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基于DSP的UPS逆变电源控制系统设计

作　者: 潘祺锋
导　师: 姚萌
学　校: 华东师范大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 正弦脉宽调制SPWM TMS320F2808 数字化精准控制 功率型逆变电源 电力电子系统
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 568次
引　用: 2次
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内容摘要


UPS (Uninterrupted Power Supply)是一种电力设备,当电网供电出现紧急故障时,UPS逆变电源可以利用蓄电池为负载提供应急供电。同时UPS也具有改善电网电力质量的作用。我国UPS市场需求巨大,每年UPS的市场销售量大约在60亿元人民币。除了电信、金融等行业对UPS的需求居高不下之外,制造业、交通业、能源业对于UPS的需求量呈现上升趋势。本文介绍了UPS逆变电源的组成,分析了各部分的作用及其工作原理,研究了实现UPS逆变控制的关键技术。在此基础上,设计了基于DSP的UPS逆变控制系统,提出了一套融合软硬件的适用于UPS逆变电源的数字化精准控制方案。UPS逆变电源的控制系统的硬件电路设计采用TI公司的32位TMS320F2808作为逆变控制信号和驱动控制信号产生的主芯片,结合Altera公司的EPM240T100C高性能低功耗CPLD做接口扩展和相位变换。本文在Altium Designer软件环境下绘制电路原理图和PCB电路板。在电路板设计中加入了各种抗干扰措施,提升了系统的稳定性。软件设计分别对DSP和CPLD进行编程。DSP输出SPWM波和可控硅整流信号,同时采集系统输入输出环节中的模拟量以监控系统运行状态。CPLD对DSP的输出信号进行相位变换。控制系统的软件最终实现了系统软启动、驱动控制波形输出、模拟信号采集和系统保护。在完成UPS逆变电源控制系统的软硬件设计的基础上,本文将控制系统和UPS整机进行联合调试,记录了开环和闭环状态下的波形。调试结果表明,在本文设计的UPS逆变电源控制系统的协调下,可以使得UPS整机正常工作,IGBT驱动信号和可控硅控制信号正常,输出信号可以精确地跟踪市电频率,并且保持相位一致,同时输出电压抑制了输入电压中的高次谐波,改善了电网的质量。本文设计的UPS逆变电源控制系统具有普遍性,电路板既可以用于三相输入三相输出的UPS,也可以用于三相输入单相输出的UPS,只需在软件上稍作改动即可。控制系统本身不受UPS功率的限制,对于大功率和小功率UPS都可适用。

全文目录


论文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 选题的背景和意义  11-12
  1.2 UPS逆变电源的分类  12-15
  1.3 UPS逆变电源的发展趋势和数字化控制的意义  15-16
  1.4 本文的研究目标和内容安排  16-18
第二章 三相在线式UPS的系统结构  18-27
  2.1 在线式UPS的组成部分  18-20
  2.2 在线式UPS的工作原理  20-21
  2.3 关键技术  21-26
    2.3.1 SPWM正弦脉冲宽度调制  21-24
    2.3.2 三相可控硅整流  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 UPS逆变电源控制系统的硬件设计  27-42
  3.1 TMS320F2808简介  27-29
  3.2 系统整体电路设计及资源分配  29-31
  3.3 单元电路设计  31-40
    3.3.1. 电源电路  31-33
    3.3.2. 外围时钟电路  33-34
    3.3.3. JTAG边界扫描  34-35
    3.3.4. SCI串口通信接口  35-36
    3.3.5. ADC采样信号接口  36-38
    3.3.6. CPLD相关电路  38-40
  3.4 PCB电路板设计  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章 UPS逆变控制系统的软件设计  42-51
  4.1 系统软件的总体设计  42-43
  4.2 系统初始化模块  43-44
  4.3 软启动模块  44
  4.4 输出波形控制  44-48
    4.4.1 SPWM脉冲  44-47
    4.4.2 整流控制信号  47-48
  4.5 ADC采样和系统监控模块  48-50
  4.6 本章小结  50-51
第五章 系统调试  51-57
  5.1 开环调试  51-52
  5.2 闭环调试  52-56
  5.3 本章小结  56-57
第六章 总结和展望  57-59
附录 UPS逆变电源控制系统原理图和PCB图  59-65
参考文献  65-67
作者攻读硕士学位期间发表的学术论文  67-68
致谢  68-69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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