目前多数国内外UPS品牌均十分关注以模块化和网络化为主的高端市场从全球市场来看模块化UPS产品市场占有的比例正在迅速增长并且有希望实现与刀片服务器同比例的增长目前我国模块化UPS电源的发展也相当迅猛据了解目前在我国华南地区的UPS电源产品销售中高端产品占%%的份额低端产品占%%的份额而就整个市场来看模块化产品已经占据了%的市场份额并且还处于持续增长状态数据中心在各种行业数据中心使用具备的优点
系统简单实用安全可靠
提供双路电源输出满足各服务器需求
可陆续扩容﹑节省系统首次投资
能够跟据需要改善系统零地电压
绿色环保节能降耗
智能化监控人性化管理
从模块化UPS电源发展我们可以看出安全可靠是对于用户来说是重要的不过随着科技的发展扩容方便配置灵活环保低碳人性化的软件监控管理也是用户选择的关键因素柏克模块化UPS电源不仅结合了模块化热拔插多制式分散逻辑并联触摸屏等业界先进的技术在逆变结构中优先运用了“多电平逆变”的概念巧妙的采用了四管半桥驱动的电路拓扑结构利用数字信号处理器配合独创的控制算法完成了三相正弦波逆变的功能与常规逆变器相比其功率器件的损耗可降低一倍整机体积也缩小大功率密度增大特别适用于处理复杂高精度高速度实时性要求非常的控制系统中选择柏克模块化UPS电源选择放心电源随着计算机的普及和信息处理技术的广泛应用不间断电源UPS在关键负载连接至公共电网方面扮演着重要角色它们旨在为处于任何正常或异常实用电源条件下的负载提供清洁持续的电源德州仪器(TI)TMSF DSP为在线UPS设计提供增强的经济高效的解决方案可以高速执行多种控制算法从而使实现高采样速率成为可能
本文实现了基于TMSF的不间断电源控制系统的设计该系统能够在单芯片中实现在线UPS的多控制环路从而提高集成度并降低系统成本数字控制还为每个控制器带来可编程性抗噪声干扰和避免冗余电压及电流传感器的使用等优点DSP 可编程性意味着可以使用增强的算法更新系统以提高可靠性
系统介绍
UPS主要按工作方式来分类它分为后备式在线互动式在线式三大类在线式UPS输出多为正弦波且电压及频率稳定所以它多被用在供电质量要求很高的场所本文所介绍的UPS供电系统是属于在线式的主要由输入滤波器充电器DC/DC变换器微控制器逆变电路输入功率因素调节电路RS通讯接口报警电路等部分组成
UPS系统的控制器采用TI公司推出的业界首款浮点TMSF DSP它具有MHz高速处理能力具备位浮点处理单元单指令周期位累加运算可满足应用于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求与前代领先的DSP相比新的Fx浮点控制器不仅可将性能平均提升%还具有精度更高简化软件开发兼容定点CxTM控制器软件的特点该系统总体框图如图所示
图１ 系统总体框图
当市电正常时在线式UPS输入V交流电压经过EMI/RFI滤波后被送到继电器RY当市电电源的电压正常时RY继电器处于闭合状态在此条件下市电电源将分以下几路去控制后级电路的运行
(I)市电直接经交流旁路被送到常闭触点继电器RY然后向负载供电这种情况一直维持到UPS执行开机“自诊断”检测操作后通过微处理器的调控将UPS从市电供电状态切换到逆变器供电状态为止
(II)经充电器对UPS的内置蓄电池组进行充电
(III)市电电源经由保险丝后再经带输入功率因数调节功能的整流滤波器变成两路直流电源该直流高压电源在逆变器内经正弦脉宽调制功率放大和高频滤波后变成一路幅值稳定频率和相位同步跟踪市电电网频率和相位的高质量的纯正正弦电源后通过输出滤波器送到负载
(IV)当市电供电异常时电池的电压通过DC/DC变换器变成幅值高达±V的直流高压电源然后再经过逆变器变换成交流正弦波供给负载
系统的硬件设计
本方案是利用TMSF微控制器来设计UPS控制板的系统的电路该系统是由母线电压检测电路模块幅值检测电路模块电流峰值保护电路模块辅助电源监测电路模块开关机电路模块电压检测电路模块PWM产生电路模块继电器控制电路模块外扩存储器模块以及峰鸣产生电路模块等组成
母线电压检测模块
母线电压检测电路模块如图所示分压后的＋BUS电压经RC滤波后送往DSP的AD转换引脚ADCINA分压后的－BUS电压经反相器后再经RC滤波器送往DSP的AD转换引脚ADCINA
幅值检测电路模块
幅值检测电路如图所示它用于逆变器输出电压市电输入电压负载电流幅值检测该电路采用正值单向有源精密检波器实现的采用有源精密检波器的目的是确保从该检波器输出端得到的单极性信号的幅值总是与输入到检波器的正弦波信号的幅值保持着严格的线性关系用以消除一般二极管检波器在小信号输入时可能产生的非线性失真
