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基于嵌入式的在线式数字不间断电源设计

更新时间：2020-03-31 18:13:00 大小：3M 上传用户：songhuahua 查看TA发布的资源 标签：嵌入式数字化 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

如今市场上小型化的UPS一般难以做到大功率,一方由于蓄电池技术所限,另一方面虽也采用了通用或专用的单片机作为控制器,但由于计算控制能力有限;所以不易高质量供电,且难以完成多功能、智能化。因此引入DSP作为控制核心,发挥DSP在数据处理、控制调节方面的优势。虽然国内也开始研究DSP在UPS领域的应用,但是多让DSP承担了如模数转换、外设驱动等大量任务,软件上需要多中断程序相互协调,影响了其在计算速度上的发挥优势。因此本课题利用了FPGA来分担DSP的工作,将模数转换器的控制、外设驱动、人机交互功能等都通过FPGA来承担,从而减少DSP软件上中断程序的数量,使其专注于控制调节功能,提高供电质量。

SPWM调制技术在UPS中的应用逐渐成熟,也促进了UPS硬件电路结构向微型化、数字化方向发展。作为数字电路领域的佼佼者,DSP、FPGA无可争议地取代了模拟专用SPWM芯片在UPS系统中的主导地位。基于这一背景,本课题提出并完成了基于嵌入式的在线式数字化UPS的设计。

本文分析了在线式UPS基本结构及普遍实现方法,提出了以DSP和FPGA构成的最小系统作为控制器,来实现UPS硬件电路的具体设计。为了充分发挥两者各自的优势,FPGA承担大部分外围电路驱动控制的任务,以便让DSP可以专注地运行系统调节的控制算法。这样,能够使UPS的供电质量达到很高的精度。

根据设计的技术指标,确定了在线式UPS的全部硬件电路设计和软件方案。市电输入后首先经过升压型功率因数校正电路,在这一环节同时实现了整流、升压和功率因数校正三个功能;再利用升压后的直流电压经过由IGBT组成的H桥逆变电路直接输出了达到市电幅值要求的交流电,从而省去了设计输出变压器的复杂过程。而且同时由于SPWM调制技术的应用,使得H桥输出后的滤波电路中元件的参数大大减小,从而实现了系统的微型化,且成本低且性能好。

在软件设计上,由于FPGA分担了大量对硬件的操作,所以本文避免现今普遍采用的多中断控制的方法,只利用一个中断子程序就实现了对逆变电路和蓄电池充放电电路的SPWM调制。因而,充分发挥了DSP运算快的能力,从基础上提高了控制算法的实时性、可靠性,为优越的控制算法提供了可以实现的平台。