基于TMS320F2808的UPS信號控制

摘 要:當今的電子產品對不間斷電源(UPS)的性能要求在不斷提高，因而對于不間斷電源來說，控制部分對信號處理的速度和精度要求也就越來越高，且要求對電網的影響最小。信號的控制和處理，自然而然就成為了其中最關鍵的因素。

關鍵詞:TMS320F2808 脈寬調制(PWM) 諧波分析 增益控制

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(b)-0066-02

Abstract:In nowadays， the precision of the electronic product is constantly improved，so high quality and stable output is needed by the equipments，which is the load of the source.That lead to the quality of the uninterruptable power supply (UPS) should be improve，that means control part of the signal processing capability is required strictly.Thus the control of the signal processing will naturally become one of the most critical factor.

Keywords:TMS320F2808，pulse width modulation(PWM)，harmonic analysis， gain control

引言

UPS的作用是可以改良電網波形的參數，實現高質量的輸出，在應對多變環境下的能力也是很顯著的，為了能夠應變各種復雜的網絡環境，控制電路的重要作用也就不言而喻的體現出來。TI公司所推出的C2000系列芯片的功能定位就是用于工業控制，因而C2000在控制部分的性能能夠得到很好的體現，在本文介紹的系統中，采用了TMS320F2808(以下簡稱2808)做為主控芯片，2808在本系統的控制中能夠發揮其本身的優點，能夠實現信號的準確高精度的控制。

1 系統設計

1.1 系統框架

系統的整體框架如下所示，2808輸出標準的SPWM(按正弦規律調制的PWM)經過IGBT驅動電路后經過積分器積分，即可輸出50Hz，220V的正弦信號。IGBT的偏置電壓有兩種方式提供:在市電正常的情況下，直接進行整流濾波電路來提供直流偏置;當市電出現異常，則由電池組來提供直流電。

1.2 TMS320F2808的控制過程

TMS320F2808是美國德州儀器公司(TI)推出的32位的DSP芯片，速度可達100MIPS，可以很好得實現控制算法和信號處理的要求，片上集成了FLASH，RAM以及片上外設，具有3個32位的CPU計數器，能夠輸出12路的增強型PWM波形，擁有16路12位最高轉換速率達160ns的AD轉換通道，還具有增強型的捕獲單元，支持IQ變換函數，可以用定點的DSP來實現浮點運算[1]。這些特點都將在系統中體現出2808的優越性，也將其特點充分地發揮。

1.2.1 SPWM波形的產生

2808能夠提供12路的增強型PWM輸出，通用輸入輸出口可以選擇復用功能，對于三相輸出的UPS，12路的SPWM輸出剛好可以滿足IGBT的輸入要求。

并且在2808處理器內部地址中固化了512個標準正弦值表(sine_table)，并且采用32位Q30格式，由于Iqmath庫函數的存在，可以方便的在定點的2808中實現浮點處理[2]。SPWM波形的輸出是根據ePWM模塊的周期寄存器(TBPRD)和比較寄存器(CMPA)的值進行比較，當相等時，輸出電平就發生跳變，因此，不斷用正弦表的值來刷新CMPR的內容，就可以實現SPWM波形的輸出，其計算方法為:

(1)

其計算是做浮點運算，要先轉化成浮點數，再轉回定點數來進行處理，在代碼中可以借助Iqmath函數庫來完成轉換過程。根據上式，可以乘上一個縮放因子，來實現占空比按同樣的比例進行縮放，進而實現輸出電壓積分后正弦波幅值的改變。

1.2.2 反饋信號的處理方法

16路的AD采樣來監測輸出參數的變化，根據變化進而做出相應的控制動作，其監測內容包括三相輸出的電壓值，電流值，三相逆變輸出電壓頻率。輸出值的大小會隨著負載網絡的變化而發生起伏，可以通過2808編程實現自適應算法來實現調節。

2808的AD采樣只能采樣0～3V的電壓信號，采樣結果存放在結果寄存器(ADCRESULT)中，對于220V的輸出，可以進行100∶1降壓，對正半周期信號進行采樣，可以通過ADCRESULT中的值計算出當前輸出值的大小[2]:

(2)

在每個正弦周期的峰值處進行采樣，與2.2V對應的數字值進行比對，跟據比較的結果，可以在比較寄存器(CMPR)數值更新的時候改變其大小，改變SPWM信號占空比即可改變輸出的大小，如(3)式所示[2]:

(3)

在調整時可以乘上一個偏移量offset，當輸出值變小時，offset值為一個大于1的值;當輸出值增大時，offset為一個0-1的值。offset的大小是通過逐次逼近的方法來進行確定，測量值和2.2V的差每0.1V為一個步階，上下各分為五個步階，也就是測量值的變化范圍是1.7V到2.7V，超出這個范圍為嚴重異常事件，強制斷電。每個步階下都再分為五個變化量值(如offset1a到offset1e)，offset的值是在調試過程中得到，最終制定成表格，程序在會根據輸出變化到表格的設定范圍來逐個來讀取五個offset值，直到得到最佳效果。如此進行調節，可以大大節省自適應控制的時間，可以做出快速準確的調整。

1.2.3 電池充電脈寬控制

電池組在電網出現異常的時候會來保證系統的正常工作，當電池組的電量消耗之后，電網恢復正常后就要對電池組進行充電。為了增加電池的使用壽命和保證其活性，再根據AD采樣的值來控制可控硅的導通角，導通角不同，充電的斜率不同[3]。充電脈沖是50Hz正弦波進行全波整流成100Hz，當電池電量較低時，導通角增加，隨著電量的增加，導通角會減少，當達到規定閾值后禁止可控硅的導通。將通用輸入輸出口按照需要輸出高低電平，就可得到控制可控硅開關的信號。

電池充電的脈寬，決定了產生的諧波分量，諧波會反射回供電網絡。因此，通過傅里葉展開，通過頻域分析，減小奇次諧波分量的權值，從而可以來求得滿足行業標準的諧波參數。

2 系統結果分析

利用本文介紹的控制方法，將設計制作好的系統在UPS樣機上進行調試，分別在空載，滿負載(100%負載)和輕負載(25%負載)三種情況下測得波形如下（如圖1、2、3）。

實驗結果證明，本文的采用的信號處理和控制方法，可以保證UPS的性能穩定，在負載網絡發生變化，輸出特性也能保證在比較穩定的狀態。從而其可以應對在各種場合下的應用，且對諧波量的控制，也能做到大大減小對電網的影響，切實地發揮了應有的特性。

參考文獻

[1]任潤柏，周荔丹，姚鋼.TMS320F28x源碼解讀[M].北京:電子工業出版社，2010

[2]蘇奎峰，蔡昭權，呂強，張永謙.TMS320X281xDSP應用系統設計[M].北京:北京航空航天大學出版社，2008.

[3]呂汀，石紅梅.變頻技術原理與應用[M].北京;機械工業出版社，2007.

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