嵌入式不間斷電源跟一般ups不間斷電源是有區(qū)別性，就嵌入式指的是在設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行加入(嵌入)某一種設(shè)備，就是盡量去做到的意思。這樣做的主要意義在于便捷、節(jié)省成本、提升效率等眾多優(yōu)勢(shì)，不過(guò)這方面的技術(shù)也是需要不斷前進(jìn)的。此文字?jǐn)?shù)較多，需要十分鐘，請(qǐng)用心看完，不然很難理解透徹。

雖說(shuō)從現(xiàn)如今形式來(lái)看,我國(guó)也對(duì)DSP和UPS相關(guān)領(lǐng)域中進(jìn)行研究,并在原有的基礎(chǔ)上取得了一定的成績(jī).但這些改良方式無(wú)非是讓DPS承擔(dān)了大量任務(wù),在軟件上更是需要多個(gè)中斷程序進(jìn)行全面協(xié)調(diào),很大程度上影響了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。

對(duì)此,結(jié)合實(shí)際情況,首先闡述了整個(gè)系統(tǒng)方案和相關(guān)技術(shù)指標(biāo),對(duì)硬件電路相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了全面介紹,并在原有的基礎(chǔ)之上,對(duì)系統(tǒng)控制軟件進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì),旨在對(duì)嵌入式在線式數(shù)字不間斷電源設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面研究。

1.嵌入式不間斷電源整個(gè)系統(tǒng)方案和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

1.1UPS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輸出UPS有兩種方式。當(dāng)出現(xiàn)異常或過(guò)載時(shí)，在市電源將直接通過(guò)旁路，經(jīng)電磁干擾濾波后向負(fù)載供電。一般情況下，經(jīng)過(guò)EMI濾波后，市電會(huì)經(jīng)過(guò)整流-逆變路徑向負(fù)載供電。經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)過(guò)程，商用電源將從交流電變成DC電，再變成交流電。如果如果市電力公司出現(xiàn)異常情況，逆變器中的電池會(huì)通過(guò)升壓的方式輸出電流，為負(fù)載供電。由于采用了數(shù)字控制技術(shù)，UPS逆變器的輸出電壓頻率、幅度和波形都達(dá)到了非常高的精度，從而從根本上保證了UPS在正常工作時(shí)能夠輸出合格的電能。

1.2系統(tǒng)硬件的總體規(guī)劃

系統(tǒng)硬件主要由控制電路和電源電路組成。控制電路包括信號(hào)采樣設(shè)備、模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備、數(shù)字控制設(shè)備、外圍驅(qū)動(dòng)設(shè)備、IGBT驅(qū)動(dòng)電路等。控制電路可以做成電路板，沖擊波可以看成控制板。

根據(jù)供電方式，電源電路分為兩部分。當(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)，使用在市電網(wǎng)功率因數(shù)校正電路向負(fù)載供電。當(dāng)當(dāng)市電網(wǎng)出現(xiàn)異常時(shí)，其年發(fā)電量可由蓄電池產(chǎn)生。所以整個(gè)電流和功率因數(shù)校正電路和逆變電路作為一塊電路板，算是成功率主板。

除了保證商用電源的正常運(yùn)行，電池還為相關(guān)的控制系統(tǒng)供電。其主要原因是當(dāng)在市電源出現(xiàn)異常時(shí)，需要從根本上保證相關(guān)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，使用電池為相關(guān)控制系統(tǒng)供電是一種極其可靠的方案。因此，在充電電路中，輔助電源電池升壓的電源電路在電路板上，可以看作是電池、輔助電源板和充電電源的負(fù)壓。

2.硬件電路相關(guān)設(shè)計(jì)方案

2.1有源功率因數(shù)校正電路的基本結(jié)構(gòu)

有源功率因數(shù)校正電路的相關(guān)基本機(jī)制如圖3所示。根據(jù)DC/DC電路的不同，現(xiàn)有的有源功率校正電路可以分為三種類型：降壓、升壓和反激。

2.2動(dòng)力部件相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)

功率元件的選擇是整個(gè)APFC電路的關(guān)鍵。需要在現(xiàn)有參數(shù)中綜合測(cè)量L\C。由于最大功率輸出的關(guān)系，要求所選元件的功率可以結(jié)合電流和電壓。值得一提的是，組件的參數(shù)對(duì)輸出的無(wú)線電波會(huì)有一定的影響，人體也是性能好不好的關(guān)鍵因素。壽命電感從根本上決定了輸入紋波電流。因此，根據(jù)限制DC紋波最小的原則，設(shè)計(jì)了升壓電感，輸出功率最大，輸入電壓最小，輸入電流最大，輸入紋波也最大。為了從根本上全面保證這種情況，輸入電流紋波應(yīng)滿足相關(guān)要求。

2.3驅(qū)動(dòng)電路的相關(guān)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路不僅要實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的相關(guān)功能[4]，還要有一定的保護(hù)措施，從根本上保證用戶和開(kāi)關(guān)管的安全。驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)化，相關(guān)設(shè)計(jì)采用APFC集成芯片。某外企聲場(chǎng)的NCP1654在一定開(kāi)關(guān)頻率下可以正常工作。采用CCM模式，更容易實(shí)現(xiàn)EMI的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以從根本上有效控制射頻噪聲，防止其他設(shè)施造成的污染。

NCP1654通過(guò)第六引腳FB對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣。與內(nèi)部參考電壓相比，將獲得第三引腳BO收集的輸出電壓和相關(guān)差，并將其發(fā)送到內(nèi)部乘法器。這樣一個(gè)步驟構(gòu)成了CCM相關(guān)模式的外部調(diào)整。乘法器的輸出是比較器在內(nèi)部電流中的信號(hào)，并與在第二引腳CS中獲得的電流和電壓相關(guān)性進(jìn)行比較。CCM模式下的內(nèi)環(huán)調(diào)整可以從根本上實(shí)現(xiàn)。之后，在脈寬調(diào)制中繁榮的電路將在第八支路DRV輸出端變成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使受控電流和電壓同相。

2.4控制器電路

控制器以DSP為中心控制板設(shè)備，采用FPGADSP的結(jié)構(gòu)，利用FPGA的外展成為通用接口。控制器中的電路元件主要由隨機(jī)存儲(chǔ)器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和數(shù)字信號(hào)處理器組成。FPGADSP相關(guān)結(jié)構(gòu)中的控制器可以很好的結(jié)合DSP運(yùn)算，從根本上實(shí)現(xiàn)了控制算法能力和FPGA的接口可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)外設(shè)能力。通過(guò)科學(xué)分配兩者所承擔(dān)的任務(wù)，可以從根本上實(shí)現(xiàn)控制器高效穩(wěn)定的相關(guān)性能。

相關(guān)雙采樣電路：電路59(楊聰錕，80小時(shí)，耦合電感的相關(guān)計(jì)算)

2.5旁路轉(zhuǎn)換電路

當(dāng)不間斷電源處于正常工作狀態(tài)時(shí)，它將從逆變器電路切換到電氣負(fù)載進(jìn)行供電。但值得注意的是，當(dāng)UPS出現(xiàn)過(guò)流過(guò)載時(shí)，會(huì)自動(dòng)從靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換到輸出，市電電網(wǎng)會(huì)直接轉(zhuǎn)換為電力負(fù)荷供電。

不間斷電源中最重要的組件是靜態(tài)開(kāi)關(guān)。靜態(tài)開(kāi)關(guān)除了能起到保護(hù)作用外，還是其供電方式的重要轉(zhuǎn)換器。從根本上說(shuō)，電氣負(fù)載和不間斷電源的安全是有保證的。另一方面，靜態(tài)開(kāi)關(guān)是逆變器電路輸出和市電旁路輸出的重要轉(zhuǎn)換器。如果逆變器輸出和旁路輸出的切換時(shí)間為0時(shí)為偶數(shù)和奇數(shù)，那么UPS將達(dá)到連續(xù)供電的效果。因此，旁路開(kāi)關(guān)的相關(guān)轉(zhuǎn)換在于如何實(shí)現(xiàn)輸出通道的不間斷切換，同時(shí)要充分保證用戶和UPS通道之間切換的安全性。

3.系統(tǒng)控制軟件的相關(guān)設(shè)計(jì)

3.1主程序

主程序總體設(shè)計(jì)的根本目的是保證各系統(tǒng)之間功能的正常運(yùn)行。為了避免運(yùn)行過(guò)程中的沖突，需要及時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)情況。因此，在設(shè)計(jì)主程序時(shí)，不僅要充分考慮相關(guān)的系統(tǒng)流程要求，還要科學(xué)地衡量每個(gè)子程序的實(shí)現(xiàn)方式。

主程序根據(jù)相關(guān)的操作流程，要求對(duì)各個(gè)子功能程序進(jìn)行合理的組織和分配。在主程序中，主要的子操作有：參數(shù)初始化、外設(shè)初始化、系統(tǒng)自檢、監(jiān)控信號(hào)采集、運(yùn)行狀態(tài)判斷等。

3.2逆變電路驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)詳細(xì)講解了EVB和DSP相關(guān)事件管理模塊產(chǎn)生的SPWM，因?yàn)槟孀冸娐返尿?qū)動(dòng)需要4個(gè)SPWM信號(hào)，電池放電時(shí)需要2個(gè)SPWM信號(hào)。因此，使用EVB相關(guān)事件模塊中比較單元產(chǎn)生的SPWM波形進(jìn)行解釋。

GP定時(shí)器3被設(shè)置為連續(xù)遞減/遞增計(jì)數(shù)模式，并通過(guò)使用周期寄存器的伊恩加載波周期來(lái)安裝。這樣做的目的是從根本上實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)制的高頻率將迫使文章定時(shí)器4被設(shè)置為連續(xù)向上計(jì)數(shù)模式。利用其溢出中間子程序的參考信號(hào)和反饋信號(hào)，逆變輸出算法和信號(hào)脈寬。通過(guò)定時(shí)設(shè)備中的相關(guān)中斷程序，可以從根本上充分適應(yīng)高頻負(fù)載控制算法，將SPWM信號(hào)和載波均值調(diào)整為整數(shù)倍。利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)周期，可以從根本上完全控制算法調(diào)整速度。

3.3逆變輸出控制模式

為了從根本上實(shí)現(xiàn)逆變電路輸出的交流電壓和相位和市電力的交流電壓的相對(duì)相位始終一致，最終的目的可以通過(guò)不斷調(diào)整正選擇信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而減輕主程序中初始參考信號(hào)的自檢測(cè)，這是根據(jù)啟動(dòng)時(shí)輸入的市電的頻率和相位來(lái)確定的。之后根據(jù)市電輸入的相關(guān)變化，綜合調(diào)整正選擇信號(hào)和頻率相位。

具體有兩種方法：同步調(diào)相調(diào)頻和分步調(diào)相調(diào)頻。在這兩個(gè)調(diào)整過(guò)程中，我們可以了解到，前者在鎖相速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面優(yōu)于后者，但前者在計(jì)算復(fù)雜度方面明顯優(yōu)于后者，因此需要有相對(duì)較高的計(jì)算能力作為處理器支持。本次實(shí)驗(yàn)涉及的DSP系統(tǒng)時(shí)鐘為120MHz，可以從根本上滿足這個(gè)要求。

3.4電池充放電電路驅(qū)動(dòng)軟件

電池放電過(guò)程的相關(guān)驅(qū)動(dòng)也可以通過(guò)SPWM方法實(shí)現(xiàn)，與逆變換驅(qū)動(dòng)不同，主要體現(xiàn)在放電和充電的過(guò)程驅(qū)動(dòng)。兩者都需要不同的SPWM信號(hào)來(lái)支持。相關(guān)的實(shí)現(xiàn)范式與逆變電路軟件非常相似，EVB事件中的管理模塊也用于實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制。相關(guān)控制的計(jì)算方法在GP定時(shí)器4的中間子程序中執(zhí)行。在這個(gè)程序中，我們只需要調(diào)整SPWM信號(hào)占用的空間比例，電池在放電操作過(guò)程中需要對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行綜合判斷，其工作模式一般在主程序中完成。

4.結(jié)論

綜上所述，本文在一定程度上完成了不間斷電源軟硬件的總體設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了具體功能。然而，本文只是對(duì)實(shí)現(xiàn)大功率不間斷電源系統(tǒng)做了初步嘗試，現(xiàn)在期待嵌入式再現(xiàn)數(shù)字不間斷電源的設(shè)計(jì)。

(1)為了從根本上全面設(shè)計(jì)更大的功率容量，需要對(duì)多不間斷電源的并聯(lián)進(jìn)行全面的研究。

(2)對(duì)于上位機(jī)軟件的相關(guān)設(shè)計(jì)，可以通過(guò)PC全面檢測(cè)UPS的運(yùn)行情況，并調(diào)試具體參數(shù)。

(3)對(duì)于電源電路的各個(gè)部分，需要進(jìn)行深入的研究，綜合優(yōu)化控制算法，使其更加精確。