基于單片機控制的UPS抗干擾技術(shù)
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,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(fù)載。而當(dāng)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(fù)載,其基本拓?fù)浣Y(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?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,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(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(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(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(shè)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(shè)備接地安裝中,地點選擇不當(dāng),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(yán)重。雷電不僅會造成回路的強干擾,還會燒毀輸入模塊。
2.5 溫度、濕度及腐蝕性介質(zhì)對可靠性的影響
不同檔次的元器件都有其特定的工作溫度范圍,使用時應(yīng)以各廠家的資料為準(zhǔn),根據(jù)情況選用高一檔次的產(chǎn)品。
環(huán)境潮濕或含有腐蝕性氣體,會對元器件及線路板造成較大影響。如果系統(tǒng)長期工作在這種環(huán)境中,會使印制電路板腐蝕,造成斷路,使接插件和IC插座氧化、銹蝕,造成接觸不良,影響系統(tǒng)的可靠性;因此,應(yīng)盡量保持環(huán)境干燥,并盡量少用接插件及IC插座,采用直接焊接的方法互連;各種連接器應(yīng)采用鍍金或其他防腐處理的接插件。
3 系統(tǒng)的抗干擾措施
為了提高UPS的抗干擾能力,主要從兩個方面入手,即從硬件和軟件分別考慮:既要去除或者降低干擾源的干擾能力,又要提高系統(tǒng)本身的抗干擾能力。
3.1 硬件抗干擾
(1)交流進線濾波器
為了滿足有關(guān)的電磁干擾(EMI)標(biāo)準(zhǔn),防止UPS產(chǎn)生的噪音進入電網(wǎng),或者防止電網(wǎng)的噪聲進入UPS電源內(nèi)部,干擾系統(tǒng)的正常工作,必須在不間斷電源的輸入端施加EMI濾波器。該濾波器能同時抑制共模和差模干擾信號。
(2)啟動浪涌電流抑制電路
開啟電源時,由于UPS的整流電路會給濾波電容充電,會產(chǎn)生很大的浪涌電流,其大小取決于啟動時的交流電壓的相位和輸入濾波器的阻抗。抑制啟動浪涌電流的最簡單的方法是在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之間串聯(lián)具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。啟動時電阻處于冷態(tài),呈現(xiàn)較大的的電阻,從而抑制啟動電流。啟動后,電阻溫度升高,阻值降低,以保證電源有較高的效率。對于大功率的電路,將上述熱敏電阻換成普通電阻,同時在電阻兩端并聯(lián)晶閘管開關(guān),電源啟動時晶閘管開關(guān)關(guān)斷,由電阻限制啟動浪涌電流,當(dāng)濾波電容的充電完成后,觸發(fā)晶閘管,使之導(dǎo)通,達(dá)到短路限流電阻的目的。
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