UPS控制環(huán)路分析

一個典型的UPS控制環(huán)路如圖1所示。其中包含三個控制環(huán)路。最主要的環(huán)路是瞬時電壓控制環(huán)路，其次是直流電壓前饋補償環(huán)路，第三個是自動零點校正環(huán)路。各個環(huán)路的功能如下:

(1)瞬時電壓控制環(huán)路

輸人交流電壓經(jīng)直流轉(zhuǎn)換器變換為直流電壓(DCBUS)后，再經(jīng)逆變器輸出到隔離變壓器，最終經(jīng)LC濾波后輸出電壓給負(fù)載。輸出電壓的反饋是利用一個小的電壓感測變壓器將輸出電壓反饋至補償器。補償器輸出的信號經(jīng)脈沖寬度調(diào)制器以高頻(約2OkHz)的三角波調(diào)變?yōu)镻WM波后再送給驅(qū)動器，驅(qū)動全橋逆變器將直流電壓(DC一BUS電壓)轉(zhuǎn)換為交流電壓提供給負(fù)載。


(2)直流電壓前饋補償環(huán)路

如圖1中點劃線圍成的方塊所示，主要用來補償輸出電壓的穩(wěn)態(tài)誤差。此環(huán)路有助于對加載后的輸出有效值電壓進(jìn)行補償。

(3)自動零點校正環(huán)路

如圖2虛線圍成的方塊所示，此環(huán)路的主要目的是利用分流器檢測出流經(jīng)變壓器原邊的電流反饋后對零點加以校正，以避免變壓器因存在直流分量而飽和 2.UPS逆變器PSPICE仿真模型。


本文主要敘述建立上述UPS瞬時電壓控制環(huán)路的PSPICE仿真模型?，F(xiàn)將瞬時電壓控制環(huán)路節(jié)選出來，并將驅(qū)動線路、逆變器、隔離變壓器三者以占空比控制的變壓器模型取代，因為可將驅(qū)動線路、逆變器、隔離變壓器三者的作用視為是一個隔離變壓器的功能。但是，其電壓轉(zhuǎn)換的比例是要依據(jù)驅(qū)動器及逆變器的占空比大小而有所調(diào)整。并且，脈沖寬度調(diào)制器也用PWM調(diào)制器模型取代。最終的PSPICE模型如圖2所示。后續(xù)將對占空比控制的變壓器模型及PWM調(diào)制器模型另做詳細(xì)介紹。除了占空比控制的變壓器模型及PWM調(diào)制器模型外，其余的線路并沒有改變。而圖中雖有直流電壓前饋補償環(huán)路，但并不列人PSPICE仿真模型中，僅作示意而已。 3.占空比控制的變壓器仿真模型。
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圖3是占空比控制變壓器的PSPICE仿真模型。其基本模型和變壓器的模型差不多，是二次側(cè)電壓叭除了是原來變壓器電壓U1×n以變壓器一二次側(cè)匝數(shù)比)外必須冉乘以占空比D才是真正的二次側(cè)電壓。原因是逆變器是全橋架構(gòu)的直流轉(zhuǎn)換器，而金橋架構(gòu)的百流轉(zhuǎn)換器是降壓型(BUCK)開關(guān)電源電路的衍生電路。而 BUCK開關(guān)電源的輸出電壓即輸人電壓乘以占空L飽。驅(qū)動線路是將控制信號放大，并沒有轉(zhuǎn)換損失，因此其數(shù)學(xué)模型可視為I。圖3中，幾代表開關(guān)頻率的周朔，而幾"代表在該周朔中導(dǎo)通的時間。因此，占空比D=Ton/Ts。占空比控制的變壓器模型如圖4所示。


PWM調(diào)制器的模型

此圖輸人電壓為叭，輸出電壓為D的函數(shù)，其中D=Ton/Tso。

仿真驗證

有了上述的PWM調(diào)制器PSPICE模擬電路，UPS 的沖擊也最大。同時由于UPS存在輸出阻抗，加載后輸出電壓的下降代表輸出阻抗的負(fù)載效應(yīng)，在峰值加入100負(fù)載所產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)也是最大的，并且由仿真與實際測試的瞬間暫態(tài)波形比較來看，二者的相似度幾乎一樣。足見所建立的模型能夠準(zhǔn)確地模擬出UPS的輸出阻抗及其暫態(tài)響應(yīng)，這一點是一般在建立仿真模型時較難做到的地方，也驗證了PSPICE模型具有很高的準(zhǔn)確性。此模型恰好可以彌補由MATLAB建立的仿真模型及頻域分析數(shù)學(xué)模型的不足。

結(jié)束語

本文以UPS為實體，試圖建立UPS逆變器的PSPICE模型來模擬UPS的瞬間動態(tài)響應(yīng)特性，經(jīng)過所建立的模型電路及實際輸出電壓及電流的測試比較，可以確認(rèn)所建立的PSPICE模型是很準(zhǔn)確的。這將有助于電路設(shè)計人員對UPS電路穩(wěn)定性的分析。

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