基于TMS320F2808的高精度UPS电源锁相技术

摘要：针对全数字控制的UPS 系统， 结合锁相环原理， 提出了一种基于DSP TMS320F2808 的高精度数字锁相控制方案。建立了数字锁相环的模型， 列出了相应的算法和程序实现流程， 理论上锁相精度可高达0. 144°。在实验板上仿真并最终在实际的UPS 样机上进行了实验， 实验及实际测试结果充分验证了该方案的正确性和可行性。

　　0 引 言

　　UPS( 不间断电源) 作为后备电源和改善电网质量的一种重要装置， 在工业生产和社会生活中得到广泛应用。U PS 在运行时， 要求其输出电压的频率和相位与市电保持严格的一致， 这样才能在市电发生变化时保证U PS 能向负载提供不间断、稳定的电源， 且不会对负载产生大的冲击。因此， 在UPS 中都必须加入锁相的环节， 传统的锁相采用模拟电路控制， 硬件电路复杂、成本较高， 同时由于器件老化和温飘问题的存在，使得系统可靠性和效率下降， 另外使用模拟技术还存在参数调整麻烦等问题。随着信息技术的发展以及数字信号处理( DSP) 的成熟， UPS 的锁相技术转向数字控制已经成为一种必然， 本文提出了一种基于T I 公司的T MS320F2808 芯片实现高精度锁相控制的方法， 并给出了实验板的仿真结果及实际硬件测试结果，该方法具有简单实用、思路清晰、易于修改、锁相稳定，算法效率高等优点。

　　1 数字锁相环设计

　　1. 1 锁相原理

　　交流电网电压ub和UPS 逆变输出的电压ui 分别为:

　　式中， Ubmax 与Uimax 分别为电网电压幅值和逆变输出电压幅值; f1 与f2 分别为电网电压和UPS 逆变输出电压的频率; 表示u i 超前或滞后ub的相位角。由ui 和ub的表达式可知， 要实现锁相， 必须满足:

　　即:

　　因此， ui 和ub的同频同相可通过对f 2 进行调节来实现。当逆变输出电压超前市电电压时， 则要求逆变输出电压的频率f 2减小; 而当逆变电压滞后市电电压时， 则要求逆变输出电压的频率f 2增大。这样经过几个周期的调节之后， 便能实现逆变输出和电网电压的同频同相 ， 如图1 所示。

图1 数字锁相原理