P87LPC767單片機設計剩余電流保護器EMC設計

EMC是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能工作且不對該環(huán)境中任何物體構成不能承受的電磁騷擾的能力。剩余電流保護器作為電網(wǎng)末端供電線路保護裝置(400V以下)，必須滿足。EMC國家標準GB/T17626.5—1999要求，取得3C認證，才能投入電網(wǎng)運行。圖1為用P87LPC767單片機設計的智能型剩余電流保護器系統(tǒng)框圖，在電路設計、軟件設計、PCB板設計等方面同步考慮其EMC設計。剩余電流保護器是一種低壓電器設備，內(nèi)部沒有大功率的高頻電路，電磁輻射微弱，它產(chǎn)生的電磁騷擾對其他設備影響很小，這方面不是EMC設計的重點。剩余電流保護器EMC設計的重點是其在受到其他設備產(chǎn)生的電磁干擾時能保持穩(wěn)定工作的能力，也即抗干擾能力。剩余電流保護器受到的干擾主要來自電網(wǎng)本身，主要有線路突然斷路或雷電瞬變過壓引起的單極性浪涌(沖擊)，以及由于閃電、接地故障或切換電感性設備而引起的信號參數(shù)產(chǎn)生瞬時擾動，這兩方面是EMC設計的重點，也是設計的難點。下文從多個方面介紹該智能型剩余電流保護器的EMC設計方法。

圖1：智能型剩余電流保護器系統(tǒng)框圖

單片機系統(tǒng)的抗干擾設計

該剩余電流保護器采用P87LPC767單片機，剩余電流的采樣檢測、計算、顯示、動作判據(jù)、保護動作的執(zhí)行等重要工作都由單片機完成，單片機系統(tǒng)本身的抗干擾能力直接決定整個保護器的抗干擾能力。而單片機本身的時鐘信號、復位電路、中斷信號、取樣信號等又容易受到電磁干擾的影響，消除或抑制電磁干擾信號對單片機的影響十分重要。

具體從以下幾個方面進行設計：

單片機工作電源和系統(tǒng)其他電路電源分開設計，避免其他電路對單片機工作電源產(chǎn)生影響，單片機工作電源設計留有足夠的余量，防止電源的波動影響單片機工作。在設計PCB板時，在單片機電源引腳接電容和瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)，如圖2所示。100 μF電解電容存儲的能量在電源波動時(降低)釋放出來，保持電源穩(wěn)定;0.1μF的高頻電容可以吸收電源上的高頻干擾；TVS吸收瞬態(tài)浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，保持單片機工作電源穩(wěn)定。

圖2：單片機電源引腳設計

復位電路采用P87LPC767單片機內(nèi)部上電復位電路，避免干擾信號對復位電路的直接影響，只要單片機工作電源穩(wěn)定，將不會出現(xiàn)誤復位引起的誤動作。中斷和其他I/O口電容進行濾波，減少干擾的影響。

系統(tǒng)軟件設計上，啟用P87LPC767內(nèi)部的看門狗，防止PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，進入“死循環(huán)”。在程序存儲空間的非程序區(qū)設置軟件陷阱，當由于干擾使操作系統(tǒng)失控而進入非程序區(qū)時，將引導指令轉(zhuǎn)向?qū)ｉT對程序出錯進行處理的程序，使程序納入正軌。系統(tǒng)高頻干擾的消除——“采樣監(jiān)測”法

由于閃電、接地故障或切換電感性設備而引起的信號參數(shù)產(chǎn)生瞬時擾動，產(chǎn)生的高頻干擾信號主要是通過系統(tǒng)進線電源進入系統(tǒng)內(nèi)部。檢測這方面的抗干擾能力，主要是通過“電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗”驗證。根據(jù)低壓電器產(chǎn)品試驗標準要求，試驗時在供電輸入端疊加頻率為2500Hz，幅度4000V的群脈沖，分別進行相線、地線的差模、共模，正極性、負極性試驗，每項試驗時間均為1min，群脈沖的波形如圖3所示。如果在“電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗”過程中保護器不產(chǎn)生誤動作，則這方面的抗干擾能力就是合格的。

圖3：電快速瞬變?nèi)好}沖試驗波形

本系統(tǒng)利用“采樣監(jiān)測”法對電源上的高頻干擾進行監(jiān)測，給出相應的標志，由軟件程序進行相應的處理，避免保護器誤動作。詳細原理如下：

為保證剩余電流測量的實時性，該保護器采用數(shù)字采樣法測量剩余電流，將剩余電流信號轉(zhuǎn)換為圖4所示的波形，送給P87LPC767單片機內(nèi)部的A/D進行采樣測量。