引? 言

　　UPS( 不間斷電源) 作為后備電源和改善電網(wǎng)質(zhì)量的一種重要裝置， 在工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中得到廣泛應(yīng)用。U PS 在運(yùn)行時， 要求其輸出電壓的頻率和相位與市電保持嚴(yán)格的一致， 這樣才能在市電發(fā)生變化時保證U PS 能向負(fù)載提供不間斷、穩(wěn)定的電源， 且不會對負(fù)載產(chǎn)生大的沖擊。因此， 在UPS 中都必須加入鎖相的環(huán)節(jié)， 傳統(tǒng)的鎖相采用模擬電路控制， 硬件電路復(fù)雜、成本較高， 同時由于器件老化和溫飄問題的存在，使得系統(tǒng)可靠性和效率下降， 另外使用模擬技術(shù)還存在參數(shù)調(diào)整麻煩等問題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字信號處理( DSP) 的成熟， UPS 的鎖相技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字控制已經(jīng)成為一種必然， 本文提出了一種基于T I 公司的T MS320F2808 芯片實現(xiàn)高精度鎖相控制的方法， 并給出了實驗板的仿真結(jié)果及實際硬件測試結(jié)果，該方法具有簡單實用、思路清晰、易于修改、鎖相穩(wěn)定，算法效率高等優(yōu)點(diǎn)。

　　1? 數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計

　　1. 1? 鎖相原理

　　交流電網(wǎng)電壓ub和UPS 逆變輸出的電壓ui 分別為:

?

　　式中， Ubmax 與Uimax 分別為電網(wǎng)電壓幅值和逆變輸出電壓幅值; f1 與f2 分別為電網(wǎng)電壓和UPS 逆變輸出電壓的頻率;? 表示u i 超前或滯后ub的相位角。由ui 和ub的表達(dá)式可知， 要實現(xiàn)鎖相， 必須滿足:

?

　　即:

?

　　因此， ui 和ub的同頻同相可通過對f 2 進(jìn)行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。當(dāng)逆變輸出電壓超前市電電壓時， 則要求逆變輸出電壓的頻率f 2減小; 而當(dāng)逆變電壓滯后市電電壓時， 則要求逆變輸出電壓的頻率f 2增大。這樣經(jīng)過幾個周期的調(diào)節(jié)之后， 便能實現(xiàn)逆變輸出和電網(wǎng)電壓的同頻同相 ， 如圖1 所示。

?

圖1? 數(shù)字鎖相原理

　　1. 2? 數(shù)字鎖相環(huán)的模型

　　鎖相環(huán)是一個閉環(huán)的相位頻率控制系統(tǒng)， 其輸出必須能實時跟蹤輸入信號的頻率和相位。當(dāng)鎖相環(huán)處于! 鎖住?狀態(tài)時， 輸出信號與輸入信號的相位差必須為零或保持不變。如果產(chǎn)生一個相位差， 控制方法將對振蕩器起作用， 使得相位差降至最小。這樣一個系統(tǒng)中， 輸出信號的相位就被鎖定到參考信號的相位。

　　為了建立數(shù)字鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型， 我們先引入模擬的鎖相環(huán)控制框圖如圖2( a) 所示。從圖可以看出傳統(tǒng)的鎖相環(huán)由鑒相器( Phase Detector ) 、低通濾波器( Low Pass Filter) 及壓控振蕩器( V oltag e Cont ro llerOscillator) 三部分組成， 其中鑒相器用來對市電和逆變信號進(jìn)行比較， 得到相位誤差信號Up ， Up 經(jīng)低通濾波后得到信號Ul ， Ul 控制V CO 改變Uou t 的頻率和相位， 以達(dá)到鎖頻鎖相的目的， 整個環(huán)是一個負(fù)反饋的過程。

?

( a) 模擬鎖相環(huán)控框圖

?

( b) 數(shù)字鎖相環(huán)控制框圖

圖2? PLL 控制框圖

　　數(shù)字鎖相的控制框圖如圖2( b) 所示。圖中 in為輸入市電的相位信息， 作為整個數(shù)字鎖相環(huán)的給定; 而鑒相器PD 的功能則可以通過DSP 的捕獲口來實現(xiàn);kp+ k i/ s 為PI 調(diào)節(jié)， 可等效為圖2( a) 中的環(huán)路濾波器LPF; PI 的輸出改變載波周期， 從而實現(xiàn)SPWM 波頻率的改變。