基于DSP在线式UPS不间断电源控制系统的研究

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                    　　引言
　　随着计算机的普及和信息处理技术的广泛应用，不间断电源UPS在关键负载连接至公共电网方面扮演着重要角色。它们旨在为处于任何正常或异常实用电源条件下的负载提供清洁、持续的电源。德州仪器(TI)TMS320F28335 DSP为在线UPS设计提供增强的、经济高效的解决方案，可以高速执行多种控制算法，从而使实现高采样速率成为可能。
　　本文实现了基于TMS320F28335的不间断电源控制系统的设计，该系统能够在单芯片中实现在线UPS的多控制环路，从而提高集成度并降低系统成本。数字控制还为每个控制器带来可编程性、抗噪声干扰和避免冗余电压及电流传感器的使用等优点。DSP可编程性意味着可以使用增强的算法更新系统以提高可靠性。
　　系统介绍
　　UPS主要按工作方式来分类，它分为后备式、在线互动式、在线式三大类。在线式UPS输出多为正弦波，且电压及频率稳定，所以它多被用在供电质量要求很高的场所。本文所介绍的UPS供电系统是属于在线式的，主要由输入滤波器、充电器、DC/DC变换器、微控制器、逆变电路、输入功率因素调节电路、RS232通讯接口、报警电路等部分组成。
　　UPS系统的控制器采用TI公司推出的业界首款浮点TMS320F28335 DSP，它具有150MHz高速处理能力，具备32位浮点处理单元，单指令周期32位累加运算，可满足应用于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与前代领先的DSP相比，最新的F2833x浮点控制器不仅可将性能平均提升50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28xTM控制器软件的特点。该系统总体框图如图1所示。




　　图2 母线电压检测电路模块




　　图4 电流峰值保护模块
　　辅助电源监测电路模块
　　辅助电源监测电路如图5所示，正常情况下，运放的输出经上拉电阻箝位为5V，若12V电源因某种原因低于10V或5V电源因某种原因高于5V，则运放的输出会变为低电平，那么由于二极管D的作用，PWM_OFF将会被拉到低电平，这样就会关断PWM输出，起到保护作用。
　　开、关机电路模块
　　系统的开、关机电路如图6所示。当按下开机按键时，经分压后的电池正极电源经开机按键、限流电阻、二极管送到功率板上的开机电路，然后功率板产生12V、5V直流辅助电源，给控制板供电。当DSP启动后，就扫描GPIO78引脚，查看是否真正开机。如果确认是开机键被按下，那么就进行“自检”。当按下“关机”键时，GPIO77为高电平，DSP扫描到该引脚为高电平的时候，就进行关机操作。
　　电压检测电路模块
　　电池电压检测电路模块如图7所示。电池组电压经分压后，送往DSP的AD转换引脚ADCINA4。




　　图6 开、关机电路模块




　　图8 三角波和正弦波的产生电路




　　图10 系统程序流程图
　　定时器周期中断流程图如图11。




　　结束语
　　在线式UPS不间断电源控制系统以TMS320F28335作为主控芯片较以往传统的模拟系统具有结构紧凑、可靠性好、精度高、调试方便，以及成本低等优点，完全体现了数字控制的优势。从试验结果看，完全满足系统要求。最终可向用户提供可靠、准确、稳定的电源电压，实现了在线式UPS 的数字化、智能化和网络化，具有较好的市场应用前景。