工控系統(tǒng)的電源抗干擾技術(shù)分析

　　最常用的欠壓保護(hù)措施，是采用電源監(jiān)視IC電路監(jiān)視直流電壓的輸出。當(dāng)其低過某個(gè)限定值時(shí)，監(jiān)視電路將持續(xù)產(chǎn)生復(fù)位信號使CPU 和外設(shè)接口處于復(fù)位狀態(tài)，避免其不正常操作而帶來的事故。當(dāng)電源恢復(fù)其輸出為正常值時(shí)，該電路經(jīng)過一個(gè)規(guī)定的延遲時(shí)間后撤消復(fù)位信號，從而保證了工業(yè)控制機(jī)的正常工作。一個(gè)采用最新的電源監(jiān)視IC的電路原理圖示于圖7。在圖中，IMP809專門產(chǎn)生低電平有效的復(fù)位信號。如果μC或者μP的復(fù)位引腳是雙向的，或者內(nèi)部具有Watchdog Timer電路，例如68HC11，8098、80198系列等等，要在IMP809的RESET引腳上串聯(lián)一個(gè)4.7 kΩ的電阻。此時(shí)，電路如圖7b示。IMP809的復(fù)位輸出與電源電壓的時(shí)序關(guān)系如圖7c所示。如果CPU的復(fù)位信號是高電平有效時(shí)，可以選用具有高電平RESET輸出的IMP810，它在電路中的連接與圖7相同。IMP809/810都采用3腳SOT23型封裝，即只有米粒大小的表面安裝元件。如果工業(yè)控制機(jī)還需要一個(gè)手動(dòng)復(fù)位電路的話，可以按照圖8結(jié)構(gòu)電源監(jiān)視電路。圖中的IMP811具有手動(dòng)復(fù)位輸入引腳MR（Manual Reset ）。當(dāng)CPU需要高電平復(fù)位信號時(shí)，選用IMP812電路就行了。IMP811/812采用4腳SOT143型封裝。圖8b是它們的引腳圖。　

圖7 電源監(jiān)視IC電路及時(shí)序圖? a.一般用法b.具有雙向RESET引腳時(shí)的用法? c.時(shí)序圖d.引腳圖

　　IMP809/810、811/812是美國IMP公司的產(chǎn)品。是美國Maxim 公司MAX809/810、811/812的改進(jìn)型替代產(chǎn)品。它們的功耗更低，性能更好。 并且有六種監(jiān)視電壓門限，供3～5 V供電系統(tǒng)選用。表3列出了器件的分檔后綴及其監(jiān)視電壓門限。

表3 IMP809/810/811/812電壓

圖9 直流過壓保護(hù)電路

　　3.2 直流電源的過壓保護(hù)技術(shù)

直流電源輸出過電壓故障較少，但過電壓具有破壞性。最有效的過壓保護(hù)措施是使用2.3節(jié)的TVP瞬態(tài)電壓抑制器件。它不但可以吸收電源因雷擊或者干擾造成的過電壓尖峰脈沖，而且對電源出現(xiàn)過壓故障也有很好的保護(hù)。圖9是使用TVP管構(gòu)成的電源過壓保護(hù)電路。當(dāng)電源發(fā)生過壓故障時(shí)，TVP管被擊穿而將電壓箝位于TVP管的VC以內(nèi)，從而保護(hù)了控制裝置。 只是當(dāng)電壓持續(xù)過壓時(shí)燒毀保險(xiǎn)絲，而抑制電源線上的尖峰干擾通常不會燒毀保險(xiǎn)絲，也不干擾計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行。

　　4 交流掉電保護(hù)

　　交流掉電也是一個(gè)可能發(fā)生的故障，它也可能導(dǎo)致某些控制事故，即使是使用了UPS。因?yàn)閁PS有時(shí)候也會發(fā)生故障。因此，如果能預(yù)知交流掉電的發(fā)生，并及時(shí)把所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制到安全的位置或者狀態(tài)上，將會避免一些損失。同時(shí)，也把重要的數(shù)據(jù)或運(yùn)行狀態(tài)保存起來，這在某些系統(tǒng)里是非常必要的，因?yàn)橹匦逻\(yùn)行需要這些數(shù)據(jù)。

　　一個(gè)實(shí)用的掉電檢測電路如圖10所示。220 V交流電流經(jīng)橋式整流后驅(qū)動(dòng)光電隔離管T1（TLP521）中的發(fā)光二極管發(fā)光，并使T1的光電三極管導(dǎo)通，給電容C1充電。C1上的電壓經(jīng)過R2，Rw分壓后送到比較器U1（LM393）正極性輸入端。當(dāng)交流電正常工作時(shí)，調(diào)節(jié)電位器Rw使U1的“+”輸入端的電壓比“-”輸入端（穩(wěn)壓管Dz的值）略高0.2 V左右，則U1輸出高電平，觸發(fā)器不翻轉(zhuǎn)，其Q端輸出高電平。當(dāng)交流掉電時(shí)，C1不能被充電其電壓將很快下降。于是，比較器U1輸出低電平，觸發(fā)RS觸發(fā)器U2翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生非屏蔽中斷申請信號。如果在非屏蔽中斷服務(wù)程序中，把有危險(xiǎn)的控制機(jī)構(gòu)調(diào)到其安全的位置，并且保存當(dāng)前運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)和寄存器的狀態(tài)，這就完成了掉電處理。通常，由于直流開關(guān)電源具有較大的輸入電容器，因此從檢測到交流掉電起，到直流失電計(jì)算機(jī)不能工作時(shí)為止，還有10 ms以上的時(shí)間，足夠完成掉電處理操作。

圖10 交流掉電檢測電路

　　5 結(jié)束語

　　電源抗干擾措施是由工控系統(tǒng)開發(fā)者操作的項(xiàng)目，應(yīng)用恰當(dāng)與否取決于開發(fā)者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對現(xiàn)場的深刻認(rèn)識。電源抗干擾措施是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)，首先做好它是成功的保證。