一种基于DSP技术的数字UPS逆变器方案

DSP技术具有定点计算、零开销循环等特点，因此也被广泛的应用在了数字控制等领域之中。今天我们将要为大家分享一种基于DSP技术的数字UPS逆变器设计方案，该方案通过使用DSP技术集成芯片，完成了对逆变器产品的全数字控制设计。

首先我们来看一下这种基于DSP技术的全数字控制UPS逆变器方案的结构框图。从图1中可以看到，这种逆变器在主电路的设计方面主要采用的是全桥结构，控制电路采用的是电机控制专用DSP芯片TMS320F240为核心的全数字控制器。在该种UPS逆变器的电路结构中，Lf和Cf为逆变器的输出滤波电感和滤波电容，rL和rC分别为滤波元件的串联寄生电阻。为了有效提升该逆变器的精确性，同时也从成本控制角度考虑，在本方案中，控制系统采用了电阻取样，主功率电路与控制电路共地的系统控制方法。Rs1和Rs2为输出电压取样电阻，Rc为电感电流取样电阻。电压和电流取样信号通过采样网络，输入到DSP的A/D转换口。DSP的PWM模块输出4路PWM信号经过驱动电路之后驱动4个IGBT管。

图1 UPS逆变器结构框图

在本次所设计的全数字控制UPS逆变器方案中，我们采用电感电流模式的数字双环PI控制方法，对逆变器进行控制，其具体的数字控制框图如下图图2所示。从图2中可以看到，图右边的虚线框内部分是该逆变器的主电路，Vref为存储在DSP程序空间内的正弦波数据表，VAB为逆变桥两桥臂中点间的电压。为了能够有效抑制反馈量中的高频噪声，提高采样的精确性，我们在该逆变器的反馈通道中增加了阻容低通滤波器。电压误差信号经过数字PI调节之后的输出作为电流环的指令，电流误差信号再经过比例调节得到电流环输出。电流环输出与定时器产生的三角波比较后得到四路门极脉冲。

图2 逆变器数字控制框图

下图中，图3是经过简化后的全数字控制UPS逆变器电流内环框图。在这一内环框图中，参数Zoh为零阶保持环节，它的s域传递函数是Gh(s)=，其中Ts为采样周期。在本次的全数字控制UPS逆变器设计方案中，逆变器电压和电流采样周期均为50μs。电流环的开环脉冲传递函数可以写为GC(z)=Z=(这里我们忽略了电感的串联电阻rL)，它的闭环传递函数的特征方程为1 KC·=0，根据无差拍控制原理，令特征根为0，得到KC=。下图图4为简化的电压外环控制框图。其中为电压外环数字PI控制器脉冲传递函数的一般形式，K1-K2=KITs，KI为积分系数。