在線式UpS的控制與保護(hù)功能基本上是由中央處理器(CpU)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSp)內(nèi)部程序控制完成的,由于程序的不可見性,UpS的許多控制和保護(hù)原理用戶很難理解。以下根據(jù)多年的UpS研發(fā)經(jīng)驗(yàn),討論一下在線式UpS的控制和保護(hù)技術(shù)。

控制技術(shù)

(1)緩開機(jī)

當(dāng)UpS開機(jī)或系統(tǒng)重置(包括過載解除、自動(dòng)重啟等)時(shí),CpU控制UpS緩慢提升逆變電壓,每32ms提升逆變電壓3V,直至220V停止。

(2)電壓追逐

在緩開機(jī)結(jié)束后,逆變電壓尚未切換到對(duì)外輸出前,為防止市電灌入U(xiǎn)pS,在市電正常時(shí),CpU控制逆變電壓追逐市電輸入電壓,逆變電壓依市電電壓高低每隔128ms加減3V。如果市電電壓高于280V,則只追到280V;如果市電電壓低于160V,則只追到160V。

(3)市電電壓的偵測(cè)與控制

CpU每16ms讀取一次市電電壓值,當(dāng)市電電壓的讀值連續(xù)低于160V或高于280V五次時(shí),視為市電電壓輸入異常;只有當(dāng)市電電壓的讀值連續(xù)五次恢復(fù)到170～270V之間時(shí),才認(rèn)為市電輸入轉(zhuǎn)為正常。市電輸入正常時(shí)，UpS工作在市電逆變狀態(tài);當(dāng)市電電壓低于160V或高于280V時(shí)，UpS立即轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài);為防止市電來回切換，只有當(dāng)市電恢復(fù)到170～270V時(shí),UpS才轉(zhuǎn)入市電逆變狀態(tài)。

(4)市電頻率的偵測(cè)與控制

偵測(cè)市電頻率的目的是作為逆變鎖相的依據(jù),通過調(diào)整逆變的過零點(diǎn)調(diào)整逆變相位,使在市電狀態(tài)下的逆變輸出與市電輸入基本同頻率、同相位。市電開機(jī)時(shí),UpS偵測(cè)輸入市電的頻率作為逆變輸出的頻率;電池狀態(tài)下開機(jī)時(shí),逆變輸出的頻率以上次輸出的頻率來設(shè)定。當(dāng)市電正常時(shí),執(zhí)行鎖相,逆變頻率先追市電頻率,頻率相同后再追蹤相位,通過變動(dòng)逆變頻率完成逆變和市電同相位。鎖相后,逆變和市電的相位差小于3度,頻率誤差小于0.01Hz。當(dāng)市電頻率超出47～53Hz范圍時(shí),UpS不執(zhí)行鎖相,立即轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài),只有當(dāng)市電頻率回復(fù)到48～52Hz時(shí),UpS再執(zhí)行鎖相,并轉(zhuǎn)入市電逆變狀態(tài)。

(5)三角波發(fā)生器

CpU送出的38.4kHz方波,經(jīng)由運(yùn)算放大器組成的二分頻電路后,變成19.2kHz的方波,再經(jīng)積分器積分成三角波。

(6)標(biāo)準(zhǔn)正弦波發(fā)生器

CpU送出以128點(diǎn)平均分割的模仿正弦波,經(jīng)過二階低通濾波器濾波后,生成標(biāo)準(zhǔn)正弦波。

(7)pWM信號(hào)

標(biāo)準(zhǔn)正弦波與逆變輸出電壓的正弦波反饋信號(hào)進(jìn)行比較，其結(jié)果被三角波切割，生成pWM信號(hào)。

(8)逆變電壓調(diào)整

CpU每16ms讀取一次逆變電壓值,并與設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較,當(dāng)差值高于10V時(shí),CpU立即調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)正弦波,從而調(diào)整pWM信號(hào),使輸出電壓相應(yīng)加減5V,以縮小差值;當(dāng)差值低于10V時(shí),CpU累積差值,當(dāng)累積值達(dá)到30V時(shí),CpU調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)正弦波,使輸出電壓相應(yīng)加減2V。

(9)CpU的A/D讀取

CpU每半周期讀一次電池電壓、正負(fù)BUS電壓和機(jī)內(nèi)溫度,每隔8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦波點(diǎn)讀一次市電電壓、逆變電壓和逆變電流(在每個(gè)周期開始,CpU變更讀點(diǎn)的初始位置,使每隔8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦波點(diǎn)讀一次,通過128個(gè)點(diǎn)的A/D讀取達(dá)到掃描效果,讀取值存入RAM內(nèi))。

(10)CpU的計(jì)算

CpU每隔2個(gè)周期計(jì)算一次市電電壓的均方根值(RMS),每隔1個(gè)周期計(jì)算一次逆變電壓的均方根值,每隔32個(gè)周期計(jì)算一次逆變電流的均方根值,每隔32個(gè)周期計(jì)算一次輸出功率的均方根值。

保護(hù)技術(shù)

(1)逆變輸出短路和過電壓保護(hù)

當(dāng)逆變輸出電壓的正弦波反饋信號(hào)連續(xù)64ms無過零信號(hào)時(shí),視為逆變輸出短路,UpS關(guān)閉輸出并報(bào)警;當(dāng)逆變輸出電壓值連續(xù)80ms低于160V或高于280V時(shí),視為逆變輸出過電壓,UpS立即轉(zhuǎn)到旁路并報(bào)警。

(2)輸出限流保護(hù)

保護(hù)電路偵測(cè)逆變輸出的電流值,當(dāng)其超過額定值的3.6倍時(shí),限流保護(hù)電路立即關(guān)閉pWM,只有在輸出電流值小于額定值的3.6倍后,pWM才重新工作。

(3)BUS過電壓保護(hù)

當(dāng)BUS電壓的絕對(duì)值連續(xù)64ms超過440V時(shí),UpS實(shí)施BUS過電壓保護(hù),轉(zhuǎn)入旁路并報(bào)警。

(4)電池過壓和欠壓保護(hù)

當(dāng)每個(gè)電池電壓高于15V時(shí)，視為電池過壓,UpS自動(dòng)轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài)，在每個(gè)單體電池電壓下降到13.5V后，UpS重新回到原工作狀態(tài)。市電異常，UpS轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài)，電池開始放電,CpU控制蜂鳴器4s鳴叫一次。當(dāng)每個(gè)單體電池電壓下降到10V時(shí),UpS自動(dòng)關(guān)機(jī)。市電恢復(fù)正常時(shí),UpS會(huì)自動(dòng)重啟。

(5)負(fù)載保護(hù)

如果UpS在從旁路轉(zhuǎn)入逆變輸出前,偵測(cè)到負(fù)載超過110%,UpS不能轉(zhuǎn)入逆變輸出,CpU控制蜂鳴器每0.5s鳴叫一次;如果開機(jī)后負(fù)載加至110%～130%,CpU控制蜂鳴器每0.5s鳴叫一次,UpS在10s后轉(zhuǎn)入旁路;如果開機(jī)后負(fù)載加至130%以上,UpS會(huì)立即轉(zhuǎn)入旁路。

雖然UpS種類繁多,但是其控制和保護(hù)技術(shù)的基本原理大致相同。