傳統(tǒng)的UPS采用模擬電路控制梯刚，對于生產廠家和用戶而言凉馆，無論是相控技術還是SPWM技術，模擬控制存在諸多局限性亡资。隨著信息技術的發(fā)展澜共，高速數字信號處理芯片(Digital Signal Processor，DSP)的出現(xiàn)锥腻，使得數字化的控制在更廣闊電氣控制領域中應用有了可能性嗦董，也成為主要發(fā)展趨勢之一母谎。

　　一、數字控制UPS的應用優(yōu)勢

　　有了高速數字信號處理芯片的支持展懈，采用數字化的控制策略不僅可以較好的解決UPS電源模擬控制里的有關問題销睁，而且還增加了UPS電源模擬控制中很難實現(xiàn)的一些控制功能，其主要應用優(yōu)勢有：

　　(1)數字化控制可采用先進的控制方法和智能控制策略停柬，使得UPS的智能化程度更高累筋，性能更加完美。智能化控制代表了自動控制的最新發(fā)展階段盯糠，繼承了人腦的定性书瘤、變結構、自適應等思維模式洁揽，也給電力電子控制帶來了新的活力叙杨。在高頻開關工作狀態(tài)下，逆變電源的模型更加復雜化杉轿，這是模擬控制或經典控制理論難以有良好控制效果的疙鸟，而采用先進、智能化的數字控制策略昏络，就可以從根本上提高系統(tǒng)的性能指標树戴。

　　(2)控制靈活，系統(tǒng)升級方便慕然，甚至可以在線修改控制算法万栅，而不必對硬件電路做改動。數字控制系統(tǒng)的控制方案體現(xiàn)在控制程序上西疤，一旦相關硬件資源得到合理的配置烦粒，只需要通過修改控制軟件，就可以提高原有系統(tǒng)的控制性能代赁，或者根據不同的控制對象實時扰她、在線更換不同控制策略的控制軟件。

　　(3)控制系統(tǒng)可靠性提高芭碍，易于標準化徒役。由于數字控制的高可靠性，必然使得整個控制系統(tǒng)可靠性的提高豁跑，而且可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產品)廉涕，采用統(tǒng)一的控制板泻云，而只需要對控制軟件做一些修改即可艇拍，這對生產廠家而言是有著巨大的吸引力的。

　　(4)系統(tǒng)維護方便宠纯，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障卸夕，可以很方便地通過RS-232或RS-485接口或USB接口進行調試层释，故障查詢，歷史記錄查詢讨拷，軟件修復馅拗，甚至控制參數的在線修改、調試依粮。這樣就可以以較低的成本完成自我校正及遠程服務，給廠家的售后服務帶來了極大的方便。

　　(5)系統(tǒng)一致性好尼布，成本低锁荚，生產制造方便。由于控制軟件不會像模擬器件那樣存在差異猖等，所以對于同一控制程序的控制板歪缅，其一致性是很好的，也沒有模擬系統(tǒng)中模擬器件調試帶來的差異問題谎秃，那么同一控制板的一致性就會比模擬系統(tǒng)高很多鼓募。采用了軟件控制，就實現(xiàn)了硬件軟件化弱瞄，使控制板的體積大大減小买雾，生產成本下降。

　　(6)易于組成并聯(lián)運行系統(tǒng)缨称。由于單位UPS系統(tǒng)均是數字控制凝果，有相應的控制變量代表系統(tǒng)中的狀態(tài)量，那么就可以較方便地獲得均流所需要的信息睦尽，利用相應的均流算法實現(xiàn)UPS的并聯(lián)運行系統(tǒng)器净。

　　二、DSP控制的UPS工作流程

　　DSP控制的數字式UPS電源的工作流程是：

        當市電正常当凡，輸入電壓山害、頻率在允許的范圍時，PFC部分對輸入進行功率因數校正沿量，使得該系統(tǒng)的輸入功率因數為0.98左右浪慌，同時避免對電網產生污染，輸入的市電經PFC環(huán)節(jié)變換得到400V直流輸出電壓朴则，為后面的逆變電路提供能量权纤。同時DC/DC部分仍然在正常工作，只是由于電池電壓經過DC/DC電路變換得到360V輸出電壓乌妒，略小于市電經PFC變換得到的直流母線電壓眉挥，這樣通過二極管就將它和直流母線隔離，DC/DC部分空載運行，處于熱備用狀態(tài)深七。當市電不正常時茧滞，市電掉電或者輸入電壓、頻率不在允許的范圍時粉霹，市電經PFC得到直流母線電壓迅速降低狠劳，當低于360V時，二極管導通喉侨，使得直流母線電壓維持在360V品隅，此時逆變器得到的能量是由電池電壓經由DC/DC電路變化得到的直流母線電壓。無論市電是否正常逆變部分均可以正常的工作青礁。一般蓄電池可提供幾分鐘到幾十分鐘的后備供電時間筑背，大容量的電池組的后備供電時間可以達幾個到幾十個小時，對于備有柴油發(fā)電機的用戶妆墩，可以在市電停電5~10秒之內把柴油發(fā)電機投入到UPS電源的輸入端寸靶，可以在長時間停電的情況下向用戶提供高質量的正弦波電源。經處理以后的市電同時還送給市電電壓/流相位測量電路践付，產生市電電壓信號和相位信號秦士，供微處理器電壓/流測量和同步鎖相之用。這樣就實現(xiàn)了對負載的不間斷供電功能永高。

　　三隧土、DSP控制的UPS組成結構

　　UPS要實現(xiàn)數字化控制，那么用更多的模擬器件才能實現(xiàn)的控制功能和算法就可以通過DSP的軟件的編程來實現(xiàn)命爬，所以整個UPS的結構就相比較用模擬器件的實現(xiàn)的UPS的整體結構要簡單得多曹傀。如圖1所示下面就是數字化的UPS的整體框圖。主要由輸入功率因數校正饲宛、逆變部分皆愉、DC/DC等組成。

　　圖1基于DSP控制的UPS原理框圖

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　　四艇抠、DSP控制的UPS關鍵電路結構

　　(1)UPS的功率校正電路

　　輸入功率因數校正電路如圖2所示主要由功率管T5幕庐、電感L1、二極管D1家淤、電容C1組成异剥。它為輸入部分提供功率因數校正功能，并且提升電壓至400V总恐。

　　圖2 輸入功率因數校正電路圖

　　輸入功率因數校正因數電路的工作原理倚衡，UPS市電通過功率因數校正模塊，來進一步減少來自電網上的干擾坐默，也同時使整個UPS系統(tǒng)的功率因和轉換效率得到提高神灵。功率校正模塊是一個AC/DC變換器都泥，它完成輸入的整流，同時控制輸入電流為正弦波活益，從而達到很高的輸入功率因數。功率因數校正部分還必須保持直流電壓恒定权惊，不隨輸入的變化而改變漫窑。直流電壓又在逆變部分變換成幅值、頻率合適的交流電源抹播。當UPS工作在蓄電池方式時榴栏，該直流電源經過DC/DC變換隔離后得到逆變部分所需的直流電壓。

　　(2)正弦逆變電路結構

　　正弦逆變電路如圖3所示主要是由電容C1痒拧，功率管T1泌绩、T2、T3宵蕉、T4組成的逆變橋酝静，電感L2，電容C2等組成羡玛。PFC模塊的輸出經由逆變部分能夠產生負載所需的純正弦波交流電壓别智。

　　圖3 正弦逆變器電路圖

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　　數字UPS的正弦逆變器是時刻處于工作過程中，其工作原理是通過采樣電路對逆變電路輸出電壓和電流進行采樣稼稿，得到的采樣信號輸入到DSP中薄榛，對采樣信號進行處理，依照一定的算法和程式來實現(xiàn)正弦逆變電路控制的功能让歼。

　　(3)DC/DC電路結構

　　DC/DC電路的構成如圖4所示敞恋，主要是由高頻變壓器、功率管T6谋右、T7硬猫，整流二極管D33、D34改执、D35浦徊、D36，電容C31等組成洲猿。該部分采用直流電壓環(huán)反饋控制获隆，變換后的電壓通過二極管D6與PFC的輸出端相連。

　　圖4 DC/DC電路的結構圖

　　由于電池電壓比較低村会，逆變器對直流電壓的利用率又不高涌遏，所以需要DC/DC電路來轉換電池的電壓。DC/DC的電路結構有很多泌拐，但是各有優(yōu)缺點基差，最常用的就是推挽式直流變換電路這種電路的優(yōu)點就是驅動電路簡單，輸出功率大。一般被功率要求比較高的負載選作直流變換電路宅蜒。

　　(4)UPS其他結構功能

　　同時通過SCI和SPI來實現(xiàn)整臺UPS的監(jiān)控程序蒙拜，通過SCI口和微機進行通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)控是全數化UPS的重要結構功能捍农。

　　一方面误撤，在UPS運行時出現(xiàn)市電故障或停電時，UPS會利用上述通訊通道向由它供電的計算機網絡傳送因市電故障產生的報警信號壹店。當長時間停電猜丹，而電池組的供電電壓要低于臨界放電電壓時，計算機網絡會在UPS電源發(fā)出自動關閉命令的驅動下硅卢，完成數據的保存和設備的保護射窒。

　　另一方面，提供一個友好的人機界面将塑，可實時監(jiān)視UPS的運行參數脉顿，方便用戶的參數修改，同時便于用戶查詢UPS運行的歷史記錄点寥。還可在計算機網絡上對UPS進行定時的開機/自動關機操作弊予。為實現(xiàn)上述控制功能，還可以提供RS-232和RS-485通信接口开财，用戶可根據實際情況任選一種汉柒。對于要求執(zhí)行網絡管理功能的UPS，應配置有簡單的網絡管理協(xié)議(SNMP)適配器或適配卡责鳍。

　　隨著數字化技術的發(fā)展碾褂，DSP技術已經被許多UPS廠商在產品中使用。DSP技術的使用提高了UPS產品輸出電壓的穩(wěn)定性和純凈程度历葛，同時也提高了UPS產品自身的可靠性达迁。而IGBT技術和高頻技術的應用，大大提高了電源效率宾哼，降低了系統(tǒng)噪音和電源自身的電力損耗仔约，也提高了系統(tǒng)的可靠性。UPS的數字化并不是簡單的指在系統(tǒng)中應用了數字器件压荠，如單片機及FPGA等淫韧，而是指整個系統(tǒng)的控制應用數字器件的計算能力和離散控制方法來完成。隨著數字處理硬件技術的發(fā)展韩宦，計算速度的提高嘿帆，必然促使UPS向數字化方向發(fā)展。

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