基于單片機控制的UPS抗干擾技術(shù)

    摘要：單片機控制系統(tǒng)中通常存在很多干擾，影響系統(tǒng)的正常運行，因此抗干擾是在所難免的。本文分析了單片機控制的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

    隨著計算機應用的日益普及和全球信息網(wǎng)絡化的發(fā)展，對高質(zhì)量供電設備的需求越來越大，不間斷電源(UPS)正是為了滿足這種情況而發(fā)展起來的電力電子設備。UPS在保證不問斷供電的同時，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，目前在計算機網(wǎng)絡系統(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)域得到了廣泛的應用。微機控制的不間斷電源具有兩大優(yōu)點：簡化硬件電路，降低成本；軟件設計靈活，功能容易擴展，可方便的對軟件進行修改完成不同的控制思想。

    微機控制技術(shù)應用于不間斷電源，主要體現(xiàn)在單片機系統(tǒng)上，單片機產(chǎn)生PWM脈沖信號放大后驅(qū)動逆變器的開關(guān)。而單片機抗干擾的能力不夠強，如果抗干擾的措施不當，不但無法體現(xiàn)上述優(yōu)點，還有可能降低系統(tǒng)的可靠性，甚至無法工作。

    本文結(jié)合UPS的工作原理，從干擾的類型及采取相應的措施來說明抗干擾技術(shù)在UPS中的應用。

    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，切換開關(guān)、自動電壓調(diào)節(jié)等部分組成。

    1．2 基本工作原理

    后備式UPS：當市電在規(guī)定電壓范圍內(nèi)正常供電時，輸入電壓經(jīng)自動電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)稍許濾波，排除一些干擾后，直接輸出供給負載。而當市電異常，超出規(guī)定范圍時，UPS啟動逆變器，將后備的電池電壓變換成等價于正常市電時的電壓值再輸出給負載，其基本拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。此種UPS的優(yōu)點是可靠性較高，結(jié)構(gòu)相對較簡單，效率較高，價格也便宜。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，加之市電異常時需啟動逆變器由電池供電，有一定的切換時間。

    在線式UPS：又稱為雙變換式UPS，即從市電輸入到UPS輸出經(jīng)過了AC／DC和DC／AC兩次變換，其基本拓撲結(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載需要的交流電壓。當市電異常時，輸入自動切換到蓄電池上，由蓄電池供電，經(jīng)逆變器后輸出交流電壓給負載。此種UPS顯然在電路上比后備式UPS要復雜得多，由于采用二次變換，大大改善了負載的供電質(zhì)量。但其逆變器一直處于工作狀態(tài)，對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價格高很多。

    2 干擾的類型與來源

    單片機控制的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，通過一定的途徑傳入到系統(tǒng)中，或者內(nèi)部的互相干擾，對系統(tǒng)的正常運行造成一定程度的影響。它的干擾主要有以下幾個方面：

    2．1 來自電網(wǎng)的干擾

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

    2．2 交變磁場的干擾

    在大功率變壓器及大電流通過的電線的周圍都有較強的交變磁場。

    在UPS內(nèi)部，交變磁場主要有：

    (1)逆變器產(chǎn)生的電磁干擾

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

    (2)高頻變壓器產(chǎn)生的干擾

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

    此類干擾對控制系統(tǒng)的破壞性最強。

    2．3 不等電位干擾

    在工業(yè)生產(chǎn)中的用電設備，如果絕緣性能不良，會對地產(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，也會產(chǎn)生較大的地電流。如果在控制系統(tǒng)設備接地安裝中，地點選擇不當，漏電流或地電流會使系統(tǒng)中的各點存在電位差，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，以及來自宇宙的電磁波輻射干擾，如雷電、大氣低層電場的變化、電離層變化及太陽黑子的電磁波輻射等，其中雷電干擾最為嚴重。雷電不僅會造成回路的強干擾，還會燒毀輸入模塊�！�