UPS控制環路分析

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

(1)瞬時電壓控制環路

輸人交流電壓經直流轉換器變換為直流電壓(DCBUS)后，再經逆變器輸出到隔離變壓器，最終經LC濾波后輸出電壓給負載。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脈沖寬度調制器以高頻(約2OkHz)的三角波調變為PWM波后再送給驅動器，驅動全橋逆變器將直流電壓(DC一BUS電壓)轉換為交流電壓提供給負載。

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(2)直流電壓前饋補償環路

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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態誤差。此環路有助于對加載后的輸出有效值電壓進行補償。

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(3)自動零點校正環路

如圖2虛線圍成的方塊所示，此環路的主要目的是利用分流器檢測出流經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瞬時電壓控制環路的PSPICE仿真模型。現將瞬時電壓控制環路節選出來，并將驅動線路、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，其電壓轉換的比例是要依據驅動器及逆變器的占空比大小而有所調整。并且，脈沖寬度調制器也用PWM調制器模型取代。最終的PSPICE模型如圖2所示。后續將對占空比控制的變壓器模型及PWM調制器模型另做詳細介紹。除了占空比控制的變壓器模型及PWM調制器模型外，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。

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，是二次側電壓叭除了是原來變壓器電壓U1×n以變壓器一二次側匝數比)外必須冉乘以占空比D才是真正的二次側電壓。原因是逆變器是全橋架構的直流轉換器，而金橋架構的百流轉換器是降壓型(BUCK)開關電源電路的衍生電路。而 BUCK開關電源的輸出電壓即輸人電壓乘以占空L飽。驅動線路是將控制信號放大，并沒有轉換損失，因此其數學模型可視為I。圖3中，幾代表開關頻率的周朔，而幾"代表在該周朔中導通的時間。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調制器的模型

輸人電壓為叭，輸出電壓為D的函數，其中D=Ton/Tso。

仿真驗證

有了上述的PWM調制器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載效應，在峰值加入100負載所產生的負載效應也是最大的，并且由仿真與實際測試的瞬間暫態波形比較來看，二者的相似度幾乎一樣。足見所建立的模型能夠準確地模擬出UPS的輸出阻抗及其暫態響應，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學模型的不足。

結束語

本文以UPS為實體，試圖建立UPS逆變器的PSPICE模型來模擬UPS的瞬間動態響應特性，經過所建立的模型電路及實際輸出電壓及電流的測試比較，可以確認所建立的PSPICE模型是很準確的。這將有助于電路設計人員對UPS電路穩定性的分析。