基于单片机控制的工业UPS电源抗干扰技术（2）

单片机控制的UPS系统中的干扰，一般是指由各种外部和内部干扰源产生的各种瞬变电信号通过一定路径输入系统，或内部相互干扰，在一定程度上影响系统的正常运行。

2022-12-29 11:31:45

2干扰的类型和来源
单片机空制的工业UPS电源系统中的干扰，一般是指由各种外部和内部干扰源产生的各种瞬变电信号通过一定路径输入系统，或内部相互干扰，在一定程度上影响系统的正常运行。其干扰主要有以下几个方面。
2.1来自电网的干扰
UPS经过净化处理，为负载提供高质量的电源系统，其输入是高次谐波复杂的工频电源。电网中大量存在各种整流设备、电子电压调节设备、非线性负载及照明负载等谐波源。
2.2交变磁场的干扰
大功率变压器以及流过大电流的电线周围有很强的交变磁场。在UPS内部，交变磁场主要如下
(1)变频器引起的电磁干扰
动作中，变频器的电源管始终处于开关状态，为了减少其上的电源损耗，开关转移时间请勿过长。即，di/dt请不要做得太小。否则，开关会过热，容易烧毁。但是，如果过大，电路容易发生寄生振动，会产生高次谐波电流、高频毛刺等噪声干扰，不利于设备。
)2)高频变压器引起的噪声
高频变压器有漏电感，开关管从导通变为断开后，变压器的初级侧漏电感和导线电感中存储的能量不会释放到任何地方，从而对开关管的等效输出电容器进行充电
这种干扰对空制系统具破坏性。
2.3不等电位干扰
在工业生产中的用电设备中，即使将绝缘性能差时对地会产生不稳定的漏电流的大地用作输电线的电气接地线，也会产生较大的地电流。在空制系统设备的接地安装中，如果位置选择不当，漏电流或地电流会导致系统内各点产生电位差，从而导致系统经常发生不确定的故障。
2.4自然干扰
自然干扰是指大气层发生的自然现象引起的干扰，以及雷电、大气低层电场的变化、电离层的变化、太阳黑子的电磁波辐射等来自宇宙的电磁波辐射干扰，雷电干扰严重。雷电不仅会给电路带来强干扰，还会烧毁输入模块。
2.5温度、湿度及腐蚀性介质对可靠性的影响
各等级的零部件都有特定的工作温度范围，使用时以各厂家的资料为基准，根据情况选择更高等级的产品。
如果含有湿气和腐蚀性气体，会对零件和配线基板产生很大的影响。在这种环境下长期运行系统，会腐蚀印刷电路板，引起断线，连接器和IC插座氧化、生锈，引起接触不良，影响系统的可靠性；因此，要尽量使环境干燥，尽量不使用连接器和IC插座，而采用直接焊接的方法相互连接；各种连接器应采用镀金或其他防腐处理的连接器。3系统的抗干扰措施
为了提高UPS的抗干扰能力，主要从硬件和软件两个方面入手。也就是说，消除或降低干扰源的抗干扰能力，以及提高系统自身的抗干扰能力。
3.1硬件干扰对策
(1)交流线路滤波器
为了满足相关的电磁干扰(EMI )标准，防止UPS产生的噪声侵入电网，或者电网的噪声侵入UPS电源内部，干扰系统的正常工作，需要对不间断电源装置的输入端进行EMI滤波。该滤波器可以同时抑制共模和差动模式的干扰信号。
)2)浪涌电流抑制电路的启动
接通电源时，由于UPS的整流电路对平滑电容器充电，因此会产生较大的浪涌电流，其大小取决于启动时的交流电压的相位和输入滤波器的阻抗。抑制启动浪涌电流的简单方法是在整流桥的直流侧和平滑电容器之间串联连接具有负温度系数的热敏电阻。启动时的电阻在冷态下，表现出较大的电阻，抑制启动电流。启动后，电阻温度上升，电阻值下降，保证电源效率高。在大功率电路中，将上述热敏电阻更换为通常的电阻，同时在电阻的两端并联连接晶闸管的开关，在电源启动时断开晶闸管的开关，用电阻限制启动的浪涌电流，在平滑电容器的充电完成后，触发晶闸管使其导通，然后
)3)有源功率因数校正技术
抑制高次谐波的传统方法是采用无源校正技术，而无源校正目前普遍用于抑制高次谐波，为了进一步抑制装置的低次谐波，提高装置的功率因数，目前多采用有源功率因数校正技术。有源功率因数校正技术是指在以往的整流电路中接通有源开关，通过空制有源开关的通断，使输入电流强制跟随输入电压的变化，得到接近正弦波的输入电流和接近1的功率因数的技术。
4 )采用软交换技术
电力开关在端子电压不为零时接通，在电流不为零时断开，统称为硬件开关。使用硬件开关时，开关设备会消耗较大的电力，发热较大，会降低设备的寿命，产生严重的电磁干扰。采取一些措施，采用开关的零电压接通和零电流断开，即软开关技术，可以明显提高UPS性能。
)5)准确、良好的接地
电源线和接地线的粗细对系统的可靠性有很大的影响。如果接地线过细，则无法向系统提供足够的电流，电源线、接地线的电阻也变大，电流流过电源线，电源线产生较大的电压降，影响正常工作。
电源线、接地线请尽量短。如果线过长，电流通过时会发生电压下降，外部的噪声信号可能会与电源线耦合，为了避免产生大的噪声，请不要与大电流的空制信号近距离、平行地接线。)6)模块化设计
模块化设计的优点包括：
减少各部分之间的相互关系和耦合，避免或减轻相互干扰；
故障定位方便，快速修复方便，系统可靠性提高。
(7)隔离和缓冲
输入输出通道是干扰信号进入系统的一种方法。可以对交流信号采取变压器隔离；用光电耦合元件隔离直流信号。将外部输入输出通道与空制部件电气隔离，防止外部的噪声信号进入空制系统。
)8)设备优化
由于UPS通常处于连续工作状态，因此需要反复筛选比较，消除设备自身导致的系统失败。
)9)印刷电路板的干扰对策
印刷电路板应遵循大面积接地、分段屏蔽、大信号、高阻抗电路短路等原则。
3.2软件干扰对策
根据来源的不同，软件干扰的类型主要分为两种。一是输入输出通道受到干扰，系统无法正确空制；另一个是在程序运行的过程中，程序受到干扰而飞走。系统设计时采用：
)1)系统上的电气自诊断
系统冷启动时，首先进行CPU、RAM等的自检。发现异常时，报告错误等待修复，不要带病工作。
自检一般有以下方法。电源接通自检；定时自我诊断；自我检查。
)2)作为监视计时器的看门狗技术的使用
看门狗计时器是在系统软件受到干扰时偏离预定路径工作的监视电路，用于重置系统。几乎所有的单片机系统都安装了监控定时器电路。
)3)软件陷阱的设定
在程序区的断层上，用NOP指令填空，保证干扰弹飞的程序早日进入正常运行轨道。将通过强跳转启动命令捕捉的程序强制导入指定地址。在前面添加两条NOP命令。
4 )未使用的中断条目全部用RETI指令填充。
4结论
工业UPS电源是强电信号和弱电信号交叉的系统，存在着各种各样的干扰。如果系统没有足够的抗干扰性，即使整体设计、硬件设计、软件设计合理，也不能完全保证系统的良好工作。实际系统的干扰很复杂，需要在实践中不断积累经验。只有这样，才能设计出更好的电路。