基于單片機(jī)控制的UPS抗干擾技術(shù)

    摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)中通常存在很多干擾，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此抗干擾是在所難免的。本文分析了單片機(jī)控制的UPS的干擾類型，分別從硬件和軟件的角度給出了多種有效的抗干擾措施。這對(duì)于提高系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性是有好處的。

    引言

    隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及和全球信息網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，對(duì)高質(zhì)量供電設(shè)備的需求越來(lái)越大，不間斷電源(UPS)正是為了滿足這種情況而發(fā)展起來(lái)的電力電子設(shè)備。UPS在保證不問(wèn)斷供電的同時(shí)，還能提供穩(wěn)壓、穩(wěn)頻和波形失真度小的高質(zhì)量正弦波電源，目前在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、郵電通信、銀行證券、電力系統(tǒng)、工業(yè)控制、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。微機(jī)控制的不間斷電源具有兩大優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化硬件電路，降低成本；軟件設(shè)計(jì)靈活，功能容易擴(kuò)展，可方便的對(duì)軟件進(jìn)行修改完成不同的控制思想。

    微機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于不間斷電源，主要體現(xiàn)在單片機(jī)系統(tǒng)上，單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)逆變器的開(kāi)關(guān)。而單片機(jī)抗干擾的能力不夠強(qiáng)，如果抗干擾的措施不當(dāng)，不但無(wú)法體現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)，還有可能降低系統(tǒng)的可靠性，甚至無(wú)法工作。

    本文結(jié)合UPS的工作原理，從干擾的類型及采取相應(yīng)的措施來(lái)說(shuō)明抗干擾技術(shù)在UPS中的應(yīng)用。

    1 結(jié)構(gòu)框圖及工作原理

    1．1 結(jié)構(gòu)框圖

    根據(jù)工作方式，UPS分為后備式和在線式兩大類。

    UPS的基本結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖l、圖2所示，它由充電電路、蓄電池、升壓電路、逆變電路，切換開(kāi)關(guān)、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)等部分組成。

    1．2 基本工作原理

    后備式UPS：當(dāng)市電在規(guī)定電壓范圍內(nèi)正常供電時(shí)，輸入電壓經(jīng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)稍許濾波，排除一些干擾后，直接輸出供給負(fù)載。而當(dāng)市電異常，超出規(guī)定范圍時(shí)，UPS啟動(dòng)逆變器，將后備的電池電壓變換成等價(jià)于正常市電時(shí)的電壓值再輸出給負(fù)載，其基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。此種UPS的優(yōu)點(diǎn)是可靠性較高，結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，效率較高，價(jià)格也便宜。但由于經(jīng)逆變后大都是方波或類方波波形，故供電質(zhì)量稍差，加之市電異常時(shí)需啟動(dòng)逆變器由電池供電，有一定的切換時(shí)間。

    在線式UPS：又稱為雙變換式UPS，即從市電輸入到UPS輸出經(jīng)過(guò)了AC／DC和DC／AC兩次變換，其基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。在市電正常情況下，UPS輸入電壓經(jīng)整流、濾波等電路變成直流電壓，然后經(jīng)逆變器將直流電壓變成負(fù)載需要的交流電壓。當(dāng)市電異常時(shí)，輸入自動(dòng)切換到蓄電池上，由蓄電池供電，經(jīng)逆變器后輸出交流電壓給負(fù)載。此種UPS顯然在電路上比后備式UPS要復(fù)雜得多，由于采用二次變換，大大改善了負(fù)載的供電質(zhì)量。但其逆變器一直處于工作狀態(tài)，對(duì)逆變器的可靠性和使用壽命提出了較高的要求，由此而產(chǎn)生在線式UPS比后備式UPS價(jià)格高很多。

    2 干擾的類型與來(lái)源

    單片機(jī)控制的UPS系統(tǒng)中的干擾，一般指各種外部和內(nèi)部的干擾源產(chǎn)生的各種瞬變電信號(hào)，通過(guò)一定的途徑傳入到系統(tǒng)中，或者內(nèi)部的互相干擾，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成一定程度的影響。它的干擾主要有以下幾個(gè)方面：

    2．1 來(lái)自電網(wǎng)的干擾

    UPS作為一種經(jīng)過(guò)凈化處理，向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源系統(tǒng)，它的輸入是諧波復(fù)雜的工頻電源。電網(wǎng)中存在大量的諧波源如各種整流設(shè)備，電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負(fù)載及照明負(fù)載。

    2．2 交變磁場(chǎng)的干擾

    在大功率變壓器及大電流通過(guò)的電線的周圍都有較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)。

    在UPS內(nèi)部，交變磁場(chǎng)主要有：

    (1)逆變器產(chǎn)生的電磁干擾

    工作時(shí)，逆變器的功率管始終處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，為了降低其上的功率損耗，開(kāi)關(guān)過(guò)渡時(shí)間不能太長(zhǎng)，即di／dt不能太小，否則開(kāi)關(guān)過(guò)熱容易燒毀。但過(guò)大容易引起電路產(chǎn)生寄生振蕩，產(chǎn)生的噪音干擾比如諧波電流、高頻毛刺對(duì)設(shè)備不利。

    (2)高頻變壓器產(chǎn)生的干擾

    高頻變壓器存在漏感，在開(kāi)關(guān)管由導(dǎo)通剛剛變?yōu)榻刂習(xí)r，變壓器原邊漏感和引線電感上貯存的能量無(wú)處釋放，將會(huì)給開(kāi)關(guān)管等效的輸出電容充電，由于這個(gè)等效電容很小，所以會(huì)沖得比較高的電壓尖峰。

    此類干擾對(duì)控制系統(tǒng)的破壞性最強(qiáng)。

    2．3 不等電位干擾

    在工業(yè)生產(chǎn)中的用電設(shè)備，如果絕緣性能不良，會(huì)對(duì)地產(chǎn)生不穩(wěn)定的漏電流；利用大地作為輸電線的電氣接地線，也會(huì)產(chǎn)生較大的地電流。如果在控制系統(tǒng)設(shè)備接地安裝中，地點(diǎn)選擇不當(dāng)，漏電流或地電流會(huì)使系統(tǒng)中的各點(diǎn)存在電位差，使系統(tǒng)常常產(chǎn)生不確定的故障。

    2．4 自然干擾

    自然干擾是指大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾，以及來(lái)自宇宙的電磁波輻射干擾，如雷電、大氣低層電場(chǎng)的變化、電離層變化及太陽(yáng)黑子的電磁波輻射等，其中雷電干擾最為嚴(yán)重。雷電不僅會(huì)造成回路的強(qiáng)干擾，還會(huì)燒毀輸入模塊。■