基于MC68HC908MR32驱动的在线式UPS全数字控制技术作者.DOC

　 ? 基于MC68HC908MR32驱动的在线式UPS全数字控制技术 ? 作者：许勇枝 ? 摘要：介绍由MOTOROLA 公司的MC68HC908MR32 单片机构成的在线式UPS解决方案，并分 析了该UPS 的工作原理，实验结果表明该UPS 电源具有结构简单，控制方便，抗干扰能力强等优 点。 关键词：在线式不间断电源；单片机；正弦脉宽调制；MC68HC908MR32 Abstract: A solution of single -phase high-frequency UPS based on single-chip computer of MC68HC908MR32 is introduced, which is from the company of MOTOROLA and its operation principles are analyzed. The UPS has the merits of simple-structure, easy-control and high anti-interference etc. through testing and debugging.  0 引言随着信息处理技术的不断发展，尤其是计算机的广泛应用和Internet的迅猛发展，对供电系统的可靠性要求越来越高，因此对不间断电源（UPS）技术指标的要求也越来越高，实现UPS技术的网络化、智能化、小型化成为UPS技术研究的发展方向。由于传统的模拟控制需要使用大量的分立元器件，使得电路复杂、体积庞大、网络监控困难、必威体育官网网址性差等缺点，逐渐被基于MCU 控制的数字化UPS所代替。基于MCU的数字控制技术能大大改善产品的一致性，同时增加了控制的柔性，提高了整个系统的稳定性和可靠性。而单片机技术的广泛应用，以及半导体功率器件的迅速发展为数字化UPS 的发展提供了技术保障。基于MC68HC908MR32的优越性能，用其实现UPS 设计，容易实现产品的模块化、智能化特点，控制参数采用开放式结构，便于与各种UPS联结，从而能够在最短的时间内根据不同用户的要求进行产品的升级换代。以这种方式，产品可以更快的推向市场，获得时间上的竞争优势。MC68HC908MR32 是一种专门用于电源驱动的高性能8 位单片微机，它具有以下功能：32KFlash存贮器、768 字节RAM、10 路10 位A/D、一个六路12 位PWM 模块、具有3 个电流检测输入和四个故障信号输入、支持中心和边沿调整模式、一个串行通讯口SCI 和一个串行外围接口SPI、一个4路16 位定时器系统和一个两路16 位定时器系统，时钟发生器模块（可由较低频率晶振产生各种高频率内部时钟），其资源完全符合设计在线式UPS的技术要求。其贮存温度范围为原55益耀垣150益及工作温度范围为原40益耀垣85益，能适应室外机组恶劣环境的要求，其在掩膜前可采用FLASH 型芯片， 利于开发后小批量试生产，故选用MC68HC908MR32 芯片设计在线式UPS，资源相对于选用其它芯片更为合理，性价比高。下面介绍基于此款MCU的UPS控制方案。1 UPS 控制方案基于MC68HC908MR32 控制的高频在线式UPS，其系统框图和基本结构框图分别如图1 和图2 所示。如图1 所示，在市电正常时，输入通过PFC 升压成依370V 稳定直流电压，供给DC/AC 逆 变器，输出稳定的220V 交流，同时完成对电池的充电。当市电出现异常（如电网出现浪涌、陷落、低压、高压、频率异常等）情况时，由后备电池供电，DC/DC 升压经逆变器输出交流正弦波。只有当UPS 内部出现工作环境温度过高、过载等异常情况下，才由旁路输出。如图2 所示，利用MC68HC908MR32 的资源，在此控制系统中采用正弦波脉宽定点查表技术，可实现产生逆变器的SPWM信号，检测逆变器电压、市电电压频率、机内温度、电池充放电管理、处理市电频率及逆变频率锁相，控制市电到电池及电池到市电模式的声光报警，处理输出负载情况（包括短路）及与上位机通信等。MCU 控制的UPS 的难点主要在于处理市电频率与逆变输出频率的锁相同步技术，逆变输出电压的快速稳压，智能电池充放电管理，以及网络监控功能等。下面，对于以上四个技术阐述实现的方法。1.1 市电频率与逆变频率锁相为保证UPS无环流切换，要保证市电电压与逆变器输出电压同相位，须做软件锁相控制，利用MC68HC908MR32 的定时器B TCH1B 比较以及定时器溢出自动翻转输出口方式产生约19.2kHz的方波，通过PWM1输出为SPWM 的指令脉冲，其经过一个有源滤波电路形成模拟基准正弦指令电压，再与另一电路的高频三角波叠加形成主调制电路，产生逆变所需的指令脉冲信号来驱动IGBT完