基于MR16单片机的UPS设计

本文介绍了一种基于Motorala单片机MR16的全数字化的UPS设计方法，根据设计思想制作了一台样机，得到了较好的实验结果。

　　1 主电路的设计

　　系统主电路主要包括蓄电池、逆变电路和切换电路3部分，逆变部分采用电压型全桥逆变结构，如图1所示。蓄电池电压经全桥逆变电路逆变，再经工频变压器升压和滤波后输出。逆变电压或电网电压Un通过切换开关向负载供电。系统设计要求为直流侧输入电压220V，额定交流输出电压为220V/50Hz，额定容量5kVA。

　　由图1可见，在蓄电池和滤波电容之间设计了由R和继电器KM1组成的合闸软启动电路，是为了防止在开机瞬间蓄电池对电解电容C1充电所产生的冲击电流而设的。KM1由单片机控制，通常单片机在复位后延时一段时间，检测直流母线电压达到一定值后，再使KM1吸合，短接限流电阻R，完成合闸软启动，延时时间一般取3～5倍的电容C1的充电时间常数。C1为直流侧的大滤波电容，能有效减少工作时直流母线电压中的脉动交流幅值，并能短时贮存操作切换开关时反馈的电感贮能，抑制由此引起的过压。C2为高频无极性滤波电容，因为，在高频逆变电路中电解电容的等效串联阻抗会影响开关电流的能量吸收，所以，有必要在C1两端再并联此电容。

　　图1 系统主电路

　　2 系统控制的实现

　　系统的中央控制器由Motorola公司的MR16单片机完成。逆变器的输出电压经交流电压传感器反馈给单片机AD接口，经单片机采样及闭环控制运算，获得相应的SPWM控制信号输出。该单片机同时完成对电网电压的采样以判断电网故障与否，根据判断再控制切换电路完成电网电压与逆变器电压的相互切换。

　　2.1 直流侧电压的采样

　　为了保护蓄电池，防止过度放电，需要对直流侧电压进行实时检测。直流侧电压的采样电路有多种形式，为了提高系统的可靠性，最好对主电路和控制电路进行电隔离。本系统对直流侧电压的采样电路如图2所示，为了使主电路和控制电路隔离，并且不增加控制电路的难度和复杂度，本文采用了双光耦隔离的采样电路。直流电压经过光耦隔离降压后输入到单片机的AD采样口，这样就能够实现高精度的直流电压隔离采样。

　　图2 直流侧电压采样电路

　　2.2 交流输出电压的采样