基于單片機(jī)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(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)相對較簡單，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(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(qiáng)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(shí)，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(shí)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(huì)給開關(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(huì)造成回路的強(qiáng)干擾，還會(huì)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(shí)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(huì)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(huì)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(gè)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(jìn)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(jìn)入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進(jìn)入U(xiǎn)PS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(shí)抑制共模和差模干擾信號(hào)。
(2)啟動(dòng)浪涌電流抑制電路
開啟電源時(shí)，由于UPS的整流電路會(huì)給濾波電容充電，會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，其大小取決于啟動(dòng)時(shí)的交流電壓的相位和輸入濾波器的阻抗。抑制啟動(dòng)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(dòng)時(shí)電阻處于冷態(tài)，呈現(xiàn)較大的的電阻，從而抑制啟動(dòng)電流。啟動(dòng)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(shí)在電阻兩端并聯(lián)晶閘管開關(guān)，電源啟動(dòng)時(shí)晶閘管開關(guān)關(guān)斷，由電阻限制啟動(dòng)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。