工控系統(tǒng)的電源抗干擾技術(shù)分析

　　采用1∶1隔離變壓器供電是傳統(tǒng)的抗干擾措施，對電網(wǎng)尖峰脈沖干擾有很好的效果。圖4是典型的隔離變壓器原理圖。它抗干擾的原理是原邊對高頻干擾呈現(xiàn)很高的阻抗，而位于原邊、副邊繞組之間的金屬屏蔽層又阻隔了原、副邊所產(chǎn)生的分布電容，因此原邊繞組只有對屏蔽層的分布電容存在，高頻干擾通過這個分布電容而被旁路入地。

圖4 1∶1隔離變壓器屏蔽及接地方式圖 a. 單屏蔽層 b.雙屏蔽層

　　1∶1隔變效果的好壞，往往取決于屏蔽層的工藝。最好選用0.2 mm 厚的紫銅板材，原邊、副邊各加一個屏蔽層。通常，原邊的屏蔽層通過一個電容器與副邊的屏蔽層接到一起，再接到副邊的地上。也可以原邊的屏蔽層接原邊的地線，副邊的屏蔽層接副邊的地線。并且接地引線的截面積也要大一些好。1∶1隔變還有效地隔離了接地環(huán)路的共模干擾，是個好辦法，只是體積較大。

　2.3 吸收法

　　就是使用一種新型高效的器件TVS（Transient Voltage Suppressor） 吸收工業(yè)控制機電源進(jìn)線上的尖峰脈沖。TVS又稱TVP，中文譯作瞬變電壓抑制器。TVP事實上是一種特殊的穩(wěn)壓二極管。當(dāng)它的兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩梗找粋€瞬間大電流，從而把它的兩端電壓箝制在一個預(yù)定的數(shù)值上，保護(hù)了后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此，其防雷效果也很好。圖5示出了它的伏-安特性曲線。TVP管和穩(wěn)壓管一樣，是反向應(yīng)用的。其中VR稱為最大轉(zhuǎn)折電壓，是反向擊穿之前的臨界狀態(tài)。VB是擊穿電壓，其對應(yīng)的反向電流IT一般取值為1 mA。VC是最大箝位電壓，當(dāng)TVP管中流過峰值電流為Ipp的大電流時，管子兩端電壓就不再上升了。因此TVP管始終把被保護(hù)的器件或設(shè)備的端口電壓限制在VB～VC的有效區(qū)內(nèi)。與穩(wěn)壓管不同的是，Ipp的數(shù)值可達(dá)數(shù)百安培，箝位響應(yīng)時間僅為1×10-12S。TVP最大允許脈沖功率PM=VC·Ipp。TVP管的PM分為四個檔次，即500 W、1000 W、1500 W和5000 W。圖6是TVP用于普通電源進(jìn)線的原理圖。這里采用的是雙向TVP管。它對于電網(wǎng)的尖峰脈沖電壓和雷電疊加電壓等等干擾超過其額定的VC數(shù)值量，都能有效的吸收。在國外已廣泛應(yīng)用于計算機、通信和儀器儀表之中。過去使用的壓敏電阻器，它的響應(yīng)時間慢，通常為5×10-9S，它的使用溫度范圍窄，漏電流大，吸收電流小，并且體積也較大，因此已逐步被TVP取代。TVP的用途很多，它還可用作計算機通信口的防雷以及各種大功率器件的保護(hù)和吸收電路。還可以用作計算機直流電源的過壓保護(hù)和主機防雷保護(hù)。

圖6 TVP管電源過壓保護(hù)及尖峰抑制電路 a.常用電路 b.全保護(hù)電路

　　2.4 回避法

　　就是拉專線供電方法。對于大型動力設(shè)備集中且干擾很大的工業(yè)現(xiàn)場，應(yīng)當(dāng)盡量少使用現(xiàn)場工頻電源。采用非動力供電線路供電或者直接從非動力低壓變壓器“根部”拉專線供電的辦法，避開大負(fù)荷動力線，減少電網(wǎng)干擾。這個方法很有效。因為電力導(dǎo)線存在電阻，大量的動力設(shè)備的運行和啟停，在這個電阻上產(chǎn)生壓降而成為強烈的干擾。尤其是尖峰脈沖干擾，在動力變壓器根部明顯減小，而在非動力變壓器的低壓輸出根部，幾乎不存在。這在很多工業(yè)現(xiàn)場都很實用。

　　2.5 其它方法

　　采用電源凈化器、鐵磁諧振交流穩(wěn)壓器、在線式UPS 等抗尖峰脈沖干擾效果都很好，只是體積大，價格貴。

　　3 工業(yè)控制機直流電源過壓、欠壓保護(hù)技術(shù)

　　前述的大量的抗干擾措施，都是在進(jìn)入直流電源前的處理措施。工業(yè)控制機成年累月地運行，其直流電源本身也會受到干擾或者出故障，或者負(fù)載發(fā)生短路等等。這些都會使工業(yè)控制機出錯造成事故。直流電源出故障的主要特征是輸出電壓不穩(wěn)定、欠壓或者掉電，而輸出過壓相對較少。直流電源的不穩(wěn)定實際是反復(fù)的欠壓過程，它直接干擾CPU或者外設(shè)接口的正常工作。而過壓可能造成工業(yè)控制機的損壞。