在线式UPS的控制与保护功能【钜大锂电】

在线式UpS的控制与保护功能基本上是由中央处理器(CpU)或数字信号处理器(DSp)内部程序控制完成的,由于程序的不可见性,UpS的许多控制和保护原理用户很难理解。以下根据多年的UpS研发经验,讨论一下在线式UpS的控制和保护技术。

控制技术

(1)缓开机

当UpS开机或系统重置(包括过载解除、自动重启等)时,CpU控制UpS缓慢提升逆变电压,每32ms提升逆变电压3V,直至220V停止。

(2)电压追逐

在缓开机结束后,逆变电压尚未切换到对外输出前,为防止市电灌入UpS,在市电正常时,CpU控制逆变电压追逐市电输入电压,逆变电压依市电电压高低每隔128ms加减3V。如果市电电压高于280V,则只追到280V;如果市电电压低于160V,则只追到160V。

(3)市电电压的侦测与控制

CpU每16ms读取一次市电电压值,当市电电压的读值连续低于160V或高于280V五次时,视为市电电压输入异常;只有当市电电压的读值连续五次恢复到170～270V之间时,才认为市电输入转为正常。市电输入正常时，UpS工作在市电逆变状态;当市电电压低于160V或高于280V时，UpS立即转入电池逆变状态;为防止市电来回切换，只有当市电恢复到170～270V时,UpS才转入市电逆变状态。

(4)市电频率的侦测与控制

侦测市电频率的目的是作为逆变锁相的依据,通过调整逆变的过零点调整逆变相位,使在市电状态下的逆变输出与市电输入基本同频率、同相位。市电开机时,UpS侦测输入市电的频率作为逆变输出的频率;电池状态下开机时,逆变输出的频率以上次输出的频率来设定。当市电正常时,执行锁相,逆变频率先追市电频率,频率相同后再追踪相位,通过变动逆变频率完成逆变和市电同相位。锁相后,逆变和市电的相位差小于3度,频率误差小于0.01Hz。当市电频率超出47～53Hz范围时,UpS不执行锁相,立即转入电池逆变状态,只有当市电频率回复到48～52Hz时,UpS再执行锁相,并转入市电逆变状态。

(5)三角波发生器

CpU送出的38.4kHz方波,经由运算放大器组成的二分频电路后,变成19.2kHz的方波,再经积分器积分成三角波。

(6)标准正弦波发生器

CpU送出以128点平均分割的模仿正弦波,经过二阶低通滤波器滤波后,生成标准正弦波。

(7)pWM信号

标准正弦波与逆变输出电压的正弦波反馈信号进行比较，其结果被三角波切割，生成pWM信号。

(8)逆变电压调整

CpU每16ms读取一次逆变电压值,并与设定的电压值进行比较,当差值高于10V时,CpU立即调整标准正弦波,从而调整pWM信号,使输出电压相应加减5V,以缩小差值;当差值低于10V时,CpU累积差值,当累积值达到30V时,CpU调整标准正弦波,使输出电压相应加减2V。

(9)CpU的A/D读取

CpU每半周期读一次电池电压、正负BUS电压和机内温度,每隔8个标准正弦波点读一次市电电压、逆变电压和逆变电流(在每个周期开始,CpU变更读点的初始位置,使每隔8个标准正弦波点读一次,通过128个点的A/D读取达到扫描效果,读取值存入RAM内)。

(10)CpU的计算

CpU每隔2个周期计算一次市电电压的均方根值(RMS),每隔1个周期计算一次逆变电压的均方根值,每隔32个周期计算一次逆变电流的均方根值,每隔32个周期计算一次输出功率的均方根值。