一般形式，K₁－K₂=K_IT_s，K_I為積分系數。