基于TMS320F2808的高精度UPS電源鎖相技術

引? 言

　　UPS( 不間斷電源) 作為后備電源和改善電網質量的一種重要裝置，在工業生產和社會生活中得到廣泛應用。U PS 在運行時，要求其輸出電壓的頻率和相位與市電保持嚴格的一致，這樣才能在市電發生變化時保證U PS 能向負載提供不間斷、穩定的電源，且不會對負載產生大的沖擊。因此，在UPS 中都必須加入鎖相的環節，傳統的鎖相采用模擬電路控制，硬件電路復雜、成本較高，同時由于器件老化和溫飄問題的存在，使得系統可靠性和效率下降，另外使用模擬技術還存在參數調整麻煩等問題。隨著信息技術的發展以及數字信號處理( DSP) 的成熟， UPS 的鎖相技術轉向數字控制已經成為一種必然，本文提出了一種基于T I 公司的T MS320F2808 芯片實現高精度鎖相控制的方法，并給出了實驗板的仿真結果及實際硬件測試結果，該方法具有簡單實用、思路清晰、易于修改、鎖相穩定，算法效率高等優點。

　　1? 數字鎖相環設計

　　1. 1? 鎖相原理

　　交流電網電壓ub和UPS 逆變輸出的電壓ui 分別為:

　　式中， Ubmax 與Uimax 分別為電網電壓幅值和逆變輸出電壓幅值; f1 與f2 分別為電網電壓和UPS 逆變輸出電壓的頻率;? 表示u i 超前或滯后ub的相位角。由ui 和ub的表達式可知，要實現鎖相，必須滿足:

　　即:

　　因此， ui 和ub的同頻同相可通過對f 2 進行調節來實現。當逆變輸出電壓超前市電電壓時，則要求逆變輸出電壓的頻率f 2減小; 而當逆變電壓滯后市電電壓時，則要求逆變輸出電壓的頻率f 2增大。這樣經過幾個周期的調節之后，便能實現逆變輸出和電網電壓的同頻同相，如圖1 所示。

圖1? 數字鎖相原理

　　1. 2? 數字鎖相環的模型

　　鎖相環是一個閉環的相位頻率控制系統，其輸出必須能實時跟蹤輸入信號的頻率和相位。當鎖相環處于! 鎖住?狀態時，輸出信號與輸入信號的相位差必須為零或保持不變。如果產生一個相位差，控制方法將對振蕩器起作用，使得相位差降至最小。這樣一個系統中，輸出信號的相位就被鎖定到參考信號的相位。

　　為了建立數字鎖相環的數學模型，我們先引入模擬的鎖相環控制框圖如圖2( a) 所示。從圖可以看出傳統的鎖相環由鑒相器( Phase Detector ) 、低通濾波器( Low Pass Filter) 及壓控振蕩器( V oltag e Cont ro llerOscillator) 三部分組成，其中鑒相器用來對市電和逆變信號進行比較，得到相位誤差信號Up ， Up 經低通濾波后得到信號Ul ， Ul 控制V CO 改變Uou t 的頻率和相位，以達到鎖頻鎖相的目的，整個環是一個負反饋的過程。