基于MR16單片機(jī)的不間斷電源的研究

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、全球化通信技術(shù)和高精尖的精密加工工業(yè)的發(fā)展，對(duì)電源的要求越來越高。為確保供電的可靠性和穩(wěn)定性，UPS正越來越廣泛地被應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。本文介紹了一種基于Motorala單片機(jī)MR16的全數(shù)字化的UPS設(shè)計(jì)方法，根據(jù)設(shè)計(jì)思想制作了一臺(tái)樣機(jī)，得到了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1 主電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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通過切換開關(guān)向負(fù)載供電。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為直流側(cè)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，在蓄電池和濾波電容之間設(shè)計(jì)了由R和繼電器KM1組成的合閘軟啟動(dòng)電路，是為了防止在開機(jī)瞬間蓄電池對(duì)電解電容C1充電所產(chǎn)生的沖擊電流而設(shè)的。KM1由單片機(jī)控制，通常單片機(jī)在復(fù)位后延時(shí)一段時(shí)間，檢測(cè)直流母線電壓達(dá)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(shù)。C1為直流側(cè)的大濾波電容，能有效減少工作時(shí)直流母線電壓中的脈動(dòng)交流幅值，并能短時(shí)貯存操作切換開關(guān)時(shí)反饋的電感貯能，抑制由此引起的過壓。C2為高頻無極性濾波電容，因?yàn)?，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(tǒng)主電路

2 系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的中央控制器由Motorola公司的MR16單片機(jī)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(jī)AD接口，經(jīng)單片機(jī)采樣及閉環(huán)控制運(yùn)算，獲得相應(yīng)的SPWM控制信號(hào)輸出。該單片機(jī)同時(shí)完成對(duì)電網(wǎng)電壓的采樣以判斷電網(wǎng)故障與否，根據(jù)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(cè)電壓的采樣

為了保護(hù)蓄電池，防止過度放電，需要對(duì)直流側(cè)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。直流側(cè)電壓的采樣電路有多種形式，為了提高系統(tǒng)的可靠性，最好對(duì)主電路和控制電路進(jìn)行電隔離。本系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)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(fù)雜度，本文采用了雙光耦隔離的采樣電路。直流電壓經(jīng)過光耦隔離降壓后輸入到單片機(jī)的AD采樣口，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的直流電壓隔離采樣。

圖2 直流側(cè)電壓采樣電路

2.2 交流輸出電壓的采樣

交流輸出電壓的采樣也可以采用光耦采樣的方法，只須再增加一路完全一樣的電路作為負(fù)電壓采樣即可，但這樣增加了電路的復(fù)雜程度。由于交流電壓是作為反饋電壓輸入，其采樣精度勢(shì)必影響輸出電壓的控制精度，所以，系統(tǒng)采用TVA1412電壓傳感器，其采樣電路如圖3所示，既起到了電隔離作用又保證了較高的采樣精度。交流電壓經(jīng)過TVA1412的傳輸比為R10/R11。由于變壓器對(duì)交流電壓采樣必然有正負(fù)之分，而單片機(jī)的輸入只能為正，故使用－2.5V基準(zhǔn)電壓將輸入信號(hào)采樣值抬高2.5V，以保證輸入單片機(jī)采樣口的電壓為正。

圖3 交流電壓采樣電路