1、2中文题目 ：基于 DSP 带同步锁相的逆变器控制系统设计外文题目 ：A Design of Phase Locked Inversion ControlSystem Based on DSP毕业设计（论文）共 页（其中：外文文献及译文页） 图纸共张 完成日期 20年月 答辩日期 20年月宋体四号居中1摘要UPS ( Uninterruptible Power System)是一种电力设备，当电网供电出现紧急故障时：UPS 逆变电源可以利用蓄电池为负载提供应急供电。同时 UPS 也具有改善电网电力质量的作用。我国 UPS 市场需求巨大，每年 UPS 的市场销售量大约在 80 亿元人民币。除了电
2、信、金融等行业对 UPS 的需求居高不下之外，制造业、交通业、能源业对于 UPS 的需求量呈现上升趋势。本文介绍了 UPS 逆变电源的组成，分析了各部分的作用及其工作原理，研究了实现UPS 逆变控制的关键技术。在此基础上，设计了基于 DSP 的 UPS 逆变控制系统，提出了一套融合软硬件的适用于 UPS 逆变电源的数字化精准控制方案。UPS 逆变电源的控制系统的硬件电路设计采用 TI 公司的 32 位 TMS320LF2407A 作为逆变控制信号和驱动控制信号产生的主芯片。本文在 Album Designer 软件环境下绘制电路原理图和 PCB 电路板。在电路板设计中加入了各种抗干扰措施，提升
3、了系统的稳定性。在完成 UPS 逆变电源控制系统的软硬件设计的基础上，本文将控制系统和 UPS 整机进行联合调试。调试结果表明，在本文设计的 UPS 逆变电源控制系统的协调下，可以使得 UPS 整机正常工作，IGBT 驱动信号和可控硅控制信号正常，输出信号可以精确地跟踪市电频率，并且保持相位一致，同时输出电压抑制了输入电压中的高次谐波，改善了电网的质量。 关键词:正弦脉宽调制 SPWM；TMS320LF2407A；电力电子系统；逆变器；数字化精准控制2ABSTRACTUPS (Uninterrupted Power Supply) is an electrical equipment that
4、 can provide emergent power supply by use of storage battery when power failure. In addition, UPS can improve the quality of mains power supply.Our country has large demand for UPS. The annual sales of UPS reach to 8 billion yuan. The demand is continuously large in the field of telecommunication an
5、d finance and begins to rise in the field of manufacturing, transportation and energy source.This dissertation introduces the structure of UPS, analyzes the function and operation principle of each part of UPS and studies the key technique for UPS inversion control. The UPS inversion control system
6、based on DSP is put forward. The system is combined with hardware design and software design and is suitable for digital accurate control.In terms of the hardware design of UPS inversion control system, TMS320LF2407A, the 32-bit DSP manufactured by TI, is used to control inverter and generate drive
7、signal for IGBT and SCR. EPM240T 100C, the high performance and low power consumption manufactured by Altera, is used for interface extension and phase shift of drive signal. The schematics and printed circuit board are designed in the environment of Altium Designer. Anti-interference methods are ad
8、opted to enhance system stability.After hardware design and software design, the control board is joint-tested with UPS. The result shows that under the coordination of UPS inversion control system designed in this dissertation, IGBT drive signal and SCR control signal can be correctly generated so
9、that UPS can work normally. The output signal can accurately trace the frequency of mains power supply, keeping the phase consistent. Whats more, the output signal improves the quality of mains power supply by reducing high harmonic wave.KEY WORD:SPWM；TMS320LF2407A；Digital Accurate Control；Large-Pow
10、er Inverter；Power Electronics System 12目录0 前言 .11 绪论 .11.1 选题的背景和意义 .11.2 UPS 逆变电源的分类 .11.2.1 被动后备式(Passive Standby) .21.2.2 在线互动式(Line-Interactive) .31.2.3 双转换式(Double Conversion ) .41.3 UPS 逆变电源的发展趋势和数字化控制的意义 .41.3.1 采用 DSP 设计电路的优越性体现 .51.4 本章小结 .62 在线式 UPS 的系统结构 .12.1 在线式 UPS 系统框图 .12.2 在线式 UPS 系
11、统组成 .12.3 在线式 UPS 的工作原理 .32.4 本章小结 .43 功率因数校正 .13.1 概述 .13.1.1 谐波的产生及危害 .13.1.2 功率因数的定义 .23.1.3 提高功率因数的方法 .23.2 BOOST 型 PFC 电路的分析 .23.2.1 主电路与 DSP 的连接 .33.2.2 采样电路 .43.2.3 主电路分析 .53.2.3 主电路及 PI 调节器的参数选择 .84 逆变器部分 .94.1 主电路（逆变部分）分析 .94.2 正弦波脉宽调制技术（SPWM） .104.2.1 单极性正弦波脉宽调制 .114.2.2 双极性正弦波脉宽调制 .124.3
12、SPWM 波形的实现 .134.4 DSP 在逆变器中的应用 .134.4.1 带死区信号的产生 .134.4.2 逆变器部分的采样时序及 A/D 转换 .144.5 基于 DSP 的逆变器的实现 .154.5.1 逆变器控制方法的发展 .154.5.2 逆变器电路分析 .164.5.3 主电路与 DSP 的连接 .184.6 主电路参数选择 .195 DC/DC 变换部分 .15.1 DC/DC 主电路 .115.2 基于 DSP 控制的 DC/DC 实现 .25.2.1 两路 PWM 波形的实现方法 .35.2.2 主电路与 DSP 的连接 .45.3 主电路参数选择 .46 其它重要电路
13、 .76.1 辅助电路设计 .76.2 驱动电路设计 .76.3 旁路开关选择 .86.4 正弦波发生器 .820 前言随着信息技术的迅速发展和计算机的日益普及，对电源系统供电质量和可靠性的要求越来越高，不间断电源（UPS）的应用越来越广泛。它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。UPS 是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的 UPS 就是一台交流市电稳压器，同时它还
14、向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应 220V 交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。由于在线式 UPS 需要在旁路电源供电与逆变供电之间进行切换，为了实现连续切换，需要通过同步锁相器实现逆变器输出电压与旁路电压同步。同步锁相控制完成以下功能：在旁路电源频率满足要求时，逆变器输出电压的频率和相位要跟踪旁路电压的频率和相位；旁路电压频率超出精度要求或旁路掉电时，逆变器输出与自身内部基准频率同步；在锁相输出与自同步两种状态间切换时，要求逆变器输出电压的频率变化要平稳
15、，以免造成逆变器工作频率的剧烈抖动。锁相可分为模拟锁相和数字锁相。与传统的模拟锁相相比，数字锁相不仅可以简化硬件电路降低成本，还解决了模拟电路中器件的老化和温漂等问题，提高了锁相的精度。21 绪论1.1 选题的背景和意义随着信息科技和电子电力技术的迅猛发展，各式各样的用电设备层出不穷，而绝大多数用电设备是非线性负载，它们从电网获取的电流和电压波形不一致，因此给电网带来的极大的谐波危害，造成供电质量愈来愈差。在一些重要公用事业单位，诸如医院、机场、高架、隧道银行等，对供电质量的要求越来越高。还有些特殊的电力设备，比如服务器、数据中心、通信基站等，不仅要求 365x24 连续供电，还对电源信号的电
16、压、幅度、频率等参数提出了精准的要求，以确保设备的正常运行。UPS(Uninterruptible Power System)正是在这种背景下应运而生。UPS 逆变电源是一种电力设备，当输入电源，尤其是电网供电出现故障时，为负载提供应急供电。UPS 与应急电力设备、备用电源的区别在于 UPS 在电源故障发生的同一时刻或者几乎同一时刻为负载供电。对于小功率负载，UPS 利用挂载的电池和相关电子电路产生电源，对于大功率负载，UPS 使用内燃机发生器和调速轮发电。一般来说，UPS 的蓄电池可以维持 UPS 在市电掉电情况下继续工作 5-15 分钟，但在这段时间内换上备用发电机或是关闭用电设备己经足够
17、充裕了。在 UPS 系统中，结合高质量的逆变器和精准的数字控制技术，UPS 在某些程度上也解决了市电电网中存在的种种问题，例如电压浪涌、尖峰电压、欠压、频率不稳定、谐波干扰等。在我国，UPS 的需求量不断攀升，UPS 的应用范围也越来越广泛。根据相关统计，在 2011 年和 2012 年中，中国 UPS 电源市场的总体销售额分别达到了 80 亿元、87 亿元。从使用 UPS 的行业分布来看，除电信、金融、通信等行业依旧规模巨大之外，一些以往在市场上份额不大的行业，例如制造业、交通业、能源业等行业，对 UPS 的需求量呈现逐年增加的趋势。特别是一些中小型企业的大规模崛起，带动了 UPS 的市场进
18、一步繁荣。2008 奥运会的举办推动了 UPS 的发展。尽管金融危机一度使得 UPS 的生产和销售规模下滑，但是 UPS 的生产企业通过融资、自身的技术创新和管理改革等手段，从容面对，把对市场的影响降到最低。1.2 UPS 逆变电源的分类UPS 逆变电源的分类方式有很多，按照工作原理分，有动态式和静态式;按照输入输出方式分，有单相输入、单相输出，三相输入、单相输出，三相输入、三相输出;按照功率大小分，有小功率型(5KVA 以下)，中功率型(5KVA-30KVA)，大功率型(30KVA 以上)。1在国际电工委员会(IEC，International Electrotechnical Commis
19、sion)于 1999 年制定标准 IEC62040 中，根据 UPS 不同的结构和性能，把 UPS 分成 3 类:被动后备式，在线互动式和双转换式。1.2.1 被动后备式(Passive Standby)被动后备式 UPS 是最基本的不间断电源形式。在这种形式下，市电直接连接到用电设备，在市电正常的情况下，用电设备的供电由市电直接提供，充电电路为蓄电池充电。当市电降低到 UPS 预先设定的阀值时，被动后备式 UPS 开启 DC-AC 逆变器，逆变器由内部蓄电池组供电。然后 UPS 调节输出端的开关，将用电设备的供电由市电直接供电改成了 DC-AC 逆变器的输出供电。这一转换过程的时间通常是几
20、十个毫秒，时间长短取决于UPS 对于市电供电不足的反应快慢。图 1-1(a)和图 1-1(b)分别表明了被动后备式 UPS 在市电正常情况下和市电过压、欠压及功率不足情况下的工作原理。蓄电池组 逆变器充电器市电输入输出到用电设备(a)市电正常时被动后备式 UPS 的工作原理图(a)Passive Standby UPS Running Principle when Normal AC Supply蓄电池组 逆变器充电器市电输入输出到用电设备(b)过压、欠压和功率不足时被动后备式 UPS 的工作原理图(b) Passive Standby UPS Running Principle when over/under voltage or Power Loss图 1-1 被动后备式 UPS 的工作原理图Figl-1Passive Standby UPS Running Principle
