UPS的控制和保護功能基本上是由CPU的內(nèi)部程序控制完成的,由于程序的不可見性,UPS的許多控制和保護原理大家很難理解。下面,，我根據(jù)多年的UPS研發(fā)經(jīng)驗,，跟大家談一下在線式UPS的控制和保護技術(shù),。
一、基本概念
1,、市電正常：市電正常是指市電電壓和市電頻率都正常,。
2、市電電壓正常：市電電壓在160~280V之間,，視為市電電壓輸入正常,。
3,、市電頻率正常：市電頻率在47~53HZ之間，且頻率變化率小于1HZ/秒,，視為市電頻率正常,。
4、市電逆變狀態(tài)：市電輸入正常,，UPS工作在AC→DC→AC時的狀態(tài),。
5、電池逆變狀態(tài)：市電輸入異常,，UPS工作在BATTERY→AC時的狀態(tài),。
6、CPU交流電壓取樣信號：交流電壓經(jīng)分壓,、隔直,、全波整流、限幅后,，供給CPU進行A/D轉(zhuǎn)換的信號,。UPS上有市電電壓取樣信號和逆變電壓取樣信號兩部分電路。
7,、零點發(fā)生器：交流正弦波經(jīng)過由運算放大器組成的交流差動放大器,，變成方波信號，再經(jīng)濾除高頻諧波和限幅后,，送給CPU,。CPU通過對方波下降沿（對應(yīng)正弦波的過零點）的偵測，計算出正弦波的頻率和相位,。UPS有市
電零點發(fā)生器和逆變零點發(fā)生器兩部分電路,。
8、BUS電壓：BUS電壓是指供給逆變器的直流電壓,，UPS有正,、負(fù)兩路BUS電壓，其正常值為400V,。
二,、控制技術(shù)
1、緩開機
當(dāng)UPS開機或系統(tǒng)重置（包括過載解除,、自動重啟等）時,，CPU控制UPS緩慢提升逆變電壓，每32ms提升逆變電壓3V,，直至220V停止,。
2、電壓追逐
在緩開機結(jié)束后,，逆變電壓尚未切到對外輸出前,，為防止市電灌入UPS,，市電正常時，CPU控制逆變電壓追逐市電輸入電壓,，逆變電壓依市電電壓高低每隔128ms加減3V,。如果市電電壓高于280V，則只追到280V,；如果市電電壓低于160V,，則只追到160V。
3,、市電電壓的偵測與控制
CPU每16ms讀取一次市電電壓值,，當(dāng)市電的電壓讀值連續(xù)低于160V或高于280V五次時，視為市電電壓輸入異常,；只有當(dāng)市電的電壓讀值連續(xù)五次回復(fù)到170~270V之間時,，才認(rèn)為市電輸入轉(zhuǎn)為正常。市電輸入正常時,， UPS工作在市電逆變狀態(tài),；當(dāng)市電電壓低于160V或高于280V時， UPS立即轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài),；為防止市電來回切換,，只有當(dāng)市電回復(fù)到170~270V時， UPS才轉(zhuǎn)入市電逆變狀態(tài),。
4,、市電頻率的偵測與控制
偵測市電頻率的目的是作為逆變鎖相的依據(jù)，通過調(diào)整逆變的過零點調(diào)整逆變相位,，使在市電狀態(tài)下的逆變輸出與市電輸入基本同頻率,、同相位。市電開機時,，UPS偵測輸入市電的頻率作為逆變輸出的頻率,；電池狀態(tài)下開機時，逆變輸出的頻率以上次輸出的頻率來設(shè)定,。當(dāng)市電正常時，執(zhí)行鎖相,，逆變頻率先追市電頻率,，頻率相同后再追相位，通過變動逆變頻率完成逆變和市電同相位,。鎖相后,，逆變和市電的相位差小于3度，頻率誤差小于0.01HZ,。當(dāng)市電頻率超出47~53HZ范圍時,，UPS不執(zhí)行鎖相,，立即轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài)，只有當(dāng)市電頻率回復(fù)到48~52HZ時,，UPS再執(zhí)行鎖相,，并轉(zhuǎn)入市電逆變狀態(tài)。
5,、三角波發(fā)生器
CPU送出的38.4KHZ方波,經(jīng)由運算放大器組成的二分頻電路后,變成19.2KHZ的方波,再經(jīng)積分器積分成三角波,。
6、標(biāo)準(zhǔn)正弦波發(fā)生器
CPU送出以128點平均分割的模仿正弦波,，經(jīng)過二階低通濾波器濾波后,，生成標(biāo)準(zhǔn)正弦波。
7,、PWM信號
標(biāo)準(zhǔn)正弦波與逆變輸出電壓的正弦波反饋信號做比較,，結(jié)果被三角波切割，生成PWM信號,。
8,、逆變電壓調(diào)整
CPU每16ms讀取一次逆變電壓值，并與設(shè)定的電壓值做比較,，當(dāng)差值高于10V時,，CPU立即調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)正弦波，從而調(diào)整PWM信號,，使輸出電壓相應(yīng)加減5V,，以縮小差值；當(dāng)差值低于10V時,，CPU累積差值,，當(dāng)累積值達(dá)到30V時，CPU調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)正弦波,，使輸出電壓相應(yīng)加減2V,。
9、CPU的A/D讀取
CPU每半周期讀一次電池電壓,、正負(fù)BUS電壓和機內(nèi)溫度,，每隔八個標(biāo)準(zhǔn)正弦波點讀一次市電電壓、逆變電壓和逆變電流（在每個周期開始,，CPU變更讀點的初始位置,，使每隔八個標(biāo)準(zhǔn)正弦波點讀一次的共128點的A/D讀取達(dá)到掃描效果，讀取值存入RAM內(nèi)）,。
10,、CPU的計算
CPU每隔2個周期計算一次市電電壓的均方根值（RMS），每隔1個周期計算一次逆變電壓的均方根值，每隔32個周期計算一次逆變電流的均方根值,，每隔32個周期計算一次輸出功率的均方根值,。
11、瞬間斷電偵測
CPU每4ms計算一次最近一周期所讀取的市電A/D值,，如果小于140V,，則視為斷電，UPS立即轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài),。
1、逆變輸出短路和過電壓保護
當(dāng)逆變輸出電壓的正弦波反饋信號連續(xù)64ms無過零信號時,，視為逆變輸出短路,，UPS關(guān)閉輸出并報警；當(dāng)逆變輸出電壓值連續(xù)80ms低于160V或高于280V時,，視為逆變輸出過電壓,，UPS立即轉(zhuǎn)到旁路并報警。
2,、輸出限流保護
保護電路偵測逆變輸出的電流值,，當(dāng)其超過額定值的3.6倍時，限流保護電路立即關(guān)閉PWM,，只有在輸出電流值小于額定值的3.6倍后,，PWM才重新工作。
3,、BUS過電壓保護
當(dāng)BUS電壓的絕對值連續(xù)64ms超過440V時,，UPS實施BUS過電壓保護，轉(zhuǎn)入旁路并報警,。
4,、電池過壓和欠壓保護
當(dāng)每個電池電壓高于15V時，視為電池過壓,，UPS自動轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài),，在電池電壓下降到每個13.5V后，UPS重新回到原工作狀態(tài),。市電異常,，UPS轉(zhuǎn)入電池逆變狀態(tài)，電池開始放電,，CPU控制蜂鳴器4秒鳴叫一次,；當(dāng)每個電池電壓下降到11V時，CPU控制蜂鳴器每秒鳴叫一次,；當(dāng)每個電池電壓下降到10V時，UPS自動關(guān)機。市電恢復(fù)正常時,，UPS會自動重啟,。
5、負(fù)載保護
如果UPS在從旁路轉(zhuǎn)入逆變輸出前,，偵測到負(fù)載超過110%,，UPS
不能轉(zhuǎn)入逆變輸出，CPU控制蜂鳴器每0.5秒鳴叫一次,；如果開機后負(fù)載加至110%~130%,，CPU控制蜂鳴器每0.5秒鳴叫一次，UPS在10秒后轉(zhuǎn)入旁路,；如果開機后負(fù)載加至130%以上,，UPS會立即轉(zhuǎn)入旁路。
雖然UPS種類繁多,，但是其控制和保護技術(shù)的基本原理是大致相同,，愿大家能夠研發(fā)出更先進的UPS。