一种全数字UPS逆变器锁相控制技术的研究

波。由于电网电压中含有大量谐波成分，经电压互感器采集的交流电压信号并不是纯净的正弦波，所以采用直接输出方式产生的波形并不是稳定纯净的正弦波。

　　因此，在PWM输出后加入数字低通滤波器以滤除高频谐波成分，从而保证输出电压的稳定性和纯净度。

　　其具体实现过程是：首先，用数字序列调制单片机内部的PWM脉宽调制电路，使之产生的脉冲方波宽度正比于信号幅度，如果微处理器采用20MHz晶振，PWM输出为8位分辨率时，输出方波的最高频率为78KHz，所以在PWM输出端加一个积分常数很小的RC低通滤波器就可以得到很平滑的半波输出波形，低通滤波器造成的相位延迟可以忽略不计。该信号一路直接送到模拟开关，另一路送到反相电路成为负极性的半波电压信号，再送到模拟开关，这正负极性两路电压信号经过单片机控制的模拟开关切换，就输出与外部电网相位同步的正弦波信号。当电网出现故障时，微处理器将读取其存储器中储存的标准50Hz正弦波序列以控制逆变输出。

　　4.3 在线式UPS的软件锁相控制技术

　　随着微电子技术的发展，出现了许多性价比高的用于电机控制的专用微处理器，微处理器内部集成了PWM波产生电路，可以通过软件编程来改变PWM波输出频率。UPS中的软件锁相控制就是基于此类微处理器，以程序计算方式来实现。其软件实现的方式有两种。一种是需要对市电电压和逆变输出电压两路信号进行滤波整形，变换为与其同频率的方波信号，通过微处理器的捕获引脚捕获方波上升沿的跳变，由捕获值来计算频率及相位差，以此调整输出SPWM波的频率，使得两路信号的频率与相位保持一致，其锁相同步控制原理框图如图4所示。另一种方法只需对市电电压进行方波变换，在对市电变换方波的捕获中断中，通过判断SPWM输出波的相位相对于市电相位的超前或滞后，通过改变SPWM定时器周期值来调整SPWM波下周期的输出频率，从而实现频率跟踪。

　　图4：软件锁相同步控制

　　两种方法的共同之处是：都事先设定电网电压频率为50Hz，根据SPWM载波频率将每个电压周期分为N等份（当载波频率为78KHz时，N=150），将对应时刻的正弦值制作成表存在微处理器的存储器中，保持每SPWM周期输出序列个数N值不变，调整载波频率实现对输出电压频率的调整；它们的实现过程都依赖于两个中断，一个是SPWM载波周期定时器中断，一个是捕获中断（可通过设置捕获中断方式使得捕获中断发生在正弦波周期的零相位时刻）。

　　由于两种方法都是通过调整SPWM频率实现逆变输出对市电电压的锁相，稳态时其跟踪精度较高，但动态性能不好，锁相环启动时的跟踪调整速度较慢，因此同步响应速度有待提高，且需进一步增强同步的抗干扰和容错能力。

　　5.结论

　　本文所研究的基于TMS320LF2407数字化控制平台的UPS的软件锁相技术，锁相精度高，易于实现，可以很好地满足不间断电源的锁相技术要求。