通常的EPS应急电源,电网供电与EPS应急电源供电的切换时间不大于0.10.25s[1]。但在某些应用场合,需要更短的切换时间,应急照明灯具为高压气体灯(如:高压钠灯,高压钯灯等)时,宜选用切换时间小于20ms的EPS产品。同时在各电源之间相互切换时,为了避免对负载产生过大的冲击,需要各电源输出相位、频率保持一致。这就要求冗余电源系统逆变器具有同步锁相的功能。本文针对目前EPS应急电源的现状,提出了一种针对快速切换要求的单相应急电源的数字化解决方案。相对于传统的EPS系统,其切换时间小于10ms。1系统主要结构EPS系统框图如图1所示。当市电输入正常时,控制电路控制切换开关1开通,市电直接输出给负载供电,而充电器正常工作,市电经充电器转换为直流电给蓄电池充电;与此同时,逆变器不带负载输出220V交流电。当检测到市电输入不正常或者因故障等原因中止时,控制电路关断切换开关1,同时充电器停止工作,开通切换开关2,从而保证了负载电力的不中断。市电检测电路实时地检测输入市电的状态,一旦市电恢复正常,控制电路控制切换开关2关断,使逆变输出处于空载状态,同时切换开关1开通,系统由蓄电池供电转为市电直接供电,并且重新启动充电器,市电经充电器变换后对蓄电池浮充充电。2数字锁相原理与方法为了实现应急电源的快速切换,使电源在相互切换时不对负载造成过大的冲击,需要逆变器输出的正弦交流电与当时市电同频同相。当电网频率满足精度要求时,使逆变器与电网同步运行;当电网频率超出精度要求范围或电网故障时,使逆变器与内部高精度的基准频率同步运行;并且两种状态之间的转换要平稳,以免造成转换过程中逆变器工作频率的剧烈抖动[2,3]。同步锁相的基本思想是根据市电和EPS输出之间的相位差调整逆变器的输出频率,最终达到两者间的同频、同相。系统采用SPWM方式控制逆变器,固定载波比N(N=载波频率/基波频率),通过改变载波频率从而改变逆变器输出交流电的频率。由于电网电压频率,其变化范围很小,一般在49.550.5Hz之间[6]。预设EPS电源逆变器输出电压的频率为50Hz,而逆变器的SPWM载波频率采用20kHz。首先需要测得市电的频率以及与逆变器输出的相位差,由波形转化电流将市电和逆变输出转化为方波,利用DSP的2个捕获端口CAP1和CAP2,取同一定时器作为捕获时基,对市电与逆变输出的过零点进行相位捕获,可以很简便地得到市电电压的频率和相位差。图2所示为频率相位差的测量框图。图2频率、相位差测量框图每一载波的周期是可以根据逆变输出与市电的相位差动态改变的,根据相位差调节载波频率周期值,直至相位差在允许的范围内,才保持周期值不变。当相位差=0时,逆变输出相位同步于市电电压,输出频率保持不变;当相位差0<<时,逆变输出相位滞后于市电电压,输出频率增加一个频率步长;当相位差<<2时,逆变输出相位超前于市电电压,输出频率减小一个频率步长。通过对逆变器输出电压频率反复进行小步长动态调整,即可实现逆变输出与市电电压同步锁相。3电池监控模块3.1单体电池电压测量图3(a)为电池电压监测电路图,本系统采用2节12V铅酸蓄电池串联,因此可以选择采用电阻分压方式,将被测电池的电压缩小到A/D采样单元的可测范围,通过与电池共地的A/D采样模块,测得电阻R2上的电压值,由软件处理计算出电池的实际电压。由于总的串联电池数只有2节,采用共地电阻分压方法测量时的累计误差可以忽略不计。