基于DSP的数字式UPS电源整流充电器的研制

摘要

随着电力电子的技术发展，对配电网的谐波污染源越来越多，造成供电质量不能满足用电设备的要求；而另一方面，随着微电子技术、互联网、无线通讯等的发展，各种精密仪器与电子设备应用越来越广，对供电质量要求也越来越高。所以，能够保证供电质量的不间断电源（UPS）得以广泛发展。目前，UPS电源已在医疗、银行、证券、航空航天、军事、通讯等领域得到普遍应用。
　　 论文首先介绍了UPS电源的分类、现状与发展趋势。分析了目前UPS电源中所采用的各种整流充电装置的工作原理与优缺点。针对大容量UPS电源采用移相变压器实现12脉波整流，成本高、损耗大，经济效益差等不足，研究了用移相电抗器替代移相变压器实现12脉波整流。既降低系统谐波，又提高了经济效益。论述了移相电抗器的移相消谐原理和设计过程。
　　 蓄电池作为UPS电源中不可或缺的部分，占UPS电源系统成本的相当大比重，并且随着用户要求的备用时间的增长而迅速增加。本文以经济效益为出发点，论述了蓄电池的各种充电方式与特性，设计了适合UPS电源使用的充电方式。通过数字PID控制实现了对蓄电池的恒流、恒压充电过程与正常运行时稳定直流母线电压。
　　 为适应UPS电源发展趋势绿色化，论文研究了UPS电源的ECO工作模式，它是针对大容量UPS而产生的；在ECO工作模式下，可以将大容量UPS电源的效率从90％提高到98％，每年可以为用户节省不少电费，正适应当前节能减排的需要。分析了实现ECO的技术难点，设计了快速市电掉电检测硬件电路，并验证了它的可行性、稳定性与抗干扰能力，实现了ECO工作模式。
　　 最后，论文采用高性能的数字信号处理芯片F2812作为控制系统，设计了实验样机，结合DSP芯片的功能特征给出了数据采集与控制的硬件电路与软件的设计过程，实现了UPS电源的数字化控制，同时，还扩展了RS-485接口，实现与上位机的通讯。通过实验，验证了理论的可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 UPS综述

1.1.1 UPS发展及其研究现状

1.1.2 UPS电源的分类

1.1.3 UPS电源的发展趋势

1.2 本课题所研究的内容

第二章 UPS电源整流充电器的研究分析

2.1 UPS电源整流充电器主要拓扑结构分析与选择

2.1.1 单相桥式整流电路与APFC滤波

2.1.2 三相桥式全控整流方式

2.1.3 PWM整流方式

2.1.4 多脉波整流方式

2.2 移相电抗器原理与分析

2.2.1 移相电抗器消谐原理

2.2.2 移相电抗器的理论基础与设计

2.2.3 移相电抗器电感参数的计算

2.2.4 移相电抗器的仿真分析

2.3 相控桥式整流电路分析

2.3.1 晶闸管元件

2.3.2 三相桥式全控整流电路工作原理

2.3.3 整流器的参数与谐波分析

第三章 控制系统硬件设计

3.1 TMS320F2812芯片概述

3.2 TMS320F2812芯片的主要功能模块分析与应用

3.2.1 TMS320F2812芯片的事件管理器应用

3.2.2 TMS320F2812芯片的模/数转换(ADC)模块与校正

3.2.3 F2812的通讯接口与RS-485接口扩展

3.3 锁相环设计

3.3.1 锁相环原理

3.3.2 锁相环的实现

3.4 数据采集系统的设计

3.4.1 市电电压信号的采集

3.4.2 直流电压与蓄电池电压的检测

3.4.3 直流电流的检测

3.4.4 温度检测

3.4.5 开关量检测

3.5 驱动电路设计

3.6 ECO与掉电检测

3.6.1 ECO工作模式原理

3.6.2 掉电检测的实现

3.7 电磁兼容与抗干扰设计

3.7.1 电磁兼容性与干扰分析

3.7.2 本文中所做的工作

第四章 控制系统软件设计

4.1 相序检测与缺相保护程序设计

4.1.1 相序检测的原理

4.1.2 软件设计

4.212路触发脉冲的软件设计

4.2.112路触发脉冲的要求

4.2.212路触发脉冲的实现

4.3 UPS电源的软启动设计

4.4 蓄电池充电控制

4.4.1 UPS电源中蓄电池及其充电方式选择设计

4.4.2 直流控制算法与蓄电池管理充电程序设计

4.5 系统配置与主程序设计

第五章 实验结果与分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文