圖1 系統主電路

2 系統控制的實現

系統的中央控制器由Motorola公司的MR16單片機完成。逆變器的輸出電壓經交流電壓傳感器反饋給單片機AD接口，經單片機采樣及閉環控制運算，獲得相應的SPWM控制信號輸出。該單片機同時完成對電網電壓的采樣以判斷電網故障與否，根據判斷再控制切換電路完成電網電壓與逆變器電壓的相互切換。

2.1 直流側電壓的采樣

為了保護蓄電池，防止過度放電，需要對直流側電壓進行實時檢測。直流側電壓的采樣電路有多種形式，為了提高系統的可靠性，最好對主電路和控制電路進行電隔離。本系統對直流側電壓的采樣電路如圖2所示，為了使主電路和控制電路隔離，并且不增加控制電路的難度和復雜度，本文采用了雙光耦隔離的采樣電路。直流電壓經過光耦隔離降壓后輸入到單片機的AD采樣口，這樣就能夠實現高精度的直流電壓隔離采樣。

圖3 交流電壓采樣電路

2.3 鎖相同步的實現

在UPS的設計中，鎖相同步技術是衡量UPS系統性能好壞的一個重要指標。UPS能夠實現市電旁路供電與逆變器供電之間的可靠轉換的前提是，市電的交流電壓與逆變器的交流輸出電壓必須同頻率、同相位和同幅值。如果UPS在執行轉換的瞬間，由于兩路交流電源的電壓值不同，因而會出現瞬態電壓差ΔU，如果用戶在具有過大的ΔU情況下執行切換操作，有可能會對負載產生電流沖擊。

逆變器正弦波的輸出，是通過建立一個正弦表，在中斷程序中由正弦指針讀取正弦表值，并進行相應脈寬計算產生SPWM波形輸出。正弦指針為零時對應的輸出正弦波相位也為零，所以，當檢測到電網零相位點時，可以通過比較正弦指針的值來判斷是否鎖相，指針為零則表明逆變器正弦波輸出與電網電壓波形鎖相同步，否則，就要通過移相跟蹤電網電壓相位。但是，如果一檢測到零相位就將正弦指針清零，勢必會引起較大的沖擊電流，并且這樣抗干擾能力弱，所以，系統采用逐次逼近鎖相方式。具體方法是：每檢測到一次零相位點，就判斷當前正弦指針是否為零，為零表明已經鎖相，不為零，則判斷正弦指針處于正弦表的正半周還是負半周，位于正半周時就將正弦指針減1，位于負半周就將正弦指針加1，如此反復循環直到鎖相為止。顯然，鎖相同步要在PWM中斷程序中實現。

2.4 切換電路的設計

現在常用的方法是用晶閘管作切換開關,普通晶閘管的開通時間為幾μs，關斷時間約為幾百μs，開、關時間之和不超過1ms。圖1中采用晶閘管反并聯連接結構，由于母線上流過的是正弦全波，以V₁、V₂為例，就必然形成在正弦波的正半周V₂導通、V₁關斷,在負半周則V₁導通、V₂關斷，這樣就保證了流過負載的電流是完整的正弦波。普通晶閘管是半控器件，其關斷依賴于給陽極施加反向電壓。當電網故障時，首先，去掉V1和V₂上的門極觸發信號，假設這時正處于正弦波的正半周，V₁顯然關斷，但還沒有使V₂關斷，這時再給V₃和V₄的門極施加觸發信號，V₄導通，由于電網故障（停電或電壓偏低），這時就會在V₂的陽陰極之間產生電壓差，其方向是陰極高于陽極，使V₂關斷，從而切斷電網，由此可見兩者之間沒有環流。當市電電網恢復時，也是同理的。實驗證明采用上述方法是可行的。

3 實驗結果

按照上述設計思路制作了一臺5kW樣機，實驗結果如圖4所示。圖4（a）是逆變器空載輸出時的電壓波形，圖4（b）是逆變器滿載輸出時的電壓波形，圖4（c）是當電網斷電時，從電網切換到逆變器輸出時的負載電壓波形（通道1為電網波形，通道2為負載側電壓波形）。由圖4可以看出，系統能輸出較好的正弦電壓，切換時間約2ms左右，能滿足負載和用戶要求。