1、三相 PFC 准确保护的研究摘要：三相 PFC 整流器准确及时的保护对于 UPS 性能有着重要影响，而保护对象的准确判断是保护最重要的部分。本文分析了三相 PFC 准确保护方法，通过实验证明了该方法的准确可靠性符合 UPS 保护要求。 关键词：三相 PFC DSP 准确保护 Abstract: Three-phase PFC converters accurate protection is quite important to UPS, the most important part is the accurate judgment to the protection target. Thi
2、s paper analyzed the method of accurate protection, proved the method can satisfy the accurate protection requirement of UPS.Keywords: Three-phase PFC DSP accurate protection 1 前言三相 PFC 整流器通常用于大功率 UPS 前级，由于需要对后级逆变器提供稳定可靠且不受电网影响的电能，其对电网、装置、负载等故障的保护都有较高的要求，准确及时的保护功能对于 UPS 的安全和性能有着非常重要的影响。 DSP对采样电压电流量进
3、行判断和动作实现软件保护功能，但通过DSP的AD 口采样的电压电流由于毛刺和波动较大，不能满足判断对象的准确度要求，容易引起误保护，影响UPS性能。可以通过DSP 程序对采样量处理使得判断对象更加的准确可靠，从而提高保护准确度。本文用MAX5102 8位DA转换芯片将DSP内的电压电流数据输出进行观察分析，对采样电压电流进行软件处理，以满足保护对象的精确性和及时性，最后通过实验证明了处理后的保护达到UPS要求。2 输入电压有效值处理正弦交流的有效值没有波动且能即时反应交流大小的变化，很适合作为保护判断对象。但 DSP 采样的正弦电压是离散的，其有效值需要做一定近似。按照连续值和离散值对时间轴积
4、分面积近似的原理（式 1） ，将每相每个工频周期采样点取绝对值累加，乘以系数 K 得到正弦离散点近似有效值（式 2） 。 （1）102sinNnuUtd（2）1NnK2经 DSP 采样计算后得到的有效值波型如图 1 所示，左图为 165V 输入，右图为 275V 输入时情况。160161162163164165161671681691700 20 40 60 80 10 260262264262682702722740 20 40 60 80 10图 1 DSP 计算后的输入电压有效值可以看到用此近似算法得到的有效值与实际偏差 1-2V，波动在 1V左右，可以满足输入电压判断的稳定性和准确性要
5、求。而一个工频周期计算出一次有效值，反应速度即为一个工频周期 20ms，而输入电压保护需要延时 200ms 动作以防止 UPS 的误保护关断。可见有效值近似处理在精确度和反应速度上都能符合 UPS 保护要求。 3 输出电压滤波处理三相 PFC 输出直流电压由于输入三相不平衡和采样干扰，可能会有高低频率的纹波。图 2 为三相 PFC 开环控制极端情况 DSP 采样输出电压值经 DA 输出的情况。可以看到纹波波动 400mV，折算到实际为355V/9.08V*0.4V=15.7V，频率集中在 150Hz 附近，用转折频率 25Hz 的一阶数字滤波器对其虑除后效果如图 3 所示。 1V/div 5m
6、s/div 1V/div 5ms/div图 2 滤波前输出电压 图 3 滤波后输出电压可见经过滤波后直流电压波动降到 1V 以内，满足保护判断的精度要求。由于输出电压保护需要延时 200ms 动作以防止 UPS 的误关断。数字滤波器 25Hz 的带宽已经可以满足反应速度的要求。 4 输入电流滤波有效值处理三相 PFC 整流器输入电流和电压同相，但含有高频脉动分量，且输入电流交变不能直接判断。图 4 所示为开环控制 88V 输入， 280V 输出，输出功率 350W 时，DSP 计算得到的电流有效值情况（DA 输出） 。电流有效值波动 17%，不能满足准确保护判断的要求。 图 4 未滤波电流有效
7、值（DA 输出） 图 5 滤波后电流有效值（DA 输出） 将输入电流数字滤波后再进行有效值近似计算，选择转折频率fc=120Hz 一阶滤波器，滤波后效果如图 5 所示。可见滤波后再计算有效值减小了纹波分量，同时也降低了有效值的波动，反应时间 20ms，从判断准确度和反应速度上都已经满足要求。5 输入功率处理由于 PFC 电路的输入电压电流几乎同相，将输入电压有效值和经过滤波以后的输入电流有效值相乘即近似得到输入有功功率。电流的谐波经过滤波后已经基本消除，而输入市电有一定的畸变，含有小量谐波影响。选择 fc=120Hz 一阶数字滤波器对输入电压滤波，滤波前计算输入功率如图 4 所示，滤波后计算输
8、入功率如图 5 所示。可见对输入电压滤波后功率波动幅度没有改善，而功率大小由于谐波的去除降低 20W 左右。因为数字滤波计算需要耗费较多的计算时间，而效果并没有明显改善，所以输入功率保护的功率值计算只需对输入电流滤波，而不需要对输入电压滤波。计算后得到的功率已经满足准确保护判断需求。6结论本文通过 DA 转换芯片将 DSP 运行时数值输出以进行观察分析，讨论了输入输出保护阀值准确判断的处理方法，并通过实验证明了这些方法可以有效满足 UPS 前级保护准确性和及时性要求。7参考文献1 邹伯敏， “自动控制理论” ，机械工业出版社，2003 年 3 月第 2 版2 冯波，软开关功率因数校正技术的研究
9、，浙江大学博士学位论文，2004 年3 熊健，张凯，陈坚， “PWM 整流器的控制器工程化设计方法， ”电工电能新技术，vol.21，no.3， pp.44-49, 20024 H. Mao, F. C. Lee, D. Borojevic, S. Hiti, “Review of High-Performance Three-Phase Power-Factor Correction Circuits,“ IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol.44, no.4, August, 1997, pp.437-446.5 杨成林，三相逆变器 DSP 控制技术的研究，浙江大学硕士学位论文，2004 年6 刘和平， “TMS320LF240XDSP 结构原理及应用编著” ，北京航空航天大学出版社，2002 年 4 月第 1 版
